Wpływ interakcji temperatury i ozonu (TROPICOZ)

W ciągu ostatnich dziesięcioleci jakość powietrza w Stanach Zjednoczonych znacznie się poprawiła. Mimo to miliony ludzi w Stanach Zjednoczonych nadal mieszkają w hrabstwach, które nie spełniają norm jakości powietrza dla jednego lub więcej zanieczyszczeń. Powszechnie przyjmuje się, że globalna zmiana klimatu ma miejsce i uważa się, że ma szereg poważnych i potencjalnie niekorzystnych skutków dla ekosystemu. Dodatkowo zmiany klimatu mogą prowadzić do wyższych stężeń szkodliwych zanieczyszczeń powietrza, a obecność niektórych zanieczyszczeń powietrza w atmosferze może również przyspieszyć zmiany klimatu. Na skutki zdrowotne wpływają złożone interakcje między zmianą klimatu a jakością powietrza. Potrzebne są badania, aby określić konsekwencje tych interakcji dla zdrowia publicznego. Jednym z aspektów, który został niedostatecznie zbadany, jest wpływ dodatkowego czynnika stresogennego, jakim jest zanieczyszczenie powietrza, na reakcje fizjologiczne na podwyższoną temperaturę.

Kilka badań epidemiologicznych wykazało silny związek między ekspozycją na zanieczyszczenia powietrza a niekorzystnymi skutkami sercowo-płucnymi, takimi jak infekcje dróg oddechowych, zaostrzenie astmy, przewlekłe zapalenie oskrzeli, choroba niedokrwienna serca i udar mózgu [1-3]. Ozon jest głównym składnikiem smogu fotochemicznego. Kontrolowane badania narażenia ludzi były krytyczne w wykazaniu, że może to powodować pogorszenie czynności płuc [4-10] i zapalenie płuc. [11-13] Zapalenie obejmuje zwiększoną liczbę neutrofili i rozpuszczalnych mediatorów prozapalnych w dolnych drogach oddechowych [14, 15].

Większość z tych badań obejmowała kontrolowane narażenie na stosunkowo wysokie stężenia (0,1 - 0,4 ppm) przez krótkie okresy czasu (zwykle 2 godziny). Te krótkoterminowe badania narażenia są przydatne, ponieważ a) dostarczają najsilniejszych i najbardziej wymiernych danych dotyczących odpowiedzi na narażenie oraz b) umożliwiają badanie zmian biologicznych, które same w sobie są przejściowe i nieistotne, ale można je ekstrapolować w celu przewidywania skutków zdrowotnych w podatnych populacjach lub w ekspozycjach długoterminowych. Na przykład zdrowe osoby wystawione na działanie ozonu o stężeniu 0,4 ppm przez 2 godziny [16] wykazywały spadek FEV1 o 13,5%, któremu często towarzyszyły jedynie łagodne objawy, takie jak podrażnienie tchawicy i oskrzeli oraz kaszel. Jednak po 3 godzinach od ekspozycji objawy te w dużej mierze zniknęły i wykryto jedynie spadek FEV1 o 2,7%. Po 24 godzinach, nawet przy wyższych stężeniach ozonu, faza regeneracji jest zwykle zakończona. Głównym problemem zdrowia publicznego są osoby z chorobami układu oddechowego. Gdyby te same zmiany wystąpiły u osoby z obniżoną rezerwą, zmiany wywołane ozonem nałożyłyby się na istniejące wcześniej uszkodzenie płuc i mogą mieć znaczący wpływ na zdrowie.

Pomimo prawie 30 lat badań nad wpływem ozonu, istnieje bardzo niewiele badań dotyczących interakcji między ozonem a temperaturą. Chociaż poziom ozonu jest zwykle podwyższony, gdy pogoda jest sucha i gorąca, większość kontrolowanych badań w komorze przeprowadza się w umiarkowanych temperaturach (70-75 oF). Te badania, które dotyczyły wyższych temperatur, były na ogół przeprowadzane w okresie poprzedzającym Igrzyska Olimpijskie w Los Angeles w 1984 roku i koncentrowały się na upośledzeniu wydajności ćwiczeń. Na przykład Gibbons i Adams przebadali dziesięć młodych, dorosłych kobiet wytrenowanych aerobowo, które przez 1 godzinę ćwiczyły nieprzerwanie przy 66% maksymalnego poboru O2, wystawione doustnie na filtrowane powietrze i 0,15 i 0,30 ppm ozonu zarówno w umiarkowanych (24°C), jak i gorących (35°C). oC) w warunkach otoczenia i wykazali, że badani byli bardziej skłonni do przedwczesnego zaprzestania ćwiczeń w wysokich temperaturach.[17] Gong badał elitarnych kolarzy i wykazał podobne wyniki.[18] Folinsbee i wsp. zbadali wpływ 2-godzinnej ekspozycji na wysoki poziom ozonu (0,5 ppm) u 14 niepalących mężczyzn w czterech warunkach środowiskowych (64,4, 80,0, 85,2 i 92,0 oF) i stwierdzili, że największy spadek FVC wystąpił, gdy ekspozycja na ozon była w najwyższej temperaturze.

Cytowane badania koncentrowały się na wynikach dotyczących układu oddechowego. Jednak staje się jasne, że ozon może mieć działanie ogólnoustrojowe i sercowe. Ozon szybko reaguje z tkankami oddechowymi i nie jest wchłaniany ani transportowany do miejsc pozapłucnych. Jednak ostatnie badania wykazały również związek między długotrwałą ekspozycją na ozon a chorobowością sercowo-naczyniową [20, 21]. Ponadto krótkotrwałe narażenie na ozon może powodować niewielkie przejściowe zmiany zmienności rytmu serca o wysokiej częstotliwości (HRV) u zdrowych osób dorosłych [22]. Badania eksperymentalne wykazały, że stres cieplny może mieć podobnie skromny wpływ na ten składnik HRV. [23] Do tej pory nie badano wpływu połączenia. Badania epidemiologiczne oceniające zależność ozon-temperatura-serce były generalnie nieinformacyjne, ponieważ dni z wysokim poziomem ozonu zwykle występują podczas upałów. Tradycyjne metody nie nadają się do rozróżniania wpływu ozonu i temperatury, nie mówiąc już o ich interakcji. Ci, którzy badali ten związek, wykazali negatywny związek między temperaturą a śmiertelnością ozonu z powodu zwiększonego wykorzystania w klimatyzacji. [24] Jednak bardzo niedawne badanie, przy użyciu nowatorskich metod, sprawdzało, czy ozon modyfikował związki między temperaturą a śmiertelnością z powodu chorób układu krążenia w 95 dużych społecznościach w USA, w latach 1987-2000, latem. Stwierdzili, że wzrost temperatury o 10oC tego samego dnia wiązał się ze wzrostem śmiertelności odpowiednio o 1,17% i 8,31% dla najniższego i najwyższego poziomu stężenia ozonu we wszystkich społecznościach.[25]

Celem tego badania jest przeprowadzenie pierwszego kontrolowanego badania komorowego w celu zrozumienia zmian sercowo-naczyniowych wynikających z interakcji między ciepłem a ozonem. Informacje uzyskane z tego badania umożliwią EPA lepszą ocenę ryzyka związanego z zanieczyszczeniami powietrza podczas fali upałów i udzielenie porad dotyczących działań łagodzących skutki.