Akute Exposition gegenüber Diesel: Verlängerte Auswirkungen auf Entzündungen und Gefäße (DEVA)

Einführung Diesel und seine Produkte sind einer der häufigsten Schadstoffe, denen Menschen in städtischen und ländlichen Gebieten der Welt ausgesetzt sind. Die Mehrheit der Patienten, die Notaufnahmen aufsuchen, war wahrscheinlich chronisch Abgasen von Dieselmotoren ausgesetzt, insbesondere diejenigen, die in der Nähe von stark befahrenen Stadtstraßen und Autobahnen leben. Es wird davon ausgegangen, dass Dieselabgase zu über 50 % der atmosphärischen Partikel mit einer Masse von weniger als 10 μM (PM10) durchschnittlichem aerodynamischen Durchmesser beitragen, die für die Luftverschmutzung verantwortlich sind. Bei Feinstaub unter 2,5 μM (PM2,5) und extrem kleinen Partikeln unter 0,1 μM im Durchmesser ist der Beitrag zur Luftverschmutzung viel größer. Diese Partikel sind klein genug, um eingeatmet und in der Lunge abgelagert zu werden, wo sie schädliche Auswirkungen haben können.

In Europa und Japan haben epidemiologische Studien hohe Raten an kardiovaskulärer Morbidität sowie akuten und chronischen Atemwegserkrankungen nach beruflicher Exposition gegenüber Dieselabgasen gezeigt. Tierversuche haben auch gezeigt, dass die Exposition gegenüber verdünnten Dieselmotoremissionen die systolische Leistung des linken Ventrikels, den Sympathikusantrieb, Fibrose/Fibrinolyse beeinträchtigt und Atherosklerose beschleunigt. Epidemiologische Studien und experimentelle Tiermodelle sind jedoch hinsichtlich der für diese Wirkungen verantwortlichen Mechanismen und der klinischen Auswirkungen einer chronischen Dieselabgasexposition eher ungenau. Obwohl ein Zusammenhang zwischen dem akuten Koronarsyndrom (ACS) und der akuten Exposition gegenüber Dieselmotorabgasen dokumentiert wurde, ist darüber hinaus nicht bekannt, ob eine relativ kurzfristige Exposition verlängerte Entzündungsreaktionen hervorrufen und/oder die Endothelfunktion und die Eigenschaften der Gefäßwand beeinträchtigen kann um die Entstehung atherosklerotischer Veränderungen potenziell zu fördern.

Der Zweck dieser Studie ist es, die Auswirkungen einer kurzfristigen Exposition gegenüber Dieselabgasen auf die arterielle Elastizität, die Gefäßfunktion und entzündliche Biomarker zu bewerten.

Methoden Studienpopulation Freiwillige werden in diese randomisierte, doppelblinde Crossover-Studie aufgenommen. Alle Freiwilligen, die sich für die Teilnahme an der Studie qualifiziert haben, werden frei von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Bluthochdruck, Diabetes mellitus, Lungenerkrankungen und akuten entzündlichen oder chronischen Erkrankungen sein. Probanden, bei denen ein anormales 12-Kanal-Elektrokardiogramm zu Studienbeginn und/oder eingeschränkte Atemfunktionstests festgestellt werden, werden von der Studie ausgeschlossen.

Personen, die in den zwei Monaten vor der Aufnahme in die Studie kardiovaskuläre Medikamente, Antioxidantien oder Vitaminpräparate, orale Kontrazeptiva oder entzündungshemmende Mittel einnehmen, werden ausgeschlossen.

Frauen, die eine Hormonersatztherapie erhalten, und prämenopausale Frauen mit unregelmäßigen Menstruationszyklen werden ebenfalls von der Studie ausgeschlossen. Alle für die Studie ausgewählten Frauen werden vor jeder Studiensitzung einem Schwangerschaftstest unterzogen.

Studiendesign Dies ist eine randomisierte doppelblinde Crossover-Studie. Alle Probanden werden Luft oder Schadstoffen in zwei Sitzungen ausgesetzt, die im Abstand von 4 Wochen zwischen 8.00 und 10.00 Uhr in einem Ad-hoc-Labor stattfinden. In jeder Sitzung werden die Probanden 2 Stunden lang kontrollierten Mengen an Dieselabgasen oder gefilterter Luft ausgesetzt. In jeder Sitzung werden Messungen von Markern der Gefäßfunktion (flussvermittelte Dilatation, Pulswellengeschwindigkeit und Augmentationsindex), Sympathikusaktivität und Bluttests, die das entzündliche und fibrinolytische Profil darstellen, durchgeführt. Diese Messungen werden zu Beginn (vor der Exposition – T0), am Ende der 2-stündigen Sitzung (T2) und 24 Stunden nach dem Ende der Exposition (T24) durchgeführt (Abbildung 1).

Die Messungen werden bei jeder an der Studie teilnehmenden Frau in der gleichen Phase des Menstruationszyklus (späte Lutealphase) durchgeführt. Die Teilnehmer verzichten auf Alkohol, koffeinhaltige Flüssigkeiten und koffeinhaltige Medikamente sowie auf das Rauchen. Alle Freiwilligen werden bewertet, nachdem sie sich mindestens 8 h im Nüchternzustand befunden haben. Die Teilnehmer werden angewiesen, während des Studienzeitraums Änderungen der Ernährungs- und Bewegungsgewohnheiten zu vermeiden.

Exposition gegenüber Dieselabgasen und gefilterter Luft Die Exposition von Freiwilligen gegenüber Dieselabgasen wird in einem speziell entworfenen 30 m2 großen Raum durchgeführt, der hermetisch abgedichtet wurde. Die Dieselabgase werden von einem Dieselmotor (2500 ccm und 100-150 PS) erzeugt und über ein Rohrsystem in den Expositionsraum abgegeben. Vor Beginn der Studie werden die Kohlenmonoxid (CO)-Werte in Innenräumen zusammen mit den Feinstaubkonzentrationen (PM2,5) in der Luft gemessen, kontrolliert und mit tragbaren Umweltinstrumenten innerhalb der gewünschten Grenzen gehalten. Um eine angemessene Exposition gegenüber PM2,5 und CO zu gewährleisten, werden alle Messungen kontrolliert und mit den entsprechenden Standards der Europäischen Kommission verglichen. Konkret 25 µg/m3 (mittlerer Jahresgrenzwert) für PM2,5-Partikel und 10 µg/m3 (höchster täglicher 8-Stunden-Mittelwert) für CO.

Gefäßmessungen Bewertung der Endothelfunktion Unter Verwendung eines Linear-Array-Ultraschall-(U/S)-Wandlers wird die Endothelfunktion durch Schätzung der flussvermittelten Dilatation (FMD) in der Arteria brachialis gemäß standardisierten Protokollen bewertet.

Messungen der zentralen Arteriensteifigkeit Karotis-femorale Pulswellengeschwindigkeit (PWV), ein Index der Aortensteifigkeit, wird aus Messungen der Pulslaufzeit und der Entfernung zwischen 2 Aufnahmestellen berechnet (PWV = Entfernung, in Metern, dividiert durch Laufzeit, in Sekunden) mit einem gut validierten nicht-invasiven Gerät (SphygmoCor; AtCor Medical, Sydney, Australien) wie zuvor beschrieben.

Messung von Wellenreflexionen Der AIx der zentralen (Aorten-) Druckwellenform wird als zusammengesetzter Index aus Wellenreflexionen und arterieller Steifigkeit unter Verwendung eines validierten, kommerziell erhältlichen Systems (SphygmoCor; AtCor Medical, Sydney, Australien) berechnet, das das Prinzip der Applanation anwendet Tonometrie. Wellenformen des radialen Drucks werden entsprechend dem systolischen Blutdruck und dem diastolischen Blutdruck, die in der A. brachialis gemessen werden, kalibriert. Da der AIx von Änderungen der HF beeinflusst wird, wurde er entsprechend korrigiert (korrigiert für eine konstante HF von 75 bpm; AI75).

Bewertung der sympathischen Aktivität Die Herzratenvariabilität (HRV) drückt den Einfluss des autonomen Nervensystems auf die Herzaktivität aus. Eine niedrige HRV kann einem erhöhten sympathischen Tonus zugeschrieben werden und es wurde festgestellt, dass sie mit einer erhöhten kardiovaskulären Morbidität und Mortalität assoziiert ist. Die sympathische Aktivität wird durch Berechnung der HRV mit kontinuierlicher elektrokardiographischer Untersuchung (EKG) bewertet, die 20 Minuten lang von einem Holter-Gerät aufgezeichnet wurde. Die EKG-Daten werden dann zur Bewertung der HRV, die gemäß den aktuellen internationalen Richtlinien durchgeführt wurde, auf einen Computer übertragen, und die Standardabweichung von Normal-zu-Normal-Intervallen (SDNN) wird gemessen. (Holter-Software, Synescope, Version 3.1, ELA Medical, Frankreich).

Fibrinolyse- und Entzündungsmarker Eine nüchterne venöse Blutprobe wird durch Venenpunktion zu Beginn (vor der Exposition – T0), am Ende der 2-stündigen Sitzung (T2) und 24 Stunden nach dem Ende der Exposition (T24) entnommen. Venöse Blutproben werden bei 3000 U/min zentrifugiert, und das Serum wurde gesammelt und bis zur Untersuchung bei –80 °C gelagert.

Der prothrombotische Status wurde durch Messung der Fibrinogenspiegel unter Verwendung des Multifibren® U-Systems beurteilt. Die fibrinolytische Aktivität wird anhand von Messungen der Protein-C-Plasmaspiegel und der Protein-S-Aktivität bewertet, die mit dem STA®-Staclot®-Protein-C-Kit bzw. dem HemosIL™-Protein-S-Aktivitätskit gemessen wurden. Darüber hinaus werden Änderungen des durch Dieselabgase induzierten Entzündungsprofils gegenüber dem Ausgangswert untersucht, indem das C-reaktive Protein (CRP) im Serum mit dem Gerät von Architect Abbott gemessen wird.