Účinky sekvenční expozice oxidu dusičitému a ozónu u zdravých dospělých lidských dobrovolníků. (ENDZONE)

Navzdory zlepšení kvality ovzduší za posledních několik desetiletí žije více než 100 milionů lidí v USA stále v okresech, které nesplňují národní standardy kvality ovzduší (NAAQS) pro jednu nebo více znečišťujících látek. V průběhu každodenního života jsou jednotlivci vystaveni mnoha znečišťujícím látkám z různých zdrojů přírodního i antropogenního původu. Je stále jasnější, že expozice látek znečišťujících ovzduší je rizikovým faktorem pro exacerbaci a možná i progresi plicních a kardiovaskulárních onemocnění. Většina studií kontrolované expozice člověka zkoumala jednotlivé znečišťující látky; k reálným expozicím však dochází v kontextu komplexní směsi znečišťujících látek. Různé znečišťující látky dosahují maximální úrovně v různou dobu během dne, což vyvolává obavy, že expozice jedné znečišťující látce může jednotlivce senzibilizovat, takže jeho reakce na následnou expozici může být zvýšena. Posloupnost expozice těmto látkám tedy může ovlivnit jejich relativní účinky na zdraví a vést k tomu, že některé scénáře expozice jsou škodlivější než jiné.

Abychom definovali expozice více znečišťujícím látkám, které jsou relevantní pro scénáře reálného světa, konzultovali jsme odborníky z úřadu EPA Office of Air and Radiation (OAR), kteří nám doporučili prostudovat účinky sekvenční expozice NO2 a O3, což jsou dvě všudypřítomné polutanty podle kritérií NAAQS. Okolní denní profily těchto dvou znečišťujících látek naznačují, že hladiny NO2 často vrcholí ve večerních a ranních hodinách, po kterých následují vrcholové koncentrace O3 v poledni. Na základě těchto informací jsme navrhli zde popsanou studii, abychom určili, zda sekvenční expozice NO2 a O3 nebo O3 a NO2 povede k větším plicním a kardiovaskulárním účinkům než expozice jedné polutantu samotné. Ozon je hlavní složkou fotochemického smogu a je jednou z nejdůkladněji prozkoumaných plynných polutantů. Kontrolované studie expozice u lidí byly zásadní pro prokázání, že může způsobit zánět dýchacích cest, včetně zvýšení infiltrace neutrofilů do plic a produkce prozánětlivých mediátorů a nakonec snížení funkce plic. Novější studie ukázaly, že ozón může také zvýšit vaskulární zánět, stejně jako změnit řízení srdeční frekvence autonomním nervovým systémem. Oxid dusičitý je oxidant, který vzniká přirozenými a antropogenními procesy. Většina uměle vytvořeného NO2 je výsledkem rozsáhlých procesů souvisejících se spalováním, jako jsou automobilové emise a výroba elektřiny. Přestože expozice související s dopravou tvoří většinu emisí NO2. Emise z varných spotřebičů na zemní plyn a petrolejových ohřívačů vzduchu s nedostatečným větráním mohou sloužit jako významný zdroj expozice člověka NO2 v uzavřených prostorách. Předchozí studie ukázaly, že koncentrace NO2 mohou v oblasti kolem fungujícího plynového sporáku dosáhnout 600 ppb a maximální úrovně mohou přesáhnout 2000 ppb. Kontrolované studie expozice u lidí ukázaly, že expozice samotnému NO2 (v rozmezí 110-2000 ppb) vede k malému nebo žádnému pozorovatelnému snížení funkce plic; expozice NO2 však byla spojena se zvýšením hyperreaktivity dýchacích cest, náchylností k plicní infekci a zvýšeným zánětem plic. V poslední době byla expozice 500 ppb NO2 spojena se změnami v srdeční elektrofyziologii. Nedávné epidemiologické údaje naznačují, že expozice NO2 z emisí vozidel byla spojena s respirační i kardiovaskulární mortalitou. Předchozí studie ukázaly, že sekvenční expozice NO2 a O3 (v koncentracích podobných těm, které jsou navrženy v této studii) vede k většímu poklesu funkce plic a zvýšené nespecifické citlivosti dýchacích cest ve srovnání s expozicí O3, které předcházela expozice čistému vzduchu u mladých žen. Další studie prokázaly, že sekvenční expozice ozónu s odstupem 24 hodin vedla k většímu snížení funkce plic, hodnocené jako objem usilovného výdechu v první sekundě výdechu (FEV1), po druhé expozici, než bylo pozorováno po první. Bylo také prokázáno, že expozice ozónu má primární účinek na následnou expozici oxidu siřičitému (SO2) u dospívajících astmatiků a alergeny indukované odpovědi u chronicky alergických astmatiků. Kromě toho pokračující výzkum v EPA Human Studies Facility prokázal, že sekvenční vystavení lidí výfukovým plynům z nafty a ozónu může vést k většímu úbytku plicních funkcí než expozice jedné polutantu samotné. Vzhledem ke komplexní povaze expozice znečišťující látce nás zajímá, zda expozice jedné znečišťující látce může senzibilizovat osobu, takže následná expozice druhé znečišťující látce by způsobila výraznější reakci, než by se očekávalo na základě expozice pouze druhé znečišťující látce. V této studii tedy prozkoumáme dva scénáře expozice zahrnující postupné expozice NO2 a O3. První zahrnuje určení, zda počáteční expozice NO2 „připraví“ jednotlivce na následnou expozici O3. Druhý zahrnuje určení, zda počáteční expozice O3 v koncentraci, která vede k malým kardiopulmonálním změnám, které vymizí do 24 hodin, zvýší následnou expozici NO2. Obecně řečeno, expozice samotnému NO2 není spojena s výraznými změnami v metrikách kardiopulmonální funkce; nicméně věříme, že může modifikovat a být modifikován expozicí ozónu. Konkrétně bude tato studie testovat dvě obecné hypotézy. Za prvé předpokládáme, že předexpozice relativně nízké koncentraci NO2 „senzibilizuje“ jedince na následnou expozici O3 a povede k větším změnám v kardiopulmonální funkci ve srovnání s expozicí O3, které předchází expozice čistému vzduchu. Za druhé, předpokládáme, že preexpozice O3 v koncentraci, která byla dříve spojena s malými změnami v kardiopulmonální funkci, připraví jedince k větší reakci na NO2 ve srovnání s preexpozicí čistému vzduchu. Informace získané v průběhu této studie umožní EPA lépe vyhodnotit rizika spojená s následnou expozicí více znečišťujícím látkám a případně poskytnout rady ohledně činností ke zmírnění účinků.