Effekter av sekventiell exponering för kvävedioxid och ozon hos friska vuxna frivilliga. (ENDZONE)

Trots förbättringar av luftkvaliteten under de senaste decennierna bor över 100 miljoner människor i USA fortfarande i län som inte uppfyller National Ambient Air Quality Standards (NAAQS) för en eller flera föroreningar. Under det dagliga livet exponeras individer för flera föroreningar från olika källor av både naturligt och antropogent ursprung. Det har blivit allt tydligare att exponering för luftföroreningar är en riskfaktor för exacerbation och kanske till och med progression av lung- och hjärt- och kärlsjukdomar. Majoriteten av studier med kontrollerad exponering av människor har undersökt enskilda föroreningar; exponeringar i den verkliga världen sker dock i samband med en komplex blandning av föroreningar. Olika föroreningar når toppnivåer vid olika tidpunkter under dagen, vilket väcker oro för att exponering för en förorening kan göra en individ sensibiliserad så att deras reaktion på en efterföljande exponering kan förbättras. Följaktligen kan exponeringssekvensen för dessa ämnen påverka deras relativa hälsoeffekter och leda till att vissa exponeringsscenarier blir mer skadliga än andra.

För att definiera exponeringar för flera föroreningar som är relevanta för verkliga scenarier konsulterade vi experter på EPA Office of Air and Radiation (OAR), som rådde oss att studera effekterna av sekventiell exponering för NO2 och O3, två allestädes närvarande NAAQS-kriterier föroreningar. Omgivande dygnsprofiler för dessa två föroreningar indikerar att nivåerna av NO2 ofta når sin topp på kvällen och morgonen, vilket följs av maximala O3-koncentrationer i omgivningen mitt på dagen. Med hjälp av denna information utformade vi studien som beskrivs här för att avgöra om sekventiell exponering för NO2 och O3, eller O3 och NO2, kommer att resultera i större lung- och kardiovaskulära effekter än exponering för endera föroreningen ensam. Ozon är en viktig komponent i fotokemisk smog och är en av de mest grundligt studerade gasformiga föroreningarna. Kontrollerade humanexponeringsstudier har varit avgörande för att visa att det kan orsaka luftvägsinflammation, inklusive ökning av neutrofilinfiltration i lungan och produktion av pro-inflammatoriska mediatorer, och slutligen minskad lungfunktion. Nyare studier har visat att ozon också kan öka vaskulär inflammation, samt förändra det autonoma nervsystemets kontroll av hjärtfrekvensen. Kvävedioxid är en oxidant som produceras genom naturliga och antropogena processer. Majoriteten av konstgjorda NO2 härrör från storskaliga förbränningsrelaterade processer, såsom bilutsläpp och elproduktion. Även om trafikrelaterade exponeringar står för majoriteten av NO2-utsläppen. Utsläpp från matlagningsapparater med naturgas och fotogendrivna rumsvärmare med otillräcklig ventilation kan fungera som en betydande källa till mänsklig exponering för NO2 inomhus. Tidigare studier har visat att NO2-koncentrationer kan nå 600 ppb i området kring en gasspis i drift, och toppnivåer kan överstiga 2 000 ppb. Kontrollerade humanexponeringsstudier har visat att exponering för NO2 enbart (från 110-2000 ppb) resulterar i liten eller ingen observerbar minskning av lungfunktionen; NO2-exponering har dock associerats med ökad luftvägsöverkänslighet, känslighet för lunginfektion och ökad lunginflammation. På senare tid har exponering för 500 ppb NO2 associerats med förändringar i hjärtelektrofysiologi. Nya epidemiologiska data tyder på att exponering för NO2 från fordonsutsläpp var associerad med både andnings- och kardiovaskulär mortalitet. Tidigare studier har visat att sekventiell exponering för NO2 och O3 (vid koncentrationer som liknar de som föreslagits i denna studie) resulterar i större lungfunktionsminskningar och ökad icke-specifik luftvägsrespons jämfört med O3-exponering som föregås av exponering för ren luft hos unga kvinnor. Ytterligare studier har visat att sekventiell exponering för ozon, separerad med 24 timmar, resulterade i större lungfunktionsminskningar, bedömd som forcerad utandningsvolym i första sekunden av utandning (FEV1), efter den andra exponeringen än vad som observerades efter den första. Ozonexponering har också visat sig ha en initierande effekt för efterföljande exponering för svaveldioxid (SO2) hos astmatiker hos ungdomar och allergeninducerade reaktioner hos perennallergiska astmatiker. Dessutom har pågående forskning vid EPA Human Studies Facility visat att sekventiell exponering av människor för dieselavgaser och ozon kan resultera i större lungfunktionsminskning än exponering för endera föroreningen ensam. Med tanke på den komplexa karaktären av exponering för föroreningar är vi intresserade av att avgöra om exponering för en förorening kan göra en person sensibiliserad så att efterföljande exponering för en andra förorening skulle orsaka en mer uttalad reaktion än vad som skulle förväntas baserat på exponering för bara den andra föroreningen. Därför kommer vi i denna studie att undersöka två exponeringsscenarier som involverar sekventiell exponering av NO2 och O3. Den första innebär att bestämma om en initial exponering för NO2 kommer att "prima" en individ till en efterföljande O3-exponering. Den andra innebär att bestämma om en initial exponering för O3, vid en koncentration som resulterar i små hjärt-lungförändringar som försvinner inom 24 timmar, kommer att öka en efterföljande exponering för NO2. Generellt sett är exponering för NO2 enbart inte associerad med robusta förändringar i mätvärden för hjärt- och lungfunktion; vi tror dock att det kan modifiera och modifieras av ozonexponering. Specifikt kommer denna studie att testa två generella hypoteser. Först antar vi att förexponering för en relativt låg koncentration av NO2 kommer att "sensibilisera" individer för en efterföljande O3-exponering och leda till större förändringar i hjärt-lungfunktion jämfört med O3-exponering föregången av exponering för ren luft. För det andra antar vi att förexponering för O3, vid en koncentration som tidigare har associerats med små förändringar i hjärt- och lungfunktion, kommer att gynna individer att ha ett större svar på NO2 jämfört med före exponering för ren luft. Den information som erhållits under denna studie kommer att göra det möjligt för EPA att bättre utvärdera riskerna förknippade med sekventiell exponering för flera föroreningar och potentiellt ge råd om aktiviteter för att mildra effekterna.