Die Wirkung einer geringen Ozonbelastung auf gesunde Freiwillige (Lowoz)

Es wurde berichtet, dass niedrige Konzentrationen sowohl von Endotoxin als auch von O3 die Atemwegsreaktionen auf andere Reize ankurbeln, wobei ein bemerkenswertes Beispiel die Sofort- und Spätphasenreaktion auf Allergene ist. Ebenso weisen epidemiologische Studien darauf hin, dass O3-Werte unterhalb der aktuellen Luftqualitätsnormen für Ozon immer noch mit einer Verschlimmerung von Erkrankungen der Atemwege verbunden sind. Auf zellulärer Ebene können sowohl Endotoxin als auch Oxidantien Entzündungszellen auslösen, so dass die Reaktion auf anschließend eingeatmete Stimuli verstärkt wird. Dies hat zu der Idee geführt, dass Ozon auch die Reaktion auf Endotoxin verstärken kann und umgekehrt. Wie unsere vorläufigen Daten zeigen, haben wir die Reaktion auf geringe Mengen an inhaliertem Endotoxin sorgfältig untersucht und festgestellt, dass eine Dosis von 10.000 EU die phagozytische Funktion von Makrophagen, Monozyten und PMNs verstärkt und die Expression von Zelloberflächenrezeptoren (CD11b, CD14 ) und verändert die IL-13-Spiegel im Sputum, ohne einen PMN-Einstrom in die Atemwege zu verursachen. Diese Studie hat ein ähnliches Design, bewertet jedoch die Wirkungen von Ozon bei einer niedrigeren Expositionshöhe anstelle von Endotoxin.

Es wurde angenommen, dass Monozyten und Makrophagen die Reaktion auf Ozon nicht vermitteln, da Makrophagen, die aus den Atemwegen von Personen gewonnen wurden, die Ozon ausgesetzt waren, abgeschwächte Reaktionen auf Stimuli wie opsonisiertes Zymosan oder andere Liganden hatten, und in vitro, Exposition von Makrophagen gegenüber Ozon, macht sie ebenfalls hyporeagibel auf andere Stimuli, einschließlich Endotoxin. Es besteht allgemeine Übereinstimmung darüber, dass die Reaktion der Atemwege auf Endotoxin hauptsächlich durch Wirkungen auf Makrophagen und Monozyten vermittelt wird. Monozyten unterliegen jedoch einer Adaptation an Endotoxin mit vorheriger Provokation mit Endotoxin, und die chronische Gegenwart von Endotoxin (d. h. bei Sepsis) induziert auch eine Toleranz gegenüber der Wirkung einer zusätzlichen Exposition gegenüber Endotoxin. Daher ist die Unterdrückung der Monozyten-/Makrophagenfunktion durch Ozon möglicherweise kein ausreichender Beweis dafür, dass diese Zellen nicht an der durch Ozon induzierten Atemwegsentzündung beteiligt sind.

Es wurde auch argumentiert, dass die Reaktion auf Ozon hauptsächlich durch diese Zellen orchestriert wurde, da Ozon Epithelzellen dazu veranlasst, Mediatoren wie IL-8 zu erzeugen, das ein starker chemischer Lockstoff für PMNs ist. Es gibt jedoch Daten, die eine Rolle von Makrophagen als Reaktion auf Ozon belegen. Außerdem produzieren Epithelzellen stressinduzierte endogene Liganden, von denen viele bekanntermaßen nach Ozonexposition gebildet werden, die mit dem angeborenen Immunsystem (z. B. CD14, TLR4), dem Komplement (z. B. CR3) oder andere Rezeptoren auf mononukleären Zellen der Atemwege. Ein erstes Experiment unserer Gruppe zeigt, dass die Ozonbelastung primärer Epithelzellkulturen (entwickelt aus nasalen Epithelproben von Freiwilligen) Überstände ergibt, die COX2 aktivieren und die IL-6-Sekretion aus peripheren Blutmonozyten induzieren, was auf das Potenzial für eine O3-induzierte Epithelzellen hinweist -abgeleiteter Monozyten-Ligand. Um sich der Frage zu nähern, ob eine geringe Exposition gegenüber Ozon die Phagozytenbiologie der Atemwege verändert (wie hauptsächlich durch Zelloberflächenmarkerexpression, Phagozytenfunktion und Endotoxin-Reaktionsfähigkeit bestimmt), wird diese Studie ähnlich der Studie sein, die nur für Endotoxin-Freiwillige detailliert beschrieben wird Niveau Ozonexposition, um zu bestimmen, ob eine Priming-Dosis identifiziert werden kann, die die Monozytenbiologie modifiziert, aber unter der Schwelle liegt, um eine Neutrophilenreaktion in den Atemwegen zu induzieren.

Eine Ozonbelastung von nur 0,12 ppm für 1 Stunde ohne Bewegung kann die Reaktion auf das Allergen auslösen, ist jedoch ansonsten keine sehr wirksame Dosis zur Induktion von Entzündungen oder Veränderungen der Lungenfunktion. 0,12 ppm O3 für 2 Stunden mit 1 Stunde intermittierender körperlicher Betätigung führt ebenfalls nicht zu einer Entzündung der Atemwege, führt jedoch bei Freiwilligen, denen Aspirin verabreicht wurde, zur Bildung eines Salicylatprodukts, das als Marker für eine O3-Exposition vorgeschlagen wurde. Unter Verwendung dieser und ähnlicher Studien als Leitfaden werden wir eine Studie durchführen, in der Freiwillige 2 Stunden lang einer Ozonbelastung von 0,12 ppm mit mäßiger, intermittierender Bewegung ausgesetzt werden (um eine Beatmung von 35 l/min für eine Gesamtübungsdauer von 1 Stunde zu erreichen). Wir werden die Neutrophilenspiegel im Sputum (% PMNs und PMN/mg Sputum), die Expression von Zelloberflächenmarkern (CD11b, CD14) auf Sputum und Blutentzündungszellen (Monozyten, Makrophagen (Sputum), Phagozytose und Zytokinreaktion auf Endotoxinstimulation 6 Stunden nach der Exposition untersuchen zu Ozon.

Wir werden eine Zwischenanalyse durchführen, nachdem wir die Studie an 6 Freiwilligen abgeschlossen haben, um festzustellen, ob wir eine Ozonkonzentration identifiziert haben, die wahrscheinlich die Funktion mononukleärer Zellen ohne signifikante Neutrophilie verändert. Wenn 0,12 ppm Ozon für 2 Stunden eine Priming-Reaktion, keine Änderung der PMN-Reaktion und eine gewisse Modifikation der Monozytenbiologie zu induzieren scheinen, werden wir mit dieser Dosis fortfahren. Wenn wir eine Zunahme der PMNs sehen, werden wir das Protokoll neu ausrichten, um Freiwillige mit 0,08 ppm O3 für 2 Stunden mit mäßiger Bewegung herauszufordern. Wenn es keine Reaktion auf Makrophagenebene gibt, würden wir Freiwillige 2 Stunden lang mit 0,2 ppm herausfordern.

Mehrere Studien haben Ozon mit erhöhter Morbidität und Mortalität in Verbindung gebracht. Eine mögliche Erklärung ist eine verminderte Herzratenvariabilität (HRV). Bei Krankenhauspatienten wurde eine verringerte HRV unter mehreren Bedingungen direkt mit einer erhöhten Sterblichkeit korreliert. Jüngste Studien, die hier abgeschlossen wurden, haben Feinstaub mit einer verringerten HRV in Verbindung gebracht. In dieser Studie werden wir die Herzfrequenzvariabilität jedes Probanden mit ambulanter EKG-Überwachung auswerten.

Hypothesen

1. Niedriges Ozon wird Atemwegs-Makrophagen/Monozyten vorbereiten, so dass sie auf entzündliche Stimuli, einschließlich Endotoxin und opsonisiertes Zymosan, besser ansprechen.
2. Niedrige Ozonwerte verbessern die Funktion von Atemwegs- und Blutmonozyten und Makrophagen und induzieren einige Veränderungen bei einigen Zelloberflächenmarkern.