Effekter av sekvensiell eksponering for nitrogendioksid og ozon hos friske voksne frivillige. (ENDZONE)

Til tross for forbedringer i luftkvaliteten de siste tiårene, bor fortsatt over 100 millioner mennesker i USA i fylker som ikke oppfyller National Ambient Air Quality Standards (NAAQS) for en eller flere forurensninger. I løpet av dagliglivet blir individer eksponert for flere forurensninger fra ulike kilder av både naturlig og menneskeskapt opprinnelse. Det har blitt stadig tydeligere at eksponering for luftforurensning er en risikofaktor for forverring og kanskje til og med progresjon av lunge- og kardiovaskulær sykdom. Flertallet av studier med kontrollert eksponering av mennesker har undersøkt individuelle forurensninger; Imidlertid forekommer eksponeringer i den virkelige verden i sammenheng med en kompleks blanding av forurensninger. Ulike forurensninger når toppnivåer til forskjellige tider i løpet av dagen, noe som øker bekymringen for at eksponering for en forurensning kan gjøre et individ sensibilisert slik at deres respons på en påfølgende eksponering kan bli forbedret. Følgelig kan rekkefølgen av eksponering for disse midlene påvirke deres relative helseeffekter og føre til at visse eksponeringsscenarier er mer skadelige enn andre.

For å definere eksponeringer for flere forurensninger som er relevante for virkelige scenarier, konsulterte vi eksperter i EPA Office of Air and Radiation (OAR), som rådet oss til å studere effekten av sekvensiell eksponering for NO2 og O3, to allestedsnærværende NAAQS-kriterier forurensninger. Omgivelsesdøgnprofiler for disse to forurensende stoffene indikerer at nivåene av NO2 ofte topper seg om kvelden og morgentimene, som etterfølges av maksimale O3-konsentrasjoner i omgivelsene midt på dagen. Ved å bruke denne informasjonen utformet vi studien beskrevet her for å bestemme om sekvensiell eksponering for NO2 og O3, eller O3 og NO2, vil resultere i større lunge- og kardiovaskulære effekter enn eksponering for begge forurensende stoffene alene. Ozon er en viktig komponent i fotokjemisk smog og er en av de mest grundig studerte gassformige forurensningene. Studier av kontrollert eksponering av mennesker har vært avgjørende for å demonstrere at det kan forårsake luftveisbetennelse, inkludert økning i nøytrofilinfiltrasjon i lungen og produksjon av pro-inflammatoriske mediatorer, og til slutt reduksjon i lungefunksjon. Nyere studier har vist at ozon også kan øke vaskulær betennelse, samt endre det autonome nervesystemets kontroll av hjertefrekvensen. Nitrogendioksid er en oksidant som produseres ved naturlige og menneskeskapte prosesser. Størstedelen av menneskeskapt NO2 stammer fra store forbrenningsrelaterte prosesser, som bilutslipp og produksjon av elektrisitet. Selv om trafikkrelaterte eksponeringer står for størstedelen av NO2-utslippene. Utslipp fra kokeapparater med naturgass og parafindrevne romvarmere med utilstrekkelig ventilasjon kan tjene som en betydelig kilde til menneskelig eksponering for NO2 innendørs. Tidligere studier har vist at NO2-konsentrasjoner kan nå 600 ppb i området rundt en gassovn i drift, og toppnivåer kan overstige 2000 ppb. Kontrollerte eksponeringsstudier hos mennesker har indikert at eksponering for NO2 alene (som varierer fra 110-2000 ppb) resulterer i liten eller ingen observerbar reduksjon i lungefunksjon; NO2-eksponering har imidlertid vært assosiert med økt luftveishyperrespons, mottakelighet for lungeinfeksjon og økt lungebetennelse. Mer nylig har eksponering for 500ppb NO2 vært assosiert med endringer i hjerteelektrofysiologi. Nyere epidemiologiske data indikerer at eksponering for NO2 fra kjøretøyutslipp var assosiert med både respiratorisk og kardiovaskulær-relatert dødelighet. Tidligere studier har vist at sekvensiell eksponering for NO2 og O3 (ved konsentrasjoner som ligner de som er foreslått i denne studien) resulterer i større reduksjoner i lungefunksjonen og økt ikke-spesifikk luftveisrespons sammenlignet med O3-eksponering forut for eksponering for ren luft hos unge kvinner. Ytterligere studier har vist at sekvensiell eksponering for ozon, atskilt med 24 timer, resulterte i større lungefunksjonsreduksjoner, vurdert som tvunget ekspirasjonsvolum i det første sekundet av utånding (FEV1), etter den andre eksponeringen enn det som ble observert etter den første. Ozoneksponering har også vist seg å ha en primende effekt for påfølgende eksponering for svoveldioksid (SO2) hos astmatikere i ungdom og allergeninduserte responser fra perennial allergiske astmatikere. I tillegg har pågående forskning ved EPA Human Studies Facility vist at sekvensiell eksponering av mennesker for dieseleksos og ozon kan resultere i større lungefunksjonsnedgang enn eksponering for begge forurensende stoffene alene. Gitt den komplekse karakteren av forurensningseksponering, er vi interessert i å avgjøre om eksponering for én forurensning kan gjøre en person sensibilisert, slik at påfølgende eksponering for en annen forurensning vil føre til en mer uttalt respons enn forventet basert på eksponering for bare den andre forurensningen alene. Derfor vil vi i denne studien undersøke to eksponeringsscenarier som involverer sekvensiell eksponering av NO2 og O3. Den første innebærer å bestemme om en initial eksponering for NO2 vil "prime" et individ til en påfølgende O3-eksponering. Den andre innebærer å avgjøre om en innledende eksponering for O3, ved en konsentrasjon som resulterer i små kardiopulmonale endringer som går over innen 24 timer, vil øke en påfølgende eksponering for NO2. Generelt sett er eksponering for NO2 alene ikke assosiert med robuste endringer i beregninger av kardiopulmonal funksjon; Vi tror imidlertid at den kan modifisere og bli modifisert av ozoneksponering. Konkret vil denne studien teste to generelle hypoteser. For det første antar vi at forhåndseksponering for en relativt lav konsentrasjon av NO2 vil "sensibilisere" individer til en påfølgende O3-eksponering og føre til større endringer i kardiopulmonal funksjon sammenlignet med O3-eksponering forut for eksponering for ren luft. For det andre antar vi at pre-eksponering for O3, ved en konsentrasjon som tidligere har vært assosiert med små endringer i kardiopulmonal funksjon, vil prime individer til å ha en større respons på NO2 sammenlignet med pre-eksponering for ren luft. Informasjonen innhentet i løpet av denne studien vil gjøre det mulig for EPA å bedre vurdere risikoene forbundet med sekvensiell eksponering for flere forurensende stoffer og potensielt gi råd om aktiviteter for å dempe effektene.