Epigenetické účinky výfukových plynů nafty a expozice ozónu (Lamarck)

Tato studie porovná epigenetické reakce zdravých dospělých a dospělých s mírným astmatem na výfukové plyny nafty a expozici ozónu. Až padesát subjektů bude přijato do skupiny zdravých dospělých a až třicet subjektů do skupiny lehkých až středně těžkých astmatiků. Normální zdravá skupina i skupina astmatiků budou náhodně vystaveni čistému vzduchu, výfukovým plynům z nafty a ozónu s intervaly mezi jednotlivými expozicemi minimálně dva týdny, po nichž bude následovat bronchoskopie 18-24 hodin po expozici. Kromě toho se zdravá skupina zúčastní druhé větve studie, ve které budou náhodně vystaveni čistému vzduchu a ozónu pouze s odstupem minimálně 2 týdnů, po nichž bude následovat bronchoskopický postup 1 hodinu po expozici. Reakce primárního zájmu budou zahrnovat: 1) genetické a epigenetické změny 2) FEV1 měřené spirometrií a 3) zánět plic a buněčné změny hodnocené bronchoalveolární laváží. Provedení těchto zkoušek a postupů se považuje za nezbytné pro provedení studie. Explorativní koncové body budou zahrnovat: krevní CBC a diferenciál, fibrinogen a krevní destičky, změny v IL 6 a IL 8 srovnání hodnot před expozicí a po expozici. Bezpečnostní koncové body budou zahrnovat srovnání teploty, telemetrie, dechové frekvence, saturace O2 a skóre symptomů před a po expozici a 18–24 hodin po expozici. Všechny lékařské postupy budou prováděny studijním personálem.

Až dalších 15 zdravých subjektů bude přijato speciálně pro vystavení ozónu generovanému pomocí těžkého neradioaktivního izotopu kyslíku (18O). Neexistuje žádné riziko pro subjekt vdechování tohoto izotopu, který se přirozeně vyskytuje v malých koncentracích. Již dříve jsme použili 18Ozón ve studii schválené UNC IRB v roce 1993. Účelem těchto expozic je změřit množství 18O značky připojené k buňkám epitelu dýchacích cest odstraněných během bronchoskopie a tak vypočítat dávku ozónu, kterou tyto buňky obdržely. Odebereme malý vzorek krve, ale u těchto subjektů nebudou prováděny žádné jiné testy kromě běžné spirometrie, abychom se ujistili, že nejsou ohroženi bronchoskopií.

Den fyzického vyšetření:

Před náborem do studie podstoupí subjekty fyzickou zkoušku. Během této návštěvy bude proveden krátký přehled historie subjektu a budou posouzeny vitální funkce, výška a hmotnost (teplota, puls, dechová frekvence a krevní tlak), aby se určilo, zda jedinec splňuje nějaká hlavní vylučovací kritéria pro studii. . Pro CBC/diferenciální, chemický a lipidový panel lze odebrat až 50 ml krve. V této době může subjekt podstoupit fyzikální vyšetření za účelem bronchoskopie nebo může být naplánováno na jedno na jiný čas.

Pro účast v této studii budou subjekty požádány, aby:

• Vyhněte se kouři a výparům po dobu 24 hodin před všemi návštěvami.
• Vyhněte se pití alkoholu 24 hodin před každou návštěvou.
• Vyhněte se namáhavému cvičení po dobu 24 hodin před a po všech návštěvách.
• Žádný kofein po dobu 12 hodin před všemi studijními návštěvami.
• Před expozicí, kde se provádí bronchoskopie ~ 24 hodin po expozici, snězte normální snídani.
• Večer před bronchoskopií nejezte ani nepijte nic po půlnoci. To zahrnuje nejíst a nepít před expozicemi, při kterých se bronchoskopie provádí 1 hodinu po expozici.

Tréninkový den

1. Způsobilé subjekty se budou hlásit do výzkumné laboratoře na přibližně 2hodinové školení.
2. Bude získán informovaný souhlas.
3. Hodnocení vitálních funkcí (teplota, puls, dechová frekvence a krevní tlak), saturace kyslíkem
4. Těhotenské testy budou provedeny u všech žen, které mohou otěhotnět.
5. Subjekty budou trénovány na cykloergometru a bude stanovena pracovní zátěž pro vyvolání minutové ventilace normalizované pro tělesný povrch 25 l/m2/BSA. U většiny předmětů to bude asi 50 l/min (IE. VO2 přibližně 2,0 l/m). Pracovní nastavení cyklického ergometru 75 až 100 wattů obvykle dosáhne takové fyziologické odezvy
6. Subjekty provedou spirometrii.
7. Subjektům se zobrazí komora, kde bude probíhat expozice. Studijní část 1 – Bronchoskopie ~24 hodin po expozici (zdraví a astmatici)

Den expozice 1

Subjekty budou vystaveny ozónu, výfukovým plynům z nafty a čistému vzduchu při třech různých příležitostech, přičemž mezi jednotlivými expozicemi budou minimálně dva týdny (půjde o 2 návštěvy). Subjekty přijímající 18Ozón budou vystaveny pouze ozónu.

1. Subjekty budou požádány, aby dorazily na místo studie ne dříve než v 8 hodin ráno a podstoupí hodnocení vitálních znaků (teplota, puls, dechová frekvence a krevní tlak), saturace kyslíkem a hodnocení skóre symptomů.
2. Těhotenské testy budou provedeny u všech žen, které mohou otěhotnět.
3. K monitorování srdce bude připojena telemetrická jednotka.
4. Subjekt bude vybaven Holterovým monitorem a subjekt bude požádán, aby si na 30 minut lehl na tichém tmavém místě. Přibližně po 20 minutách se aktivuje časový ukazatel, takže během následujících 10 minut lze odečítat hodnoty frekvence variability srdeční frekvence. Subjekt bude nosit Holterův monitor dalších 24 hodin. Subjektům vystaveným působení 18Ozónu nebude Holter vybaven.
5. Venipunkce: Bude odebráno až 80 ml krve pro CBC/diferenciál a může být použita pro hodnocení koagulační funkce a markerů, fagocytární funkce, zánětu a markerů buněčného povrchu. Část vzorku může být použita pro izolaci RNA pro mikročipovou analýzu a pro izolaci DNA pro účely genotypizace. Předexpoziční krev nebude odebrána subjektům vystaveným 18Ozónu
6. Základní spirometrie
7. Expoziční relace: Expozice ozónu, výfukových plynů nafty nebo čistého vzduchu bude probíhat v expoziční komoře v EPA Human Studies Facility v areálu UNC. Každý subjekt bude vystaven až 0,3 ppm ozónu, výfukovým plynům nafty (až 300 ug/m3) nebo čistému vzduchu po dobu 2 hodin. Subjekty začnou cvičit na rotopedu. Každé cvičení se bude skládat z 15minutového intervalu cvičení na úrovni až 25 l/m2/BSA s následnou 15minutovou přestávkou. Během každého cvičení lze měřit minutovou ventilaci. Kontinuální srdeční frekvence a rytmus a saturace kyslíkem budou monitorovány pomocí telemetrie a pulzní oxymetrie. Krevní tlak může být monitorován přerušovaně. Subjekty budou požádány, aby se zdržely, ale nebylo jim zakázáno používat inhalační bronchodilatanci během expozice; pokud je užívání léků nezbytné, budou subjekty instruovány, aby udržovaly konzistentní užívání léků během dvou expozic. Subjekty budou moci kdykoli ukončit expozici a opustit komoru. Indikace pro ukončení expozice zahrnují významnou respirační tíseň nebo dušnost, bolest na hrudi nebo anginu pectoris, významné srdeční arytmie, bledost, ataxii nebo pokles nasyceného kyslíku o více než 5 bodů (nebo pokles na méně než 89 %). Budou neustále sledováni vyškoleným personálem a lékař je v pohotovosti vždy, když subjekt podstoupí zákrok v zařízení. Podrobný popis fyzických zařízení v Human Studies Division of the U.S. EPA Health Effects Research Laboratory nacházející se v kampusu UNC-CH byl publikován jako U.S. Government Publication EPA-600/1-78-064 a je uložen v kancelář Výboru UNC pro ochranu práv lidských subjektů. Lékařské pracoviště Divize humánních studií zahrnuje plně vybavenou lékařskou vyšetřovnu, kardiologický/respirační pohotovostní vozík, dospávací místnost, sesternu, čekárnu a konferenční místnosti. V zařízení pracují kvalifikovaní RN a na místě je k dispozici lékař, který včas zareaguje na lékařskou pohotovost. Expoziční atmosféra bude mít přibližně 40 + 10 % relativní vlhkosti a přibližně 22 + 2 oC. DE bude generován z dieselového generátoru používaného k napájení zátěžové banky, která je umístěna mimo Human Studies Facility, a následně zaveden do expoziční komory po různých ředěních čistým HEPA a vzduchem filtrovaným a zvlhčeným dřevěným uhlím, aby se dosáhlo koncentrace v komoře až až 300 μg/m3. Monitorovací analyzátor zaznamenává koncentraci v reálném čase. Expozice budou ukončeny při hodnotách ≥ 400 µg/m3 během běhů, ve kterých je cílem expozice 300 µg/m3 DE. Tento bezpečnostní limit zabrání inhalační expozici vyšší než 1080 µg, což předpokládá, že subjekt vdechne 2,7 m3 během 120minutové expozice. Hladiny oxidu uhelnatého (CO) a oxidů dusíku (NOx; hlavně NO a některé NO2) budou udržovány pod 10 ppm CO, 15 ppm NO a 2,5 ppm NO2 nebo bude expozice ukončena. [Časově vážený průměr OSHA 8 hodin (TWA) pro tyto látky je: CO=50 ppm; NO = 25 ppm; N02 = 5 ppm; Motorová nafta použitá pro studii bude zakoupena jako komerční palivo s ultra nízkým obsahem síry. Subjekty vstoupí do expoziční komory (asi 6 stop x 6 stop x 8 stop). Hmotnost částic bude měřena v reálném čase. Distribuce velikosti částic nemusí být stanovena během každé expozice subjektu, ale v pravidelných intervalech (např. měsíčně), aby se ukázalo, že se distribuce velikosti radikálně nemění. Vzorky filtrů budou také analyzovány na chemické složení částic. Expozice ozónu bude prováděna v komoře z nerezové oceli (6 stop x 6 stop x 8 stop) s nepřetržitým přívodem expozičního média. Ozon bude průběžně monitorován. Bezprostředně po expozici budou subjekty opět podrobeny spirometrii, Holterově monitorovacímu čtení frekvence, hodnocení symptomů a hodnocení vitálních funkcí.
8. Poté bude odebráno až 80 ml krve pro CBC/diferenciál, posouzení koagulační funkce, fagocytární funkce krevních leukocytů, cytokinů, markerů buněčného povrchu a izolace RNA pro mikročipovou analýzu. Subjektům vystaveným 18Ozónu bude odebráno pouze 20 ml krve pro analýzu 18O tagu přítomného na krevních buňkách a po expozici budou provedena spirometrická měření.

9. U subjektů vystavených 18Ozónu bude provedena bronchoskopie asi 1 hodinu po expozici.

   Expozice 18Ozónu a bronchoskopie přibližně o hodinu později by neměly zvýšit riziko pro subjekty. Dokončili jsme dvě dřívější studie, ve kterých subjekty podstoupily bronchoskopii po expozici koncentracím ozonu vyšším, než jaké byly použity v této studii, a nezaznamenali jsme žádné problémy. Jiní také publikovali studie, ve kterých byly subjekty vystaveny ozónu, po kterém následovala bronchoskopie o hodinu později

10. Předměty pak posoudí a propustí ošetřující personál.

Den expozice 2 (přibližně 24 hodin po expozici) Subjekty vystavené 18O se nevrátí 2. den

Subjekt dorazí do U.S. EPA HSF za:

1. Monitorování vitálních funkcí.
2. Bodování symptomů.
3. Venipunkce: bude odebráno až 80 ml krve pro CBC/diferenciál, koagulační funkci, posouzení fagocytární funkce krevních monocytů, zánětu a markerů buněčného povrchu a izolaci RNA pro mikročipovou analýzu.
4. Čtení a odstraňování frekvence Holterova monitoru
5. Spirometrie
6. Bronchoskopie. Subjekty podstoupí fyzikální vyšetření včetně posouzení vhodnosti pro transnazální fibrooptickou bronchoskopii v Human Studies Facility kompetentním pulmonologem nebo kompetentním komisí.

Před zákrokem subjekty provedou spirometrii (jak je uvedeno výše); bronchoskopie se neprovede, pokud funkce plic nesplňuje doporučenou výkonnostní úroveň (směrnice NIH; předpokládaná FEV1≥ 60 %). Před bronchoskopií se do žíly zavede malá hadička (IV) pro potenciální použití při podávání tekutin. Subjekty dostanou před bronchoskopií inhalovaný albuterol podle uvážení plicního lékaře provádějícího zákrok. Bronchoskopii s bronchoalveolární laváží a kartáčkovou biopsií bude provádět licencovaný lékař, který má certifikaci rady nebo je způsobilý v oboru plicní medicíny a má zkušenosti s bronchoskopií z optických vláken. Lékaři bude pomáhat alespoň jeden R.N se zkušenostmi v bronchoskopii. Subjekty budou během procedury pečlivě sledovány následujícím způsobem: 1) hrudní elektrody pro kontinuální elektrokardiogram, 2) pulzní oxymetrie arteriální krve a 3) monitorování krevního tlaku pomocí elektronického sfygmomanometru. Subjekty mohou být premedikovány IV atropinem (0,6 mg), aby se zabránilo bradykardii a hypotenzi, které by mohly být důsledkem vagové stimulace vyvolané průchodem bronchoskopu přes hrtan subjektu, a aby se minimalizovalo množství sekretů dýchacích cest. Během procedury bude podán nosní kyslík. Během bronchoskopie se nepodávají žádná sedativa a/nebo narkotika. Zjistili jsme, že premedikace sedativy (midazolam) nebo opiáty (demerol) není pro výzkumné bronchoskopické subjekty vyžadována. Vyhýbání se těmto lékům snižuje riziko zákroku a výrazně zkracuje dobu zotavení po zákroku. Neosynefrin se použije k odlehčení nosních cest, následuje kloktání roztokem lidokainu po dobu několika sekund, aby se anestetizoval hrdlo. Subjekt pak bude čichat (šňupat) malé množství lidokainového želé jednou nosní dírkou, aby anestetizoval nos a zadní část krku. Do nosu se jemně zavede Q-tip s lidokainovým želé, aby bylo zajištěno, že je před zavedením bronchoskopu zcela znecitlivěl. Lokální lidokainová anestezie bude podávána do hrtanu a dolních cest dýchacích bronchoskopem pro pohodlí subjektu a pro prevenci kašle, s maximální dávkou 15 ml 2% roztoku lidokainu (360 mg lidokainu) Bude získáno až 8 biopsií endobronchiálního kartáčku z dolní průdušnice a pravý a levý hlavní kmen průdušek. Cytologický kartáček (Bronchoskop Cytology Brush; Bard, Tewksbury, MA) je aplikován na oblast pod přímou vizualizací. Pro jeden kartáček se provede šest průchodů, každý s lineárním vychýlením přibližně 2-5 cm, kartáčkem podél endobronchiálního povrchu. Bronchoalveolární laváž bude provedena v pravém středním laloku s použitím celkového objemu až 250 cm3 sterilního 0,9% fyziologického roztoku; od jednoho do 5 alikvotů po 50 cm3 se vstříkne a okamžitě se nasaje kanálem v bronchoskopu pomocí injekční stříkačky.

Subjekty jsou pozorovány a sledovány po dobu minimálně 1 až 2 hodin po zákroku na lékařské stanici na místě registrovanou sestrou pod dohledem lékaře. Při propuštění budou subjekty bez příznaků. Subjektům, u kterých se po propuštění objeví nějaké příznaky, budou k dispozici alespoň 2 lékaři, včetně odpovědného bronchoskopisty (24 hodin denně). Subjekt je propuštěn lékařem a je mu poskytnuta jména a telefonní čísla bronchoskopisty a jednoho dalšího lékaře. Subjekt je kontaktován 24 hodin po bronchoskopii, aby se zeptal na jakékoli nežádoucí účinky.

Subjekty se vrátí do U.S. EPA HSF pro další expoziční sezení a postexpoziční bronchoskopie (kontrola vzduchu, ozón nebo naftový výfuk) po minimálním časovém intervalu dvou týdnů.

Studijní rameno 2 – Bronchoskopie 1 h po expozici (POUZE zdravé subjekty)

Den expozice 1

Subjekty budou vystaveny ozónu a čistému vzduchu při dvou různých příležitostech, přičemž expozice budou od sebe vzdáleny minimálně dva týdny (půjde o expoziční sezení s 1 návštěvou).

1. Subjekty budou požádány, aby dorazily na místo studie ne dříve než v 8 hodin ráno a podstoupí hodnocení vitálních znaků (teplota, puls, dechová frekvence a krevní tlak) a saturace kyslíkem.
2. Těhotenské testy budou provedeny u všech žen, které mohou otěhotnět.
3. K monitorování srdce bude připojena telemetrická jednotka.
4. Základní spirometrie
5. Zámek s fyziologickým roztokem bude umístěn do paže subjektu jako příprava na intravenózní podání tekutin po expozici.
6. Expoziční sezení: Expozice ozónu nebo čistému vzduchu bude probíhat v expoziční komoře v EPA Human Studies Facility v areálu UNC. Každý subjekt bude vystaven až 0,3 ppm ozónu nebo čistému vzduchu po dobu 2 hodin. Subjekty začnou cvičit na rotopedu. Každé cvičení se bude skládat z 15minutového intervalu cvičení na úrovni až 25 l/m2/BSA s následnou 15minutovou přestávkou. Během každého cvičení lze měřit minutovou ventilaci. Kontinuální srdeční frekvence a rytmus a saturace kyslíkem budou monitorovány pomocí telemetrie a pulzní oxymetrie. Krevní tlak může být monitorován přerušovaně. Subjekty budou moci kdykoli ukončit expozici a opustit komoru. Indikace pro ukončení expozice zahrnují významnou respirační tíseň nebo dušnost, bolest na hrudi nebo anginu pectoris, významné srdeční arytmie, bledost, ataxii nebo pokles nasyceného kyslíku o více než 5 bodů (nebo pokles na méně než 89 %). Budou neustále sledováni vyškoleným personálem a lékař je v pohotovosti vždy, když subjekt podstoupí zákrok v zařízení. Podrobný popis fyzických zařízení v Human Studies Division of the U.S. EPA Health Effects Research Laboratory nacházející se v kampusu UNC-CH byl publikován jako U.S. Government Publication EPA-600/1-78-064 a je uložen v kancelář Výboru UNC pro ochranu práv lidských subjektů. Lékařské pracoviště Divize humánních studií zahrnuje plně vybavenou lékařskou vyšetřovnu, kardiologický/respirační pohotovostní vozík, dospávací místnost, sesternu, čekárnu a konferenční místnosti. V zařízení pracují kvalifikovaní RN a na místě je k dispozici lékař, který včas zareaguje na lékařskou pohotovost. Expoziční atmosféra bude mít přibližně 40 + 10 % relativní vlhkosti a přibližně 22 + 2 oC. Expozice ozónu bude prováděna v komoře z nerezové oceli (6 stop x 6 stop x 8 stop) s nepřetržitým přívodem expozičního média. Ozon bude průběžně monitorován. Bezprostředně po expozici budou subjekty opět podrobeny spirometrii a hodnocení vitálních funkcí.
7. Před bronchoskopií budou podávány IV tekutiny, aby se zajistila správná hydratace subjektu
8. U subjektů bude provedena bronchoskopie přibližně 1 hodinu po expozici. Absolvování bronchoskopie přibližně jednu hodinu po expozici by nemělo zvýšit riziko pro subjekty. Dokončili jsme dvě dřívější studie, ve kterých subjekty podstoupily bronchoskopii po expozici koncentracím ozonu vyšším, než jaké byly použity v této studii, a nezaznamenali jsme žádné problémy. Jiní také publikovali studie, ve kterých byly subjekty vystaveny ozónu, po kterém následovala bronchoskopie o hodinu později.

Subjekty podstoupí fyzikální vyšetření včetně posouzení vhodnosti pro transnazální fibrooptickou bronchoskopii v Human Studies Facility kompetentním pulmonologem nebo kompetentním komisí. Před zákrokem subjekty provedou spirometrii (jak je uvedeno výše); bronchoskopie se neprovede, pokud funkce plic nesplňuje doporučenou výkonnostní úroveň (směrnice NIH; předpokládaná FEV1≥ 60 %). Bronchoskopii s bronchoalveolární laváží a kartáčkovou biopsií bude provádět licencovaný lékař, který má certifikaci rady nebo je způsobilý v oboru plicní medicíny a má zkušenosti s bronchoskopií z optických vláken. Lékaři bude pomáhat alespoň jeden R.N se zkušenostmi v bronchoskopii. Subjekty budou během procedury pečlivě sledovány následujícím způsobem: 1) hrudní elektrody pro kontinuální elektrokardiogram, 2) pulzní oxymetrie arteriální krve a 3) monitorování krevního tlaku pomocí elektronického sfygmomanometru. Subjekty mohou být premedikovány IV atropinem (0,6 mg), aby se zabránilo bradykardii a hypotenzi, které by mohly být důsledkem vagové stimulace vyvolané průchodem bronchoskopu přes hrtan subjektu, a aby se minimalizovalo množství sekretů dýchacích cest. Během procedury bude podán nosní kyslík. Během bronchoskopie se nepodávají žádná sedativa a/nebo narkotika. Zjistili jsme, že premedikace sedativy (midazolam) nebo opiáty (demerol) není pro výzkumné bronchoskopické subjekty vyžadována. Vyhýbání se těmto lékům snižuje riziko zákroku a výrazně zkracuje dobu zotavení po zákroku. Neosynefrin se použije k odlehčení nosních cest, následuje kloktání roztokem lidokainu po dobu několika sekund, aby se anestetizoval hrdlo. Subjekt pak bude čichat (šňupat) malé množství lidokainového želé jednou nosní dírkou, aby anestetizoval nos a zadní část krku. Do nosu se jemně zavede Q-tip s lidokainovým želé, aby bylo zajištěno, že je před zavedením bronchoskopu zcela znecitlivěl. Lokální lidokainová anestezie bude podávána do hrtanu a dolních cest dýchacích bronchoskopem pro pohodlí subjektu a pro prevenci kašle, s maximální dávkou 15 ml 2% roztoku lidokainu (360 mg lidokainu) Bude získáno až 8 biopsií endobronchiálního kartáčku z dolní průdušnice a pravý a levý hlavní kmen průdušek. Cytologický kartáček (Bronchoskop Cytology Brush; Bard, Tewksbury, MA) je aplikován na oblast pod přímou vizualizací. Pro jeden kartáček se provede šest průchodů, každý s lineárním vychýlením přibližně 2-5 cm, kartáčkem podél endobronchiálního povrchu. Bronchoalveolární laváž bude provedena v pravém středním laloku s použitím celkového objemu až 250 cm3 sterilního 0,9% fyziologického roztoku; od jednoho do 5 alikvotů po 50 cm3 se vstříkne a okamžitě se nasaje kanálem v bronchoskopu pomocí injekční stříkačky.

Subjekty jsou pozorovány a sledovány po dobu minimálně 1 až 2 hodin po zákroku na lékařské stanici na místě registrovanou sestrou pod dohledem lékaře. Při propuštění budou subjekty bez příznaků a budou schopny močit. Subjektům, u kterých se po propuštění objeví nějaké příznaky, budou k dispozici alespoň 2 lékaři, včetně odpovědného bronchoskopisty (24 hodin denně). Subjekt je propuštěn lékařem a je mu poskytnuta jména a telefonní čísla bronchoskopisty a jednoho dalšího lékaře. Subjekt je kontaktován 24 hodin po bronchoskopii, aby se zeptal na jakékoli nežádoucí účinky.

Subjekty se vrátí do U.S. EPA HSF na další expoziční sezení a postexpoziční bronchoskopie (kontrola vzduchu nebo ozón) po minimálním časovém intervalu dvou týdnů.

Předpokládáme provedení několika klinických postupů v průběhu této studie, které zahrnují primární, sekundární a explorativní cílové parametry. Je však možné, že ne všechny postupy budou provedeny u každého předmětu. Pokud nemůžeme provést zákrok z důvodu problému vyšetřovatele (jako jsou mimo jiné poruchy budovy/zařízení, zpoždění počasí nebo problémy s personálem), pak bude pacientovi za uvedený postup (postupy) a čas na to kompenzován. den a může být přeplánován.