Thirdhand Smoke Exposure and Health Effects Lara Gundel, - PowerPoint PPT Presentation

Thirdhand ¡Smoke ¡Exposure ¡and ¡Health ¡Effects ¡ Lara ¡Gundel, ¡Hugo ¡Destaillats, ¡ ¡ Mohamad ¡Sleiman, ¡Jennifer ¡Logue ¡ and ¡BreA ¡Singer ¡ ¡ ¡ Indoor ¡Environment ¡Group ¡ Energy ¡Analysis ¡& ¡Environmental ¡Impacts ¡Division ¡ Energy ¡Technologies ¡Area ¡ ¡ ¡

THS ¡is ¡receiving ¡increasing ¡aAenGon ¡… ¡ ¡ ¡

… ¡and ¡impacGng ¡the ¡media, ¡regulators ¡and ¡advocacy ¡groups ¡

The ¡California ¡ConsorGum ¡on ¡THS ¡ Principal Investigator N. Benowitz (UCSF) Co-PI L. Gundel (LBNL) LBNL UCSF SDSU Exposure Chemistry, Human Exposure Toxicology Policy Remediation exposure Behavior Health effects DNA damage Biomarkers Persistence Economics P. Talbot H. Destaillats N. Benowitz G.Matt J. Samet M. Martins-Green H. Wipfli L. Gundel, P. Jacob III M. Hovell N. zur Nieden M. Sleiman, S. Schick P. Quintana (affiliated) J. Logue, E. Hoh J. Pankow (PSU) B. Hang

What ¡is ¡thirdhand ¡smoke ¡(THS)? ¡ Tobacco toxins that remain, Working react, re-emit and/or re-suspend definition: in indoor environments Secondhand ¡smoke ¡ ¡ ¡ ü primarily ¡inhalaGon ¡ ü short ¡Gme ¡scales ¡(min ¡to ¡hs) ¡ Indoor ¡ ¡ Thirdhand ¡exposures ¡ surfaces ¡ ü inhalaGon ¡+ ¡dermal ¡+ ¡ingesGon ¡ ü long ¡Gme ¡scales: ¡up ¡to ¡months ¡

Our ¡goals ¡ 1. Refine ¡the ¡definiGon ¡of ¡THS ¡ ¡ 2. Understand ¡THS ¡chemistry ¡on ¡indoor ¡surfaces ¡ ¡ (e.g., ¡nicoGne ¡reacGon ¡with ¡O 3 ¡and ¡other ¡species) ¡ 3. IdenGfy ¡key ¡inhalable ¡THS ¡consGtuents ¡ ¡ (harmful ¡pollutants ¡and ¡THS ¡tracers) ¡ 4. QuanGfy ¡the ¡harm ¡caused ¡by ¡secondhand ¡and ¡ thirdhand ¡smoke ¡ 5. Evaluate ¡THS ¡remediaGon ¡approaches ¡ ¡

Berkeley ¡Lab’s ¡early ¡work ¡on ¡THS ¡ ParGGoning ¡of ¡tobacco ¡ 1 pollutants ¡in ¡furnished ¡ 0.9 Nico7ne ¡adsorbs ¡and ¡ MTBE isoprene 50-­‑m 3 ¡chamber ¡ Fraction ¡in ¡the ¡gas ¡phase 0.8 accumulates ¡on ¡surfaces… ¡ benzene how ¡stable ¡is ¡it? ¡ 0.7 acrolein 0.6 toluene 0.5 α-­‑pinene 2-­‑butanone 0.4 o-­‑xylene 2,3-­‑dimethyl 0.3 naphthalene d-­‑limonene 0.2 pyridine naphthalene 0.1 4-­‑ethenylpyridine 0 nicotine phenol -­‑3 -­‑2 -­‑1 0 1 2 3 log ¡Vp ¡(mm ¡Hg) “…airborne ¡concentra-on ¡of ¡some ¡ETS ¡cons-tuents ¡can ¡be ¡ Singer ¡et ¡al, ¡ ES&T ¡ 2002 ¡ ¡ significantly ¡affected ¡by ¡sorp-ve ¡interac-ons ¡with ¡indoor ¡ Singer ¡et ¡al, ¡ Atmos ¡Environ ¡ 2003 ¡ ¡ surfaces… ¡Exposure-­‑relevant ¡emission ¡factors ¡implicitly ¡ Singer ¡et ¡al, ¡ Atmos ¡Environ ¡ 2004 ¡ ¡ incorporate ¡sorp-on ¡effects ¡under ¡realis-c ¡furnishing ¡and ¡ Nazaroff ¡and ¡Singer, ¡ JEAEE ¡ 2004 ¡ ¡ Singer ¡et ¡al, ¡ Atmos ¡Environ ¡ 2007 ¡ ¡ ven-la-on ¡condi-ons.” ¡

What ¡is ¡the ¡effect ¡of ¡indoor ¡ozone? ¡ MAIN ¡OZONE ¡SOUCE: ¡OUTDOOR ¡AIR ¡ outdoors indoors 1) ¡Ozone ¡quickly ¡oxidizes ¡nicoGne ¡ ¡ on ¡indoor ¡surfaces ¡ ¡ ¡ Gypsum ¡ CoUon ¡ ¡ Burbank, ¡CA ¡-­‑ ¡July ¡ ¡ Teflon ¡ wallboard ¡ cloth ¡ Weschler, ¡2000 ¡(Indoor ¡Air) ¡ ¡ ¡ 2) ¡We ¡observed ¡gas ¡phase ¡and ¡parGcle-­‑bound ¡ OTHER ¡INDOOR ¡SOURCES: ¡ byproducts: ¡coGnine, ¡nicoGnaldehyde, ¡N-­‑methyl ¡ AIR ¡“PURIFIERS” ¡ formamide ¡ ¡ O 3 ¡ Destaillats ¡et ¡al. ¡ ES&T ¡2006 ¡ ¡ • ¡used ¡to ¡remove ¡odors ¡ • ¡up ¡to ¡hundreds ¡of ¡ppb ¡

Ozone ¡reacGons ¡with ¡nicoGne ¡create ¡new ¡ultrafine ¡parGcles ¡ 10000 0.5 162 ¡ Nico7ne ¡(m/z ¡162) ¡ Advanced ¡Light ¡Source ¡ 0.4 dN/dlogP (#/cm 3 ) [e6] 8000 84 ¡ ¡ 176 ¡ Intensity (counts) 178 ¡ 0.3 ¡ ¡ 119 ¡ 6000 192 ¡ ¡ 0.2 122 ¡ 208 ¡ 0.1 Analysis ¡of ¡chemical ¡ 4000 149 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ composi7on ¡and ¡ ¡ 136 ¡ 79 ¡ ¡ ¡ 0 par7cle ¡size ¡ 223 ¡ 30 ¡ ¡ ¡ ¡60 ¡ ¡ ¡120 ¡ ¡240 ¡ ¡500 ¡ 58 ¡ 27.9 57.3 117.6 241.4 495.8 2000 30 ¡ 107 ¡ distribu7on ¡ 45 ¡ Diameter (nm) 17 ¡ 0 0 100 200 300 400 500 m/z Humidified ¡air ¡ (RH: ¡50%) ¡ [O 3 ] 0 ¡= ¡100 ¡ppb ¡ Secondary ¡Organic ¡ … ¡also ¡oxidaGon ¡products ¡that ¡are ¡ 9.2 ¡ Aerosol ¡(SOA) ¡yield ¡(%) ¡ more ¡irritaGng ¡than ¡nicoGne. ¡ 186 ¡ Concentra7on ¡(µg ¡m -­‑3 ) ¡ Sleiman ¡et ¡al., ¡ Atmos. ¡Environ . ¡2010 ¡ 70 ¡and ¡120 ¡ Diameter ¡ ¡(nm) ¡

Ozone ¡reacGons ¡with ¡full ¡cigareAe ¡smoke: ¡smaller ¡parGcles ¡ & ¡more ¡complex ¡compounds ¡ 3000 0.6 18 ¡μg ¡m -­‑3 ¡ (162) ¡ Nico7ne ¡ ¡ 0.5 (> ¡50 ¡compounds ¡idenGfied) ¡ dN/dlogP (#/cm 3 ) [e5] smoke ¡ ¡ Intensity (counts) 0.4 2000 before ¡ 0.3 exposure ¡ 0.2 1000 ¡to ¡O 3 ¡ 0.1 0 0 30 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡60 ¡ ¡ ¡ ¡120 ¡ ¡ ¡240 ¡ ¡ ¡ ¡500 ¡ 27.9 57.3 117.6 241.4 495.8 0 100 200 300 400 500 m/z Diameter (nm) 1.4 2000 380, ¡394, ¡396, ¡408, ¡ ¡ 30 ¡μg ¡m -­‑3 ¡ 412, ¡422, ¡436, ¡450 ¡ ¡ 1.2 dN/dlogP (#/cm 3 ) [e5] Intensity (counts) ¡smoke ¡ager ¡ ¡ 1 ¡(176) ¡ Co7nine ¡ oligomers ¡ 1 ¡hour ¡of ¡ 0.8 1000 exposure ¡ ¡ 0.6 to ¡ ¡O 3 ¡ ¡ 0.4 (< ¡100 ¡ppbv) ¡ 0.2 0 0 30 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡60 ¡ ¡ ¡ ¡120 ¡ ¡ ¡240 ¡ ¡ ¡ ¡500 ¡ 0 100 200 300 400 500 27.9 57.3 117.6 241.4 495.8 m/z Diameter (nm) Sleiman ¡et ¡al ., ¡Atmos. ¡Environ ., ¡2010 ¡

Carcinogens ¡are ¡created ¡by ¡reacGon ¡of ¡nicoGne ¡with ¡nitrous ¡ acid ¡(HONO) ¡from ¡cooking ¡with ¡gas ¡ Sources of HONO and NOx Formation of nitrosamines q ¡combusGon ¡(indoor ¡and ¡outdoor) ¡ q ¡ReacGon ¡of ¡surface-­‑bound ¡nicoGne ¡ with ¡HONO ¡formed ¡carcinogenic ¡ ¡ tobacco-­‑specific ¡nitrosamines ¡(TSNAs) ¡ q ¡heterogeneous ¡conversion ¡of ¡NOx ¡ NNA ¡ NNK ¡ on ¡indoor ¡surfaces ¡yielding ¡HONO ¡(g) ¡ ¡ O C N ¡ H N O N O N O ¡ CH 3 CH 3 q ¡typical ¡indoor ¡HONO ¡levels ¡are ¡ N N 10-­‑40 ¡ppb ¡(higher ¡than ¡outdoors) ¡ ¡ q ¡NNA ¡is ¡not ¡present ¡in ¡fresh ¡smoke ¡ q ¡TSNAs ¡were ¡found ¡on ¡cabin ¡surfaces ¡ of ¡a ¡smoker’s ¡vehicle ¡ q ¡We ¡determined ¡the ¡TSNA ¡yield ¡of ¡ formaGon ¡ Sleiman ¡et ¡al ., ¡PNAS, ¡ 2010 ¡

ImplicaGons ¡for ¡indoor ¡exposures ¡ 120 [Nico7ne] ¡ (µg ¡m -­‑2 ) households ¡ vehicles ¡ skin ¡ 100 80 [TSNA] ¡ ¡ 3 ¡– ¡300 ¡ 60 ng ¡m -­‑2 40 20 0 Do ¡these ¡TSNA ¡levels ¡ pose ¡a ¡significant ¡ health ¡hazard ¡? ¡ ¡ ¡ dermal ¡uptake ¡ dust ¡ingesGon ¡ Exposure ¡ pathways ¡ inhalaGon ¡

Exposure ¡to ¡THS ¡via ¡inhalaGon ¡ Amines ¡and ¡nitriles ¡ Aroma7c ¡hydrocarbons ¡ Concentration (µg m -3 ) Concentration (µg m -3 ) 0.1 1 10 100 1000 0.1 1 10 100 1000 2,5-Dimethylfuran 3-Ethenylpyridine Benzene 2-Ethenylpyridine Ethylbenzene 2- & 3-Picoline Furan Furan, 2-methyl 3-Ethylpyridine Time ¡aqer ¡smoking ¡ Iso-Propylbenzene Myosmine m-Ethyltoluene 20 ¡min ¡ Nicotine m,p-Xylene Naphthalene Pyridine 2 ¡h ¡ n-Propylbenzene Pyrrole o-Ethyltoluene 18 ¡h ¡ o-Xylene Acetonitrile p-Ethyltoluene Acrylonitrile literature ¡(SHS) ¡ Styrene Propanenitrile Toluene Carbonyls ¡and ¡chlorinated ¡VOCs ¡ Alkanes ¡and ¡alkenes ¡ ¡ q ¡acrolein ¡& ¡acrylonitrile ¡ Concentration (µg m -3 ) Concentration (µg m -3 ) 0.1 1 10 100 1000 0.1 1 10 100 1000 exceeded ¡CA ¡reference ¡ 2,3-Butanedione Butane levels ¡aqer ¡18 ¡h ¡ ¡ ¡( ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡) ¡ 2-Butanone Isobutane Acetaldehyde n-Decane Acetone n-Nonane Acetophenone 1,3-Butadiene Acrolein 1,3-Pentadiene Benzaldehyde 1-Butene Methacrolein 1-Nonene Sleiman ¡et ¡al, ¡ ES&T ¡ ¡ 2014 ¡ MEK 1-Octene Chloromethane d-Limonene Dichloromethane Isoprene