Комплексный химический анализ аэрозоля системы нагревания табака ФМИ

Научно проверенные нагреваемые табачные продукты нагревают табак, а не сжигают его, что приводит к снижению уровней вредных и потенциально вредных компонентов (ВПВК). В случае СНТ уровни содержания ВПВК в аэрозоле снижены в среднем на 90–95% по сравнению с дымом стандартной сигареты 3R4F, предназначенной для исследований. Эти измерения проводились для веществ из приоритетных списков ВПВК, созданных органами здравоохранения, такими как Всемирная организация здравоохранения (9 веществ), Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (18 веществ, за исключением никотина) и Агентство по изучению рака (12 канцерогенов группы 1). С помощью недавнего исследования, о котором здесь пойдет речь, с использованием набора нецелевых аналитических методов мы расширили наш фокус для выявления всех химических веществ, присутствующих в аэрозоле СНТ – как известных, так и неизвестных. Благодаря этому подходу было идентифицировано почти 100% химических веществ, присутствующих в аэрозоле СНТ в концентрациях 100 нг/стик или выше.

 

Генерация аэрозоля и сбор проб

Мы получали дым стандартной сигареты 3R4F и аэрозоль СНТ с помощью линейной машины для лабораторного прокуривания в режиме Health Canada Intense. Чтобы свести к минимуму возможность протекания химических реакций после сбора проб, дым и аэрозоль собирались и подготавливались с использованием простых и быстрых процедур. Сбор твердожидкой фазы происходил при пропускании дыма или аэрозоля через кембриджский фильтр. Для улавливания парогазовой фазы, проходящей через фильтр, применялась установка из двух микроимпинджеров с растворителями, охлажденными ниже комнатной температуры.

 

Нецелевой скрининг соединений в составе дыма и аэрозоля

Мы применяли стратегию нецелевого скрининга, чтобы максимально увеличить количество химических компонентов, обнаруживаемых в составе аэрозоля. Нецелевой анализ позволяет обнаруживать любые химические соединения, присутствующие в образце - как известные, так и неизвестные, - тем самым повышая общее количество выявленных веществ. Напротив, при целенаправленном анализе ученые ищут только определенные, известные химические вещества и, как следствие, не измеряют другие вещества, присутствующие в образцах. Мы разработали и использовали несколько перекрывающих друг друга аналитических методов с использованием как газовой, так и жидкостной хроматографии, что позволило охватить как можно больше химических веществ в составе аэрозоля СНТ и дыма сигареты. Для обнаружения высокополярных соединений использовали метод жидкостной хроматографии – масс-спектрометрии высокого разрешения, а для дополнительного обнаружения летучих и неполярных соединений – метод двухмерной газовой хроматографии с времяпролетной масс-спектрометрией.

При использовании этих методов мы ожидаем, что может быть упущено лишь незначительное меньшинство компонентов, таких как высокореактивные короткоживущие соединения. Например, эти методы не обнаруживают формальдегид – карбонил высокой реакционной способности, который, как известно, присутствует и в сигаретном дыме, и в аэрозоле нагреваемого табака.

В отчет мы включали данные о содержании веществ, присутствующих в количестве 100 нг или выше в пересчете на одну сигарету или табачный стик. Такой пороговый уровень был выбран как компромисс между общим количеством идентифицированных соединений и необходимыми для их идентификации усилиями. Поскольку известно, что по мере уменьшения концентрации количество соединений увеличивается экспоненциально, ресурсы, необходимые для идентификации значительно возросшего количества соединений при использовании порога ниже 100 нг/стик, были бы нереалистично большими. Кроме того, мы подсчитали, что при пороге 100 нг/стик из виду может быть упущено менее 1% общей массы соединений, определенных при нецелевом скрининге.

Путем нецелевого скрининга в аэрозоле СНТ было идентифицировано в общей сложности 529 соединений с концентрациями ≥ 100 нг/стик, которые, по оценкам, составляют почти 100% от общей массы аэрозоля. Вода, никотин и глицерин, содержание которых в аэрозоле СНТ очень велико, определялись с помощью отдельных измерений и не учитывались в процессе нецелевого скрининга.

Из 529 соединений 363 (68,6 %) были обнаружены только в твердожидкой фазе, 127 (24,0 %) — только в парогазовой, а 39 (7,4%) присутствовали в обеих фазах. Хотя мы не полностью охарактеризовали состав дыма эталонной сигареты 3R4F, по нашим оценкам, в аэрозоле СНТ присутствует в 10 раз меньше химических веществ, и мы можем подтвердить, что эти 529 соединений входят в список более чем 6 000 соединений, которые присутствуют в сигаретном дыме.

Большинство из этих 529 соединений присутствовали в аэрозоле СНТ в более низких концентрациях, чем в дыме сигареты 3R4F. Лишь небольшая часть соединений присутствовала в аэрозоле СНТ в более высоких концентрациях.

Включая в отчетность только соединения в концентрациях выше 100 нг/стик, можно пропустить соединения, которые могут обладать токсичностью при концентрациях ниже этого порога. Ранее мы использовали те же методы, о которых сообщается в этой публикации, для дифференциального скрининга, в котором отсутствует нижний порог концентрации веществ для включения в отчет. В этом случае дифференциальный скрининг относится к идентификации соединений, содержание которых в аэрозоле СНТ больше, чем в сигаретном дыме. В ходе исследования были выявлены три соединения в количестве менее 100 нг/стик, которые обнаружены только в аэрозоле СНТ без ментола (цис-сесквисабиненгидрат – 61 нг/стик, этилдодеканоат – 23 нг/стик и 4-гидрокси-бензолметанол – 11 нг/стик). Эти соединения, наряду с теми, которые обнаружились в аэрозоле СНТ в большем количестве по сравнению с сигаретным дымом, были подвергнуты токсикологической оценке. Прочтите публикацию для получения дополнительной информации о нецелевом скрининге аэрозоля двух ментоловых версий СНТ, которые также оценивались в этом исследовании. 

Четыре соединения, которые не входят ни в один из списков приоритетных токсикантов, были оценены как представляющие токсикологическую опасность: глицидол, 3-монохлорпропан-1,2-диол, 2-фуранметанол и фурфурол, – но концентрации этих веществ в аэрозоле были ниже опасных уровней. Необходимо отметить, что Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) проанализировало полученные нами результаты и заявило, что «хотя некоторые химические вещества являются генотоксичными или цитотоксичными, эти вещества присутствуют в очень низких количествах, и их потенциальные эффекты перевешиваются существенным снижением количества и уровней ВПВК, обнаруживаемых в традиционных сигаретах».

 

Выводы

В этом исследовании мы продемонстрировали первый всеобъемлющий химический анализ состава аэрозоля нашего нагреваемого табачного продукта (СНТ). Наши результаты показывают, что существующие приоритетные списки токсикантов так же применимы к оценке нагреваемых табачных продуктов. Мы обнаружили, что некоторые соединения были более распространены или уникальны для аэрозоля нагреваемого табачного продукта. Эти соединения могут быть включены в специальные списки для таких продуктов. Однако их присутствие в таких низких концентрациях следует оценивать в контексте общего сокращения химических компонентов, включая известные вредные и потенциально вредные компоненты.