Vaporii proveniți din țigări electronice conțin mai puțini radicali liberi decât fumul de la țigările tradiționale. Cum renunțarea la fumat este unul dintre cele mai bune lucruri pe care fumătorii îl pot face pentru sănătatea lor, mulți apelează la cel mai nou substituent al tutunului, țigara electronică.
În ultimii ani, numărul persoanelor care preferă folosirea țigărilor electronice în locul celor tradiționale este în creștere. Țigările electronice generează vapori și oferă aceeași experiență de inhalarea ca și fumatul tradițional. Acestea conțin un lichid pe bază de propilen glicol sau/și glicerol, nicotină și substanțe chimice aromatizante. Lichidul este vaporizat și inhalat, iar în loc de arderea tutunului, cum se întâmplă la țigara tradițională, are loc încălzirea lichidului. Nicotina este cea care provoacă dependența, fiind una dintre substanțele chimice găsite atât în țigările electronice, cât și în cele tradiționale.
Fumul de țigară conține două surse diferite de radicali liberi: din gudron și din gazul produs după ardere. Aceste surse de radicali liberi sunt, de fapt, electroni necuplați, singuri și instabili, „nerăbdători” să se împerecheze, fie și cu electronii altor atomi. Ei se găsesc practic pretutindeni: în aerul pe care îl respirăm, în substanețele chimice ingerate, în întregul organism. Acești electroni necuplați reacționează, cu agresivitate, în tendința lor de a scăpa de „singurătate”.
Radicalii liberi produși de organismul nostru pot crea o stare de oxidare la nivel celular, numită stres oxidativ. De regulă, stresul oxidativ este ținut sub control de organism (echilibru dinamic), radicalii liberi fiind neutralizați de sistemul antioxidant natural al organismului. Dacă acest sistem protector nu mai face față, aceștia încep să atace celulele sănătoase și ADN-ul celular, în timp fiind asociați cu probeleme grave de sănătate, precum afecțiuni ale plămânilor și rinichilor, funcționarea improprie a sistemelor nervos și imunitar, favorizarea apariției cancerului, dar și cu boli transmisibile genetic.
Stresul oxidativ nu este o afecțiune, un simptom sau un sindrom, ci este un proces biochimic și fiziologic, la care, ca și în cazul stresului psihologic, răspunsul este adesea inadecvat. În urma stresului oxidativ apare etilena (C2H4) în aerul expirat. Este, de fapt, o consecință a stresului oxidativ la nivel celular din cauza radicalilor liberi neanihilați, formați în exces.
Cu ajutorul pereților membranari fini (grosime de aproximativ 0,5-0,6 µm) ai vaselor de sânge din plămâni, se permite schimbul de gaze, etilena putând fi destul de ușor transportată de sânge către plămâni și eliminată în aerul expirat al subiecților fumători și apoi analizată. Principiul testului de respirație se reduce la următoarele etape:
- producerea de molecule marker în celule și organe
- difuzia în țesuturi
- intrarea în fluxul sanguin
- transportul către plămâni
- eliberarea în aerul expirat
- colectarea aerului și detecția markerului în aerul analizat
În consecință, producerea de etilenă poate furniza indicii asupra stării de sănătate a corpului uman. Ei bine, se pune întrebarea dacă vaporii de la ţigările electronice conțin mai puțini radicali liberi decât fumul de țigară. În momentul de faţă sunt prea puţine studii referitoare la o comparaţie a efectului dăunător al fumului de ţigară „clasică” vs. vaporii ţigării electronice.
Dr. Cristina Achim, împreună cu grupul de cercetare „Optică şi Laseri în Ştiinţele Vieţii, Mediu şi Tehnologie”, din Departamentul Laseri, Institutul Naţional pentru Fizica Laserilor, Plasmei şi Radiaţiei din Măgurele/Ilfov, a analizat etilena din respiraţia a două loturi de subiecţi fumători de ţigară electronică şi ţigară tradiţională cu ajutorul sistemului de spectroscopie fotoacustică cu laser, un sistem ultrasensibil cu o limită de detecţie foarte coborâtă.
Această metodă de investigare se efectuează într-un timp foarte scurt şi este foarte sensibilă, detectând concentraţii foarte mici din compusul respectiv. Sursa de excitare cea mai indicată pentru experienţele de detecţie fotoacustică este laserul cu CO2 datorită numărului mare de gaze de interes care prezintă absorbţie în domeniul spectral al acestui laser (9 – 11 μm).
Spectroscopia fotoacustică se bazează pe măsurători de absorţie, în care puterea radiaţiei absorbite este direct măsurată printr-o metodă calorimetrică. Spectroscopia reprezintă o tehnică ce studiază interacţia dintre radiaţiile electromagnetice (în cazul nostru radiaţia laser) cu materia. În urma interacţiei energetice dintre radiaţia laser şi materie, rezultă anumite spectre ce reprezintă distribuţia intensităţii radiaţiilor în funcţie de lungimea de undă.
Efectul fotoacustic a fost descoperit în anul 1880 de Alexander Graham Bell, care a încercat să dezvolte o modalitate de comunicare fără fir. El a descoperit apariţia unui semnal în domeniul audio (prin intermediul unui tub) atunci când un fascicul de lumină focalizat este întrerupt rapid şi lăsat să cadă pe un bloc de seleniu.
Cu toate că aceste semnale au fost observate, acest domeniu a fost abordat pe lung abia după 50 de ani când a fost inventat microfonul şi a permis înregistrarea acestor semnale. Această tehnică reprezintă un mijloc de investigare spectrometric prin care se valorifică emisia ultrasonoră a speciilor analizate ca urmare a iradierii probei cu o radiaţie monocromatică laser pulsatoare având lungimea de undă specifică speciei chimice analizate.
Elementele de bază ce alcătuiesc un astfel de spectrometru fotoacustic sunt:
- sursa de radiaţie (laserul)
- modulatorul de semnal (chopper)
- celula fotoacustică
- detectorul fotoacustic
- preamplificatorul
- amplificatorul sensibil la fază (lock-in)
- unitatea de control a modulatorului
- convertorul analog/digital
- analizorul multicanal
Practic, în acest studiu sunt prelevate probe de aer expirat de la subiecții fumători de țigară electronică și tradițională, apoi sunt introduse în celula fotoacustică (numită și „inima” sistemului de detecție fotoacustică), care este închisă cu ferestre optice adecvate transmisiei radiației laser.
Aici, în urma interacției laser cu proba din respirație, se formează undele acustice (sau sunet, de aici și denumirea de „fotoacustic”), care sunt înregistrate și prelucrate cu ajutorul unor microfoane de mare sensibilitate (detector de semnal), iar mărirea fizică rezultată poate fi folosită la determinarea concentrațiilor de etilenă. Adică etilena poate fi considerată „amprentă” în aplicațiile privind testarea respirației.
Colectarea aerului expirat de la subiecții fumători de țigară electronică și tradițională a fost inițiată de către fiecare fumător imediat după puff-ul final al fiecărei țigări, subiecții folosind aceeași procedură de inhalare a fumului/vaporilor.
Pentru obținerea, în mod eficient, a unui eșantion de aer s-au folosit pungi aluminizate multi-pacient cu volumul de 0,75 litri, concepute special pentru prelevarea de probe de aer expirat. Voluntarii au fost rugați să fumeze aceeași marcă de țigări, pentru a evita variabilitatea în compoziția fumului (se știe că țigările de la diferite mărci pot genera diferite concentrații de etilenă).
Pentru evaluarea etilenei din respirație și analizarea efectului de inhalare cu țigările electronice/tradiționale, s-a ales aceeași cantitate de nicotină pentru cele două loturi de subiecți: 0,5 mg nicotină/picătură cu 10 mg nicotină/20 picături la țigara electronică, respectiv 0,5 mg/țigară cu 10 mg nicotină/pachet la țigara tradițională.
Măsurătorile experimentale pentru eșantioanele de aer expirat al fumătorilor de țigară electronică/tradițională sunt prezentate în graficul de mai jos (ppm – părți per miliard).
Aceste rezultate au fost comparate cu rezultatele obținute pentru nefumători (considerați subiecți sănătoși din punct de vedere clinic). Se poate observa un nivel crescut de etilenă în cazul fumătorilor de țigară tradițională și existența unui stres oxidativ crescut în comparație cu nivelul de etilenă din respirația subiecților fumători de țigară electronică, unde se generează o stare de stres oxidativ mai mică.
În concluzie, din măsurătorile experimentale realizate de cercetătorii de la Departamentul Laseri, Institutul Național de Fizica Laserilor, Plasmei și Radiației, se recomandă înlocuirea, pe cât posibil, a fumatului de țigări tradiționale cu fumatul țigărilor electronice. Asta deoarece experimentele au demonstrat că aceste țigări electronice sunt, într-adevăr, o alternativă mai puțin nocivă față de țigările tradiționale.
Rezultatele mai demonstrează și că tehnica de detecție este suficient de sensibilă, non-invazivă și în timp real pentru monitorizarea directă a etilenei din respirația fumătorilo de țigară electronică vs. tradițională. Deși nu există markeri unici pentru fiecare boală și o corelație între concentrația acestora din respirație și din sânge cu anumite afecțiuni, analizele de respirație pot da, totuși, informații despre starea de sănătate și, în general, despre evoluția unei boli sau despre posibilitatea apariției sale.
Sistemul de spectroscopie fotoacustică joacă, așadar, un rol important în analiza respirației umane, atributele acestei tehnici fiind multiple:
- rapiditatea de răspuns în timp real
- detectarea mai multor markeri cu un singur sistem
- sensibilitatea, selectivitatea, versatilitatea, fiabilitatea, robustețea și ușurința de utilizare
- costul relativ scăzut per unitate
Despre Dr. Fiz. Cristina Achim (Popa)
Deține poziția permanentă de cercetător științific grad III în cadrul Institutului Național de Fizica Laserilor, Plasmei și Radiației din București, finalizându-și studiile postdoctorale cu sprijinul financiar adus de Universitatea Politehnică din București prin FSE-POSDRU, printr-o bursă postdoctorală InnoRESEARCH.
Are rezultate considerabile în aplicații de spectroscopie laser fotoacustică și analiza de biomarkeri din respirație, principalul obiectiv al cercetării postdoctorale constituindu-l analiza și capacitatea spectroscopiei laser fotoacustice în evaluarea atacului oxidativ la populația cu tulburări de respirație din cauza bolilor de plămâni provocate de țigările electronice și țigările tradiționale prin măsurarea de biomarkeri gazoși din respirația fumătorilor. Cercetarea aduce contribuții considerabile în domeniul fizicii cu impact asupra calității vieții și a statusului de sănătate a populației.
