水烟烟草(waterpipe tobacco, WPT)炭火加热与水烟电热头(electric head)加热对一氧化碳(carbon monoxide, CO)水平、心血管指标、苯(benzene)/芘(pyrene)/尼古丁(nicotine)摄入及主观感受影响的比较研究

《Toxicology Reports》：Comparison of effects of charcoal versus electric heating of waterpipe tobacco on carbon monoxide levels: Cardiovascular measures; benzene, pyrene, and nicotine uptake; and subjective reactions

　　

水烟烟草(WPT)加热过程中燃烧的炭火及WPT本身均可释放有毒物。本研究在自然家庭环境中开展试验，检验以水烟电热头替代传统炭火加热WPT的减害效果。共纳入50名WPT吸烟者及25名非吸烟对照者(control)，采用自身前后对照设计，分别完成炭火加热与电热头加热WPT吸烟 sessions。检测指标包括环境空气CO(ambient carbon monoxide)、呼出气CO(exhaled CO)、心率(heart rate, HR)、收缩压(systolic blood pressure, SBP)、舒张压(diastolic blood pressure, DBP)，以及尿肌酐校正的可替宁(cotinine, 尼古丁代谢物)、S-苯巯基尿酸(S-phenylmercapturic acid, SPMA, 苯代谢物)、1-羟基芘(1-hydroxypyrene, 1-HOP, 芘代谢物)。结果显示：电热加热时环境空气CO、呼出气CO及HR的前后变化显著低于炭火加热；尿可替宁、SPMA及1-HOP的前后变化在两种加热方式间无显著差异。与非吸烟者比较，电热加热后尿SPMA水平未显著高于对照，而炭火加热后显著升高——表明电热头可降低致癌物苯的暴露，但未显著降低成瘾性物质尼古丁或多环芳烃(pyrene)的暴露。电热 sessions中观察到WPT残基呈焦化(charred)现象，提示电热温度过高导致WPT过度热解(thermal degradation)。受试者反馈电热加热WPT吸引力较低、烟气较刺喉(harsher)，但认为更健康清洁。为防止使用者负面主观反应及潜在不良健康影响，应规范电热装置温控以避免WPT过热及过度热解。研究亦提示炭火加热WPT时室内环境空气CO水平显著高于室外，建议WPT吸烟者避免在室内使用炭火以减少二手/三手烟雾对非吸烟者尤其是儿童的影响。

论文解读：水烟烟草炭火与电热头加热的毒性暴露及减害效应比较研究

该研究由Nada O.F. Kassem、Sandy Liles、Noura O. Kassem及Flora K. Zaki完成，发表于《Toxicology Reports》。水烟烟草(waterpipe tobacco, WPT，俗称hookah/shisha)吸烟在全球尤其青少年中流行，传统WPT经燃烧炭火(quick-light charcoal)加热，炭火燃烧是主流及侧流烟雾中一氧化碳(CO)、多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)的主要来源，WPT本身受热亦释放尼古丁、苯(benzene)、芘(pyrene)等有毒有害成分(harmful and potentially harmful constituents, HPHCs)，与癌症、心血管疾病及肺部疾病风险相关。既往实验室机器吸烟(machine-smoking)研究表明电热头(electric head/ceramic electric heater)替代炭火可降低主流CO及部分PAHs产率，但缺乏真实自然环境下的人体临床(real-world clinical trial)数据验证其对人体实际毒物摄入(uptake)及心血管急性效应的影响。为此，研究人员在美国首次开展自然家庭环境自身对照临床试验，比较炭火与商用陶瓷电热头加热WPT对吸烟者环境CO、呼出气CO、心血管指标、尿生物标志物及主观感受的差异，并探讨室内外吸烟位置对CO的影响，以评估电热加热作为WPT减害(harm reduction)策略的可行性及局限。

研究人员于2017年12月至2018年9月从美国加州San Diego县招募50名规律WPT吸烟者（男/女各25人，≥21岁，每周至每月吸WPT，排除其他烟草/尼古丁产品使用及慢性病）和25名非吸烟对照者（≥21岁，无烟草暴露，呼出气CO < 3.6 ppm）。WPT吸烟者接受两次家庭访视：第一次用40 mm快燃炭火(Three Kings)加热装填10 g双苹果味Starbuzz WPT的陶碗(clay head)，第二次用商用陶瓷电热头(Hookah-Shisha Heater, Ren Headstream,China)加热等量WPT（预热3 min，温控档位3–5），两session间隔≥7天洗脱期(washout period)；每次提供同一品牌单管水烟具(Khalil Mamoon Safari)，水位浸没金属管约2.5 cm，使用一次性塑料软管。非吸烟者接受一次家庭访视采集基线。主要检测方法包括：现场记录吸烟时长及残烟重量；用Micro+pro? Smokerlyzer?测环境空气CO(ambient air CO, 每5 min)及呼出气CO(exhaled breath CO, 吸烟前、吸烟15 min、结束后2 min内)；用Omron 3 Series上臂式血压计测坐位静息血压及心率(heart rate, HR)；采集吸烟前及次日首次晨尿，LC-MS/MS检测肌酐(creatinine)、尿可替宁(cotinine, 尼古丁代谢物)、S-苯巯基尿酸(S-phenylmercapturic acid, SPMA, 苯代谢物)、1-羟基芘(1-hydroxypyrene, 1-HOP, 芘代谢物)；电热session后填写主观感受问卷。统计学采用配对t检验或Wilcoxon符号秩检验比较同一吸烟者炭火与电热session前后差值，组间比较用Mann–Whitney U或独立t检验，α=0.05。

3.1. Demographics and WPT Use (人口学与水烟使用特征)

研究人员对50名WPT吸烟者（平均25.3岁，50%女性，族裔含中东/阿拉伯等，62%每周吸少于每日）和25名非吸烟者进行基线描述，两组年龄、性别、BMI及筛选时呼出气CO无显著差异，证实分组均衡。

3.2. Awareness of WPT electric heating devices (电热装置知晓情况)

全部WPT吸烟者此前从未使用过电热头，80%此前不知晓该产品，说明真实世界使用者对电热加热WPT无预先偏好或习惯偏差。

3.3. Smoking duration and residual WPT (吸烟时长与残烟重量)

电热session平均吸烟时长(28.3±5.07 min)显著短于炭火session(33.1±9.45 min, p<0.001)；电热session后钵内残WPT重量(5.52±1.19 g)显著低于炭火session(7.01±0.94 g, p<0.001)，且肉眼可见电热残烟更焦化(charred)，橡胶连接管更烧蚀，提示电热头局部温度更高致WPT过度热解(thermal degradation)。

3.4. Cardiovascular measures (心血管指标)

炭火session后DBP(diastolic blood pressure)显著升高(p=0.041)，HR显著升高(Δ均值5.06 bpm, p<0.001)；电热session后DBP亦显著升高(p=0.002)但HR前后变化不显著(Δ均值0.67 bpm, p=0.521)。炭火与电热session间DBP变化量无差异(p=0.361)，但HR升高幅度炭火显著大于电热(p=0.001)，说明炭火加热伴随更明显的急性交感神经兴奋。

3.5. Carbon monoxide measures (一氧化碳指标)

环境空气CO几何均数(GM)炭火session前后比值3.6倍(p<0.001)，电热session仅1.2倍(p=0.938不显著)，炭火前后变化显著大于电热(p<0.001)。呼出气CO GM炭火session前后比值47.1倍(p<0.001)，电热session仅1.3倍(p=0.065边缘不显著)，炭火前后变化显著大于电热(p<0.001)。表明炭火是WPT吸烟时CO的主要来源，电热头几乎消除额外CO暴露。

3.6. Cardiovascular and carbon monoxide measures: WPT smokers vs non-smokers (吸烟者与非吸烟者比较)

炭火session后吸烟者环境空气CO及呼出气CO显著高于非吸烟者家(呼出气CO GM高约38倍)；电热session后吸烟者环境空气CO略低于非吸烟者家背景，呼出气CO仅略高于非吸烟者(1.3倍不显著)，提示电热加热大幅降低甚至消除主动及被动CO暴露风险。

3.7. Biomarkers of WPT Use (水烟使用生物标志物)

3.7.1 尿可替宁(cotinine)：炭火与电热session后尿可替宁GM分别升高26.1倍与21.6倍(p均<0.001)，但两session前后变化量无显著差异(p=0.115)，且均远高于非吸烟者，说明尼古丁摄入主要来自WPT本身受热挥发而非炭火，电热未减少成瘾物质暴露。

3.7.2 尿SPMA(苯代谢物)：炭火session后SPMA GM显著高于非吸烟者(6.6倍, p<0.001)，电热session后SPMA与非吸烟者无显著差异(1.7倍, p=0.212)；两session自身前后变化均无统计学显著性升高，但炭火前后SPMA水平显著高于电热(p=0.018/0.001 by ratio test)，表明苯主要来自炭火燃烧，电热降低苯暴露。

3.7.3 尿1-HOP(芘代谢物)：炭火与电热session后1-HOP GM均显著高于非吸烟者(约2倍, p≤0.01)，两session前后变化量无显著差异(p=0.085)，提示芘/PAHs来源于WPT本身受热而非炭火，电热未降低该PAHs暴露。

3.8. Location of Smoking at Home – Indoors vs Outdoors (室内外吸烟位置)

仅炭火session中环境空气CO受位置影响：室内吸烟者30 min时GM环境空气CO(3.96 ppm)为室外(0.51 ppm)的7.8倍(p显著)，说明炭火加热WPT在室内会严重累积CO，户外通风可有效稀释。

3.9. Subjective Reactions (主观感受)

多数受试者认为电热加热WPT较炭火吸引力低、满意度低、烟气稀薄不够浓(dense)、较刺喉(harsher)并引起咽喉不适，但认同其更健康、更清洁。负向感官体验源于电热头较高温度致WPT过早焦化及烟气温度过高。

讨论与结论总结

研究人员讨论指出，自然家庭试验中电热头加热WPT显著降低环境及呼出气CO升高幅度、减弱急性HR增快，与既往实验室及临床吸烟舱研究一致，证实去除炭火可基本消除WPT吸烟相关的CO暴露。尿SPMA在非吸烟者水平说明苯暴露被消除，符合苯主要来自炭火燃烧的结论；但尿可替宁及1-HOP在两种加热方式下均较非吸烟者显著升高且无组间差异，说明尼古丁及部分PAHs(如pyrene)源于WPT基质受热本身的热解/蒸发而非炭火，电热未能减少此类暴露。电热session残烟更轻且焦化明显，结合主观感受"刺喉""harsher"，反映市售电热头温控不足致WPT局部超温(文献报道可达300–380°C vs炭火~150°C)，可能引发WPT添加剂甘油(glycerin)、香精过度热解产生醛类等新毒性产物，故需规范电热装置最高温度以防过度热降解。室内炭火WPT吸烟致环境CO骤升，应对吸烟者开展健康教育建议炭火WPT不在室内吸食以保护同居非吸烟者及儿童。受试者对电热WPT主观接受度低可能影响其作为减害产品的推广使用，未来需改进用户体验。

Conclusion(结论部分译文)：

与炭火加热相比，使用电热头加热WPT吸烟与环境空气CO、呼出气CO及心率的较小增幅相关。尿尼古丁(可替宁)、苯(SPMA)及芘(1-HOP)代谢物的吸烟前后变化不因加热源不同而有差异。但炭火加热WPT后尿SPMA(苯代谢物)水平高于非吸烟者，电热头加热后则未高于非吸烟者。尽管受试者认为电热加热WPT更健康清洁，同时也觉得其吸引力低、愉悦感差且刺喉。为避免水烟使用者排斥及潜在健康危害，应通过监管限制电热装置防止WPT过热及过度热降解(thermal degradation)。此外，炭火加热WPT时室内环境空气CO水平显著高于室外之发现，提示WPT吸烟者应避免在室内使用炭火加热以保护非吸烟者及儿童免受CO暴露。