Akut exponering för diesel: förlänger effekterna på inflammation och kärl (DEVA)

Inledning Diesel och dess produkter är en av de vanligaste föroreningarna som påverkar människor som bor i städer och på landsbygden i världen. Majoriteten av patienter som besöker akutmottagningar har sannolikt utsatts för kronisk exponering för dieselmotoravgaser, särskilt de som bor i närheten av trafikerade stadsvägar och motorvägar. Dieselavgaser anses bidra till över 50 % av atmosfäriska partiklar med en massa på mindre än 10 μM (PM10) genomsnittlig aerodynamisk diameter, vilket är ansvarigt för luftföroreningar. För fina partiklar lägre än 2,5 μM (PM2,5) och extremt små partiklar under 0,1 μM i diameter är bidraget till luftföroreningar mycket större. Dessa partiklar är tillräckligt små för att andas in och deponeras i lungorna där de kan utöva skadliga effekter.

I Europa och Japan har epidemiologiska studier visat höga frekvenser av kardiovaskulär sjuklighet, såväl som akuta och kroniska luftvägssjukdomar, efter yrkesmässig exponering för dieselavgaser. Experimentella djurstudier har också visat att exponering för utspädda dieselmotorer försämrar vänster kammares systoliska prestanda, sympatisk drivkraft, fibros/fibrinolys och accelererar åderförkalkning. Epidemiologiska studier och experimentella djurmodeller är dock ganska oprecisa när det gäller de mekanismer som är ansvariga för dessa effekter och den kliniska effekten av kronisk exponering för dieselavgaser. Dessutom, även om ett samband har dokumenterats mellan akuta kranskärlssyndrom (ACS) och akut exponering för avgaser från dieselmotorer, är det inte känt om relativt kortvarig exponering kan orsaka förlängda inflammatoriska svar och/eller påverka endotelfunktionen och kärlväggsegenskaperna i ett sådant sätt att potentiellt främja utvecklingen av aterosklerotiska förändringar.

Syftet med denna studie är att bedöma effekten av kortvarig exponering för dieselavgaser på arteriell elasticitet, vaskulär funktion och inflammatoriska biomarkörer.

Metoder Studiepopulation Frivilliga kommer att inkluderas i denna randomiserade, dubbelblinda, crossover-studie. Alla frivilliga som kvalificerade sig för studiestart kommer att vara fria från hjärt-kärlsjukdom, högt blodtryck, diabetes mellitus, lungsjukdom och akuta inflammatoriska eller kroniska sjukdomar. Försökspersoner som kommer att visa sig ha ett onormalt 12-avledningselektrokardiogram vid baslinjen och/eller försämrade andningsfunktionstester kommer att uteslutas från studien.

Individer som tar hjärt-kärlmediciner, antioxidanter eller vitamintillskott, orala preventivmedel eller antiinflammatoriska medel under de två månaderna före inkluderingen i studien kommer att uteslutas.

Kvinnor som får hormonersättningsterapi och premenopausala kvinnor med oregelbunden menstruationscykel kommer också att uteslutas från studien. Alla kvinnor som valts ut för studien kommer att genomgå graviditetstester före varje studietillfälle.

Studiedesign Detta är en randomiserad dubbelblind, cross-over-studie. Alla försökspersoner kommer att exponeras för luft eller föroreningar i två sessioner som kommer att äga rum med fyra veckors mellanrum mellan 8.00 och 10.00 i ett ad hoc-laboratorium. I varje session kommer försökspersonerna att genomgå en 2-timmars exponeringsperiod för kontrollerade mängder dieselavgaser eller filtrerad luft. I varje session kommer mätningar av markörer för vaskulär funktion (flödesmedierad utvidgning, pulsvågshastighet och förstärkningsindex), sympatisk aktivitet och blodprover som visar den inflammatoriska och fibrinolytiska profilen att äga rum. Dessa mätningar kommer att utföras vid baslinjen (före exponering-T0), i slutet av den 2 timmar långa sessionen (T2) och 24 timmar efter exponeringens slut (T24) (Figur 1).

Mätningar av varje kvinna som deltar i studien kommer att utföras i samma fas av menstruationscykeln (sen luteal fas). Deltagarna kommer att avstå från att dricka alkohol eller koffeinhaltiga vätskor och använda mediciner som innehåller koffein, eller rökning. Alla frivilliga kommer att bedömas efter att ha varit i fastande tillstånd i minst 8 timmar. Deltagarna kommer att instrueras att undvika förändringar i kostvanor och fysiska aktivitetsvanor under studieperioden.

Exponering för dieselavgaser och filtrerad luft Frivillig exponering för dieselavgaser kommer att utföras i ett specialdesignat 30m2 rum som var hermetiskt tillslutet. Dieselavgaserna kommer att produceras av en dieselmotor (2500 cc och 100-150HP) och matas ut genom ett rörsystem till exponeringsrummet. Innan studiestart kommer inomhusnivåer av kolmonoxid (CO) tillsammans med koncentrationer av fina luftburna partiklar (PM2.5) att mätas, kontrolleras och hållas inom de önskade gränserna med hjälp av bärbar miljöinstrument. För att säkerställa adekvata exponeringsnivåer för PM2,5 och CO kommer alla mätningar att kontrolleras och jämföras med respektive standarder från Europeiska kommissionen. Specifikt 25 µg/m3 (genomsnittlig årlig gräns) för PM2,5-partiklar och 10 µg/m3 (maximalt dagligt 8 timmars medelvärde) för CO.

Vaskulära mätningar Utvärdering av endotelfunktion Med hjälp av en linjär array-ultraljudstransducer (U/S) kommer endotelfunktionen att utvärderas genom att uppskatta flödesmedierad dilatation (FMD) i brachialisartären, enligt standardiserade protokoll.

Mätningar av central artär stelhet Carotis-femoral pulse wave velocity (PWV), ett index för aorta stelhet, kommer att beräknas från mätningar av pulspassagetid och avståndet mellan 2 registreringsplatser (PWV = avstånd, i meter, dividerat med transittid, i sekunder) med en väl validerad icke-invasiv enhet (SphygmoCor; AtCor Medical, Sydney, Australien) som tidigare beskrivits.

Mätning av vågreflektioner AIx för den centrala (aorta) tryckvågformen kommer att beräknas som ett sammansatt index av vågreflektioner och artärstyvhet med hjälp av ett validerat, kommersiellt tillgängligt system (SphygmoCor; AtCor Medical, Sydney, Australien) som använder applanationsprincipen tonometri. Vågformer av radiellt tryck kommer att kalibreras enligt sfygmomanometriskt systoliskt blodtryck och diastoliskt blodtryck uppmätt i brachialisartären. Eftersom AIx påverkas av förändringar i HR, korrigerades den på lämpligt sätt (korrigerad för en konstant HR på 75 bpm; AI75).

Bedömning av sympatisk aktivitet Hjärtfrekvensvariabilitet (HRV) uttrycker det autonoma nervsystemets inverkan på hjärtaktiviteten. Låg HRV kan tillskrivas ökad sympatisk tonus och har visat sig vara associerad med ökad kardiovaskulär sjuklighet och mortalitet. Sympatisk aktivitet kommer att utvärderas genom att beräkna HRV med kontinuerlig elektrokardiografisk studie (EKG) som registrerades under 20 minuter av en Holter-enhet. EKG-data överförs sedan till en dator för bedömning av HRV, vilket utfördes i enlighet med gällande internationella riktlinjer, och standardavvikelsen för normala till normala intervall (SDNN) kommer att mätas. (Holter programvara, Synescope, version 3.1, ELA Medical, Frankrike).

Fibrinolys och inflammationsmarkörer Ett fastande venöst blodprov tas genom venpunktion vid baslinjen (före exponering-T0), i slutet av den 2 timmar långa sessionen (T2) och 24 timmar efter slutet av exponeringen (T24). Venösa blodprover kommer att centrifugeras vid 3000 rpm och serum uppsamlades och lagrades vid -80 C tills det analyserades.

Den protrombotiska statusen utvärderades genom att mäta nivåer av fibrinogen med hjälp av Multifibren® U-systemet. Fibrinolytisk aktivitet kommer att bedömas med mätningar av protein C-plasmanivåer och protein S-aktivitet, vilka mättes med STA® - Staclot® Protein C-kit respektive HemosIL™ Protein S Activity-kit. Dessutom kommer förändringar från baslinjen i den inflammatoriska profilen som induceras av dieselavgaser att studeras genom att mäta serum C-reaktivt protein (CRP) med hjälp av Architect Abbott-enheten.