Thuốc lá điện tử dùng một lần và các rủi ro sức khỏe liên quan: Một nghiên cứu thực nghiệm
Để lại lời nhắn
Thuốc lá điện tử dùng một lần và các rủi ro sức khỏe liên quan: Một nghiên cứu thực nghiệm
Tóm tắt
Việc sử dụng hệ thống phân phối nicotine điện tử (ENDS), bao gồm cả thuốc lá điện tử dùng một lần, đã trở nên phổ biến. Các phân tích hóa học hiện tại của ENDS tập trung vào chất lỏng điện tử hơn là khí dung và không xem xét kích thước hạt cũng như tỷ lệ lắng đọng qua đường hô hấp của khí dung, vốn là những yếu tố chính quyết định liều hít phải. Nghiên cứu này đã nghiên cứu các thành phần hóa học hữu cơ và kim loại trong khí dung ENDS được phân tách theo kích thước và đánh giá liều lượng lắng đọng cũng như nguy cơ sức khỏe của những chất này. Các phân tích hóa học khí dung được tiến hành trên hai sản phẩm ENDS dùng một lần phổ biến: Puff Bar (Nho) và Air Bar (Dưa hấu Ice). Một khí dung ENDS đã được tạo ra và đưa vào Thiết bị tác động lắng đọng đồng nhất Micro-Orifice để thu thập các mẫu khí dung có kích thước riêng biệt, trong đó các hóa chất hữu cơ và kim loại được phân tích. Liều lượng hàng ngày và suốt đời của mỗi hóa chất đã được ước tính. Đánh giá rủi ro ung thư và không ung thư được thực hiện dựa trên liều lượng gửi. Chúng tôi phát hiện ra rằng bình xịt thuốc lá điện tử có chứa một số hóa chất hữu cơ có hại và kim loại được ghi nhận là gây ra các vấn đề về hô hấp. Ước tính rủi ro ung thư đường hô hấp tương ứng với crom từ cả sản phẩm ENDS và niken từ Air Bar (Dưa hấu Ice) đều cao hơn đáng kể so với rủi ro thông thường có thể chấp nhận được. Phương pháp, phát hiện và ý nghĩa có thể đóng góp vào tài liệu còn tồn tại về nghiên cứu độc tính của ENDS cũng như cung cấp thông tin về quy định về thuốc lá và các nghiên cứu quy mô lớn trong tương lai.
Từ khóa:
thuốc lá điện tử dùng một lần; độc tính khí dung; nguy cơ sức khỏe; phân bố kích thước hạt; lắng đọng đường hô hấp1. Giới thiệu
Việc sử dụng hệ thống phân phối nicotine điện tử (ENDS), bao gồm cả việc sử dụng thuốc lá điện tử, rất phổ biến trong giới trẻ và thanh niên và đã trở thành một vấn đề sức khỏe cộng đồng. Theo phân tích thứ cấp của chúng tôi về dữ liệu Khảo sát phỏng vấn sức khỏe quốc gia năm 2019, tỷ lệ phổ biến đã từng sử dụng và hiện đang sử dụng ENDS ở thanh niên lần lượt là 32,4% và 9,4%, theo xu hướng ngày càng tăng trong thập kỷ qua [1]. Hơn nữa, một nghiên cứu sử dụng dữ liệu từ Khảo sát Thuốc lá Thanh niên Quốc gia năm 2019 cho thấy 27,5% học sinh trung học cho biết hiện đang sử dụng thuốc lá điện tử; trong số đó, 34,2% cho biết sử dụng thuốc lá điện tử thường xuyên (tức là sử dụng từ 20 ngày trở lên trong 30 ngày qua) [2]. Các sản phẩm ENDS đặc biệt hấp dẫn đối với thanh thiếu niên và thanh niên do các đặc điểm mới lạ và có thể tùy chỉnh [3,4,5], rủi ro được nhận thấy thấp hơn [6,7] và khả năng chấp nhận của xã hội cao hơn so với thuốc lá dễ cháy [8].
Các sản phẩm của ENDS rất đa dạng và phát triển nhanh chóng từ các sản phẩm dùng một lần giống như thuốc lá (thế hệ thứ nhất) đến hệ thống hộp mực (thế hệ thứ hai), hệ thống bình chứa (thế hệ thứ ba) và đến các thiết bị muối nicotin như JUUL (thế hệ thứ tư). Gần đây, sự phổ biến của JUUL đã bị thu hút bởi các thiết bị thuốc lá điện tử dùng một lần giống JUUL (sau đây gọi là "ENDS dùng một lần") do các tùy chọn hương vị, thiết kế và bao bì bắt mắt, giá thấp và tiện lợi (tức là tất cả- trong một, khép kín, không đổ đầy tinh dầu và không sạc pin) [2,9]. Ngành công nghiệp thuốc lá đã thể hiện sự khéo léo vượt trội trong việc cung cấp các sản phẩm mới/sửa đổi theo quy định [10]. Ví dụ: kể từ khi nghiên cứu này được thực hiện vào đầu năm 2022, các sản phẩm ENDS dùng một lần không bị hạn chế bởi quy định về hương vị của liên bang do định nghĩa hẹp của FDA về hộp mực [11]. Trên thực tế, 85,8% người dùng trẻ hiện nay mua ENDS dùng một lần có hương vị trái cây [12].
Các nghiên cứu đã phát hiện ra rằng các sản phẩm ENDS có chứa các hóa chất tạo hương vị, trong đó một số có liên quan đến kích ứng hoặc gây hại cho đường hô hấp, chẳng hạn như δ-dodecactone, tinh dầu bạc hà, rượu benzyl và corylone [13,14,15,16]. Hơn nữa, các bộ phận làm nóng (ví dụ: bộ phun/cuộn dây) và thùng chứa của thiết bị ENDS bao gồm các kim loại có thể thải vào chất lỏng điện tử và bình xịt trong quá trình sử dụng, trong đó crom và niken là những nguyên nhân hàng đầu gây ra nguy cơ ung thư [17,18]. Tuy nhiên, các phân tích hóa học hiện tại được tiến hành đối với các sản phẩm ENDS, bao gồm cả ENDS dùng một lần, chủ yếu tập trung vào chất lỏng điện tử không nhất thiết phản ánh các hóa chất trong khí dung ENDS thực sự lắng đọng trong đường thở của người dùng ENDS [15,19]. Mặc dù có một số nghiên cứu đã phân tích khí dung ENDS [20,21,22] và đánh giá các rủi ro sức khỏe liên quan [18], những nghiên cứu này đã không xem xét kích thước hạt của khí dung ENDS và tác động hô hấp liên quan đến kích thước. phân số lắng đọng trong khi ước tính các rủi ro sức khỏe. Đây là một vấn đề nghiêm trọng vì kích thước của các hạt ảnh hưởng trực tiếp đến vị trí lắng đọng đường hô hấp và tỷ lệ lắng đọng trong đường thở. Trên thực tế, khí dung ENDS được tạo ra từ vaping là hỗn hợp các giọt chất lỏng có đường kính hạt khí dung từ siêu mịn (nhỏ hơn 0,1 µm) đến kích thước micron (lên đến khoảng 4 µm). Do đó, khí dung ENDS hít vào dự kiến sẽ xâm nhập và lắng đọng ở các vùng đường thở khác nhau của con người với liều lượng lắng đọng khác nhau. Điều quan trọng là hầu hết khí dung ENDS sẽ lắng đọng ở đường hô hấp dưới, có khả năng gây ra tác động tiêu cực đến sức khỏe do diện tích bề mặt đường thở rất lớn ở vùng phế nang [23]. Liều ký gửi là tiền đề của liều bên trong trước khi xem xét tốc độ hấp thụ và thanh thải đường hô hấp và do đó có thể đóng vai trò là chỉ số then chốt trong đánh giá rủi ro sức khỏe liên quan đến vaping. Sự phân bố kích thước khí dung ENDS và tỷ lệ lắng đọng hô hấp là những yếu tố chính để ước tính chính xác chỉ số trục này [23], và do đó nó phải được đưa vào đánh giá rủi ro sức khỏe.
Nghiên cứu này lấp đầy những lỗ hổng kiến thức bằng cách sử dụng một phương pháp cải tiến để ước tính liều lượng hóa chất lắng đọng trong hai sản phẩm ENDS dùng một lần thường được sử dụng và các nguy cơ sức khỏe liên quan đến ung thư và không phải ung thư. Phương pháp thử nghiệm đã xem xét các phần lắng đọng hô hấp của khí dung phụ thuộc vào kích thước và tiến hành phân tích thành phần hóa học tách biệt theo kích thước trên khí dung ENDS. Các phát hiện từ nghiên cứu của chúng tôi có thể cải thiện độ chính xác của việc ước tính liều lượng hóa chất ENDS lắng đọng trong phổi của vaper, từ đó có thể cung cấp thông tin cho các quy định về thuốc lá và các nghiên cứu quy mô lớn trong tương lai nhằm đánh giá rủi ro sức khỏe liên quan đến việc sử dụng sản phẩm ENDS dùng một lần.
2. Vật liệu và phương pháp
2.1. Bộ sưu tập mẫu khí dung ENDS được phân tách theo kích cỡ
Các phân tích hóa học khí dung trong nghiên cứu này được thực hiện trên hai sản phẩm ENDS dùng một lần phổ biến sau đây: Puff Bar (Nho) và Air Bar (Dưa hấu Ice). Việc lựa chọn hai sản phẩm ENDS dùng một lần này dựa trên mức độ phổ biến của các sản phẩm ENDS dùng một lần từ một nghiên cứu riêng biệt của nhóm nghiên cứu nhằm kiểm tra hành vi sử dụng ENDS của sinh viên đại học. Hai sản phẩm ENDS dùng một lần này là những sản phẩm được những người tham gia nghiên cứu sử dụng phổ biến nhất.
Trong nghiên cứu này, các mẫu khí dung ENDS được phân tách theo kích thước đã được thu thập bằng cách sử dụng Thiết bị tác động tiền gửi thống nhất Micro-Orifice (MOUDI 110-R, MSP Co., Shoreview, MN, USA). MOUDI có khả năng thu thập các mẫu khí dung có đường kính hạt từ 0.056 đến 18 µm trong 11 giai đoạn thu thập (tức là lấy mẫu tách biệt theo kích thước). Nó vượt trội hơn các thiết bị đọc khí dung trực tiếp thông thường như máy đếm hạt và máy quang phổ không thể xử lý khí dung thuốc lá điện tử mới được tạo ra với nồng độ khí dung cực cao. Mỗi giai đoạn MOUDI có phạm vi kích thước hạt có thể thu thập được và tỷ lệ lắng đọng phổi trung bình có thể được tính toán dựa trên phạm vi kích thước hạt đó (xem Phụ lục A Bảng A1). Các mẫu khí dung ENDS được MOUDI thu thập ở các giai đoạn khác nhau được sử dụng để tính toán phân bố kích thước hạt và phân tích thành phần hóa học.
Để thu thập các mẫu khí dung ENDS dùng một lần, các bộ lọc màng polytetrafluoroethylene (PTFE) (PALL Co., Port Washington, NY, USA) đã được đặt trên mỗi giai đoạn MOUDI và MOUDI được vận hành ở tốc độ dòng lấy mẫu 30 L/phút. Một ống tiêm 100 mL đã được sử dụng để hút khí dung ENDS từ hai sản phẩm ENDS dùng một lần và sau đó bơm khí dung ENDS trực tiếp vào MOUDI để lấy mẫu. Quy trình này được lặp lại 10 lần (10 hơi) để tích lũy đủ lượng khí dung ENDS trên mỗi giai đoạn MOUDI cho lần phân tích trọng lượng và chất tiếp theo. Sau thí nghiệm thu thập mẫu, các bộ lọc PTFE với các mẫu khí dung ENDS đã thu thập được lấy ra khỏi MOUDI, được cân riêng lẻ bằng cân vi lượng, sau đó gửi đến phòng thí nghiệm để phân tích hóa học hữu cơ và phân tích kim loại nhằm xác định các thành phần hóa học phụ thuộc vào kích thước trong khí dung ENDS. Việc lấy mẫu được tiến hành ba lần cho mỗi sản phẩm ENDS để đảm bảo độ tin cậy và khả năng nhân rộng của dữ liệu. Sự phân bố kích thước hạt khí dung ENDS và dữ liệu thành phần hóa học phụ thuộc vào kích thước đóng vai trò chính trong việc ước tính liều lượng lắng đọng của một hóa chất ENDS cụ thể trong phổi của vaper.
2.2. Phân tích hóa chất và kim loại hữu cơ
Phân tích hóa học hữu cơ đối với khí dung ENDS được thực hiện bằng phương pháp sắc ký khí khối phổ (GC/MS) để phát hiện khối lượng hóa chất hữu cơ như nicotin, PG, VG và các chất tạo hương vị trên bộ lọc MOUDI để thu được thông tin phụ thuộc vào kích thước. Cụ thể, hai ENDS dùng một lần đã được tháo rời để xác định vị trí bấc vaping ngâm trong chất lỏng điện tử. Các thành phần hóa học chính trong tinh dầu lần đầu tiên được chiết xuất bằng acetonitril và được phân tích bằng GC/MS. Sau đó, các mẫu khí dung ENDS trên bộ lọc MOUDI được chiết theo cách tương tự và được cô đặc để phân tích GC/MS. Phân tích hóa học GC/MS được trang bị nguồn ion hóa điện tử (GC/EI-MS, Agilent 6890N GC và 5975 trơ XL MSD), và tất cả các hóa chất đều được định lượng bằng cách sử dụng các tiêu chuẩn xác thực hoặc thay thế. Quy trình chi tiết để phân tích hữu cơ được mô tả ở nơi khác [23]. Trong phân tích hóa học hữu cơ, độ thu hồi của các chất phân tích mục tiêu được xác định bằng cách thêm một lượng hóa chất đã biết vào các bộ lọc trống (n=3) và chiết xuất chúng theo quy trình tương tự như thu thập mẫu khí dung. Phân tích kim loại được thực hiện bằng Phương pháp quang phổ khối plasma kết hợp cảm ứng (ICP/MS) để phát hiện khối lượng kim loại nguy hiểm như niken, crom và chì trên các bộ lọc MOUDI khác nhau để thu được thông tin phụ thuộc vào kích thước. Bộ lọc MOUDI lần đầu tiên được xử lý để lọc và phân hủy axit bằng HNO chưng cất hai lần siêu sạch3và HF, sau đó làm bay hơi dung dịch mẫu đã phân hủy đến trạng thái khô. Một giao thức được thiết lập tốt trước đây đã được tuân theo để phân tích ICP/MS bằng cách sử dụng ICP/MS Triple Quad (Model 8800, Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA) [24]. Bằng cách này, có thể thu được các nguyên tố kim loại xuống mức dưới ppb (ng/g) với độ chính xác ±5%.
Trọng tâm của phân tích trong phòng thí nghiệm trong nghiên cứu này là các hóa chất hữu cơ và kim loại có hại đã được xác định trước đây trong khí dung ENDS và được công bố trong tài liệu [14,18,25,26,27,28,29]. Do đó, thiết kế phân tích hóa học hữu cơ của chúng tôi tập trung vào nicotin, dung môi mang (ví dụ: glycerol, propylene glycol, formaldehyde, acetaldehyde, acrolein, axeton, methylglyoxal, axit benzoic và triethyl citrate), cũng như hương liệu và các hóa chất khác ( ví dụ, etylvanillin, vanillin, cinnamaldehyde, tinh dầu bạc hà, acetoin, citral, rượu benzyl, benzaldehyde, diacetyl, etyl axetat, etyl maltol, triacetin, metyl anthranilat, metyl dihydrojasmonat, melonal, corylone, δ-dodecalactone, -terpineol, -decalactone, và 3-hexen-1-ol). Tương tự như vậy, hơn 20 kim loại đã được phát hiện trong phân tích kim loại của chúng tôi, nhưng trọng tâm của nghiên cứu này là niken (Ni), mangan (Mn), kẽm (Zn), crom (Cr) và chì (Pb).
2.3. Ước tính liều lượng các chất ENDS lắng đọng
Để ước tính rủi ro sức khỏe liên quan đến việc hít phải chất ENDS trong phổi của vaper, liều trung bình hàng ngày (ADD) và liều trung bình hàng ngày trong đời (LADD) đã được tính toán. ADD và LADD được tính toán dựa trên các phương trình thông thường sau:𝐴𝐷𝐷=𝐶×𝐶𝑅×𝐶𝑇𝐵𝑊×𝐴𝑇���=�×��×����×��
(1)
𝐿𝐴𝐷𝐷=𝐶×𝐶𝑅×𝐶𝑇𝐵𝑊×𝐿𝐸����=�×��×����×��
(2)
trong đó 𝐶� là nồng độ phơi nhiễm (ng/m3), 𝐶𝑅�� là tốc độ tiếp xúc (m3/ngày), 𝐶𝑇�� là thời gian tiếp xúc, được giả định là 30 năm (10.950 ngày) đối với dân số vaper cao cấp, 𝐵𝑊�� là trọng lượng cơ thể (70 kg), 𝐴𝑇�� là thời gian trung bình , tương đương với 𝐶𝑇�� (10.950 ngày) và 𝐿𝐸�� là tuổi thọ dự kiến, là 70 năm (25.550 ngày) theo giả định phơi nhiễm mặc định của USEPA. Trong trường hợp sử dụng vaping, thuật ngữ 𝐶×𝐶𝑅�×�� bằng với lượng tiêu thụ hàng ngày của chất ENDS (ng/ngày) và lượng hấp thụ chất ENDS hàng ngày thông qua vaping phải đến từ tổng số hơi vaping trong một lần ngày. Dựa trên tài liệu, số lượng hơi trung bình hàng ngày được báo cáo của một vaper là khoảng 163 hơi/ngày [30]. Do đó, dựa trên thiết kế thử nghiệm và kết quả của nghiên cứu này, Phương trình (1) và (2) sau đó có thể được sửa đổi cho cài đặt vaping như sau:𝐴𝐷𝐷𝑗=∑𝑖𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗=0.1𝑀𝑖,𝑗×𝐶𝑅𝑝×𝐶𝑇𝐵𝑊×𝐴𝑇����=∑�����,�=0.1��,�×���×����×��
(3)
𝐿𝐴𝐷𝐷𝑗=∑𝑖𝐿𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗=0.1𝑀𝑖,𝑗×𝐶𝑅𝑝×𝐶𝑇𝐵𝑊×𝐿𝐸�����=∑������,�=0.1��,�×���×����×��
(4)
trong đó 𝑀𝑖,𝑗��,� là khối lượng của một chất ENDS cụ thể j (hóa chất hữu cơ hoặc kim loại) trong khí dung ENDS được tìm thấy ở MOUDI giai đoạn I (i {0}} đến 11) từ GC /MS và phân tích ICP/MS. Vì 𝑀𝑖,𝑗��,� dựa trên 10 lần hít, nên 0,1𝑀𝑖,𝑗��,� bằng khối lượng chất ENDS trong một lần xịt. 𝐶𝑅𝑝��� là tốc độ tiếp xúc khí dung ENDS tính theo đơn vị hơi/ngày. Dựa trên tài liệu, 𝐶𝑅𝑝��� được đặt là 163 hơi/ngày [30]. Dựa trên những điều này, 𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗����,� phản ánh liều trung bình hàng ngày của một chất cụ thể j có trong khí dung ENDS trong phạm vi kích thước i (giai đoạn MOUDI i); 𝐿𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗�����,� là liều lượng trung bình hàng ngày trong đời của một chất cụ thể j có trong khí dung ENDS trong phạm vi kích thước i. Tổng trong các phương trình (3) và (4) chỉ ra rằng liều lượng của một chất ENDS cụ thể trong phổi của một vaper đang hoạt động được tính bằng cách tổng hợp các liều từ tất cả 11 giai đoạn MOUDI riêng lẻ (∑𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗∑����,� và ∑𝐿𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗∑�����,�). Các phương trình (3) và (4) có thể được sửa đổi thêm bằng cách xem xét yếu tố quan trọng của phân số lắng đọng đường hô hấp khí dung để ước tính liều lắng đọng trong phổi của vaper (tức là liều do khí dung ENDS đóng góp thực sự lắng đọng trong đường thở) như sau:𝐴𝐷𝐷′𝑗=∑𝑖𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗×𝐷𝐹𝑖���′�=∑�����,�×���
(5)
𝐿𝐴𝐷𝐷′𝑗=∑𝑖𝐿𝐴𝐷𝐷𝑖,𝑗×𝐷𝐹𝑖����′�=∑������,�×���
(6)
trong đó 𝐷𝐹𝑖��� là tỷ lệ lắng đọng hô hấp trung bình (từ {{0}}.0 đến 1,0) đối với kích thước khí dung thu được của giai đoạn MOUDI i. Hệ thống hô hấp của con người được sử dụng trong nghiên cứu này bao gồm các đường dẫn khí khí quản đến vùng phế nang và dữ liệu được công bố tương ứng về tỷ lệ lắng đọng đường hô hấp khí dung đã được áp dụng để thu được tỷ lệ lắng đọng trung bình (xem Phụ lục A Bảng A1 để biết ước tính 𝐷𝐹𝑖���) [ 23]. Bằng cách này, 𝐴𝐷𝐷′𝑗����� và 𝐿𝐴𝐷𝐷′𝑗������� tính đến phần khối lượng thực tế phụ thuộc vào kích thước của chất trong khí dung ENDS cũng như tỷ lệ khí dung ENDS hít vào thực sự góp phần đến liều lắng đọng.2.4. Ước tính rủi ro ung thư và không ung thư
Sau đó, 𝐴𝐷𝐷′𝑗����� ước tính từ Công thức (5) được sử dụng để tính chỉ số nguy hiểm (HQ) nhằm đánh giá rủi ro sức khỏe không phải ung thư do chất j gây ra trong sản phẩm ENDS dùng một lần (hóa chất hữu cơ hoặc kim loại) như sau:𝐻𝑄𝑗=𝐴𝐷𝐷′𝑗𝑅𝑓𝐷𝑗 {<1 No adverse health effect is expected>1 Có khả năng gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe ���=��������� {<1 No adverse health effect is expected>1 Có khả năng gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe
(7)
trong đó 𝑅𝑓𝐷𝑗���� là liều tham chiếu (RfD) được công bố cho chất ENDS j. Lưu ý rằng trong trường hợp chỉ có sẵn nồng độ tham chiếu (RfC) cho một chất cụ thể, RfC được chuyển đổi thành RfD bằng cách sử dụng tốc độ hít vào hợp lý là 20 m3/ngày và trọng lượng cơ thể mặc định là 70 kg (tức là RfD=RfC × 20/70) [18]. Hơn nữa, chỉ số nguy hiểm (HI) được áp dụng cho các chất gây ra những ảnh hưởng sức khỏe không phải do ung thư tương tự trên cùng một cơ quan/hệ thống mục tiêu (ví dụ: hệ hô hấp). Do đó, HI là tổng của tất cả 𝐻𝑄𝑗��� (𝐻𝐼=∑𝐻𝑄𝑗��=∑��� có liên quan). Khi HQ hoặc HI vượt quá 1,0, điều đó cho thấy rằng những ảnh hưởng bất lợi đến sức khỏe không phải do ung thư có thể xảy ra đối với người sử dụng ENDS dùng một lần.𝐿𝐴𝐷𝐷′𝑗������ được tính toán trong Công thức (6) được sử dụng để đánh giá nguy cơ mắc bệnh hô hấp ung thư liên quan đến việc sử dụng sản phẩm ENDS dùng một lần như sau:𝐶𝑎𝑛𝑐𝑒𝑟 𝑅𝑖𝑠𝑘𝑗=𝐿𝐴𝐷𝐷′𝑗×𝐶𝑆𝐹𝑗 {<10−6 Acceptable cancer risk >10−6 Nguy cơ ung thư không thể chấp nhận được������ �����=������×���� {<10−6 Acceptable cancer risk >10−6 Nguy cơ ung thư không thể chấp nhận được
(8)
trong đó 𝐶𝑆𝐹𝑗���� là hệ số độ dốc ung thư được công bố (tức là khả năng gây ung thư) của một chất ENDS cụ thể j (hóa chất hữu cơ hoặc kim loại). Để đánh giá nguy cơ ung thư, nguy cơ ung thư ước tính vượt quá 10−6(một trên một triệu) cho thấy nguy cơ ung thư không thể chấp nhận được đối với người sử dụng ENDS dùng một lần. Các giá trị của RfD, RfC và CSF trong Công thức (7) và (8) để đánh giá rủi ro ung thư và không phải ung thư được tổng hợp từ các trang web chính thức của US EPA và CalEPA [31,32,33,34].3. Kết quả
3.1. Các chất được phát hiện trong khí dung ENDS
Bảng 1 và Bảng 2 lần lượt trình bày các hóa chất hữu cơ (được chọn) và kim loại được phát hiện từ khí dung được tạo ra từ hai sản phẩm ENDS dùng một lần, Puff Bar (Nho) và Air Bar (Đá dưa hấu). Các kết quả định lượng được biểu thị bằng khối lượng của chất được phát hiện trên bộ lọc (ng), là giá trị trung bình của các mẫu bộ lọc ba lần trong cùng một giai đoạn MOUDI. Đối với các hợp chất hữu cơ, dựa trên phân tích hóa học của chúng tôi, cả Puff Bar (Nho) và Air Bar (Dưa hấu Ice) đều chứa nicotin, propylene glycol (PG), glycerol (VG), axit benzoic, triethyl citrate, ethyl maltol và {{2 }}hexen-1-ol. Được biết, PG và VG là dung môi mang thường được sử dụng trong tinh dầu của sản phẩm ENDS. Ngoài ra, Puff Bar còn chứa methyl anthranilate, -terpineol và perillartine, trong khi Air Bar còn chứa rượu benzyl, vanillin, melonal, methyl dihydrojasmonate và -decalactone. Các hóa chất hữu cơ như vanillin, melonal, ethyl maltol và rượu benzyl được thêm vào làm chất tạo hương vị [35]. Để phân tích kim loại, chúng tôi chỉ liệt kê các kim loại đã được ghi nhận là có liên quan đến những ảnh hưởng xấu đến sức khỏe trong Bảng 1 và Bảng 2. Các kim loại được phát hiện trên các bộ lọc bao gồm crom, niken, mangan, chì, nhôm và kẽm, tất cả đều đã được ghi nhận tác động tiêu cực đến hệ hô hấp (và thậm chí cả ung thư phổi) và hệ thần kinh trung ương [18]. Bảng 1 và Bảng 2 cũng trình bày sự phân bổ khối lượng khí dung ENDS được MOUDI thu thập dựa trên phạm vi kích thước khí dung thu thập được. Nhìn chung, khối lượng hóa chất hữu cơ được phân bố bình thường và đạt cực đại ở giai đoạn 6 (kích thước sol khí thu được là 1,8 Lớn hơn hoặc bằng d Lớn hơn hoặc bằng 1.0 µm), tỷ lệ thuận với sự phân bố khối lượng ( bằng với phân bố kích thước hạt) của khí dung ENDS. Tuy nhiên, chúng tôi không quan sát thấy các kim loại tuân theo sự phân bố như vậy. Với dữ liệu thành phần chất phụ thuộc vào kích thước ở trên, có thể ước tính được liều lượng của một chất cụ thể liên quan đến ENDS (hóa chất hữu cơ hoặc kim loại) lắng đọng trong phổi của vaper cũng như các rủi ro sức khỏe liên quan.
Bảng 1.Các chất được phát hiện trong các mẫu khí dung ENDS được phân tách theo kích thước do Air Bar (Dưa hấu Ice) tạo ra.
Bảng 2.Các chất được phát hiện trong các mẫu khí dung ENDS được phân tách theo kích thước do Puff Bar (Grape) tạo ra.
3.2. Ước tính liều lượng chất ENDS lắng đọng trong đường hô hấp
Bảng 3 và Bảng 4 thể hiện ADD và LADD ước tính cho các hóa chất hữu cơ và kim loại được liệt kê trong Bảng 1 và Bảng 2. ADD và LADD ước tính được tính toán dựa trên Công thức (1)–(6), có tính đến các thông số sử dụng ENDS thực tế , thành phần chất phụ thuộc vào kích thước khí dung và tỷ lệ lắng đọng hô hấp khí dung thông thường. ADD và LADD đo liều lắng đọng qua đường hô hấp của chất ENDS cần quan tâm. Như trình bày trong Bảng 3 và Bảng 4, liều lượng lắng đọng tương ứng với nicotin, propylene glycol, glycerol và axit benzoic tương đối cao hơn so với các hóa chất hữu cơ khác. Trong số các kim loại, kẽm, nhôm, niken và crom có xu hướng có lượng lắng đọng tương đối cao hơn. Nhìn chung, Air Bar (Dưa hấu Ice) dẫn đến lượng lắng đọng cả hóa chất hữu cơ và kim loại cao hơn so với Puff Bar (Nho). Đặc biệt, khí dung ENDS được tạo ra từ Air Bar (Dưa hấu Ice) chứa hàm lượng nicotine, propylene glycol, glycerol, crom, niken, mangan, chì, nhôm và kẽm ước tính cao hơn so với khí dung từ Puff Bar (Nho).
Bảng 3.Ước tính liều lượng lắng đọng trong phổi cũng như nguy cơ ung thư và không gây ung thư của khí dung ENDS do Air Bar-Dưa hấu Ice tạo ra.
Bảng 4.Ước tính liều lượng lắng đọng trong phổi và nguy cơ ung thư cũng như không gây ung thư của khí dung ENDS do Puff Bar-Grape tạo ra.
3.3. Ước tính rủi ro ung thư và không phải ung thư của các chất ENDS
Rủi ro ung thư và không gây ung thư đối với các kim loại chọn lọc có trong khí dung ENDS được ước tính dựa trên ADD và LADD tương ứng và kết quả được trình bày trong Bảng 3 và Bảng 4. Các bảng này cũng hiển thị các giá trị của CSF do Hoa Kỳ công bố EPA và CalEPA và được áp dụng trong ước tính nguy cơ ung thư của chúng tôi [32]. Trong số các kim loại được tìm thấy trong bình xịt do Air Bar (Dưa hấu Ice) tạo ra, nguy cơ ung thư ước tính của crom và niken là 1.0 × 10−3và 1,5 × 10−6, tương ứng, được coi là cao hơn đáng kể so với mức rủi ro có thể chấp nhận được là 10−6. Đối với các kim loại trong khí dung do Puff Bar (Nho) tạo ra, nguy cơ ung thư đường hô hấp ước tính tương ứng với crom là 3,9 × 10−4, cũng vượt quá rủi ro chấp nhận được thông thường. Để ước tính rủi ro không gây ung thư (được đo bằng HQ), RfD (hoặc RfC) tương ứng với các kim loại do US EPA và CalEPA công bố đã được sử dụng (được liệt kê trong Bảng 3 và Bảng 4) [31,33,34]. Kết quả đánh giá rủi ro không gây ung thư cho thấy giá trị HQ của tất cả kim loại trong Bảng 3 và Bảng 4 đều nhỏ hơn 1.{{10}}, cho thấy rằng không có kim loại nào sẽ gây ra tác động đáng kể đến hệ hô hấp hoặc CNS. Tuy nhiên, khi tổng hợp các rủi ro sức khỏe không gây ung thư tương ứng với cùng một cơ quan mục tiêu, người ta phát hiện ra rằng crom và niken trong khí dung do Air Bar (Dưa hấu Ice) tạo ra có nguy cơ hô hấp HI=1.14, cao hơn mức chấp nhận được là 1,0, cho thấy nguy cơ tiềm ẩn về các tác động xấu đến hô hấp (không gây ung thư) ở những người thường xuyên sử dụng Air Bar (Đá dưa hấu). Tuy nhiên, các tác dụng phụ tương tự không được tìm thấy trong khí dung do Puff Bar (Grape) tạo ra.
4. Thảo luận
Các kết quả thu được từ nghiên cứu thực nghiệm này đã lấp đầy những khoảng trống tài liệu bằng cách đưa ra ước tính chính xác hơn về liều lắng đọng qua đường hô hấp cũng như các nguy cơ sức khỏe liên quan đến ung thư và không phải ung thư liên quan đến việc sử dụng ENDS dùng một lần. Bằng cách thu thập dữ liệu thành phần hóa học được phân tách theo kích thước từ khí dung ENDS và xem xét tỷ lệ lắng đọng đường hô hấp phụ thuộc vào kích thước khí dung, có thể đánh giá chính xác nguy cơ sức khỏe của các sản phẩm ENDS dùng một lần. Ưu điểm chính của phương pháp này là nó tính đến lượng chất ENDS thực sự lắng đọng trong đường thở của con người.
Kết quả phân tích hóa học của chúng tôi đã xác minh rằng bình xịt thuốc lá điện tử có chứa các hóa chất hữu cơ và kim loại có hại (ví dụ: rượu benzyl, -decalactone, crom, niken) được ghi nhận là gây ra các vấn đề về hô hấp và thậm chí là ung thư phổi. Chúng tôi cũng tìm thấy mangan và chì xuất hiện trong khí dung ENDS, chất này có tác động tiêu cực đến hệ thần kinh trung ương của con người. Trong số các kim loại được phát hiện, chúng tôi nhận thấy rằng rủi ro ung thư đường hô hấp ước tính tương ứng với crom từ cả hai sản phẩm ENDS dùng một lần đều cao hơn đáng kể so với rủi ro có thể chấp nhận được. Nguy cơ ung thư đường hô hấp tương ứng với niken trong khí dung từ Air Bar (Dưa hấu Ice) cũng cao hơn đáng kể so với rủi ro có thể chấp nhận được. Hơn nữa, cả crom và niken trong hai sản phẩm END dùng một lần đều không liên quan đến những rủi ro sức khỏe không phải ung thư không thể chấp nhận được. Tuy nhiên, khi tổng hợp các nguy cơ không gây ung thư của từng cá nhân với cùng một cơ quan mục tiêu, chúng tôi nhận thấy crom và niken trong khí dung ENDS do Air Bar (Dưa hấu Ice) tạo ra có tác dụng phụ đối với hệ hô hấp. Những kết quả này lặp lại bằng chứng ngày càng tăng ủng hộ quan điểm cho rằng các hóa chất gây ung thư và có hại thực sự là mối lo ngại đối với những người sử dụng ENDS thường xuyên [18,25,35]. Đáng chú ý, rủi ro ung thư và không ung thư ước tính của chúng tôi nhìn chung thấp hơn so với nghiên cứu của Fowles và cộng sự [18], có thể do các loại ENDS khác nhau và các phương pháp để thu được nồng độ kim loại. Tuy nhiên, ước tính của chúng tôi có thể chính xác hơn vì chúng dựa trên liều lượng hóa chất ước tính lắng đọng trong đường thở của con người cũng như thành phần của các chất ENDS được phân tích thực nghiệm và tìm thấy trong khí dung ENDS.
Đóng góp độc đáo của nghiên cứu này là việc ước tính liều lượng lắng đọng và các nguy cơ sức khỏe liên quan được tính đến kích thước hạt của khí dung. Phương pháp được sử dụng trong nghiên cứu này có thể được áp dụng thêm để nghiên cứu độc tính khí dung đối với các sản phẩm ENDS khác. Cụ thể, dữ liệu thành phần phụ thuộc vào kích thước thu được từ phân tích hóa học của chúng tôi đã cung cấp thông tin hữu ích để ước tính chính xác liều lượng hóa chất ENDS cụ thể trong vùng đường thở của con người. Dựa trên dữ liệu thu được từ bộ sưu tập mẫu phân tách kích thước MOUDI, chúng tôi thấy rằng sự phân bố kích thước hạt của hầu hết tất cả các hóa chất hữu cơ đều tỷ lệ thuận với sự phân bố khối lượng khí dung ENDS. Các hóa chất hữu cơ có trong bình xịt ENDS được phân phối bình thường và thường đạt cực đại ở Giai đoạn 6 MOUDI (kích thước bình xịt thu được: từ 1.0 đến 1,8 µm). Dựa trên thông tin về sự lắng đọng qua đường hô hấp của khí dung phụ thuộc vào kích thước (được báo cáo trong Phụ lục A Bảng A1), điều này ngụ ý rằng 16% lượng khí dung ENDS dồi dào nhất được hít vào (1.0–1.8 µm) sẽ lắng đọng trong phổi của vaper bên trong đường dẫn khí khí phế quản và vùng phế nang.
Ngoài phương pháp thực nghiệm được cải tiến, nghiên cứu này còn có ý nghĩa quan trọng về mặt chính sách. Nghiên cứu này cho thấy các hợp chất hữu cơ và kim loại có hại và có khả năng gây hại đã được phát hiện trong khí dung từ hai ENDS dùng một lần, với một số kim loại mang lại nguy cơ ung thư và/hoặc không phải ung thư ở mức chấp nhận được. Những kết quả này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc quản lý các hóa chất độc hại và có khả năng gây hại như vậy. Ngoài việc xác minh kết quả của các nghiên cứu trước đây rằng các bộ phận làm nóng và chất tạo hương vị trong chất lỏng điện tử của các sản phẩm ENDS là nguồn gốc của một số hóa chất độc hại [18,25], nghiên cứu của chúng tôi đã phát triển thêm một phương pháp để ước tính chính xác hơn liều lượng các chất liên quan đến ENDS điều đó có thể cung cấp thông tin tốt hơn cho quy định về sản phẩm thuốc lá bằng cách đưa ra ước tính chính xác hơn về mức độ chất độc. Hơn nữa, vì FDA đã cấm các sản phẩm ENDS có hương vị ngoại trừ ENDS dùng một lần do định nghĩa hạn hẹp của FDA về hộp thuốc lá điện tử [11], những phát hiện từ nghiên cứu của chúng tôi tập trung đặc biệt vào ENDS dùng một lần đã cung cấp nền tảng khoa học bổ sung để FDA xem xét mở rộng lệnh cấm hương vị đối với các sản phẩm ENDS dùng một lần. Ngoài ra, do các công ty ENDS thường quảng cáo rằng ENDS có chứa nicotin, hóa chất tạo hương vị và dung dịch mang (ví dụ: propylene glycol) nhưng đánh giá thấp sự tồn tại của các chất có hại trong khí dung ENDS [36], nên các yêu cầu ghi nhãn sản phẩm nghiêm ngặt hơn và các chiến dịch truyền thông phản đối hiệu quả là bắt buộc. .
Nghiên cứu này có những hạn chế cần được thừa nhận. Đầu tiên, mặc dù chúng tôi đã nghiên cứu khí dung từ hai ENDS dùng một lần được sử dụng phổ biến, nhưng chúng không đại diện cho tất cả các sản phẩm ENDS khác nhau tùy theo hương vị, mẫu mã và nhãn hiệu. Các đặc tính sản phẩm khác nhau có thể dẫn đến những rủi ro sức khỏe khác nhau. Ví dụ, một nghiên cứu kiểm tra benzaldehyde trong các khí dung do ENDS tạo ra đã phát hiện ra rằng hàm lượng benzaldehyde cao nhất được phát hiện trong các sản phẩm ENDS có hương vị anh đào [37]. Cần có các nghiên cứu trong tương lai để điều tra một cách có hệ thống độc tính của khí dung cùng với các đặc tính của sản phẩm (ví dụ: hương vị, mẫu mã, điện áp nguồn) để cung cấp thông tin bổ sung về các hành động quản lý thuốc lá. Thứ hai, đánh giá của chúng tôi về nguy cơ sức khỏe ung thư và không phải ung thư liên quan đến các hợp chất hữu cơ và kim loại từ khí dung ENDS dựa trên thông tin về khả năng gây ung thư (CSP) và RfD (hoặc RfC) do EPA và CalEPA cung cấp. Tuy nhiên, thông tin đó chưa được thiết lập cho hầu hết các hóa chất hữu cơ được phát hiện trong nghiên cứu này. Do đó, mặc dù có thể ước tính liều lượng hàng ngày như ADD và LADD cho tất cả các hóa chất hữu cơ có trong khí dung ENDS, nhưng việc đánh giá rủi ro sức khỏe liên quan chỉ có thể được hoàn thành đối với một số hóa chất. Cần có các nghiên cứu trong tương lai để điều tra sâu hơn các nguy cơ sức khỏe liên quan đến các hóa chất khác khi có thông tin về độc tính của chúng (ví dụ: CSP, RfD và RfC). Cuối cùng, việc sử dụng ống tiêm để hút khí dung từ các sản phẩm ENDS để tạo ra khí dung ENDS có thể không đại diện cho tình hình thực tế của vaping. Tuy nhiên, phương pháp này là cách đơn giản và hữu ích để tạo ra khí dung từ các sản phẩm ENDS một cách hiệu quả. Đối với các nghiên cứu trong tương lai, có thể mua các máy phun thuốc lá điện tử có bán trên thị trường như CSM-eSTEP (CH Technology USA, Inc., Northeastern, New Jersey) để tạo ra khí dung ENDS tiêu biểu và đáng tin cậy hơn cho các thí nghiệm liên quan.
5. Kết luận
Nghiên cứu này cung cấp các kết quả thực nghiệm có giá trị về liều lắng đọng qua đường hô hấp liên quan đến việc sử dụng sản phẩm ENDS dùng một lần có xem xét các thành phần chất ENDS phụ thuộc vào kích thước khí dung và phân số lắng đọng qua đường hô hấp của khí dung, mang lại ước tính nguy cơ ung thư và không ung thư chính xác hơn. Phương pháp và những phát hiện từ nghiên cứu này có thể đóng góp vào tài liệu còn tồn tại về độc tính của khí dung ENDS và có thể cung cấp thông tin cho các nghiên cứu quy mô lớn trong tương lai nhằm điều tra các nguy cơ sức khỏe liên quan đến ENDS. Các phát hiện này cũng có thể cung cấp thông tin cho các nỗ lực quản lý thuốc lá như mở rộng lệnh cấm hương vị liên bang đối với các sản phẩm ENDS dùng một lần, thực hiện các yêu cầu ghi nhãn sản phẩm chặt chẽ hơn và phát triển các chiến dịch truyền thông hiệu quả để chống lại tác động sức khỏe cộng đồng của các sản phẩm ENDS mới này.
Đóng góp của tác giả
W.-CS, H.-CL và AB đã thiết kế và lên ý tưởng cho nghiên cứu này. H.-CL và AB đã tiến hành tìm kiếm tài liệu và cung cấp tóm tắt các nghiên cứu trước đây. W.-CS đã tiến hành công việc trong phòng thí nghiệm. H.-CL tiến hành đánh giá rủi ro sức khỏe. H.-CL và W.-CS diễn giải các phát hiện này. H.-CL và W.-CS soạn thảo bản thảo. AB đã phê bình sửa đổi bản thảo. Tất cả các tác giả đã đọc và đồng ý với phiên bản đã xuất bản của bản thảo.
Tài trợ
Nghiên cứu này được hỗ trợ bởi R21ES031795 từ Viện Khoa học Sức khỏe Môi trường Quốc gia (NIEHS) tới W.-CS, R01DA049154 từ Viện Quốc gia về Lạm dụng Ma túy (NIDA) tới AB và H.-CL, đồng thời được hỗ trợ từ Trung tâm Lao động Tây Nam và Sức khỏe Môi trường (SWCOEH), Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa Dịch bệnh (CDC) Viện Quốc gia về An toàn và Sức khỏe Nghề nghiệp (NIOSH) Trung tâm Giáo dục và Nghiên cứu (T42OH008421) tại Trung tâm Khoa học Y tế Đại học Texas tại Trường Công lập Houston (UTHealth) Sức khỏe.
