«Пар» и «жижа»: что содержат вейпы и чем они могут быть опасны

18+

Редакция журнала «Нож» утверждает, что настоящая статья не является пропагандой употребления никотина, курения сигарет, их аналогов или употребления каких бы то ни было других запрещенных веществ. Текст представляет собой описание научных исследований в области медицины, социального и культурного аспектов.

Развитие и распространение вейпов

Идея доставлять биологически активные вещества в легкие с паром не нова: Джозеф Робинсон еще в 1927 году изобрел электрический испаритель для лекарственных растворов. Однако это изобретение не вышло на рынок. Разработка устройств для получения аэрозоля с никотином началась в 1963 году, и вначале предлагалось испарять никотинсодержащий пропиленгликоль с помощью высокочастотного ультразвукового элемента. Принцип работы электронной сигареты родился из идеи Герберта А. Гилберта, который в 1965 году запатентовал устройство, имеющее основные характеристики современных вейпов. В 1970–1990-х годах рассматривались самые разные варианты испарителей, но коммерчески успешная модель появилась лишь в начале XXI века, благодаря усилиям китайского изобретателя Хон Лика. Первый прототип вейпа включал литиевую батарею и пьезоэлектрическое устройство. Для испарения применялся раствор никотина в глицерине. Каждая затяжка контролировалась клапаном и начиналась «по требованию». Электронные сигареты впервые появились на китайском рынке в 2003 году, а в 2006–2007 годах вышли на европейский и американский рынок.

Термины «вейп» и «электронная сигарета» относятся к различным устройствам, которые предназначены для доставки различных веществ, включая никотин, в условиях образования аэрозоля без сгорания и осмоления.

Элементы устройства: мундштук, резервуар со специальной жидкостью и атомайзер. Атомайзер снабжен фитилем, подающим жидкость на нагревательную спираль, которая работает от аккумулятора. Жидкость при нагревании образует аэрозоль, который вдыхает пользователь — вейпер. Применяемые жидкости обычно основаны на органических растворителях, пропиленгликоле или глицерине, в которые добавляют ароматизаторы, никотин, другие вещества.

Принципиальной разницы между вейпом и электронной сигаретой нет, отличие заключается лишь в том, что сигарета больше нацелена на доставку никотина, а вейп — на генерацию избыточного объема пара.

В настоящее время выделяют четыре поколения электронных сигарет. Модели первого поколения внешне похожи на традиционные сигареты. Они в наименьшей степени позволяют контролировать нагрев и другие параметры, а доставка никотина не так эффективна по сравнению с новыми устройствами. Модели второго поколения больше, позволяют регулировать напряжение (около 3–6 В) и оснащены литиево-ионными аккумуляторами большей емкости. Электронные сигареты третьего поколения имеют еще более емкие аккумуляторы, которые можно снимать и заряжать отдельно. Баки вмещают больше жидкости, которая нагревается при высоких температурах, вейпер может точно контролировать напряжение и мощность. Эти модели часто содержат нагревательные катушки с сопротивлением 0,1–1 Ом (sub-ohm, сабомное парение), которые помогают генерировать большие объемы аэрозоля. Модели последнего поколения могут использоваться на повышенных уровнях мощности (например, >200 Вт) по сравнению с ранними устройствами (около <15 Вт).

За свою двадцатилетнюю историю вейпы из экзотического гаджета превратись в повседневный предмет. По данным 2022 года, распространенность применения электронных систем доставки никотина в течение жизни и в настоящий момент во всем мире составила 23% и 11%. По регионам: в Америке — 24%, Европе — 26%, Азии — 16%, Океании — 25% (10%, 14%, 11% и 6% соответственно).

В Российской Федерации курильщиками являются 28,3% населения, из них 3,5–4 млн человек пользуются электронными системами доставки никотина. Это составляет 14,8% потребителей. Интернет-опросы, проведенные в РФ, показали, что в 2019–2022 годах наблюдалась тенденция к снижению курения табака. Напротив, использование электронных сигарет и вейпов на 2022 год возросло в три раза.

Во всем мире электронные сигареты лежат в основе многомиллиардной индустрии. С момента их появления не прекращаются дебаты о «парении». Долгосрочные последствия для здоровья до сих пор неизвестны. Вероятно, это обусловлено относительной новизной вейпов. Для сравнения: однозначно задокументированный латентный период для заболеваний, связанных с курением табака, составляет минимум 25 лет. С другой стороны, оценить опасность использования электронных сигарет и подобных систем можно исходя из химического состава жидкости и продуктов ее нагрева.

Химия «пара» и ее влияние на здоровье

В традиционном сигаретном табаке содержится около 600 ингредиентов, при сгорании которых образуется примерно 7000 химических веществ, включая многочисленные ядовитые производные. Известны и многие токсины, присутствующие в создаваемых электронными сигаретами аэрозолях. Например, в широких диапазонах определяются крайне вредные формальдегид, ацетальдегид и акролеин, которые образуются как результат химических реакций, вызванных нагреванием растворов. И даже при низком уровне содержания токсины в выделяющемся паре могут вызывать ухудшение состояния сердечно-сосудистой системы. Другие вредные компоненты, обнаруженные в аэрозолях, включают тяжелые металлы, наночастицы, пластификаторы и антипирены. Жидкости для электронных сигарет содержат растворители и другие вещества, которые отсутствуют в традиционных сигаретах.

Ассоциация производителей ароматизаторов и экстрактов предупреждает, что обозначение на жидкостях для вейпов «в целом признано безопасным» (GRAS) основано на данных о приеме внутрь, а воздействие вдыхаемых испаренных веществ на самом деле неизвестно.

Это относится к органическим растворителям, а также к большинству добавок. Ингаляционный способ введения позволяет обойти защитные метаболические механизмы желудка и печени, тем самым обеспечивая непосредственную доставку вдыхаемых химических веществ в организм человека.

Исследователи обнаружили, что вейпы, разработанные для получения больших аэрозольных облаков за счет усиленного воздушного потока и нагревательных спиралей с меньшим сопротивлением, могут ингаляционно доставлять в легкие такое количество пропиленгликоля, которое находится в пределах ежедневных пороговых значений GRAS для этого вещества как пищевого ингредиента. В ходе анализа десятков жидкостей для заправки с широким спектром вкусов, в том числе сливочные, мятные, сладкие, конфетные, фруктовые, табачные и пряные, выяснилось, что примерно треть из них демонстрировала цитотоксичность (способность убивать клетки) по отношению к фибробластам легких и стволовым клеткам человека. Ароматизаторы для электронных сигарет усиливают воспаление и снижают выработку оксида азота (NO) в эндотелиальных клетках, что связано с развитием сердечно-сосудистых заболеваний.

Высокопроизводительный скрининг цитотоксичности большого количества образцов жидкостей для вейпов показал, что растворители пропиленгликоль и глицерин отрицательно влияют на жизнеспособность клеток, а большее общее количество химических ингредиентов в жидкостях коррелировало с еще более высокой цитотоксичностью. Из популярных ароматизаторов ванилин и коричный альдегид оказались связанными с наиболее высокой токсичностью. Ванилин при нагревании в вейпе приводит к появлению в парах пяти новых веществ, которые могут варьироваться в зависимости от присутствия других компонентов.

При нагревании и аэрозолизации жидкостей для вейпов происходят многочисленные химические реакции, которые неизменно приводят к образованию различных токсинов. Основные механизмы реакции — это окисление и дегидратация. Наиболее часто встречающиеся молекулы, определенные методом ядерного магнитного резонанса, показаны на рисунке и включают известные факторы риска сердечно-сосудистых заболеваний.

Большее количество токсичных продуктов термического распада образуется при повышенных температурах. Эффективность фитиля и теплопередача являются основными факторами, определяющими уровень образования вредных компонентов при заданной температуре. Низкая эффективность фитиля может вести к перегреву жидкости (сухая затяжка). Отсутствие достаточного времени для охлаждения между затяжками снижает эффективность намотки и усиливает термическую деградацию компонентов жидкости. К другим факторам относятся высокая вязкость жидкости и старые или некачественные катушки. Даже использование сменных нагревательных катушек одного и того же дизайна и производителя, идентичных по виду и упакованных вместе, ведет к широкому разбросу в количестве продуктов разложения.

Кроме того, показано, что ароматизаторы в составе жидкостей значительно повышают выделение токсичных карбонилов в целом, и особенно фуранов, например фурфуролов — продуктов нагрева сахаров. Однако не все молекулы распадаются непосредственно на основные побочные продукты. Некоторые из них образуют вещества-катализаторы, например уксусную кислоту, которая впоследствии вызывает распад пропиленгликоля и глицерина до токсичных акролеина, ацетальдегида и гемиацеталей формальдегида. Добавление ароматизаторов приводит к повышению уровня токсичных альдегидов в воздухе, выдыхаемом из легких вейперов. Кроме того, выделение карбонильных соединений линейно возрастает при увеличении концентрации ароматизаторов. Исследователи рассчитали 40-летний риск онкогенеза из-за формальдегида для вейпера массой 70 кг, вдыхающего 5-процентный раствор с ароматизаторами, при 120 затяжках в день. Оказалось, что в этом случае риск возрастает в два раза относительно жидкости, состоящей лишь из пропиленгликоля и глицерина. Почти половина ароматических добавок во время испарения вызывает образование свободных радикалов, способных повреждать клетки организма, что непосредственно зависит от концентрации душистых веществ.

Сами растворители для вейпов тоже далеко не безвредны. Исследования паров вейпов обнаружили присутствие таких опасных для здоровья вещества, как акролеин, ацетальдегид, бензол, этилбензол, толуол, ксилол и бензальдегид. Концентрация глицерина в используемых растворах существенно влияет на содержание токсичных продуктов — оно возрастает при увеличении концентрации глицерина. Выброс ацетальдегида увеличивался в 175 раз, а акролеина — в 28 раз при доведении концентрации глицерина до 80%.

Следовательно, в организм вейперов попадают токсичные соединения даже в том случае, когда применяемая жидкость состоит лишь из глицерина или пропиленгликоля, даже без никотина и ароматических отдушек.

Также в конденсатах аэрозолей, которые могут оседать в различных частях дыхательной системы: в полости рта, глотке, трахее, легких и их клетках, — выявлены нафталин, дифениловый эфир, глицерин, никотин, ментол и бензальдегид.

Интересно, что некоторые электронные системы доставки никотина производят пар, в котором тяжелые металлы содержатся даже в большем количестве, чем в обычных сигаретах. Метаанализ убедительно доказал токсичность in vitro аэрозолей и жидкостей для электронных сигарет: снижение жизнеспособности клеток, повышенный апоптоз (гибель клеток), повреждение ДНК, окислительный стресс, нарушение иммунной функции и повышение уровня воспалительных цитокинов, замедление миграции фибробластов, дефекты морфологии и генотоксичность. Вкусовые добавки и ароматизаторы, особенно корица и мята, усиливают изменение морфологии клеток и их некроз. Сладкие, фруктовые и цитрусовые ароматизированные жидкости наносят больший вред тканям человека по сравнению с ванильными или неароматизированными жидкостями. Диацетил- и ацетилпропионил, искусственные ароматизаторы, используемые в жидкостях, связаны с повышенным риском развития облитерирующего бронхиолита — легочного заболевания, ранее выявленного у людей, работающих на производстве попкорна для микроволновых печей.

Недавнее исследование подтвердило дозозависимое повреждение ДНК в клетках ротовой полости у вейперов, которые никогда не курили обычных сигарет. Тип устройства и ароматизаторы в жидкости определяют степень повреждения, обнаруженного у вейперов. Пользователи устройств pod (многоразовые электронные сигареты), затем mod (с высокой мощностью), а также те, кто используют жидкости со сладкими, мятными, ментоловыми и фруктовыми вкусами, демонстрируют самые высокие уровни повреждения ДНК по сравнению с теми, кто не пользуется вейпами. Напротив, содержание никотина в жидкости не выступает предиктором повреждения ДНК.

Известным примером непосредственного вреда вейпов является развитие заболевания EVALI. Вспышка тяжелых и иногда смертельных повреждений легких наблюдалась в Северной Америке в период с середины 2019 по начало 2020 года среди молодых людей, которые курили тетрагидроканнабиноловые масла, загрязненные ацетатом витамина Е. Однако 14% процентов случаев EVALI были связаны с употреблением только никотинсодержащих жидкостей.

EVALI (E-cigarette or Vaping product use-Associated Lung Injury) — это форма острого респираторного дистресс-синдрома, который вызывает затрудненное дыхание, одышку и боль в груди.

В отчете официального семинара Американского общества специалистов в области торакальной медицины подчеркивается, что основные компоненты жидкостей для электронных сигарет и вейпов в сочетании с продуктами их распада могут способствовать основному патогенезу EVALI.

Известно влияние токсинов на мужскую и женскую репродуктивную функцию у курильщиков обычных сигарет. Хотя исследования влияния электронных сигарет на мужскую репродуктивную функцию человека ограничены, многочисленные группы изучали этот вопрос на животных моделях. Обнаружено, что испарения вейпов нарушают работу гипоталамо-гипофизарно-гонадной оси, вызывая изменение функции гонад и качества спермы у самцов крыс. Наблюдался повышенный апоптоз в сперматогониях и сперматоцитах, изменение морфологии и функции эпителия семенников и пороки белочной оболочки пещеристых тел полового члена. Другие исследования связывают действие паров электронных сигарет с нарушением стероидогенеза и с глобальной дезорганизацией яичек. Вдыхание самцами крыс на протяжении четырех недель испарений ароматизированной жидкости вызывало апоптоз в семенниках. Сперматозоиды крыс, подвергшихся воздействию паров вейпа, показали повышенную тератозооспермию — возрастание концентрации в эякуляте сперматозоидов с неправильным строением. Кроме того, в сперме и семенниках крыс, подвергшихся действию паров, обнаружено повышение степени повреждения ДНК.

В яичниках самок крыс, подвергшихся воздействию жидкости, выявлено уменьшенное количество нормальных фолликулов и снижение секреции эстрогена. У самок наблюдалась задержка имплантации эмбрионов, что привело к снижению количества потомства. Компоненты электронных сигарет действуют и внутриутробно: обнаружена тенденция к снижению фертильности у потомства мужского пола и уменьшение массы и длины тела у всех потомков. Эти данные свидетельствуют о токсичности воздействия паров электронных сигарет на внутриутробно развивающийся плод.

На данный момент эти выводы не подтверждены на людях, но вызывают вполне обоснованные опасения. Результаты, полученные на животных моделях, указывают на то, что испарения электронных систем доставки никотина могут оказывать патогенное воздействие на репродуктивную функцию, поэтому и мужчинам, и женщинам следует ограничить вейпинг как во время попыток зачать ребенка, так и в период беременности. Исследователи подтвердили, что вдыхание паров вейпа во время беременности ассоциировано с экспрессией воспалительных цитокинов и с повышением концентрации высокочувствительного С-реактивного белка в сыворотке крови. Биомаркеры воспаления в моче также были выше у вейперов относительно тех, кто не пользуется электронными системами доставки никотина.

Сравнение вейпинга и табакокурения

Вейпы и электронные сигареты рекламируются как «более безопасная» альтернатива обычным курительным табачным изделиям (КТП), которая по идее должна:

1. помочь заядлым курильщикам отказаться от любой формы употребления табака; или
2. перейти на «более безопасную» альтернативную форму курения (в действительности такую же никотиновую зависимость); или
3. предотвратить начало курения у некурящих людей, удовлетворяя при этом тягу к никотину и обеспечивая мнимые преимущества, связанные с актом курения.

Споры на этот счет возникают в связи с тем, что вейпы считаются «по крайней мере на 95% менее вредными, чем табак». Даже организация Public Health England одобрила и рекламирует электронные сигареты как альтернативу табаку, выступая за подход, направленный на снижение вреда. Но так ли безопасна альтернатива, как ее преподносят?

Как сигаретный дым, так и выбросы электронных систем доставки никотина (или «пар») представляют собой аэрозольные смеси твердых частиц и капель, но каждый из них образуется в результате различных процессов, из разных предшественников и в разных температурных диапазонах. Опасность курения для здоровья была установлена более полувека назад на основе эпидемиологических данных о сопутствующей заболеваемости и смертности. Между тем рекомендации по охране общественного здоровья должны зависеть от количественных химических и токсикологических подходов к моделированию рисков использования вейпов.

Аэрозоли электронных систем доставки никотина содержат широкий спектр веществ, обладающих онкогенным потенциалом. Повышенный риск, как правило, связан с высоким уровнем карбонилов, образующихся при подаче чрезмерной мощности на нагревательный элемент. Устройства нагревания табака, не поддерживающие горение, демонстрируют онкогенный потенциал на порядок ниже, чем табачный дым, но более высокий, чем большинство электронных сигарет. Сравнение опасных веществ различных систем доставки никотина приведено в таблице.

* Средние концентрации для электронных сигарет первого и второго поколений. Концентрации, выделенные жирным шрифтом, представляют соединения, которые вносят >5% от смоделированного риска для конкретной формы доставки.

** Удельный ингаляционный риск — токсикологический термин, обозначающий риск развития рака в течение жизни в результате длительного воздействия вещества в воздухе. Единицы ингаляционного удельного риска обычно выражаются как риск развития рака на единицу воздействия. Знак «-1» в «(мкг/м³)-1» означает, что единицы ингаляционного риска являются обратными единицами, то есть риск развития рака на микрограмм / кубический метр (мкг/м³). Это означает, что чем выше концентрация вещества в воздухе, тем выше соответствующий риск развития рака. Обратная единица используется для выражения взаимосвязи между воздействием и риском.

Таким образом, средние риски снижаются в такой последовательности: обычные сигареты >> системы нагревания табака >> электронные сигареты (нормальная мощность) ≥ никотиновый ингалятор. Оптимальные комбинации настроек устройства, подходящий состав жидкости и соблюдение рекомендаций производителя при «парении» могут вести к тому, что пар электронных сигарет становится менее канцерогенным, чем табачный дым. Несмотря на это, считать электронные сигареты полностью безопасными нельзя.

Является ли вейпинг безопасной альтернативой курению сигарет?

Обобщая результаты исследований, назвать вейпинг безопасным нельзя, хотя вред его несколько ниже, чем от обычного табака. Главные ингредиенты жидкости, органические растворители и продукты термического распада могут вредить здоровью и в краткосрочной, и в долгосрочной перспективе. Качественный и количественный состав токсинов непосредственно зависит от компонентов испаряемой жидкости и мощности используемого устройства.

Если рассматривать электронные системы доставки никотина в качестве первого шага к отказу от курения табака, то и здесь не всё гладко. Метаанализ, в котором оценивалась роль электронных сигарет в отказе от курения, показал, что у лиц, использующих электронные сигареты, вероятность бросить курить на 28% ниже по сравнению с теми, кто не курил их. Таким образом, эффективность электронных сигарет при отказе от курения не доказана, как и то, следует ли продвигать вейпы для отказа от табакокурения. Также сообщалось о параллельном использовании электронных и обычных сигарет.

Продолжают накапливаться доказательства токсичности жидкостей и испарений электронных сигарет, основанные на непредвзятых исследованиях химического состава. В целом электронные сигареты не так безвредны, как их рекламируют.

В заключение можно сделать такие выводы:

• чем сложнее состав «жижи» и мощнее вейп, тем больше и непредсказуемее ущерб для здоровья;
• жидкости с бо́льшим процентом глицерина образуют больше токсинов относительно содержащих аналогичное количество пропиленгликоля;
• больше пропиленгликоля и/или глицерина — больше выделяемых вредных веществ;
• риски развития рака снижаются в такой последовательности: обычные сигареты >> системы нагревания табака >> электронные сигареты (нормальная мощность) ≥ никотиновый ингалятор;
• оптимальные настройки вейпа, состав жидкости и соблюдение рекомендаций производителя снижают опасности «парения»;
• во время планирования зачатия и в период беременности следует отказаться от вейпов, электронных сигарет и, бесспорно, от обычного курения;
• вейпы детям не игрушка.

Исследователи создали постоянно пополняемый веб-ресурс с открытым доступом и возможностью поиска, который в настоящее время содержит 160 обнаруженных веществ из 323 жидкостей для электронных систем доставки никотина, — E-liquid Database. В базе можно найти и посмотреть, от чего вейперу придет карачун.