방법 논문

전자 담배와 담배 연기의 효과 비교

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DOI:

10.3791/55672

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2017년 5월 24일

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1Jobst Vascular Research Laboratory, University of Michigan Medical School, 2Department of Engineering, Purdue University, 3Department of Surgery, Section of Vascular Surgery, University of Michigan Health System

이 논문에서

요약

이 프로토콜은 설치류를 전자 담배 (E-vapor) 및 담배 연기에 노출시키는 방법을 설명합니다. 노출 챔버는 설치류에 전자 증기 또는 담배 연기를 전달하는 자동화 된 펌핑 시스템으로 마취 챔버를 개조하여 구성됩니다. 이 시스템은 많은 실험적 엔드 포인트를 수용하도록 쉽게 수정할 수 있습니다.

초록

전자 담배 (E- cigarettes )가 널리 사용되고 있으며 인기가 높아지고 있습니다. 900 만 명 이상의 성인이 정기적으로 사용합니다. 전자 담배 증기 (E- 증기) 노출로 인한 잠재적 인 건강상의 악영향은 잘 정의되어 있지 않습니다. E- 수증기 노출의 여러 동물 모델이 개발되었지만, 설치류를 임상 적으로 관련된 양의 니코틴에 노출시키고 동일한 노출 시스템 내에서 담배 연기와 직접 비교할 수있는 모델은 거의 없습니다. 여기서는 E- 증기 챔버 및 담배 연기 챔버를 구성하고 작동시키는 방법을 제시합니다. 챔버는 컴퓨터 제어 펌핑 시스템으로 마취 챔버를 구성하여 일정한 양의 E쥐에게 증기 또는 담배 연기가 나는 경우 니코틴 노출은 사전 및 사후 노출 혈청 코티닌 수치를 정량적으로 측정하여 간접적으로 측정됩니다.이 노출 시스템은 다양한 종류의 전자 담배 및 담배를 수용 할 수 있도록 변형 될 수 있으며 생체 내에서 의 전자 증기 및 담배 연기의 효과를 비교하는 데 사용됩니다.

서론

2004 년 미국 시장에 진출한 이래 전자 담배 (E 담배)가 10 억 달러 규모의 산업으로 확대되면서 거의 9 백만 명의 성인이 정기적으로 담배를 사용하고있는 것으로 추산됩니다 1 . 2014 년과 2015 년에는 고교생이 기존의 담배보다 전자 담배를 더 많이 사용했습니다 2 . E- 담배 사용자가 늘어나면서 잠재적 인 건강 상 악영향을 평가하기위한 연구 노력이 시작되었습니다.

전자 담배는 일반적으로 물, 폴리에틸렌 글리콜 또는 식물성 글리세린, 니코틴 및 향료의 혼합물을 포함하는 점성 솔루션을 가열하여 증기 ( "E- 증기"라고 함)를 생성합니다 3 , 4 . 전자 증기는 반응성 산소 종 (ROS), 니코틴, 다양한 알데히드 및 ​​다환 방향족 탄화수소를 포함한 몇 가지 유해 화합물을 함유하고 있으며 ,6. 이러한 많은 화합물은 흡입 전에 E- 액체의 증발 과정에서 형성됩니다. 주목할 만하게,이 유해한 화합물의 몇몇은 또한 담배 연기 안에 또한 있고, E 담배가 유사한 건강 결과 초래할 수 있는다 고 우려를 제기했다.

전자 담배의 건강에 미치는 영향에 대해서는 거의 합의가 없습니다. 이를 해결하기 위해 E- 증기 노출에 대한 몇 가지 동물 모델이 개발되었다 ( 표 1 ). 이 모델은 전신 E- 증기 노출 및 기계식 환기와 같은 다양한 방법을 사용합니다. 현재 모델은 통찰력있는 데이터를 제공하지만, 동일한 노출 시스템 내에서 담배 연기를 직접 비교하는 사람은 거의 없습니다 ( 표 1 ). 또한 여러 사람의 연구에서 E 담배와 흡연자가 혈청 cotinine 수치가 30-200ng / mL 사이임을 보여 주었지만 E- 증기 및 담배 연기 노출의 많은 모델이 감소했습니다이 범위는 8 , 9 , 10 , 11 , 12 입니다.

여기서 우리는 인체 연구와 유사한 혈청 코티닌 수준을 산출 하는 생체 내에서의 담배 연기 및 E- 증기 노출의 효과를 비교하는 방법을 제시한다.

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프로토콜

다음 프로토콜은 미시간 대학 기관 동물 관리 및 사용위원회 (IACUC)의 지침 및 승인하에 수행되었습니다.

1. 전자 담배 - 증기 챔버 어셈블리

참고 : 사용 중에는 전체 챔버를 흄 후드에 두어야합니다. 여기 챔버는 온도 조절되고 여과 된 실험실 환경에 보관되었습니다. 수사관은 실내 공기의 질을 일정하게 유지하기 위해 시스템의 이러한 측면을 모니터링하도록 선택할 수 있습니다. 옵션으로 금속 케이지로 모니터를 덮으면 설치류 조작을 방지하고 모니터가 실내 실내 환경을 샘플링하도록 할 수 있습니다.

  1. 20 L의 부피로 공기가 통과하는 탈착식 뚜껑이있는 마취 챔버를 확보하십시오.
  2. 재료 절단에 적합한 날을 장착 한 지그 톱을 사용하여 챔버의 뚜껑에있는 직경 10.2cm의 구멍을 구멍의 뒤쪽 가장자리에서 약 7.6cm 정도 잘라냅니다.방.
  3. 조정 가능한 벤트를 구멍에 삽입하고 모든 코크 접착제로 제자리에 장착하십시오.
    참고 : 코킹을 씹을 수 있으므로 챔버 안의 설치류에 접착제 코킹이되어 있지 않은지 확인하십시오. 이 가능한 문제를 방지하려면 벤트를 장착하기 위해 챔버 벽 바깥쪽에 코킹을하십시오.
  4. 실리콘 튜브를 두 개의 15cm 세그먼트로 자르고 T- 커넥터의 한쪽 끝을 연결하십시오.
    참고 : 실리콘 튜빙은 전자 증기 또는 담배 연기의 일부 구성 요소와 반응 할 가능성이 있습니다. 따라서 연구자는 비 반응성 튜브 사용을 고려할 수 있습니다.
  5. T- 커넥터가 챔버 내부에 있도록 챔버 뚜껑 앞쪽에있는 미리 준비된 구멍에 두 개의 실리콘 튜브를 끼 웁니다. 접착제가 코킹 또는 전기 테이프로 뚜껑에 고정되었는지 확인하십시오.
  6. 실리콘 튜빙의 자유 단을 두 개의 마이크로 공기 펌프의 출력 단에 연결하십시오. 펌프는 챔버의 뚜껑에 더블 -양면 접착 테이프 또는 코킹.
    참고 : 펌프 출력단에 연결된 튜빙의 길이는 사용 중에 튜빙 내부 표면의 증기 수집량을 제한하기 위해 짧아야합니다.
  7. 새로운 실리콘 튜브를 사용하여 공기 펌프 중 하나의 입력측 ( 그림 1의 펌프 A)에 한쪽 끝을 연결하고이 튜브를 약 4cm 길이로 자릅니다. 이것은 전자 담배가 챔버 사용 중에 삽입되는 곳입니다. 튜브의 직경이 e-cig의 끝 부분에 꼭 맞도록하십시오.
  8. 새로운 실리콘 튜브를 사용하여 한쪽 끝을 다른 공기 펌프 ( 그림 1의 펌프 B)의 입력쪽에 연결하십시오. 이 펌프는 실내로 실내 공기를 도입합니다. 따라서, 튜브 끝은 흄 후드 외부에 배치해야합니다. 이 튜브의 길이는 중요하지 않지만 공기 흐름 저항을 제한하기 위해 가능한 한 짧아야합니다.
  9. 챔버 내부에 산소가 들어갈 수 있도록 양면 접착제로 두 개의 작은 후크를 부착하십시오.en 및 일산화탄소 가스 모니터.

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그림 1. 전자 담배 - 증기 챔버의 개략도.
챔버는 흄 후드에 보관됩니다 (표시되지 않음). 실내 공기 펌프 (펌프 B)는 흄 후드 외부의 실내 공기를 2L / 분으로 지속적으로 챔버로 유입합니다. E-cig 펌프 (펌프 A)는 30 초의 휴식 간격으로 4 초에 걸쳐 133 mL의 E-vapor를 퍼프합니다. 챔버로 펌핑되기 전에 E- 증기 및 실내 공기 혼합. 가스 모니터는 챔버 내부의 일산화탄소 (CO) 및 산소 (O 2 ) 농도를 지속적으로 측정합니다. E- 증기는 배기 가스를 통해 흄 후드로 수동적으로 배출됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

2. 담배 연기 챔버 어셈블리

참고 : 사실상 모든 브랜드 of 담배를이 시스템과 함께 사용할 수 있지만 University of Kentucky 1R6F Research Cigarette와 같은 표준화 된 연구용 담배는 비용 효율적이고 신뢰성이 높으며이 용도에 가장 적합합니다.

  1. 1.1 - 1.6, 1.9 단계를 따릅니다.
  2. 새로운 실리콘 튜브를 사용하여 한쪽 끝을 담배 조명 장치에 연결하고 다른 쪽 끝을 공기 펌프의 입력측에 연결하십시오 ( 그림 2의 펌프 A). 담배 조명 장치는 사용 중에 흄 후드 내부와 챔버 외부에 배치해야합니다.
    주 : 담배 조명 장치의 제작에는 금속 제조 및 전기 공학에 대한 지식이 필요합니다. 건설에 대한 단계별 안내서는 여기에 나와 있지 않지만 계획에 대한 보충 자료를 참조하십시오.
  3. 새 실리콘 튜브로 한쪽 끝을 다른 공기 펌프에 연결하십시오 ( 그림 2의 펌프 B). 이 펌프는 실내에 실내 공기를 도입 할 것이므로 튜브 끝을 흄 후드 외부에 배치해야합니다. >
  4. 챔버의 전면 벽에 5mm 너비의 수직 슬릿을 몇 개 잘라 내고 챔버 외부에 컴퓨터 팬을 설치하여이 개구를 덮도록하십시오. 팬이이 개구부를 통해 챔버 안으로 공기를 불어 넣을 수 있도록 팬의 전면이 챔버를 향하게하십시오.

figure-protocol-2
그림 2. 담배 연기 상자의 개략도.
실내 공기 펌프 (펌프 B)는 흄 후드 외부의 실내 공기를 2L / 분으로 지속적으로 챔버로 유입합니다. 펌프 A는 2 L / 분의 속도로 40 초 동안 점화 된 담배를 끌어 들였고, 20 초 후에 컴퓨터 팬은 3 분 이상 챔버를 비웠다. 연기와 실내 공기는 챔버로 펌핑되기 전에 혼합됩니다. 가스 모니터는 지속적으로 일산화탄소 (CO) 및 산소 (O 2 ) 챔버 농도를 측정합니다. 연기는 흄 후드로 벤트를 통해 소진됩니다.ftp_upload / 55672 / 55672fig2large.jpg "target ="_ blank ">이 그림의 확대 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

3. 마이크로 컨트롤러 어셈블리 및 소프트웨어

  1. 별도의 마이크로 컨트롤러로 전자 담배 증기 챔버 및 담배 연기 챔버의 펌핑 시스템을 제어하십시오. 마이크로 컨트롤러 소프트웨어를 다운로드하고 S upplementary Materials에 제공된 작동 코드를 업로드하십시오. 전자 담배 증기 코드는 실내 공기 펌프를 연속적으로 가동하고 30 초마다 4 초 동안 전자 담배 펌프를 작동시킵니다. 담배 연기 코드는 실내 공기 펌프를 연속적으로 가동하고 40 초 동안 담배 펌프를 작동 시키며 담배 펌프가 정지 한 후 20 초 동안 컴퓨터 팬을 작동시킵니다. 팬은 3 분 동안 작동 후 차단됩니다.
    참고 : 필요에 따라 펌프 및 팬의 타이밍을 조정할 수 있습니다. 관련 코드를 마이크로 컨트롤러에 업로드하는 방법에 대한 제조업체 지침을 참조하십시오.
  2. 조립하기마이크로 컨트롤러에서 그림 3 과 같이 브레드 보드에 지퍼 와이어, 다이오드, 레지스터 및 커패시터를 연결하고 악어 클립 와이어를 해당 공기 펌프 (및 담배 연기 챔버의 컴퓨터 팬)에 연결합니다. 가능한 경우 흄 후드 외부에 마이크로 컨트롤러를 설치하십시오.

figure-protocol-3
그림 3. 마이크로 컨트롤러의 회로도.
공기 펌프 및 팬 타이밍을 작동시키는 마이크로 컨트롤러 및 빵 보드의 회로도. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

4. 동물

  1. 몸무게 450-520 g의 성인 쥐를 사용하십시오.
  2. 노출 유형 ( 예 : 전자 담배, 담배 연기, 실내로 펌핑 된 실내 공기)에 따라 그룹화 된 쥐.
  3. 이 시점에서 pr노출 기준으로 주사기를 사용하여 꼬리 정맥에서 EDTA 코팅 튜브에서 500 μL의 혈액을 수집하여 기준 혈청 코티닌 농도를 측정합니다.
  4. 혈액 검체를 4 ℃에서 30 분간 20,000 xg으로 회전시키고 혈청을 채취합니다. 이 과정에서 샘플이 얼음 위에서 차가워 지는지 확인하십시오.
  5. 제조자 프로토콜에 따라 수집 된 혈청 샘플에서 코티닌에 대한 분석. 나중에 사용할 수 있도록 샘플을 -80 ℃에서 보관할 수도 있습니다.

5. 전자 담배 실내 조작

  1. 70 % 에탄올로 챔버의 내부를 닦은 다음 탈 이온수로 세척하고 챔버가 완전히 건조 될 때까지 공기를 건조시킵니다 (약 30 분).
  2. 가스 모니터를 보정하고 전체 모니터를 챔버 내부의 벽에 장착하십시오.
  3. 챔버 안에 쥐를 놓으십시오. 최대 3 마리의 동물을 동시에 노출시킬 수 있습니다.
  4. 전자 담배가 적절한 전자 액으로 완전히 충전되었는지 확인하고 전자 담배를 삽입하십시오입력 튜브에 넣는다. 90 분 노출 기간 동안 전자 담배 배터리 및 E 액체 레벨이 적절한 지 확인하는 것이 중요합니다.
  5. 공기 펌프를 켜고 타이머를 시작하십시오.
  6. 노출 중 가스 모니터를 관찰하여 챔버에> 20 % O 2 및 0ppm CO가 있는지 확인하십시오.
    참고 : 산소 수준이 떨어지면 챔버가 잘 환기되지 않거나 산소 모니터가 적절히 보정되지 않을 수 있습니다.
  7. 노출 시간이 90 분에 도달하면 전자 담배를 꺼내고 가스 펌프를 계속 가동하여 남아있는 증기를 배출시킵니다. 또한 환기를 촉진하기 위해 챔버의 상단을들 수 있습니다.
  8. 증기가 제거되면 쥐를 제거하고 챔버를 청소하십시오.
  9. 실험 프로토콜의 결론에 노출 후 약 1 H 각 쥐에서 꼬리 정맥에서 500 μL 혈액을 수집합니다.
  10. 혈청을 분리하고 코티닌에 대한 분석을 위해 4.4 - 4.5 단계를 수행하십시오.

6. 담배 담배 챔버 작동

  1. 5.1 - 5.3 단계를 수행하십시오.
  2. 가열 요소에 대해 궐련의 끝 부분과 함께 궐련 조명 장치에 궐련을 삽입하십시오.
  3. 담배 꽁초가 연기가 날 때까지 (약 5 초) 담배 조명 장치를 켜십시오.
  4. 담배가 켜지면 펌핑 시스템을 켜고 타이머를 시작한 후 담배가 완료 될 때까지 (약 40 초) 화상을 관찰합니다.
  5. 담배가 타 버린 후에는 조심스럽게 사용 된 담배를 집게로 담배 조명 장치에서 제거하십시오.
  6. CO 수준이 1000ppm 이상으로 상승하지 않으며 O2 수준이 20 % 미만으로 떨어지지 않도록하십시오. 컴퓨터 팬 타이밍과 지속 시간은 일산화탄소 축적을 방지하는 데 중요합니다.
  7. 4 분 후 펌핑 시스템을 끄고 래트가 담배 연기에 90 분 (또는 약 23 개피) 씩 노출 될 때까지 단계 6.2로 돌아갑니다.
    참고 : 일산화탄소 수준 담배 꽁초 다음 4 분ning이 400ppm 이하로 떨어지면 일산화탄소가 챔버에 축적되기 시작할 수 있습니다.
  8. 노출이 완료되면 펌핑 시스템을 켜두고 잔류 연기를 환기 시키십시오. 일산화탄소가 100ppm 이하로 떨어지면 실험실에서 쥐를 제거합니다. 이것은 5-10 분이 소요됩니다.
  9. 쥐를 제거하고 챔버를 청소하십시오.
  10. E - 담배와 실험 프로토콜의 결론에 노출 후 약 1 시간 후 꼬리 정맥에서 500 μL 혈액을 수집합니다.
  11. 혈청을 분리하고 코티닌에 대한 분석을 위해 4.4 - 4.5 단계를 수행하십시오.

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결과

일산화탄소 및 산소 모니터링

전자 기상 노출 동안 산소 농도는 20 % 이하로 떨어지지 않았으며 노출 동안 CO 농도는 감지되지 않았습니다. 담배 연기 노출 동안 가스 모니터는 산소 농도가 20 % 이상으로 유지됨을 나타냅니다. 일산화탄소 농도는 1,000ppm을 초과하지 않았다 ( 그림 4 ).

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그림 4 : 담배 연기 상자의 일산화탄소 농도. 일산화탄소 농도는 1R6F 궐련에서 담배를 도입하는 과정에서 매 30 초마다 기록되었습니다. 표시된 결과는 3 회 연속 4 분주기의 평...

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토론

여기에서는 설치류를 E-vapor 및 담배 연기에 제어 된 방식으로 노출시키는 챔버를 구성하는 방법을 설명합니다 ( 그림 6 ). E - 담배 챔버의 건설은 상용 노출 시스템 14 , 15 , 16에 비해 상대적으로 간단하고 저렴합니다. 챔버를 만드는 데 필요한 부품과 도구는 온라인으로 상용 공급 업체에서 쉽게 이용할 수 있습니다. 유사하게, 담배 연기 챔버를 구성하는 것은 제조되어야하는 담배 조명 장치를 제외하고는 비교적 간단하다 (계획에 대한 보충 자료 참조).

일단 챔버가 구성되면 노출 시스템의 중요한 단계는 설치류를 원하는 양의 니코틴에 노출 시키도록 챔버를 교정하는 것입니다. E- 담배 챔버와 담배 챔버 모두에서 총 노출량 t아마 니코틴 노출...

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공개 사항

저자는 공개 할 것이 없습니다.

감사의 글

이 연구는 대동맥 연구 보조금 (미시간 대학교)이 엘리엇 박사에게 가능하게되었습니다. 저자는 또한 담배 조명 장치의 설계 및 조립을 돕기 위해 미시간 대학교 식물 작업 표시 및 그래픽 부서의 Nick Scott을 인정하고자합니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
blu PLUS 충전식 키트blu eCigsN/A
1R6F 참조 담배센터 Tob Ref  Prod UKN/A
Lexan 마취 챔버 20 LJorgensen LaboratoriesJOR265
Arduino UNOArduino2877
다이오드 정류기 - 1 A; 50 VSpark FunCOM-08589
저항기 10 KOhm 1/6th W PTH - 20 팩Spark FunCOM-11508
전해 디커플링 커패시터 - 100 uF/25 VSpark FunCOM-00096
무납땜 플러그인 브레드보드 버스보드 프로토타입 시스템BB400
앨리게이터 클립 와이어버스보드 프로토타입 시스템CA-M-20
ZipWire버스보드 프로토타입 시스템ZW-MM-10
표준 팬 80 ST2쿨러 마스터R4-S8R-20AK-GP
ARIC 4" 조절 가능한 벤BestlouverN/A
ToxiPro  일산화탄소 (CO) 모니터Honeywell Analytics54-00-10316
ToxiPro 산소 (O2) 모니터Honeywell Analytics54-45-90-VD
ToxiPro IQ Express 도킹 스테이션Honeywell/Sperian Biosystems 54-46-9100
커맨드 월 훅 스몰 와이어 6팩3MN/A
마이크로 워터/에어 펌프샤먼 Conjoin ElectronicsCJWP40-A12A1
1/4" 실리콘 튜빙NewAge2801470-100
T 커넥터Bel-Art SciencewareF196060000
스프레이 코팅된 K2EDTA Becton이 있는 플라스틱 전혈관, Dickinson and Company367841
코티닌 ELISA 키트CalbiotechCO096D
트

참고문헌

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