Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

דור של תרסיס סיגריה אלקטרונית על ידי מכשיר הדור השלישי המכונה-Vaping: יישום מחקרים רעילות

Published: August 25, 2018 doi: 10.3791/58095
Automatic Translation
1, 1, 2, 2, 3, 3, 1
1Department of Comparative Biomedical Sciences, School of Veterinary Medicine, Louisiana State University, 2Department of Environmental Sciences, College of the Coast & Environment, Louisiana State University, 3SCIREQ Scientific Respiratory Equipment Inc.

Summary

סיגריה אלקטרונית (e-סיגריה) משתמשים הן הגוברת ברחבי העולם. מעט, עם זאת, ידוע על ההשפעות הבריאותיות המושרה על ידי אירוסולים בשאיפה e-סיגריה. מאמר זה מתאר שיטת דור תרסיס e-cig מתאים חשיפות בעלי חיים, מחקרים מאוחרים יותר רעילות. פרוטוקולים כזה נדרש להקים מערכות חשיפה מתוקננת הדירים השפעול e-סיגריה.

Abstract

סיגריה אלקטרונית (e-סיגריה) התקנים להשתמש חום לייצר תרסיס נשימים מן נוזל (נוזל) מורכבת בעיקר של humectants, ניקוטין, וכימיקלים חומרי טעם. בתרסיס המיוצר כולל חלקיקים בסדר ולא חדה במיוחד, שעשוי להיות ניקוטין ו aldehydes, אשר יכול להיות מזיק לבריאות האדם. E-cig משתמשים לשאוף אלה אירוסולים ושליטה, עם הדור השלישי של e-cig התקנים, תכונות עיצוב (ההתנגדות ואת המתח) בנוסף הבחירה של e-נוזלים, והפרופיל והמתנשף. אלה גורמים מרכזיים שיכולים להשפיע באופן משמעותי רעילות אירוסולים הנשאף. E-cig מחקר, אולם, הוא מאתגר ומורכב בעיקר בשל העדר של הערכות מתוקננת וכדי סוגים שונים רבים של מודלים e-סיגריה, מותגים, כמו גם נוזל טעמים, ממיסים הזמינות בשוק. שיקולים אלו לסמן את הצורך הדחוף הרמוניה e-cig מחקר פרוטוקולים, מתחיל עם טכניקות ייצור ואפיון של תרסיס e-סיגריה. המחקר הנוכחי מתמקד האתגר הזה לתאר טכניקה דור תרסיס מפורט שלב אחר שלב e-סיגריה עם פרמטרים ספציפיים ניסיוני זה נחשבים נציג של תרחישים חשיפה אמיתי ומציאותי. המתודולוגיה מחולק לארבעה חלקים: הכנה, חשיפה, חשיפה שלאחר ניתוח, בתוספת ניקוי ותחזוקה של המכשיר. התוצאות נציג משימוש שני סוגים של נוזל מתחים שונים מוצגים מבחינת ריכוז מסה, פילוג גודל החלקיקים, ההרכב הכימי ורמות cotinine בעכברים. נתונים אלה מדגימים צדדיות של מערכת חשיפה e-cig שימוש, מלבד הערך שלו ללימודים רעילות, שכן היא מאפשרת למגוון רחב של תרחישים חשיפה מבוקרת מחשב, כולל פרופילים הטופוגרפיה אוטומטית vaping נציג.

Introduction

בטיחות הקשורים לשימוש של סיגריות אלקטרוניות (סיגריות) הוא נושא לדיון פעיל בקהילה המדעית. מצד אחד, יצרנים, סוחרים לפרסם את היתרונות הפוטנציאליים של סיגריות כמוצר הפחתת נזק למעשנים הנוכחי, בשל חיסול של חומרים מזיקים רבים נוכח סיגריות קונבנציונאלי, בעוד מקבלי החלטות מדיניות בריאות הציבור הן מוטרדות היעדרם של נתונים לטווח ארוך בריאות האדם חשיפות1,2. E-cigs לשרת מטרות שונות לפחות שני, 1) רכב חלופי עבור משלוח של ניקוטין וכן 2) של התקן הפסקת עישון3. לפי המרכז לבקרת מחלות ומניעתן (CDC), בשנת 2014, יותר מ 9 מיליון אמריקאים למבוגרים משמש סיגריות על בסיס קבוע. מ 2013 2014, e-cig לשימוש בקרב תלמידי תיכון מוגברת על ידי יותר מ 300%4. לאור השימוש העולה של סיגריות בקרב בני נוער כמו גם כמו מבוגרים1,2,4, בהתחשב תביעות פופולרי, אך לא מוכח, על סיגריות כתחליף עישון יותר בטוח, שאלות מדעיות מפתח צריך להיות מופנה לקבוע אם להשתמש e-cig מהווה סיכונים פוטנציאליים לבריאות האדם, במיוחד זה של מערכת הנשימה1,2. למרות סיגריות היו קודם ממוסחר בארה ב-2007, רק מאוד המחקרים מוגבלת סחב בחוץ על ההשפעות של e-cig תרסיס חשיפות במבחנה ועל ריאות מבנה, תפקוד ו-5,הבריאות הכללית6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11. לפיכך, במבחנה, ויוו , נתונים אפידמיולוגיים חיוניים כדי לסייע בביסוס של מדיניות ציבורית ותקנות הקשורים הצריכה של סיגריות. עם זאת, הייצור של ראיות מדעיות לשחזור ואמין בתחום המתעוררים קודם דורש הקמת משטרים והמתנשף מתוקננת e-cig הדור של חשיפה לשחזור סביבות מעבדה הגדרות משקפת למאכל אדם.

מכשירי הדור השלישי e-סיגריה, זמין על השוק, מורכבים של סליל חימום אחד לפחות (atomizer ב) ובנוסף סוללת ליתיום. בקר צריכת החשמל של ההתקן e-סיגריה יכול לפעול על המתחים השונים. התקנים אלה e-cig יש גם מאגר, שאליה הוא הציג e-cig נוזל (נוזל). הנוזל, הידוע גם בשם e-מיץ, מורכב בעיקר ממסים ניקוטין, טעמים, מנשא (humectants), לעתים קרובות פרופילן גליקול (עמוד), גליצרין צמחי (VG) ומים. . מאז, על פי המזון והתרופות האמריקני (FDA), e-נוזלים מורכבים מתערובת "נחשב בדרך כלל כבטוח" תוסף חומרי טעם כימיקלים, humectants, וכן ניקוטין מזון (גרא), הם יכולים להיחשב בטוח באוכל. עם זאת, כאשר אלה ניסוחים נוזלי vaped דרך המכשיר e-סיגריה, הם מחוממים מאת atomizer ב, אשר משתנה המאפיינים הפיזיים-כימי של e-הנוזל, ומפיקה של תרסיס או אדים המכילים carbonyls, ליתר דיוק אלדהיד תרכובות12,13. Aldehydes אלה נוצרות על ידי השפלה תרמי חמצון של glycols, אשר גם תשואות היווצרות של הידרוקסיל רדיקלים14,15,16,17. אלה aldehydes אשר נמצאים ב- e-cig בתרסיס כאשר vaped תחת תנאים מסוימים13, כולל פורמלדהיד acetaldehyde, acetol, acrolein, glycidol, diacetyl, אשר ידועים חזק ההשפעות השליליות על בריאות האדם, עם פורמלדהיד להיות מסרטן אנושי מוכח15,16,17. בנוסף, תרסיס e-סיגריה גם הוא מורכב של פיין (250-950 ננומטר)18,19 , חדה במיוחד (44-97 ננומטר)20 חלקיקים, אשר ידועים כדי לגרום לרעילות ריאתי דרך דלקת ומנגנונים סטרס חמצוני 17. בהתבסס על ההרכב של נוזל, כלומר., האחוז של רכיבים בודדים להציג ניסוח, כמו גם המתח חלה על המכשיר e-סיגריה, אשר השפעות הטמפרטורה נהגה vape של הנוזל, סה כ חלקיקי החומר (TPM) ריכוז בתרסיס ישתנו, והם לגרום רמות שונות של חלקיקים, כמו גם ריכוזים של aldehydes, אשר הוכחו להיות מיוצר תחת vaping מסוים התנאים19,21 . אירוסולים אלה הם נשאפים על ידי המשתמשים e-סיגריה, מי שולט המתח של מכשיר e-cig שלהם. מבחר של המתח מבוסס על ההעדפות האישיות של קצב משלוח ניקוטין, תרסיס ייצור תחושה בוער12. לכן, זה הכרחי כדי להבין טוב יותר את המאפיינים של אירוסולים אלה על מנת לספק הוכחות מדעיות לתקנון נאותה וסמכות e-cig נוזל מדיניות ייצור וצריכה.

בהקשר של מחקר מדעי, יש כמה בעיות צריכים להיות מופנית הקשורים 1) e-cig התקן תצורות השונים, אפשרויות הפעולה של e-cig אילו משתמשים יכולים לבחור; 2) העדר מתוקננת vaping האנושי נציג פרופילים הטופוגרפיה כדי לשמש הגדרות ניסיוני22. זה מדגיש את הצורך הדחוף הרמוניה e-cig מחקר פרוטוקולים, שמתחילות באות e-cig תרסיס דור ואפיון טכניקות22. המחקר הנוכחי מתמקד האתגר הזה לתאר טכניקה דור תרסיס מפורט שלב אחר שלב e-סיגריה, עם פרמטרים ספציפיים ניסיוני נחשב להיות נציג של תרחישים חשיפה אמיתי ומציאותי. מחקר זה נועד גם כדי להעריך את השפעת מתח על ריכוז ה-TPM של תרסיס e-סיגריה, כפי שנוצר באמצעות מכשיר דור שלישי vaping משולב לתוך מערכת מסחרית חשיפה מבוקרת מחשב שתצורתה נקבעה עבור עכברים לכל הגוף אינהלציה מחקרים. התיאור של פרוטוקול זה ניסיוני, כולל דור, אפיון של e-cig אירוסולים, יכול לתרום הקמת נציג מתוקננת e-cig משטרים והמתנשף במעבדה הגדרת עוקבות רעילות מחקרים.

Protocol

עכברים שוכנים, טיפל בהסכמה עם מדריך של NIH על טיפוח ועל שימוש של חיות מעבדה. כל הנהלים והפרוטוקולים מעורבים עכברים אושרו על ידי לואיזיאנה המדינה אוניברסיטת מוסדיים חיה על עצמך ועל שימוש הוועדה. התיאור להלן הוא ספציפי לציוד המשמש, כפי שמוגדר בטבלה של חומרים/ציוד. כל אספקת האוויר היה HEPA-מסוננים.

1. הכנה

  1. מחקר & ציוד
    1. להשיג את האישורים הדרושים (למשל., IACUC), הדרכות לצורך המחקר.
    2. הגדרת הציוד בשטח מאוורר כראוי ולהיות בקיא בהפעלתו.
  2. מידות gravimetric
    1. שוקלים מסנן 25 מ מ חדש ונקי. להקליט את המשקל. מקם את המסנן קלטת.
    2. מקום בקלטת, עם המסנן, בקו אחד עם משאבה דגימה אישי, של זרימה נאותה לבדוק את זרם של 1 ליטר/דקה (LPM).
  3. סיגריה אלקטרונית מכשיר
    1. בורג את atomizer ב תוך הבסיס טנק (איור 1).
      הערה: הובלות המכיל סלילי עם התנגדויות-0.15, 0.5-1.5 Ω הינם זמינים.
    2. שלב קריטי: להוסיף מספר טיפות (2 עד 3) של e-cig נוזל לתוך atomizer ב כדי להבטיח הכותנה, רווי לא תיצור כוויה יבש (איור 2).
    3. הכנס את השרוול טנק לתוך הטנק. לאחר מכן, בורג הבסיס עם atomizer ב המיכל לתוך שרוול טנק (איור 1).
    4. בורג למיכל שהורכב על גבי יחידת e-סיגריה. ודא כי הפתח טנק פונה כלפי מעלה, שים את המכסה במקום על גבי הטנק (איור 1).
    5. שים יחידת e-cig בצלחת שלה-הבסיס על ידי סיבוב הזרוע הטבעה של הברז. כאשר במקום, לסובב אותו חזרה אל המקום, כך זה ניתן ליישר עם הכפתור על ההדק על יחידת e-סיגריה.
    6. חבר את הקצה של היחידה e-cig לחלק התחתון של הקבל באמצעות קובץ מצורף שסתום דו כיוונית, וחתיכת אבובים (איור 3).
    7. ודא בקצה העליון של הקבל מחובר כראוי בתרסיס יצירת תרסיס ומערכת חשיפה קאמרית דרך נאותה אבובים.
    8. שלב קריטי: ודא כי הכלי מדידה של ריכוז תרסיס במקום ביציאה של תא חשיפה תרסיס.
    9. שלב קריטי: הסר את מכסה מיכל ולמלא את המיכל עם 10 מ"ל של e-cig נוזל. התקן חזרה את מכסה מיכל.
      הערה: אמצעי אחסון זה מספיקה לתקופה חשיפה 2-h.

2. חשיפה

  1. תוכנה לחיבור
    1. ביום של הניסוי, הפעל את המחשב. זכור גם לבטל על הכלי מדידה של ריכוז תרסיס בלחיצה על לחצן ההפעלה באופן ידני.
    2. הפעל את תוכנת ההפעלה. לחץ על הפעלת ניסויים. בחר את המחקר המתאים. בחר את התבנית עבור הניסוי e-סיגריה.
    3. בחלון ניסוי חדש, הזן שם עבור ההפעלה הניסיונית. בחלון מאפייני הניסוי, הקלד ראשי התיבות של אופרטור בתיבת מפעיל. לחץ על אישור.
  2. ערוץ כיול
    1. בצע את השלבים באשף כיול כדי שלמאחה לכייל את המערכת הדור תרסיס.
      1. שלב 1: לחץ על הבא על החלון ערוץ כיול לאחר שנוכח כי יש סימן ביקורת בתיבת נגינה (MicroDust Pro) תרסיס מדידת ריכוז.
      2. שלב 2: בחלון להחיל ערך, לחץ על הבא. שלב 3: הזן את היעד ערך קלט כ 0 g/m3. שלב 4: הוספה כיול מקום בצורת T לתוך החריץ כדי להשלים את תהליך כיול ולחץ על הבא כדי להגיע החלון הבא.
      3. הזן את הערך לקרוא על הכלי מדידה של ריכוז תרסיס. הקש על הבא לאחר הזנת ערך זה. סקור את הכיול חלון תוצאות ולחץ על הבא.
    2. הצעד האחרון: בחלון מלא כיול, לחץ על סיום. עבור מערכת זרימה לבדוק, בחלון מבחן, מבחן משאבות 1 ו- 2 (עיין במדריך למשתמש).
    3. לאשר – "האם ברצונך להתחיל בהקלטה רציפה לנתונים?", לחץ על כן. לאשר – "האם תרצה להתחיל את פרופיל ברירת המחדל?", לחץ על כן.
  3. סיגריה אלקטרונית תרסיס חשיפה
    1. אם עושים של המחקר שאיפת ויוו , מקום העכברים chamber(s) לכל הגוף חשיפה בשלב זה.
    2. מיד ללכת לחלון פרופילים באמצעות לחצן העכבר הימני על הפרופיל הרצוי, גלול למטה כדי להפעיל את המשימה ליזום הסטייה זרימה של אוויר צח פנימה chamber(s) החשיפה.
    3. כאשר מוכן ליזום את e-cig תרסיס הדור ואת החשיפה ניסוי, לחץ לחיצה ימנית על הפרופיל הרצוי בחלון פרופילים, גלול למטה כדי להפעיל את המשימה , עזב לחץ כדי לבחור (איור 4).
    4. שלב קריטי: להקליט את הריכוז נמדדת בכלי מדידת ריכוז תרסיס. הריכוז צריך להיות > 0 מ"ג / m3.
      הערה: עקרונות הפעולה של המכשיר מבוסס על זיהוי אופטי והוא משמש במערכת זו לספק הערכה איכותי בזמן אמת של רמות חשיפה בבית הבליעה.
    5. ודא כי נוזל זמין במיכל במהלך לכל משך החשיפה.
    6. כדי להפסיק את הניסוי לאחר שהגיע משך החשיפה הרצויה, לחץ לחיצה ימנית על הפרופיל, גלול מטה אל תפסיק פרופיל, ו עזב לחץ כדי לבחור. ודא כי הזרם הסטייה מתחילה מיד לאחר השלמת לפרופיל החשיפה.
    7. להסיר את הנושאים (בעלי חיים) מן החדר חשיפה ולהחזיר אותם דיור כלוב ולחדר שלהם.

3. חשיפה שלאחר ניתוח

  1. בסוף ההפעלה הניסיונית, לסגור את תוכנת ההפעלה ופנו OFF המכשיר מדידת ריכוז תרסיס.
  2. לנתק את הקלטת עם המסנן מהמשאבה, רשום את הזמן כאשר זה הוסר. הכנס את המסנן desiccator ולאפשר למסנן להתייבש במשך לפחות 48 שעות (רצוי 96 h). לאחר מכן, שוקל את המסנן עם חלקיקי אירוסול שהצטברו e-סיגריה, רושמות את המשקל.
  3. חשב את ריכוז מוחלט חלקיקי החומר (TPM) מבחינת מסה לכל עלים23.
    1. הרשומה המסה המצטברת על המסנן. לחשב את הנפח הכולל שנדגמו במהלך תקופת החשיפה באמצעות משך דגימת והזרימה המשאבה.
    2. לחלק המסה שנאסף מסנן על-ידי הנפח של אוויר.
      הערה: ריכוז ה-TPM מתבטאת משקל לכל יחידות נפח. לחלק את ריכוז ה-TPM באמצעות המספר הכולל של פחזניות שנוצר על ידי e-cig שהפרופיל המשמש.

4. ניקוי ותחזוקה

  1. שופכים את הנוזלים-e ממיכל e-cig ולרוקן את מעבה שימוש במזרק המצורף. ודא כי הגליל atomizer ב לא הצית במהלך הניסוי. לשנות את הגליל atomizer ב לאחר ניסוי.
  2. לנקות את המשאבות לאחר ניסוי. לנתק את ראשי משאבת ולהסיר את המחברים ושסתומים. . תנגב את לחות נוזל או מצטבר עודף באמצעות מטלית כותנה או רקמה.
  3. לנקות את חדרי חשיפה לכל הגוף. בצע הוראות היצרן, להסיר כל נוזל מרוכז של כל המשטחים.
    הערה: מומלץ להימנע משימוש באלכוהול, שכן היא עלולה לגרום לנזק בלתי הפיך.

Representative Results

טבלה 1 מציגה את מאפייני הסביבה חשיפה בתוך תא לכל הגוף 5-L בעקבות דור תרסיס e-סיגריה. נתונים אלה הם תוצאה של מפגש חשיפה 2-h עם רק נושא ממיסים נוזל הבסיס, כלומר., יחס 50/50 של PG ו- VG בהיעדרו של חומרי טעם או ניקוטין. בתרסיס הופק על ידי מכשיר דור שלישי המופעלים באמצעות סוללות e-סיגריה עם התנגדות Ω 0.5. בסך הכל שבעה e-cig המתחים נבדקו עם פרופיל הטופוגרפיה של נפח נשיפה 70-mL, משך 3-s עלים ומרווחי זמן 1-מין. כצפוי, הגדלת מתח e-cig מוביל ריכוז גבוה של TPM של תרסיס בבית הבליעה חשיפה בשימוש, כפי שדווח עם המסה המחושבת gravimetrically (מ ג) לכל עלים. עם זאת, השינויים בריכוז ה-TPM לדפוס קבוע sigmoidal במידה מסוימת על פני הטווח מתח למד הקשר בין המתח את ריכוז ה-TPM היא בתחילה לינארית מ- 1.8 ל 3.2 V ומציג קפיצה מעריכית עם מישור עוקבות בין 3.2 עד 4.8 V.

איור 5 מראה את התוצאות של אפיון הפיזי של אירוסולים e-cig בתוך החדר חשיפה לכל הגוף. ריכוז מספר החלקיקים והפצה גודל נמדדו בתנאים ניסיוני המגוון באמצעות סייזר חלקיקים סריקה של תנועתיות. מגוון רחב של מסה ו מספר ריכוזים, כמו גם הפצות גודל החלקיקים, המורכבת בעיקר חלקיקים בסדר ולא חדה במיוחד, יכולה להיות מושגת על-ידי שימוש מוגדר מראש או על-ידי המשתמש אוטומטית והמתנשף פרופילים שונים ניתן להתאים או שונו ויה התוכנה (איור 6), וכן אפשרויות עיצוב המכשיר e-סיגריה (כלומר., atomizer ב סליל התנגדות או סוללה מתח). תוצאות אלה הדגש צדדיות של מערכת החשיפה נעשה שימוש כדי לדמות, באווירה ניסיונית, מגוון רחב של פרופילים הטופוגרפיה אפשרי האנושי e-סיגריה.

לדוגמה, סביבה חשיפה e ניסיוני-סיגריה נוצר בהתבסס על מידע עדכני לגבי ההעדפות האישיות של e-cig הצרכנים ולאחר מכן מאופיין (טבלה 2). כאן, המכשיר e-cig היה מצויד atomizer ב סליל של 0.5 Ω ומופעל על 3.2 V. לפרופיל שבו לטופוגרפיה נעשה שימוש כללה נפח 55-mL עלים, עלים 3-s משך ומרווחי 30-s בזמן נוזל שנבדקו כללו ממיסים את הספק (כלומר., PG ו- VG ביחס של 50-50), לבד, בשילוב עם טעם הניקוטין וקינמון 36 מ"ג/מ"ל (טבלה 2). במשך 2-h חשיפה, פרופיל חשיפה זה מושך מספר גדול יותר של פחזניות ומאפשר הנפח הכולל גבוה מתחננות שיטעמו בהשוואה בעבר מועסק 70-mL, עלים 1 עבור כל פרופיל min (13,200 מ"ל לעומת סך של 8,400 מ ל, בהתאמה). כתוצאה מכך, מסה קטנה יותר חלקיקים ממוצע לכל עלים מתקבל תחת פרופיל זה טופוגרפיה לשימוש באותה עוצמת כוח דומה (טבלאות 1, 2). התוצאות נראה כדי לציין הנוכחות של ניקוטין בטעם קינמון בתוך הנוזל e עלולה להיות השפעה שלילית על המסה חלקיקים לכל עלים. עם זאת, ההבדל בין שני תנאים ניסיוני לא הגיעו לרמת מובהקות סטטיסטית.

התוצאות של ניתוח כימי של e-cig בתרסיס שנוצר עם הפרופיל הטופוגרפיה האחרון (נפח 55-mL עלים, עלים 3-s משך ומרווחי 30-s) מוצגים בטבלה 3 ו- 7 איור. סך של פחזניות 82 של e-cig תרסיס שנוצר מתחת 3.2 V עם נוזל המורכב יחס 50/50 של PG ו- VG, ניקוטין 36 מ"ג/מ"ל, ולא בטעם קינמון היו שנדגם על מסנני מבוססי סיליקה ששימשו לאחר מכן אפיון כימי e-סיגריה פליטת בטכניקות GC/MS. דוגמה זו נאסף מיד לאחר הקבל. ניתוח הנתונים גילה כי, בנוסף הניקוטין cinnamaldehyde היו הצפוי, תרכובות אחרות כמו acrolein, catechol ו benzothiazole זוהו בתרסיס e-סיגריה. כימיקלים אלה ידועים חומרים מגרים הנשימה ולהראות את המורכבות של ההרכב תרסיס ברגע הנוזל מחממים ואז שידורה.

בנוסף e-cig תרסיס הכימי פיזיקלי אפיון, e-cig מחולל וחשיפה המערכת המועסקים מתאים גם עבור חשיפות בעלי חיים. כמופיע באיור 8, ריכוז cotinine סרום, מטבוליט מרכזי של ניקוטין, יכול לשמש כדי לפקח או לאשר חשיפות e-cig תרסיס מ המכילים ניקוטין e-נוזלים בעכברים. בדוגמה הנוכחית, העכברים נחשפים e-cig תרסיס להציג עלייה משמעותית את ריכוז cotinine סרום.

Figure 1
איור 1. E-cig מחולל מלונות־המלח תצוגה. התמונה מציגה את הרכיבים השונים להלחין את הגנרטור e-סיגריה (e-סיגריה יחידה, טאנק לבסיס, atomizer ב, טנק, טנק שרוול, אבובים מתאם).

Figure 2
באיור 2. E-cig מחולל atomizer ב. תמונה של איפה לשים e-cig נוזל לתוך atomizer.

Figure 3
איור 3. מבט כללי E-סיגריה. התמונה מראה שהורכב e-cig גנרטור עם סיומת, כולל מעבה.

Figure 4
באיור 4. מחולל E-cig פועלת התוכנה- התמונה מראה את מבחר vaping פרופיל על התוכנה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 5
איור 5. נציג אפיון הפיזי של אירוסולים e-cig המיוצר על ידי גנרטור הדור השלישי e-סיגריה בחדר 5 L מראה (א) ההשפעה של הכוח מכשיר e-סיגריה (6-40 W) על תנאי חשיפה יכולה להפיק ומרססים (ב) את e-סיגריה מורכב מחלקיקים בסדר & חדה במיוחד. ריכוז מספר החלקיקים והפצה גודל נמדד באמצעות סייזר חלקיקים סריקה של ניידות. חשיפה פרמטרים: ההתנגדות 0.5 Ω ומתח של atomizer ב משתנה מ- 1.8 עד 4.8 V; vaping תחת פרופיל הטופוגרפיה של משך עלים או s 3, נפח נשיפה 70-mL כל 60 s או משך עלים s 3, 55 mL פחזנית נפח כל 30 s; שימוש של נוזל מורכב של PG VG ביחס של 50-50. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 6
איור 6. אוטומטיות הנעוצה פרופילים ניתן ליצור, להתאים או שונו באמצעות התוכנה- תמונות מראה צעד אחד של אשף יצירת פרופיל זה משמש להיכנס vaping מפתח הטופוגרפיה גורמים, כולל נפח עלים, עלים, עלים מרווח ומשך פרופיל עלים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 7
איור 7. ספקטרום של GC/MS תוצאות עבור תרסיס e-סיגריה. כמפורט בטבלה3, e-cig תרסיס הופקה באמצעות המכשיר e-סיגריה עם atomizer ב סליל Ω 0.5 שוכן בגובה 3.2 V vaping תחת פרופיל הטופוגרפיה של נפח נשיפה 55 mL, משך עלים s 3 ומרווחי 30 s עם נוזל המורכב יחס 50/50 של PG ו- VG , טעם הניקוטין וקינמון 36 מ"ג/מ"ל. מדגם של פחזניות 82 של e-cig תרסיס נאסף מיד לאחר מעבה אל מסנן מבוסס-סיליקה, אשר שימש לאחר מכן ניתוח כימי על ידי גז כרומטוגרפיה - טכניקות ספקטרומטר מסה (GC/MS). (א) כל הספקטרום; (B) זום פנימה אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 8
איור 8. סכמטי של e-cig חשיפה מערכת מחקרים שנעשו בבעלי חיים- מערכת נשימה תרסיס לכל הגוף e-סיגריה (A) מתאים חשיפות בעלי חיים, עם cotinine רמות ב- e-cig חשוף זכר עכברים BALB/C (ב') כי הם להשוות הרמות של חשיפות סיגריות המיינסטרים. אוויר קבוצה cotinine רמות 0.3-1.2 ng/mL.... N = 6 לכל קבוצה, *p < 0.05. עכבר/חולדה cotinine אליסה. חשיפה פרמטרים: ערכת מתח והתנגדות סוללה 1.5 Ω ו- 4.2 V של atomizer ב, בהתאמה; vaping תחת פרופיל הטופוגרפיה של משך עלים ' s 3 ' של mL 55 פחזנית נפח כל 30 s; שימוש של נוזל המורכב 36 מ"ג/מ"ל של ניקוטין, בטעם קינמון, יחס PG/VG 50/50. עכברים נחשפו ריכוז ה-TPM של 0.12 ± 0.09 mg/עלים של e-cig אירוסול עבור 2 h/day במשך 28 ימים, בעוד פקדים נחשפו אוויר מסונן. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

E-cig מתח (V) E-cig כוח (W) מסה לכל פאף (מ ג) תא בטמפרטורת החדר (oC)
לחות יחסית (%)
1.8 6.3 ± 0.3 0.005 ± 0.004 46.0 ± 3.3 23.7 ± 0.6
2.3 8.8 ± 0.1 0.009 ± 0.005 27.8 ± 9.1 24.0 ± 0.6
2.55 10.6 ± 0.2 0.021 ± 0.008 53.2 ± 1.2 23.2 ± 0.2
2.8 12.4 ± 0.3 0.061 ± 0.073 51.3 ± 1.1 24.2 ± 0.6
3.2 15.8 ± 0.6 0.065 ± 0.013 56.6 ± 2.3 23.1 ± 0.2
3.7 23.3 ± 0.6 0.741 ± 0.417 51.2 ± 5.5 23.6 ± 0.5
4.8 40.4 ± 1.3 0.823 ± 0.198 25.4 ± 7.7 23.7 ± 0.5

טבלה 1. פרמטרי ההתקן E-cig נבדק ותנאים חשיפה חשיפה בחדר 5 L עם atomizer ב סליל 0.5 Ω. פרופיל הטופוגרפיה חשיפה 2 h: 70 מ ל פחזנית נפח, 3 s עלים משך ומרווחי 1 דקות, באמצעות רק מנשא ממיסים נוזל הבסיס, כלומר., יחס 50/50 PG ו- VG. בכל המתחים נבדקו שהפקידים (n = 3). נתונים מבוטא הממוצע ± סטיית התקן (SD).

E-cig מתח (V) E-cig כוח (W) נוזל ניקוטין (mg/mL) נוזל מילוי בטעם מסה לכל פאף (מ ג) תא בטמפרטורת החדר (oC)
לחות יחסית (%)
3.2 16.6 ± 0.2 0 אף אחד 0.273 ± 0.184 נמצא 47.4 ± 3.9 23.6 ± 0.2
3.2 15.9 ± 1.3 36 קינמון 0.102 ± 0.078 59.6 ± 3.1 22.7 ± 0.2

בטבלה 2. פרמטרי ההתקן E-cig נבדק ותנאים חשיפה חשיפה בחדר 5 L עם atomizer ב סליל 0.5 Ω. פרופיל הטופוגרפיה חשיפה 2 h: נפח נשיפה 55 mL, משך עלים s 3 ומרווחי 30 s, שימוש רק 1) המוביל ממיסים נוזל הבסיס, כלומר., PG יחס 50/50, VG, ו 2) נוזל בסיס + ניקוטין (36 מ"ג/מ"ל), חומרי טעם הקינמון. E-נוזלים שני נבדקו שהפקידים (n = 3). הנתונים מבוטאים אומר ± SD.

רשימה של חומרים תרסיס e-סיגריה
2-propenal (acrolein)
7-Pentatriacontene
10-Octadecenal
Benzothiazole
Catechol
Cinnamaldehyde
חומצה אצטית ethoxy
ניקוטין
ונילין

בטבלה 3. רשימה בלתי ממצה של תרכובות שנמצאו בתרסיס e-סיגריה. E-cig תרסיס הופק באמצעות המכשיר e-סיגריה עם atomizer ב סליל Ω 0.5 שוכן בגובה 3.2 V vaping תחת פרופיל הטופוגרפיה של נפח נשיפה 55 mL, משך עלים s 3 ומרווחי s 30 עם נוזל המורכב יחס 50/50 של PG ו- VG , טעם הניקוטין וקינמון 36 מ"ג/מ"ל. מדגם של פחזניות 82 של e-cig תרסיס נאסף מיד לאחר מעבה אל מסנן מבוסס-סיליקה, אשר שימש לאחר מכן ניתוח כימי על ידי גז כרומטוגרפיה - טכניקות ספקטרומטר מסה (GC/MS).

Discussion

שאלה ללא מענה הגדולות היא אם שהחשיפה תרסיס e-סיגריה גורמת רעילות ריאתי. בנוסף, כללי הבטיחות של סיגריות לגבי בריאות האדם הוא עדיין עניין למחלוקת. אוגוסט 2016, ה-FDA של ארה ב הרחיב את סמכותו הרגולציה על כל מוצרי טבק, לרבות סיגריות. מחקר E-cig, עם זאת, הוא מאתגר ומורכב עקב בעיקר ל- 1) העדר הערכות מתוקננים; 2) מגוון רחב של מכשירים (2800 ~ מודלים שונים של מותגי שזוהו 466) e-cig24; 3) טעמים נוזל ייחודי מעל 7,70024; 4) צירופים אפשריים שונים של יחסי humectant. בהתחשב במורכבות של השדה, זה חיוני, כדי להתמודד עם האתגר ולהפיק ראיות מדעיות קול, זה שיקולים זהירים לתנאי הניסוי, תהליכים לשחזור הם מועסקים. במחקר הנוכחי, המוקד היה לשים על התיאור של טכניקה דור תרסיס e-cig שתאפשר חוקרים כדי להשיג ערכות נתונים ייחודיים הקשורים מקיף ומציאותי e-cig תרסיס אפקט החשיפה הקשורות continuums. אלה יכולים להיות רלוונטיות בזמן כתובת e cig-הקשורים בטיחות או רעילות שאלות ייסודה של תקנות על תכונות העיצוב e-cig פוטנציאל יכולה להיות השפעה ישירה על מדיניות בריאות הציבור.

במאמר הנוכחי, חשיפה משמעותית סביבות נוצרו באמצעות היכולת לשלב את הדור האחרון של e-cig התקני מערכת מבוקרת מחשב, כמו גם מאפשר עבור פרופילי והמתנשף אוטומטיות מוגדרות מראש או על-ידי המשתמש וערכת הפעלה התנאים (למשל. קבועים כוח מקור, ערכים סטנדרטיים של התנגדות, מתח או טמפרטורה). פרופילים והמתנשף אוטומטיות אלה כוללים את התנאים סטנדרטי: נפח נשיפה 55 מ ל, 3 s פאף, מרווח עלים s 30 ומשך כיכר פחזנית פרופיל, ממכונת"שגרת אנליטי עבור הדור תרסיס סיגריה אלקטרוני ואוסף – תקן והגדרות תנאים"הניתנים על ידי Coresta מומלצת שיטה (CRM) N ° 8125 (טבלה 2). מאז המשמש את המחשב יכול ליצור פרופילים שונים והמתנשף האוטומטי, זה גם תואם ISO 20768 (הגדרות מוצרים – השגרה vaping אנליטית של מכונת קיטור, תנאים סטנדרטיים) דרישות המשטר והמתנשף26 . כמו הצפוי, e-cig והמתנשף המשטר תנאים סטנדרטיים לעומת אלה מ- ISO 330827, המגדיר את תנאים סטנדרטיים של מכונות עישון סיגריות (נפח נשיפה מ"ל 35, 2 s פאף, 60 s עלים מרווח ומשך בל עלים פרופיל). ההבדלים האלה בין סיגריות עישון דפוסים ותבניות vaping e-סיגריה בין המשתמשים הם וותיקה28. את המחקר הנוכחי, דוגמאות, הצג נתונים שסופקו כך אירוסולים המופקים במערכת זו, מכשיר דור שלישי e-סיגריה עם מתח ניתן לכוונון לייצר ריכוזים גבוהים של ה-TPM, להגיע עד 0.27 ו- 0.82 מ"ג לכל 55 ו 70 מ ל פאף, בהתאמה. E-cig אירוסולים בריכוזים אלה נאספו מיד לאחר תא חשיפה (טבלה 1-2, איור 5). התוצאות גם להראות שאין יותר הבדל 160-fold המסה חלקיקים לכל עלים מיוצר עם מתחים שונים, מ 1.8 עד 4.8 V (טבלה 1). טווח מתח זה הוא אופייני הגדרות ההפעלה של מכשירי e-סיגריה על השוק האמריקאי, המאפשרים היישום של מתח ועד 2.9 5.2 V29. התוצאות הן גם תואם לנתונים שפורסמו בעבר18,21 שבו דווח על רמות גבוהות של TPM שנאספו משקע החשמל של הגנרטור e-cig לפרופילי טופוגרפיה דומים (1.4 עד 5.8 מ ג/עלים). שלבים קריטיים בתוך הפרוטוקול כוללים הוספת כמה טיפות של נוזל atomizer ב לפני כל מפגש חשיפה כדי להבטיח) כי אין צריבה יבש המיוצר; b) נוזל הינו זמין במיכל במהלך לכל משך החשיפה; וודא כי בתרסיס e-סיגריה נוצר כצפוי על ידי לקחת קריאות קבוע במכשיר מדידה ריכוז בזמן אמת. היא מבוססת היטב כי e-cig משתמשים מנסים להימנע פחזניות יבש, אשר מתרחשים צריבה יבש תנאים. מצב זה vaping קשורה היווצרות של רמות גבוהות של aldehydes, כולל פורמלדהיד, מסרטן ידוע, הנשימה toxicant13,30. לכן, המבטיח כי מצב זה הוא נמנע במהלך החשיפה היא קריטית. בסופו של דבר, מבחינת חשיפה ניקוטין, עכברים נחשפים e-cig תרסיס מ 36 מ"ג/מ"ל המכילים ניקוטין e-נוזל כבר שעתיים ביום במשך 28 ימים (רמות של 0.12 מ ג/עלים) הציג ריכוז cotinine סרום של 91 ng/mL (איור 8); רמה דומה לזה של סיגריות מעשנים (> 100 ng/mL)31,32,33, אשר אפילו נמוך יותר מזה של e-סיגריה רגילה משתמשים (cotinine רוק החציוני של 252 ng/mL)34. דווח במחקר הטופוגרפיה vaping 235 היה המספר המרבי של פחזניות ליום נלקח על ידי e-cig משתמשים35,36. זה מאוד דומה לפרופיל החשיפה שלנו בהפקת עלים 1 לכל 30-sec עבור 2-h ליום (סך של פחזניות 240). לפיכך, פרופיל הטופוגרפיה זה vaping מודלים e-cig משתמשים עלים והתעשייתית והתנהגות.

בעשור האחרון, e-cig התקנים התפתחו ממכשירים דור ראשון, כמו סיגריה, לשימוש יחיד, המופעל נמוך, למכשירים בסגנון הדור השני מיכל נשלף, refillable, ועכשיו למכשירים דור שלישי טנקים בסגנון עם להתאמה אישית כולל24 להתנגדות סליל של 1) atomizer ב: הרכיב האחראי על חימום של הנוזל, בקר כוח 2), אשר) יכולה לפעול במהירות המתחים השונים, b) ג) קובעת ומשפיעה הטמפרטורה של גוף החימום או לא הטמפרטורה רותחים של הפתרון נגיש24,37. השימוש e-סיגריה, הנוזל מחומם בדרך כלל 200 ° C מעלות או יותר38, וזה בצורת תרסיס כי מהחמאס אינטראקציה עם מטריצות ביולוגי. לכן, אפיון e-cig תרסיס חיוני. E-נוזלים ממיסים נבדלים התנודתיות כך פתרונות מורכב בעיקר PG (70%), שהינם פחות צמיגה, מתאדים על טמפרטורה נמוכה יותר37, לייצר אירוסולים עם חלקיקים קטנים יחסית המגבירים את חוויית המשתמש 'הגרון להיט' 20. מצד שני, מבוסס-VG e-נוזלים aerosolize-טמפרטורות גבוהות37 ולייצר אירוסולים עם חלקיקים גדולים יחסית אשר, מן החוויה של המשתמש, מגביר את הטעם, ועורר כמות האדים5, 17,39. לכן, זה בעבר נקבע כי היחס PG/VG של נוזל השפעות התפלגות גודל החלקיקים נוכח19,תרסיס20e-סיגריה. כמוצג באיור5, שימוש של נוזל המורכב יחס PG/VG 50/50, אירוסולים e-סיגריה עם קטרים החציוני של ~ 100 ננומטר התקבלו. תוצאות אלה הן בטווח זהה לאלה שדווחו על-ידי Baassiri, et al. 20. זה מרמז כי בנוסף הבסיס נוזל, הפרמטרים חשיפה, כולל את e-cig פועלת הגדרות (התנגדות, מתח וכוח) ומתנשף פרופיל, עשוי להשפיע על המאפיינים הפיזיים של אירוסולים הפיק. יתר על כן, ריכוז הניקוטין וכימיקלים חומרי טעם הוסיף לבסיס נוזל גם יכול שעלולים להשפיע על המאפיינים physicochemical של תרסיס e-סיגריה. היא שודרה בעבר נוזל זה פחות צמיגה מייצר תרסיס מורכב מחלקיקים עדינה יותר, וכתוצאה מכך האדים פחות צפוף, מניב היא ריכוז נמוך יותר של TPM17. באמצעות אותו יחס PG/VG עבור שניהם e-נוזלים נבדק, נוזל המכיל 36 מ"ג/מ"ל של ניקוטין חומרי טעם הקינמון כימי, שזאת מדולל יותר מאשר רק הבסיס נוזל (PG/VG + ניקוטין + בטעם קינמון נגד PG/VG לבד), הופיעו פחות צמיגה יותר הנוזל מורכב אך ורק PG VG. ההבדל ניכר צמיגות בין שני e-הנוזלים עשוי להסביר את הפער בתוך המסה לכל עלים שהושגו תחת שווה e-סיגריה vaping הגדרות (טבלה 2). עם זאת, TPM התחתון עשוי לא לתאם עם תרסיס פחות מזיק, מאז התפלגות גודל החלקיקים, אפיון כימי בתרסיס גם הריכוזיות. אכן, השפלה תרמי של VG ו הגומלין הכימית של רכיבי נוזל לייצר פליטות מזיקים aldehydes, כולל פורמלדהיד acetaldehyde, ידוע להיות חזק איומים על בריאות האדם15,17 ,40. כאמור בטבלה3, ניתוח כימי של e-cig בתרסיס המיוצרים כאן חשף כי הוא כולל גם acrolein, monochlorophenol, catechol ו- benzothiazole. כל ידועים הנשימה לגירויים, בעוד catechol בנוסף מסווג כ יכול להיות מסרטנים לבני (קבוצה 2B) לפי הסוכנות הבינלאומית על מחקר על הסרטן (IARC)41,42,43 . זה מוסיף האפקטים הקשורים הכימיה של הסוכן חומרי טעם שולבו של הנוזל. לדוגמה, cinnamaldehyde ו diacetyl, שני החומרים הכימיים בעדיפות גבוהה חומרי טעם טעם של התאחדות התעשיינים לחלץ עבור הנשימה הזארד, כאשר בשאיפה עובדים, הוכחו לפגום תפקוד הריאות ולגרום נזק בלתי הפיך ריאות ( דלקת סימפונונות בירגר, כלומר 'פופקורן הריאה')44. Cinnamaldehyde הוכח להיות מאוד ציטוטוקסיות במבחנה45,46,47 והוא מאוד פופולרי ב- e-נוזלים48. במחקר הנוכחי, הנוכחות של cinnamaldehyde מזוהה ב- e-cig בתרסיס מ הקינמון בטעמים הנוזל (טבלה 3 ואיור 7). בסך הכל, זה מדגים את הצורך לנתח את e-cig אירוסולים הפיסיקליות והכימיות כאחד, מאפיינים.

כפי שהוזכר לעיל, חשיפה בטכניקה המתוארת כאן יכול להיות רב-תכליתי במיוחד. זה יכול לאפשר השינויים של המשטר והמתנשף (באמצעות התוכנה), תכונות הפעלה של המכשיר e-סיגריה או אפילו של הסוג של חשיפה קאמרית (האף בלבד ולא לכל הגוף) (באמצעות החומרה). הדבר מספק את החוקר כל הגמישות להתאים או להתאים את תנאי הניסוי על הצורך של כל פרויקט מחקר. פתרון בעיות בטכניקה זו כוללת המבטיחה כי הקשרים בין e-cig מעבה, צינורות, משאבות צ'יימברס מאובטחים כראוי, וכי כל צ'יימברס נסגרות כראוי (עבור מידע מפורט יותר עיין במדריך למשתמש). כאמור, כפי שנבדקו במחקר זה, מגוון גורמים יכולים להשפיע על e-cig תרסיס ייצור ו הלחנה22. גורמים אלו קשורים עם יחסי ומרכיבים של נוזל ניסוח, אשר משפיע המרכיב הכימי בתרסיס, כמו גם את מאפייני ההתקן הנבחר e-סיגריה, הגדרות פעולה, אשר משפיעים על התנאים חימום משמש aerosolize של הנוזל, ולכן ההרכב וכן רכיב פיזי בתרסיס. E-נוזלים מורכבים של גרא תוספי מזון, עם זאת, ביטחונם בעקבות חימום, חשוד לא הוכח. והכי חשוב, e-cig משתמשים לשאוף אלה אירוסולים ושליטה לפרופיל והמתנשף, כמו גם הבחירה של נוזל והן את הגדרות ההפעלה (ההתנגדות ואת המתח) של המכשירים שלהם e-סיגריה. אלה גורמים מרכזיים אשר יכול להשפיע באופן משמעותי את פליטת תרסיס e-סיגריה, כדאי לכן להיות בקפידה מבוקר דיווחו במחקר ניסיוני.

שיטות נסיוניות ביותר, הטכניקה חשיפה e-cig הנוכחי יש יתרונות ומגבלות. בעוד רב תכליתי, מתאימה ללימודי רעילות, זה ידוע גם כי עכברים הם אלינואת פוערי-האף, חשיפות לכל הגוף עשוי לאפשר גם לקליטה עורי וכן אוראלי בנוסף תוואי החשיפה אינהלציה. היתרונות והחסרונות של השימוש באינהלציה לכל הגוף ואת האף בלבד חשיפות כבר תיאר בהרחבה במקום אחר49,50. בעוד חשיפות האף בלבד לחקות יותר מקרוב את דפוסי השראה/תפוגת המפקחת על התחבורה ועל הפקדת חלקיקים במערכת הנשימה, מצב זה של חשיפה הוא יותר מלחיץ החיות, אינה מספיקה עבור משאיפת לטווח ארוך מחקרים באמצעות מספר רב של בעלי חיים49. בנוסף, מחקרים אשר משווים לכל הגוף ואת האף בלבד חשיפות מכרסמים נחשף באמצעות אינהלציה toxicant אותו תחת חשיפה לאותם התנאים (TiO2 חלקיקים, עשן סיגריות) מצא הבדל סטטיסטי בין אלה שני מצבים של חשיפה ריאות חלקיקים התצהיר, ריאות-תגובות-50,-51. מאז ההשפעות שנגזרות חשיפות כרונית e-cig תרסיס במידה רבה מתועד ונחקר תחת, מערכת חשיפה e-cig תיאר כתב יד זה שימושי עבור גישור הפער בידע הזה. כמו כן, המכשיר המכונה-vaping דור שלישי השתמשו במחקר זה הוא מונחה בתצורה אופקית. קיימת אפשרות כי הכיוון של המכשיר יכולה להיות השפעה על ייצור תרסיס; עם זאת, לפי מיטב ידיעתנו, עבור מכשירי דור שלישי e-סיגריה, המשתנה התמצאות לא נבדקו בעבר. הכיוון האופקי הוא המיקום המועדף עבור משתמשים מתחילים של e-סיגריה. זה מסייע לקדם כדאי הפתילה, מזעור הסיכונים של נוזל דולף. לפיכך, הכיוון האופקי נציג מאופני vaping של אוכלוסיות של e-cig משתמשים, כבר בשימוש על ידי אחרים קבוצות מחקר21. חשוב גם לציין כי הכוח מוצג בהתקן ה-e-cig עלולים לסטות מעט הכוח בפועל שסופק ל22,המכשיר52, כי לכן זה גם יכול להיות מומלץ למדוד את הערכים אספקת חשמל חיצוני או להשתמש ספק כוח פתול עבור אספקה קבועה של אנרגיה.

יש פער הידע על סמנים ביולוגיים של רעילות הקשורים שהחשיפה e-cig אירוסולים ומחקר משמעותי. מערכת זו חשיפה מייצג צעד אחד קדימה בשדה זה על-ידי מתן החוקרים לקבוע את השפעות לטווח ארוך שאיפת חשיפות של חיות aerosolized e-cig נוזל. שיטות חשיפה קיימות אחרות e-סיגריה גם יש לו את היכולת לחקור את ההשפעה של המשטר ופתאום הפועלים הגדרות של e-cig התקני הקצה רעילות19,20,22,53 . מערכות אלו חשיפה יסייע לספק ראיות מדעיות תקנות בעתיד על מוצרי טבק חלופי חדש. בסופו של דבר, מחקרים רעילות מתנהל היטב ומתאים יעזור כדאי ליידע את קובעי המדיניות, ספקי שירותי הבריאות, האמריקאים 9 מיליון כי הם משתמשים e-cig4. והכי חשוב, יש להימנע מערכות חשיפה לא לשכפל תרחישים מהחיים vaping. E-נוזלים מחוממים בדרך כלל 200 ° C או טמפרטורות גדול38 במכשיר e-סיגריה, לכן, תרחישים איפה הנוזל זה פשוט nebulized, או התחמם עד 37 ° C, ואז nebulized8, אין להתייחס כנציג של e-cig משתמשים הצריכה. כיום, צרכנים e-סיגריה עשוי להגיע e מזיקים-cig תרסיס רמות המרכיבים אותה באמצעות עיצוב תכונות של המכשירים מהדור השלישי e-cig המאפשרים התאמת התנאים חימום ייחודיים באמצעות שינויים בהסליל של atomizer התנגדות, מתח הסוללה. לפיכך, נדרשים מחקרים ניסויים כדי לקבוע את חשיפות שאיפת הקשורים כרונית אפקטי בריאות e-cig אירוסולים. זה מתחיל על-ידי יצירת מתוקננת הדירים e-cig חשיפה מערכות25,26. לכן, יש מערכת חשיפה e תכליתי-cig המאפשרת למגוון רחב של תרחישים חשיפה, כולל אוטומטית פרופילים הטופוגרפיה נציג vaping, הוא נכס להתנהגותו של מחקרים ניסיוניים.

Disclosures

JM ו- AR מועסקים על-ידי SCIREQ ציוד מדעי Inc בדרכי הנשימה, ישות מסחרי מעורב נושאים הקשורים לתוכן של מאמר זה. SCIREQ בע מ הינה חברת טכנולוגיות emka.

Acknowledgments

פרויקט זה נתמך על ידי מענק (AP) של המושל לואיזיאנה ביוטכנולוגיה יוזמה GBI-BOR #013, כמו גם על ידי אוניברסיטת מדינת לואיזיאנה, בית הספר לווטרינריה בפקולטה ראשונית (AN).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
inExpose complete solution - for electronic cigarette aerosol delivery to a 5L whole-body chamber, including eVic-VTC Mini (e-cig device, Joyetech) SCIREQ Scientific Respiratory Equipment Inc.
flexiWare software  SCIREQ Scientific Respiratory Equipment Inc. FW8
Computer Dell Core 2 Duo
Tygon  Tygon R-3603 
MicroDust Pro Cassella 176000A
Personal sampling pump Sensidyne Gilian BDX II
Glass fiber filter Millipore AP4002500
Sampling cassette Made in house
Flow meter TSI Inc. 4100 series
Electronic cigarette liquid (e-juice) Local vape shop
Scanning mobility particle sizer TSI Inc. 3080
Microbalance  Sartorius  MC5 Micro Balance 

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Baeza-Loya, S., et al. Perceptions about e-cigarette safety may lead to e-smoking during pregnancy. Bulletin of the Menninger Clinic. 78 (3), 243-252 (2014).
  2. Kahr, M. K., et al. A qualitative assessment of the perceived risks of electronic cigarette and hookah use in pregnancy. BMC Public Health. 15, 1273 (2015).
  3. Mark, K. S., Farquhar, B., Chisolm, M. S., Coleman-Cowger, V. H., Terplan, M. Knowledge, Attitudes, and Practice of Electronic Cigarette Use Among Pregnant Women. Journal of Addiction Medicine. 9 (4), 266-272 (2015).
  4. Centers for Disease Control and Prevention. E-cigarette use triples among middle and high school students in just one year. , Available from: http://www.cdc.gov/media/releases/2015/p0416-e-cigarette-use.html (2015).
  5. Larcombe, A. N., Janka, M. A., Mullins, B. J., Berry, L. J., Bredin, A., Franklin, P. J. The effects of electronic cigarette aerosol exposure on inflammation and lung function in mice. American Journal of Physiology Lung Cell Molecular Physiology. 313 (1), L67-L79 (2017).
  6. Neilson, L., Mankus, C., Thorne, D., Jackson, G., DeBay, J., Meredith, C. Development of an in vitro cytotoxicity model for aerosol exposure using 3D reconstructed human airway tissue; application for assessment of e-cigarette aerosol. Toxicology In Vitro. 29 (7), 1952-1962 (2015).
  7. Leigh, N. J., Lawton, R. I., Hershberger, P. A., Goniewicz, M. L. Flavourings significantly affect inhalation toxicity of aerosol generated from electronic nicotine delivery systems (ENDS). Tobacco Control. 25 (Suppl 2), ii81-ii87 (2016).
  8. Garcia-Arcos, I., et al. Chronic electronic cigarette exposure in mice induces features of COPD in a nicotine-dependent manner. Thorax. 71 (12), 1119-1129 (2016).
  9. Vardavas, C. I., Anagnostopoulos, N., Kougias, M., Evangelopoulou, V., Connolly, G. N., Behrakis, P. K. Short-term pulmonary effects of using an electronic cigarette: impact on respiratory flow resistance, impedance, and exhaled nitric oxide. Chest. 141 (6), 1400-1406 (2012).
  10. Pichelstorfer, L., Hofmann, W., Winkler-Heil, R., Yurteri, C. U., McAughey, J. Simulation of aerosol dynamics and deposition of combustible and electronic cigarette aerosols in the human respiratory tract. Journal of Aerosol Science. 99, 125-132 (2016).
  11. Sosnowski, T. R., Kramek-Romanowska, K. Predicted deposition of e-cigarette aerosol in the human lungs. Journal of Aerosol Medicine and Pulmonary Drug Delivery. 29 (3), 299-309 (2016).
  12. Kosmider, L., et al. Carbonyl compounds in electronic cigarette vapors: effects of nicotine solvent and battery output voltage. Nicotine & Tobacco Research. 16 (10), 1319-1326 (2014).
  13. Farsalinos, K. E., Voudris, V., Poulas, K. E-cigarettes generate high levels of aldehydes only in 'dry puff' conditions. Addiction. 110 (8), 1352-1356 (2015).
  14. Geiss, O., Bianchi, I., Barahona, F., Barrero-Moreno, J. Characterization of mainstream and passive vapours emmited by selected electronic cigarettes. International Journal of Hygiene and Environmental Health. 218 (1), 169-180 (2015).
  15. Geiss, O., Bianchi, I., Barrero-Moreno, J. Correlation of volatile carbonyl yields emitted by e-cigarettes with the temperature of the heating coil and the perceived sensorial quality of the generated vapours. International Journal of Hygiene and Environmental Health. 219 (3), 268-277 (2016).
  16. Flora, J. W., et al. Method for the Determination of Carbonyl Compounds in E-Cigarette Aerosols. Journal of Chromatographic Science. 55 (2), 142-148 (2017).
  17. Sleiman, M., et al. Emissions from Electronic Cigarettes: Key Parameters Affecting the Release of Harmful Chemicals. Environmental Science & Technology. 50 (17), 9644-9651 (2016).
  18. Ingebrethsen, B. J., Cole, S. K., Alderman, S. L. Electronic cigarette aerosol particle size distribution measurements. Inhalation Toxicology. 24 (14), 976-984 (2012).
  19. Pouchez, J., et al. Impact of power level and refill liquid composition on the aerosol output and particle size distribution generated by a new-generation e-cigarette device. Aerosol Science & Technology. 52 (4), 359-369 (2018).
  20. Baassiri, M., et al. Clouds and "throat hit": effects of liquid composition on nicotine emissions and physical characteristics of electronic cigarette aerosols. Aerosol Science & Technology. 51 (11), 1231-1239 (2017).
  21. Gillman, I. G., Kistler, K. A., Stewart, E. W., Paolantonio, A. R. Effect of variable power levels on the yield of total aerosol mass and formation of aldehydes in e-cigarette aerosols. Regulatory Toxicology and Pharmacology. 75, 58-65 (2016).
  22. Soulet, S., Pairaud, C., Lalo, H. A novel vaping machine dedicated to fully controlling the generation of e-cigarette emissions. International Journal of Environmental Research and Public Health. 14 (10), 1225 (2017).
  23. SKC. Air sampling basic. Step by step guide. An introduction to air sampling. , SKC Limited. Available from: http://www.skcltd.com/images/pdfs/224-G1_Issue_E_Basic_Step_By_Step_Guide.pdf (2018).
  24. Zhu, S. H., et al. Four hundred and sixty brands of e-cigarettes and counting: implications for product regulation. Tobacco Control. 23 (Suppl 3), iii3-iii9 (2014).
  25. Centre de Cooperation pour les Recherches Scientifiques Relative au Tabac (CORESTA). CORESTA Recommended Method No81. Routine analytical machine for e-cigarette aerosol generation and collection - definitions and standard conditions. , Available from: https://www.coresta.org/sites/default/files/technical_documents/main/CRM_81.pdf (2015).
  26. International Organization for Standardization (ISO). ISO/FDIS 20768. Vapour products - Routine analytical vaping machine - Definitions and standard conditions. , Available from: https://www.iso.org/standard/69019.html (2018).
  27. International Organization for Standardization (ISO). ISO 3308:2000(E). Routine analytical cigarette-smoking machine - Definitions and standard conditions. , Available from: https://www.iso.org/standard/28325.html (2018).
  28. St-Helen, G., Ross, K. C., Dempsey, D. A., Havel, C. M., Jacob, P., Benowitz, N. L. Nicotine delivery and vaping behavior during ad libitum e-cigarette access. Tobacco Regulatory Science. 2 (4), 363-376 (2016).
  29. Talih, S., et al. Effects of user puff topography, device voltage, and liquid nicotine concentration on electronic cigarette nicotine yield: measurements and model predictions. Nicotine & Tobacco Research. 17 (2), 150-157 (2015).
  30. Korzun, T., et al. E-cigarette airflow rate modulates toxicant profiles and can lead to concerning levels of solvent consumption. ACS Omega. 3 (1), 30-36 (2018).
  31. Benowitz, N. L., Bernert, J. T., Caraballo, R. S., Holiday, D. b, Wang, J. Optimal serum cotinine levels for distinguishing cigarette smokers and nonsmokers within different racial/ethnic groups in the Unites States between 1999 and 2004. American Journal of Epidemiology. 169 (2), 236-248 (2009).
  32. Sussan, T. E., et al. Exposure to electronic cigarettes impairs pulmonary anti-bacterial and anti-viral defenses in a mouse model. PLoS One. 10 (2), e0116861 (2015).
  33. Flouris, A. D., et al. Acute impact of active and passive electronic cigarette smoking on serum cotinine and lung function. Inhalation Toxicology. 25 (2), 91-101 (2013).
  34. Etter, J. F. A longitudinal study of cotinine in long-term daily users of e-cigarettes. Drug and Alcohol Dependence. 160, 218-221 (2016).
  35. Dawkins, L., Turner, J., Roberts, A., Soar, K. 'Vaping' profiles and preferences: an online survey of electronic cigarette users. Addiction. 108 (6), 1115-1125 (2013).
  36. Logue, J. M., et al. Emissions from Electronic Cigarettes: Assessing Vapers' Intake of Toxic Compounds, Secondhand Exposures, and the Associated Health Impacts. Environmental Science & Technology. 51 (16), 9271-9279 (2017).
  37. Talih, S., et al. Transport phenomena governing nicotine emissions from electronic cigarettes: model formulation and experimental investigation. Aerosol Science & Technology. 51 (1), 1-11 (2017).
  38. Canistro, D., et al. E-cigarettes induce toxicological effects that can raise the cancer risk. Scientific Report. 7, 2028 (2017).
  39. Chen, Z., Zeng, D. D. Mining online e-liquid reviews for opinion polarities about e-liquid features. BMC Public Health. 17, 633 (2017).
  40. Dinakar, C., O'Connor, G. T. The health effects of electronic cigarettes. New England Journal of Medicine. 375 (14), 1372-1381 (2016).
  41. Schweigert, N., Zehnder, A. J. B., Eggen, R. I. L. Chemical properties of catechols and their molecular modes of toxic action in cells, from microorganisms to mammals. Environmental Microbiology. 3 (2), 81-91 (2001).
  42. Ginsberg, G., Toal, B., Kurland, T. Benzothiazole toxicity assessment in support of synthetic turf field human health risk assessment. Journal of Toxicology and Environmental Health Part A. 74 (17), 1175-1183 (2011).
  43. Moghe, A., et al. Molecular mechanisms of axrolein toxicity: relevance to human disease. Toxicological Sciences. 143 (2), 242-255 (2015).
  44. Kreiss, K., Gomaa, A., Kullman, G., Fedan, K., Simoes, E. J., Enright, P. L. Clinical bronchiolitis obliterans in workers at a microwave-popcorn plant. New England Journal of Medicine. 347 (5), 330-338 (2002).
  45. Bahl, V., Lin, S., Xu, N., Davis, B., Wang, Y. H., Talbot, P. Comparison of electronic cigarette refill fluid cytotoxicity using embryonic and adult models. Reproductive Toxicology. 34 (4), 529-537 (2012).
  46. Gerloff, J., et al. Inflammatory Response and Barrier Dysfunction by Different e-Cigarette Flavoring Chemicals Identified by Gas Chromatography-Mass Spectrometry in e-Liquids and e-Vapors on Human Lung Epithelial Cells and Fibroblasts. Applied In Vitro Toxicology. 3 (1), 28-40 (2017).
  47. Clapp, P. W., et al. Flavored e-cigarette liquids and cinnamaldehyde impair respiratory innate immune cell function. American Journal of Physiology Lung Cell Molecular Physiology. 313 (2), L278-L292 (2017).
  48. Behar, R. Z., et al. Distribution, quantification and toxicity of cinnamaldehyde in electronic cigarette refill fluids and aerosols. Tobacco Control. 25, ii94-ii102 (2016).
  49. Pauluhn, J. Overview of inhalation exposure techniques: strengths and weaknesses. Experimental and Toxicologic Pathology. 57 (Suppl 1), 111-128 (2005).
  50. Oyabu, T., et al. Comparison between whole-body inhalation and nose-only inhalation on the deposition and health effects of nanoparticles. Environmental Health and Preventive. 21 (1), 42-48 (2016).
  51. Bond, J. A., Chen, B. T., Griffith, W. C., Mauderly, J. L. Inhaled cigarette smoke induces the formation of DNA adducts in lungs of rats. Toxicology and Applied Pharmacology. 99 (1), 161-172 (1989).
  52. Rudy, A. K., Leventhal, A. M., Goldenson, N. I., Eissenberg, T. Assessing electronic cigarette effects and regulatory impact: challenges with user self-reported device power. Drug and Alcohol Dependence. 179, 337-340 (2017).
  53. Lee, H. W., et al. E-cigarette smoke damages DNA and reduces repair activity in mouse lung, heart, and bladder as well as in human lung and bladder cells. Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). , 201718185 (2018).

Tags

כימיה גיליון 138 סיגריה אלקטרונית (e-סיגריה) מכשיר דור שלישי מכונת-vaping אדי אירוסולים דור אפיון אינהלציה ויוו מערכת החשיפה מתח התנגדות כוח
דור של תרסיס סיגריה אלקטרונית על ידי מכשיר הדור השלישי המכונה-Vaping: יישום מחקרים רעילות
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Noël, A., Verret, C. M., Hasan, … More

Noël, A., Verret, C. M., Hasan, F., Lomnicki, S., Morse, J., Robichaud, A., Penn, A. L. Generation of Electronic Cigarette Aerosol by a Third-Generation Machine-Vaping Device: Application to Toxicological Studies. J. Vis. Exp. (138), e58095, doi:10.3791/58095 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

PLAYLIST
Chemistry and Pharmaceutical Formulation

Pharmaceutical Chemistry Formulation of introductory drug. Generic and Ethical Drugs Pre-formulation: Introduction, influencing factors
Ethical drug development processes and generic drug action sites and interactions
Drugs with them: lipids, enzymes, receptors and nucleic acids solid formulations: tablets - considerations in formulation design, composition, production methods, coating, finished product tests, types of tablets
Combinatorial Chemistry Semi-solid formulations: purpose of local use, creams, gels - considerations in formulation design, chemical composition, physicochemical properties, preparation methods - Drug Design: Determining Structure Ratio
Active SAR Functional Groups (Pharmacopoeial Colloids: Difference between Colloidal Solutions, Colloid Types) Stability Emulsions: Types of Emulsions (Selection of HLB Composition and Properties, Milk Calculations The quantitative relationship between the drug's structure and its activity (QSAR) (types of surfactants, composition and properties, stability enhancement methods, substances) - Drug Design Strategies 8 Optimize interactions with the target site
Liquid Formulations Considerations in the formulation design
Physical and chemical properties
Different types of solutions: aqueous solutions, non-aqueous solutions, solutions for local use
Isotonic solutions for injection
Spray Medications: Composition, Advantages, Types
Packaging Prodrugs and Formulation
Opiate painkillers (nsaids) nonsteroidal anti-bacterial (antibacterial drugs) Need for controlled release drugs: Defined release versus controlled release, drug controlled release types, diffusion-based systems and transdermal systems Design and Synthesis of Drugs Microcapsulation Peptides for Drugs: Microcapsules
Complex - MIC Roses and Liposomes Conservation, Solvent Evaporation Processes, Coacervation Polymerization in Suspension and Emulsion Methods for Preparing Drugs and Intermediates
Controlled release of drugs Systems for release of drugs in physiological control
Preparation of tablets by the wet granulation method and the examination of the physicochemical properties of the tablets

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter