El impacto de la contaminación del aire en el consumo de antimicrobianos en la población general (ONAIR)

El proyecto ONAIR constará de los dos subestudios que se describen a continuación:

SUBESTUDIO 1

1.1 Diseño: Análisis de series temporales en dos partes de la asociación entre la concentración de los principales contaminantes atmosféricos (PM2,5, PM10, NO2, O3) entre 2006 y 2022 y el consumo diario de antimicrobianos por parte de la población general.

1.2 Ámbito del estudio y fuentes de información autorizadas: El estudio se realizará en las 11 ciudades de Cataluña de más de 100.000 habitantes, distribuidas en las cuatro provincias de la región. Estas ciudades albergan a 3.283.501 personas. Los datos diarios de contaminación del aire se obtendrán de la Red de Vigilancia y Predicción de la Contaminación Atmosférica (XVPCA). El consumo diario de antimicrobianos se estimará a partir de los datos oficiales de prescripción registrados por el Consejo del Colegio de Farmacéuticos de Cataluña (CCFC) autorizados por el Departamento de Salud de Cataluña. Las variables clínicas secundarias objeto de estudio se obtendrán a través de la Agencia de Calidad y Evaluación Sanitaria de Cataluña.

1.3 Sujetos de estudio: Adultos y niños residentes en las 11 ciudades objeto de estudio.

1.4 Definiciones: Contaminación del aire. Se define como la detección de cualquier sustancia en el aire que pueda dañar la salud humana, animal o vegetal, o causar daños materiales. La contaminación del aire proviene de diferentes fuentes; varía según su composición que, a su vez, varía según la temperatura y la humedad del ambiente. Para efectos de este estudio, dado que no todas las estaciones de monitoreo de calidad del aire registran datos de todos los compuestos, se analizarán PM10, PM2.5, NO2 y 03. DDD (dosis diaria definida). Es la unidad técnica de medida y comparación equivalente a la dosis media diaria de mantenimiento de un fármaco cuando se utiliza en su indicación principal por una determinada vía de administración en adultos, expresada en términos de cantidad de principio activo. Está definido y actualizado por la Organización Mundial de la Salud (OMS) (https://www.whocc.no/ddd/definition_and_general_considera/#General). DDD/TID (dosis diaria definida por mil habitantes al día). Este parámetro está diseñado para comparar el consumo de drogas expresado en número de DDD para diferentes zonas geográficas y/o periodos de tiempo. Se calcula multiplicando el número de DDD consumidos por mil habitantes y dividiendo por el número de días del período considerado y por el número de habitantes. Fórmula DDD/TID = (nºP x NºF x AF x 1000) / (DDD x nº de habitantes x nº de días) (nºP = número de envases dispensados ​​diariamente. NºF = número de formas farmacéuticas (es decir, pastillas, cápsulas, etc.) por envase. AP = cantidad de principio activo por forma farmacéutica). Denominador poblacional: para el cálculo del número de habitantes se utilizará la población (usuarios con tarjeta sanitaria individual y adscritos a un centro asistencial) a cargo de cada facultativo, calculada a partir de los datos del sistema de información de atención primaria, incluyendo también la enfermería población de origen.

1.5 Descripción de las variables: Variable de resultado principal: dosis diaria definida de antimicrobianos por 1000 habitantes-día. Principales variables independientes: concentraciones de PM10, PM2.5, NO2 y 03.

Variables de confusión: Año, día de la semana, temperatura y humedad relativa.

Variables de resultado secundarias: Costes diarios definidos de antimicrobianos por 1000 habitantes-día, mortalidad por causas naturales, mortalidad por causas respiratorias, ingresos hospitalarios por causas respiratorias y consultas de atención primaria por síntomas respiratorios.

1.6 Recopilación de datos: Datos de contaminación: Los datos de contaminación en las 11 ciudades bajo estudio desde 2006 hasta 2020 se obtendrán de la XVPCA para el análisis de series temporales. En cada zona de calidad del aire, se pueden identificar distintas áreas según el uso del suelo (nivel 1: áreas urbanas, suburbanas o rurales) y el tipo de fuentes de emisión (nivel 2: tráfico, industrial o de fondo).

Se registrará la serie temporal de la temperatura media diaria y la humedad relativa desde 2006 hasta 2020, medidas por el Servicio de Meteorología de Cataluña. Se recogerán prospectivamente datos diarios de contaminación, temperatura y humedad en estas zonas en 2021 y 2022. También se considerarán como variables de confusión el día de la semana y la serie temporal de casos diarios de influenza. Las asociaciones de concentraciones de los principales contaminantes, el consumo diario de antimicrobianos (DDD/TID) y las variables secundarias descritas se evaluarán en análisis separados utilizando un enfoque estándar de series de tiempo, un protocolo analítico de dos etapas que ha sido ampliamente aplicado en años anteriores. estudios de series de tiempo en muchas ciudades diferentes. Datos de población y consumo de antimicrobianos. Los datos se recogerán por edad (> 65 años), sexo y región.

Para el cálculo del DDD/TID y coste dispensado/TID se recogerán los siguientes datos diarios por código postal: el medicamento (combinación de principio activo + forma farmacéutica + dosis + número de formas farmacéuticas por envase), código ATC, número de bultos dispensados, fecha de dispensación y precio oficial de cada bulto. También se registrará el número de usuarios con tarjeta sanitaria individual y centro asistencial asignado.

1.7 Análisis estadístico: En una primera etapa, se estimarán asociaciones entre la dosis diaria de antibioticoterapia y los contaminantes atmosféricos evaluados en cada ciudad utilizando modelos lineales generalizados cuasi-Poisson. Como en estudios anteriores, en el modelo principal se incluirán las siguientes covariables: el año (suavizado por splines cúbicos) para controlar la tendencia y la estacionalidad temporal de los indicadores; una variable que indica el día de la semana para tener en cuenta las variaciones semanales a corto plazo; y la temperatura (suavizada por splines) y la humedad relativa (suavizada por splines) para controlar los posibles efectos de confusión no lineales del clima en áreas en las que esta información está disponible. Dado que el posible efecto de un contaminante en la dosis diaria de antibiótico puede proyectarse en los días siguientes, se explorará un rango de retrasos en los modelos estimados. El mismo procedimiento se aplicará a la temperatura. En la segunda etapa, se utilizará un modelo de efectos aleatorios para realizar un metanálisis de las estimaciones de asociación entre el contaminante y el consumo diario de antimicrobianos obtenidas en cada ciudad. Así, se obtendrán las estimaciones agregadas y sus intervalos de confianza al 95% del cambio porcentual en el consumo diario de antimicrobianos por cada incremento de 10μg/m3. Se utilizará la prueba I² para evaluar la heterogeneidad entre ciudades. De manera similar, se estimarán modelos para evaluar las asociaciones entre las variables de resultado secundarias y los contaminantes del aire. El análisis estadístico se realizará mediante el paquete estadístico R (versión 3.6.1 o superior (R Foundation for Statistical Computing) utilizando mgcv para los modelos principales y rmeta para el modelo de efectos aleatorios. Se considerará significación estadística para p < 0,05.

1.8 Limitaciones: Una posible limitación puede ser la dificultad para distinguir entre el impacto de la contaminación sobre el consumo de antibióticos como una relación directa de causa-efecto o como un factor de confusión en la relación de causa-efecto entre la contaminación del aire y las exacerbaciones respiratorias de una patología previa.

SUBESTUDIO 2

2.1 Diseño: Estudio observacional descriptivo de la concentración de genes de resistencia a antibióticos (ARG) en el área de Barcelona durante el periodo 2021-2023. Se evaluarán las diferencias entre la concentración de estos genes en una estación de monitoreo de la calidad del aire cercana a un hospital y en otra estación en otra parte de la ciudad, así como las diferencias interestacionales e intermensuales. Se evaluará la presencia de determinados genes de resistencia en relación con el consumo de determinados grupos de antimicrobianos en la población de estudio.

2.2 Ámbito del estudio y fuentes de información: El estudio se realizará en la ciudad de Barcelona. Las muestras de contaminación del aire se obtendrán para el análisis de tres de las estaciones de monitoreo de calidad del aire de XVPCA: una de ellas en el centro de la ciudad donde hay un volumen de tráfico importante y la otra ubicada cerca de un hospital de tercer nivel.

2.3 Sujetos de estudio: Adultos y niños residentes en la ciudad de Barcelona.

2.4 Definiciones: ARG (gen de resistencia a los antibióticos): el fragmento del genoma de un microorganismo que codifica mecanismos de resistencia a los antimicrobianos. Los microorganismos pueden adquirir ARG por herencia o por transferencia horizontal de genes de otros microorganismos. Contaminación del aire: véase la definición en el subproyecto 1, apartado 1.4.

2.5 Variables de estudio: Principal variable resultado: Concentración de genes de resistencia a antibióticos/mes. Principal variable independiente: dosis diaria definida de antimicrobianos por 1000 habitantes-día.

2.6 Recogida: Recogida de muestras: Las muestras de los filtros utilizados para medir las concentraciones de PM se recogerán en tres estaciones de la zona 1 de XVPCA, correspondiente a la ciudad de Barcelona. Las muestras se recogerán en dos estaciones representativas de la contaminación relacionada con el tráfico urbano (Plaça Universitat y Poble Nou) y en otra estación representativa de un área hospitalaria (Parc de Vall D'Hebron). El muestreo se realizará el primer martes de cada mes. De esta forma, se realizarán tres mediciones mensuales durante un total de 30 meses, por lo que se recogerán un total de 90 muestras. Si hay un episodio de alta contaminación durante el estudio, se evaluará un muestreo adicional. También se registrarán los datos meteorológicos correspondientes a cada día de medición.

Procesamiento de muestras: Las muestras se recolectarán a través de filtros de fibra de cuarzo Pallflex de alto volumen (30 m3) (15 cm de diámetro). Antes de su uso, los filtros se esterilizarán a 205°C durante 5 horas y se acondicionarán durante 48 horas a 20°C y 50% de humedad relativa. Cada filtro se pesará tres veces cada 24 horas en una microbalanza con sensibilidad de 1g. Luego del muestreo, los filtros serán llevados al laboratorio de microbiología donde se extraerán muestras de PM2.5, de la siguiente manera. En primer lugar, se cortará el filtro con un cortador esterilizado. Luego, cada fragmento de filtro se agregará a 2 ml de agua purificada estéril con solución de Tween 20 al 0,05 % en una tina de centrífuga estéril; luego, se realizará una sonicación de 20 minutos seguida de 40 minutos de agitación vorticial a 2800 rpm. Las muestras de PM2,5 se almacenarán a -20ºC hasta su procesamiento definitivo. Extracción de ADN y secuenciación shotgun de ADN microbiano: De la dilución obtenida se extraerá 1mg/mL. La extracción de ADN se realizará automáticamente utilizando el equipo KingFisher (ThermoFisher) con el kit MagMaxTM Microbiome Ultra Nucleic Acid Isolation (ThermoFisher). Las bibliotecas se construirán utilizando el kit Illumina Nextera-XT®.

La secuenciación se realizará a 2 x 150 pb en un NextSeq550® de Illumina. La calidad de las secuencias se analizará con el programa FastQC1 y se realizará el filtrado correspondiente con el programa Trimmomatic2. La contaminación humana se eliminará mapeando las secuencias filtradas contra el genoma humano con el programa Bowtie 23. Se utilizará el software Metaphlan v24 para inferir la composición microbiana. Para estudiar el resistoma, se identificarán los genes de resistencia a antibióticos adquiridos y las mutaciones cromosómicas puntuales con ResFinder 3.05. Datos de población y datos de consumo de antimicrobianos: Estos datos se recogerán de la misma forma que se describe para el subproyecto 1 (ver apartado), pero en el área de Barcelona, ​​y concretamente en los códigos postales correspondientes a las zonas donde se recogen datos metagenómicos.

2.7 Análisis estadístico: Se crearán mapas de calor para la abundancia relativa de ARG basados ​​en las diferencias de 2-ΔCT. Se realizará un análisis de red basado en las correlaciones de rango de Spearman para visualizar la coincidencia de los subtipos ARG en el aire y en las comunidades de bacterias. Las concentraciones de ARG en diferentes meses y estaciones se compararán mediante diagramas de caja. Además, se realizará una correlación de Pearson para relacionar la concentración de ARG con el consumo de antimicrobianos en las zonas de estudio. Para evaluar la riqueza y diversidad de la comunidad bacteriana, la diversidad alfa se calculará utilizando Mothur 1.30.1 de acuerdo con la literatura (Schloss et al, 2009) para un nivel de confianza del 95 %. El análisis estadístico se realizará utilizando el paquete estadístico R versión 3.6.1 o superior (R Foundation for Statistical Computing).

2.8 Limitaciones: La principal limitación de este subestudio es su carácter descriptivo. El período de tiempo en estudio no permite establecer relaciones temporales directas entre el grado de contaminación del aire y la concentración de ARG en un día determinado. Además, debido a la complejidad de la técnica, solo se puede realizar un número limitado de determinaciones de ARG; por tanto, el análisis de su relación con el consumo de antimicrobianos por parte de la población deberá ser descriptivo.

3. CONSIDERACIONES ÉTICAS: Este proyecto de investigación biomédica ha sido evaluado por el Comité Ético de Investigación del Hospital Universitario de Bellvitge. Se realizará bajo los preceptos de la Declaración de Helsinki (Fortaleza, 2013). Se utilizarán datos clínicos agregados de la base de datos del Departamento de Salud de Cataluña. Por esta razón, el requisito de consentimiento informado ha sido dispensado por el Comité de Ética. No obstante, los datos serán tratados de conformidad con la normativa española (Ley Orgánica 3/2018) y europea (Reglamento [UE) 2016/679).