Εργαστήριο Βιοϊατρικής Απεικόνισης και Εφαρμοσμένης Οπτικής

Εργαστήριο Βιοϊατρικής Απεικόνισης και Εφαρμοσμένης Οπτικής Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Πανεπιστήμιο Κύπρου Μέτρηση των Συστατικών του Καπνού με Φασματογραφία Ράμαν από την Αργυρώ Σταύρου Υποβάλλεται στο Πανεπιστήμιο Κύπρου ως μερική συμπλήρωση των απαιτήσεων για την απόκτηση Πτυχίου Ηλεκτρολόγου Μηχανικού Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Μάιος 2009

ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΩΝ ΣΥΣΤΑΤΙΚΩΝ ΤΟΥ ΚΑΠΝΟΥ ΜΕ ΦΑΣΜΑΤΟΓΡΑΦΙΑ ΡΑΜΑΝ Από την Αργυρώ Σταύρου Υποβάλλεται στο Πανεπιστήμιο Κύπρου ως μερική συμπλήρωση των απαιτήσεων για την απόκτηση Πτυχίου Ηλεκτρολόγου Μηχανικού Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Μάιος 2009

ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΩΝ ΣΥΣΤΑΤΙΚΩΝ ΤΟΥ ΚΑΠΝΟΥ ΜΕ ΦΑΣΜΑΤΟΓΡΑΦΙΑ ΡΑΜΑΝ Από την Αργυρώ Σταύρου Εξεταστική επιτροπή: Κωνσταντίνος Πίτρης Αναπληρωτής Καθηγητής, Τμήμα ΗΜΜΥ, Επιβλέπων Διπλωματικής Γεώργιος Μίτσης Λέκτορας, Τμήμα ΗΜΜΥ, Μέλος Επιτροπής

Περίληψη Βασικός στόχος της βιοϊατρικής τεχνολογίας ως επιστήμης, μέσω των τεχνολογικών μεθόδων που προωθεί, είναι η αρωγή της στην καλύτερη ποιότητα ζωής του ανθρώπου. Η έρευνα σε αυτή τη διπλωματική εργασία έχει ως στόχο να μετρήσει τα συστατικά του καπνού με φασματοσκοπία Ράμαν ώστε να δημιουργηθεί ένα καινούργιο εργαλείο για έλεγχο της ποιότητας του αέρα. Τα συστατικά που μελετήθηκαν είναι η πίσσα, η νικοτίνη και το μονοξείδιο του άνθρακα. Για την επίτευξη αυτού του στόχου, δημιουργήθηκε μια μέθοδος, η οποία επιτρέπει την εξακρίβωση των συστατικών με χρήση φασματοσκοπίας Ράμαν. Για την ανάπτυξη αυτής της μεθόδου χρησιμοποιήθηκαν 28 διαφορετικά είδη τσιγάρων, τα οποία χρησιμοποιούνται πιο πολύ από τους καπνιστές. Από κάθε μάρκα τσιγάρου καπνίζονταν 5 τσιγάρα με μια αυτοματοποιημένη συσκευή, και αναμιγνύονταν με διάλυμα μεθανόλης. Στη συνέχεια το κάθε δείγμα αφηνόταν να εξατμιστεί από τα 10 ml που ήταν αρχικά σε 1 ml, για να έχουμε πιο πυκνό διάλυμα, με αποτέλεσμα να λαμβάνεται πιο δυνατό σήμα. Στο αρχικό στάδιο της έρευνας έγινε εξακρίβωση των παραμέτρων, που θα χρησιμοποιούνταν για την φασματοσκοπία Ράμαν, ώστε να λαμβάνεται το καλύτερο σήμα με όσο το δυνατό περισσότερες πληροφορίες και λιγότερο θόρυβο και εξωτερικές επιρροές. Στις παραμέτρους αυτές περιλαμβάνονταν ο χρόνος έκθεσης (integration time) και ο αριθμός των επαναλήψεων (averages). Μετά την λήψη των φασμάτων έγινε η ανάλυση τους με αλγόριθμο που γράφτηκε στο λογισμικό Matlab, ώστε να καθοριστεί κατά πόσο η φασματοσκοπία Ράμαν μπορούσε να διακρίνει τα συστατικά του καπνού, όπως την πίσσα, την νικοτίνη και το μονοξείδιο του άνθρακα. Με τη βοήθεια του αλγορίθμου πάλι βρέθηκε το μέσο τετραγωνικό σφάλμα μεταξύ των τιμών που λήφθηκαν από τα δείγματα και των τιμών που υπήρχαν από τις ετικέτες των τσιγάρων που αναγράφονταν στα πακέτα. Τα αποτελέσματα αυτής της διπλωματικής ήταν αρκετά καλά και αρκετά ενθαρρυντικά αφού επιτεύχθηκε η εξακρίβωση των συστατικών, κάτι το οποίο με περισσότερη έρευνα μπορεί να βελτιστοποιηθεί. iii

ABSTRACT The main goal of biomedical technology is to improve the quality of life of people through novel technological advancements. In this context, this diploma thesis aims at measuring the main ingredients of smoke and thus to create a new tool for the assessment of air quality. The ingredients that were studied are tar, nicotine and carbon monoxide. For this purpose, we developed a novel approach capable of investigating these ingredients on the basis of Raman spectroscopy. In the context of this method, 28 different kinds of cigarettes (from the most popular brands) were used. From each kind of cigarettes, 5 were smoked by an automatic machine and the smoke was dissolved in methanol. After that, the solution was left to evaporate from 10 ml to 1 ml so that it was more concentrated and, therefore, resulting in a stronger Raman signal. At the initial stage of this thesis, we specified the proper Raman spectroscopy parameters that result in the best signal with less noise and external influence. Both exposure time (integration time) and the average number of iterations were considered. After having all spectrographs collected, an algorithm, developed in Matlab, was used to determine whether Raman spectroscopy could distinguish such ingredients of smoke as, for example, nicotine, tar, and carbon monoxide. Using this algorithm, we were able to derive the mean square error between the values of the solution and the values that are quoted in the labels of cigarettes. The results of this thesis were very satisfying and supportive, since the verification of smoke ingredients using Raman Spectroscopy has been achieved. Results may be further improved by this is left for future work. iv

Ευχαριστίες Θα ήθελα να ευχαριστήσω από την καρδιά μου, τον Δρ. Κωνσταντίνο Πίτρη για την εμπιστοσύνη και την βοήθεια του. Επίσης θα ήθελα να ευχαριστήσω την οικογένεια μου, τον αρραβωνιαστικό μου και την φίλη μου Κατερίνα Χ Γεωργίου για την στήριξη, την αγάπη και την βοήθεια τους. v

Πίνακας περιεχομένων: Κεφάλαιο 1 - Εισαγωγή...8 1.1 Ιστορία του καπνού...8 1.2 Εξωτερικό τμήμα τσιγάρου...8 1.3 Περιβαλλοντικός καπνός τσιγάρου...9 1.4 Συστατικά τσιγάρου...10 1.4.1 Χημικές ουσίες στον καπνό του τσιγάρου...11 1.4.2 Νικοτίνη...11 1.4.2.1 Επίδραση νικοτίνης...12 1.4.2.2 Συμπτώματα νικοτίνης...13 1.4.2.3 Επιπτώσεις νικοτίνης...13 1.4.3 Πίσσα...15 1.4.4 Μονοξείδιο του άνθρακα...15 1.4.5 Υδροκυάνιο στον καπνό τσιγάρου...16 1.4.6 Αρσενικό στον καπνό τσιγάρων...16 1.4.7 Βενζόλιο...17 1.4.8 Κάδμιο...18 1.4.9 Φορμαλδεΰδη...19 1.5 Εσωτερικά και εξωτερικά συστατικά των τσιγάρων στην Κύπρο...20 1.6 Ενεργητικό - Παθητικό κάπνισμα...20 1.7 Ασθένειες από το κάπνισμα...22 1.7.1 Καρκίνος...22 1.7.2 Καρκίνος του παγκρέατος...22 1.7.3 Βρογχογενής καρκίνος...23 1.7.4 Έλκος του στομάχου...24 1.7.5 Χρόνια βρογχίτιδα...25 1.7.6 Η επίδραση του καπνίσματος στα επίπεδα λιπιδίων του αίματος...26 1.8 Ψυχολογία του καπνιστή...26 1.9 Τι επιχειρήματα θα χρησιμοποιούσαμε για να πείσουμε ένα καπνιστή να κόψει το τσιγάρα...26 1.10 Τρόποι προφύλαξης από το κάπνισμα...27 Κεφάλαιο 2 - ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ RAMAN...29 2.1 Λειτουργία συστήματος Ράμαν...32 Κεφάλαιο 3 Πειραματική διαδικασία...34 3.1 Εισαγωγή...34 3.2 Κατασκευή μηχανής «καπνίσματος»...34 3.3 Λήψη δειγμάτων...36 3.4 Επεξεργασία δειγμάτων ώστε να είναι έτοιμα για την φασματοσκοπία Ράμαν 36 3.5 Εξακρίβωση των παραμέτρων που θα χρησιμοποιηθούν για τη φασματοσκοπία Ράμαν...36 Κεφάλαιο 4 - Επεξεργασία των δεδομένων...38 4.1 Εισαγωγή...38 4.1.1 Διαδικασία υλοποίησης...38 4.2 Μέθοδοι που χρησιμοποιήθηκαν για την υλοποίηση των αλγορίθμων...38 4.2.1 Μέθοδος λόγων...38 4.2.2 Μέθοδος πρώτης παραγώγου...38 4.2.3 Μέθοδος δεύτερης παραγώγου...39 4.3 Συναρτήσεις που βοήθησαν στην υλοποίηση των αλγορίθμων...39 4.3.1 ReadRamanDAT...39 4.3.2 RemoveCosmicSpikes...39 vi

4.3.3 FilterRamanData...41 4.4 Principal Component Analysis (PCA)...41 4.5 Επεξήγηση αλγορίθμου...41 4.5.1 Προετοιμασία δεδομένων για επεξεργασία...41 4.5.2 Εύρεση της κατάλληλης μεθόδου η οποία δίνει τα καλύτερα αποτελέσματα...42 Κεφάλαιο 5 Αποτελέσματα...45 5.1 Εισαγωγή...45 5.2 Ανάλυση αποτελεσμάτων αλγορίθμων...46 Κεφάλαιο 6 Συμπεράσματα...47 Βιβλιογραφία...48 Παράρτημα 1 - Συστατικά καπνών...49 Παράρτημα 2 Κώδικες...59 Ολοκληρωμένος αλγόριθμος παραγώγων...59 Ολοκληρωμένος αλγόριθμος μεθόδου αναλογιών...61 Παράρτημα 3 Μάρκες τσιγάρων...65 vii

Κεφάλαιο 1 - Εισαγωγή 1.1 Ιστορία του καπνού Το κάπνισμα φύλλων διάφορων φυτών ήταν συνήθεια ορισμένων αρχαίων Ευρωπαϊκών και Ασιατικών λαών. Η εισπνοή καπνού φυτών προκαλούσε παραισθήσεις. Οι Ινδιάνοι εκτός από το κάπνισμα χρησιμοποιούσαν τον καπνό για μάσημα αλλά και για θεραπευτικούς σκοπούς. Το 1573 οι Γάλλοι Liebawit, Evererd και ο Ισπανός γιατρός Morardes ανακάλυψαν διάφορες θεραπευτικές χρήσεις του καπνού ως αλοιφή, πούδρα ή καθαρτικό. Έτσι σιγά-σιγά ο καπνός διαδίδεται σε διάφορες χώρες. Τα τσιγάρα εμφανίστηκαν το 19 ο αιώνα, ενώ το 1880 εφευρέθηκε μια αυτόματη μηχανή που τύλιγε τα τσιγάρα που μέχρι σήμερα έρχονται στην αγορά. Το 1989 προσδιορίζονται οι κανόνες που ισχύουν στα Κράτη Μέλη της Ευρώπης σχετικά με τις επιγραφές οδηγιών καπνού για την υγεία των χρηστών. Το 1990 άλλη οδηγία καθορίζει την ελαττωμένη ποσότητα πίσσας στα τσιγάρα. Ενώ το 1992 ψηφίστηκε οδηγία η οποία επεκτείνει τους περιορισμούς για τα προϊόντα καπνού και ιδίως, ότι έχει σχέση με τις επιγραφές σε αυτά. Η ίδια οδηγία απαγορεύει το μάσημα του καπνού λόγω του παρατηρηθέντος μεγάλου βαθμού καρκινογένεσης. Αργότερα επαναπροσδιορίστηκαν οι οδηγίες για τα προϊόντα καπνού σχετικά με την παρασκευή τους, παρουσίαση τους και την πώληση τους, αναμορφώνοντας έτσι τις οδηγίες του 1989, 1990 και 1992. Τα κύρια σημεία της νέας οδηγίας έχουν έως εξής: ελάττωση της μέγιστης ποσότητας πίσσας από 12 mg σε 10mg ανά τσιγάρο και μονοξείδιο του άνθρακα σε 10mg ανά τσιγάρο. [4] 1.2 Εξωτερικό τμήμα τσιγάρου Τα μέρη του τσιγάρου είναι: το τσιγαρόχαρτο που κρατά τον καπνό τα φίλτρα οι κόλλες (γόμμες) που χρησιμοποιούνται για να ενώσουν το χαρτί τα μελάνια εκτύπωσης 8

Σχήμα 1: Εξωτερικό τμήμα ενός τσιγάρου Το πρόσθετο τσιγαρόχαρτο χρησιμοποιείται για να συγκρατεί τον καπνό. Επίσης βοηθά το τσιγάρο να καίγεται ομοιόμορφα. Το πορώδες αυτού του χαρτιού επηρεάζει την ποιότητα του τσιγάρου. Η κόλλα (γόμμα Sideseam) χρησιμοποιείται για να κολλήσει το τσιγαρόχαρτο δυνατά γύρω από τον καπνό. Το φίλτρο κατασκευάζεται από μια ξύλινη ίνα (οξικό άλας κυτταρίνης) που απορροφά τα μόρια του καπνού. Βοηθά στην ελάττωση της πίσσας και της νικοτίνης κατά την εισπνοή του καπνού. 1.3 Περιβαλλοντικός καπνός τσιγάρου Ο περιβαλλοντικός καπνός τσιγάρου, ή το ETS (Environmental Tobacco Smoke), ορίζεται ως συνδυασμός αραιωμένου καπνού από ένα τσιγάρο που σιγοκαίεται και του καπνού που προέρχεται από την εκπνοή ενός καπνιστή. Ο καπνός που δημιουργείται από τις εκπομπές ενός τσιγάρου που σιγοκαίεται παραμένει περισσότερη ώρα στην ατμόσφαιρα λόγω του ότι τα μόρια του είναι μικρότερα από τα μόρια του καπνού που εκπνέεται από τον καπνιστή. Επίσης απορροφώνται καλύτερα από τους ανθρώπινους πνεύμονες. Αυτό, σε συνδυασμό με τις τοξικές χημικές ιδιότητες του καπνού καθιστά τον καπνό από ένα τσιγάρο που σιγοκαίεται πιο επικίνδυνο να αναπνέεται από τον καπνό που εκπνέεται από τον καπνιστή. [1] 9

Η αραίωση του περιβαλλοντικού καπνού εξαρτάται από: όγκο δωματίου αερισμό χώρου θερμοκρασία υγρασία αριθμό ανθρώπων στο δωμάτιο 1.4 Συστατικά τσιγάρου Βασικό συστατικό για την παρασκευή των τσιγάρων είναι ο καπνός. Για την βελτιστοποίηση τους σε θέμα ποιότητας προστέθηκαν και άλλα συστατικά. Οι λόγοι που καθιστούν απαραίτητη την προσθήκη επιπλέον συστατικών στην ολοκλήρωση των τσιγάρων είναι: Για την διατήρηση των σωστών επιπέδων υγρασίας Για προστασία του προϊόντος από μικροοργανισμούς με τη βοήθεια συντηρητικών Για αραίωση άλλων συστατικών μέσω διαλυτών Οι αρωματικές ουσίες (σοκολάτα, φράουλα, χωρίς γεύση) βοηθούν στο να κάνουν πιο ελκυστικό το κάπνισμα. Ανάλογα με το είδος του καπνού και την μέθοδο επεξεργασίας που χρησιμοποιείται καθορίζεται ο χαρακτήρας, η γεύση και το άρωμα του τσιγάρου. Γενικότερα από τα ξερά φύλλα του καπνού ξεχωρίστηκαν 300 περίπου ενώσεις που μεγάλο μέρος τους είναι επιζήμιο για τον οργανισμό. Με το κάπνισμα πραγματοποιείται στεγνή απόσταξη του καπνού. Μ' αυτή τη διαδικασία σχηματίζονται τέτοιες ενώσεις όπως η νικοτίνη, το υδρόθειο, το οξικό οξύ, το μυρμηκικό οξύ, το υδροκυάνιο, το βουτυρικό οξύ, η πυριδίνη, το αιθυλένιο, το ισοπρένιο, το βενζοπυρένιο, το μονοξείδιο και το διοξείδιο του άνθρακα, το ραδιενεργό πολώνιο, η αμμωνία, το βισμούθιο, το νικέλιο, τα αιθέρια έλαια και άλλες χημικές ενώσεις. [1] Με το κάπνισμα 20 τσιγάρων μέσης δραστικότητας και βάρους 0.5 γραμμαρίων το καθένα, εισάγονται στον οργανισμό του ανθρώπου 0.09 γραμμάρια νικοτίνης, 0.11 10

γραμμάρια πυριδινικών βάσεων, 0.032 γραμμάρια αμμωνίας, 0.006 γραμμάρια υδροκυανίου και 369 mg μονοξείδιο του άνθρακα. 1.4.1 Χημικές ουσίες στον καπνό του τσιγάρου Ο καπνός τσιγάρων περιέχει πάνω από 4000 χημικές ενώσεις. Πολλές είναι τοξικές, και μερικές είναι γνωστές καρκινογόνες ουσίες. Μερικές από αυτές είναι: Αμμωνία: Η αμμωνία χρησιμοποιείται για ενίσχυση της επίδρασης της νικοτίνης στα κατασκευασμένα τσιγάρα. Βενζόλιο: Το βενζόλιο υπάρχει στον καπνό τσιγάρων και υπολογίζεται ότι συντελεί με ποσοστό 50% στα προβλήματα υγείας από το τσιγάρο. Κάδμιο: Το κάδμιο είναι ένα τοξικό βαρύ μέταλλο που είναι παρόν σε χαμηλά επίπεδα στα τρόφιμα, και σε υψηλά επίπεδα στον καπνό τσιγάρων. Μονοξείδιο του άνθρακα: Το μονοξείδιο του άνθρακα είναι ένα δηλητηριώδες, άχρωμο και άοσμο αέριο που παράγεται ως αποτέλεσμα της ελλιπής καύσης του άνθρακα. Φορμαλδεΰδη: Η φορμαλδεΰδη είναι μια καρκινογόνος ουσία, αρμόδια για τις ενοχλήσεις της μύτης, του λαιμού και των ματιών κατά την εισπνοή του καπνού. Υδροκυάνιο: Είναι ένα από τα τοξικά υποπροϊόντα του καπνού των τσιγάρων. Νικοτίνη: Η νικοτίνη είναι ένα άχρωμο, δηλητηριώδες αλκαλοειδές. Πίσσα: Η πίσσα είναι ο όρος που χρησιμοποιείται για να περιγράψει τις στερεές τοξικές χημικές ουσίες που βρίσκονται στα τσιγάρα.[1] 1.4.2 Νικοτίνη Η νικοτίνη είναι το βασικό δηλητήριο του καπνιστή. Πολύ δυνατό ναρκωτικό που προκαλεί εθισμό στον άνθρωπο. Είναι ελαιώδους σύστασης υγρό, με άσχημη μυρωδιά, πικρή και καυστική γεύση. Είναι αλκαλοειδές, δηλαδή είναι αζωτούχος ουσία φυτικής προέλευσης με αλκαλικές αντιδράσεις που επιδρούν βαθιά στο νευρικό σύστημα των ζώντων οργανισμών. Αλκαλοειδή είναι η κοκαΐνη, η μορφίνη, η στρυχνίνη, η καφεΐνη και το κουράριο. Το ποσοστό νικοτίνης ανά τσιγάρο κυμαίνεται στο 1% μέχρι 8%. Στον επεξεργασμένο καπνό τσιγάρων, το ποσοστό της νικοτίνης δεν ξεπερνά το 2%. 11

Η νικοτίνη είναι το βασικότερο συστατικό στον καπνό και προκαλεί εθισμό. Είναι ένα φυσικό άχρωμο, δηλητηριώδες, αλκαλοειδές υγρό. [1] 1.4.2.1 Επίδραση νικοτίνης Η επίδραση της νικοτίνης στον εγκέφαλο και το σώμα είναι σύνθετη. Με κάθε τσιγάρο, ένας καπνιστής παίρνει περίπου 1 έως 2 mg νικοτίνης. Ο καπνιστής αμέσως μετά την έκθεση στη νικοτίνη, νοιώθει διεγερμένος. Αυτό προκαλείται λόγω υποκίνησης που υφίστανται οι αδένες των επινεφρίδιων οι οποίοι παράγουν την αδρεναλίνη. Η αδρεναλίνη προκαλεί αύξηση της πίεσης του αίματος, της αναπνοής, και των καρδιακών παλμών. Επιπρόσθετα η νικοτίνη προκαλεί απελευθέρωση δοπαμίνης στον εγκέφαλο. Η δοπαμίνη είναι μια χημική ουσία αρμόδια για το αίσθημα της ευχαρίστησης. Αυτά τα συναισθήματα ευφορίας ενισχύουν την εθιστική επίδραση της νικοτίνης. Επίσης η νικοτίνη επηρεάζει το κεντρικό και το αυτόνομο, συμπαθητικό και παρασυμπαθητικό νευρικό σύστημα. Ο καπνός συνδέεται με τους βλεννογόνους του στόματος, τους βλεννογόνους της μύτης, τους βλεννογόνους του στομάχου, τους βρόγχους και τους πνεύμονες. Η νικοτίνη επενεργεί στο νευρικό και στο καρδιοαγγειακό σύστημα. Αυξάνει τη πίεση του αίματος, προκαλεί διαταραχές στη όραση, στην ακοή, προκαλεί ψευδαισθήσεις και σπασμούς. Όπως αναφέρθηκε πιο πάνω η νικοτίνη απορροφάται με μεγάλη ευκολία και ταχύτητα από το βλεννογόνο με το οποίο έρχεται σε επαφή. Ιδιαίτερα με το βρογχικό επιθήλιο και το επιθήλιο των πνευμονικών κυψελίδων. Μόλις περάσει μέσα στην κυκλοφορία του αίματος, η απορροφημένη νικοτίνη μεταβολίζεται κατά μεγάλο ποσοστό από το συκώτι, και αποβάλλεται από τα ούρα και τον ιδρώτα. Χρειάζεται περίπου μισή ώρα για να αποβληθεί η ποσότητα νικοτίνης που έχει απορροφηθεί. Η νικοτίνη είναι ιδιαίτερα εθιστική. Δρα σαν τονωτικό και ηρεμιστικό στο κεντρικό νευρικό σύστημα. Με την κανονική χρήση του καπνού, τα επίπεδα νικοτίνης συσσωρεύονται στο σώμα κατά τη διάρκεια της ημέρας και εμμένουν όλη νύχτα. Κατά συνέπεια, οι καθημερινοί καπνιστές εκτίθενται στα αποτελέσματα της νικοτίνης για 24 ώρες κάθε ημέρα. [1] 12

Η νικοτίνη που καπνίζεται από το τσιγάρο ή το πούρο χρειάζεται μόνο λίγα δευτερόλεπτα για να φθάσει στον εγκέφαλο και έχει άμεση επίδραση στο σώμα μέχρι και 30 λεπτά. Μετά το τέλος της επίδρασης της νικοτίνης έπεται κατάθλιψη και κούραση. Αυτό οδηγεί τον καπνιστή στην λήψη επιπλέον νικοτίνης. 1.4.2.2 Συμπτώματα νικοτίνης Η επαναλαμβανόμενη έκθεση στη νικοτίνη οδηγεί στην συνήθεια του οργανισμού σε αυτή την ουσία. Αυτό οδηγεί τον καπνιστή στη χρήση περισσότερης ποσότητας νικοτίνης για να φτάσει στα επιθυμητά επίπεδα ευχαρίστησης. Όταν ένα επαρκές επίπεδο νικοτίνης δεν διατηρείται, τότε ο καπνιστής θα υποστεί στερητικό σύνδρομο. Τα συμπτώματα του στερητικού συνδρόμου είναι: μειωμένο ποσοστό καρδιακών παλμών δυσκολία συγκέντρωσης νευρικότητα πονοκέφαλους αυξημένη όρεξη αύξηση του βάρους αϋπνία οξυθυμία κατάθλιψη Τα άτομα που πάσχουν από αυτό το σύνδρομο χρειάζονται περισσότερο χρόνο για να επανακτήσουν τη συναισθηματική τους ισορροπία μετά από πίεση. Επίσης κατά τη διάρκεια αποχής από το κάπνισμα, παρατηρήθηκε εξασθένιση ψυχοκινητικών και γνωστικών λειτουργιών όπως η γλωσσική κατανόηση. [1] 1.4.2.3 Επιπτώσεις νικοτίνης Με βάση τα όσα γνωρίζουμε μέχρι τώρα μπορούμε να μιλήσουμε για τις επιπτώσεις που έχει η νικοτίνη στον οργανισμό. Υπενθυμίζουμε ότι τα αλκαλοειδή είναι αζωτούχες ουσίες, φυτικής προέλευσης, με αλκαλικές αντιδράσεις (απ' όπου και το όνομα), που επιδρούν στο νευρικό σύστημα των ζώντων οργανισμών (ανθρώπων και ζώων). 13

Οι γυναίκες που καπνίζουν γενικά έχουν πρόωρη εμμηνόπαυση. Κάπνισμα σε συνδυασμό χρήσης αντισυλληπτικών οδηγούν σε καρδιαγγειακές και εγκεφαλοαγγειακές παθήσεις. Επίσης οι έγκυες γυναίκες που καπνίζουν διατρέχουν αυξανόμενο κίνδυνο να γεννήσουν θνησιγενή ή πρόωρα νήπια. Επίσης παρατηρήθηκε ότι παιδιά γυναικών που κάπνιζαν ενώ ήταν έγκυος τείνουν να έχουν προβλήματα συμπεριφοράς και τάση στο κάπνισμα. Ακόμα μια επίπτωση, είναι ότι τα αιμοφόρα αγγεία, κάτω από μια συνεχή διακύμανση πιέσεων, τείνουν να χάσουν την ελαστικότητά τους και να φθαρθούν. Συχνές είναι λοιπόν στους καπνιστές οι καρδιαγγειακές διαταραχές. Σημαντικό να αναφερθεί είναι το γεγονός ότι αν και τον πρώτο καιρό η νικοτίνη αυξάνει τις περισταλτικές κινήσεις του εντέρου, εν τω χρόνο προκαλεί δυσκοιλιότητα. Επιπλέον μια αρνητική επίπτωση της νικοτίνης είναι στην οπτική ικανότητα. Προκαλεί περιορισμό της αιμάτωσης του αμφιβληστροειδή χιτώνα, με αποτέλεσμα την μείωση της οπτικής οξύτητας και της διάκρισης των χρωμάτων. [1] Επιπρόσθετα όσοι, για λόγους εργασίας, έρχονται συνεχώς σε επαφή με φύλλα του καπνού τείνουν να παθαίνουν δηλητηριάσεις. Πιο κοινή είναι η χρόνια δηλητηρίαση που λέγεται "χρόνια δηλητηρίαση καπνού" και όχι νικοτίνης, επειδή δεν γνωρίζουμε ακόμη ποιες είναι οι επιπτώσεις που οφείλονται καθαρά στη νικοτίνη και ποιες στις άλλες ουσίες που υπάρχουν στο καπνό. Τέλος, μια ασθένεια σχετικά σπάνια αλλά που σίγουρα σχετίζεται με τη χρήση του καπνού είναι η νόσος Μπέργκερ. Αυτή η ασθένεια προσβάλει τα αιμοφόρα αγγεία πρήζοντας τα τοιχώματα των αρτηριών και των φλεβών δημιουργώντας θρόμβους που φράζουν το αγγείο. Γενικά η νόσος προσβάλει τις κάτω αρθρώσεις του σώματος και κυρίως τα πόδια, προκαλώντας πολύ έντονους πόνους που σε λίγο διάστημα εμποδίζουν τον ασθενή να περπατήσει. Έτσι φτάνει η ανάγκη του ακρωτηριασμού του μέλους που έχει προσβληθεί από την ασθένεια για να μην δημιουργηθεί 14

γάγγραινα. Οι αγγειοχειρουργοί επιβεβαιώνουν ότι όταν οι ασθενείς της νόσου Μπέργκερ σταματήσουν να καπνίζουν, τότε τα συμπτώματα υποχωρούν και το κακό σιγά-σιγά γιατρεύεται. 1.4.3 Πίσσα Άλλο συστατικό του τσιγάρου είναι η πίσσα. Η πίσσα περιέχει εκατό καρκινογόνες ουσίες ικανές να προκαλέσουν όγκους. Η πιο επικίνδυνη ουσία που έχει η πίσσα είναι το βενζοπυρένιο που είναι αρωματικός υδατάνθρακας. Υπάρχουν 7 mg έως 15 mg πίσσας ανά τσιγάρο. [1] 1.4.4 Μονοξείδιο του άνθρακα Το μονοξείδιο του άνθρακα (CO Carbon Monoxide) είναι ένα δηλητηριώδες, άχρωμο και άοσμο αέριο που παράγεται ως αποτέλεσμα του ελλιπούς καψίματος του άνθρακα. Ο καπνός τσιγάρων μπορεί να περιέχει υψηλά επίπεδα CΟ. [1] Επίσης το μονοξείδιο του άνθρακα συνδέεται πιο εύκολα με την αιμοσφαιρίνη απ ότι το οξυγόνο. Με αυτό τον τρόπο δεν οξυγονώνεται πλήρως το αίμα και κατ επέκταση ολόκληρος ο οργανισμός. Έτσι κατά την εισπνοή του μονοξειδίου του άνθρακα προκαλείτε: κούραση αυξανόμενο θωρακικό πόνο σε άτομα με χρόνιες καρδιακές παθήσεις. Στα υγιή άτομα, η εισπνοή μονοξειδίου του άνθρακα μπορεί να προκαλέσει: πονοκεφάλους ίλιγγο αδυναμία υπνηλία ναυτία εμετό σύγχυση αποπροσανατολισμό 15

1.4.5 Υδροκυάνιο στον καπνό τσιγάρου Όταν τα συστατικά στα τσιγάρα καίγονται, παράγουν πολλές δηλητηριώδεις και καρκινογόνες ενώσεις. Μια από αυτές είναι το υδροκυάνιο. [1] Η αναπνοή υδροκυανίου σε μικρές ποσότητες μπορεί να προκαλέσει: πονοκέφαλο ίλιγγο αδυναμία ναυτία εμετό Ενώ σε μεγαλύτερες ποσότητες μπορεί να προκαλέσει: λαχάνιασμα ανώμαλους κτύπους της καρδιάς λιποθυμία γρήγορο θάνατο Επίσης σοβαρό κίνδυνο διατρέχουν και οι παθητικοί καπνιστές που εκτίθενται στον καπνό τσιγάρων. Η θεραπεία από τη δηλητηρίαση υδροκυανίου περιλαμβάνει χρήση καθαρού οξυγόνου. 1.4.6 Αρσενικό στον καπνό τσιγάρων Το αρσενικό είναι ένα φυσικό, δηλητηριώδες στοιχείο που βρίσκεται στο χώμα. Το αρσενικό μπορεί να βρεθεί μόνο ως μέταλλο, ή συχνότερα ως ένωση μετάλλου. Οι δύο μορφές ενώσεων αρσενικού είναι: Το οργανικό αρσενικό το οποίο διαμορφώνεται όταν συνδυάζετε αρσενικό με άνθρακα και υδρογόνο. Το ανόργανο αρσενικό το οποίο εμφανίζεται όταν συνδυάζετε αρσενικό με στοιχεία όπως οξυγόνο, χλώριο και θείο. Το οργανικό αρσενικό είναι λιγότερο τοξικό από το ανόργανο αρσενικό, και μεταφέρεται στον ανθρώπινο οργανισμό μέσω τροφίμων και νερού. [1] 16

Η Διεθνής Επιτροπή αντικαρκινικού αγώνα έχει ταξινομήσει το αρσενικό ως καρκινογόνο στους ανθρώπους. Το ανόργανο αρσενικό έχει συνδεθεί με διάφορους καρκίνους, που περιλαμβάνουν: καρκίνος του πνεύμονα καρκίνος του δέρματος καρκίνος της ουροδόχου κύστης καρκίνος του συκωτιού καρκίνος των νεφρών Κοινές πηγές έκθεσης αρσενικού: Τρόφιμα: Ο μέσος αμερικανικός ενήλικος παίρνει 50 χιλιοστόγραμμα του αρσενικού κάθε ημέρα, από τον οποίο το 80 τοις εκατό προέρχεται από το κρέας, τα ψάρια και τα πουλερικά. Μερικά κρασιά περιέχουν επίσης τα αξιοπρόσεχτα επίπεδα αρσενικού λόγω των φυτοφαρμάκων που χρησιμοποιούνται στην καλλιέργεια. Πίνοντας νερό Καπνός τσιγάρων: Τα φυτοφάρμακα που χρησιμοποιούνται στον καπνό που καλλιεργείτε εμμένετε σε μικρές ποσότητες στον καπνό τσιγάρων. Σύμφωνα με μια έκθεση από τον πίνακα των πόρων του αέρα Καλιφόρνιας και το τμήμα υγειονομικών υπηρεσιών, οι καπνιστές αναπνέουν κατ' εκτίμηση 0.8 έως 2.4 μικρογραμμάρια του ανόργανου αρσενικού ανά πακέτο των τσιγάρων. [1] 1.4.7 Βενζόλιο Το βενζόλιο είναι ένας διαλύτης που ταξινομείται ως ανθρώπινη καρκινογόνος ουσία και έχει προσδιοριστεί ως γνωστή αιτία της λευχαιμίας. Το βενζόλιο χρησιμοποιείται στην κατασκευή άλλων χημικών ουσιών, που περιλαμβάνουν: νάυλο, πολυστερίνη, φυτοφάρμακα και βενζίνη. [1] Γενικά θεωρείται ότι οι καπνιστές αντιμετωπίζουν έναν αυξανόμενο κίνδυνο λευχαιμίας. Η βραχυπρόθεσμη έκθεση στο βενζόλιο, μέσω εισπνοής ή κατάποσης, προκαλεί ζημία στο κεντρικό νευρικό σύστημα και μπορεί να οδηγήσει σε: παράλυση κώμα 17

σπασμούς ίλιγγο υπνηλία αυξημένους καρδιακούς παλμούς συμπίεση στο στήθος γρήγορη αναπνοή τρέμουλο Η μακροπρόθεσμη έκθεση στο βενζόλιο μπορεί να προκαλέσει: μείωση των κυττάρων λόγω ζημίας στο μυελό των οστών αναιμία λευχαιμία υπερβολική αιμορραγία γενετικές διαταραχές αρνητικές επιπτώσεις στο ανοσοποιητικό σύστημα Το βενζόλιο είναι μια από τις πολλές δηλητηριώδεις και καρκινογόνες χημικές ενώσεις που βρίσκονται στον αέρα ο οποίος μολύνθηκε από τον καπνό τσιγάρων. 1.4.8 Κάδμιο Το κάδμιο είναι ένα τοξικό βαρύ μέταλλο που εμφανίζεται στη φύση. Παράγεται επίσης ως υποπροϊόν της διαδικασίας τήξης των μετάλλων. Το κάδμιο βρίσκεται σε μικρά ποσοστά στο φαγητό και σε μεγάλα ποσοστά στα τσιγάρα. [1] Υπολογίζεται ότι 30 μικρογραμμάρια (mcg -- εκατομμυριοστά ενός γραμμαρίου) καδμίου προσλαμβάνονται ημερησίως ανά άτομο. Από αυτά 1-3 mcg παραμένουν στον ανθρώπινο οργανισμό. Κάθε τσιγάρο περιέχει 1-2 mcg καδμίου. Περίπου 60 τοις εκατό του καδμίου που εισπνέεται από τον καπνό τσιγάρων είναι σε θέση να περάσει μέσω των πνευμόνων και στο σώμα. Αυτό σημαίνει ότι για κάθε πακέτο των τσιγάρων που καπνίζονται, ένα πρόσωπο μπορεί να απορροφήσει επιπρόσθετα 1-3 mcg του καδμίου, πέρα από αυτό που κερδίζεται από άλλες πηγές στη καθημερινή ζωή τους. 18

Οι καπνιστές έχουν χαρακτηριστικά δύο φορές περισσότερο κάδμιο στον οργανισμό τους απ' ότι τα άτομα που δεν καπνίζουν. Η έκθεση στο κάδμιο μπορεί να προκαλέσει τα ακόλουθα συμπτώματα: ναυτία εμετό διάρροια κράμπες μυών εκροή σάλιου αισθητήριες διαταραχές τραυματισμός συκωτιού σπασμούς κλονισμός νεφρική ανεπάρκεια πνευμονικό οίδημα 1.4.9 Φορμαλδεΰδη Η φορμαλδεΰδη είναι ένα άχρωμο, εύφλεκτο αέριο με μια ισχυρή μυρωδιά. Φορμαλδεΰδη μικρής ποσότητας παράγεται στον ανθρώπινο οργανισμό φυσικά. Τα περισσότερα ποσοστά φορμαλδεΰδης απελευθερώνονται στο περιβάλλον με το κάψιμο των καυσίμων και των οικιακών αποβλήτων. [1] Ο καπνός τσιγάρων περιέχει τη φορμαλδεΰδη. Είναι μια βιομηχανική χημική ουσία που χρησιμοποιείται σε ποικίλες εφαρμογές. Η πιο κοινή μέθοδος έκθεσης των ανθρώπων στον να αναπνέουν τον αέρα που μολύνεται με τη φορμαλδεΰδη είναι στους εσωτερικούς χώρους οι οποίοι δεν έχουν καλό εξαερισμό. Τα προϊόντα που γίνονται με τη φορμαλδεΰδη μπορούν να απελευθερώσουν αυτό το αέριο με την πάροδο του χρόνου. Η φορμαλδεΰδη είναι ένα υποπροϊόν της διαδικασίας καύσης του καπνίσματος. Επίσης είναι αρμόδια για μερικές από τις ενοχλήσεις της μύτης, του λαιμού και των ματιών κατά την αναπνοή καπνού τσιγάρων. Βραχυπρόθεσμα αποτελέσματα της έκθεσης φορμαλδεΰδης: δάκρυσμα των ματιών 19

αισθήσεις καψίματος των ματιών της μύτης και του λαιμού βήξιμο ναυτία ερεθισμός του δέρματος. Μερικοί άνθρωποι εμφανίζονται να είναι αρκετά ευαίσθητοι στη φορμαλδεΰδη, ενώ άλλοι δεν έχουν καμία αντίδραση στο ίδιο επίπεδο έκθεσης. Οι άνθρωποι που είναι ευαίσθητοι στη φορμαλδεΰδη διατρέχουν τον κίνδυνο να πάθουν άσθμα από τη συνεχή έκθεση στην εισπνεόμενη φορμαλδεΰδη. [1] Μακροπρόθεσμα αποτελέσματα της έκθεσης φορμαλδεΰδης: ρινικό καρκίνο ρινοφαρυγγικό καρκίνο 1.5 Εσωτερικά και εξωτερικά συστατικά των τσιγάρων στην Κύπρο Στο Παράρτημα 1 παρατίθεται ο πίνακας που δείχνει όλα τα συστατικά από τα οποία αποτελείται ένα τσιγάρο που παρασκευάζεται στην Κύπρο. Σ αυτόν τον πίνακα διακρίνονται: τα υλικά που καίγονται, όπως καπνός, αρωματικές ουσίες, τσιγαρόχαρτο και τα υλικά που δεν καίγονται, όπως φίλτρα. Οι τιμές για κάθε προϊόν παρουσιάζονται σε χιλιοστόγραμμα (mg) και ως ποσοστό (%) ενός χαρακτηριστικού τελικού προϊόντος. Μπορεί να υπάρξει μια πολύ μικρή διαφορά μεταξύ των πραγματικών τελικών τιμών των προϊόντων. Επίσης στον πίνακα παρουσιάζεται ο δείκτης της μέγιστης χρήσης MU (Maximum Used) για κάθε συστατικό ανά βάρος (mg) και ανά ποσοστό (%) ενός προϊόντος. [1] 1.6 Ενεργητικό - Παθητικό κάπνισμα Αδιαμφισβήτητα το κάπνισμα είναι μια από τις χειρότερες συνήθειες ενός μεγάλου ποσοστού ατόμων, που ορίζονται ως ενεργητικοί καπνιστές. Επίσης μεγάλο κίνδυνο διατρέχουν και οι παθητικοί καπνιστές οι οποίοι παθητικά εισπνέουν τον καπνό του τσιγάρου. 20

Ένα κίνητρο το οποίο ωθεί τα περισσότερα άτομα να ξεκινήσουν το κάπνισμα είναι η ικανότητα που έχει η νικοτίνη στο να βελτιώνει την ικανότητα συγκέντρωσης. Μελέτες έδειξαν ότι κάθε 8 δευτερόλεπτα σε κάποιο σημείο του κόσμου ένα άτομο πεθαίνει πρόωρα εξ' αιτίας του ενεργητικού ή του παθητικού καπνίσματος. Υπολογίστηκε ότι ο καπνός του παθητικού καπνίσματος αποτελείται από: a) 85% από τον καπνό που εισπνέει και στην συνέχεια εκπνέει ο καπνιστής και b) 15% από τον καπνό που παράγεται άμεσα από την καύση του τσιγάρου Οι έρευνες των τελευταίων χρόνων αποδεικνύουν ακαταμάχητα πως οι μη καπνιστές που συστηματικά αναπνέουν τον καπνό των τσιγάρων αρρωσταίνουν από καρκίνο των πνευμόνων τόσο συχνά όσο εκείνοι που καπνίζουν. Τα συμπτώματα που παρατηρούνται σε έναν παθητικό καπνιστή που δουλεύει σε κλειστό χώρο γεμάτο καπνό είναι: δυστονία του νευρικού συστήματος πονοκέφαλος ζάλη διακυμάνσεις της αρτηριακής πίεσης λιποθυμίες επίμονοι πόνοι στην καρδιά Επίσης καπνίζοντας οι ενήλικοι προξενούν μεγάλες ζημιές στα παιδιά όπως: βρογχίτιδα πνευμονία έμβρυα με χαμηλό σωματικό βάρος τάση για αυξημένη προγεννητική θνησιμότητα αυξημένη πιθανότητα συγγενών ανωμαλιών χαμηλότερο δείκτη νοημοσύνης Το παθητικό κάπνισμα υπολογίζεται ως η τρίτη σημαντικότερη αιτία θανάτου σε παιδιά ηλικίας κάτω των 5 ετών. 21

Οι γυναίκες αρχίζουν το κάπνισμα σε νεότερες ηλικίες, αυξάνοντας τις πιθανότητες εμφάνισης ασθενειών που σχετίζονται με το κάπνισμα. Είναι γνωστό ότι στις γυναίκες που καπνίζουν κατά τη διάρκεια της εγκυμοσύνης φθάνει λιγότερο οξυγόνο στο αίμα του μωρού που βρίσκεται στη μήτρα. Η πιθανότητα να προκληθεί αποβολή ή ενδομήτριος θάνατος είναι μεγαλύτερη, καθώς επίσης εμφανίζονται και πρόωροι τοκετοί, αναπνευστικά προβλήματα και εγκεφαλικές αιμορραγίες. [4] 1.7 Ασθένειες από το κάπνισμα 1.7.1 Καρκίνος Δεδομένη είναι η άμεση σχέση του καπνίσματος με τον καρκίνο. Το κάπνισμα μπορεί να δημιουργήσει καρκίνο: στον λάρυγγα στους πνεύμονες στη στοματική κοιλότητα στο φάρυγγα στον οισοφάγο στο πάγκρεας στο ήπαρ στην ουροδόχο κύστη στο στομάχι στα νεφρά στον τράχηλο της μήτρας. Επίσης και το ακούσιο παθητικό κάπνισμα μπορεί να προκαλέσει καρκίνο του πνεύμονα. [4] 1.7.2 Καρκίνος του παγκρέατος Ο καρκίνος του παγκρέατος είναι κακοήθης και αντιμετωπίζεται αν διαγνωσθεί έγκαιρα. Η διάγνωση όμως δεν είναι εφικτή πριν εμφανιστούν συμπτώματα. Στη φάση αυτή όμως ο καρκίνος είναι ήδη αρκετά προχωρημένος. Το 90% των καρκίνων του παγκρέατος δεν είναι δυνατό να αφαιρεθούν χειρουργικά. 22

Ακόμα δεν γνωστοποιήθηκε η αιτία που προκαλεί τον καρκίνο του παγκρέατος, αν και η ηλικία αποτελεί κάποιο επιβαρυντικό παράγοντα. Πιθανοί παράγοντες είναι φυλετικοί ή και λόγοι διατροφής. [4] Το κάπνισμα τριπλασιάζει τον κίνδυνο ανάπτυξης του καρκίνου του παγκρέατος. Παράγοντες κινδύνου είναι: Φυλετικοί, όπου οι άνδρες προσβάλλονται τρεις φορές συχνότερα απ ότι οι γυναίκες. Η ανάπτυξη του όγκου είναι σπάνια πριν από την ηλικία των 40 ετών, με μέγιστη επίπτωση γύρω στα εξήντα. Κάπνισμα άνω των δύο πακέτων ημερησίως. Έκθεση πάνω από δέκα χρόνια σε χημικά προϊόντα, ιδιαιτέρως παράγωγα και διαλύματα πετρελαιοειδών. Άτομα που πάσχουν από χρόνια φλεγμονή του παγκρέατος. Συνήθης συμπτώματα: πόνος στην άνω κοιλία ανορεξία ναυτία εμετοί δυσκοιλιότητα απώλεια βάρους διάρροια λόξυγκας κνησμός του δέρματος οίδημα των κάτω άκρων διαταραχές του ύπνου αίσθηση κόπωσης 1.7.3 Βρογχογενής καρκίνος Αποτελεί την πρώτη αιτία θανάτου από καρκίνο και το κυριότερο αίτιο είναι το κάπνισμα. Είναι δύσκολο να διαγνωστεί και να θεραπευτεί. Μεγάλο κίνδυνο ανάπτυξης καρκίνου του πνεύμονα διατρέχουν και οι παθητικοί καπνιστές. [4] 23