Luftforurenings indvirkning på forbruget af antimikrobielle stoffer i den almindelige befolkning (ONAIR)

ONAIR-projektet vil bestå af de to delstudier beskrevet nedenfor:

STUDIE 1

1.1 Design: En todelt tidsserieanalyse af sammenhængen mellem koncentrationen af ​​de vigtigste luftforurenende stoffer (PM2.5, PM10, NO2, O3) mellem 2006 og 2022 og den almindelige befolknings daglige antimikrobielle forbrug.

1.2 Undersøgelsens omfang og autoriserede informationskilder: Undersøgelsen vil blive udført i de 11 byer i Catalonien med mere end 100.000 indbyggere, fordelt på de fire provinser i regionen. Disse byer er hjemsted for 3.283.501 mennesker. Daglige data om luftforurening vil blive indhentet fra Atmospheric Pollution Monitoring and Forecasting Network (XVPCA). Det daglige forbrug af antimikrobielle stoffer vil blive estimeret ud fra de officielle receptdata registreret af Council of College of Pharmacists of Catalonia (CCFC), autoriseret af Department of Health i Catalonien. De sekundære kliniske variabler, der undersøges, vil blive indhentet gennem Agenturet for Kvalitets- og Sundhedsvurdering i Catalonien.

1.3 Undersøgelsesemner: Voksne og børn, der bor i de 11 undersøgte byer.

1.4 Definitioner: Luftforurening. Dette er defineret som påvisning af ethvert stof i luften, der kan skade menneskers, dyrs eller planters sundhed eller forårsage materiel skade. Luftforurening kommer fra forskellige kilder; det varierer efter dets sammensætning, som igen varierer i forhold til temperatur og fugtighed i omgivelserne. Til brug for denne undersøgelse, da ikke alle luftkvalitetsovervågningsstationer registrerer data om alle forbindelserne, vil PM10, PM2.5, NO2 og 03 blive analyseret. DDD (defineret daglig dosis). Dette er den tekniske måleenhed og sammenligning svarende til den gennemsnitlige daglige vedligeholdelsesdosis af et lægemiddel, når det anvendes i dets hovedindikation via en specificeret administrationsvej til voksne, udtrykt i mængden af ​​det aktive stof. Den er defineret og opdateret af Verdenssundhedsorganisationen (WHO) (https://www.whocc.no/ddd/definition_and_general_considera/#General). DDD/TID (defineret daglig dosis pr. tusinde indbyggere pr. dag). Denne parameter er designet til at sammenligne forbruget af lægemidler udtrykt i antal DDD for forskellige geografiske områder og/eller tidsperioder. Det beregnes ved at gange antallet af forbrugte DDD pr. tusinde indbyggere og dividere med antallet af dage i den betragtede periode og med antallet af indbyggere. DDD/TID-formel = (nºP x NºF x AF x 1000) / (DDD x antal indbyggere x antal dage) (nºP = antal pakker udleveret dagligt. NºF = antal lægemiddelformer (dvs. piller, kapsler osv.) pr. pakke. AP = mængde af aktivt stof pr. lægemiddelform). Befolkningsnævner: til at beregne antallet af indbyggere, vil befolkningen (brugere med individuelle sundhedskort og tilknyttet et plejecenter) under hver praktiserende læges pleje blive brugt, beregnet ud fra data fra primærplejens informationssystem, også inklusiv sygeplejen hjemmebefolkning.

1.5 Beskrivelse af variablerne: Hovedresultatvariabel: defineret daglig dosis af antimikrobielle stoffer pr. 1000 indbyggere-dag. Vigtigste uafhængige variabler: koncentrationer af PM10, PM2,5, NO2 og 03.

Forstyrrende variabler: År, ugedag, temperatur og relativ luftfugtighed.

Sekundære udfaldsvariable: Definerede daglige omkostninger til antimikrobielle stoffer pr. 1000 indbyggere-dag, dødelighed på grund af naturlige årsager, dødelighed på grund af respiratoriske årsager, hospitalsindlæggelser på grund af respiratoriske årsager og konsultationer i primærpleje på grund af luftvejssymptomer.

1.6 Dataindsamling: Forureningsdata: Data om forurening i de 11 undersøgte byer fra 2006 til 2020 vil blive indhentet fra XVPCA til tidsserieanalyse. I hver luftkvalitetszone kan forskellige områder identificeres efter arealanvendelse (niveau 1: by-, forstads- eller landområder) og typen af ​​emissionskilder (niveau 2: trafik, industri eller baggrund).

Tidsrækken for den gennemsnitlige daglige temperatur og relative luftfugtighed fra 2006 til 2020, målt af den catalanske meteorologiske tjeneste, vil blive registreret. Daglige data om forurening, temperatur og luftfugtighed i disse områder i 2021 og 2022 vil blive indsamlet prospektivt. Ugedagen og tidsrækken af ​​daglige influenzatilfælde vil også blive betragtet som forstyrrende variable. Forbindelserne mellem koncentrationer af de vigtigste forurenende stoffer, det daglige forbrug af antimikrobielle stoffer (DDD/TID) og de beskrevne sekundære variabler vil blive evalueret i separate analyser ved hjælp af en standard tidsserietilgang, en to-trins analytisk protokol, der er blevet brugt bredt i tidligere tidsseriestudier i mange forskellige byer. Befolknings- og antimikrobielle forbrugsdata. Data vil blive indsamlet efter alder (> 65 år), køn og region.

Til beregning af DDD/TID og dispenserede omkostninger/TID vil følgende daglige data blive indsamlet efter postnummer: medicinen (kombination af aktivt stof + lægemiddelform + dosis + antal lægemiddelformer pr. pakning), ATC-kode, antal udleverede pakker, udleveringsdato og officiel pris for hver pakke. Antallet af brugere med individuelt sundhedskort og et anvist plejecenter vil ligeledes blive registreret.

1.7 Statistisk analyse: I den første fase vil sammenhængen mellem den daglige dosis af antibiotikabehandling og de vurderede luftforurenende stoffer blive estimeret i hver by ved hjælp af quasi-Poisson generaliserede lineære modeller. Som i tidligere undersøgelser vil følgende kovariater blive inkluderet i hovedmodellen: året (udjævnet af kubiske splines) for at kontrollere indikatorernes trend og tidsmæssige sæsonbestemte; en variabel, der angiver ugedagen for at tage hensyn til ugentlige kortsigtede variationer; og temperatur (udjævnet af splines) og relativ fugtighed (udjævnet af splines) for at kontrollere potentielle ikke-lineære forvirrende virkninger af vejret i områder, hvor denne information er tilgængelig. Da den mulige effekt af et forurenende stof på den daglige antibiotikadosis kan fremskrives over de følgende dage, vil en række tidsforsinkelser blive undersøgt i de estimerede modeller. Den samme procedure vil blive anvendt på temperaturen. I anden fase vil en tilfældig effektmodel blive brugt til at meta-analysere estimater af sammenhængen mellem det forurenende stof og det daglige antimikrobielle forbrug opnået i hver by. Således vil det blive opnået de aggregerede estimater og deres 95% konfidensintervaller for den procentvise ændring i det daglige antimikrobielle forbrug for hver stigning på 10μg/m3. I²-testen vil blive brugt til at evaluere heterogeniteten mellem byer. Tilsvarende vil modeller blive estimeret til at vurdere sammenhænge mellem sekundære udfaldsvariable og luftforurenende stoffer. Den statistiske analyse vil blive udført ved hjælp af R statistisk pakke (version 3.6.1 eller nyere (R Foundation for Statistical Computing) ved brug af mgcv for hovedmodellerne og rmeta for random effects model. Statistisk signifikans vil blive taget i betragtning for p <0,05.

1.8 Begrænsninger: En mulig begrænsning kan være vanskeligheden ved at skelne mellem virkningen af ​​forurening på antibiotikaforbrug som en direkte årsag-virkning sammenhæng eller som en forvirrende faktor i årsag-virkning sammenhæng mellem luftforurening og respiratoriske eksacerbationer af tidligere patologi.

STUDIE 2

2.1 Design: Deskriptiv observationsundersøgelse af koncentrationen af ​​antibiotikaresistensgener (ARG) i området Barcelona i perioden 2021-2023. Forskellene mellem koncentrationen af ​​disse gener på en luftkvalitetsovervågningsstation tæt på et hospital og på en anden station et andet sted i byen vil blive evalueret, såvel som de mellemsæsonmæssige og mellemmånedlige forskelle. Tilstedeværelsen af ​​visse resistensgener vil blive vurderet i forhold til forbruget af visse grupper af antimikrobielle stoffer i undersøgelsespopulationen.

2.2 Undersøgelsens omfang og informationskilder: Undersøgelsen vil blive udført i byen Barcelona. Luftforureningsprøverne vil blive indhentet til analyse fra tre af XVPCA's luftkvalitetsovervågningsstationer: en af ​​dem i byens centrum, hvor der er en betydelig mængde trafik, og den anden placeret i nærheden af ​​et hospital på tredje niveau.

2.3 Studieemner: Voksne og børn, der bor i byen Barcelona.

2.4 Definitioner: ARG (antibiotikaresistensgen): fragmentet af genomet af en mikroorganisme, der koder for antimikrobielle resistensmekanismer. Mikroorganismer kan erhverve ARG'er enten via arv eller gennem horisontal overførsel af gener fra andre mikroorganismer. Luftforurening: se definitionen i delprojekt 1, afsnit 1.4.

2.5 Studievariable: Hovedresultatvariabel: Koncentration af antibiotikaresistensgener/måned. Hoved uafhængig variabel: defineret daglig dosis af antimikrobielle stoffer pr. 1000 indbyggere-dag.

2.6 Indsamling: Prøveindsamling: Prøver fra de filtre, der bruges til at måle PM-koncentrationer, vil blive indsamlet på tre stationer i XVPCA zone 1, svarende til byen Barcelona. Prøver vil blive indsamlet på to stationer, der er repræsentative for bytrafikrelateret forurening (Plaça Universitat og Poble Nou) og på en anden station, der er repræsentativ for et hospitalsområde (Parc de Vall D'Hebron). Prøveudtagningen finder sted den første tirsdag i hver måned. På den måde vil der blive foretaget tre månedlige målinger over i alt 30 måneder, så der vil blive indsamlet i alt 90 prøver. Hvis der er en episode med høj kontaminering under undersøgelsen, vil ekstra prøvetagning blive vurderet. Meteorologiske data svarende til hver måledag vil også blive registreret.

Prøvebehandling: Prøver vil blive indsamlet gennem Pallflex højvolumen (30m3) kvartsfiberfiltre (15 cm i diameter). Før brug steriliseres filtrene ved 205°C i 5 timer og konditioneres i 48 timer ved 20°C og 50 % relativ luftfugtighed. Hvert filter vejes tre gange hver 24. time i en mikrovægt med 1 g følsomhed. Efter prøveudtagning vil filtrene blive ført til det mikrobiologiske laboratorium, hvor prøver af PM2,5 vil blive ekstraheret som følger. Først vil filteret blive skåret med en steriliseret skærer. Derefter tilsættes hvert filterfragment til 2mL sterilt renset vand med 0,05% Tween 20-opløsning i et sterilt centrifugekar; derefter udføres en 20 minutters sonikering efterfulgt af 40 minutters vortex-omrøring ved 2800 rpm. PM2.5-prøverne vil blive opbevaret ved -20ºC, indtil de er endeligt behandlet. DNA-ekstraktion og shotgun-sekventering af mikrobielt DNA: Fra den opnåede fortynding vil 1 mg/ml blive ekstraheret. DNA-ekstraktion vil blive udført automatisk ved hjælp af KingFisher (ThermoFisher) udstyr med MagMaxTM Microbiome Ultra Nucleic Acid Isolation (ThermoFisher) kit. Bibliotekerne vil blive bygget ved hjælp af Illumina Nextera-XT®-sættet.

Sekventering vil blive udført 2x150bp på en NextSeq550® fra Illumina. Kvaliteten af ​​sekvenserne vil blive analyseret med FastQC1-programmet, og den tilsvarende filtrering vil blive udført med Trimmomatic2-programmet. Menneskelig forurening vil blive elimineret ved at kortlægge de sekvenser, der er filtreret mod det menneskelige genom med Bowtie 23-programmet. Metaphlan v24 software vil blive brugt til at udlede den mikrobielle sammensætning. For at studere resistomet vil de erhvervede antibiotikaresistensgener og de kromosomale punktmutationer blive identificeret med ResFinder 3.05. Befolkningsdata og antimikrobielle forbrugsdata: Disse data vil blive indsamlet på samme måde som beskrevet for delprojekt 1 (se afsnit), men i Barcelona-området, og specifikt i de postnumre, der svarer til de områder, hvor metagenomiske data indsamles.

2.7 Statistisk analyse: Der vil blive oprettet varmekort for den relative mængde af ARG baseret på forskellene i 2-ΔCT. En netværksanalyse vil blive udført baseret på Spearmans rangkorrelationer for at visualisere sammenfaldet af ARG-undertyper i luften og i bakteriesamfund. ARG-koncentrationerne i forskellige måneder og årstider vil blive sammenlignet ved hjælp af boxplots. Derudover vil der blive lavet en Pearson-korrelation for at relatere koncentrationen af ​​ARG til forbruget af antimikrobielle stoffer i de undersøgte områder. For at vurdere rigdommen og mangfoldigheden af ​​bakteriesamfundet vil Alpha-diversiteten blive beregnet ved hjælp af Mothur 1.30.1 i overensstemmelse med litteraturen (Schloss et al, 2009) for et konfidensniveau på 95%. Den statistiske analyse vil blive udført ved hjælp af R statistisk pakke version 3.6.1 eller nyere (R Foundation for Statistical Computing).

2.8 Begrænsninger: Hovedbegrænsningen ved denne delundersøgelse er dens beskrivende karakter. Det tidsrum, der undersøges, tillader ikke etablering af direkte tidsmæssige sammenhænge mellem graden af ​​luftforurening og koncentrationen af ​​ARG på en bestemt dag. Derudover kan der på grund af teknikkens kompleksitet kun udføres et begrænset antal ARG-bestemmelser; derfor skal analysen af ​​deres forhold til befolkningens forbrug af antimikrobielle stoffer være beskrivende.

3. ETISKE OVERVEJELSER: Dette biomedicinske forskningsprojekt er blevet evalueret af den forskningsetiske komité på Bellvitge Universitetshospital. Det vil blive udført under forskrifterne i Helsinki-erklæringen (Fortaleza, 2013). Samlede kliniske data fra databasen for Department of Health of Catalonia vil blive brugt. Af denne grund er kravet om informeret samtykke frafaldet af den etiske komité. Ikke desto mindre vil dataene blive behandlet i overensstemmelse med spanske (organisk lov 3/2018) og europæiske (forordning [EU) 2016/679) regler.