Étude de la composition de différentes fumées de cigarette associées aux tabagismes actif et passif

par Sébastien Schramm

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Frédéric Aubriet et de Vincent Carré.

Le président du jury était Daniel Canet.

Le jury était composé de Hélène Budzinski, Caroline Tokarski.

Les rapporteurs étaient Maurice Millet, Philippe Schmitt-Kopplin.


  • Résumé

    La fumée de cigarette est reconnue pour être un important polluant des espaces confinés. La matière particulaire qui lui est associée présente un intérêt toxicologique important, tant dans le cadre du tabagisme actif que passif, de par sa forte propension à être retenue dans les voies respiratoires. De plus, les molécules qui les constituent ou qui sont adsorbées à leur surface peuvent être, après leur rétention, transférées à l'organisme sur des périodes de temps importantes ce qui conduit à une exposition prolongée à ces molécules, certaines étant reconnues toxiques. Cependant, les méthodes d'analyses classiques ne permettent qu'une description partielle et ciblée. C'est dans ce contexte qu'a été entrepris ce travail de thèse sur l'étude détaillée de la composition des particules impliquées dans le tabagisme actif et passif. Dans un premier temps, une méthode de quantification par chromatographie gazeuse couplée à la spectrométrie de masse en tandem (GC-MS/MS) a été mise en place dans le but de valider le dispositif de fumage et de prélèvement. Ainsi, la reproductibilité des échantillons de fumées de cigarette soumis à l'étude a pu être assurée. En considérant l'évolution de traceurs comme la nicotine ou certains HAPs, un plan d'expérience a permis d'évaluer l'influence sur la nature des prélèvements, de différentes caractéristiques associées aux bouffées (durée, débit d'aspiration) et à la cigarette (taux d'humidité, perméabilité du filtre). Dans un second temps, les particules de fumées inspirées (MSS), expirées (EXS) et de fumées émises entre deux bouffées (SSS) ont été analysées par spectrométrie de masse à résonance cyclotronique des ions et à transformée de Fourier couplée à l'ionisation/désorption laser (LDI-FTICRMS) ou électrospray (ESI-FTICRMS). La comparaison MSS/EXS met en évidence une rétention préférentielle dans l'organisme des composés à forte polarité. Les SSS quant à elles révèlent des composés plus aromatiques et moins oxygénés que les MSS. Ce résultat a été associé à une différence de température et à une différence d'apport d'oxygène au niveau du foyer de combustion pendant et entre les bouffées. Ces paramètres influencent en effet la nature du phénomène majoritaire qui s'y produit (phases de pyrolyse et/ou de combustion). Un autre paramètre qui permet d'expliquer les différences observées est l'absence d'interactions des SSS après leur émission. Au contraire, les MSS, qui traversent le tabac encore non-consumé et le filtre de la cigarette, sont en mesure d'entrainer les molécules volatiles qu'ils contiennent telle que la nicotine par exemple. Ces résultats ont été, pour bon nombre, confirmés et complétés par des études réalisées en résonance magnétique nucléaire (RMN). L'ensemble des résultats obtenus dans l'étude des MSS, SSS et EXS montre que, pour une part importante, fumeur passif et fumeur actif sont exposés à des classes de molécules différentes qui seraient en mesure de conduire à des pathologies spécifiques

  • Titre traduit

    Investigation of the composition of different cigarette smoke associated with active and passive smoking


  • Résumé

    Cigarette smoke is one of the more significant indoor contaminant. Cigarette smoke is associated with gas phase and particulate matter phase components. The cigarette smoke particles are of major concern from a toxicological viewpoint, for both active and passive smoking. Indeed a large part of them is retained by the different levels of human respiratory system. As a consequence, the molecules adsorbed on their surface or the molecules, which compose the particle itself, can be slowly released in the organism. In this context, particles involved in active and passive smoking were analyzed and compared. In a first step, a quantification method by gas chromatography-tandem mass spectrometry (GC-MS/MS) for some tracers has been developed and validated to allow the validation of both the smoking and the sampling procedures to be achieved. This is important to be sure that for a given cigarette smoke types, the different samples obtained from different collection procedure are statistically identical. This also allowed the influence of some smoking variables (type and humidity of the cigarette, puff duration, and flow rate of the puff) on the composition of the particles to be evaluated. In a second step, mainstream cigarette smoke (MSS), sidestream cigarette smoke (SSS) and exhaled cigarette smoke (EXS) particles were analyzed by ion cyclotron resonance mass spectrometry coupled with laser desorption/ionisation (LDI-FTICRMS) or electrospray ion (ESI-FTICRMS). The comparison of MSS and EXS revealed the selective retention of the more polar molecules in the organism. In contrast to what it is obtained for MSS, it was found that the compounds detected in the analysis of SSS particles are highly unsaturated and content low amounts of oxygen and nitrogen atoms. This has to be linked to a lower dioxygen amounts and to a lower temperature between two puffs in the burning zone. Consequently, pyrolytic and combustion phenomena are the main process which induce the formation of SSS and MSS, respectively. Moreover, MSS cross unburned tobacco before to be collected and can induce distillation of some volatile compounds (e.g. nicotine) which are thought to be more saturated and more oxygenated that the compounds generated in the burning zone. These results were confirmed and completed by nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy analysis. The results of the MSS, SSS and EXS particle analysis highlight the differences of chemical composition of these different cigarette smokes which is associated to active smoking for the first one and passive smoking for the latter ones. Consequently, differences of toxicological effect can be expected for each kinds of smoking behavior


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