Effetti dell'esposizione sequenziale al biossido di azoto e all'ozono in volontari umani adulti sani. (ENDZONE)

Nonostante i miglioramenti della qualità dell'aria negli ultimi decenni, oltre 100 milioni di persone negli Stati Uniti vivono ancora in contee che non soddisfano gli standard nazionali di qualità dell'aria ambiente (NAAQS) per uno o più inquinanti. Durante il corso della vita quotidiana gli individui sono esposti a molteplici inquinanti provenienti da varie fonti di origine sia naturale che antropica. È diventato sempre più chiaro che l'esposizione agli inquinanti atmosferici è un fattore di rischio per l'esacerbazione e forse anche la progressione delle malattie polmonari e cardiovascolari. La maggior parte degli studi sull'esposizione umana controllata ha esaminato singoli inquinanti; tuttavia, le esposizioni nel mondo reale si verificano nel contesto di una complessa miscela di inquinanti. Diversi inquinanti raggiungono livelli di picco in momenti diversi durante il giorno, il che solleva la preoccupazione che l'esposizione a un inquinante possa sensibilizzare un individuo in modo che la sua risposta a una successiva esposizione possa essere migliorata. Pertanto, la sequenza di esposizione a questi agenti può influire sui loro effetti relativi sulla salute e comportare che alcuni scenari di esposizione siano più deleteri di altri.

Per definire le esposizioni multi-inquinanti rilevanti per gli scenari del mondo reale, abbiamo consultato esperti dell'EPA Office of Air and Radiation (OAR), che ci hanno consigliato di studiare gli effetti dell'esposizione sequenziale a NO2 e O3, due inquinanti onnipresenti secondo i criteri NAAQS. I profili ambientali diurni di questi due inquinanti indicano che i livelli di NO2 spesso raggiungono picchi nelle ore serali e mattutine, seguiti da picchi di concentrazioni ambientali di O3 a metà giornata. Usando queste informazioni abbiamo progettato lo studio qui descritto per determinare se l'esposizione sequenziale a NO2 e O3, o O3 e NO2, si tradurrà in maggiori effetti polmonari e cardiovascolari rispetto all'esposizione a entrambi gli inquinanti da soli. L'ozono è un componente importante dello smog fotochimico ed è uno degli inquinanti gassosi più studiati. Gli studi sull'esposizione umana controllata sono stati fondamentali nel dimostrare che può causare infiammazione delle vie aeree, compreso l'aumento dell'infiltrazione dei neutrofili nel polmone e la produzione di mediatori pro-infiammatori e, infine, il decremento della funzione polmonare. Studi più recenti hanno dimostrato che l'ozono può anche aumentare l'infiammazione vascolare, così come alterare il controllo del sistema nervoso autonomo della frequenza cardiaca. Il biossido di azoto è un ossidante prodotto da processi naturali e antropici. La maggior parte dell'NO2 prodotto dall'uomo deriva da processi di combustione su larga scala, come le emissioni delle automobili e la generazione di elettricità. Sebbene le esposizioni legate al traffico rappresentino la maggior parte delle emissioni di NO2. Le emissioni degli apparecchi di cottura a gas naturale e dei riscaldatori d'ambiente alimentati a cherosene con una ventilazione inadeguata possono rappresentare una fonte significativa di esposizione umana all'NO2 negli ambienti chiusi. Studi precedenti hanno dimostrato che le concentrazioni di NO2 possono raggiungere i 600 ppb nell'area circostante una stufa a gas in funzione e che i livelli di picco possono superare i 2000 ppb. Studi sull'esposizione umana controllata hanno indicato che l'esposizione al solo NO2 (compreso tra 110 e 2000 ppb) provoca un decremento minimo o nullo della funzione polmonare; tuttavia, l'esposizione a NO2 è stata associata ad un aumento dell'iperreattività delle vie aeree, della suscettibilità alle infezioni polmonari e ad un aumento dell'infiammazione polmonare. Più recentemente, l'esposizione a 500 ppb di NO2 è stata associata a cambiamenti nell'elettrofisiologia cardiaca. Recenti dati epidemiologici indicano che l'esposizione a NO2 dalle emissioni dei veicoli è stata associata alla mortalità sia respiratoria che cardiovascolare. Precedenti studi hanno dimostrato che l'esposizione sequenziale a NO2 e O3 (a concentrazioni simili a quelle proposte in questo studio) comporta maggiori decrementi della funzione polmonare e una maggiore risposta non specifica delle vie aeree rispetto all'esposizione O3 preceduta dall'esposizione all'aria pulita nelle giovani donne. Ulteriori studi hanno dimostrato che l'esposizione sequenziale all'ozono, intervallata da 24 ore, ha determinato maggiori decrementi della funzione polmonare, valutati come volume espiratorio forzato nel primo secondo di espirazione (FEV1), dopo la seconda esposizione rispetto a quanto osservato dopo la prima. È stato anche dimostrato che l'esposizione all'ozono ha un effetto di innesco per la successiva esposizione all'anidride solforosa (SO2) negli asmatici adolescenti e nelle risposte indotte dagli allergeni degli asmatici perennemente allergici. Inoltre, la ricerca in corso presso l'EPA Human Studies Facility ha dimostrato che l'esposizione sequenziale degli esseri umani allo scarico diesel e all'ozono può comportare un maggiore decremento della funzione polmonare rispetto all'esposizione a entrambi gli inquinanti da soli. Data la complessa natura dell'esposizione agli inquinanti, siamo interessati a determinare se l'esposizione a un inquinante può sensibilizzare una persona in modo che la successiva esposizione a un secondo inquinante provochi una risposta più pronunciata di quanto ci si aspetterebbe in base all'esposizione solo al secondo inquinante. Pertanto, in questo studio esamineremo due scenari di esposizione che comportano esposizioni sequenziali di NO2 e O3. Il primo consiste nel determinare se un'esposizione iniziale all'NO2 "innescherà" un individuo a una successiva esposizione all'O3. Il secondo consiste nel determinare se un'esposizione iniziale all'O3, a una concentrazione che si traduce in piccoli cambiamenti cardiopolmonari che si risolvono entro 24 ore, aumenterà una successiva esposizione all'NO2. In generale, l'esposizione al solo NO2 non è associata a forti cambiamenti nelle metriche della funzione cardiopolmonare; tuttavia, riteniamo che possa modificare ed essere modificato dall'esposizione all'ozono. Nello specifico, questo studio verificherà due ipotesi generali. In primo luogo, ipotizziamo che la pre-esposizione a una concentrazione relativamente bassa di NO2 "sensibilizzi" gli individui a una successiva esposizione all'O3 e porti a maggiori cambiamenti nella funzione cardiopolmonare rispetto all'esposizione all'O3 preceduta dall'esposizione all'aria pulita. In secondo luogo, ipotizziamo che la pre-esposizione all'O3, a una concentrazione che è stata precedentemente associata a piccoli cambiamenti nella funzione cardiopolmonare, indurrà gli individui ad avere una maggiore risposta all'NO2 rispetto alla pre-esposizione all'aria pulita. Le informazioni ottenute nel corso di questo studio consentiranno all'EPA di valutare meglio i rischi associati all'esposizione sequenziale a più inquinanti e potenzialmente fornire consigli sulle attività per mitigare gli effetti.