Wpływ zanieczyszczenia powietrza na spożycie środków przeciwdrobnoustrojowych w populacji ogólnej (ONAIR)

Projekt ONAIR będzie się składał z dwóch badań cząstkowych opisanych poniżej:

STUDIUM 1

1.1 Projekt: Dwuczęściowa analiza szeregów czasowych związku między stężeniem głównych zanieczyszczeń powietrza (PM2,5, PM10, NO2, O3) w latach 2006-2022 a dziennym spożyciem środków przeciwdrobnoustrojowych przez ogół populacji.

1.2 Zakres badania i autoryzowane źródła informacji: Badanie zostanie przeprowadzone w 11 miastach Katalonii liczących ponad 100 000 mieszkańców, rozmieszczonych w czterech prowincjach regionu. Te miasta są domem dla 3 283 501 osób. Codzienne dane dotyczące zanieczyszczenia powietrza będą pozyskiwane z Sieci Monitorowania i Prognozowania Zanieczyszczeń Atmosfery (XVPCA). Dzienne spożycie środków przeciwdrobnoustrojowych zostanie oszacowane na podstawie oficjalnych danych dotyczących recept zarejestrowanych przez Radę Kolegium Farmaceutów Katalonii (CCFC) upoważnioną przez Ministerstwo Zdrowia w Katalonii. Badane drugorzędowe zmienne kliniczne zostaną uzyskane za pośrednictwem Agencji ds. Oceny Jakości i Zdrowia Katalonii.

1.3 Osoby badane: Dorośli i dzieci mieszkający w 11 badanych miastach.

1.4 Definicje: Zanieczyszczenie powietrza. Jest to definiowane jako wykrycie jakiejkolwiek substancji w powietrzu, która może zaszkodzić zdrowiu ludzi, zwierząt lub roślin lub spowodować szkody materialne. Zanieczyszczenie powietrza pochodzi z różnych źródeł; zmienia się w zależności od składu, który z kolei zmienia się w zależności od temperatury i wilgotności otoczenia. Na potrzeby niniejszego opracowania, ponieważ nie wszystkie stacje monitoringu jakości powietrza rejestrują dane o wszystkich związkach, analizie poddane zostaną pyły PM10, PM2,5, NO2 i O3. DDD (określona dzienna dawka). Jest to techniczna jednostka miary i porównania odpowiadająca średniej dobowej dawce podtrzymującej leku stosowanego w jego głównym wskazaniu określoną drogą podania u osób dorosłych, wyrażona w ilości substancji czynnej. Jest zdefiniowany i aktualizowany przez Światową Organizację Zdrowia (WHO) (https://www.whocc.no/ddd/definition_and_general_considera/#General). DDD/TID (zdefiniowana dawka dzienna na tysiąc mieszkańców dziennie). Parametr ten ma na celu porównanie spożycia narkotyków wyrażonego liczbą DDD dla różnych obszarów geograficznych i/lub okresów. Oblicza się go, mnożąc liczbę spożywanych DDD na tysiąc mieszkańców i dzieląc przez liczbę dni w badanym okresie i przez liczbę mieszkańców. Formuła DDD/TID = (nºP x NºF x AF x 1000) / (DDD x liczba mieszkańców x liczba dni) (nºP = liczba opakowań wydawanych dziennie. NºF = liczba postaci farmaceutycznych (tj. pigułek, kapsułek itp.) w opakowaniu. AP = ilość substancji czynnej na postać farmaceutyczną). Mianownik populacji: do obliczenia liczby mieszkańców zostanie wykorzystana populacja (użytkownicy posiadający indywidualne karty zdrowia i przypisani do ośrodka opieki) pozostająca pod opieką każdego lekarza, obliczona na podstawie danych systemu informacyjnego podstawowej opieki zdrowotnej, w tym również pielęgniarek ludność domowa.

1.5 Opis zmiennych: Główna zmienna wynikowa: określona dzienna dawka środków przeciwdrobnoustrojowych na 1000 mieszkańców-dzień. Główne zmienne niezależne: stężenia PM10, PM2,5, NO2 i O3.

Zmienne zakłócające: rok, dzień tygodnia, temperatura i wilgotność względna.

Drugorzędowe zmienne wynikowe: Zdefiniowane dzienne koszty środków przeciwdrobnoustrojowych na 1000 mieszkańców-dzień, śmiertelność z przyczyn naturalnych, śmiertelność z przyczyn oddechowych, hospitalizacje z przyczyn oddechowych oraz konsultacje podstawowej opieki zdrowotnej z powodu objawów ze strony układu oddechowego.

1.6 Gromadzenie danych: Dane o zanieczyszczeniu: Dane o zanieczyszczeniu w 11 badanych miastach w latach 2006-2020 zostaną uzyskane z XVPCA do analizy szeregów czasowych. W każdej strefie jakości powietrza można wyróżnić odrębne obszary w zależności od użytkowania gruntów (poziom 1: obszary miejskie, podmiejskie lub wiejskie) oraz rodzaju źródeł emisji (poziom 2: ruch drogowy, przemysłowy lub tła).

Rejestrowane będą szeregi czasowe średniej dziennej temperatury i wilgotności względnej w latach 2006-2020, mierzone przez Katalońską Służbę Meteorologiczną. Dobowe dane o zanieczyszczeniu, temperaturze i wilgotności na tych terenach w 2021 i 2022 roku będą zbierane prospektywnie. Dzień tygodnia i szeregi czasowe dziennych przypadków grypy będą również uważane za zmienne zakłócające. Powiązania stężeń głównych zanieczyszczeń, dziennego spożycia środków przeciwdrobnoustrojowych (DDD/TID) i opisanych zmiennych drugorzędnych zostaną ocenione w oddzielnych analizach przy użyciu standardowego podejścia szeregów czasowych, dwuetapowego protokołu analitycznego, który był szeroko stosowany w poprzednich szeregów czasowych w wielu różnych miastach. Dane dotyczące populacji i zużycia środków przeciwdrobnoustrojowych. Dane będą gromadzone według wieku (> 65 lat), płci i regionu.

W celu obliczenia DDD/TID i wydanego kosztu/TID następujące dzienne dane będą gromadzone według kodu pocztowego: lek (kombinacja substancji czynnej + postać farmaceutyczna + dawka + liczba postaci farmaceutycznych w opakowaniu), kod ATC, liczba wydanych opakowań, datę wydania i oficjalną cenę każdego opakowania. Rejestrowana będzie również liczba użytkowników posiadających indywidualną kartę zdrowia oraz przypisany ośrodek opieki.

1.7 Analiza statystyczna: W pierwszym etapie w każdym mieście zostaną oszacowane związki między dzienną dawką antybiotykoterapii a ocenianymi zanieczyszczeniami powietrza za pomocą uogólnionych modeli liniowych quasi-Poissona. Podobnie jak w poprzednich badaniach, w głównym modelu uwzględnione zostaną następujące współzmienne: rok (wygładzony splajnami sześciennymi) w celu kontrolowania trendu i czasowej sezonowości wskaźników; zmienna wskazująca dzień tygodnia, aby uwzględnić tygodniowe wahania krótkoterminowe; i temperaturą (wygładzoną przez splajny) i wilgotność względną (wygładzoną przez splajny) w celu kontrolowania potencjalnych nieliniowych zakłócających skutków pogody w obszarach, w których te informacje są dostępne. Ponieważ możliwy wpływ substancji zanieczyszczającej na dzienną dawkę antybiotyku można przewidzieć na kolejne dni, w oszacowanych modelach zbadany zostanie szereg opóźnień czasowych. Ta sama procedura zostanie zastosowana do temperatury. W drugim etapie model efektów losowych zostanie wykorzystany do metaanalizy oszacowań związku między zanieczyszczeniem a dziennym spożyciem środków przeciwdrobnoustrojowych uzyskanych w każdym mieście. W ten sposób otrzymamy zagregowane szacunki i ich 95% przedziały ufności procentowej zmiany dziennej konsumpcji środków przeciwdrobnoustrojowych dla każdego wzrostu o 10 μg/m3. Test I² zostanie wykorzystany do oceny heterogeniczności między miastami. Podobnie oszacowane zostaną modele w celu oceny powiązań między drugorzędnymi zmiennymi wynikowymi a zanieczyszczeniami powietrza. Analiza statystyczna zostanie przeprowadzona przy użyciu pakietu statystycznego R (wersja 3.6.1 lub wyższa (R Foundation for Statistical Computing) przy użyciu mgcv dla modeli głównych i rmeta dla modelu efektów losowych. Istotność statystyczna zostanie uwzględniona dla p <0,05.

1.8 Ograniczenia: Możliwym ograniczeniem może być trudność w rozróżnieniu wpływu zanieczyszczenia na spożycie antybiotyków jako bezpośredniego związku przyczynowo-skutkowego lub jako czynnika zakłócającego związek przyczynowo-skutkowy między zanieczyszczeniem powietrza a zaostrzeniami poprzedniej patologii układu oddechowego.

PODBADANIE 2

2.1 Projekt: Opisowe badanie obserwacyjne stężenia genów oporności na antybiotyki (ARG) na obszarze Barcelony w latach 2021-2023. Ocenione zostaną różnice między stężeniem tych genów na stacji monitorowania jakości powietrza w pobliżu szpitala i na innej stacji w innym miejscu miasta, a także różnice międzysezonowe i międzymiesięczne. Obecność niektórych genów oporności zostanie oceniona w odniesieniu do spożycia niektórych grup środków przeciwdrobnoustrojowych w badanej populacji.

2.2 Zakres badania i źródła informacji: Badanie zostanie przeprowadzone w Barcelonie. Próbki zanieczyszczeń powietrza będą pobierane do analizy z trzech stacji monitoringu jakości powietrza XVPCA: jednej w centrum miasta, gdzie panuje duże natężenie ruchu, a drugiej zlokalizowanej w pobliżu szpitala trzeciego stopnia.

2.3 Tematy badań: Dorośli i dzieci mieszkający w Barcelonie.

2.4 Definicje: ARG (gen oporności na antybiotyki): fragment genomu mikroorganizmu, który koduje mechanizmy oporności na środki przeciwdrobnoustrojowe. Mikroorganizmy mogą nabywać ARG albo poprzez dziedziczenie, albo poprzez poziomy transfer genów z innych mikroorganizmów. Zanieczyszczenie powietrza: patrz definicja w podprojektie 1, sekcja 1.4.

2.5 Zmienne badania: Główna zmienna wynikowa: Stężenie genów oporności na antybiotyki/miesiąc. Główna zmienna niezależna: określona dzienna dawka środków przeciwdrobnoustrojowych na 1000 mieszkańców-dzień.

2.6 Pobieranie: Pobieranie próbek: Próbki z filtrów używanych do pomiaru stężenia PM będą pobierane na trzech stacjach w strefie XVPCA 1, odpowiadającej Barcelonie. Próbki zostaną pobrane na dwóch stacjach reprezentatywnych dla zanieczyszczeń związanych z ruchem miejskim (Plaça Universitat i Poble Nou) oraz na innej stacji reprezentatywnej dla obszaru szpitalnego (Parc de Vall D'Hebron). Pobieranie próbek odbywać się będzie w każdy pierwszy wtorek miesiąca. W ten sposób zostaną wykonane trzy miesięczne pomiary w sumie przez 30 miesięcy, a więc w sumie zostanie pobranych 90 próbek. Jeśli podczas badania wystąpi epizod wysokiego zanieczyszczenia, ocenione zostanie dodatkowe pobieranie próbek. Rejestrowane będą również dane meteorologiczne odpowiadające każdemu dniu pomiarowemu.

Przetwarzanie próbek: Próbki będą pobierane przez filtry Pallflex o dużej pojemności (30 m3) z włókna kwarcowego (15 cm średnicy). Przed użyciem filtry będą sterylizowane w temperaturze 205°C przez 5 godzin i kondycjonowane przez 48 godzin w temperaturze 20°C i wilgotności względnej 50%. Każdy filtr będzie ważony trzykrotnie co 24 godziny w mikrowadze o czułości 1g. Po pobraniu próbek filtry zostaną przewiezione do laboratorium mikrobiologicznego, gdzie zostaną pobrane próbki pyłu PM2,5 w następujący sposób. Najpierw filtr zostanie przecięty wysterylizowanym nożem. Następnie każdy fragment filtra zostanie dodany do 2 ml sterylnej oczyszczonej wody z 0,05% roztworem Tween 20 w sterylnym naczyniu do wirowania; następnie zostanie przeprowadzona 20-minutowa sonikacja, a następnie 40-minutowe mieszanie wirowe przy 2800 obr./min. Próbki PM2,5 będą przechowywane w temperaturze -20ºC do czasu ich ostatecznego przetworzenia. Ekstrakcja DNA i sekwencjonowanie typu shotgun DNA drobnoustrojów: Z otrzymanego rozcieńczenia zostanie wyekstrahowany 1 mg/ml. Ekstrakcja DNA zostanie przeprowadzona automatycznie przy użyciu sprzętu KingFisher (ThermoFisher) z zestawem MagMaxTM Microbiome Ultra Nucleic Acid Isolation (ThermoFisher). Biblioteki zostaną zbudowane przy użyciu zestawu Illumina Nextera-XT®.

Sekwencjonowanie zostanie wykonane 2x150 bp na NextSeq550® firmy Illumina. Jakość sekwencji zostanie przeanalizowana za pomocą programu FastQC1, a odpowiednie filtrowanie zostanie przeprowadzone za pomocą programu Trimmomatic2. Skażenie człowieka zostanie wyeliminowane poprzez mapowanie sekwencji przefiltrowanych względem ludzkiego genomu za pomocą programu Bowtie 23. Do wnioskowania o składzie mikrobiologicznym zostanie użyte oprogramowanie Metaphlan v24. Aby zbadać rezystom, nabyte geny oporności na antybiotyki i chromosomalne mutacje punktowe zostaną zidentyfikowane za pomocą ResFinder 3.05. Dane dotyczące populacji i dane dotyczące zużycia środków przeciwdrobnoustrojowych: Dane te będą gromadzone w taki sam sposób, jak opisano dla podprojektu 1 (patrz sekcja), ale w rejonie Barcelony, a konkretnie w kodach pocztowych odpowiadających obszarom, w których gromadzone są dane metagenomiczne.

2.7 Analiza statystyczna: Mapy cieplne zostaną utworzone dla względnej obfitości ARG w oparciu o różnice 2-ΔCT. Analiza sieci zostanie przeprowadzona w oparciu o korelacje rang Spearmana, aby zobrazować koincydencję podtypów ARG w powietrzu iw zbiorowiskach bakterii. Stężenia ARG w różnych miesiącach i porach roku zostaną porównane za pomocą wykresów pudełkowych. Ponadto dokonana zostanie korelacja Pearsona w celu powiązania stężenia ARG ze spożyciem środków przeciwdrobnoustrojowych na badanych obszarach. Aby ocenić bogactwo i różnorodność społeczności bakteryjnej, różnorodność alfa zostanie obliczona przy użyciu Mothur 1.30.1 zgodnie z literaturą (Schloss i in., 2009) na poziomie ufności 95%. Analiza statystyczna zostanie przeprowadzona przy użyciu pakietu statystycznego R w wersji 3.6.1 lub wyższej (R Foundation for Statistical Computing).

2.8 Ograniczenia: Głównym ograniczeniem tego badania częściowego jest jego opisowy charakter. Badany okres czasu nie pozwala na ustalenie bezpośrednich zależności czasowych między stopniem zanieczyszczenia powietrza a stężeniem ARG w danej dobie. Ponadto, ze względu na złożoność techniki, można wykonać tylko ograniczoną liczbę oznaczeń ARG; w związku z tym analiza ich związku ze spożyciem środków przeciwdrobnoustrojowych przez populację będzie musiała mieć charakter opisowy.

3. WZGLĘDY ETYCZNE: Ten biomedyczny projekt badawczy został oceniony przez Komisję ds. Etyki Badań Szpitala Uniwersyteckiego Bellvitge. Zostanie ona przeprowadzona zgodnie z założeniami Deklaracji Helsińskiej (Fortaleza, 2013). Wykorzystane zostaną zagregowane dane kliniczne z bazy danych Departamentu Zdrowia Katalonii. Z tego powodu Komisja ds. Etyki odstąpiła od wymogu uzyskania świadomej zgody. Niemniej jednak dane będą przetwarzane zgodnie z przepisami hiszpańskimi (ustawa organiczna 3/2018) i europejskimi (rozporządzenie [UE) 2016/679).