Effecten van opeenvolgende blootstelling aan stikstofdioxide en ozon bij gezonde volwassen menselijke vrijwilligers. (ENDZONE)

Ondanks verbeteringen in de luchtkwaliteit in de afgelopen decennia, leven meer dan 100 miljoen mensen in de VS nog steeds in provincies die niet voldoen aan de National Ambient Air Quality Standards (NAAQS) voor een of meer verontreinigende stoffen. In de loop van het dagelijks leven worden individuen blootgesteld aan meerdere verontreinigende stoffen uit verschillende bronnen van zowel natuurlijke als antropogene oorsprong. Het wordt steeds duidelijker dat blootstelling aan luchtverontreinigende stoffen een risicofactor is voor verergering en misschien zelfs progressie van long- en hart- en vaatziekten. De meeste onderzoeken naar gecontroleerde menselijke blootstelling hebben individuele verontreinigende stoffen onderzocht; blootstellingen in de echte wereld vinden echter plaats in de context van een complexe mix van verontreinigende stoffen. Verschillende verontreinigende stoffen bereiken piekniveaus op verschillende tijdstippen van de dag, wat de zorg doet rijzen dat blootstelling aan één verontreinigende stof een individu kan sensibiliseren, zodat hun reactie op een volgende blootstelling kan worden versterkt. De volgorde van blootstelling aan deze agentia kan dus hun relatieve gezondheidseffecten beïnvloeden en ertoe leiden dat bepaalde blootstellingsscenario's schadelijker zijn dan andere.

Om blootstellingen aan meerdere verontreinigende stoffen te definiëren die relevant zijn voor scenario's in de echte wereld, hebben we experts van het EPA Office of Air and Radiation (OAR) geraadpleegd, die ons adviseerden om de effecten te bestuderen van sequentiële blootstelling aan NO2 en O3, twee alomtegenwoordige verontreinigende stoffen volgens de NAAQS-criteria. Omgevingsprofielen overdag van deze twee verontreinigende stoffen geven aan dat de NO2-niveaus vaak 's avonds en' s morgens pieken, gevolgd door piekconcentraties van O3 in de omgeving tijdens de middag. Met behulp van deze informatie hebben we de hier beschreven studie ontworpen om te bepalen of opeenvolgende blootstelling aan NO2 en O3, of O3 en NO2, zal resulteren in grotere pulmonale en cardiovasculaire effecten dan blootstelling aan een van beide verontreinigende stoffen alleen. Ozon is een belangrijk bestanddeel van fotochemische smog en is een van de meest grondig bestudeerde verontreinigende gassen. Gecontroleerde blootstellingsstudies bij mensen zijn van cruciaal belang geweest om aan te tonen dat het luchtwegontsteking kan veroorzaken, waaronder een toename van de infiltratie van neutrofielen in de longen en de productie van pro-inflammatoire mediatoren, en uiteindelijk een afname van de longfunctie. Meer recente studies hebben aangetoond dat ozon ook vasculaire ontsteking kan verhogen en de controle van de hartslag door het autonome zenuwstelsel kan veranderen. Stikstofdioxide is een oxidatiemiddel dat wordt geproduceerd door natuurlijke en antropogene processen. Het merendeel van de door de mens veroorzaakte NO2 is het gevolg van grootschalige verbrandingsgerelateerde processen, zoals de uitstoot van auto's en de opwekking van elektriciteit. Hoewel verkeersgerelateerde blootstellingen verantwoordelijk zijn voor het grootste deel van de NO2-emissies. Emissies van kooktoestellen op aardgas en ruimteverwarmers op kerosine met onvoldoende ventilatie kunnen binnenshuis een belangrijke bron van menselijke blootstelling aan NO2 zijn. Eerdere studies hebben aangetoond dat NO2-concentraties 600 ppb kunnen bereiken in de omgeving van een werkend gasfornuis, en dat piekniveaus 2000 ppb kunnen overschrijden. Gecontroleerde blootstellingsstudies bij mensen hebben aangetoond dat blootstelling aan alleen NO2 (variërend van 110-2000 ppb) resulteert in weinig tot geen waarneembare achteruitgang van de longfunctie; Blootstelling aan NO2 is echter in verband gebracht met een verhoogde hyperreactiviteit van de luchtwegen, gevoeligheid voor longinfectie en verhoogde longontsteking. Meer recentelijk is blootstelling aan 500 ppb NO2 in verband gebracht met veranderingen in de elektrofysiologie van het hart. Recente epidemiologische gegevens geven aan dat blootstelling aan NO2 door voertuigemissies in verband werd gebracht met zowel respiratoire als cardiovasculaire sterfte. Eerdere studies hebben aangetoond dat opeenvolgende blootstelling aan NO2 en O3 (in concentraties die vergelijkbaar zijn met die voorgesteld in deze studie) resulteert in een grotere achteruitgang van de longfunctie en een verhoogde niet-specifieke reactiviteit van de luchtwegen in vergelijking met blootstelling aan O3 voorafgegaan door blootstelling aan schone lucht bij jonge vrouwen. Aanvullend onderzoek heeft aangetoond dat opeenvolgende blootstelling aan ozon, met een tussenpoos van 24 uur, resulteerde in grotere verslechteringen van de longfunctie, beoordeeld als geforceerd expiratoir volume in de eerste seconde van de uitademing (FEV1), na de tweede blootstelling dan werd waargenomen na de eerste. Er is ook aangetoond dat blootstelling aan ozon een stimulerend effect heeft op daaropvolgende blootstelling aan zwaveldioxide (SO2) bij adolescente astmapatiënten en allergeengeïnduceerde reacties van chronische allergische astmapatiënten. Bovendien heeft lopend onderzoek bij de EPA Human Studies Facility aangetoond dat opeenvolgende blootstelling van mensen aan dieseluitlaatgassen en ozon kan leiden tot een grotere verslechtering van de longfunctie dan blootstelling aan een van beide verontreinigende stoffen alleen. Gezien de complexe aard van blootstelling aan verontreinigende stoffen, zijn we geïnteresseerd in het bepalen of blootstelling aan één verontreinigende stof een persoon kan sensibiliseren, zodat latere blootstelling aan een tweede verontreinigende stof een meer uitgesproken reactie zou veroorzaken dan zou worden verwacht op basis van blootstelling aan alleen de tweede verontreinigende stof alleen. Daarom zullen we in deze studie twee blootstellingsscenario's onderzoeken met opeenvolgende blootstellingen aan NO2 en O3. De eerste omvat het bepalen of een eerste blootstelling aan NO2 een individu zal "voorbereiden" op een volgende blootstelling aan O3. De tweede omvat het bepalen of een eerste blootstelling aan O3, in een concentratie die resulteert in kleine cardiopulmonale veranderingen die binnen 24 uur verdwijnen, een volgende blootstelling aan NO2 zal vergroten. Over het algemeen wordt blootstelling aan alleen NO2 niet geassocieerd met robuuste veranderingen in de metriek van de cardiopulmonale functie; wij zijn echter van mening dat het kan veranderen en kan worden gewijzigd door blootstelling aan ozon. Concreet zal deze studie twee algemene hypothesen testen. Ten eerste veronderstellen we dat blootstelling vooraf aan een relatief lage concentratie NO2 individuen zal "sensibiliseren" voor een daaropvolgende blootstelling aan O3 en zal leiden tot grotere veranderingen in de cardiopulmonale functie in vergelijking met blootstelling aan O3 voorafgegaan door blootstelling aan schone lucht. Ten tweede veronderstellen we dat pre-blootstelling aan O3, in een concentratie die voorheen in verband werd gebracht met kleine veranderingen in de cardiopulmonale functie, individuen zal stimuleren om een ​​grotere respons op NO2 te hebben in vergelijking met pre-blootstelling aan schone lucht. De informatie die in de loop van dit onderzoek is verkregen, zal de EPA in staat stellen de risico's van opeenvolgende blootstelling aan meerdere verontreinigende stoffen beter te beoordelen en mogelijk advies te geven over activiteiten om de effecten te verminderen.