Effekter af sekventiel eksponering for nitrogendioxid og ozon hos raske voksne frivillige. (ENDZONE)

På trods af forbedringer i luftkvaliteten i løbet af de seneste årtier bor over 100 millioner mennesker i USA stadig i amter, der ikke opfylder de nationale standarder for luftkvalitet (NAAQS) for en eller flere forurenende stoffer. I løbet af det daglige liv udsættes individer for flere forurenende stoffer fra forskellige kilder af både naturlig og menneskeskabt oprindelse. Det er blevet mere og mere klart, at eksponering for luftforurening er en risikofaktor for forværring og måske endda progression af lunge- og hjerte-kar-sygdomme. Størstedelen af ​​undersøgelser af kontrolleret eksponering af mennesker har undersøgt individuelle forurenende stoffer; eksponeringer i den virkelige verden forekommer dog i sammenhæng med en kompleks blanding af forurenende stoffer. Forskellige forurenende stoffer når topniveauer på forskellige tidspunkter i løbet af dagen, hvilket giver anledning til bekymring for, at eksponering for et forurenende stof kan sensibilisere et individ, så deres reaktion på en efterfølgende eksponering kan blive forbedret. Rækkefølgen af ​​eksponering for disse stoffer kan således påvirke deres relative sundhedsvirkninger og resultere i, at visse eksponeringsscenarier er mere skadelige end andre.

For at definere eksponeringer for flere forurenende stoffer, der er relevante for scenarier i den virkelige verden, konsulterede vi eksperter i EPA Office of Air and Radiation (OAR), som rådede os til at undersøge virkningerne af sekventiel eksponering for NO2 og O3, to allestedsnærværende NAAQS-kriterier forurenende stoffer. Omgivende døgnprofiler for disse to forurenende stoffer indikerer, at niveauerne af NO2 ofte topper i aften- og morgentimerne, som efterfølges af maksimale omgivende O3-koncentrationer midt på dagen. Ved at bruge denne information designede vi undersøgelsen beskrevet her for at bestemme, om sekventiel eksponering for NO2 og O3, eller O3 og NO2, vil resultere i større pulmonale og kardiovaskulære effekter end eksponering for begge forurenende stoffer alene. Ozon er en vigtig bestanddel af fotokemisk smog og er en af ​​de mest grundigt undersøgte gasformige forurenende stoffer. Kontrollerede undersøgelser af menneskelig eksponering har været afgørende for at påvise, at det kan forårsage luftvejsinflammation, herunder stigninger i neutrofil infiltration i lungen og produktion af pro-inflammatoriske mediatorer og i sidste ende fald i lungefunktionen. Nyere undersøgelser har vist, at ozon også kan øge vaskulær inflammation, samt ændre det autonome nervesystems kontrol af hjertefrekvens. Nitrogendioxid er en oxidant, der produceres ved naturlige og menneskeskabte processer. Størstedelen af ​​menneskeskabt NO2 stammer fra store forbrændingsrelaterede processer, såsom bilemissioner og produktion af elektricitet. Selvom trafikrelaterede eksponeringer tegner sig for størstedelen af ​​NO2-emissionerne. Emissioner fra kogeapparater med naturgas og petroleumsdrevne rumvarmere med utilstrækkelig ventilation kan tjene som en væsentlig kilde til menneskelig eksponering for NO2 indendørs. Tidligere undersøgelser har vist, at NO2-koncentrationer kan nå op på 600 ppb i området omkring et gaskomfur i drift, og spidsniveauer kan overstige 2000 ppb. Kontrollerede humaneksponeringsundersøgelser har vist, at eksponering for NO2 alene (fra 110-2000 ppb) resulterer i en lille eller ingen observerbar nedgang i lungefunktionen; NO2-eksponering er imidlertid blevet forbundet med stigninger i luftvejs hyperreaktivitet, modtagelighed for lungeinfektion og øget lungebetændelse. For nylig er eksponering for 500ppb NO2 blevet forbundet med ændringer i hjerteelektrofysiologi. Nylige epidemiologiske data indikerer, at eksponering for NO2 fra køretøjsemissioner var forbundet med både respiratorisk og kardiovaskulær-relateret dødelighed. Tidligere undersøgelser har vist, at sekventiel eksponering for NO2 og O3 (ved koncentrationer svarende til dem, der foreslås i denne undersøgelse) resulterer i større lungefunktionsnedsættelser og øget uspecifik luftvejsreaktionsevne sammenlignet med O3-eksponering forud for eksponering for ren luft hos unge kvinder. Yderligere undersøgelser har vist, at sekventiel eksponering for ozon, adskilt af 24 timer, resulterede i større lungefunktionsnedsættelser, vurderet som forceret ekspiratorisk volumen i det første sekund af udånding (FEV1), efter den anden eksponering, end der blev observeret efter den første. Ozoneksponering har også vist sig at have en priming-effekt for efterfølgende eksponering for svovldioxid (SO2) hos unge astmatikere og allergen-inducerede reaktioner fra perennial allergiske astmatikere. Derudover har igangværende forskning ved EPA Human Studies Facility vist, at sekventiel eksponering af mennesker for dieseludstødning og ozon kan resultere i større lungefunktionsnedsættelse end eksponering for begge forurenende stoffer alene. I betragtning af den komplekse karakter af eksponering for forurenende stoffer, er vi interesserede i at afgøre, om eksponering for ét forurenende stof kan sensibilisere en person, således at efterfølgende eksponering for et andet forurenende stof ville forårsage en mere udtalt respons, end man ville forvente baseret på eksponering for kun det andet forurenende stof alene. Derfor vil vi i denne undersøgelse undersøge to eksponeringsscenarier, der involverer sekventielle eksponeringer af NO2 og O3. Den første involverer at bestemme, om en indledende eksponering for NO2 vil "prime" et individ til en efterfølgende O3-eksponering. Den anden indebærer at bestemme, om en indledende eksponering for O3, i en koncentration, der resulterer i små hjerte-lungeforandringer, der forsvinder inden for 24 timer, vil øge en efterfølgende eksponering for NO2. Generelt er eksponering for NO2 alene ikke forbundet med robuste ændringer i målinger for hjerte-lungefunktion; vi mener dog, at det kan modificere og modificeres af ozoneksponering. Konkret vil denne undersøgelse teste to generelle hypoteser. For det første antager vi, at præ-eksponering for en relativt lav koncentration af NO2 vil "sensibilisere" individer til en efterfølgende O3-eksponering og føre til større ændringer i hjerte-lungefunktionen sammenlignet med O3-eksponering forud for eksponering for ren luft. For det andet antager vi, at præ-eksponering for O3, ved en koncentration, der tidligere har været forbundet med små ændringer i hjerte-lungefunktion, vil prime individer til at have en større respons på NO2 sammenlignet med præ-eksponering for ren luft. De oplysninger, der er opnået i løbet af denne undersøgelse, vil gøre det muligt for EPA bedre at vurdere risiciene forbundet med sekventiel eksponering af flere forurenende stoffer og potentielt give råd om aktiviteter til at afbøde virkningerne.