Пищевые ароматизаторы в электронных сигаретах: диацетил, 2,3-пентандион и ацетоин в 51 произвольно отобранном образце

Авторы Joseph G. Allen, Skye S. Flanigan, Mallory LeBlanc, Jose Vallarino, Piers MacNaughton, James H. Stewart и David C. Christiani. Впервые опубликовано 06/2016 в журнале Environmental Health Perspectives. Оригинал статьи доступен по ссылке.

Аннотация

Сегодня на рынке присутствует больше 7000 различных ароматов электронных сигарет. В начале 2000-х годов пищевые ароматизаторы приобрели дурную славу, поскольку ингаляции одного из них – диацетила – связали с заболеванием, которое впоследствии стало известно как «попкорновая болезнь легких». Проблема содержания ароматизаторов в электронных сигаретах изучена недостаточно полно.

Цель исследования: Цель данного исследования – определить, присутствует ли в произвольной выборке ароматизированных электронных сигарет пищевой ароматизатор диацетил или другие распространенные ароматизаторы (2,3-пентандион или ацетоин).

Методы: В исследовании рассматривался 51 продукт наиболее популярных производителей и ароматов. Нами были отобраны электронные сигареты, которые мы сочли наиболее привлекательными для молодежи. Электронные сигареты подвергались полной разрядке, и в пропущенном через них потоке воздуха производилось измерение общей массы диацетила, 2,3-пентандиона и ацетоина в соответствии с методикой 1012 OSHA.

Результаты: По крайней мере один из перечисленных ароматизаторов присутствовал в 47 протестированных ароматах из 51. Диацетил в количестве, превышающем предел обнаружения (LOD – limit of detection), был выявлен в 39 ароматах из 51 в количестве до 239 мкг в сигарете. 2,3-пентандион и ацетоин были выявлены в 23 и 46 ароматах из 51 в количествах до 64 мкг и 529 мкг в сигарете, соответственно.

Выводы: Диацетил связан с облитерирующим бронхиолитом, а также другими тяжелыми респираторными заболеваниями, наблюдающимися у рабочих. Вследствие этого требуется предпринять срочные меры по оценке возможной экспозиции действию этого вещества посредством электронных сигарет.

Введение

Согласно данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), в 2013 году только в США траты на электронные сигареты составили 3 миллиарда долларов. Ожидается, что в течение 15 лет объем продаж электронных сигарет возрастет в 17 раз. По оценке центров по контролю и профилактике заболеваний США (CDC), в 2012 году 1,78 млн. детей попробовали электронные сигареты, при этом 160 000 из них до этого не пробовали табачных сигарет (CDC 2013). Продажа электронных сигарет пока не регулируется. Управление по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными средствами США (FDA) согласно закону о предотвращении семейного курения и контроле над табаком 2009 года может регулировать оборот некоторых табакосодержащих и никотинсодержащих продуктов и предложило включить электронные сигареты в сферу действия этого закона (FDA 2014). Хотя популярность и частота использования электронных сигарет увеличиваются, данных об их возможном влиянии на здоровье недостаточно.

Основным фокусом исследований, посвященных электронным сигаретам, становятся воздействие никотина, пассивное курение, возможность перехода с электронных сигарет на «обычные» никотиновые и нарастающее социальное одобрение курения (Bell and Keane 2014; Coleman et al. 2014; Goniewicz et al. 2014a; Long 2014; McMillen et al. 2015; Trehy et al. 2011). В некоторых недавно опубликованных исследованиях анализировались другие вещества, входящие в состав электронных сигарет помимо никотина. Исследователи обнаружили, что потребители электронных сигарет подвергаются воздействию карбонильных соединений, альдегидов, мелких взвешенных частиц, металлов, пропиленгликоля, глицерина, формальдегида, летучих органических веществ и других химических добавок (Bekki et al. 2014; Callahan-Lyon 2014; Cheng 2014; Goniewicz et al. 2014b; Hutzler et al. 2014; Jensen et al. 2015; Orr 2014; Pellegrino et al. 2012; Uchiyama et al. 2013; Williams et al. 2013). Впрочем, несмотря на то, что на рынке присутствует более 7000 ароматов электронных сигарет (Zhu et al. 2014), на сегодняшний день было опубликовано лишь три статьи, посвященных контакту и воздействию ароматизаторов (Farsalinos et al. 2015; Hutzler et al. 2014; Behar et al. 2014), и одно письмо, опубликованное в JAMA, обращает внимание на возможное негативное влияние ароматизированных электронных сигарет на здоровье респираторной системы (Barrington-Trimis et al. 2014).

Вопрос использования пищевых ароматизаторов привлек к себе внимание в начале 2000-х годов в связи с сообщениями о тяжелой респираторной патологии, развивающейся у людей, работающих с микроволновыми печами для производства попкорна (Hilts 2001). Применявшиеся ароматизаторы входили в список GRAS (Generally Recognized As Safe – признанные безопасными). Этот список, впрочем, рассматривает только возможность употребления вещества внутрь, в то время как в этом случае контакт происходил посредством ингаляции, и сведения о возможной угрозе для здоровья при вдыхании этих веществ на тот момент были недостаточными (FDA 2015). В мае 2000 года у 8 человек, работавших на фабрике по производству попкорна, был выявлен тяжелый облитерирующий бронхиолит (Kreiss et al. 2002) – заболевание, для которого характерна настолько тяжелая необратимая потеря легочной функции, что в некоторых случаях единственным вариантом лечения становится пересадка легкого (OSHA 2007). Сотрудники отдела респираторной патологии Национального института по охране труда и промышленной гигиене США (NIOSH) провели расследование на предприятии, где были заняты заболевшие работники. В ходе расследования проводился медицинский осмотр, включавший измерение легочной функции, заполнение медицинских опросников и составление истории работы на предприятии.Кроме того, производились замеры гигиенических показателей (выборочные пробы, пробы с использованием считывающей техники и сменные пробы). По итогам расследования NIOSH заключил, что у работников этого предприятия частота хронического кашля, одышки, астмы и хронического бронхита была выше ожидаемой более чем в 2 раза, а у некурящих работников частота обструкции дыхательных путей превышала ожидаемую более чем в 10 раз (CDC 2007; Kreiss et al. 2002). Была выявлена статистически значимая связь между увеличением встречаемости заболеваний дыхательных путей, включая облитерирующий бронхиолит, и воздействием летучих ароматизаторов с ароматом масла. Наиболее часто из таких ароматизаторов применялся диацетил. Из двух других интересующих нас ароматизаторов ацетоин присутствовал в статистически значимых количествах, в то время как замер 2,3-пентандиона не проводился. Персонал, работавший в зоне, где диацетил-содержащий буфер добавлялся в разогретые смесители, подвергались действию летучих химических веществ в составе ароматизаторов, и исследователи выявили статистически значимую связь между дозой химиката и ответной реакцией (CDC 2007; Kreiss et al. 2002). Дальнейшее исследование, проведенное на шести фабриках по производству попкорна, показало, что в пяти из шести учреждений у работников, работавших в зонах по ароматизированию и упаковке готового продукта, контактировавших с диацетилом в концентрациях начиная с 0.2 ppm, развивалась обструкция дыхательных трактов по типу облитерирующего бронхиолита (Kanwal et al. 2006). Облитерирующий бронхиолит, а также некоторые заболеваний нижних дыхательных путей после этого получили название «попкорновой болезни легких» и стали предметом дальнейших расследований. CDC выявили еще 7 случаев облитерирующего бронхиолита среди работников предприятий по производству ароматизаторов (CDC 2007).

Кроме ароматизатора с запахом масла, диацетил содержится и в ароматизаторах с другими ароматами (табл. 1) (OSHA 2010), и его применение не ограничивается фабриками по производству попкорна или ароматизированию пищевых продуктов. Диацетил, а также 2,3-пентандион (его заменитель с аналогичной структурой) и ацетоин используются в производстве широкого спектра пищевых ароматизаторов (например, с ароматами карамели, ириски, пина колады и клубники). Такие ароматы часто используются для отдушки картриджей электронных сигарет, которым даются названия, привлекательные для детей и подростков: Cupcake, Fruit Squirts, Waikiki Watermelon, Cotton Candy, Tutti Frutti, Double Apple Hookah, Blue Water Punch, Oatmeal Cookie, Alien Blood и т.д. Системы доставки никотина в электронных сигаретах используют атомайзер, который создает аэрозоль или пар, нагревая содержащуюся в специальном контейнере жидкость для электронных сигарет (Burstyn 2014; Jensen et al. 2015).

Табл. 1. Ароматы, содержащие диацетил, в соответствии с классификацией OSHA (OSHA 2010).

Нагрев, распыление и вдыхание ароматизатора создает условия, аналогичные тем, в которых находились работники на фабриках по производству попкорна. При производстве попкорна ароматизаторы, красители и соль смешиваются с разогретым до температуры 57-60^oC соевым маслом. Kullman et al. (2005) сообщили, что в смесительных цехах присутствовали аэрозоли и пары ароматизаторов. Аэрозоли состояли из частиц соли, часть из которых была покрыта маслом, и содержали от 70% до 85% (среднее значение 79%) по массе воспламенимой фракции и 21% – невоспламенимой фракции. Именно в смесительных цехах концентрация в воздухе ароматизатора была наивысшей (Kullman et al. 2005).

С учетом тех фактов, что ароматизаторы широко применяются во многих отраслях промышленности и вошли в основу составов, применяемых в отдушке электронных сигарет для имитации натуральных вкусов, мы предположили, что перечисленные химические соединения применяются и в производстве ароматизированных электронных сигарет. Данная работа стремится расширить понимание проблемы содержания ароматизаторов в электронных сигаретах, уделяя особое внимание электронных сигаретам крупных производителей, а также продуктам, которые могут быть особо привлекательны для детей, подростков и молодежи.

Материалы и методы

Выбор электронных сигарет

Для участия в исследовании была составлена произвольная выборка, в которую вошел 51 аромат электронных сигарет. Картриджи, жидкости для электронных сигарет и испарители с источниками питания приобретались в онлайн-магазинах и точках розничной продажи. В оценивавшиеся 51 аромат вошли все доступные ароматы трех крупных производителей сигарет (бренды A, B и C; 2, 2 и 7 ароматов, соответственно); 5 ароматов независимого крупного производителя электронных сигарет (бренд D) и 24 дополнительных аромата трех дистрибьюторов электронных сигарет (бренды E, F и G; 10, 8 и 6 ароматов, соответственно), выбранные на основании потенциальной привлекательности для детей, подростков и молодежи (табл. 2). Помимо этого, нами было оценено 11 ароматов жидкостей для использования в картомайзерах (одноразовая система из кардриджа и атомайзера; бренды H и I; 6 и 5 ароматов, соответственно).

Табл. 2. Оценочная масса ароматизаторов в электронных сигаретах (мкг/сигарета)

(нажмите на изображение таблицы, чтобы отобразить увеличенную версию)

<LOQ: обнаружено лабораторным методом в количестве, превышающем предел обнаружения, но не превышающем предела количественного определения. LOQ для 1-го и 2-го набора образцов, соответственно: диацетил 2,3 мкг\0,19 мкг; пентандион 0,07 мкг\0,38 мкг; ацетоин 1,08 мкг\3,2 мкг. <LOD: не обнаружено лабораторным методом в количестве, превышающем предел обнаружения (0,05 мкг).

Продуцируемая электронной сигаретой смесь состоит из аэрозоля и паров ароматизатора и растворителя. Аэрозоль и пары образуются при контакте ароматизирующей жидкости с нагревательной спиралью атомайзера (картомайзера). В данной работе использовалась методика 1012 OSHA для сбора образцов трех химических ароматизаторов (OSHA 2008). Тара, в которую производился сбор образца, оснащалась пробкой из стекловаты, стекловолоконным фильтром и поддоном из силикагеля. При разработке методики 1012 OSHA производилась оценка эффективности пробирок, наполненных силикагелем, в улавливании диацетила и ацетоина. В ходе этой оценки производился сбор образцов с поверхности фильтра, выполненного из ПВХ и покрытого гранулами с известным количеством исследуемого химиката. Фильтр устанавливался в систему вместе с пробирками, наполненными силикагелем, после чего проводился забор образцов с фильтра и пробирки и их анализ. Согласно отчету OSHA, от 94,4% до 99,7% ароматизаторов, изначально присутствовавших в гранулах, были выявлены в пробах, снятых с пробирки, но не в пробах, снятых с фильтра, т.е., силикагель захватил большинство ароматизатора, который изначально был нанесен на фильтр (OSHA 2008).

Протокол сбора образцов

Сбор образцов проводился для оценки общей массы диацетила, 2,3-пентандиона и ацетоина, выделенных каждым из картриджей. Каждая электронная сигарета помещалась в изолированный контейнер, соединенный с устройством, которое пропускало воздух через сигарету продолжительностью 8 секунд с промежутками 15 или 30 секунд между каждым «вдохом». Такая продолжительность «вдоха» была выбрана для того, чтобы обеспечить полный выход пара из сигареты и его улавливание в емкости для сбора образцов. Процесс был автоматизирован при помощи устройства Pneucleus Technologies LLC MediFlo Mass Flow Controller. Поток воздуха разделялся на две порции исходя из объемной скорости в соответствии с требованиями методики 1012 OSHA (OSHA 2008). Порция с низкой объемной скоростью (200 мл/мин целевая скорость) был оптимальным для переноса веществ, выделенных электронной сигаретой, в контейнер для сбора образцов (пара последовательно связанных пробирок, наполненных 600 мг промытого и высушенного силикагеля). Порция с высокой объемной скоростью пропускалась через фильтр и утилизировалась. Использовалась минимальная общая скорость потока, достаточная для прохождения воздуха через электронную сигарету. Измерение скорости потока производилось в начале и конце сбора каждого образца для того, чтобы измерить соотношение между объемами порций высокой и низкой объемной скорости. Сбор образцов производился до полного истощения картриджа или картомайзера, которое устанавливалось по отсутствию видимых испарений в контейнере.

Рис. 1. Схема прибора для забора образцов.

Образцы, собранные из порций с низкой объемной скоростью потока, анализировались на наличие диацетила, 2,3-пентандиона и ацетоина по методике 1012 OSHA (OSHA 2008). Общая испаренная концентрация определялась после нормализации измеренных значений с использованием рассчитанного ранее соотношения объемов порций высокой и низкой объемной скорости. К примеру, если объем пара, прошедшего в емкость для сбора образцов, составлял 10% от всего объема, то масса веществ, полученная в результате лабораторного анализа, умножалась на 10 для оценки общей массы испаренных химических веществ. При сборе первого набора образцов контейнер объема 0,12 л подвергался пассивной очистке продолжительностью около 10 минут путем открытия контейнера при смене электронной сигареты. При сборе второго набора образцов проводилась активная очистка продолжительностью 10 минут при помощи насосов, которые пропускали через контейнер чистый воздух. В каждом наборе также производился забор образцов для контроля качества.

Контроль качества

Семь контрольных образцов (>10% всего объема собранных образцов) были собраны с использованием протокола, аналогичного описанному ранее, но без использования электронной сигареты. Для учета разделения на потоки с низкой и высокой объемной скоростью проводилась аналогичная нормализация. В 4 из 7 собранных образцов содержание каждого из анализируемых химических веществ не превышало предела обнаружения, в одном были обнаружены диацетил и ацетоин (1,2 и 10,7 мкг/сигарета, соответственно), в одном – 2,3-пентандион и ацетоин (0,4 и 9,2 мкг/сигарета, соответственно), и в одном – только ацетоин (1 мкг/сигарета). С учетом этих значений производилась коррекция собранных данных по образцам согласно следующей процедуре. Значения, полученные при замере контрольных образцов, усреднялись по наборам. Значения ниже предела обнаружения импутировались с использованием значения, равного половине предела обнаружения до усреднения. Нами производился расчет предела количественного определения (LOQ – limit of quantification) данной процедуры, который был выше лабораторного предела обнаружения (0,05 мкг/образец) на базе трех стандартных отклонений значений контрольных образцов. После коррекции образцы сравнивались с учетом рассчитанного предела количественного определения для каждого из наборов образцов (диацетил: 2,3 мкг и 0,19 мкг; 2,3-пентандион: 0,07 мкг и 0,38 мкг; ацетоин: 1,08 мкг и 3,2 мкг). В случае, если определенная лабораторным методом масса вещества превышала указанные выше значения, оно считалось обнаруженным, и для образца регистрировалось полученное значение; в случае, если вещество было обнаружено лабораторным методом, но не превышало указанных значений, образец регистрировался с пометкой «<LOQ». Если вещество не обнаруживалось лабораторным методом, образец регистрировался с пометкой «<LOD». В некоторых случаях производился перезабор образцов (например, забор образцов для двух картриджей из одной упаковки). Подобный перезабор осуществлялся для 6 ароматов: Pina Colada бренда C (3 образца), Cherry Crush бренда C, Pomegranate бренда D, Iced Berry бренда E, Watermelon бренда F и Classic бренда A. Стандартное отклонение для подобных повторных образцов находилось в пределах от 2,9 мкг/сигарета до 98,4 мкг/сигарета.

Все образцы анализировались лабораторией ALS Laboratories, Солт-Лейк-Сити, Юта. Эта лаборатория аккредитована Американской ассоциацией промышленной гигиены (AIHA) и соответствует требованиям программы по аккредитации промышленно-гигиенических лабораторий. Для проверки калибрационной кривой в среднем диапазоне значений использовался отдельно разработанный протокол верификации калибрации. В качестве жидкого калибровочного раствора (LCS, 89,9% экстракции) и дубликата (LCSD, 89,9% экстракции) для проверки точности аналитических процедур. Вместе с этими образцами проводился анализ специально подготовленного «чистого» контроля для подтверждения того, что лаборатория не допускает систематической ошибки вследствие загрязнения, которая могла бы помешать экстракции интересующих веществ или повлиять на результат анализа. Массы каждого из анализируемых в данном исследовании химических веществ в контрольном образце не превышали предела обнаружения 0,05 мкг.

Статистическая обработка

Полученные образцы были сгруппированы с использованием названий и описаний на интернет-страницах производителей в следующие категории, основанные на категориях OSHA (табл. 1) и учитывающие аромат изделия: молочные, «темные», фруктовые и коктейльные. Кроме того, были созданы отдельные категории для электронных сигарет с ароматом табака и с ароматами, попадавшими в другие группы по классификации OSHA. Распределения массы каждого из трех химических веществ сравнивались с учетом типа аромата при помощи t-тестов для двух образцов и коробчатых диаграмм (R версии 3.0.0; R Core Team 2015). При расчете обобщающих статистических показателей для образцов, помеченных как «<LOD» или «<LOQ» использовались значения, равные ½ предела обнаружения.

Результаты

Полученные значения общей массы ароматизаторов диацетила, 2,3-пентандиона и ацетоина в мкг/сигарета приведены в табл. 2. Количество диацетила превышало предел обнаружения в 39 из 51 образца и находилось в диапазоне от <LOQ до 239 мкг/сигарета. 2,3-пентандион и ацетоин были обнаружены в 23 и 46 из 51 образца в количествах до 64 и 529 мкг/сигарета, соответственно.

По крайней мере один из перечисленных ароматизаторов присутствовал в 47 из 51 протестированного аромата (92%). В их число вошли и ароматы, не относящиеся к категориям «фруктовые» или «сладкие», например, аромат ментола или «классический» аромат. Одновременное присутствие диацетила и 2,3-пентандиона было выявлено в 21 образце, что показывает, что 2,3-пентадион используется не только в качестве заместителя диацетила, но и вместе с ним. Одновременное присутствие 2,3-пентандиона и ацетоина было выявлено в 22 образцах. Диацетил и ацетоин одновременно присутствовали в наибольшем количестве образцов (n=38).

На рис. 2 отражено распределение масс ароматизаторов в зависимости от типа аромата. Все три ароматизатора обнаруживались в ароматах каждого типа, за исключением 2,3-пентандиона, который не был выявлен в сигаретах с молочными ароматами. Медианы масс ароматизаторов для разных типов вкусов не имели закономерного распределения и варьировали в зависимости от ароматизатора: так, медиана массы диацетила в сигаретах с ароматом табака была второй наименьшей, в то время как медиана массы ацетоина была четвертой наименьшей. Электронные сигареты с коктейльными ароматами имели наибольшие медианы масс для каждого из ароматизаторов, но и наибольший разброс значений. После введения поправки Бонферрони ни одно из различий в медианах масс ароматизатора между группами ароматов не было признано статистически значимым.

Рис. 2. Коробчатые диаграммы, отражающие медианы (горизонтальные линии), межквартильный размах (закрашенная часть) и 1,5*межквартильный размах (вертикальные линии) масс химических веществ в электронных сигаретах, включая те, для которых производился перезабор, стратифицированные по категориям аромата, для диацетила, 2,3-пентандиона и ацетоина. Значения, выходящие за пределы 1,5*межквартильный размах, представлены в виде точек; два наибольших значения для каждого из химических соединений не представлены.

Обсуждение

Диацетил – ароматизатор, связанный с развитием «попкорновой болезни легких» у рабочих после ингаляции – был обнаружен в 39 из 51 ароматизированной электронной сигареты, протестированной в данной работе, включая сигареты с ароматами, наиболее привлекательными для детей, подростков и молодежи. 47 из 51 протестированного аромата содержали хотя бы один из трех выявлявшихся нами ароматизаторов (диацетил, 2,3-пентандион, ацетоин). Эти химические соединения встречались во всех типах ароматов: например, электронные сигареты с ароматами «ментол» и «табак» содержали диацетил, хотя эти ароматы и не попадают в список ароматов, с большой вероятностью содержащих диацетил, составленный OSHA (табл. 1).

Угроза здоровью, которую представляет ингаляция диацетила и других химических ароматизаторов, признается OSHA и производителями. В 2007 году OSHA запустило приоритетную национальную программу, объектом которой стали заболевания респираторного тракта у работников фабрик по производству попкорна. Объектом аналогичной программы 2009 года стали «Производства, осуществляющие продукцию пищевых ароматизаторов с содержанием диацетила» (OSHA 2007, 2009). В апреле 2012 года Ассоциация производителей ароматизаторов и экстрактов США (FEMA) опубликовала отчет о респираторном здоровье и безопасности на пищевом производстве, в котором были особо отмечены потенциальные риски, связанные с ингаляцией диацетила и перечнем других пищевых ароматизаторов (FEMA 2012). FEMA рекомендует использовать следующее предупреждение для «всех сложных ароматизаторов (в жидком, порошковом или газообразном виде), содержащих любые из перечисленных в табл. 1 ароматизаторов в том случае, если ароматизатор или любой из его индивидуальных компонентов будут подвергаться нагреву при обработке». [В табл. 1 содержатся данные, релевантные для диацетила]

ВНИМАНИЕ: Данный ароматизатор может представлять опасность при попадании в организм через дыхательные пути. Обратитесь к сотруднику службы безопасности и ознакомьтесь с паспортом безопасной эксплуатации перед тем, как открывать и работать с этим веществом. Ингаляция данного ароматизатора, в особенности в нагретом состоянии, может привести к тяжелому вреду здоровью.

В противовес этим усилиям по увеличению осведомленности, предпринятым OSHA и производителями ароматизаторов, в ходе этого обзора нами не было выявлено подобной предупредительной информации о диацетиле или конкретных ароматах на интернет-страницах производителей электронных сигарет и на упаковках их товаров. Две компании в ходе переписки открыто заявили об отсутствии диацетила в их продукции, хотя он был впоследствии выявлен в ходе тестирования.

На сегодняшний день не существует регламента по маркировке электронных сигарет, потому что их оборот не регулируется (в отличие от табачных продуктов, оборот которых регулируется FDA согласно закону о предотвращении семейного курения и контроле над табаком 2009 года, предоставляющего FDA право требовать наличия предупредительной маркировки на упаковках сигарет и в рекламных роликах, а также запрещающего оборот ароматизированных сигарет). Впрочем, возможно, эта ситуация изменится. В 2014 FDA предложило расширить законодательное определение табачных продуктов и включить в него электронные сигареты и другие никотинсодержащие продукты (FDA 2014). В случае, если это предложение будет одобрено, для электронных сигарет будут введены требования по минимальному возрасту продажи и наличию предупреждающей маркировки. Особое отношение к информации, полученной в ходе данного исследования, и нашему субъективному мнению о привлекательности многих ароматов для молодежи имеет следующий комментарий FDA (FDA 2014): «определенные табачные продукты, такие как электронные сигареты и некоторые сигары, выводятся на рынок с характерной отдушкой, которая может быть особенно привлекательна для молодого потребителя». FDA также признает, что существующие положения закона о предотвращении семейного курения и контроле над табаком 2009 года, запрещающие использование отдушки, распространяются только на сигареты, но не на электронные сигареты, и ведет активный поиск информации о влиянии курения электронных сигарет на общественное здоровье. Данные о наличии в электронных сигаретах химических соединений, ассоциированных с развитием тяжелых респираторных заболеваний, представленные в данной публикации, помогают заполнить информационный вакуум.

В результате токсикологических и эпидемиологических исследований, проводившихся NIOSH, были установлены предельные количества вещества, допустимые для ингаляции, для нескольких пищевых ароматизаторов, включая диацетил и его структурный аналог 2,3-пентандион (табл. 3). Впрочем, эти стандарты касаются взрослых работников; на сегодняшний день таких норм для всего населения и для детей не разработано. Мы согласны с недавним ответом на статью специалистов NIOSH (Hubbs et al. 2015) и методическим руководством FEMA (FEMA 2015) в том, что это необходимо учитывать при интерпретации работ, в которых для оценки риска, которому подвергаются курильщики электронных сигарет, используются производственные нормативы. Во-первых, эти нормативы разработаны для здоровых рабочих, а не для всей популяции, и не все пользователи электронных сигарет являются рабочими. Во-вторых, надзорные органы США допускают более высокие риски для рабочих по сравнению со всей популяцией. К примеру, нижним пределом «допустимого» риском для рабочих считается вероятность неблагоприятного события от 1/1000 до 1/10000 (Hubbs et al. 2015), в то время как Управление по охране окружающей среды США (EPA) принимает в качестве нижнего предела значения от 1/100000 до 1/1000000 (Castorina and Woodruff 2003). Применяя производственные нормативы к курильщикам ароматизированных электронных сигарет из всей популяции мы, таким образом, подвергаем их повышенному риску. В-третьих, производственные нормативы рассчитаны на работу исходя из восьмичасовой смены пять дней в неделю и из предположения о том, что работник имеет 16 часов на восстановление между сменами и 2 дня на отдых в выходные дни. Это предположение неприменимо по отношению к курению электронных сигарет. В-четвертых, данные нормативы рассчитаны для взрослых, а не для детей и подростков, масса тела которых в среднем меньше по сравнению с массой тела взрослого рабочего, что приводит к увеличению дозы химического соединения в пересчете на килограмм массы. В-пятых, нам неизвестно, сохраняется ли у детей, которые могут быть более подвержены воздействию среды, дозозависимый эффект, который наблюдался у рабочих. Наконец, производственные нормативы не являются эталоном, и значения, им соответствующие, нельзя автоматически рассматривать как безопасные. Вопросу интерпретации значений, соответствующих производственным нормативам, посвящены отдельные рекомендации. AIHA рекомендует использовать верхнюю границу доверительного интервала 95-го процентиля экспозиции, а не среднее значение или медиану, при оценке измерений и сравнении их с производственными нормативами. После этого рекомендовано применение ранжированных шкал, отражающих соответствие полученного значения экспозиции одной из пяти контрольных категорий AIHA (Ignacio and Bullock 2006). Даже в случае, если оцененный 95-й процентиль составляет 10% от норматива, рекомендуется размещение предупреждения о возможной опасности (Hewett et al. 2006). При достижении 50% нормативного значения вводится дополнительный контроль в виде контроля за экспозицией, медицинских осмотров и пересмотра производственной практики (Hewett et al. 2006).

Табл. 3. Рекомендации по предельной допустимой экспозиции (значения в миллионных долях)

PEL – допустимый предел экспозиции; REL – рекомендуемый лимит экспозиции; STEL – предел краткосрочной экспозиции; TLV – пороговое значение. a) — предельное значение профессионального воздействия в потоке воздуха (м.д.). * — нормализованное предельное значение с использованием методов Brief и Scala.

Преимущества и недостатки работы

Основной задачей данной работы являлась оценка присутствия диацетила и других ароматизаторов в составе пара, производимого ароматизированными электронными сигаретами. Из-за наличия на рынке большого числа ароматов электронных сигарет невозможно оценить, насколько полученные нами на выборке из 51 аромата результаты могут быть генерализованы. Впрочем, поскольку в 47 из 51 проанализированного образца был обнаружен хотя бы один интересовавший нас ароматизатор, необходимо провести срочную проверку и установить, сохраняется ли это соотношение среди тысяч существующих ароматов. Для определения того, что электронная сигарета полностью истрачена, нами использовались визуальные признаки. Возможно, что наша оценка общего содержания химических веществ в сигарете могла быть заниженной, если в сигарете на момент ее выключения еще содержалась жидкость. Это могло бы объяснить вариабельность, наблюдавшуюся в образцах при перезаборе, а также различия в содержании химических веществ между электронными сигаретами одного типа. Возможно использование иного метода для определения общего содержания ароматизатора, а именно химический анализ самой жидкости для сигарет. Впрочем, такой подход не позволил бы проанализировать химический состав пара сигареты. Кроме того, использованная нами процедура коррекции подразумевала использование импутированных значений для контрольных образцов, уровни химических веществ в которых не достигали предела обнаружения. Как правило, в том случае, если в контрольных образцах не было выявлено химических веществ, коррекция не проводится. Впрочем, для того, чтобы выработать и соблюсти единую процедуру, подходящую и для контрольных образцов, в которых были выявлены химические вещества, мы проводили коррекцию с учетом всех образцов (включая и «чистые», значения для которых были импутированы, как описано ранее). Такой подход также мог привести к занижению оценки содержания химических веществ в парах. Наконец, в наших образцах была выявлена вариабельность результатов внутри одного аромата, что демонстрирует стандартная ошибка, рассчитанная для перезабранных образцов. Данная вариабельность может быть вызвана погрешностями методики или различием в химическом составе ароматизированных электронных сигарет. Так, Cheng (2014) сообщает о высокой степени вариабельности между содержанием никотина в электронных сигаретах одного и того же бренда. С учетом перечисленных ограничений, следует проявлять особую осторожность при оценке результатов исследования для сигарет, которые были отмечены как сигареты «без диацетила» и аналитические показатели которых находились между нижним пределом обнаружения и пределом количественного определения.

Преимуществами выбранного подхода является то, что он позволил измерить концентрации интересовавших нас трех ароматизаторов в парах электронных сигарет, используя воспроизводимые и валидированные методики забора образцов и анализа, а также методологические решения, которые позволили нам с высокой степенью достоверности утверждать о присутствии диацетила. В дальнейших исследованиях следует проработать эти методики и более точно и полно провести количественный анализ содержания ароматизаторов в электронных сигаретах, а также собрать статистику о присутствии диацетила и других ароматизаторов в более объемной выборке. Наконец, необходимо проведение работ, которые позволили бы оценить вклад мелких взвешенных частиц и пара в экспозицию, а также провести оценку влияния других характеристик внешней среды (например, различий во влажности окружающего воздуха, продолжительности затяжки или различных конструкций атомайзеров сигарет). К примеру, Zhang et al. (2013) показали, что постоянные затяжки приводят к образованию частиц более крупного размера по сравнению с резкими короткими затяжками, что влияет на место оседания этих частиц в ткани легких. Стандартизированный протокол оценки сигаретного дыма (как частиц, так и пара) способствовал бы более точной и полной интерпретации результатов.

Заключение

В данной работе подтверждается присутствие диацетила и других химических ароматизаторов в электронных сигаретах. Поскольку между вдыханием разогретого пара, содержащего диацетил, и возникновением облитерирующего бронхиолита и других тяжелых респираторных заболеваний, выявлена значимая связь, рекомендуется предпринять немедленные меры по оценке экспозиции диацетилу и другим химическим ароматизаторам, вызванной курением электронных сигарет.

Примечание

Данная работа была спонсирована грантом Национального института гигиены окружающей среды (Национальные институты здоровья) №P30ES000002.

Авторы сообщают об отсутствии актуальных или потенциальных конфликтов интересов.

Библиография

1. ACGIH (American Conference of Governmental Industrial Hygienists) In: Documentation of the Threshold Limit Values and Biological Exposure Indices. Cincinnati, OH: ACGIH; 2014. Diacetyl.
2. Barrington-Trimis JL, Samet JM, McConnell R. Flavorings in electronic cigarettes, an unrecognized respiratory health hazard? JAMA. 2014;312(23):2493–2494.
3. Behar RZ, Davis B, Wang Y, Bahl V, Lin S, Talbot P. Identification of toxicants in cinnamon-flavored electronic cigarette refill fluids. Toxicol in Vitro. 2014;28:198–208.
4. Bekki K, Uchiyama S, Ohta K, Inaba Y, Nakagome H, Kunugita N. 2014. Carbonyl compounds generated from electronic cigarettes. Int J Environ Res Public Health 11 11192 11200, doi:10.3390/ijerph111111192
5. Bell K, Keane H. All gates lead to smoking: the ‘gateway theory’, e-cigarettes and the remaking of nicotine. Soc Sci Med. 2014;119:45–52.
6. Burstyn I. 2014. Peering through the mist: systematic review of what the chemistry of contaminants in electronic cigarettes tells us about health risks. BMC Public Health 14 18, doi:10.1186/1471-2458-14-18
7. Callahan-Lyon P. Electronic cigarettes: human health effects. Tob Control. 2014;23(suppl 2):36–40.
8. Castorina R, Woodruff TJ. 2003. Assessment of potential risk levels associated with U.S. Environmental Protection Agency reference values. Environ Health Perspect 111 1318 1325, doi:10.1289/ehp.6185
9. CDC (Centers for Disease Control and Prevention) Fixed obstructive lung disease among workers in the flavor manufacturing industry—California, 2004–2007. MMWR Morb Mortal Wkly Rep. 2007;56(16):289–293.
10. CDC. Notes from the field: electronic cigarette use among middle and high school students—United States, 2011–2012. MMWR Morb Mortal Wkly Rep. 2013;62(35):729–730.
11. Cheng T. Chemical evaluation of electronic cigarettes. Tob Control. 2014;23(suppl 2):11–17.
12. Coleman BN, Apelberg BJ, Ambrose BK, Green KM, Choiniere CJ, Bunnell R, et al. Association between electronic cigarette use and openness to cigarette smoking among US young adults. Nicotine Tob Res. 2014;17(2):212–218.
13. Family Smoking Prevention and Tobacco Control Act. 2009 Public Law 111–31.
14. Farsalinos K, Kistler KA, Gillman G, Voudris V. Evaluation of electronic cigarette liquids and aerosol for the presence of selected inhalation toxins. Nicotine Tob Res. 2015;17(2):168–174.
15. FDA (U.S. Food and Drug Administration, Department of Health and Human Services) Deeming tobacco products to be subject to the Federal Food, Drug, and Cosmetic Act, as amended by the Family Smoking Prevention and Tobacco Control Act; Regulations on the sale and distribution of tobacco products and required warning statements for tobacco products. Federal Register (Proposed Rule). 79 FR 23041. Fed Reg. 2014;79:23142–23206.
16. FDA. Listing of specific substances affirmed as GRAS. 21CFR184.1193 2015
17. FEMA (Flavor and Extract Manufacturers Association) Washington, DC: Flavor and Extract Manufacturers Association of the United States; 2012. Respiratory Health and Safety in the Flavor Manufacturing Workplace. 2012 Update. Available: https://www.femaflavor.org/sites/default/files/linked_files/FEMA_2012%20Respiratory%20Health%20and%20Safety.pdf
18. FEMA. Washington, DC: Flavor and Extract Manufacturers Association of the United States; 2015. Safety Assessment and Regulatory Authority to Use Flavors: Focus on e-Cigarettes. Available: https://www.femaflavor.org/safety-assessment-and-regulatory-authority-use-flavors-focus-e-cigarettes
19. Goniewicz M, Hajek P, McRobbie H. Nicotine content of electronic cigarettes, its release in vapour and its consistency across batches: regulatory implications. Addiction. 2014a;109(3):500–507.
20. Goniewicz M, Knysak J, Gawron M, Kosmider L, Sobczak A, Kurek J, et al. Levels of selected carcinogens and toxicants in vapour from electronic cigarettes. Tob Control. 2014b;23(2):133–139.
21. Hewett P, Logan P, Mulhausen J, Ramachandran G, Banerjee S. Rating exposure control using Bayesian decision analysis. J Occup Environ Hyg. 2006;3(10):568–581.
22. Hilts P. Artificial butter suspected in lung disease. New York Times (New York, NY) 4 October 2001
23. Hubbs AF, Cummings KJ, McKernan LT, Danvorkic DA, Park RM, Kreiss K. 2015. Comment on Farsalinos et al., «Evaluation of electronic cigarette liquids and aerosol for the presence of selected inhalation toxins»
24. Hutzler C, Paschke M, Krushinski S, Henkler F, Hahn J, Luch A. Chemical hazards present in liquids and vapors of electronic cigarettes. Arch Toxicol. 2014;88:1295–1308.
25. Ignacio JS, Bullock WH, eds. Fairfax, VA: AIHA Press; 2006. A Strategy for Assessing and Managing Occupational Exposures. 3rd ed.
26. Jensen PR, Luo W, Pankow JF, Strongin RM, Peyton DH. Hidden formaldehyde in e-cigarette aerosols
27. Kanwal R, Kullman G, Piacitelli C, Boylstein R, Sahakian N, Martin S, et al. Evaluation of flavorings-related lung disease risk at six microwave popcorn plants. J Occup Environ Med. 2006;48(2):149–157.
28. Kreiss K, Gomaa A, Kullman G, Fedan K, Simoes EJ, Enright PL. Clinical bronchiolitis obliterans in workers at a microwave-popcorn plant. New Engl J Med. 2002;347(5):330–338.
29. Kullman G, Boylstein R, Jones W, Piacitelli C, Pendergrass S, Kreiss K. Characterization of respiratory exposures at a microwave popcorn plant with cases of bronchiolitis obliterans. J Occup Environ Hyg. 2005;2(3):169–178.
30. Long GA. Comparison of select analyses in exhaled aerosol from e-cigarettes with exhaled smoke from a conventional cigarette and exhaled breaths. Int J Environ Res Public Health. 2014;11:11177–11191.
31. McMillen RC, Gottlieb MA, Shaefer RM, Winickoff JP, Klein JD. 2015. Trends in electronic cigarette use among U.S. adults: use is increasing in both smokers and nonsmokers Nicotine Tob Res 17 10 1195 1202, doi:10.1093/ntr/ntu213
32. NIOSH (National Institute for Occupational Safety and Health) Draft—Criteria for a recommended standard. Occupational Exposure to Diacetyl and 2,3-Pentanedione. 2011 Available: http://www.cdc.gov/niosh/docket/archive/pdfs/NIOSH-245/0245-081211-draftdocument.pdf
33. Orr MS. Electronic cigarettes in the USA: a summary of available toxicology data and suggestions for the future. Tob Control. 2014;23(suppl 2):18–22.
34. OSHA (Occupational Safety and Health Administration) National Emphasis Program—Microwave Popcorn Processing Plants. CPL 03-00-005. 2007 Available: https://www.osha.gov/pls/oshaweb/owadisp.show_document?p_table=DIRECTIVES&p_id=3649
35. OSHA. OSHA Method 1012, Table 4.9.4, Washington, DC:OSHA. 2008 Available: https://www.osha.gov/dts/sltc/methods/validated/1012/1012.pdf
36. OSHA. National Emphasis Program—Microwave Popcorn Processing Plants, CPL 03-00-011. 2009 Available: https://www.osha.gov/pls/oshaweb/owadisp.show_document?p_table=DIRECTIVES&p_id=4191
37. OSHA. Occupational Exposure to Flavoring Substances: Health Effects and Hazard Control. SHIB 10-14-2010. 2010 Available: https://www.osha.gov/dts/shib/shib10142010.html
38. OSHA. Occupational Safety and Health Standards. 29 CFR Part 1910 2015
39. Pellegrino RM, Tinghino B, Mangiaracina G, Marani A, Vitali M, Protano C, et al. Electronic cigarettes: an evaluation of exposure to chemicals and fine particulate matter (PM). Ann Ig. 2012;24(4):279–288.
40. R Core Team. Vienna, Austria: R Foundation for Statistical Computing; 2015. R: A Language and Environment for Statistical Computing. Available: http://www.R-project.org
41. Trehy ML, Ye W, Hadwiger ME, Moore TW, Allgire JF, Woodruff JT, et al. 2011. Analysis of electronic cigarette cartridges, refill solutions, and smoke for nicotine and nicotine related impurities. J Liq Chromatogr Relat Technol 34 1442 1458, doi:10.1080/10826076.2011.572213
42. Uchiyama S, Ohta K, Inaba Y, Kunugita N. Determination of carbonyl compounds generated from the e-cigarette using coupled silica cartridges impregnated with hydroquinone and 2,4-dinitrophenylhydrazine, followed by high-performance liquid chromatography. Anal Sci. 2013;29:1219–1222.
43. Williams M, Villarreal A, Bozhilov K, Lin S, Talbot P. 2013. Metal and silicate particles including nanoparticles are present in electronic cigarette cartomizer fluid and aerosol. PLoS One 8 3 0057987, doi:10.1371/journal.pone.0057987
44. Zhang Y, Sumner W, Chen DR. In vitro particle size distributions in electronic and conventional cigarette aerosols suggest comparable deposition patterns. Nicotine Tob Res. 2013;15(2):501–508.
45. Zhu S, Sun JY, Bonnevie E, Cummins SE, Gamst A, Yin L, et al. 2014. Four hundred and sixty brands of e-cigarettes and counting: implications for product regulation. Tob Control 23(suppl 3) 3 9, doi:10.1136/tobaccocontrol-2014-051670