国内首份电子烟可能有害成份研究进展报告出炉

huoqi 电子烟有害吗 2018-08-06 14:27:41
国内首份电子烟可能有害成份研究进展报告出炉,电子烟又名电子烟碱传送系统,是一种将电子烟烟液经雾化器雾化向呼吸系统传送烟碱和/或其他物质的产品[1]。近年来,电子烟得到迅猛发展,世界卫生组织《烟草控制框架公约》(FCTC)第七次缔约方大会的报告[2]表明:2015年全球用于电子烟的开支为100亿美元;其中美国、英国分别占56%、12%,中国、法国、德国、意大利和波兰共占21%每个国家的贡献率为3%~5%);此外,20岁以下的青少年使用电子烟的比例逐年上升,从2013年到2015年,佛罗里达州和波兰非吸烟青少年使用电子烟的人数分别增加5倍和8倍,使用率分别达6.9%和13%[2]。

  电子烟的法规监管方面,部分国家/地区尚未明确电子烟的分类,法律地位不明确,法律监管不统一;部分国家/地区采取一定措施进行监管,如完全禁止电子烟,或按照烟草制品、消费品、医疗产品或其他类产品等形式管制电子烟,而目前开展监管的国家或地区多处在法律层面,具体的技术要求较少,烟具和烟液生产用原料、生产过程和产品也未得到充分管制,其质量安全得不到有效保障[3]。
国内首份电子烟可能有害成份研究
  目前,电子烟的风险研究主要侧重于烟液和气溶胶中有害成分分析,关于同卷烟主流烟气中有害物质的比较研究较少。本文通过对近几年国内外关于烟液、烟具和气溶胶中化学成分的风险研究文献和相关法规的收集、分类、比较和分析,对电子烟中化学成分风险研究现状进行阐述,为电子烟安全性研究提供参考。

  1电子烟烟液

  关于烟液中的化学风险主要包括烟碱含量标识不准确、醛酮类化合物、挥发性化合物、烟草特有亚硝胺和金属元素等方面。

  1.1烟碱含量标识不准确

  共有16份文献报道了烟液中烟碱含量与标识不一致的问题,涉及544个样品,具体见表1,可以看出,标识的烟碱含量与实际含量差别较大,偏差范围为-100%~105%。例如,Cheah等[9]检测了20个烟弹的烟碱含量,其中1个标识烟碱含量为6mg/烟弹,检测值为12.3mg/烟弹,1个标识烟碱含量为24mg/烟弹,检测值仅为3mg/烟弹;Goniewicz等[15]检测了标识为“纯烟碱”的烟液,烟碱含量仅为150.3mg/mL。

  1.2醛酮类化合物

  低分子醛类化合物是一类对呼吸系统有强烈刺激作用的有害物质,特别是甲醛、乙醛、丙酮、丙烯醛、邻甲基苯甲醛、丙醛[20];其中,甲醛、乙醛分别被IARC列为1类、2B类致癌物[21]。法国标准化协会(AFNOR)发布的“XP D90-300-2:电子烟烟液相关要求和实验方法”、英国标准化协会(BSI)发布的(PAS 54115)“电子烟、烟液、电子水烟及直接相关产品等气化产品的生产、进口、测试和标识——指南”和美国电子烟烟液制造标准协会(AEMSA)制定的“电子烟烟液制造标准”均明确禁止向烟液中添加甲醛、乙醛、丙烯醛[22-24];此外,美国食品药品监督管理局(FDA)发布的“电子烟入市申请指南(草案)”也要求关注烟液中上述3种醛类化合物[25]。Vincent等[26]采用LC-UV/MS法检测了14个品牌的42个样品中的醛类化合物:甲醛含量0.1~9.0μg/g(检出率100%);乙醛含量0.05~10.2μg/g(检出率100%);3个样品检出丙烯醛,含量为0.18μg/g、0.21μg/g和1.03μg/g。Lim等[27]采用顶空固相微萃取和GC-MS法检测了225个烟液中的甲醛、乙醛和丙烯醛含量,其中甲醛含量0.02~10.09 mg/L(平均值2.16 mg/L,检出率92%),乙醛含量0.10~15.63 mg/L(平均值4.98 mg/L,检出率100%),所有样品均未检出丙烯醛。陈刚等[28]采用HPLC法测定48个烟液中的甲醛、乙醛和丙烯醛含量,检出率分别为87.5%、97.9%和8.3%,最高含量分别为1.2 mg/L、1.69 mg/L和9.45 mg/L。

  2,3-丁二酮虽做为食品添加剂允许添加到食品中,但研究表明:2,3-丁二酮加热后吸入肺部,可能沉积在肺气管中而导致阻塞,加重呼吸道炎症,严重时可形成“爆米花肺”[2,29]。因2,3-戊二酮与2,3-丁二酮的结构类似且能产生香味,曾作为2,3-丁二酮的替代品加入烟液;但随后2,3-戊二酮的动物实验表明:吸入2,3-戊二酮的安全风险与吸入2,3-丁二122中国烟草学报Acta Tabacaria Sinica 2018 Vol.24 No.3酮是一致的[30,31]。法国、英国和美国的上述标准均禁止烟液中添加2,3-丁二酮和2,3-戊二酮[22-25]。Visser等[32]检测了183个烟液中的2,3-丁二酮,34个样品有检出,最高浓度达5591μg/mL。Farsalinos等[30]分析了159个烟液中的2,3-丁二酮和2,3-戊二酮含量发现:(1)45个样品同时含有2,3-丁二酮和2,3-戊二酮,73个样品含其中一种,41个样品二者均未检出;(2)110个样品含有2,3-丁二酮,中位值浓度29μg/mL,含量范围10~170μg/mL;(3)53个样品含有2,3-戊二酮,中位值浓度44μg/mL,含量范围7~172μg/mL。
国内首份电子烟可能有害成份研究
  1.3挥发性化合物

  收集到关于烟液中挥发性化合物的研究文献较少。韩书磊等[33]建立了测定烟液中18种VOCs的GC-MS方法,并对55个烟液样品进行分析发现:2-丁酮、苯、乙苯、邻二甲苯、p,m-二甲苯检出率均大于80%。因薄荷醇具有吸引性,FCTC第四次缔约方大会(COP4)建议各缔约方卷烟中禁止添加薄荷醇[34],欧盟颁布的新烟草制品指令—2014/40/EU“关于协调各成员国烟草及相关产品生产、展示和销售的法律、法规和行政规定的指令”也禁止卷烟中添加薄荷醇(过渡期至2020年5月20日)[35],FDA也已开展了薄荷型卷烟成瘾性的相关研究[36],因此FDA发布的“电子烟入市申请指南(草案)”建议的烟液成分分析清单中就包含薄荷醇[25]。Christoph等[14]利用GC-MS法,对28个烟液进行全扫描,共发现141种挥发性化合物,12个样品含有薄荷醇。

  1.4烟草特有亚硝胺

  烟草特有亚硝胺(TSNAs)包括N-亚硝基降烟碱(NNN)、4-(甲基亚硝胺基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮(NNK)、N-亚硝基新烟碱(NAT)和N亚硝基假木贼碱(NAB),其中NNN和NNK被IARC列为1类致癌物[37]。6篇文献涉及TSNAs的分析,共计170个烟液样品,具体见表2:文献均采用LC-MS/MS法进行测定,但结果差别较大,有的全部检出,有的全部未检出,有的只是个别指标检出。例如,Kim等[39]检测了韩国市场上销售的105个烟液中的TSNAs含量,其中NNN浓度0.34~60.08μg/L(检出率64.8%)、NNK浓度0.22~9.84μg/L(检出率88.6%)、NAB浓度0.11~11.11μg/L(检出率54.3%)和NAT浓度0.09~62.19μg/L(检出率75.2%)。Schober等[38]对6个烟液样品进行检测,NNN和NNK均未检出,NAT和NAB的最高浓度分别为0.38 ng/mL和0.22 ng/mL。Laμgesen等[40]分析了烟碱含量为0 mg、6 mg、11 mg和16 mg的烟弹中TSNAs的含量发现:随烟碱含量增加,TSNAs的含量也随之上升,16 mg的烟弹中TSNAs含量为8.18 ng/烟弹。

  1.5金属元素

  Williams等[42]采用SEM-EDS等手段,对烟弹的储油棉进行分析,检出Sn、Cu和Ni等元素,但未进行定量。Catherine等[43]采用ICP-MS法对5个烟弹中的金属元素进行分析,Cd、Cr、Pb、Mn和Ni均有检出,Cd含量0.137~755μg/L、Cr含量41.5~16900μg/L、Pb含量3.53~4870μg/L、Mn含量11.8~31500μg/L、Ni含量13.7~72700μg/L,其中Ni、Cr可能源于材质为镍铬合金的加热丝的迁移。樊美娟等电子烟中化学成分风险研究进展123

  1.6其他组分

  FDA发布的“电子烟入市申请指南(草案)”建议的烟液成分分析清单还包括乙二醇和二甘醇[25]。Christoph等[14]采用GC-FID分析了28个烟液中的乙二醇,13个样品有检出,含量为1%~76%,平均值为26%,中位值为5%,其中1个样品含量高达76%,可能用乙二醇做溶剂来代替甘油和丙二醇。Vincent等[26]采用GC-MS分析了42个烟液中的乙二醇和二甘醇发现:乙二醇的检出率为73.8%,含量为2.19~66.97μg/g;二甘醇的检出率为21.4%,含量为0.6~4.0μg/g;烟液中的乙二醇和二甘醇虽有检出,但低于法规要求的限值(FDA规定甘油中乙二醇的限值为620μg/g[44];2007版美国药典规定二甘醇的限值为1 mg/g[45]),Vincent等认为可能源于生产原料中的污染物。2009年,美国FDA的药品评估和研究中心要求Westenberger等[12]评价2个品牌共16个烟弹中的烟碱含量和其他有害物质发现:1个烟弹样品检出二甘醇,含量接近1%。

  此外,Christoph等[14]对28个烟液进行分析:(1)4个样品含有被《德国烟草法令》禁止添加到卷烟中的香豆素;(2)4个样品含有被IARC分类为2B类致癌物的乙酰胺[21]。王超等[46]采用固相支持液液萃取和GC-MS法测定13个烟液样品中的16种多环芳烃,其中萘、1-甲基萘、2-甲基萘、芴、菲和蒽均有检出。肖卫强等[47]分析12个烟液样品中氨含量为0.244~1.65μg/g。另外,有报道称在部分烟液中检出药物:如氨基-他达那非(伟哥类似物)及利莫那班(美国禁用减肥药物)[48]。

  2电子烟气溶胶

  甘油、丙二醇或两者的混合物是烟液常用溶剂,通常占烟液质量的90%左右,它们在气溶胶中所占比例较大[49]。动物实验表明:吸入丙二醇气溶胶是安全的,但其具有吸水功能,可能导致抽吸者口腔和喉咙干燥[26];甘油是一般公认安全的物质,可以添加到食品中[50]。但甘油和丙二醇加热到一定温度会产生有害的醛酮类化合物[50]。目前,气溶胶研究涉及的主要风险包括烟碱释放量及稳定性、醛类化合物、挥发性化合物、金属元素和烟草特有亚硝胺等。此外,本部分还对电子烟气溶胶与卷烟烟气中的有害成分进行比较。

  2.1烟碱

  关于气溶胶中烟碱的研究包括烟碱释放量和烟碱释放稳定性两部分。

  (1)烟碱释放量。关于气溶胶中烟碱释放量的研究见表3。Goniewicz等[4]对16个样品中的烟碱释放量进行定量分析,按照抽吸时间(1.8±0.9)s、抽吸间隔(10±13)s、抽吸容量(70±68)mL的参数进行抽吸,20组共300口的气溶胶中烟碱含量为0.5~15.4 mg。Westenberger等[12]为验证Goniewicz的方法,用3个样品进行试验,抽吸容量为100 mL,气溶胶中的烟碱含量为26.8~43.2μg/口,即8.04~13.0 mg/300口,与Goniewicz的结果一致。Goniewicz等[19]为验证不同批次电子烟烟碱释放稳定性,选取6个电子烟进行重复试验,最高含量为15 mg/300口,与之前结果一致。Goniewicz等[4]发现,对于中烟碱含量(21~26 mg/mL)和高烟碱含量(27~36 mg/mL)的烟液,烟碱释放量与烟碱含量相关性较小;但与工作电压、加热丝类型和进气口尺寸及位置密切相关。

  (2)烟碱释放稳定性。电子烟烟碱释放不稳定可能造成消费者过量吸入烟碱,因此相关法规均关注烟碱释放稳定性。2014/40/EU规定:电子烟烟碱释放量应稳定一致[35]。AFNOR发布的XP D90-300-3“释放物相关要求和实验方法”规定:电子烟烟碱释放量应稳定一致,每支电子烟连续抽吸3组(20口/组),烟碱释放量相对平均偏差应小于25%[51]。Farsalinos等[41]比较了3个烟弹式电子烟和4个续液式电子烟的烟碱释放稳定性:烟弹的烟碱释放量为1.01~3.01 mg/20口、样品内的RSDs为5.5%~12.5%,续液式电子烟为2.72~10.61 mg/20口、样品内的RSDs为3.7%~6.5%,因此,Farsalinos等认为续液式电子烟较烟弹式电子烟的烟碱释放稳定性更高。

  2.2醛类化合物

  关于气溶胶中醛类化合物的研究较多,主要包括醛类化合物含量和影响因素研究,具体见表4。

  (1)气溶胶中醛类化合物含量。收集到8份共408个样品的气溶胶中醛类化合物含量的研究,醛类化合物检出率较高,如所有样品中甲醛均有检出。Goniewicz等[52]对12个样品中的醛类化合物进行测定,甲醛含量3.2±0.8~56.1±1.4μg/150口(检出率100%)、乙醛含量2.0±0.1~13.6±2.1μg/150口(检出率100%)、丙烯醛含量N.D~41.9±3.4μg/150口(检出率91.67%)、邻甲基苯甲醛含量1.3±0.8~7.1±0.4μg/150口(检出率100%)。

  (2)气溶胶中醛类化合物的影响因素研究。Leon等[53]考察了烟液配方、工作电压对产生醛类化合物含量的影响发现:(1)丙二醇较甘油更容易分解,产生低分子醛类化合物;(2)工作电压越高,雾化器工作温度越高,每口抽吸消耗烟液越多,产生的醛类化合物含量越高;当电压由3.2V升高至4.8V时,甲醛、乙醛和丙酮含量增加4~200倍;(3)13个样品均未检出丙烯醛,与其他研究结果不一致,可能因为检测限不同和抽吸口数较少(共30口)。Otmar等[54]研究了输出功率与醛类化合物含量的关系:当输出功率由5 W升高至15 W时,甲醛、乙醛含量分别增加12.8倍、7.5倍。当功率为20 W时,甲醛含量1559.9±423.3 ng/口、乙醛含量348.4±84.6 ng/口,丙烯醛含量2.5±0.8 ng/口。Wang等[55]分析了在一定温度条件下,烟液配方中的甘油、丙二醇对产生醛类化合物的影响:当雾化温度≥215℃时,甘油、丙二醇均产生大量的甲醛和乙醛;当温度≥270℃时,含有甘油的烟液产生丙烯醛;当温度为318℃时,1mg的甘油产生甲醛21.1±3.80μg、乙醛2.40±0.99μg、丙烯醛0.80±0.50μg;1mg的丙二醇产生甲醛2.03±0.80μg、乙醛2.35±0.87μg和痕量的丙烯醛。

  2.3挥发性化合物

  关于挥发性化合物的研究包括气溶胶和环境烟气两部分,具体见表5.

  (1)气溶胶中的挥发性化合物。Laμgesen等[40]对每口气溶胶中挥发性化合物的含量进行分析(抽吸容量38 mL):p,m-二甲苯含量0.18 ppm,丙二醇含量32 ppm,苯乙烯含量0.29 ppm。Goniewicz等[52]对11种挥发性化合物进行分析,仅检测到甲苯和p,m-二甲苯,含量分别为0.2~6.3μg/150口(检出率83.3%)和0.1~0.2μg/150口(检出率83.3%)。

  (2)环境烟气的挥发性化合物。Pellegrino、Schober和Schripp等[8,36,58]研究的电子烟气溶胶对环境烟气的影响均表明:抽吸电子烟后,环境测试舱中的挥发性有机化合物含量增加,主要是丙二醇、甘油和烟碱等。Schober等[36]研究了抽吸电子烟对室内空气质量的影响:11种挥发性化合物浓度增加,其中包括苯甲醇、薄荷醇等香味化合物。Schripp等[58]研究发现:环境舱中的二乙酸甘油酯(香味物质用溶剂)和香味物质含量均增加。Pellegrino等[8]还发现大马酮、5-甲基-2-糠醛及吡嗪类香味物质。

  2.4金属元素

  金属元素不仅出现在烟液中,气溶胶中也发现Cd、Ni、Pb、Cr、Si等元素,具体见表6。Goniewicz等[52]对气溶胶中12种元素进行定量分析,仅Cd、Ni、Pb有检出,Cd含量N.D.~0.22±0.16μg/150口(检出率91.67%)、Ni含量0.11±0.05~0.29±0.08μg/150口(检出率100%)和Pb含量0.03±0.03~0.57±0.28μg/150口(检出率100%)。Williams等[42]检测了烟弹式电子烟气溶胶中21种元素含量,其中含量较高的元素有Na(4.18μg/10口)、B(3.83μg/10口)、Si(2.24μg/10口)、Ca(1.03μg/10口)、Fe(0.52μg/10口)、Al(0.394μg/10口)、Pb(0.017μg/10口)、Cr(0.007μg/10口)和Ni(0.005μg/10口)。Laμgesen等[40]对烟弹式电子烟气溶胶中的As、Sb、Cd、Cr、Co、Cu、Pb、Mn和Ni进行检测,均未检出;Laμgesen等认为可能检测样品数量较少,具有局限性。

  2.5烟草特有亚硝胺

  关于电子烟气溶胶中的TSNAs的研究包括气溶胶中TSNAs含量、烟液中TSNAs和气溶胶中TSNAs的关系两部分,具体见表7。

  (1)气溶胶中TSNAs含量。Goniewicz等[52]在气溶胶中检测到痕量的TSNAs,其中NNN含量1.1~28.3 ng/150口(检出率75%),NNK含量0.8~4.3 ng/150口(检出率75%)。文献报道了4种不同口味的某一品牌电子烟气溶胶中TSNAs含量,NAT含量为2~5 ng/L,NNN、NNK和NAB均低于定量限(定量限2 ng/L)[59]。

  (2)烟液中TSNAs和气溶胶中TSNAs的关系。Farsalinos等[41]研究了烟液中TSNAs和气溶胶中TSNAs的关系,通过向烟液中加入一定浓度的NNN、NAT、NAB和NNK,检测到气溶胶中的TSNAs浓度与烟液中加入的TSNAs浓度无统计学上的差异,具有显著相关性(r=0.83,p<0.001),因此建议通过分析烟液中TSNAs含量评估抽吸者暴露于气溶胶中TSNAs含量,无需测试气溶胶中TSNAs的含量。Young等[60]分析了50个电子烟气溶胶中TSNAs的含量,发现电子烟在工作过程中不会产生TSNAs,气溶胶中的TSNAs是烟液中TSNAs的原形转移,与Farsalinos的结论一致。

  2.6电子烟气溶胶与卷烟烟气中有害成分比较

  电子烟在正常使用情况下,气溶胶中的一些有害物质通常低于或远低于卷烟主流烟气,但也会产生一些特有的有害物质,如乙二醛[2]。另外,有文献报道在正常使用实验条件下,电子烟气溶胶中部分元素(如Pb、Cr和Ni等)及甲醛含量等于或高于卷烟主流烟气中的含量[2,42,54]。

  Visser等[32]系统比较了电子烟气溶胶与卷烟烟气中的有害成分:主流烟气中TSNAs、乙醛、丙烯醛、苯、甲苯、Cd和Pb的含量分别是气溶胶的400倍、35倍、4倍、40倍、1500倍、155倍和3.5倍;但气溶胶中的甲醛含量是卷烟主流烟气中的3倍。Lauterbach等[61]比较了1支电子烟气溶胶和1支卷烟主流烟气中有害物质的释放量:气溶胶中烟碱释放量是主流烟气的2.5%,其他有害成分的释放量比卷烟少98%。Goniewicz等[52]按抽吸容量70 mL,抽吸时间1.8 s,抽吸间隔10 s的抽吸参数抽吸12支电子烟,比较了电子烟气溶胶和卷烟主流烟气中的有害物质,结果表明:卷烟主流烟气中的有害物质是电子烟气溶胶中的9~450倍,气溶胶中的Cd、Ni和Pb含量与主流烟气中相当。Williams等[42]比较了气溶胶和主流烟气中的元素:(1)仅气溶胶中含有的元素有3种(Si:2.24μg/10口、B:3.83μg/10口和Ca:1.03μg/10口);(2)二者共有元素中气溶胶含量较高的有4种(Na:4.18μg/10口、Fe:0.52μg/10口、Al:0.394μg/10口和Ni:0.005μg/10口),二者含量相当的元素有5种(Cu:0.203μg/10口、Mg:0.066μg/10口、Pb:0.017μg/10口、Cr:0.007μg/10口和Zn:0.002μg/10口)。Otmar等[54]的研究表明当输出电压为4.8 V时,甲醛含量为25μg/15口,与卷烟主流烟气相当。

  3电子烟烟具

  烟具安全性是电子烟产品质量安全的重要组成部分。电子烟在储存和工作过程中,导油绳、加热丝、储液管、导气管、储液棉、吸嘴内侧等与烟液、气溶胶直接接触,吸嘴外侧与口腔直接接触,材料中的有害物质可能迁移至烟液、气溶胶和口腔中,增加消费者健康风险。AFNOR发布的“XP D90-300-1:电子樊美娟等电子烟中化学成分风险研究进展127烟具相关要求和实验方法”要求:电子烟的吸嘴和储液管不应释放有毒或过敏原类物质;若吸嘴和储液管的材质是聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS树脂、聚碳酸酯、聚甲醛或苯乙烯-丙烯腈聚合物,应进行各聚合物单体的迁移测试[62]。

  截至目前,尚未有文献报道烟具各部件迁移测试的相关研究。已开展的研究表明烟具中的元素可能迁移至气溶胶内。Visser等[32]检测的183种烟液中Cr、Cu、Zn、Sn、Pb的含量中位值分别为:<5.0 ng/mL、<5.0 ng/mL、28 ng/mL、<5.0 ng/mL和<5.0 ng/mL,对应气溶胶中元素含量中位值分别为:6.7 ng/口、2.1 ng/口、1.7 ng/口、1.1 ng/口、0.59 ng/口。根据文献报道数据[32]进行推算:按照抽吸一口电子烟消耗3μL烟液[63]换算,1 mL烟液需抽吸约333口,消耗1 mL烟液产生的气溶胶中Cr、Cu、Zn、Sn、Pb含量中位值分别为:2233 ng、700 ng、5667 ng、367 ng、197 ng,远高于烟液中的含量[31],因此上述元素可能源于烟具材料的迁移。Williams等[38]对烟弹式电子烟产生气溶胶中的元素进行分析,Sn、Ag、Fe、Ni、Al、Si、Ca、Mg等有检出,Williams等认为Sn可能来自于烟弹中的焊点,其他金属元素(如Cu、Ni、Ag)可能来自烟弹中的电线或其他金属组件,Si、Ca、Al、Mg可能源于导油绳中迁移的玻璃纤维。

  4小结

  目前,电子烟在全球范围内迅猛增长,但现阶段关于电子烟中化学成分的风险研究较少,关于烟液中有害成分、气溶胶中有害成分释放量、烟具中高风险物质的迁移量等尚未完全了解,建议从以下方面完善:(1)规范试验研究用标准烟液,如确定甘油、丙二醇、烟碱、水和香味物质的质量比;(2)建立统一的烟液和气溶胶标准分析方法,指导烟液有害成分含量、气溶胶捕集和释放量分析;(3)开展烟具材料的安全性评价研究,评估有害迁移物的安全风险。

  虽然有些报道电子烟有害成分比卷烟主流烟气中种类少、含量低,但也存在有毒、引起呼吸系统和心血管系统不适的物质,长期使用可能会增加慢性肺病、心血管疾病及一些与吸烟有关的其他疾病的风险[2]。现阶段尚未有充足的研究来量化电子烟与卷烟的相对风险,仍需要大量的电子烟毒理学评价和流行病学研究以科学、客观、全面地评价电子烟与卷烟的安全性差异。
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