Der Einfluss der Luftverschmutzung auf den Verbrauch von antimikrobiellen Mitteln in der Allgemeinbevölkerung (ONAIR)

Das ONAIR-Projekt wird aus den beiden nachstehend beschriebenen Teilstudien bestehen:

TEILSTUDIE 1

1.1 Design: Eine zweiteilige Zeitreihenanalyse des Zusammenhangs zwischen der Konzentration der wichtigsten Luftschadstoffe (PM2,5, PM10, NO2, O3) zwischen 2006 und 2022 und dem täglichen Verbrauch antimikrobieller Mittel durch die allgemeine Bevölkerung.

1.2 Umfang der Studie und autorisierte Informationsquellen: Die Studie wird in den 11 Städten Kataloniens mit mehr als 100.000 Einwohnern durchgeführt, die auf die vier Provinzen der Region verteilt sind. In diesen Städten leben 3.283.501 Menschen. Tägliche Daten zur Luftverschmutzung werden vom Atmospheric Pollution Monitoring and Forecasting Network (XVPCA) bezogen. Der tägliche Verbrauch von antimikrobiellen Mitteln wird anhand der offiziellen Verschreibungsdaten geschätzt, die vom Council of the College of Pharmacists of Catalonia (CCFC) aufgezeichnet und vom Gesundheitsministerium in Katalonien autorisiert wurden. Die zu untersuchenden sekundären klinischen Variablen werden von der Agentur für Qualitäts- und Gesundheitsbewertung von Katalonien bezogen.

1.3 Studienfächer: Erwachsene und Kinder, die in den 11 untersuchten Städten leben.

1.4 Definitionen: Luftverschmutzung. Darunter versteht man den Nachweis von Stoffen in der Luft, die die Gesundheit von Menschen, Tieren oder Pflanzen schädigen oder Sachschäden verursachen können. Luftverschmutzung kommt aus verschiedenen Quellen; es variiert je nach seiner Zusammensetzung, die wiederum je nach Temperatur und Feuchtigkeit der Umgebung variiert. Da nicht alle Luftqualitätsmessstationen Daten zu allen Verbindungen aufzeichnen, werden für die Zwecke dieser Studie PM10, PM2,5, NO2 und O3 analysiert. DDD (definierte Tagesdosis). Dies ist die technische Mess- und Vergleichseinheit, die der mittleren täglichen Erhaltungsdosis eines Arzneimittels entspricht, wenn es in seiner Hauptindikation über einen festgelegten Verabreichungsweg bei Erwachsenen angewendet wird, ausgedrückt als Menge des Wirkstoffs. Es wird von der Weltgesundheitsorganisation (WHO) definiert und aktualisiert (https://www.whocc.no/ddd/definition_and_general_considera/#General). DDD/TID (definierte Tagesdosis pro tausend Einwohner pro Tag). Dieser Parameter dient dem Vergleich des Drogenkonsums, ausgedrückt in DDD-Zahlen, für verschiedene geografische Gebiete und/oder Zeiträume. Er wird berechnet, indem die Anzahl der pro tausend Einwohner verbrauchten DDD multipliziert und durch die Anzahl der Tage im betrachteten Zeitraum und durch die Anzahl der Einwohner dividiert wird. DDD/TID-Formel = (nºP x NºF x AF x 1000) / (DDD x Anzahl der Einwohner x Anzahl der Tage) (nºP = Anzahl der täglich abgegebenen Packungen. NºF = Anzahl der pharmazeutischen Formen (d. h. Pillen, Kapseln usw.) pro Packung. AP = Wirkstoffmenge pro Darreichungsform). Bevölkerungsnenner: Zur Berechnung der Einwohnerzahl wird die aus den Daten des Primärversorgungsinformationssystems errechnete Bevölkerung (Nutzer mit individueller Gesundheitskarte und einem Versorgungszentrum zugeordnet) des jeweiligen Arztes herangezogen, die auch die Pflege umfasst Heimatbevölkerung.

1.5 Beschreibung der Variablen: Hauptergebnisvariable: definierte Tagesdosis antimikrobieller Mittel pro 1000-Einwohner-Tag. Wichtigste unabhängige Variablen: Konzentrationen von PM10, PM2,5, NO2 und O3.

Störvariablen: Jahr, Wochentag, Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit.

Sekundäre Ergebnisvariablen: Definierte tägliche Kosten für antimikrobielle Mittel pro 1000-Einwohner-Tag, Sterblichkeit aufgrund natürlicher Ursachen, Sterblichkeit aufgrund respiratorischer Ursachen, Krankenhauseinweisungen aufgrund respiratorischer Ursachen und Arztbesuche aufgrund respiratorischer Symptome.

1.6 Datenerhebung: Schadstoffdaten: Daten zur Schadstoffbelastung in den 11 untersuchten Städten von 2006 bis 2020 werden von der XVPCA für Zeitreihenanalysen bezogen. In jeder Luftqualitätszone können je nach Landnutzung (Ebene 1: städtische, vorstädtische oder ländliche Gebiete) und der Art der Emissionsquellen (Ebene 2: Verkehr, Industrie oder Hintergrund) unterschiedliche Bereiche identifiziert werden.

Die Zeitreihen der mittleren Tagestemperatur und relativen Luftfeuchtigkeit von 2006 bis 2020, gemessen vom katalanischen Wetterdienst, werden aufgezeichnet. Tägliche Daten zu Verschmutzung, Temperatur und Luftfeuchtigkeit in diesen Gebieten in den Jahren 2021 und 2022 werden prospektiv erhoben. Als Störvariablen werden auch der Wochentag und die Zeitreihe der täglichen Influenzafälle berücksichtigt. Die Assoziationen der Konzentrationen der Hauptschadstoffe, des täglichen Verbrauchs von antimikrobiellen Mitteln (DDD/TID) und der beschriebenen sekundären Variablen werden in separaten Analysen unter Verwendung eines Standard-Zeitreihenansatzes bewertet, einem zweistufigen Analyseprotokoll, das in der Vergangenheit weit verbreitet war Zeitreihenstudien in vielen verschiedenen Städten. Bevölkerungs- und Antibiotikaverbrauchsdaten. Die Daten werden nach Alter (> 65 Jahre), Geschlecht und Region erhoben.

Für die Berechnung der DDD/TID und Abgabekosten/TID werden täglich folgende Daten nach Postleitzahl erhoben: das Medikament (Kombination aus Wirkstoff + Darreichungsform + Dosis + Anzahl Darreichungsformen pro Packung), ATC-Code, Anzahl der abgegebene Packungen, Ausgabedatum und offizieller Preis jeder Packung. Auch die Anzahl der Nutzer mit individueller Gesundheitskarte und einem zugeordneten Versorgungszentrum wird erfasst.

1.7 Statistische Analyse: In der ersten Stufe werden Zusammenhänge zwischen der Tagesdosis der Antibiotikatherapie und den bewerteten Luftschadstoffen in jeder Stadt mit Quasi-Poisson-verallgemeinerten linearen Modellen geschätzt. Wie in früheren Studien werden die folgenden Kovariaten in das Hauptmodell aufgenommen: das Jahr (geglättet durch kubische Splines) zur Steuerung des Trends und der zeitlichen Saisonalität der Indikatoren; eine Variable, die den Wochentag angibt, um wöchentliche kurzfristige Schwankungen zu berücksichtigen; und Temperatur (durch Splines geglättet) und relative Luftfeuchtigkeit (durch Splines geglättet), um mögliche nichtlineare Störeffekte des Wetters in Gebieten zu kontrollieren, in denen diese Informationen verfügbar sind. Da die mögliche Auswirkung eines Schadstoffs auf die tägliche Antibiotikadosis auf die folgenden Tage projiziert werden kann, werden in den geschätzten Modellen verschiedene Zeitverzögerungen untersucht. Das gleiche Verfahren wird auf die Temperatur angewendet. In der zweiten Phase wird ein Random-Effects-Modell verwendet, um Schätzungen des Zusammenhangs zwischen dem Schadstoff und dem täglichen antimikrobiellen Verbrauch, die in jeder Stadt erhalten wurden, zu meta-analysieren. Somit werden die aggregierten Schätzungen und ihre 95 %-Konfidenzintervalle der prozentualen Änderung des täglichen Verbrauchs antimikrobieller Mittel für jede Erhöhung um 10 μg/m3 erhalten. Der I²-Test wird verwendet, um die Heterogenität zwischen Städten zu bewerten. In ähnlicher Weise werden Modelle geschätzt, um Zusammenhänge zwischen sekundären Ergebnisvariablen und Luftschadstoffen zu bewerten. Die statistische Analyse wird mit dem Statistikpaket R (Version 3.6.1 oder höher (R Foundation for Statistical Computing)) unter Verwendung von mgcv für die Hauptmodelle und rmeta für das Zufallseffektmodell durchgeführt. Statistische Signifikanz wird für p < 0,05 berücksichtigt.

1.8 Einschränkungen: Eine mögliche Einschränkung kann die Schwierigkeit sein, zwischen den Auswirkungen der Umweltverschmutzung auf den Antibiotikaverbrauch als direkte Ursache-Wirkungs-Beziehung oder als Störfaktor in der Ursache-Wirkungs-Beziehung zwischen Luftverschmutzung und respiratorischen Exazerbationen einer früheren Pathologie zu unterscheiden.

TEILSTUDIE 2

2.1 Design: Deskriptive Beobachtungsstudie zur Konzentration von Antibiotikaresistenzgenen (ARG) im Raum Barcelona im Zeitraum 2021-2023. Die Unterschiede zwischen der Konzentration dieser Gene an einer Luftqualitätsmessstation in der Nähe eines Krankenhauses und an einer anderen Station in der Stadt werden ausgewertet, ebenso wie die intersaisonalen und intermonatlichen Unterschiede. Das Vorhandensein bestimmter Resistenzgene wird in Bezug auf den Verbrauch bestimmter Gruppen antimikrobieller Mittel in der Studienpopulation bewertet.

2.2 Umfang der Studie und Informationsquellen: Die Studie wird in der Stadt Barcelona durchgeführt. Die Luftverschmutzungsproben werden zur Analyse von drei der Luftqualitätsüberwachungsstationen des XVPCA entnommen: eine davon im Stadtzentrum, wo ein erhebliches Verkehrsaufkommen herrscht, und die andere in der Nähe eines Krankenhauses der dritten Ebene.

2.3 Studienfächer: Erwachsene und Kinder, die in der Stadt Barcelona leben.

2.4 Definitionen: ARG (Antibiotikaresistenzgen): Das Fragment des Genoms eines Mikroorganismus, das antimikrobielle Resistenzmechanismen kodiert. Mikroorganismen können ARGs entweder durch Vererbung oder durch horizontalen Transfer von Genen von anderen Mikroorganismen erwerben. Luftverschmutzung: siehe Definition in Teilprojekt 1, Abschnitt 1.4.

2.5 Studienvariablen: Hauptergebnisvariable: Konzentration von Antibiotikaresistenzgenen/Monat. Wichtigste unabhängige Variable: definierte Tagesdosis von Antibiotika pro 1000-Einwohner-Tag.

2.6 Sammlung: Probensammlung: Proben von den Filtern, die zur Messung der PM-Konzentrationen verwendet werden, werden an drei Stationen in XVPCA-Zone 1, entsprechend der Stadt Barcelona, ​​gesammelt. Die Proben werden an zwei Stationen gesammelt, die repräsentativ für die Verschmutzung durch den Stadtverkehr sind (Plaça Universitat und Poble Nou) und an einer anderen Station, die repräsentativ für ein Krankenhausgebiet ist (Parc de Vall D'Hebron). Die Probenahme findet jeden ersten Dienstag im Monat statt. Auf diese Weise werden drei monatliche Messungen über insgesamt 30 Monate durchgeführt, sodass insgesamt 90 Proben gesammelt werden. Wenn während der Studie eine Episode mit hoher Kontamination auftritt, wird eine zusätzliche Probenahme bewertet. Zu jedem Messtag werden auch meteorologische Daten aufgezeichnet.

Probenverarbeitung: Die Proben werden durch hochvolumige (30 m3) Pallflex-Quarzfaserfilter (15 cm Durchmesser) gesammelt. Vor Gebrauch werden die Filter 5 Stunden bei 205 °C sterilisiert und 48 Stunden bei 20 °C und 50 % relativer Luftfeuchtigkeit konditioniert. Jeder Filter wird alle 24 Stunden dreimal in einer Mikrowaage mit 1 g Empfindlichkeit gewogen. Nach der Probenahme werden die Filter in das mikrobiologische Labor gebracht, wo PM2,5-Proben wie folgt entnommen werden. Zuerst wird der Filter mit einem sterilisierten Cutter geschnitten. Dann wird jedes Filterfragment zu 2 ml sterilem gereinigtem Wasser mit 0,05 % Tween 20-Lösung in einem sterilen Zentrifugenröhrchen gegeben; dann wird eine 20-minütige Beschallung durchgeführt, gefolgt von 40 Minuten Wirbelbewegung bei 2800 U/min. Die PM2,5-Proben werden bis zur endgültigen Verarbeitung bei -20 °C gelagert. DNA-Extraktion und Shotgun-Sequenzierung mikrobieller DNA: Aus der erhaltenen Verdünnung wird 1 mg/ml extrahiert. Die DNA-Extraktion wird automatisch unter Verwendung von KingFisher (ThermoFisher)-Geräten mit dem MagMaxTM Microbiome Ultra Nucleic Acid Isolation (ThermoFisher)-Kit durchgeführt. Die Bibliotheken werden mit dem Illumina Nextera-XT®-Kit erstellt.

Die Sequenzierung erfolgt mit 2 x 150 bp auf einem NextSeq550® von Illumina. Die Qualität der Sequenzen wird mit dem Programm FastQC1 analysiert und die entsprechende Filterung mit dem Programm Trimmomatic2 durchgeführt. Die menschliche Kontamination wird eliminiert, indem die gefilterten Sequenzen mit dem Bowtie 23-Programm gegen das menschliche Genom kartiert werden. Metaphlan v24-Software wird verwendet, um die mikrobielle Zusammensetzung abzuleiten. Zur Untersuchung des Resistoms werden die erworbenen Antibiotikaresistenzgene und die chromosomalen Punktmutationen mit ResFinder 3.05 identifiziert. Bevölkerungsdaten und Daten zum Verbrauch antimikrobieller Mittel: Diese Daten werden auf die gleiche Weise wie für Teilprojekt 1 (siehe Abschnitt) beschrieben erhoben, jedoch im Raum Barcelona und insbesondere in den Postleitzahlen, die den Gebieten entsprechen, in denen metagenomische Daten erhoben werden.

2.7 Statistische Analyse: Heatmaps werden für die relative Häufigkeit von ARG basierend auf den Unterschieden von 2-ΔCT erstellt. Eine Netzwerkanalyse wird basierend auf Rangkorrelationen nach Spearman durchgeführt, um die Koinzidenz von ARG-Subtypen in der Luft und in Bakteriengemeinschaften sichtbar zu machen. Die ARG-Konzentrationen in verschiedenen Monaten und Jahreszeiten werden anhand von Boxplots verglichen. Darüber hinaus wird eine Pearson-Korrelation durchgeführt, um die Konzentration von ARG mit dem Verbrauch von antimikrobiellen Mitteln in den untersuchten Bereichen in Beziehung zu setzen. Zur Beurteilung des Reichtums und der Diversität der Bakteriengemeinschaft wird die Alpha-Diversität unter Verwendung von Mothur 1.30.1 in Übereinstimmung mit der Literatur (Schloss et al., 2009) für ein Konfidenzniveau von 95 % berechnet. Die statistische Analyse wird mit dem R-Statistikpaket Version 3.6.1 oder höher (R Foundation for Statistical Computing) durchgeführt.

2.8 Einschränkungen: Die Haupteinschränkung dieser Teilstudie ist ihr beschreibender Charakter. Der untersuchte Zeitraum lässt keine direkten zeitlichen Zusammenhänge zwischen dem Grad der Luftverschmutzung und der ARG-Konzentration an einem bestimmten Tag zu. Außerdem kann aufgrund der Komplexität der Technik nur eine begrenzte Anzahl von ARG-Bestimmungen durchgeführt werden; Daher muss die Analyse ihres Zusammenhangs mit dem Verbrauch antimikrobieller Mittel durch die Bevölkerung beschreibend sein.

3. ETHISCHE ÜBERLEGUNGEN: Dieses biomedizinische Forschungsprojekt wurde von der Forschungsethikkommission des Universitätsklinikums Bellvitge evaluiert. Es wird gemäß den Vorschriften der Deklaration von Helsinki (Fortaleza, 2013) durchgeführt. Es werden aggregierte klinische Daten aus der Datenbank des Gesundheitsministeriums von Katalonien verwendet. Aus diesem Grund wurde von der Ethikkommission auf das Erfordernis der informierten Einwilligung verzichtet. Dennoch werden die Daten gemäß den spanischen (Organgesetz 3/2018) und europäischen (Verordnung [EU) 2016/679) Vorschriften behandelt.