Epigenetiska effekter av dieselavgaser och ozonexponering (Lamarck)

Denna studie kommer att jämföra de epigenetiska svaren hos friska vuxna och vuxna med mild astma på dieselavgaser och ozonexponeringar. Upp till femtio försökspersoner kommer att rekryteras till den friska vuxna gruppen och upp till trettio försökspersoner till den milda till måttliga astmatiska gruppen. Både den normala friska gruppen och den astmatiska gruppen kommer att slumpmässigt exponeras för ren luft, dieselavgaser och ozon med exponeringar åtskilda av minst två veckor följt av en bronkoskopiprocedur 18-24 timmar efter exponeringen. Dessutom kommer den friska gruppen att delta i en andra del av studien där de kommer att slumpmässigt exponeras för ren luft och ozon endast åtskilda av minst 2 veckor följt av en bronkoskopiprocedur 1 timme efter exponering. Svar av primärt intresse kommer att inkludera: 1) genetiska och epigenetiska förändringar 2) FEV1 mätt med spirometri och 3) lunginflammation och cellförändringar som utvärderas genom bronkoalveolär sköljning. Utförandet av dessa tester och procedurer anses vara avgörande för att genomföra studien. Exploratory endpoints kommer att inkludera: blod CBC och differential, fibrinogen och blodplättar, förändringar i IL 6 och IL 8 som jämför preexponering med postexponeringsvärden. Säkerhetsmått kommer att omfatta jämförelse av temperatur, telemetri, andningsfrekvens, O2-mättnad och symtompoäng för före och efter exponering, och 18-24 timmar efter exponering. Alla medicinska ingrepp kommer att utföras av studiepersonal.

Upp till ytterligare 15 friska försökspersoner kommer att rekryteras specifikt för att exponeras för ozon som genereras med hjälp av den tunga icke-radioaktiva isotopen syre (18O). Det finns ingen risk för personen att andas in denna isotop, som förekommer naturligt i små koncentrationer. Vi har tidigare använt 18Ozone i en studie som godkändes av UNC IRB 1993. Syftet med dessa exponeringar är att mäta mängden 18O-etikett fäst till luftvägsepitelceller som avlägsnats under bronkoskopi och på så sätt beräkna dosen av ozon dessa celler fick. Vi kommer att ta ett litet blodprov men inga andra tester kommer att utföras på dessa ämnen förutom rutinmässig spirometri för att säkerställa att de inte är i riskzonen för bronkoskopi.

Dag för fysisk undersökning:

Före rekryteringen till studien kommer försökspersonerna att genomgå en fysisk undersökning. Under detta besök kommer en kort genomgång av försökspersonens historia att göras och vitala tecken, längd och vikt kommer att bedömas (temperatur, puls, andningsfrekvens och blodtryck), för att avgöra om individen uppfyller några större uteslutningskriterier för studien . Upp till 50 ml blod kan samlas in för en CBC/differential-, kemi- och lipidpaneler. Vid denna tidpunkt kan patienten genomgå en fysisk undersökning för bronkoskopi eller kan schemaläggas för en vid en annan tidpunkt.

För att delta i denna studie kommer försökspersoner att ombes att:

• Undvik rök och ångor i 24 timmar före alla besök.
• Undvik att dricka alkohol 24 timmar före alla besök.
• Undvik ansträngande träning i 24 timmar före och efter alla besök.
• Inget koffein under 12 timmar före alla studiebesök.
• Ät en normal frukost före exponeringarna där bronkoskopin utförs ~ 24 timmar efter exponeringen.
• Inte äta eller dricka något efter midnatt natten före bronkoskopin. Detta inkluderar att inte äta eller dricka före exponeringarna där bronkoskopin utförs 1 timme efter exponeringen.

Träningsdag

1. Berättigade försökspersoner kommer att rapportera till forskningslabbet för ett ungefärligt 2-timmars träningspass.
2. Informerat samtycke kommer att erhållas.
3. Bedömning av vitala tecken (temperatur, puls, andningsfrekvens och blodtryck), syremättnad
4. Graviditetstester kommer att ges till alla kvinnor som kan ha fertilitet.
5. Försökspersonerna kommer att tränas på cykelergometern och arbetsbelastningen för att framkalla en minuts ventilation normaliserad för kroppsyta på 25L/m2/BSA kommer att bestämmas. I de flesta ämnen kommer detta att vara cirka 50 l/minut (IE. VO2 på cirka 2,0 l/m). En arbetsinställning för cykelergometer på 75 till 100 watt kommer vanligtvis att uppnå ett sådant fysiologiskt svar
6. Försökspersoner kommer att utföra spirometri.
7. Ämnen kommer att visas kammare där exponeringar kommer att äga rum. Studiearm 1 - Bronkoskopi ~24 timmar efter exponering (friska och astmatiska försökspersoner)

Exponeringsdag 1

Försökspersonerna kommer att exponeras för ozon, dieselavgaser och ren luft vid tre olika tillfällen, med exponeringarna åtskilda med minst två veckor (dessa kommer att vara 2-besöksexponeringssessioner). Försökspersoner som får 18Ozon kommer endast att exponeras för ozon.

1. Försökspersonerna kommer att uppmanas att anlända till studieplatsen tidigast kl. 08.00 och kommer att genomgå bedömning av vitala tecken (temperatur, puls, andningsfrekvens och blodtryck), syremättnad och bedömning av symtompoäng.
2. Graviditetstester kommer att ges till alla kvinnor som kan ha fertilitet.
3. En telemetrienhet kommer att anslutas för hjärtövervakning.
4. Motivet kommer att förses med en Holter-monitor och motivet kommer att uppmanas att luta sig tillbaka på en tyst mörk plats i 30 minuter. Efter cirka 20 minuter kommer en tidsmarkör att aktiveras så att frekvensavläsningar av hjärtfrekvensvariationer kan tas under de kommande 10 minuterna. Försökspersonen kommer att bära Holter-monitorn under de kommande 24 timmarna. Föremål som exponeras för 18Ozon kommer inte att förses med en Holter.
5. Venpunktion: Upp till 80 ml blod kommer att samlas in för en CBC/differential och kan användas för bedömning av koagulationsfunktion och markörer, fagocytisk funktion, inflammation och cellytemarkörer. En del av provet kan användas för RNA-isolering för mikroarrayanalys och för DNA-isolering för genotypningsändamål. Blod före exponering tas inte från försökspersoner som exponeras för 18Ozon
6. Baslinjespirometri
7. Exponeringssessioner: Exponering för ozon, dieselavgaser eller ren luft kommer att utföras i en exponeringskammare vid EPA Human Studies Facility på UNC-campus. Varje motiv kommer att exponeras för upp till 0,3 ppm ozon, dieselavgaser (upp till 300 ug/m3) eller ren luft i 2 timmar. Ämnen kommer att börja träna på en motionscykel. Varje träningspass kommer att bestå av ett 15 minuters träningsintervall på en nivå på upp till 25 L/m2/BSA följt av en 15 minuters viloperiod. Minutventilation kan mätas under varje träningsperiod. Kontinuerlig hjärtfrekvens och rytm, och syremättnad, kommer att övervakas med hjälp av telemetri respektive pulsoximetri. Blodtrycket kan övervakas intermittent. Försökspersoner kommer att uppmanas att avstå men inte förbjuda att använda inhalerad luftrörsvidgande medel under exponering; om medicinering är nödvändig kommer försökspersonerna att instrueras att upprätthålla en konsekvent medicinanvändning över de två exponeringarna. Försökspersonerna kommer att kunna avsluta sin exponering och lämna kammaren när som helst. Indikationer för att avsluta exponeringen inkluderar betydande andnöd eller andnöd, bröst- eller anginaliknande smärta, signifikanta hjärtarytmier, blekhet, ataxi eller en minskning av mättat syre med mer än 5 poäng (eller en minskning till lägre än 89%). De kommer att övervakas kontinuerligt av utbildad personal och en läkare har jour närhelst en patient genomgår ett ingrepp på anläggningen. En detaljerad beskrivning av de fysiska faciliteterna i Human Studies Division av U.S. EPA Health Effects Research Laboratory på UNC-CH campus har publicerats som U.S. Government Publication EPA-600/1-78-064, och finns i filen kontor för UNC:s kommitté för skydd av mänskliga ämnens rättigheter. Den medicinska stationen för Human Studies Division omfattar ett fullt utrustat läkarundersökningsrum, en hjärt/respiratorisk akutvagn, ett patientuppvakningsrum, en sjuksköterskestation, ett väntrum och konferensrum. Anläggningen är bemannad av kvalificerade RNs, och en läkare på plats är tillgänglig för att reagera på en medicinsk nödsituation i tid. Exponeringsatmosfären kommer att vara cirka 40 + 10 % RH och cirka 22 + 2 oC. DE kommer att genereras från en dieselgenerator som används för att driva en lastbank som är belägen utanför Human Studies Facility, och sedan införas i exponeringskammaren efter olika utspädningar med ren HEPA och kolfiltrerad och fuktad luft för att ge en kammarkoncentration på upp till till 300 μg/m3. Övervakningsanalysatorn registrerar en koncentration i realtid. Exponeringar kommer att avslutas vid värden ≥ 400 µg/m3 under körningar där exponeringen är 300 µg/m3 DE. Denna säkerhetsgräns kommer att förhindra en inandningsexponering större än 1080 µg, vilket förutsätter att försökspersonen kommer att andas in 2,7 m3 under den 120 min exponeringen. Halterna av kolmonoxid (CO) och kväveoxider (NOx; huvudsakligen NO, och en del NO2), kommer att hållas under 10 ppm CO, 15 ppm NO och 2,5 ppm NO2 eller så kommer exponeringen att avslutas. [OSHA 8 timmars tidsvägda medelvärde (TWA) för dessa ämnen är: CO=50 ppm; NO=25 ppm; NO2=5 ppm; Dieselbränsle som används för studien kommer att köpas in som ett kommersiellt bränsle med ultralågt svavel. Motiven kommer in i exponeringskammaren (cirka 6 fot x 6 fot x 8 fot). Partikelmassa kommer att mätas i realtid. Partikelstorleksfördelningen kanske inte bestäms under varje exponeringstillfälle utan med regelbundna intervall (t.ex. månadsvis) för att visa att storleksfördelningen inte förändras radikalt. Filterprover kommer också att analyseras för kemisk sammansättning av partiklar. Ozonexponeringar kommer att utföras i en (6 ft x 6 ft x 8 ft) kammare av rostfritt stål med en kontinuerlig tillförsel av exponeringsmedium. Ozon kommer att övervakas kontinuerligt. Omedelbart efter exponeringen kommer försökspersonerna igen att genomgå spirometri, Holter-monitor frekvensavläsning, symtompoängning och bedömning av vitala tecken.
8. Därefter kommer upp till 80 ml blod att samlas in för en CBC/differential, bedömning av koagulationsfunktion, blodleukocytfagocytfunktion, cytokiner, cellytemarkörer och RNA-isolering för mikroarrayanalys. Försökspersoner som exponerats för 18Ozon kommer att få endast 20 ml blod borttagna för analys av 18O-taggen som finns på blodkroppar och har mätningar efter exponeringen av spirometri.

9. Försökspersoner som exponerats för 18Ozon kommer att få bronkoskopi utförd cirka 1 timme efter exponeringen.

   Exponering för 18Ozon och genomgång av bronkoskopi ungefär en timme senare bör inte öka risken för försökspersonerna. Vi har slutfört två tidigare studier där försökspersoner genomgått bronkoskopi efter exponering för högre ozonkoncentrationer än vad som användes i denna studie och inte stött på några problem. Andra har också publicerat studier där försökspersoner exponerades för ozon följt av bronkoskopi en timme senare

10. Ämnen kommer sedan att bedömas och skrivas ut av vårdpersonalen.

Exponering dag 2 (ungefär 24 timmar efter exponering) Försökspersoner som exponeras för 18O kommer inte tillbaka för en dag 2

Ämnet kommer att anlända till U.S. EPA HSF för:

1. Övervakning av vitala tecken.
2. Symptompoäng.
3. Venpunktion: upp till 80 ml blod kommer att samlas in för en CBC/differential, koagulationsfunktion, bedömning av blodmonocyternas fagocytfunktion, inflammation och cellytemarkörer och RNA-isolering för mikroarrayanalys.
4. Holter monitor frekvensavläsning och borttagning
5. Spirometri
6. Bronkoskopi. Försökspersonerna kommer att ha genomgått en fysisk undersökning inklusive bedömning av lämplighet för transnasal fiberoptisk bronkoskopi vid Human Studies Facility av en styrelsecertifierad eller styrelseberättigad lungläkare.

Före proceduren kommer försökspersonerna att utföra spirometri (enligt ovan); bronkoskopi kommer inte att utföras om lungfunktionen inte uppfyller den rekommenderade prestationsnivån (NIH-riktlinjer; FEV1≥ 60 % förutspått). Före bronkoskopi kommer ett litet rör (IV) att placeras i en ven för potentiell användning vid administrering av vätskor. Försökspersonerna kommer att få inhalerat albuterol före bronkoskopin efter bedömning av den lungläkare som utför proceduren. Bronkoskopi med bronkoalveolär sköljning och borstbiopsi kommer att utföras av en legitimerad läkare som är styrelsecertifierad eller behörig inom lungmedicin och har erfarenhet av fiberoptisk bronkoskopi. Läkaren kommer att assisteras av minst en R.N med erfarenhet av bronkoskopi. Försökspersonerna kommer att övervakas noggrant under hela proceduren på följande sätt: 1) Bröstelektroder för kontinuerligt elektrokardiogram, 2) Pulsoximetri av arteriellt blod och 3) blodtrycksövervakning med hjälp av en elektronisk blodtrycksmätare. Patienter kan premedicineras med IV atropin (0,6 mg) för att förhindra bradykardi och hypotoni som kan vara resultatet av vagal stimulering framkallad av att bronkoskopet passerar genom patientens struphuvud och för att minimera mängden luftvägssekret. Nasalt syre kommer att administreras under proceduren. Inga lugnande medel och/eller narkotika administreras vid något tillfälle under bronkoskopi. Vi har funnit att premedicinering med lugnande medel (midazolam) eller med opiater (demerol) inte krävs för försökspersoner med bronkoskopi. Undvikande av dessa läkemedel minskar ingreppsrisken och förkortar markant återhämtningstiden efter proceduren. Neosynefrin kommer att användas för att tömma näsgångarna, följt av gurgling med en lidokainlösning i några sekunder för att bedöva halsen. Försökspersonen kommer sedan att sniffa (snysa) en liten mängd lidokaingelé genom ena näsborren för att bedöva näsan och baksidan av halsen. En Q-tip med lidokain gelé kommer försiktigt att föras in i näsan för att säkerställa att den är helt domnad innan bronkoskopet sätts in. Topisk lidokainbedövning kommer att administreras till struphuvudet och de nedre luftvägarna genom bronkoskopet för patientens komfort och för att förhindra hosta, med en maximal dos på 15 ml 2% lidokainlösning (360 mg lidokain) Upp till 8 endobronkiala borstbiopsier kommer att tas från den nedre luftstrupen och höger och vänster huvudstambronkier. En cytologiborste (Bronchoscope Cytology Brush; Bard, Tewksbury, MA) appliceras på regionen under direkt visualisering. För en enkel borstning görs sex pass, var och en med en linjär avvikelse på cirka 2-5 cm, med borsten längs den endobronkiala ytan. Bronkoalveolär sköljning kommer att utföras i den högra mittloben med en total volym på upp till 250 cc steril 0,9 % koksaltlösning; från en till 5 alikvoter på 50 cc vardera kommer att injiceras och omedelbart aspireras genom kanalen i bronkoskopet med hjälp av en spruta.

Försökspersonerna observeras och övervakas i minst 1 till 2 timmar efter ingreppet på den medicinska stationen på plats av en legitimerad sjuksköterska med läkares tillsyn. Vid utskrivningen är försökspersonerna symtomfria. Minst 2 läkare, inklusive ansvarig bronkoskopist, kommer att vara tillgängliga (24 timmar dagligen) för patienter som utvecklar några symtom efter utskrivning. Försökspersonen skrivs ut av en läkare och förses med namn och telefonnummer till bronkoskopisten och en annan läkare. Försökspersonen kontaktas 24 timmar efter bronkoskopi för att fråga om eventuella ogynnsamma effekter.

Försökspersonerna kommer att återvända till U.S. EPA HSF för ytterligare exponeringssessioner och bronkoskopier efter exponering (luftkontroll, ozon- eller dieselavgaser) efter ett tidsintervall på minst två veckor.

Studiearm 2 - Bronkoskopi 1 timme efter exponering (ENDAST friska försökspersoner)

Exponeringsdag 1

Försökspersonerna kommer att exponeras för ozon och ren luft vid två separata tillfällen, med exponeringarna åtskilda med minst två veckor (dessa kommer att vara exponeringssessioner med 1 besök).

1. Försökspersonerna kommer att uppmanas att anlända till studieplatsen tidigast kl. 08.00 och kommer att genomgå bedömning av vitala tecken (temperatur, puls, andningsfrekvens och blodtryck) och syremättnad.
2. Graviditetstester kommer att ges till alla kvinnor som kan ha fertilitet.
3. En telemetrienhet kommer att anslutas för hjärtövervakning.
4. Baslinjespirometri
5. En saltlösning kommer att placeras i patientens arm som förberedelse för IV-vätskor som ska administreras efter exponering.
6. Exponeringssessioner: Exponering för ozon eller ren luft kommer att utföras i en exponeringskammare vid EPA Human Studies Facility på UNC-campus. Varje motiv kommer att exponeras för upp till 0,3 ppm ozon eller ren luft i 2 timmar. Ämnen kommer att börja träna på en motionscykel. Varje träningspass kommer att bestå av ett 15 minuters träningsintervall på en nivå på upp till 25 L/m2/BSA följt av en 15 minuters viloperiod. Minutventilation kan mätas under varje träningsperiod. Kontinuerlig hjärtfrekvens och rytm, och syremättnad, kommer att övervakas med hjälp av telemetri respektive pulsoximetri. Blodtrycket kan övervakas intermittent. Försökspersonerna kommer att kunna avsluta sin exponering och lämna kammaren när som helst. Indikationer för att avsluta exponeringen inkluderar betydande andnöd eller andnöd, bröst- eller anginaliknande smärta, signifikanta hjärtarytmier, blekhet, ataxi eller en minskning av mättat syre med mer än 5 poäng (eller en minskning till lägre än 89%). De kommer att övervakas kontinuerligt av utbildad personal och en läkare har jour närhelst en patient genomgår ett ingrepp på anläggningen. En detaljerad beskrivning av de fysiska faciliteterna i Human Studies Division av U.S. EPA Health Effects Research Laboratory på UNC-CH campus har publicerats som U.S. Government Publication EPA-600/1-78-064, och finns i filen kontor för UNC:s kommitté för skydd av mänskliga ämnens rättigheter. Den medicinska stationen för Human Studies Division omfattar ett fullt utrustat läkarundersökningsrum, en hjärt/respiratorisk akutvagn, ett patientuppvakningsrum, en sjuksköterskestation, ett väntrum och konferensrum. Anläggningen är bemannad av kvalificerade RNs, och en läkare på plats är tillgänglig för att reagera på en medicinsk nödsituation i tid. Exponeringsatmosfären kommer att vara cirka 40 + 10 % RH och cirka 22 + 2 oC. Ozonexponeringar kommer att utföras i en (6 ft x 6 ft x 8 ft) kammare av rostfritt stål med en kontinuerlig tillförsel av exponeringsmedium. Ozon kommer att övervakas kontinuerligt. Omedelbart efter exponering kommer försökspersoner återigen att genomgå spirometri och bedömning av vitala tecken.
7. IV-vätskor kommer att administreras före bronkoskopin för att säkerställa korrekt hydrering av patienten
8. Försökspersoner kommer att få bronkoskopi utförd cirka 1 timme efter exponering. Att genomgå en bronkoskopi ungefär en timme efter exponering bör inte öka risken för försökspersonerna. Vi har slutfört två tidigare studier där försökspersoner genomgått bronkoskopi efter exponering för högre ozonkoncentrationer än vad som användes i denna studie och inte stött på några problem. Andra har också publicerat studier där försökspersoner exponerades för ozon följt av bronkoskopi en timme senare.

Försökspersonerna kommer att ha genomgått en fysisk undersökning inklusive bedömning av lämplighet för transnasal fiberoptisk bronkoskopi vid Human Studies Facility av en styrelsecertifierad eller styrelseberättigad lungläkare. Före proceduren kommer försökspersonerna att utföra spirometri (enligt ovan); bronkoskopi kommer inte att utföras om lungfunktionen inte uppfyller den rekommenderade prestationsnivån (NIH-riktlinjer; FEV1≥ 60 % förutspått). Bronkoskopi med bronkoalveolär sköljning och borstbiopsi kommer att utföras av en legitimerad läkare som är styrelsecertifierad eller behörig inom lungmedicin och har erfarenhet av fiberoptisk bronkoskopi. Läkaren kommer att assisteras av minst en R.N med erfarenhet av bronkoskopi. Försökspersonerna kommer att övervakas noggrant under hela proceduren på följande sätt: 1) Bröstelektroder för kontinuerligt elektrokardiogram, 2) Pulsoximetri av arteriellt blod och 3) blodtrycksövervakning med hjälp av en elektronisk blodtrycksmätare. Patienter kan premedicineras med IV atropin (0,6 mg) för att förhindra bradykardi och hypotoni som kan vara resultatet av vagal stimulering framkallad av att bronkoskopet passerar genom patientens struphuvud och för att minimera mängden luftvägssekret. Nasalt syre kommer att administreras under proceduren. Inga lugnande medel och/eller narkotika administreras vid något tillfälle under bronkoskopi. Vi har funnit att premedicinering med lugnande medel (midazolam) eller med opiater (demerol) inte krävs för försökspersoner med bronkoskopi. Undvikande av dessa läkemedel minskar ingreppsrisken och förkortar markant återhämtningstiden efter proceduren. Neosynefrin kommer att användas för att tömma näsgångarna, följt av gurgling med en lidokainlösning i några sekunder för att bedöva halsen. Försökspersonen kommer sedan att sniffa (snysa) en liten mängd lidokaingelé genom ena näsborren för att bedöva näsan och baksidan av halsen. En Q-tip med lidokain gelé kommer försiktigt att föras in i näsan för att säkerställa att den är helt domnad innan bronkoskopet sätts in. Topisk lidokainbedövning kommer att administreras till struphuvudet och de nedre luftvägarna genom bronkoskopet för patientens komfort och för att förhindra hosta, med en maximal dos på 15 ml 2% lidokainlösning (360 mg lidokain) Upp till 8 endobronkiala borstbiopsier kommer att tas från den nedre luftstrupen och höger och vänster huvudstambronkier. En cytologiborste (Bronchoscope Cytology Brush; Bard, Tewksbury, MA) appliceras på regionen under direkt visualisering. För en enkel borstning görs sex pass, var och en med en linjär avvikelse på cirka 2-5 cm, med borsten längs den endobronkiala ytan. Bronkoalveolär sköljning kommer att utföras i den högra mittloben med en total volym på upp till 250 cc steril 0,9 % koksaltlösning; från en till 5 alikvoter på 50 cc vardera kommer att injiceras och omedelbart aspireras genom kanalen i bronkoskopet med hjälp av en spruta.

Försökspersonerna observeras och övervakas i minst 1 till 2 timmar efter ingreppet på den medicinska stationen på plats av en legitimerad sjuksköterska med läkares tillsyn. Vid utskrivning är försökspersonerna symtomfria och kan tömma urin. Minst 2 läkare, inklusive ansvarig bronkoskopist, kommer att vara tillgängliga (24 timmar dagligen) för patienter som utvecklar några symtom efter utskrivning. Försökspersonen skrivs ut av en läkare och förses med namn och telefonnummer till bronkoskopisten och en annan läkare. Försökspersonen kontaktas 24 timmar efter bronkoskopi för att fråga om eventuella ogynnsamma effekter.

Försökspersonerna kommer att återvända till U.S. EPA HSF för ytterligare exponeringssessioner och bronkoskopier efter exponering (luftkontroll eller ozon) efter ett tidsintervall på minst två veckor.

Vi räknar med att utföra flera kliniska procedurer under studiens gång som inkluderar primära, sekundära och explorativa effektmått. Det är dock möjligt att inte alla procedurer kommer att utföras på varje ämne. Om vi ​​inte kan utföra en procedur, på grund av ett utredarproblem (såsom men inte begränsat till byggnads-/utrustningsfel, väderförseningar eller personalproblem), kommer patienten att kompenseras för nämnda procedur(er) och tid på det dag och kan komma att ombokas.