L'effetto dell'esposizione all'ozono a basso livello sui volontari sani (Lowoz)

È stato riportato che bassi livelli sia di endotossina che di O3 innescano le risposte delle vie aeree per altri stimoli, con un esempio notevole essendo la risposta di fase immediata e tardiva all'allergene. Allo stesso modo, gli studi epidemiologici indicano che i livelli di O3 al di sotto degli attuali standard di qualità dell'aria per l'ozono sono ancora collegati all'esacerbazione delle malattie del tratto respiratorio. A livello cellulare, sia l'endotossina che gli ossidanti possono innescare le cellule infiammatorie in modo tale da migliorare la risposta agli stimoli successivamente inalati. Ciò ha portato all'idea che l'ozono possa anche migliorare la risposta all'endotossina e viceversa. Come mostrato nei nostri dati preliminari, abbiamo esaminato attentamente la risposta a bassi livelli di endotossina inalata e abbiamo scoperto che una dose di 10.000 EU migliora la funzione fagocitica di macrofagi, monociti e PMN e modifica l'espressione dei recettori di superficie cellulare (CD11b, CD14 ) e altera i livelli di IL-13 nell'espettorato senza causare afflusso di PMN alle vie aeree. Questo studio è simile nella progettazione, ma valuterà gli effetti dell'ozono a un livello di esposizione inferiore invece dell'endotossina.

Si è pensato che i monociti e i macrofagi non mediassero la risposta all'ozono perché i macrofagi recuperati dalle vie aeree delle persone esposte all'ozono avevano risposte attenuate a stimoli come lo zimosano opsonizzato o altri ligandi, e in vitro, anche l'esposizione dei macrofagi all'ozono li rende ipo-reattivo ad altri stimoli, inclusa l'endotossina. Vi è accordo generale sul fatto che la risposta delle vie aeree all'endotossina è mediata principalmente da azioni sui macrofagi e sui monociti. Tuttavia, i monociti subiscono l'adattamento all'endotossina con una precedente sfida con l'endotossina e la presenza cronica di endotossina (cioè nella sepsi) induce anche tolleranza all'effetto di un'esposizione aggiuntiva all'endotossina. Pertanto, la soppressione della funzione dei monociti/macrofagi da parte dell'ozono potrebbe non essere una prova adeguata che queste cellule non partecipino all'infiammazione delle vie aeree indotta dall'ozono.

È stato anche affermato che poiché l'ozono fa sì che le cellule epiteliali generino mediatori come IL-8, che è un potente chemiotattico per i PMN, la risposta all'ozono è stata orchestrata principalmente attraverso queste cellule. Tuttavia, ci sono dati che supportano un ruolo dei macrofagi in risposta all'ozono. Inoltre, le cellule epiteliali producono ligandi endogeni indotti dallo stress, molti dei quali sono noti per essere generati in seguito all'esposizione all'ozono, che potrebbero interagire con il sistema immunitario innato (ad es. CD14, TLR4), complemento (ad es. CR3) o altri recettori sulle cellule mononucleate delle vie aeree. Un esperimento iniziale del nostro gruppo mostra che la sfida dell'ozono delle colture di cellule epiteliali primarie (sviluppate da campionamenti epiteliali nasali di volontari) produce supernatanti che attivano COX2 e inducono la secrezione di IL-6 dai monociti del sangue periferico, indicando il potenziale per un epiteliale indotto da O3 ligando monocitario derivato. Per affrontare la questione se l'esposizione a bassi livelli di ozono modifichi la biologia dei fagociti delle vie aeree (come determinato principalmente dall'espressione dei marcatori di superficie cellulare, dalla funzione dei fagociti e dalla reattività dell'endotossina), questo studio sarà simile a quello dettagliato per l'endotossina solo ai volontari viene chiesto di sottoporsi a basso livello di esposizione all'ozono per determinare se è possibile identificare una dose iniziale che modifica la biologia dei monociti ma che è sotto la soglia per indurre una risposta dei neutrofili nelle vie aeree.

L'esposizione all'ozono a partire da 0,12 ppm per 1 ora senza esercizio può innescare la risposta all'allergene, ma non è una dose altrimenti molto efficace per l'induzione di alterazioni infiammatorie o della funzione polmonare. Anche 0,12 ppm O3 per 2 ore con 1 ora di esercizio intermittente non producono infiammazione delle vie aeree, ma provocano la generazione di un prodotto salicilato in volontari trattati con aspirina che è stata proposta come marcatore dell'esposizione O3. Utilizzando questi e studi simili come guida, eseguiremo uno studio in cui i volontari saranno sottoposti a un'esposizione di ozono di 0,12 ppm per 2 ore con esercizio moderato e intermittente (per ottenere una ventilazione di 35 l/min per una durata totale dell'esercizio di 1 ora). Esamineremo i livelli di neutrofili nell'espettorato (% PMN e PMN/mg espettorato), l'espressione di marker di superficie cellulare (CD11b, CD14) sull'espettorato e le cellule infiammatorie del sangue (monociti, macrofagi (espettorato), fagocitosi e risposta di citochine alla stimolazione dell'endotossina, 6 ore dopo l'esposizione all'ozono.

Effettueremo un'analisi ad interim dopo aver completato lo studio su 6 volontari per determinare se abbiamo identificato un livello di ozono che potrebbe modificare la funzione delle cellule mononucleate senza neutrofilia significativa. Se 0,12 ppm di ozono per 2 ore sembrano indurre una risposta priming, nessun cambiamento nella risposta PMN e qualche modifica della biologia dei monociti, continueremo con quella dose. Se notiamo un aumento dei PMN, ridefiniremo il protocollo per sfidare i volontari con 0,08 ppm O3 per 2 ore con esercizio moderato. Se non c'è risposta a livello di macrofagi, sfideremo i volontari con 0,2 ppm per 2 ore.

Numerosi studi hanno collegato l'ozono con un aumento della morbilità e della mortalità. Una possibile spiegazione è la diminuzione della variabilità della frequenza cardiaca (HRV). Nei pazienti ospedalizzati, la diminuzione dell'HRV è stata direttamente correlata con l'aumento della mortalità in più condizioni. Recenti studi completati qui hanno collegato il particolato alla diminuzione dell'HRV. In questo studio valuteremo la variabilità della frequenza cardiaca di ciascun soggetto utilizzando il monitoraggio ECG ambulatoriale.

Ipotesi

1. L'ozono a basso livello attiverà i macrofagi/monociti delle vie aeree in modo tale che rispondano maggiormente agli stimoli infiammatori, tra cui l'endotossina e lo zymosan opsonizzato.
2. Bassi livelli di ozono miglioreranno la funzione dei monociti e dei macrofagi delle vie aeree e del sangue e indurranno alcune alterazioni in alcuni marcatori di superficie cellulare.