Electronic Nicotine Delivery Systems (ENDS or e-cigarettes) have been marketed as safer alternative to conventional cigarettes for smokers as their emissions have been reported to contain less harmful compounds than cigarette smoke. However, there is a lack of data concerning the toxicity of ENDS in the context of smoking cessation, which prevents them from being recommended by healthcare professionals.
This thesis was part of a large clinical trial: the ESTxENDS study (“Efficacy, Safety, and Toxicology of Electronic Nicotine Delivery Systems as an aid for smoking cessation; the ESTxENDS multicenter randomized controlled trial”). We hypothesized that urinary concentrations of biomarkers of exposure (BoE) to tobacco smoke and oxidative stress biomarkers decrease significantly from smoking to ex-smoking or vaping status. The thesis objectives were to 1) quantify known harmful compounds in ENDS emissions; 2) develop and validate a new liquid chromatography – tandem mass (LC-MS/MS) analytical method for the simultaneous analysis of two urinary oxidative stress biomarkers, 8-oxo-7,8-dihydro-2’- deoxyguanosine (8-oxodG) and 8-iso-prostaglandin F2α (8-isoprostane); 3) to define the relative importance of BoE on oxidative stress levels (calculated with effect size indicators); and 4) assess the effects of smoking cessation with and without the use of ENDS on BoE to tobacco smoke and oxidative stress biomarkers over a 6-month period.
ENDS emissions generated in the laboratory using an in-house built vaping machine, contained aldehydes and heavy metals at concentrations lower than conventional cigarettes. The new developed LC-MS/MS analytical method for 8-oxodG and 8-isoprostane was specific and robust. Positive associations between these urinary biomarkers and BoE to tobacco smoke were observed in smokers. Concentrations of BoE to tobacco smoke decreased over the 6-month period for smoking participants who became ex-smokers or ENDS users. Furthermore, the urinary BoE concentrations in ex-smokers and ENDS users did not differ, except for nicotine metabolites. Urinary concentrations of 8-oxodG and 8-isoprostane did not change over the 6-month period.
In conclusion, smokers greatly benefited from the switch from cigarettes to ENDS. Thus, ENDS should be recommended as part of smoking cessation programs if they can lead to complete cigarette abstinence. However, non-smokers should be discouraged from using these products as ENDS emissions contain harmful compounds. Changes of oxidative stress levels associated with reduced exposure to harmful compounds following smoking cessation could not be demonstrated with the two selected oxidative stress biomarkers.
--
La vaporette (cigarette électronique ou vapoteuse) est souvent présentée comme une alternative plus sûre au tabac comme ses émissions contiennent moins de composés nocifs que la fumée de cigarette. Cependant, des données manquent sur la toxicité des vaporettes dans le contexte de l’arrêt du tabac, ce qui empêche leur recommandation par les professionnels de la santé.
Le travail de thèse faisait partie de l’étude ESTxENDS (« Efficacy, Safety, and Toxicology of Electronic Nicotine Delivery Systems as an aid for smoking cessation: the ESTxENDS multicentre randomized controlled trial »). L’hypothèse était que les concentrations urinaires des biomarqueurs d’exposition (BdE) à la fumée du tabac et des biomarqueurs de stress oxydant diminuent significativement après l’arrêt tabagique avec ou sans la vaporette. Les objectifs de la thèse étaient de 1) quantifier les composés nocifs dans les émissions de la vaporette ; 2) développer et valider une nouvelle méthode analytique par chromatographie en phase liquide avec spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS) pour l’analyse simultanée de deux biomarqueurs de stress oxydant urinaires, 8-oxo-7,8-dihydro-2’- deoxyguanosine (8-oxodG) et 8-iso-prostaglandin F2α (8-isoprostane) ; 3) définir l'importance relative des BdE sur les niveaux de stress oxydant (calculée avec des indicateurs de taille d'effet) ; et 4) déterminer les effets de l’arrêt tabagique sur les BdE à la fumée du tabac et des biomarqueurs de stress oxydant sur une période de six mois.
Les émissions de la vaporette générées en laboratoire contenaient des aldéhydes et des métaux lourds à des concentrations inférieures à celles de la fumée de cigarette. La nouvelle méthode LC-MS/MS était spécifique et robuste. Des associations positives entre les biomarqueurs de stress oxydant et les BdE à la fumée du tabac ont été observées chez les fumeurs. Les concentrations des BdE diminuaient significativement sur la période de six mois pour les fumeurs devenus ex-fumeurs et vapoteurs. De plus, les concentrations des BdE chez les ex-fumeurs et vapoteurs étaient similaires, à l’exception des métabolites de la nicotine. Les concentrations de 8-oxodG et de 8-isoprostane n’ont pas varié sur la période de six mois.
En conclusion, les fumeurs qui abandonnent la cigarette au profit de la vaporette réduisent significativement leur exposition aux composés nocifs. La vaporette devrait donc être proposée lors de l’arrêt tabagique si elle permet de quitter complètement la cigarette. Cependant, il faut informer les non-fumeurs de ne pas utiliser la vaporette comme ses émissions contiennent des composés nocifs. Les changements de niveau de stress oxydant associés à la diminution de l’exposition aux composés nocifs suivant l’arrêt du tabac n’ont pas pu être montrés avec les biomarqueurs de stress oxydant sélectionnés.