Teneurs en métaux dans les liquides des cigarettes électroniques: potentiel de relargage des métaux à partir des éléments chauffants et évaluation de l'exposition

Le tabagisme reste encore la raison principale de risque d’incapacité et de mort prématurée au pays. De nos jours, diverses méthodes de sevrage tabagique sont offertes, comme des traitements pharmacologiques ou encore de l’acupuncture. Malheureusement, celles-ci possèdent un faible taux de réussite, et soient qu’elles ont un prix élevé ou qu’elles ne sont pas totalement satisfaisantes, entravant ainsi le sevrage pour les fumeurs. Les cigarettes électroniques (CÉ) ont été introduites sur le marché Nord-américain autour de 2007 comme des dispositifs alternatifs aux cigarettes conventionnelles. Le processus de combustion de la cigarette conventionnelle implique de brûler du tabac, tandis que les CÉ génèrent des aérosols à partir du chauffage de liquides (e-liquides) pouvant contenir de la nicotine, du propylène glycol, de la glycérine végétale et des arômes. Aujourd’hui, les CÉ sont bien acceptées parmi les adultes cherchant à abandonner la cigarette conventionnelle. Cependant, bien qu’il soit largement reconnu que la CÉ est beaucoup moins dommageable pour la santé que la cigarette conventionnelle, peu d’information est présentement disponible sur les risques potentiels sur la santé que peut entraîner la consommation à long terme de la CÉ. Il est connu que les éléments chauffants des atomiseurs dans les e-cigarettes peuvent contribuer à la présence de divers analytes métalliques dans les e-liquides (p.ex., cuivre, chrome), se rendant jusqu’aux aérosols inhalés par les utilisateurs de CÉ. Pourtant, les mécanismes de relargage de métaux vers les e-liquides et l’exposition potentielle des utilisateurs aux métaux sont encore méconnus. Afin d’évaluer de façon rigoureuse le processus de relargage de métaux vers les e-liquides, les concentrations de certains métaux ont été mesurées dans les e-liquides avant et après la mise en contact avec les éléments chauffants. Certains facteurs ont été pris en considération, notamment le pH, la concentration de nicotine, la présence d’arômes, la forme moléculaire de la nicotine (base libre ou sels de nicotine), le rapport de la phase organique entre le propylène glycol (PG) et la glycérine végétale (GV) et la composition des éléments chauffants. En outre, une caractérisation préliminaire des risques suite à l’exposition aux métaux contenus dans la phase liquide autant que dans la phase aérosol a été réalisée afin de déterminer si les utilisateurs pouvaient être exposés à des concentrations de métaux supérieures aux valeurs de référence (p. ex., niveau de risque minimal, MRL, etc.) Les métaux ciblés étaient le cadmium (Cd), le chrome (Cr), le nickel (Ni) et le plomb (Pb) dû à leur toxicité potentielle par inhalation et leur effet cancérogène pour l’homme. Les métaux cibles ont été quantifiés par spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (ICP- MS) et les échantillons ont été au préalable traité par digestion acide. Au début, les teneurs en métaux dans 17 e-liquides, provenant de bouteilles de recharge les plus commercialisées au Canada, ainsi que dans cinq éléments chauffants les plus utilisés (Nichrome 80, Kanthal A-1 et Acier inoxydable 317L de calibre 36 chaque, plus les éléments chauffants jetables de Juul et Aspire BVC) ont été quantifiées. Les résultats démontraient que les concentrations de métaux cibles dans les bouteilles des e-liquides étaient faibles (< 400 µg/kg) ou en dessous des seuils de détection (p. ex. Cd < DL). Par ailleurs, les concentrations de métaux des éléments chauffants (mg/kg), se situaient dans un intervalle égal à Cr = 4.3E+04 – 2.1E+05; Ni = 2.0E+03 – 9.6E+05; Pb = 1.5E-02 – 4.1 et Cd = 0.6 32.4. En mettant l’emphase sur certaines de leurs propriétés, 12 e-liquides ont été sélectionnés pour le test de relargage de métaux avec les cinq éléments chauffants. Ce test a duré trois jours et consistait à mettre en contact chaque élément chauffant avec chaque e-liquide à une température entre 200- 250 °C pendant 1 h, selon certains paramètres de vapotage (p. ex., volume d’e-liquide consommé par jour, nombre de bouffées par jour, etc.) Les résultats ont montré une tendance à la hausse des concentrations de métaux après l’interaction avec les éléments chauffants. De plus, avec le même e-liquide, les concentrations de métaux relargués variaient selon l’élément chauffant. Le Cr et le Ni étaient toujours présents, suivi du Pb, mais dans une moindre mesure alors que le Cd était sous la DL dans la plupart des échantillons. Les mélanges d’élément chauffant + e-liquide avec les concentrations plus élevées de Ni, Cr et Pb, exprimées en moyenne (écart-type), étaient : Aspire BVC + Melon 0 mg/mL: Ni = 1.22E+04(281); Aspire BVC + Hit Nicotine 40 mg/mL: Cr = 864(116); et Nichrome 80 + Melon 0 mg/mL: Pb = 56(5) µg/kg. Les résultats suggéraient que les sels de nicotine à très forte concentration (40 mg/mL) ont favorisé le relargage du Cr et du Ni lorsque mis en contact avec certains éléments chauffants. Notamment, Hit Nicotine 40 mg/mL avec Aspire BVC qui ont relargué les concentrations les plus élevées de Cr (864(116 µg/kg)) et de Ni (3.39E+03(4.1E+01 µg/kg)) par rapport aux autres sels de nicotine. Le test non paramétrique de Wilcoxon a montré que les concentrations de Ni relargué étaient significativement différentes (p < 0.05) avec Aspire BVC (p = 0.001, n= 11), Juul (p = 0.001, n= 11), et Nichrome 80 (p = 0.007, n = 11) par rapport à l'Acier inoxydable 317L, alors que les concentrations de Ni relargué par le Kanthal A-1 n’étaient pas significativement différentes de l’Acier inoxydable (p = 0.1, n = 11). Les résultats ont donc montré que le relargage du Ni diffère entre les éléments chauffants, avec Aspire BVC qui relargue des concentrations supérieures, tandis que des faibles concentrations sont émises par l'Acier inoxydable 317L. Par contre, les concentrations de Cr relargué n’étaient pas significativement différentes par rapport à l'Acier inoxydable 317L. Enfin, une évaluation de l’exposition aux métaux et une caractérisation préliminaire des risques a été effectuée en utilisant les valeurs de référence par inhalation pour les effets non cancérogènes (p. ex., MRL, PEL, etc.) et en considérant un taux d’absorption de 80 % des métaux, 500 inhalations par jour ainsi qu’un volume journalier d’air inhalé égal à 20 m3. Dans la phase liquide, les concentrations maximales sûres (CMS) de Cr, de Ni, de Pb et de Cd (mg/mL) ont été établies comme valeurs limites. Les concentrations de métaux dans les bouteilles de recharge se trouvaient toujours en dessous des CMS. Parmi les échantillons de relargage de métaux, Juul et Aspire BVC avec Hit nicotine 40 mg/mL atteignaient une valeur égale ou supérieure à la CMS pour le Cr (III) (7.5E-04 mg/mL). Ceux-ci représentaient 3.5% du total (2 échantillons sur 57). Pour le Ni, 8.8 % (5 échantillons sur 57) dépassaient la CMSNi pour une exposition intermédiaire (1.5E-03 mg/mL) et 10.5% (6 échantillons sur 57) dépassaient une exposition chronique (6.7E-04 mg/mL). En relation à la phase aérosol, la dose journalière équivalente (DJÉMaérosol) (mg/jour) a été établie pour le Cr, le Ni et le Pb en considérant un pourcentage de passage du métal des échantillons vers l’aérosol (Cr = 15%, Ni= 30% and Pb= 40%). Pour une exposition intermédiaire, 1.8 % (1 échantillon sur 57) dépassait la DJÉNi (4.0E-03 mg/jour) et seuls 8.8 % (5 échantillons sur 57) dépassaient la DJÉNi pour une exposition chronique (1.8E-03mg/jour). Des études supplémentaires sur les mécanismes de relargage de métaux produits par les résistances chauffantes sont nécessaires afin d’éventuellement réglementer la fabrication des éléments chauffants des dispositifs de CÉ. En outre, bien que cette étude ait montré que seule une faible proportion des échantillons testés serait problématique pour le Ni et le Cr (les autres métaux ne posant pas de problèmes), une analyse plus approfondie des risques sur la santé suite à l’exposition aux métaux qui passent réellement dans la phase aérosol est recommandée.