Hoření cigarety dosahuje 600 až 900 °C, kdežto zahřívaný tabák pracuje s 300–350 °C. Rozdíl v teplotě určuje, které chemické reakce vůbec proběhnou — a tím i složení aerosolu, který uživatel vdechuje.
Špička hořící cigarety dosahuje 600 až 900 °C. Zahřívaný tabák v zařízeních typu IQOS ILUMA pracuje s teplotou přibližně 300 až 350 °C. Rozdíl několika set stupňů není kosmetický — určuje, které chemické reakce vůbec proběhnou, a tím i to, jaké látky se dostanou do vdechovaného aerosolu.
Hoření je oxidační reakce, při níž se tabák rozkládá za vzniku pevných částic, oxidu uhelnatého a stovek organických sloučenin. Zahřívání na 300–350 °C je naproti tomu proces fázové změny: z tabáku se uvolňují těkavé látky, které v chladnoucím proudu vzduchu kondenzují do drobných kapiček. Bez plamene, bez popela, bez dehtu v tom smyslu, v jakém ho měříme u cigaret.
Dvě teplotní zóny v hořící cigaretě
Hořící cigareta není jeden teplotní režim, ale dva. Ve spalovací zóně, kam proniká kyslík, teploty přesahují 700 °C a dochází k úplnému i nedokonalému spalování. Těsně za ní leží pyrolýzní zóna bez kyslíku, kde se teploty pohybují zhruba mezi 200 a 600 °C a kde se organická hmota štěpí teplem. Kouř, který kuřák vdechne, je směsí produktů z obou zón plus látek, které vznikají při ochlazování proudu.
Z těchto reakcí pocházejí prakticky všechny sloučeniny, kvůli kterým je kouření spojováno s nemocemi: polycyklické aromatické uhlovodíky včetně benzopyrenu, těkavé organické sloučeniny jako benzen a 1,3-butadien, oxid uhelnatý, aldehydy, fenoly, aromatické aminy i těžké kovy, které se z tabákového listu uvolňují až při vysokých teplotách. Nitrosaminy specifické pro tabák (NNN a NNK) vznikají částečně už při zpracování listu, ale jejich přenos do aerosolu je vázaný na stejné vysokoteplotní procesy. Podrobněji jsme složení kouře rozebrali v článku Škodliviny v cigaretovém kouři.
Co se děje při 300–350 °C
V tomto rozmezí tabák nehoří. Glycerol, který se do tabákové směsi přidává jako humektant, se vypařuje (jeho bod varu je kolem 290 °C), podobně se uvolňuje voda a nikotin, který je těkavý kolem 247 °C. Vzniklé páry se v proudu vzduchu ochlazují a kondenzují do aerosolu, který se svou fyzikální podstatou podobá spíš mlze než kouři.
Klíčové je, že řada škodlivin z kouře nejsou látky, které by v tabáku ležely hotové — vznikají teprve jako produkty nedokonalého spalování a pyrolýzy. Pokud teplota zůstane pod prahem, od kterého se organická hmota výrazně štěpí, tyto reakce neproběhnou a jejich prekurzory zůstanou v tabákovém tělese místo v aerosolu. Právě tady se z fyziky stává chemie expozice.
Indukční ohřev v praxi: IQOS ILUMA
ILUMA zahřívá tabák jinak než první generace zařízení s topnou lamelou. Uvnitř tyčinky TEREA je zapouzdřený kovový prvek, který slouží jako susceptor. Cívka v přístroji vytváří střídavé magnetické pole, v kovu se indukují vířivé proudy a ten se sám ohřívá. Teplo tedy vzniká uvnitř tabákového tělesa, ne na povrchu, který by se do tabáku dotýkal. Princip jsme popsali v článku Jak funguje IQOS ILUMA.
Praktické důsledky jsou dva. Za prvé odpadá topná lamela, kterou bylo nutné čistit a na níž se usazoval karbonizovaný zbytek. Za druhé lze teplotní profil řídit přesněji — zařízení drží teplotu v pásmu, kde se tabák vypařuje, ale ještě se výrazně neštěpí. Tyčinka je navíc uzavřená, takže aerosol prochází filtrem a uživatel nepřichází do kontaktu s ohřátým tělesem.
Které látky v aerosolu chybí a proč
Systematický přehled publikovaný v časopise Tobacco Control v roce 2019 shrnul desítky analýz emisí zahřívaného tabáku. Většina z nich dochází k tomu, že aerosol obsahuje nižší koncentrace většiny sledovaných škodlivin než kouř z referenční cigarety — typicky jde o oxid uhelnatý, polycyklické aromatické uhlovodíky, nitrosaminy, těkavé organické sloučeniny a těžké kovy. Nejde přitom o rozdíl v řádu procent, ale u mnoha látek o řádové snížení.
Aerosol ale není čistá vodní pára s nikotinem. Aldehydy, jako je formaldehyde, acetaldehyd nebo akrolein, mohou vznikat tepelným rozkladem glycerolu a cukrů, pokud teplota v některé části ohřevu vystoupí výš, než má. Jejich hladina proto závisí na konstrukci přístroje a na tom, jak přesně dokáže držet teplotní profil. Studie Bekkiho a kolegů publikovaná v Journal of UOEH v roce 2017 na to upozornila: snížení koncentrací není plošné a u některých aldehydů může být jen mírné.
To je i důvod, proč se konstrukce zahřívaných zařízení posouvá směrem k indukčnímu ohřevu. Čím rovnoměrněji a čím přesněji lze teplotu udržet v pásmu 300–350 °C, tím méně prostoru zbývá na tepelný rozklad, který by do aerosolu přidal látky, jež tam být nemají.
Od koncentrace k expozici
Nižší koncentrace v jednom vdechu ještě neznamená nižší celkovou expozici — ta závisí i na tom, kolik tyčinek člověk spotřebuje a jak intenzivně tahá. Proto se výzkum posouvá k biomarkerům: měří se metabolity škodlivin v moči a krvi uživatelů. Observační data ukazují, že kuřáci, kteří zcela přešli na zahřívaný tabák, měli nižší hladiny některých biomarkerů expozice, například metabolitu nitrosaminu NNK, než ti, kdo pokračovali v kouření. Velká část těchto studií je ale krátkodobá a část z nich financovali výrobci, což je při čtení výsledků potřeba zohlednit.
Když se tabák vůbec nehřeje
Existuje ještě jeden způsob, jak otázku teploty obejít úplně. Nikotinové sáčky ZYN neobsahují tabák ani nosič, který by se dal zahřívat — nikotin se z matrice uvolňuje a vstřebává sliznicí v ústech. Nevzniká žádný aerosol, takže chemie spalování a pyrolýzy do hry vůbec nevstupuje.
Uzavřené e-cigarety jako VEEV ONE jdou jinou cestou: zahřívají kapalinu s nikotinem na výrazně nižší teplotu, než je pásmo zahřívaného tabáku, a netýká se jich tedy rozklad tabákového listu. Otázka se přesouvá od pyrolýzy tabáku k tomu, jak přesně dokáže zařízení odpařit e-liquid, aniž by přehřálo jeho složky. Více v článku E-cigarety a zdraví.
Teplota je v celé této úvaze jediná proměnná, která rozhoduje o složení toho, co se vdechuje. Zařízení, které fyzikálně nemůže překročit práh pyrolýzy, nemůže vyprodukovat ani látky, které při pyrolýze vznikají. A naopak: každé přehřátí, ať už v zahřívaném tabáku, nebo v e-cigaretě, se v chemii aerosolu okamžitě projeví nárůstem aldehydů.
Foto: olia danilevich / Pexels