인도의 가정용 대기 오염 개입 네트워크 시험을 위한 노출 및 바이오마커 평가의 현장 데이터 수집 절차 시각화
Summary
우리는 대규모 무작위 대조 시험 동안 인도 현장 현장에서 공기 및 생물학적 샘플링 프로세스 전반에 걸쳐 사용되는 일관되고 고품질의 절차를 자세히 설명합니다. 농촌 지역의 노출 평가에 적합한 혁신적인 기술의 적용 감독에서 얻은 통찰력은 보다 신뢰할 수 있는 결과와 함께 더 나은 현장 데이터 수집 관행을 가능하게 합니다.
Abstract
여기에서 우리는 인도 타밀 나두의 자원이 제한된 환경에서 두 개의 다른 연구 사이트에서 가정 대기 오염(HAP)에 대한 개인 노출에 대한 인구 수준 데이터를 수집하기 위한 표준 절차의 시각적 표현을 제시합니다. 미립자 물질 PM 2.5 (공기 역학적 직경에서2.5 미크론보다 작은 입자), 일산화탄소 (CO) 및 블랙 카본 (BC)은 임산부 (M), 기타 성인 여성 (OAW) 및 어린이 (C)에서 4 년 동안 다양한 시간에 측정되었습니다. 또한 데이터 로깅 온도계를 사용한 스토브 사용 모니터링(SUM)과 대기 오염의 주변 측정이 수행되었습니다. 또한, 현장 현장에서 연구 참가자로부터 생물학적 샘플(소변 및 건조 혈반[DBS])을 수집할 수 있는 타당성이 성공적으로 입증되었습니다. 이 연구와 이전 연구의 결과를 바탕으로 여기에 사용된 방법은 데이터 품질을 향상시키고 자원이 제한된 상황에서 가정용 대기 오염 및 생물학적 샘플 수집 문제를 방지했습니다. 확립 된 절차는 인도 및 기타 저소득 및 중간 소득 국가 (LMIC)에서 유사한 대기 오염 및 건강 연구를 수행하는 연구자에게 귀중한 교육 도구 및 자원이 될 수 있습니다.
Introduction
전 세계적으로 주로 고체 연료 조리로 인한 가정용 대기 오염(HAP)에 대한 노출은 이환율과 사망률의 주요 원인입니다 1,2,3. 고체 연료 (목재, 배설물, 농작물 잔류 물 및 석탄과 같은 바이오 매스)를 사용한 조리 및 난방은 저소득 및 중간 소득 국가 (LMIC)에서 널리 퍼져있어 다양한 건강, 환경 및 경제적 문제를 제기합니다. PM 2.5는 실내와 실외 모두에서 발생하는 ‘침묵의 살인자’입니다 4,5. 인도의 실내 공기질은 종종 외부 공기질보다 상당히 나빠서 주요 환경 건강 위험으로 간주될 만큼 충분히 주목을 받고 있습니다4. 측정 기반 정량적 노출 데이터의 부족은 HAP 6,7과 관련된 글로벌 질병 부담(GBD) 평가를 방해했습니다.
현재 연구에서는 HAP 노출의 측정이 복잡하고 연료 유형, 스토브 유형 및 많은 깨끗하고 깨끗하지 않은 스토브의 혼합 사용(“스토브 스태킹”으로 알려진 현상)을 포함한 여러 요인에 따라 달라진다는 사실을 종종 무시합니다. 연료에 노출되는 다른 요인으로는 연료 소비량, 주방 환기량, 조리용 스토브 근처에서 보낸 시간, 연령, 성별등이 있다 8. HAP에 대한 노출의 가장 널리 측정되고 틀림없이 가장 좋은 지표는 PM2.5입니다. 그러나 저렴하고 사용자 친화적이며 신뢰할 수 있는 기기가 없기 때문에 미세먼지(PM2.5)를 측정하는 것이 특히 어려웠습니다.
다양한 연구에서 다양한 방법 8,9,10,11,12을 사용하여 단일 또는 다중 대기 오염 물질의 수준을 측정했다고보고했습니다. 최근 몇 년 동안 실내 및 주변 환경에서 이러한 오염 물질을 측정할 수 있는 비교적 저렴한 센서가 등장하고 있습니다. 그러나 이러한 모든 센서가 유지보수 비용, 배포 문제, 기존 측정 방법과의 비교 가능성, 참조 방법에 대해 이러한 센서를 검증하기 위한 제한된 인적 자원, 정기적인 데이터 품질 검사의 어려움(클라우드를 통해), 분산된 문제 해결 시설이 제한적이거나 없음 등 다양한 이유로 현장 작업에 적합한 것은 아닙니다. 이러한 유형의 측정을 사용한 많은 연구에서는 노출에 대한 프록시로 사용하거나 시간 활동 평가 8,9,12,13,14를 사용하여 환경 측정과 노출 재구성을 결합했습니다.
공간과 시간을 통해 개인이 모니터를 수행하거나 개인이 수행하는 개인 모니터링은 ‘진정한’ 총 노출을 더 잘 포착할 수 있습니다. 개인 노출을 측정하는 연구는 종종 과학 원고 9,12,13,14,15에 대한 보충 자료에서 정확한 프로토콜을 간략하게 전달합니다. 이 연구에서 자세히 설명된 기술이 샘플링 방법론에 대한 확고한 일반적인 감각을 제공하지만, 현장 데이터 수집 단계(12,16)의 세부 사항이 없는 경우가 많습니다.
오염 물질 농도 외에도 수많은 추가 특성이 이러한 거주지에서 모니터링 될 수 있습니다. 가정용 에너지 기기의 사용 시간과 강도를 평가하는 방법인 스토브 사용 모니터링은 최근의 많은 영향 및 노출 평가의 주요 부분입니다(16,17,18,19). 이러한 모니터의 대부분은 조리용 스토브의 연소 지점 또는 그 근처의 온도를 측정하는 데 중점을 둡니다. 열전대와 서미스터가 사용되지만 스토브 사용 패턴의 가변성을 포착하기 위해 쿡스토브에 가장 잘 장착하는 방법을 포함하여 모니터에 대한 작동 프로토콜이 부족합니다.
유사하게, 생물모니터링은 환경적 노출을 평가하기 위한 효과적인 도구이지만, 몇 가지 요인이 최적의 생물학적 매트릭스(20)의 선택에 영향을 미친다. 이상적인 상황에서 샘플 수집은 비침습적이거나 최소 침습적이어야 합니다. 사용되는 방법은 취급 용이성, 비제한적인 운송 및 보관, 제안된 바이오마커와 생물학적 매트릭스 간의 양호한 일치, 상대적으로 저렴한 비용 및 윤리적 문제가 없음을 보장해야 합니다.
소변 샘플 수집은 생물 모니터링에 몇 가지 주요 이점이 있습니다. 다른 시료 채취 기법과 마찬가지로 다양한 방법이 있습니다. 24시간 공뇨 소변을 수집하는 것은 참가자에게 번거로울 수 있으며, 이로 인해 샘플 수집20,21을 준수하지 않을 수 있습니다. 이러한 경우 스팟 샘플, 첫 번째 아침 보이드 또는 기타 ‘편리한’ 샘플링이 권장됩니다. 수집된 소변의 양은 스팟 샘플을 수집할 때 주요 단점이 될 수 있으며, 이는 내인성 및 외인성 화학 물질의 농도에 변동을 초래할 수 있습니다. 이 경우, 소변 크레아티닌 농도를 이용한 조절은 희석 교정을 위해 일반적으로 사용되는 방법이다22.
일반적으로 수집되는 또 다른 생물 표본은 정맥혈입니다. 정맥혈 샘플은 종종 생체 모니터링을 위해 얻기가 어렵습니다. 침입적이고 두려움을 유발하며 적절한 샘플 취급, 보관 및 운송이 필요합니다. 건조 혈반(DBS)을 이용한 대안적 접근법은 생물 모니터링을 위해 성인과 어린이의 샘플을 채취하는 데 유용할 수 있다23.
현장 방법에 대한 간단한 설명과 품질이 보장된 샘플의 현장 데이터 수집의 진정한 복잡성을 반영하는 모니터 사용 및 배포에 대한 상세하고 복제 가능한 지침의 게시 사이에는 상당한 문헌 격차가 존재합니다24,25. 일부 연구에서는 대기 오염 물질(실내 및 주변)을 측정하고 스토브 사용을 모니터링하기 위한 표준 운영 절차(SOP)를 설명했습니다.
그러나, 현장 측정, 실험실 지원, 모니터링 장비 및 샘플의 운송의 이면에 있는 필수 단계는 매우 드물게 설명된다 8,11,25. 고자원 및 저자원 환경 모두에서 현장 기반 모니터링의 문제점과 한계는 비디오를 통해 적절하게 캡처될 수 있으며, 이는 서면 운영 절차를 보완하고 장치와 샘플링 및 분석 기술이 수행되는 방식을 보여주는 보다 직접적인 방법을 제공할 수 있습니다.
HAPIN(Household Air Pollution Intervention Network) 무작위 대조 시험에서 우리는 비디오 및 서면 프로토콜을 사용하여 스토브 사용 모니터링 및 생물 표본 수집을 위한 세 가지 오염 물질(PM2.5, CO 및 BC)을 측정하는 절차를 설명했습니다. HAPIN은 4개의 연구 사이트(페루, 르완다, 과테말라 및 인도)에서 여러 시점에 걸쳐 수집된 샘플의 데이터 품질을 최대화하기 위해 SOP를 엄격하게 준수해야 하는 조화 프로토콜을 사용하는 것을 포함합니다.
연구 설계, 부지 선정 및 모집 기준은 앞서설명했다 24,26. HAPIN 시험은 4개국에서 수행되었습니다. Clasen et al. 연구 설정을 자세히설명했다 26. 각 연구 사이트는 임신 800주에서 400주 사이의 임산부인 18세에서 35세 사이의 임산부와 함께 9가구(중재 400가구 및 대조군 20가구)를 모집했으며 집에서 요리하기 위해 바이오매스를 사용하고 비흡연자입니다. 이 가구의 하위 집합(국가당 ~120명)에서 다른 성인 여성도 이 연구에 등록했습니다.
모집 후 총 8 번의 방문이 이루어졌습니다. 첫 번째는 기준선(BL)에서 무작위 배정 전에 발생했습니다. 다음 7개는 출생 전(임신 24-28주[P1], 임신 32-36주[P2]), 출생 시(B0), 출생 후(3개월[B1], 6개월[B2], 9개월[B3], 12개월[B4]). M의 경우 3개의 평가(BL, P1, P2), OAW의 경우 6개의 평가(BL, P1, P2, B1, B2, B4), C의 경우 4개의 평가(B0, B1, B2, B4)가 수행되었습니다. B0에서는 바이오마커 및 건강 평가가 수행된 반면 B3 방문에서는 건강 평가만 수행되었습니다.
4개국 모두 동일한 프로토콜을 따랐습니다. 이 원고에서는 인도에서 따랐던 단계를 설명합니다. 이 연구는 타밀 나두의 두 곳인 칼라쿠리치(KK)와 나가파티남(NP)에서 수행되었습니다. 이 사이트는 인도 첸나이에 있는 Sri Ramachandra Institute of Higher Education and Research(SRIHER)의 환경 보건 공학과의 핵심 연구 시설에서 250km에서 500km 사이에 있습니다. 현장 데이터 수집 프로토콜의 복잡성으로 인해 다양한 수준의 기술과 배경을 가진 많은 인력을 배치해야 합니다.
우리는 임산부(M), 기타/노인 여성(OAW) 및 어린이(C)의 미세 환경 및 개인 노출 샘플을 미세 입자상 물질, 일산화탄소(CO) 및 블랙 카본(BC)으로 추정하는 단계와 관련된 단계를 서면 및 시각적으로 보여줍니다. (1) 기준 등급 모니터 및 저비용 센서로 주변 공기질 모니터링, (2) 기존 및 액화 석유 가스 스토브에 대한 장기 스토브 사용 모니터링, (3) 생물학적 샘플 수집(소변 및 DBS)을 위한 현장 프로토콜도 제공됩니다. 여기에는 환경 및 생물학적 샘플을 운송, 저장 및 보관하는 방법이 포함됩니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
우리는 다국적 HAPIN 시험19,24에서 가정 대기 오염에 대한 개인 노출에 대한 인구 수준 데이터를 수집하기 위한 표준 절차를 시연하고 시각적으로 표현했습니다. 여기에 설명된 현장 기반 환경 및 바이오마커 샘플링 방법은 특히 PM2.5 노출이 WHO 대기 질 가이드라인(AQG) 값(연간 평균 5μg/m 3 및 24시간 평균 15μg/m3)보다 몇 배 더 높은 …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
조사관은 재판 시행 전반에 걸쳐 귀중한 통찰력과 지침을 제공한 자문 위원회 위원인 Patrick Brysse, Donna Spiegelman 및 Joel Kaufman에게 감사드립니다. 우리는 또한 이 중요한 시험에 대한 헌신과 참여에 대해 모든 연구 직원과 연구 참가자에게 감사를 표하고 싶습니다.
이 연구는 빌 앤 멜린다 게이츠 재단 (OPP1131279)과 공동으로 미국 국립 보건원 (협력 계약 1UM1HL134590)의 자금 지원을 받았다. NHLBI(National Heart, Lung, and Blood Institute)에서 임명한 다학제적이고 독립적인 데이터 및 안전성 모니터링 위원회(DSMB)는 데이터 품질을 모니터링하고 HAPIN 시험에 등록된 환자의 안전을 보호합니다. NHLBI DSMB: Nancy R. Cook, Stephen Hecht, Catherine Karr(의장), Joseph Millum, Nalini Sathiakumar, Paul K. Whelton, Gail Weinmann 및 Thomas Croxton(사무총장). 프로그램 조정: Gail Rodgers, Bill & Melinda Gates Foundation; 클라우디아 L. 톰슨, 국립 환경 보건 과학 연구소; Mark J. Parascandola, 국립 암 연구소; 매리언 코소-토마스, 유니스 케네디 슈라이버 국립 아동 건강 및 인간 발달 연구소; 조슈아 P. 로젠탈, 포가티 국제 센터; Conception R. Nierras, NIH 전략 조정 공동 기금 사무국; 캐서린 카부니스, 김동연, 안토넬로 푼투리에리, 배리 S. 슈메터, NHLBI.
하핀 수사관: 바네사 버로우즈, 알레한드라 부살레우, 데반 캠벨, 에두아르도 카누즈, 애들리 카스타냐자, 하워드 장, 첸윤윤, 마릴루 치앙, 레이첼 크레이크, 메리 크로커, 빅터 다빌라로만, 리사 데 라스 푸엔테스, 오스카 데 레온, 에프렘 두사비마나, 리사 엘론, 후안 가브리엘 에스피노자, 이르마 사유리 피네다 푸엔테스, 디나 굿맨, 메건 하디슨, 스텔라 하팅거, 파비올라 M 에레라, 샤키르 호센, 페넬로페 하워즈, 린제이 잭스, 시린 자바르자데, 아비게일 존스, 캐서린 컨스, 제이콥 크레머, 마가렛 A 로, 패티 렌젠, 지아웬 랴오, 피오나 마조린, 맥컬럼, 존 맥크라켄, 줄리아 N 맥픽, 레이첼 마이어스, 에릭 몰리네도, 로렌스 몰튼, 루크 네허, 아비단 남바지마나, 플로리엔 은다기지마나, 아즈하르 니잠, 장 드 디외 은티부구루즈와, 아리스 파파게오르기우, 우샤 라마크리슈난, 데이비스 리어든, 배리 라이언, 수다카르 사이담, 프리야 쿠마르, 미낙시 순다람, 옴 프라샨트, 제레미 A 사르나트, 수잔 심코비치, 쉴라 S 신하로이, 데미안 맹세, 애슐리 토엔제스, 장 다마신 우위제이마나, 비비안 발데스, 카일라 발렌타인, 아미트 베르마, 랜스 월러, 메건 워녹, 웬루 예.
Materials
| BD adult lancet | BD Biosciences | 366594 | DBS collection from finger |
| BD Quikheek infant safety lancet | BD Biosciences | 368100 & 368101 | Heel prick DBS collection |
| Beacon | Roximity | O/EM | Time and location monitor [TLM] (Personal monitor) |
| Beacon Logger | Berkley Air Monitoring group | xxxx | Time and location logger [TLL] (Indirect measurement) |
Cr do ProMed Pelican Bag |
Peli Biothermal USA | Cooler bag | |
| Enhanced Children MicroPEM (ECM) | RTI International, Durham, NC, US | xxxx | Personal monitor of PM2.5 |
| E-sampler | Met One Instruments | 9800 | Indirect measurement of ambient PM2.5 |
| Geocene | Geocene Inc., Vallejo,CA | xxxx | for stove use monitoring |
| Humidity indicating card | DESSICARE, INC. | 04BV14C10 | Sample integrity indicator |
| Lascar | Lascar Electronics | EL-USB-300 | Carbon monoxide (CO) data logger |
| PTS collect capillary tubes- 40 µL | PTS collect | 2866 | To collect heel prick DBS from children |
| Sartorius | Sartorius Lab Instruments, GmbH & Co, Germany | MSA6-6S-000-DF | Microbalance (Weighing filters) |
| SootScanTM | Magee Scientific Co, Berkeley, USA | OT21 | Black carbon measurement |
| Vaccine Bag | Apex International, India | AIVC-46 | Vaccine Bag |
| Whatman 903 Protein Saver card | GE Healthcare Life Sciences | 10534612 | Collection of capillary blood samples (Dried Blood Spot) |
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