Vėžys ir širdies ir kraujagyslių ligos „beveik neabejotinai“ yra ilgalaikio garinimo rezultatas

Tyrėjų teigimu, garinant (veipinguojant) įkvepiamas „didžiulis nežinomų cheminių medžiagų kokteilis“.

Kai kurios cheminės medžiagos, naudojamos garinimo tirpalams gaminti, gali būti labai toksiškos, kai yra kaitinamos ir įkvepiamos. Tai rodo neseniai Airijos karališkojo chirurgų koledžo (Royal College of Surgeons in Ireland, RCSI) mokslininkų atliktas tyrimas, kuris buvo paskelbtas moksliniame žurnale „Nature“. Pasak mokslininkų, vėžys ir širdies ir kraujagyslių ligos „beveik neabejotinai“ yra ilgalaikio garinimo vartojimo rezultatas. Apie tai "Berliner Zeitung" rašo Sophie Barkey.

Garinimo prietaisai kaitina skystą kvapiąją medžiagą iki aukštos temperatūros, kad susidarytų aerozolis, kuris vėliau įkvepiamas. Jame yra cheminių medžiagų, tokių kaip augalinis glicerinas, propilenglikolis, nikotinas ir kvapiosios medžiagos, kurios maišomos įvairiais kiekiais. 

Tyrimo autorius Dónal O'Shea Airijos televizijos stočiai RTÉ sakė, kad kaitinant skirtingas kvapiąsias medžiagas viena cheminė medžiaga gali suskilti į 10-20 skirtingų junginių. „Be to, susidaro visi paslėpti skilimo produktai. Taigi tai didžiulis nežinomų cheminių medžiagų kokteilis.“ Nereikia būti gydytoju, kad atpažintumėte su tuo susijusius pavojus, tęsia O'Shea.

Garinimas: mokslininkų teigimu, šie skoniai yra ypač nesveiki

Atlikdami tyrimą mokslininkai taip pat naudojo dirbtinį intelektą. „Dirbtinis intelektas leidžia mums pažvelgti į visus skirtingus naudojamus skonius ir nuspėti, kas nutiks, - aiškino O'Shea. „Vėliau galėsime pateikti eksperimentinius įrodymus, tačiau pirmiausia gerai suprasime, kas vyksta šiuose prietaisuose, ir suprasime, kokios gali būti medicininės pasekmės.“

Šiuo metu garinimas yra labai populiarus, ypač tarp jaunimo. Mokslininkai įspėja, kad ši tendencija potencialiai gali lemti naujų ligų atsiradimą. Pasak O'Shea, cheminės medžiagos taip pat gali sukelti lėtinę obstrukcinę plaučių ligą (LOPL), širdies ir kraujagyslių ligas bei vėžį. Kai kurie aromatai - ypač vaisių ir saldumynų - yra pavojingesni už kitus ir reikalauja „skubaus dėmesio“, tęsė chemijos profesorius. Jo nuomone, dabartinio vartojimo pasekmės tarp jaunų žmonių išryškės tik maždaug po 15 metų.

Straipsnio "Nature" santrauka

Vapingo pavojaus sveikatai prognozavimas naudojant neuroninio tinklo modelį, kuriuo prognozuojamos skonio pirolizės reakcijos

Scientific Reports volume14, Article number: 9591 (2024) 

Santrauka

Vapinguojant cheminiai tirpalai (e. skysčiai) prieš įkvepiant į plaučius kaitinami iki aukštos temperatūros. Kyla pavojus, kad šios cheminės medžiagos termiškai skyla į naujas chemines medžiagas, kurių sudėtis ir poveikis sveikatai iš esmės nežinomi. Siekiant išspręsti šią problemą, buvo naudojamas grafinio konvoliucinio neuroninio tinklo (NN) modelis, skirtas 180 e. skysčių cheminių skonių pirolizės reaktyvumui prognozuoti. Šio prižiūrimo mašininio mokymosi metodo rezultatas buvo duomenų rinkinys, sudarytas iš pirolizės transformacijų ir su jomis susijusių 7307 produktų. Siekiant patikslinti šį duomenų rinkinį, kiekvieno NN prognozuojamo produkto molekulinė masė buvo automatiškai susieta su eksperimentinės masių spektrometrijos (MS) fragmentacijos duomenimis apie kiekvieną cheminę kvapiąją medžiagą. Taip sujungus gilaus mokymosi metodus su eksperimentiniais MS duomenimis, nustatyti 1169 molekulinės masės atitikmenys, pagal kuriuos šiems junginiams suteikta pirmenybė tolesnei analizei. Vidutinis diskrečių sutapimų skaičius tarp NN prognozių ir MS fragmentacijos buvo 6,4, o 92,8 % kvapiųjų medžiagų turėjo bent vieną sutapimą. Iš „PubChem“ buvo paimtos pasauliniu mastu suderintos sistemos klasifikacijos, skirtos NN/MS atitikmenims, atskleidžiančios, kad buvo numatytos 127 ūmaus toksiškumo, 153 pavojingumo sveikatai ir 225 dirginančių medžiagų klasifikacijos. Šis metodas gali atskleisti ilgalaikę garinimo keliamą riziką sveikatai anksčiau, nei bendroje populiacijoje atsiras klinikinių ligų.

Įvadas

Žmonija jau daugelį amžių praktikuoja nikotino patekimą į plaučius įkvepiant tabako dūmus, o tai turi pražūtingą poveikį visuomenės sveikatai (1)(nuorodas žiūr. originale). Palyginti neseniai atsirado elektroninių skysčių garinimas kaip šiuolaikinis šios senovinės praktikos variantas. Iš pradžių e. skysčių sudedamąsias dalis sudarė tik keturios cheminės medžiagos: nikotinas, propan-1,2-diolis, propan-1,2,3-triolis ir vanduo, o jų tikslas buvo užtikrinti mažiau pavojingą nikotino tiekimo būdą nei tabako lapai (2). Jų naudojimas kaip pagalbinė priemonė, padedanti mesti rūkyti tabaką, tapo kertiniu kai kurių valstybių visuomenės sveikatos politikos pagrindu, nors kitose valstybėse jų naudojimas buvo apribotas arba uždraustas (3). 

Netrukus po pirmojo komercializavimo 2000-ųjų viduryje cheminių medžiagų, naudojamų garinimo elektroniniuose skysčiuose, skaičius smarkiai išaugo, nes atsirado daugybė skonių. Šiuo metu žinoma, kad e. skysčiuose naudojama mažiausiai 180 atskirų cheminių medžiagų, kurios įvairiais kiekiais sumaišomos, kad būtų pagamintas tam tikro skonio firminis produktas (4). Europoje atliktame tyrime nustatyta, kad vienam konkrečiam e. skysčiui vidutiniškai naudojami 6 (±) 4 cheminiai aromatai, o panašiame JAV atliktame tyrime nustatyta, kad vienam e. skysčiui naudojami nuo 22 iki 47 cheminių aromatų (5,6). Abiejuose tyrimuose nustatyta, kad daugumoje e. skysčių bendra kvapiųjų cheminių medžiagų koncentracija viršijo nikotino koncentraciją. Be to, keli tyrimai parodė, kad aromatizuoti e. skysčiai yra susiję su mažėjančiu garinančiųjų amžiumi (7). Dėl jų patrauklumo nerūkantiems paaugliams ir jauniems suaugusiesiems išsiskyrė nuomonės dėl jų naudojimo kaip pagalbinės priemonės, padedančios mesti rūkyti tabaką rūkantiems asmenims8. Vis dažniau reiškiamas susirūpinimas, kad vapinimas jaunesnėse kartose kelia pavojų nikotino vartojimo mažėjimui, taip pat kelia riziką, kad ateityje gali atsirasti vapinimo sukeltų ligų9. Vis dėlto, nors vyksta stipriai poliarizuotos diskusijos apie vapavimo privalumus ir trūkumus, ilgalaikio poveikio visuomenės sveikatai, sergamumui ir mirtingumui pasekmės tiesiog nežinomos (10,11,12,13). Nors tabako dūmuose esančių kancerogeninių cheminių medžiagų poveikio pavojus sveikatai yra žinomas, gali praeiti dešimtmečiai, kol pasireiškia klinikiniai ligos požymiai.

Intuityviai mąstant apie garinimą, būtų pagrįsta manyti, kad daugelio cheminių medžiagų poveikis plaučiams gali tik padidinti riziką sveikatai. 2019 m. išryškėjo galimas vapingo keliamas pavojus sveikatai, kai paaiškėjo ūmaus plaučių pažeidimo atvejai, susiję su tetrahidrokanabinolio vapingo produktais. CDC statistiniai duomenys apie elektroninių cigarečių arba vapingo naudojimo sukeltą plaučių pažeidimą (EVALI) fiksuoja 2807 hospitalizacijas ir 68 mirties atvejus per vienerius metus Jungtinėse Valstijose. Vienas cheminis priedas - vitamino E acetatas (VEA) - buvo glaudžiai susijęs su protrūkiu, kuris baigėsi nustojus jį naudoti (14). Mūsų ankstesni tyrimai parodė, kad dėl pirolizės kaitinimo garinimo įrenginyje VEA gali virsti daugiau nei dešimčia skirtingų medžiagų, įskaitant labai toksiškas dujas - keteną, kuris galėjo būti sunkių plaučių pažeidimų priežastis (15). Nors nikotino garinimui naudojamos cheminės medžiagos skiriasi nuo tetrahidrokanabinolio produktų(16,17) , cheminių medžiagų skaičius yra gerokai didesnis. Ilgalaikis šių cheminių medžiagų ir jų pirolizės produktų poveikis leidžia manyti, kad stovime prie naujos lėtinių ligų bangos, kuri pasireikš tik po 15-20 metų, starto linijos.

Cheminės medžiagos, naudojamos kaip e. skysčio kvapiosios medžiagos, nėra specialiai sukurtos garinimui ir yra perimtos iš maisto pramonės (18). Kaip ir VEA, kuris taip pat plačiai naudojamas maisto produktuose ir kosmetikoje, šie junginiai turi gerus saugos rodiklius šiems specifiniams tikslams. Tačiau nebuvo numatyta, kad jie bus naudojami labai skirtingai, t. y. kaitinant iki aukštos temperatūros ir įkvepiant į plaučius. Stebėtina, kad yra daugybė skirtingų garinimo prietaisų, kurių darbinės temperatūros intervalai dažnai nesąmoningai nustatomi pagal naudotojų pageidavimus. Tyrimais išmatuota tipinė temperatūra nuo 100 iki 400 °C, priklausomai nuo tokių veiksnių, kaip galia, kaitinimo ritės medžiagos, įkrovos dydis ir e. skysčio kiekis, o sausos ritės temperatūra išmatuota didesnė nei 1000 °C (19,20). Tokioje temperatūroje vykstant pirolizės skilimui gali susidaryti daug nežinomų antrinių cheminių junginių, todėl labai padidėja kiekvieno aromato keliamas pavojus sveikatai. Priešingai nei rūkant tabaką, degimo produktai garinant yra nedideli, todėl į šį pirminį tyrimą nebuvo įtraukti.

Kadangi dešimtyse tūkstančių komercinių e. skysčio produktų naudojami šimtai cheminių medžiagų, visų jų sukeliamų cheminių medžiagų ir susijusių produktų eksperimentinė analizė galėtų užtrukti dešimtmečius. Šiame tyrime, siekiant vienu metu ištirti visus e. skysčių skonius, buvo pasirinkta holistinė tyrimų strategija naudojant dirbtinį intelektą (DI). Dirbtinis intelektas vis dažniau naudojamas chemijos užduotims atlikti, pavyzdžiui, retrosintetiniams maršrutams planuoti, reakcijų rezultatams prognozuoti ir vaistų atradimui spartinti (21,22,23). Šiuo metu esama unikalios galimybės panaudoti dirbtinį intelektą, kad būtų galima iš anksto numatyti vapingo keliamą riziką prieš jos poveikį visuomenės sveikatai, kuriam atsirasti gali prireikti ne vienerių metų.

180 e. skysčio skonio cheminių medžiagų apžvalga

Nors tikslus šiuo metu visame pasaulyje naudojamų aromatinių cheminių medžiagų skaičius nėra aiškus, remiantis literatūros duomenimis (4,5,6,18) , šiam tyrimui buvo atrinkta 180 tipinių cheminių medžiagų, kurios, kaip žinoma, naudojamos kaip aromatinės medžiagos elektroniniuose skysčiuose. Atlikus 180 kvapiųjų medžiagų cheminių funkcinių grupių struktūrinę analizę, nustatyta, kad jose yra 66 esteriai, 46 ketonai ir (arba) aldehidai, 27 alkoholiai ir (arba) acetaliai, 26 aromatiniai ir (arba) heterociklai ir (arba) karbociklai ir 15 karboksirūgščių ir (arba) amidų, o tai akivaizdžiai rodo, kad gali vykti įvairios pirolizės reakcijos (S1 papildoma lentelė). Aromatų struktūrinė įvairovė analizuota lyginant jų molekulinę masę, vandenilinių ryšių donorų / akceptorių, topologinio polinio paviršiaus ploto, besisukančių ryšių skaičiaus ir oktanolio-vandens pasiskirstymo koeficiento savybes (24). Šias šešias savybes atspindinti cheminės erdvės 3D vizualizacija rodo, kad junginiai yra susitelkę panašioje srityje, o tai rodo vidutinę įvairovę, kai 85,5 % dispersijos tenka molekulinei masei, paviršiaus plotui ir sukamųjų ryšių skaičiui (1A pav., raudoni apskritimai, papildomų duomenų rinkinys S1). Jų vidutinė molekulinė masė buvo 146,2, reiškianti santykinai lakių molekulių rinkinį (1B pav., raudonas pasiskirstymo profilis). (...)

Diskusija

E. skysčių rinka yra didžiulė ir nuolat auga, nes tabako įmonės vis daugiau investuoja į garinimo gaminius (50). Pirminis e. skysčių kvapiųjų medžiagų šaltinis yra maisto kvapiųjų medžiagų junginiai, todėl galima numanyti, kad ilgainiui naudojamų junginių skaičius didės (4,5,6). Nuo pat e. skysčiuose naudojamų kvapiųjų medžiagų atsiradimo pradžios buvo daroma klaidinga prielaida, kad jos pagal sveikatos apsaugos taisykles yra „visuotinai pripažintos saugiomis“ (GRAS). Tačiau šis GRAS statusas yra susijęs tik su žmonių vartojimu nurijus (tai atitinka jų naudojimą maisto produktuose), o ne su įkvėpimu po terminio aktyvavimo (8). Nors pačių kvapiųjų medžiagų poveikis plaučiams kelia rimtą susirūpinimą sveikatai, dar didesnį susirūpinimą kelia daugybė terminio skilimo produktų, kurie susidaro dėl jų kaitinimo prieš pat įkvėpimą (51).

Didžioji dauguma šių skilimo produktų, kaip ir jų poveikis sveikatai dėl ilgalaikio poveikio, lieka nežinomi. Visuomenės sveikatos požiūriu kvapiųjų medžiagų naudojimas e. skysčiuose gali būti vertinamas kaip dviašmenis kardas. Įvardijama, kad vapingo skoniai padeda mesti rūkyti tiems, kurie jau yra priklausomi nuo nikotininių tabako gaminių, tačiau tie patys skoniai yra pagrindinis nerūkančių jaunų žmonių traukos objektas (8,52) . 

Eksperimentiniai organinių junginių skilimo dėl karščio eksperimentiniai tyrimai prasidėjo XX a. pradžioje, kai Hurdas ir kiti atliko svarbiausius darbus (53). Tokie tyrimai buvo atliekami siekiant gauti fundamentalių mokslinių įžvalgų apie cheminių ryšių disociacijos ir susidarymo pobūdį. Garinimo prietaisus galima laikyti neapdorotomis laboratorinės pirolizės aparatų versijomis54. Abu jie skirti greitai kaitinti organines molekules iki aukštos temperatūros, nors naudojant eksperimentinį aparatą produktai saugiai sulaikomi, kiekybiškai įvertinami ir apibūdinami, o garinant jie įtraukiami į plaučius. Laboratoriniu pirolizės aparatu griežtai kontroliuojama temperatūra, jis pagamintas iš medžiagų, ribojančių radikalų susidarymą, ir naudojamas atskiroms tiriamosioms molekulėms tirti. Tuo tarpu garinimo prietaisas blogai kontroliuoja temperatūrą, yra pagamintas iš metalinių medžiagų, kurios skatina radikalų reakcijas, ir tuo pačiu metu kaitina daugybę cheminių medžiagų, esančių elektroniniame skystyje. Eksperimentinė pirolizės chemija iš esmės yra labai sudėtinga, tačiau dėl e. skysčio, prietaiso ir naudotojo kintamumo šis sudėtingumas dar labiau padidėja, todėl nustatyti visus galimus cheminius rezultatus, gautus atlikus „eksperimentą“ su e. skysčiu, prietaisu ir naudotoju, yra nelengva užduotis.

Iki šiol atliekant eksperimentinius garinimo aromatų terminio skilimo produktų tyrimus daugiausia dėmesio buvo skiriama lakiųjų karbonilų (VC) nustatymui ir kiekybiniam įvertinimui, nes žinoma, kad jie turi neigiamą poveikį sveikatai (55,56,57,58,59,60). Kelios mokslininkų grupės įtikinamai įrodė, kad dėl kvapiųjų medžiagų skilimo, vykstančio garinant, susidaro dideli kiekiai tokių angliavandenilių kaip formaldehidas, acetalaldehidas ir propanaldehidas. Susidarančių aldehidų kiekis yra proporcingas konkrečių komercinių prekių ženklų, skonio ir nikotino kiekiui e. skystyje, garinimo prietaiso galingumui ir naudotojų pučiamo skysčio topografijai (61,62,63,64). Nustatyti, iš kokių kvapiųjų medžiagų susidaro VC, yra sudėtinga, nes tirti e. skysčiai buvo sudaryti iš kelių kvapiųjų cheminių medžiagų, propano-1,2-diolio, propano-1,2,3-triolio (iš kurių taip pat susidaro aldehidai) ir nikotino mišinių. Mūsų duomenų rinkinio analizė leidžia nustatyti, ar VC gamintojai yra susiję su konkrečiomis kvapiosiomis cheminėmis medžiagomis, taip pat nustatyti kitas chemines medžiagas, kurios gaminamos kartu su šiomis VC. Pavyzdžiui, acetaldehido rezultatai atskleidė, kad daugiau kaip keturiasdešimt kvapiųjų medžiagų gali jį gaminti kartu su kitais produktais, įskaitant heterociklus, aromatines medžiagas, aldehidus, alkenus ir alkanus. (9 pav., papildomų duomenų rinkinys S6). Šaltiniai dažniausiai buvo vaisių, saldainių ir desertų skonio produktai, turintys esterių, ketonų, diketonų, aldehidų ir karboksirūgščių funkcinių grupių. Sugretinus šį sąrašą su dažniausiai naudojamais vaisių ir saldumynų aromatais (4,5,6) , paaiškėjo, kad dažniausi pirolizės metu susidarančio acetaldehido šaltiniai yra etilacetatas, etilo butiratas, etil-2-metilbutriatas ir 2,3-pentanedionas. Greitas susirūpinimą keliančių cheminių medžiagų nustatymas yra privaloma šio duomenų rinkinio savybė, kuri galėtų padėti sutelkti eksperimentinius darbus, kad būtų patvirtintas jų susidarymas, o tai savo ruožtu galėtų informuoti reguliavimo agentūras.

Schema, kurioje pavaizduotos struktūrinės e. skysčių kvapiųjų cheminių medžiagų klasės, iš kurių gali susidaryti acetaldehidas (mėlynas langelis), su tipiniais šalutiniais produktais (raudonas apskritimas) ir cheminių kvapiųjų medžiagų, iš kurių jie gali susidaryti, pavadinimais (žr. papildomų duomenų rinkinį S6). *Etilo esterių atveju CH3CH2O˙ (mėlynas langelis) prognozė rodo pirmąjį acetaldehido susidarymo etapą (47).

Apmąstant šio tyrimo trūkumus, svarbu nustatyti sritis, kurias reikėtų toliau plėtoti. Šioje pradinėje mūsų dirbtinio intelekto prognozės versijoje ištirtas tik pirmasis pirolizės produktų etapas. Galima tikėtis, kad kai kurie pirolizės produktai patys pateks į tolesnes pirolizės reakcijas ir kad tarp pirolizės produktų gali vykti tarpmolekulinės reakcijos (65). Mūsų sukurta sistema tinka antrajam prognozavimo lygmeniui sukurti, naudojant šiame darbe aprašytus prognozuojamus produktus kaip naujus atspirties taškus. Degimo produktų susidarymas nebuvo įtrauktas į šį tyrimą, nes jie laikomi nereikšmingais pirolizės produktų atžvilgiu, nors aplinkos deguonies reakcijos galėtų būti tiriamos įtraukiant O2 kaip reagentą į NN prognozes (66). Prognozuotų pirolizės produktų kryžminė koreliacija su eksperimentiniais MS fragmentacijos duomenimis neleidžia atskirti skirtingų struktūrinių izomerų, turinčių tą pačią molekulinę masę, nors ateityje prireikus tai bus galima padaryti atliekant sudėtingesnius MS eksperimentus. NN prognozių apribojimas yra dabartinis mokymo rinkinių dydis, nors tikimasi, kad netolimoje ateityje jie ir toliau didės. Be to, tobulinant NN reakcijų prognozių reitingavimą, galima vadovautis prognozuojamais AE, veikiančiais kaip informatyvus grįžtamasis ryšys (2 pav., brūkšninės rodyklės). Šiame darbe taikyto mokslinio požiūrio privalumas yra tai, kad jis atviras nuolatiniam tobulinimui vystantis su chemija susijusiems NN ir kad jis gali būti etalonas kitiems dirbtinio intelekto metodams siekiant panašių tikslų. Tikimės, kad šis darbas paskatins tolesnius tyrimus šiose srityse.

Išvada

Elektroninių cigarečių garinimo metu susidarančiuose aerozoliuose yra labai sudėtingų neapibūdintų pirolizės produktų mišinių, kurių poveikis sveikatai kol kas dažniausiai nenustatytas. Dar prieš išryškėjant rūkymo poveikiui sveikatai, kurį sukelia elektroninių cigarečių garinimas, dirbtinis intelektas gali būti panaudotas visuomenei, politikos formuotojams ir sveikatos priežiūros specialistams. Buvo numatyta, kad tai būtų galima pasiekti taikant strategiją, pagal kurią būtų naudojamas inovatyvus pirolizės virsmų NN prognozavimas ir laisvai prieinami eksperimentiniai EI-MS duomenys, kad būtų sudarytas elektroninių skysčių cheminių skonių pirolizės produktų in silico duomenų rinkinys. Atlikus prognozuojamų pirolizės produktų atranką pagal cheminių medžiagų pavojingumo klasifikacijos duomenų bazes, buvo nustatyti didžiausią pavojų sveikatai keliantys produktai, todėl buvo galima sudaryti individualius aromato rizikos profilius. Rezultatai rodo, kad gali susidaryti palyginti mažos molekulinės masės lakiųjų junginių, iš kurių 24 % pagal GHS klasifikavimo sistemą priskiriami prie ūmaus toksiškumo arba sveikatai pavojingų junginių. Surinktos kvapiųjų medžiagų rizikos ataskaitos gali būti informatyvus visuomenės sveikatos šaltinis ir padėti atlikti eksperimentinius garinimo mokslinius tyrimus. Rezultatai rodo, kad nors ir yra panašumų su įprastiniu tabako rūkymu, tačiau pavojingų junginių profilis, susidarantis garinant tabaką, gerokai skiriasi. Todėl tabako rūkymas, kaip vienintelis palyginimas vertinant garinimo keliamą pavojų sveikatai, gali suteikti klaidingą saugumo jausmą, ypač jaunesniems nerūkantiems tabako vartotojams. Galėtų būti taikomos tokios taisyklės, kad bandymai pašalinti vyresnių tabako rūkalių priklausomybę nuo nikotino nesukeltų naujų sveikatos problemų perdavimo jaunesnėms kartoms pavojaus. Reikia užtikrinti abiejų kohortų apsaugos pusiausvyrą, o ne supriešinti vienus su kitais. Atrodo, kad dirbtinio intelekto metodai idealiai tinka spręsti sudėtingas ir daugialypes sveikatos problemas, kurias kelia garinimas. Kadangi garinimas yra naujas ir beprecedentis stresas žmogaus organizmui, dėl kurio gali susidaryti pirolizės produktai, kurie yra toksiškesni už pirminius junginius, atrodo protinga griežtai apriboti cheminių medžiagų skaičių e. skysčiuose.

Vertė A. Lebionka