Skutki sekwencyjnej ekspozycji na dwutlenek azotu i ozon u zdrowych dorosłych ochotników. (ENDZONE)

Pomimo poprawy jakości powietrza w ciągu ostatnich kilku dekad, ponad 100 milionów ludzi w Stanach Zjednoczonych nadal mieszka w hrabstwach, które nie spełniają krajowych norm jakości powietrza atmosferycznego (NAAQS) dla jednego lub więcej zanieczyszczeń. W trakcie codziennego życia ludzie narażeni są na wiele zanieczyszczeń pochodzących z różnych źródeł, zarówno pochodzenia naturalnego, jak i antropogenicznego. Staje się coraz bardziej oczywiste, że narażenie na zanieczyszczenia powietrza jest czynnikiem ryzyka zaostrzenia, a być może nawet progresji chorób płuc i układu krążenia. Większość kontrolowanych badań narażenia ludzi dotyczyła poszczególnych zanieczyszczeń; jednak ekspozycje w świecie rzeczywistym występują w kontekście złożonej mieszaniny zanieczyszczeń. Różne zanieczyszczenia osiągają szczytowe poziomy w różnych porach dnia, co budzi obawy, że narażenie na jedno zanieczyszczenia może uwrażliwić osobę, tak że jej reakcja na kolejne narażenie może zostać wzmocniona. W związku z tym sekwencja narażenia na te czynniki może wpływać na ich względne skutki zdrowotne i powodować, że niektóre scenariusze narażenia będą bardziej szkodliwe niż inne.

Aby zdefiniować narażenie na wiele zanieczyszczeń, które jest istotne dla rzeczywistych scenariuszy, skonsultowaliśmy się z ekspertami z Biura EPA ds. Powietrza i Promieniowania (OAR), którzy doradzili nam zbadanie skutków narażenia sekwencyjnego na NO2 i O3, dwa wszechobecne zanieczyszczenia spełniające kryteria NAAQS. Dobowe profile tych dwóch zanieczyszczeń w otoczeniu wskazują, że szczytowe poziomy NO2 często osiągają wartości szczytowe w godzinach wieczornych i porannych, po których następuje szczytowe stężenie O3 w ciągu dnia. Korzystając z tych informacji, zaprojektowaliśmy opisane tutaj badanie w celu ustalenia, czy sekwencyjne narażenie na NO2 i O3 lub O3 i NO2 spowoduje większy wpływ na płuca i układ sercowo-naczyniowy niż narażenie na każde z tych zanieczyszczeń osobno. Ozon jest głównym składnikiem smogu fotochemicznego i jednym z najlepiej zbadanych zanieczyszczeń gazowych. Kontrolowane badania narażenia ludzi były kluczowe dla wykazania, że ​​może powodować zapalenie dróg oddechowych, w tym wzrost naciekania neutrofilów do płuc i produkcję mediatorów prozapalnych, a ostatecznie pogorszenie czynności płuc. Nowsze badania wykazały, że ozon może również nasilać zapalenie naczyń, a także zmieniać kontrolę rytmu serca przez autonomiczny układ nerwowy. Dwutlenek azotu jest utleniaczem wytwarzanym w procesach naturalnych i antropogenicznych. Większość wytwarzanego przez człowieka NO2 pochodzi z procesów związanych ze spalaniem na dużą skalę, takich jak emisje samochodowe i wytwarzanie energii elektrycznej. Chociaż ekspozycje związane z ruchem drogowym odpowiadają za większość emisji NO2. Emisje z urządzeń do gotowania na gaz ziemny i grzejników na naftę z nieodpowiednią wentylacją mogą służyć jako znaczące źródło narażenia ludzi na NO2 w pomieszczeniach. Wcześniejsze badania wykazały, że stężenie NO2 w okolicach działającej kuchenki gazowej może dochodzić do 600 ppb, a szczytowe poziomy mogą przekraczać 2000 ppb. Kontrolowane badania narażenia ludzi wykazały, że narażenie na sam NO2 (w zakresie od 110-2000 ppb) powoduje niewielkie lub żadne zauważalne pogorszenie czynności płuc; jednak ekspozycja na NO2 była związana ze wzrostem nadreaktywności dróg oddechowych, podatnością na infekcje płuc i nasileniem stanu zapalnego płuc. Niedawno ekspozycja na 500 ppb NO2 została powiązana ze zmianami w elektrofizjologii serca. Najnowsze dane epidemiologiczne wskazują, że narażenie na NO2 pochodzące z emisji pojazdów było związane ze śmiertelnością związaną zarówno z układem oddechowym, jak i układem krążenia. Wcześniejsze badania wykazały, że sekwencyjna ekspozycja na NO2 i O3 (w stężeniach podobnych do proponowanych w tym badaniu) skutkuje większym spadkiem czynności płuc i zwiększoną niespecyficzną reakcją dróg oddechowych w porównaniu z ekspozycją na O3 poprzedzoną ekspozycją na czyste powietrze u młodych kobiet. Dodatkowe badania wykazały, że sekwencyjna ekspozycja na ozon w odstępie 24 godzin powodowała większe ubytki czynności płuc, oceniane jako natężona objętość wydechowa w pierwszej sekundzie wydechu (FEV1), po drugiej ekspozycji, niż obserwowano po pierwszej. Wykazano również, że ekspozycja na ozon ma wpływ na późniejszą ekspozycję na dwutlenek siarki (SO2) u astmatyków w wieku dojrzewania i reakcje wywołane alergenami u astmatyków cierpiących na wieczną alergię. Ponadto trwające badania w EPA Human Studies Facility wykazały, że sekwencyjne narażenie ludzi na spaliny z silników Diesla i ozon może skutkować większym pogorszeniem czynności płuc niż narażenie na każde z tych zanieczyszczeń osobno. Biorąc pod uwagę złożoną naturę narażenia na zanieczyszczenia, jesteśmy zainteresowani ustaleniem, czy narażenie na jedno zanieczyszczenia może uwrażliwić osobę, tak aby późniejsza ekspozycja na drugie zanieczyszczenia spowodowała wyraźniejszą reakcję, niż można by się spodziewać na podstawie narażenia tylko na drugie zanieczyszczenia. Dlatego w tym badaniu przeanalizujemy dwa scenariusze narażenia obejmujące sekwencyjne narażenia na NO2 i O3. Pierwsza polega na ustaleniu, czy początkowa ekspozycja na NO2 „przygotowuje” osobę do późniejszej ekspozycji na O3. Drugi polega na ustaleniu, czy początkowa ekspozycja na O3, w stężeniu powodującym niewielkie zmiany krążeniowo-oddechowe, które ustępują w ciągu 24 godzin, zwiększy późniejszą ekspozycję na NO2. Ogólnie rzecz biorąc, sama ekspozycja na NO2 nie wiąże się z silnymi zmianami parametrów czynności krążeniowo-oddechowej; uważamy jednak, że może on modyfikować i być modyfikowany przez ekspozycję na ozon. W szczególności badanie to przetestuje dwie ogólne hipotezy. Po pierwsze, stawiamy hipotezę, że wstępna ekspozycja na stosunkowo niskie stężenie NO2 „uwrażliwia” osoby na późniejszą ekspozycję na O3 i prowadzi do większych zmian w funkcji krążeniowo-oddechowej w porównaniu z ekspozycją na O3 poprzedzoną ekspozycją na czyste powietrze. Po drugie, stawiamy hipotezę, że wstępna ekspozycja na O3, w stężeniu, które wcześniej wiązało się z niewielkimi zmianami funkcji krążeniowo-oddechowej, przygotuje osoby do większej odpowiedzi na NO2 w porównaniu z wcześniejszą ekspozycją na czyste powietrze. Informacje uzyskane w trakcie tego badania umożliwią EPA lepszą ocenę ryzyka związanego z sekwencyjnym narażeniem na wiele zanieczyszczeń i potencjalnie udzielą porad dotyczących działań łagodzących skutki.