Lämpötilan ja otsonin vuorovaikutusvaikutukset (TROPICOZ)

Ilmanlaatu Yhdysvalloissa on parantunut merkittävästi viime vuosikymmeninä. Siitä huolimatta miljoonat ihmiset Yhdysvalloissa asuvat edelleen maakunnissa, jotka eivät täytä ilmanlaatustandardeja yhden tai useamman epäpuhtauden osalta. Globaali ilmastonmuutos hyväksytään laajalti tapahtuvan, ja sillä uskotaan olevan useita merkittäviä ja mahdollisesti haitallisia vaikutuksia ekosysteemiin. Lisäksi ilmaston muutokset voivat johtaa korkeampiin haitallisten ilmansaasteiden pitoisuuksiin, ja joidenkin ilmansaasteiden esiintyminen ilmakehässä voi myös kiihdyttää ilmastonmuutosta. Ilmastonmuutoksen ja ilmanlaadun väliset monimutkaiset vuorovaikutukset vaikuttavat terveysvaikutuksiin. Tarvitaan tutkimusta näiden vuorovaikutusten kansanterveysvaikutusten tunnistamiseksi. Yksi näkökohta, jota on alitutkittu, on se, kuinka ilmansaasteiden lisästressori vaikuttaa fysiologisiin reaktioihin kohonneeseen lämpötilaan.

Useat epidemiologiset tutkimukset ovat osoittaneet vahvan yhteyden ilmansaasteille altistumisen ja haitallisten kardiopulmonaalisten vaikutusten, kuten hengitystieinfektioiden, astman pahenemisen, kroonisen keuhkoputkentulehduksen, iskeemisen sydänsairauden ja aivohalvauksen välillä [1-3]. Otsoni on tärkeä osa fotokemiallista savua. Kontrolloidut ihmisten altistustutkimukset ovat olleet kriittisiä osoittaessaan, että se voi aiheuttaa keuhkojen toiminnan heikkenemistä [4-10] ja keuhkotulehdusta.[11-13] Tulehdukseen sisältyy lisääntynyt neutrofiilien määrä ja liukoisia pro-inflammatorisia välittäjäaineita alemmissa hengitysteissä [14, 15].

Suurin osa näistä tutkimuksista koski kontrolloitua altistumista suhteellisen korkeille (0,1–0,4 ppm) pitoisuuksille lyhyitä aikoja (tyypillisesti 2 tuntia). Nämä lyhytaikaisen altistuksen tutkimukset ovat hyödyllisiä, koska a) ne tarjoavat vahvimmat ja kvantitatiivisimmat altistusvastetiedot ja b) ne mahdollistavat sellaisten biologisten muutosten tutkimisen, jotka ovat itsessään ohimeneviä ja merkityksettömiä, mutta jotka voidaan ekstrapoloida terveysvaikutusten ennustamiseksi herkissä populaatioissa. tai pitkäaikaisessa altistumisessa. Esimerkiksi terveillä henkilöillä, jotka altistettiin 0,4 ppm:n otsonialtistukselle 2 tunnin ajan [16], havaittiin FEV1:n lasku 13,5 %, johon usein liittyi vain lieviä oireita, kuten trakeobronkiaalinen ärsytys ja yskä. Kuitenkin 3 tunnin kuluttua altistumisesta nämä oireet olivat suurelta osin kadonneet ja vain 2,7 %:n FEV1-lasku oli havaittavissa. 24 tunnin kuluessa, jopa korkeammilla otsonipitoisuuksilla, palautumisvaihe on normaalisti päättynyt. Ensisijainen kansanterveyshuoli on henkilöillä, joilla on hengitystiesairauksia. Jos nämä samat muutokset tapahtuisivat henkilöllä, jolla on alentunut reservi, otsonin aiheuttamat muutokset olisivat päällekkäisiä olemassa olevan keuhkovaurion kanssa ja niillä voi olla merkittäviä terveysvaikutuksia.

Huolimatta lähes 30 vuotta kestäneestä otsonin vaikutusten tutkimuksesta, otsonin ja lämpötilan välisestä vuorovaikutuksesta on hyvin vähän tutkimuksia. Vaikka otsoni on normaalisti kohonnut, kun sää on kuiva ja kuuma, useimmat kontrolloidut kammiotutkimukset suoritetaan kohtuullisissa lämpötiloissa (70-75 oF). Korkeampia lämpötiloja koskevat tutkimukset suoritettiin yleensä ennen Los Angelesin olympialaisia ​​vuonna 1984, ja niissä keskityttiin harjoituksen suorituskyvyn heikkenemiseen. Esimerkiksi Gibbons ja Adams tutkivat kymmentä aerobisesti koulutettua nuorta aikuista naista, jotka harjoittivat jatkuvasti 66 %:lla O2:n maksimiottokyvystä 1 tunnin ajan, kun he altistettiin suun kautta suodatetulle ilmalle ja 0,15 ja 0,30 ppm otsonille sekä kohtalaisessa (24 oC) että kuumassa (35 astetta) oC) ympäristöolosuhteet ja osoittivat, että koehenkilöt todennäköisemmin lopettivat harjoituksen ennenaikaisesti kuumissa lämpötiloissa.[17] Gong tutki huippupyöräilijöitä ja osoitti samanlaisia ​​tuloksia.[18] Folinsbee ym. tutkivat 2 tunnin altistuksen vaikutuksia korkealle otsonipitoisuudelle (0,5 ppm) 14 tupakoimattomalla miehellä neljässä ympäristöolosuhteissa (64,4, 80,0, 85,2 ja 92,0 oF) ja havaitsi, että suurin FVC:n lasku tapahtui, kun otsonille altistuminen oli korkeimmassa lämpötilassa.[19]

Mainitut tutkimukset ovat keskittyneet hengitysteiden tuloksiin. On kuitenkin käymässä selväksi, että otsonilla voi olla systeemisiä ja sydänvaikutuksia. Otsoni reagoi nopeasti hengitysteiden kanssa, eikä se imeydy tai kulje keuhkojen ulkopuolisiin kohtiin. Viimeaikaiset tutkimukset ovat kuitenkin osoittaneet myös yhteyden pitkäaikaisen otsonialtistuksen ja sydän- ja verisuonisairauksien välillä [20, 21]. Lisäksi lyhytaikainen altistuminen otsonille voi aiheuttaa pieniä ohimeneviä muutoksia korkeataajuisessa sykevaihtelussa (HRV) terveillä aikuisilla [22]. Kokeelliset tutkimukset ovat osoittaneet, että lämpöstressillä voi olla samanlainen vaatimaton vaikutus tähän HRV:n komponenttiin. [23] Yhdistelmän vaikutusta ei ole tähän mennessä tutkittu. Otsonin lämpötilan ja sydämen suhdetta arvioivat epidemiologiset tutkimukset ovat yleensä olleet epätietoisia, koska korkean otsonin päiviä esiintyy yleensä kuumalla säällä. Perinteiset menetelmät eivät sovellu erottelemaan otsonin ja lämpötilan vaikutuksia, puhumattakaan niiden vuorovaikutuksesta. Suhdetta tutkineet ovat osoittaneet negatiivisen yhteyden lämpötilan ja otsonikuolleisuuden välillä ilmastoinnin lisääntyneen käytön vuoksi. [24] Hyvin tuoreessa tutkimuksessa, jossa käytettiin uusia lähestymistapoja, tutkittiin kuitenkin, muuttiko otsoni lämpötilan ja sydän- ja verisuoniperäisen kuolleisuuden välisiä yhteyksiä 95 suuressa yhteisössä Yhdysvalloissa vuosina 1987-2000 kesällä. He havaitsivat, että 10 oC:n lämpötilan nousu samana päivänä liittyi kuolleisuuden lisääntymiseen 1,17 % ja 8,31 % kaikkien yhteisöjen alhaisimpaan ja korkeimpaan otsonipitoisuuteen.[25]

Tämän tutkimuksen tarkoituksena on suorittaa ensimmäinen kontrolloitu kammiotutkimus, jotta voidaan ymmärtää lämmön ja otsonin välisestä vuorovaikutuksesta aiheutuvia kardiovaskulaarisia muutoksia. Tästä tutkimuksesta saadut tiedot antavat EPAlle mahdollisuuden arvioida paremmin ilmansaasteiden riskejä helleaallon aikana ja antaa neuvoja toimenpiteistä vaikutusten lieventämiseksi.