Os usuários de cigarro eletrônico (e-cig) estão a aumentar em todo o mundo. Pouco, no entanto, é conhecido sobre os efeitos de saúde induzidos por aerossóis inalados e-cig. Este artigo descreve uma técnica de geração de aerossol e-cig apropriada para exposições de animais e estudos toxicológicos posteriores. Esses protocolos são necessários para estabelecer sistemas de exposição experimentalmente reproduzíveis e padronizada e-cig.
Cigarro eletrônico (e-cig) dispositivos usam o calor para produzir um aerossol inalável de um líquido (e-líquido), composto principalmente de umectantes, nicotina e produtos químicos aromatizantes. O aerossol produzido inclui partículas finas e ultrafinas e potencialmente nicotina e aldeídos, que pode ser prejudicial para a saúde humana. Usuários do E-cig inalam esses aerossóis e, com a terceira geração de dispositivos de e-cig, controlam recursos de design (resistência e tensão) Além a escolha do e-líquidos e o perfil de sopro. Estes são fatores-chave que podem significativamente impactar a toxicidade dos aerossóis inalados. Pesquisa do E-cig, no entanto, é desafiadora e complexa, principalmente devido à ausência de avaliações padronizadas e às inúmeras variedades de modelos de e-cig e marcas, bem como sabores de e-líquido e solventes que estão disponíveis no mercado. Estas considerações destacam a urgente necessidade de harmonizar protocolos de investigação do e-cig, começando com as técnicas de geração e caracterização de aerossol e-cig. O atual estudo centra-se sobre este desafio descrevendo uma técnica de geração de aerossol detalhadas passo a passo e-cig com parâmetros experimentais específicos que são pensados para ser realista e representativa de cenários de exposição da vida real. A metodologia é dividida em quatro seções: preparação, exposição, análise de pós-exposição, além de limpeza e manutenção do dispositivo. Resultados representativos de usar dois tipos de e-líquido e diversas tensões são apresentados em termos de concentração em massa, distribuição de tamanho de partícula, composição química e cotinine níveis em camundongos. Estes dados demonstram a versatilidade do sistema de exposição e-cig usado, além de seu valor para os estudos toxicológicos, pois permite uma ampla gama de cenários de exposição controlada por computador, incluindo perfis de topografia automatizada vaping representativa.
Segurança relacionada ao uso de cigarros eletrônicos (e-CIG) é uma questão de debate ativo na comunidade científica. Por um lado, os fabricantes e comerciantes anunciam os potenciais benefícios do e-CIG como um produto de redução de danos para fumantes, devido à eliminação de muitas substâncias nocivas presentes nos cigarros convencionais, enquanto os tomadores de decisão de política de saúde pública está apreensivo com a ausência de dados sobre a saúde humana a longo prazo as exposições1,2. E-Cigs servir pelo menos duas finalidades distintas, 1) como um veículo de substituição para a entrega de nicotina e 2) como uma cessação de fumar dispositivo3. De acordo com o Centers for Disease Control and Prevention (CDC), em 2014, mais de 9 milhões de americanos adultos usaram e-cigs em uma base regular. De 2013 e 2014, e-cig uso entre estudantes do ensino médio aumentou mais de 300%4. Dado o crescente uso de e-CIG entre os jovens, bem como em adultos,1,2,4e considerando as reivindicações populares, ainda não comprovadas, sobre e-cigs como uma alternativa mais segura de fumar, principais questões científicas precisam ser abordadas para determinar se o uso de e-cig representa riscos potenciais para a saúde humana, particularmente a do sistema respiratório1,2. Embora e-cigs foram primeiro comercializados nos Estados Unidos em 2007, apenas muito estudos limitados têm sido efectuados sobre os efeitos do e-cig aerossol exposições em vitro e na estrutura pulmonar, função e saúde geral5,6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11. portanto, em vitro, in vivo e dados epidemiológicos são essenciais para ajudar a estabelecer políticas públicas e regulamentações relacionadas com o consumo de e-CIG. No entanto, a produção de evidências científicas confiáveis e podem ser reproduzidas neste campo emergente primeiro exige o estabelecimento de regimes de sopro padronizada e-cig e a geração de ambientes de exposição podem ser reproduzidos em configurações de laboratório reflexiva de consumo humano.
Dispositivos de terceira geração e-cig, disponíveis no mercado, são compostos de pelo menos um aquecimento bobina (atomizador) e mais uma bateria de lítio. Controlador de potência do dispositivo e-cig pode operar com voltagens diferentes. Estes dispositivos de e-cig tem também um reservatório, em que o e-cig líquido (e-líquido) é introduzido. O e-líquido, também conhecido como e-suco, é composto principalmente de nicotina, sabores e portador de solventes (umectantes), muitas vezes propilenoglicol (PG), glicerina vegetal (VG) e água. Desde então, de acordo com os E.U. Food and Drug Administration (FDA), e líquidos são compostos de uma mistura de “geralmente considerada como segura” (GRAS) aditivo flavorizantes, substâncias químicas e umectantes, além de nicotina, eles podem ser considerados tão seguros no alimento. No entanto, quando estas formulações líquidas são vaped através do dispositivo de e-cig, eles são aquecidos pelo atomizador, que altera as propriedades físico-químicas do e-líquido e produz um vapor contendo carbonilos, mais especificamente o aldeído ou aerossol compostos de12,13. Estes aldeídos são formados pela degradação térmica e oxidação de glicóis, que também produzem a formação de radicais hidroxila14,15,16,de17. Os aldeídos que estão presentes no aerossol e-cig quando vaped sob condições específicas13, incluem formaldeído, acetaldeído, acetol, acroleína, glicidol e diacetil, todos os quais são conhecidos por terem potentes efeitos negativos na saúde humana, com sendo uma comprovada carcinógeno humano15,16,17de formaldeído. Além disso, e-cig aerosol também é composto por belas (250-950 nm)18,19 e ultrafinas partículas de20 (44-97 nm), que são conhecidas por causar toxicidade pulmonar através da inflamação e estresse oxidativo mecanismos 17. com base na composição do e-líquido, isto é., o percentual de componentes individuais presentes na formulação, bem como a tensão aplicada ao dispositivo de e-cig, que influencia a temperatura usada para vape o e-líquido, o total concentração de partículas em suspensão (TPM) do aerossol irá variar e resultar em diferentes níveis de partículas, bem como as concentrações de aldeídos, que foram mostrados para ser produzido sob vaping específicas condições19,21 . Esses aerossóis são inaladas pelos usuários e-cig, que controlam a tensão de seu dispositivo de e-cig. Seleção da tensão baseia-se em preferências pessoais de taxa de entrega de nicotina, produção de aerossóis e ardente sensação12. Assim, é imperativo para compreender melhor as características destes aerossóis para fornecer provas científicas para regulamentação adequada e-cig e condições de produção e consumo do e-líquido.
No contexto da investigação científica, há várias questões que precisam ser abordadas relacionadas aos 1) a várias configurações de dispositivo de e-cig e opções de operação do que e-cig, os usuários podem escolher; 2) a falta de perfis de topografia vaping humana representativa padronizada para ser usado em configurações experimentais22. Isto ressalta a necessidade urgente de harmonizar protocolos de investigação do e-cig, começando com o e-cig aerossol geração e caracterização técnicas22. O atual estudo centra-se sobre este desafio descrevendo uma técnica de geração de aerossol detalhadas passo a passo e-cig, com parâmetros experimentais específicos considerados realista e representativa de cenários de exposição da vida real. Este estudo também tem como objetivo avaliar a influência da tensão na concentração de TPM do aerossol e-cig, como gerado usando um dispositivo de terceira geração vaping integrado em um sistema de exposição comercial controlado por computador configurado para inalação de corpo inteiro de ratos estudos. A descrição deste protocolo experimental, incluindo a geração e caracterização de aerossóis e-cig, pode contribuir para o estabelecimento do representante padronizada e-cig regimes sopro em um laboratório de criação para subsequentes toxicológicos estudos.
Uma grande pergunta sem resposta é se a exposição prolongada a e-cig aerossol resulta em toxicidade pulmonar. Além disso, a segurança geral do e-CIG em matéria de saúde humana ainda é uma questão de controvérsia. Em agosto de 2016, o FDA dos EUA expandiu sua autoridade regulamentar em todos os produtos de tabaco, incluindo e-cigs. Pesquisa de E-CIG, no entanto, é desafiadora e complexa, devido principalmente a 1) a ausência de avaliações padronizadas; 2) a grande variedade de e-cig dispositivos (~ 2.800 diferentes modelos de 466 identificadas marcas)24; 3) mais de 7.700 sabores originais do e-líquido24; 4) as várias combinações possíveis de rácios umectante. Dada a complexidade do campo, é essencial, a fim de enfrentar o desafio e gerar som provas científicas, esse cuidado considerações para as condições experimentais e processos reproduzíveis são empregados. No presente estudo, o foco foi colocado na descrição de uma técnica de geração de aerossol do e-cig que pode permitir que os investigadores obter exclusivos conjuntos de dados relacionados a continuidades de exposição relacionados com efeito realista e abrangente e-cig aerossol. Estes podem ser de relevância oportuna para a segurança de e-cig-relacionados de endereço ou perguntas de toxicidade para o estabelecimento de regulamentos sobre características de projeto de e-cig que potencialmente podem ter um impacto directo sobre políticas públicas de saúde.
No presente artigo, ambientes de exposição significativa foram gerados usando um sistema controlado por computador capaz de integrar a última geração de dispositivos de e-cig, bem como permitindo perfis predefinidos ou definidos pelo usuário automatizadas de sopro e conjunto operacional condições (por exemplo., constante de energia fonte, valores padrão de resistência, tensão ou temperatura). Estes perfis de sopro automatizados incluem as condições padrão: volume de sopro de 55 mL, 3 s sopro duração, intervalo de sopro 30 s e Praça soprar o perfil da “rotina analítica máquina de geração de aerossol e-cigarro e cobrança – definições e padrão condições de”fornecidas pelo método recomendado Coresta (CRM) N ° 8125 (tabela 2). Desde que o sistema utilizado pode gerar vários perfis de sopro automatizados, também cumpre ISO 20768 (vapor de produtos – máquina analítica vaping de rotina – definições e condições padrão)26 sopro requisitos do regime. Como esperado, e-cig sopro regime condições padrão contraste com os da ISO 330827, que define as condições padrão para máquinas de cigarro (volume de sopro de 35 mL, 2 s sopro duração, intervalo de sopro 60 s e perfil de sopro de sino). Estas diferenças entre os padrões de fumar de cigarro e e-cig vaping padrões entre os usuários são bem estabelecidos,28. No presente estudo, exemplos e mostrar dados fornecidos que aerossóis gerados a partir deste sistema e um dispositivo de terceira geração e-cig com tensão ajustável produzem altas concentrações de TPM, atingindo até 0,27 e 0,82 mg / folhado de 55 e 70 mL, respectivamente. Aerossóis E-cig nestas concentrações foram coletados logo após a câmara de exposição (tabela 1-2, Figura 5). Os resultados mostram também que há mais do que uma 160-fold diferença na massa de partículas por sopro produzido com tensões variando de 1,8 a 4.8 V (tabela 1). Esta gama de tensão é característica das definições de funcionamento dos dispositivos de e-cig no mercado dos EUA, que permitem a aplicação de tensão que variam de 2,9 a 5,2 V.29. Os resultados também são consistentes com dados previamente publicados18,21 onde altos níveis de TPM coletadas na saída do gerador de e-cig foram relatados para perfis semelhantes de topografia (1.4 a 5.8 mg/sopro). Passos críticos dentro do protocolo incluem a adição de algumas gotas de e-líquido para o atomizador antes de cada sessão de exposição para garantir um) que é produzida sem queima seca; b) e-líquido está disponível no tanque durante toda a duração da exposição; e verifique se o aerossol e-cig é gerado conforme o esperado, tendo leituras regulares sobre o dispositivo de medição de concentração em tempo real. Está bem estabelecido que os usuários do e-cig tentam evitar sopros secos, que ocorrem em condições de seca queimar. Esta condição vaping está relacionada com a formação de altos níveis de aldeídos, incluindo o formaldeído, um conhecido agente cancerígeno e tóxicas respiratórias13,30. Portanto, garantir que essa condição é evitada durante as exposições é crucial. Finalmente, em termos de exposição de nicotina, ratos expostos a aerossóis e-cig de um 36 mg/mL contendo nicotina e-líquido para 2h por dia por 28 dias (níveis de 0,12 mg/puff) apresentaram concentrações de cotinine soro de 91 ng/mL (Figura 8); um nível semelhante do cigarro fumantes (> 100 ng/mL)31,32,33, que é ainda menor do que a de regular e-cig usuários (mediana de saliva cotinine de 252 ng/mL)34. Foi relatado em um estudo de topografia vaping que 235 foi o número máximo de sopros por dia tomadas por usuários de e-cig35,36. Isto é muito semelhante ao nosso perfil de exposição produzindo 1 puff cada 30-sec para 2h por dia (total de 240 sopros). Assim, este perfil de topografia vaping modelos de comportamento e consumo diário do sopro de e-cig usuários.
Na última década, dispositivos de e-cig evoluiram a partir de dispositivos de primeira geração, como cigarro, uso único, baixo consumo de energia, dispositivos de estilo de segunda geração tanque removível e recarregável e agora para dispositivos de terceira geração tanque-estilo com personalizável dispõe de24 para resistência de bobina 1) do atomizador: o elemento responsável pelo aquecimento do e-líquido e 2) o controlador de potência, que um) pode operar com várias tensões, b) afeta a temperatura do elemento de aquecimento e c) determina ou não a temperatura de ebulição da solução é alcançada24,,37. Durante a utilização do e-cig, o e-líquido normalmente é aquecido a 200 ° C ou maior38, e é sob a forma de aerossol que seus componentes interagem com matrizes biológicas. Portanto, a caracterização de aerossol e-cig é essencial. Solventes E líquidos diferem em volatilidade tal que soluções compostas principalmente de PG (70%), que são menos viscoso e evaporam em uma baixa temperatura37, produzem aerossóis com partículas relativamente menores que aumentam a experiência do usuário ‘garganta hit’ 20. por outro lado, e-líquidos à base de VG aerosolize em maiores temperaturas37 e produzem aerossóis com partículas relativamente maiores que, da experiência do usuário, aumenta o sabor e a quantidade de vapor gerado5, 17,39. Assim, anteriormente estabeleceu que a proporção de PG/VG do e-líquido influencia a distribuição de tamanho das partículas presentes no e-cig aerossol19,20. Como mostrado na Figura 5, usar um e-líquido composto por uma relação de 50/50 PG/VG, aerossóis e-cig com diâmetros médio de ~ 100 nm foram obtidos. Estes resultados estão na mesma faixa como aqueles relatados por Ana Barbosa, et al. 20. isto sugere que, além da base de e-líquido, os parâmetros de exposição, incluindo o e-cig operando configurações (resistência, tensão e potência) e o perfil de sopro podem afetar as características físicas dos aerossóis produzidos. Além disso, a concentração de nicotina e os produtos químicos aromatizantes adicionados à base de e-líquido também podem potencialmente influenciar as propriedades físico-químicas de aerossol e-cig. Foi previamente demonstrado que um e-líquido que é menos viscoso produz um aerossol composto por partículas mais finas, resultando em um vapor menos denso, gerando uma baixa concentração de TPM17. Usando a mesma proporção de PG/VG para ambos os e-líquidos testados, o e-líquido contendo 36 mg/mL de nicotina e aromatizantes de canela química, implicando que é mais diluído do que apenas a base de e-líquido (PG/VG + nicotina + sabor canela versus PG/VG sozinho), apareceu menos viscoso do que o e-líquido composto unicamente por PG e VG. A aparente diferença de viscosidade entre os dois e-líquidos pode explicar a disparidade na massa por sopro obtido sob igual e-cig vaping configurações (tabela 2). No entanto, TPM inferior não pode correlacionar com aerossol menos prejudicial, desde que a distribuição de tamanho de partícula e a caracterização química do aerossol também devem ser considerada. Com efeito, a degradação térmica do VG e as interações químicas dos componentes do e-líquido produzem emissões de aldeídos nocivos, incluindo o formaldeído e acetaldeído, conhecido por ser potentes ameaças à saúde humana15,17 ,40. Conforme observado na tabela 3, a análise química do e-cig aerossol produzido aqui revelou que também continha acroleína, monochlorophenol, catecol e benzothiazole. Todos são conhecidos irritantes respiratórios, enquanto catecol é adicionalmente classificado como possivelmente carcinogênico para humanos (Grupo 2B) de acordo com a Agência Internacional de pesquisa em câncer (IARC)41,42,43 . Isso adiciona os efeitos relacionados com a química do agente aromatizante incorporada o e-líquido. Por exemplo, cinamaldeído e diacetil, dois dos sabor e extrair a associação de fabricantes químicos aromatizantes de alta prioridade para risco respiratório, quando inalada pelos trabalhadores, foram mostrados para prejudicar a função pulmonar e causar pulmão irreversível dano ( Bronquiolite obliterante, nomeadamente pulmão’ pipoca’)44. Cinamaldeído tem demonstrado ser altamente citotóxicos em vitro45,46,47 e é muito popular em líquidos e48. No estudo atual, a presença de cinamaldeído foi identificada no aerossol e-cig de canela aromatizado e-líquido (tabela 3 e Figura 7). Em geral, isso demonstra a necessidade de analisar e-cig aerossóis para tanto, características físicas e químicas.
Como mencionado acima, a técnica de exposição descrita aqui pode ser extremamente versátil. Pode permitir que para as modificações do regime de sopro (através do software), as características de funcionamento do dispositivo e-cig ou mesmo do tipo de câmara de exposição (somente nariz e todo o corpo) (via hardware). Isto fornece o investigador com toda a flexibilidade para adaptar-se ou ajustar as condições experimentais para a necessidade de cada projeto de pesquisa. Esta técnica de resolução de problemas inclui assegurar que as conexões entre o condensador e-cig, tubos, bombas e câmaras estão adequadamente protegidas, e que todas as câmaras são seladas corretamente (para informações mais detalhadas, consulte manual do usuário). Como observou e testada neste estudo, uma variedade de fatores pode influenciar o aerossol produção e composição do e-cig22. Esses fatores estão associados com os rácios e constituintes da formulação do e-líquido, que impacto o componente químico do aerossol, bem como as características do dispositivo selecionado e-cig e configurações de operação, que influenciam as condições de aquecimento usado para aerosolize o e-líquido e, assim, a composição bem como o componente físico do aerossol. E-líquidos são compostos de GRAS aditivos alimentares, no entanto, sua segurança após aquecimento e clorofórmio não foi estabelecido. O mais importante, os usuários do e-cig inalam esses aerossóis e controlam o perfil de sopro, bem como a escolha do e-líquido e as definições de funcionamento (resistência e tensão) de seus dispositivos de e-cig. Estes são fatores-chave que podem significativamente afetar as emissões de aerossóis e-cig e devem, portanto, ser cuidadosamente controlados e relatados na pesquisa experimental.
Como métodos mais experimentais, a técnica de exposição e-cig presente tem vantagens e limitações. Enquanto versátil e adequado para estudos toxicológicos, é também conhecido que os ratos são respiradores de nariz e que as exposições de corpo inteiro também podem permitir de absorção dérmica e oral, além de rota de exposição por inalação. As vantagens e desvantagens do uso de inalação de corpo inteiro e somente nariz exposições têm sido extensivamente em outro lugar descrevem49,50. Enquanto exposições somente nariz mais pròxima imitam os padrões de inspiração/expiração que governam o transporte e a deposição das partículas no tracto respiratório, este modo de exposição é mais estressante para os animais e não é adequado para inalação a longo prazo estudos utilizando o grande número de animais49. Além disso, os estudos que comparam as exposições de corpo inteiro e somente nariz em roedores expostos por inalação para a toxicidade do mesma sob as mesmas condições de exposição (TiO2 nanopartículas, fumaça de cigarro) não encontraram nenhuma diferença estatística entre os dois modos de exposição para a deposição de partículas de pulmão e pulmão respostas50,51. Uma vez que os efeitos induzidos pela exposição crônica para e-cig aerossol são em grande parte em situação irregular e sob-investigado, o sistema de exposição do e-cig descrito neste manuscrito é útil para colmatar esta lacuna de conhecimento. Também, o terceira geração máquina-vaping dispositivo utilizado neste estudo é orientado em uma configuração horizontal. Existe a possibilidade de que a orientação do dispositivo poderia ter um efeito sobre a produção de aerossóis; no entanto, o melhor de nosso conhecimento, para dispositivos de terceira geração e-cig, a variável orientação não foi testada anteriormente. A orientação horizontal é a posição preferida para usuários iniciantes do e-cig. Isto ajuda a promover melhor absorção e minimiza os riscos de vazamento de e-líquido. Assim, a orientação horizontal é representante da vaping comportamentos das populações de usuários do e-cig e tem sido utilizada por outros grupos de pesquisa21. Também é importante observar que o poder exibido no dispositivo de e-cig pode diferir ligeiramente o poder real fornecido com o dispositivo de22,52, e que, portanto, também pode ser aconselhável para medir os valores de fornecimento de energia externamente ou usar uma fonte de alimentação com cabo de rede para um suprimento constante de energia.
Há uma investigação substancial e falta de conhecimentos para biomarcadores de toxicidade associados com a exposição prolongada a aerossóis e-cig. Este sistema de exposição representa um passo em frente neste domínio, permitindo que os investigadores determinar os efeitos de longo prazo exposições de inalação de animais para e-cig aerossol líquido. Outros métodos de exposição existentes e-cig, também tem a capacidade para investigar o impacto do regime de sopro e operando as configurações dos dispositivos de e-cig em parâmetros toxicológicos19,20,22,53 . Estes sistemas de exposição ajudará a fornecer evidência científica para futuros regulamentos sobre novos produtos alternativos do tabaco. Em última análise, estudos toxicológicos bem conduzidos e adequados ajudará a informar melhor os formuladores de políticas, profissionais de saúde e os 9 milhões de americanos que são usuários de e-cig4. Mais importante ainda, sistemas de exposição que não se reproduzem situações da vida real vaping devem ser evitados. E-líquidos são normalmente aquecidos a 200 ° C ou maior temperatura38 em um dispositivo de e-cig, portanto, cenários onde o e-líquido é simplesmente nebulizado, ou aquecido a 37 ° C e em seguida nebulizado8, não devem ser considerados como representativo de usuários do e-cig consumo. Atualmente, os consumidores de e-cig podem atingir potencialmente nocivo e-cig níveis constituintes aerossol usando recursos de projeto de dispositivos de terceira geração e-cig que permitam o ajustamento das condições de aquecimento distintas através de alterações na bobina do atomizador resistência e a tensão da bateria. Portanto, estudos mais experimentais são necessários para determinar as saúde efeitos relacionados à crônica inalação exposições para aerossóis e-cig. Isto começa estabelecendo padronizada e reprodutível e-cig exposição sistemas25,26. Assim, ter um sistema de exposição e-cig versátil que permite uma ampla gama de cenários de exposição, incluindo automatizada de perfis de topografia vaping representativo, é um trunfo para a realização de estudos experimentais.
The authors have nothing to disclose.
Este projecto foi apoiado por uma concessão (AP), do governador da Louisiana biotecnologia iniciativa GBI-BOR #013, bem como pela Louisiana State University, fundos de start-up da faculdade Faculdade de medicina veterinária (AN).
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