Auswirkungen einer sequentiellen Exposition gegenüber Stickstoffdioxid und Ozon bei gesunden erwachsenen Freiwilligen. (ENDZONE)

Trotz Verbesserungen der Luftqualität in den letzten Jahrzehnten leben immer noch über 100 Millionen Menschen in den USA in Bezirken, die die National Ambient Air Quality Standards (NAAQS) für einen oder mehrere Schadstoffe nicht erfüllen. Im Laufe des täglichen Lebens ist der Mensch einer Vielzahl von Schadstoffen aus verschiedenen Quellen natürlichen und anthropogenen Ursprungs ausgesetzt. Es wird immer deutlicher, dass die Exposition gegenüber Luftschadstoffen ein Risikofaktor für die Verschlimmerung und vielleicht sogar das Fortschreiten von Lungen- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen ist. Die Mehrheit der kontrollierten Expositionsstudien am Menschen hat einzelne Schadstoffe untersucht; reale Expositionen treten jedoch im Zusammenhang mit einer komplexen Mischung von Schadstoffen auf. Verschiedene Schadstoffe erreichen zu unterschiedlichen Tageszeiten Spitzenwerte, was die Besorgnis aufkommen lässt, dass die Exposition gegenüber einem Schadstoff eine Person sensibilisieren kann, so dass ihre Reaktion auf eine nachfolgende Exposition verstärkt werden kann. Daher kann die Reihenfolge der Exposition gegenüber diesen Stoffen ihre relativen gesundheitlichen Auswirkungen beeinflussen und dazu führen, dass bestimmte Expositionsszenarien schädlicher sind als andere.

Um Expositionen gegenüber mehreren Schadstoffen zu definieren, die für reale Szenarien relevant sind, haben wir Experten des EPA Office of Air and Radiation (OAR) konsultiert, die uns rieten, die Auswirkungen einer sequentiellen Exposition gegenüber NO2 und O3, zwei allgegenwärtigen Schadstoffen der NAAQS-Kriterien, zu untersuchen. Tägliche Umgebungsprofile dieser beiden Schadstoffe weisen darauf hin, dass die NO2-Werte häufig in den Abend- und Morgenstunden ihren Höhepunkt erreichen, gefolgt von den höchsten O3-Konzentrationen in der Umgebung während der Mittagszeit. Anhand dieser Informationen haben wir die hier beschriebene Studie entwickelt, um festzustellen, ob eine aufeinanderfolgende Exposition gegenüber NO2 und O3 oder O3 und NO2 zu größeren pulmonalen und kardiovaskulären Auswirkungen führt als die Exposition gegenüber einem der beiden Schadstoffe allein. Ozon ist ein Hauptbestandteil von photochemischem Smog und einer der am gründlichsten untersuchten gasförmigen Schadstoffe. Kontrollierte Expositionsstudien beim Menschen waren entscheidend, um zu zeigen, dass es zu Entzündungen der Atemwege führen kann, einschließlich einer Zunahme der Neutrophileninfiltration in die Lunge und der Produktion von entzündungsfördernden Mediatoren und letztendlich zu einer Abnahme der Lungenfunktion. Neuere Studien haben gezeigt, dass Ozon auch Gefäßentzündungen verstärken und die Kontrolle des autonomen Nervensystems über die Herzfrequenz verändern kann. Stickstoffdioxid ist ein Oxidationsmittel, das durch natürliche und anthropogene Prozesse entsteht. Der Großteil des vom Menschen verursachten NO2 stammt aus großtechnischen Verbrennungsprozessen, wie z. B. Autoabgasen und der Stromerzeugung. Obwohl verkehrsbedingte Belastungen für den Großteil der NO2-Emissionen verantwortlich sind. Emissionen von mit Erdgas betriebenen Kochgeräten und kerosinbetriebenen Raumheizgeräten mit unzureichender Belüftung können eine bedeutende Quelle für die NO2-Exposition des Menschen in Innenräumen darstellen. Frühere Studien haben gezeigt, dass NO2-Konzentrationen in der Umgebung eines in Betrieb befindlichen Gasherds 600 ppb erreichen können und Spitzenwerte 2000 ppb überschreiten können. Kontrollierte Expositionsstudien am Menschen haben gezeigt, dass die Exposition gegenüber NO2 allein (im Bereich von 110-2000 ppb) zu einer geringen bis keiner beobachtbaren Beeinträchtigung der Lungenfunktion führt; Die NO2-Exposition wurde jedoch mit einer Zunahme der Hyperreaktivität der Atemwege, der Anfälligkeit für Lungeninfektionen und einer erhöhten Lungenentzündung in Verbindung gebracht. In jüngerer Zeit wurde die Exposition gegenüber 500 ppb NO2 mit Veränderungen in der Elektrophysiologie des Herzens in Verbindung gebracht. Neuere epidemiologische Daten weisen darauf hin, dass die NO2-Exposition aus Fahrzeugemissionen sowohl mit respiratorischer als auch mit kardiovaskulärer Mortalität verbunden war. Frühere Studien haben gezeigt, dass eine aufeinanderfolgende Exposition gegenüber NO2 und O3 (bei Konzentrationen ähnlich den in dieser Studie vorgeschlagenen) zu einer stärkeren Verschlechterung der Lungenfunktion und einer erhöhten unspezifischen Reaktion der Atemwege führt, verglichen mit einer O3-Exposition, der eine Exposition gegenüber sauberer Luft bei jungen Frauen vorausgeht. Zusätzliche Studien haben gezeigt, dass eine aufeinanderfolgende Ozonexposition im Abstand von 24 Stunden nach der zweiten Exposition zu einer stärkeren Abnahme der Lungenfunktion führte, die als forciertes Ausatmungsvolumen in der ersten Sekunde der Ausatmung (FEV1) bewertet wurde, als nach der ersten beobachtet wurde. Es wurde auch gezeigt, dass die Ozonexposition bei jugendlichen Asthmatikern eine vorbereitende Wirkung auf die nachfolgende Exposition gegenüber Schwefeldioxid (SO2) und auf Allergen-induzierte Reaktionen von dauerhaft allergischen Asthmatikern hat. Darüber hinaus hat die laufende Forschung an der EPA Human Studies Facility gezeigt, dass die aufeinanderfolgende Exposition von Menschen gegenüber Dieselabgasen und Ozon zu einer stärkeren Verschlechterung der Lungenfunktion führen kann als die Exposition gegenüber einem der beiden Schadstoffe allein. Angesichts der komplexen Natur der Schadstoffexposition interessiert uns, ob die Exposition gegenüber einem Schadstoff eine Person so sensibilisieren kann, dass die nachfolgende Exposition gegenüber einem zweiten Schadstoff eine ausgeprägtere Reaktion hervorrufen würde, als aufgrund der Exposition gegenüber nur dem zweiten Schadstoff allein zu erwarten wäre. Daher werden wir in dieser Studie zwei Expositionsszenarien mit aufeinanderfolgenden Expositionen von NO2 und O3 untersuchen. Die erste umfasst die Bestimmung, ob eine anfängliche NO2-Exposition eine Person auf eine nachfolgende O3-Exposition „vorbereitet“. Die zweite umfasst die Bestimmung, ob eine anfängliche O3-Exposition in einer Konzentration, die zu kleinen kardiopulmonalen Veränderungen führt, die sich innerhalb von 24 Stunden auflösen, eine nachfolgende NO2-Exposition verstärkt. Im Allgemeinen ist die Exposition gegenüber NO2 allein nicht mit robusten Veränderungen der Metriken der kardiopulmonalen Funktion verbunden; Wir glauben jedoch, dass es die Ozonbelastung modifizieren und durch sie modifiziert werden kann. Insbesondere wird diese Studie zwei allgemeine Hypothesen testen. Erstens stellen wir die Hypothese auf, dass eine Vorexposition gegenüber einer relativ niedrigen NO2-Konzentration Personen für eine nachfolgende O3-Exposition „sensibilisieren“ und zu größeren Veränderungen der kardiopulmonalen Funktion führen wird, verglichen mit einer O3-Exposition, der eine Exposition gegenüber sauberer Luft vorausgeht. Zweitens stellen wir die Hypothese auf, dass eine vorherige Exposition gegenüber O3 bei einer Konzentration, die zuvor mit kleinen Veränderungen der kardiopulmonalen Funktion in Verbindung gebracht wurde, dazu führt, dass Personen im Vergleich zur vorherigen Exposition gegenüber sauberer Luft stärker auf NO2 reagieren. Die im Laufe dieser Studie gewonnenen Informationen werden es der EPA ermöglichen, die mit einer sequentiellen Exposition gegenüber mehreren Schadstoffen verbundenen Risiken besser einzuschätzen und möglicherweise Ratschläge zu Maßnahmen zur Minderung der Auswirkungen zu erteilen.