Este es el primer artículo de una serie de publicaciones que explicarán cómo funcionan los vaporizadores, el aerosol que generan, sus propiedades, su régimen óptimo de operación, las condiciones de sobrecalentamiento y las «caladas secas» (dry puffs), así como comparaciones con el humo del tabaco y otros aerosoles.
Comprender cómo se forman, operan y pueden analizarse los aerosoles del vapeo proporciona el conocimiento necesario para entender su uso placentero, su perfil toxicológico y su seguridad relativa en comparación con el humo del tabaco y otros aerosoles y contaminantes.
Este conocimiento (presentado sin tecnicismos innecesarios) refuerza nuestra confianza en el papel del vapeo como una estrategia de reducción de daños y nos ayuda a contrarrestar la desinformación ignorante y malintencionada.
Parte 1
Los daños del tabaquismo no provienen de la nicotina, sino de su vehículo de entrega dañino: el humo del tabaco (Michael Russell). El vapeo reemplaza este vehículo nocivo por lo que coloquialmente llamamos «vapor» (de ahí que «vapeemos»), aunque sabemos que en realidad no es vapor, sino un «aerosol» que debe diferenciarse del «humo» (otro tipo de aerosol) que emerge de los cigarrillos.
¿Qué es un aerosol?
Primero, necesitamos una definición rápida:
AEROSOL (definición): Un sistema compuesto por partículas microscópicas (fase particulada) suspendidas y transportadas por un medio gaseoso (fase gaseosa).
Tanto los aerosoles de los vaporizadores como el humo del tabaco cumplen plenamente con esta definición, aunque estrictamente hablando el término «humo del tabaco» denota tres aerosoles relacionados pero distintos.
Además de las emisiones del vapeo y el humo del tabaco, existen muchos otros aerosoles, tanto naturales como de origen humano. Fenómenos como nubes, niebla, smog, contaminación del aire, gases de escape de automóviles, humo de chimeneas, tormentas de arena, erupciones volcánicas, aerosoles domésticos, ambientadores, velas encendidas, la cocción de alimentos, el «vapor» que sale de una tetera, la ducha caliente o una sauna cumplen con la definición de aerosol.
Ejemplos de aerosoles
Lo que distingue un aerosol de otro es el tipo de partículas (sólidas/líquidas, composición química, cantidad, tamaños) y el tipo de gas que las transporta (usualmente una mezcla de gases). Primero describiremos la formación de aerosoles en una tetera como una analogía simplificada para comprender los aerosoles del vapeo.
Vaporización y ebullición
Los aerosoles pueden formarse a través de diversos procesos físico-químicos. Un ejemplo simple es el aerosol visible que surge como una nube de una tetera eléctrica cuando hierve agua para hacer té. Este aerosol se genera a partir de varios procesos, no es instantáneo y no involucra inicialmente a toda el agua dentro de la tetera.
El primer proceso es la ebullición normal. A medida que la resistencia eléctrica de la tetera suministra calor, se forman pequeñas burbujas de aire. Con más calor, la ebullición se intensifica y las moléculas de agua líquida ganan suficiente energía para formar burbujas más grandes llenas de vapor de agua (agua en estado gaseoso). La evaporación ocurre cuando estas burbujas alcanzan la superficie y explotan, liberando vapor.
Cuando la temperatura del agua alcanza los 100°C (punto de ebullición a presión atmosférica a nivel del mar), la energía suministrada se usa para vaporizar agua de manera constante. En este punto, el agua se encuentra en ebullición estable, con la presión del agua equilibrando la presión del vapor circundante en el aire.
Normalmente, las teteras se apagan automáticamente (o las apagamos manualmente) cuando se alcanza la ebullición normal, antes de que toda el agua se evapore. Para una taza de té, solo necesitamos que el agua llegue a su punto de ebullición (no bebemos el vapor). Sin embargo, una vez que el agua hierve, se ha formado suficiente vapor mezclado con aire, cuya presión y temperatura superan las del aire exterior.
Si se sigue aplicando calor, la temperatura de la resistencia supera la temperatura de ebullición, pasando a una fase llamada «ebullición nucleada», donde se produce más vapor pero de manera inestable, con burbujas que se fusionan y agrandan. Un suministro adicional de calor causa un rápido aumento de temperatura y la formación de una película de vapor que rodea la resistencia, atrapando el calor. Esto se llama «ebullición en película», un estado caótico y poco estable.
Cuando preparamos té, apagamos la tetera en la ebullición normal para evitar que pase a la ebullición nucleada o en película, generando solo la evaporación suficiente para alcanzar la temperatura de ebullición.
El vapeo placentero también requiere permanecer en condiciones de ebullición normal, lo que depende de un delicado equilibrio entre la potencia suministrada y la capacidad de evacuar y enfriar suficiente vapor de e-líquido para formar el aerosol (lo veremos en la próxima publicación).
Aerosoles de fase líquida
Cuando comienza la ebullición normal, se genera suficiente vapor mezclado con aire dentro de la tetera, cuya presión y temperatura son mayores que las del exterior.
Esta diferencia de presión genera una fuerza impulsora (un gradiente de presión convectivo) en la mezcla de aire y vapor cerca de la boquilla de la tetera, expulsando el vapor de agua caliente mezclado con aire hacia el aire exterior más frío.
A medida que el gas (vapor de agua mezclado con aire) es expulsado, se enfría y se condensa. El término «condensación» significa lo contrario de la evaporación: la misma sustancia (agua) pasa del estado gaseoso al estado líquido.
En este caso, diminutas porciones del vapor de agua (moléculas en estado gaseoso) se agrupan y forman microscópicas gotículas líquidas que se desplazan junto con el vapor. ¡Se ha formado un aerosol!
Este proceso de formación de un aerosol se conoce como «condensación nucleada«. La nube visible que emerge de la boquilla de la tetera es la manifestación de un aerosol cuyas «partículas» son líquidas (las gotas de agua) y cuyo «medio gaseoso» es el vapor de agua mezclado con aire.
¿Por qué vemos la nube, pero normalmente no vemos el aire (que es transparente)?
El vapor de agua puro (o cualquier gas puro) es invisible, es decir, completamente transparente. Sin embargo, en este caso, el vapor de agua está mezclado con aire y transporta millones de minúsculas gotículas microscópicas de agua.
En este aerosol de fase líquida, las gotículas son esféricas y tienen diámetros de aproximadamente 1/1000 de milímetro. Estos millones de gotículas son lo suficientemente numerosas y pequeñas como para desviar y dispersar la luz, por lo que las percibimos colectivamente como una nube.
Podemos decir que un vapeador es una especie de mini-tetera, ya que:
- Tanto el vaporizador como la tetera calientan y vaporizan líquidos mediante energía eléctrica suministrada como calor a una resistencia.
- El aerosol del vapeo se forma de manera muy similar al aerosol de la tetera y presenta propiedades similares al aerosol de agua generado en la tetera.
Sin embargo, en lugar de agua, lo que hierve y se vaporiza en los vaporizadores es la mezcla de e-líquido, compuesta por:
Propilenglicol (PG) y glicerina vegetal (VG) (los dos disolventes principales), nicotina y sustancias aromatizantes, además de contaminantes en niveles traza.
La temperatura de ebullición varía según la composición del e-líquido, oscilando entre 180°C para el PG puro y 288°C para el VG puro, con valores intermedios dependiendo de la mezcla utilizada. La expulsión del vapor del e-líquido también es impulsada por un gradiente de presión, pero en este caso, proviene de la inhalación del usuario.
Analogía con la tetera:
- El vapor (ahora vapor del e-líquido) es transportado casi instantáneamente por el flujo de aire generado por la inhalación del usuario, mezclándose con el aire, enfriándose y condensándose.
- Las gotículas líquidas se forman por condensación nucleada y son transportadas por el flujo de inhalación: se forma el aerosol.
- Las «partículas» del aerosol son gotículas líquidas compuestas por los mismos compuestos que el e-líquido original, y el medio gaseoso es una mezcla de vapor de e-líquido y aire.
- La condensación del vapor para formar el aerosol ocurre localmente, involucrando el e-líquido alrededor de la mecha de algodón en la resistencia, del mismo modo que el aerosol de la tetera se forma en la boquilla.
Sin embargo:
- No vemos una nube porque el aerosol es completamente inhalado; solo la vemos cuando es exhalado.
- La analogía con la tetera es más precisa al hablar del aerosol ambiental exhalado, que es una versión diluida del aerosol inhalado, ya que los usuarios retienen la mayor parte de la masa del aerosol inhalado (incluyendo la nicotina).
Fases del aerosol y cambios de estado
El término «fase» en la definición de aerosol se refiere a uno de los tres estados en los que existen las sustancias térmicas: líquido, vapor (o gas) y sólido. Los aerosoles del vapeo y de la tetera contienen dos fases:
- Fase gaseosa: el vapor del e-líquido (o vapor de agua en la tetera).
- Fase líquida: las gotículas suspendidas en el aire.
Las fases de una sustancia pueden cambiar con variaciones de temperatura y presión. En el caso del aerosol del vapeo, solo ocurren dos cambios de fase:
- Evaporación: líquido → gas
- Condensación: gas → líquido
Estos procesos ocurren junto con reacciones químicas de baja energía, inducidas por el calentamiento, que generan trazas de subproductos.
Por otro lado, la formación de muchos otros aerosoles (como el humo) es mucho más compleja, ya que implica múltiples cambios de fase, como la sublimación (sólido → gas), y una serie de reacciones químicas altamente energéticas.
Aerosoles del vapeo y sus subproductos
La analogía entre los aerosoles generados en una tetera y los aerosoles del vapeo es conceptualmente útil, pero tiene limitaciones evidentes, principalmente porque las mezclas de e-líquidos son químicamente más complejas que el agua. Mientras que el agua es una sustancia simple, el e-líquido contiene al menos tres compuestos principales (PG, VG y nicotina), además de docenas de compuestos aromatizantes y trazas de contaminantes.
Una vez que el aerosol se forma, la distribución de cada compuesto entre la fase gaseosa y la fase particulada (partición de fase) depende de las condiciones de evaporación y condensación, siendo más compleja que en el caso de compuestos individuales. En particular, la volatilidad (capacidad de evaporación) es el factor clave que determina la fase en la que se encuentra cada compuesto.
Al generarse el aerosol, se establece una partición de fase específica para cada sustancia:
- El propilenglicol (PG), al ser una molécula ligera y muy volátil, tiende a encontrarse en la fase gaseosa.
- La glicerina vegetal (VG), más pesada y menos volátil, se encuentra mayormente en las gotículas líquidas del aerosol.
- La nicotina presenta una volatilidad variable, dependiendo de si se encuentra en forma de sal de nicotina o nicotina base, además de estar influenciada por el pH del líquido, lo que hace que su partición de fase sea muy diversa y compleja.
Algunos compuestos aromatizantes pasan sin alteraciones del e-líquido al aerosol, pero la mayoría se descompone en subproductos, que se suman a los subproductos generados por la degradación térmica del PG y el VG durante el proceso de calentamiento.
Evolución del aerosol en el sistema respiratorio
A medida que el aerosol evoluciona desde su formación hasta llegar a las vías respiratorias, ya no recibe aporte de calor, por lo que solo experimenta cambios de fase que modifican la partición de fase y el tamaño de las gotículas, debido a procesos físicos de aerosoles, como:
- Coagulación (las partículas se agrupan entre sí),
- Nucleación (formación de nuevas partículas),
- Impactación (colisión con superficies de las vías respiratorias),
- Asentamiento gravitacional (sedimentación de partículas más pesadas),
- Difusión (movimiento aleatorio de partículas más pequeñas).
Composición química y subproductos del aerosol del vapeo
La composición química del aerosol del vapeo es casi idéntica a la del e-líquido original, pero el proceso de calentamiento genera entre 80 y 150 nuevos compuestos debido a reacciones químicas dependientes de la temperatura, conocidas como degradación térmica (o pirólisis de baja energía), en las que moléculas más grandes se descomponen en moléculas más pequeñas.
Este proceso afecta principalmente al PG, VG y compuestos aromatizantes, generando subproductos como aldehídos (formaldehído, acetaldehído, acroleína), que son altamente volátiles y, por lo tanto, aparecen principalmente en la fase gaseosa del aerosol.
Sin embargo, bajo condiciones normales de vapeo, la eficiencia de estas reacciones es muy baja, lo que significa que los subproductos aparecen en cantidades mínimas y en concentraciones muy por debajo de los niveles presentes en el humo del tabaco.
Degradación térmica y formación de aldehídos en aerosoles de vapeo
Las reacciones térmicas que ocurren durante el vapeo descomponen principalmente el propilenglicol (PG), la glicerina vegetal (VG) y los compuestos aromatizantes en productos secundarios, entre ellos los aldehídos, que son sustancias altamente volátiles y, por lo tanto, tienden a aparecer mayoritariamente en la fase gaseosa del aerosol.
Sin embargo, estas reacciones no son eficientes a las temperaturas normales de formación del aerosol (que oscilan entre 180°C y 288°C, el rango de ebullición del e-líquido), lo que significa que los subproductos generados aparecen en cantidades mínimas, en niveles traza.
Bajos niveles de aldehídos en condiciones normales de vapeo
En condiciones normales de vapeo (que se analizarán en el próximo artículo), la gran mayoría de los 80 a 150 subproductos de degradación térmica aparecen en cantidades insignificantes, apenas por encima de los límites de detección o cuantificación en estudios analíticos.
Entre este conjunto de subproductos, los aldehídos más abundantes (o menos despreciables) y comúnmente detectados son:
- Formaldehído
- Acetaldehído
- Acroleína
De estos, el formaldehído suele encontrarse en la mayor cantidad.
Comparación de emisiones entre vapeo y cigarrillos
La mayoría de los estudios de emisiones bajo condiciones normales de vapeo reportan que los niveles de estos aldehídos están por debajo de 1 microgramo (µg) por calada, lo que equivale a 0.001 miligramos (mg) por calada.
Para poner esto en perspectiva, los niveles de los mismos compuestos en el humo del cigarrillo utilizado en pruebas de laboratorio son mucho más altos:
Compuesto | Vapeo (mg/cal)* | Cigarrillos (mg/cal) |
| Formaldehído | <0.001 mg | 7.5 – 12.5 mg |
| Acetaldehído | <0.001 mg | 50 – 150 mg |
| Acroleína | <0.001 mg | 7.5 – 15 mg |
* Bajo condiciones normales de vapeo
Esto significa que las concentraciones de estos aldehídos en el aerosol del vapeo son miles de veces inferiores a las detectadas en el humo del tabaco, lo que sugiere un perfil de exposición significativamente menor.
Niveles anormales de aldehídos en pruebas de laboratorio
La detección de 10 microgramos (µg) de formaldehído por calada en pruebas de emisiones en laboratorio ya indica un problema metodológico en la prueba, ya sea por:
- Uso de dispositivos obsoletos de «resistencia superior» (top coil), que tienden a sobrecalentarse fácilmente.
- Condiciones de prueba artificiales, con una potencia excesiva aplicada por las máquinas de fumado en comparación con la forma en que los usuarios realmente vapean.
Errores en estudios sobre aldehídos
Alrededor del año 2015, varios estudios reportaron niveles de aldehídos superiores a 300 mg por calada, valores que superaban ampliamente los niveles encontrados en el humo del tabaco.
Sin embargo, cuando el investigador Farsalinos y su equipo replicaron estos estudios, demostraron que estos niveles extremadamente altos fueron producidos bajo condiciones de vapeo anormales y extremas, en particular:
- La aparición del fenómeno conocido como «dry puff» (calada seca), que ocurre cuando el algodón de la resistencia se seca y comienza a quemarse, generando un aerosol con un sabor extremadamente desagradable para los usuarios.
- Este aerosol no sería inhalado voluntariamente por los vapeadores, ya que es instantáneamente repulsivo, invalidando la relevancia de estas pruebas para evaluar exposiciones en condiciones reales de uso.
Estos hallazgos evidenciaron que los estudios iniciales no reflejaban situaciones reales de vapeo, sino escenarios forzados y artificiales que distorsionaban las conclusiones sobre la presencia de aldehídos en el aerosol de los vaporizadores.
¿Qué sigue? Próxima publicación: Parte 2
Explicaremos qué se consideran condiciones normales para vapear. Existen rangos específicos de operación (potencia, flujo de aire, resistencia de la bobina, proporción PG/VG, tipo y concentración de nicotina) que permiten que el vapeo se realice de manera eficiente.
En 2015, algunos estudios reportaron niveles anormalmente altos de aldehídos, superiores a los del humo del tabaco. Sin embargo, estos niveles fueron replicados por Farsalinos y su equipo, quienes demostraron que fueron causados por condiciones extremas de vapeo (las llamadas «caladas secas») que generan un aerosol desagradable para los usuarios.
Este artículo fue traducido y adaptado al español por el equipo de Vaping Today. Publicación original: A full guide to vapes: Post 1. Si encuentra algún error, inconsistencia o tiene información que pueda complementar el texto, comuníquese utilizando el formulario de contacto o por correo electrónico a redaccion@thevapingtoday.com.
