インドにおける家庭大気汚染介入ネットワーク試験のための曝露およびバイオマーカー評価のフィールドデータ収集手順の視覚化
Summary
大規模なランダム化比較試験中に、インドのフィールドサイトでの空気および生物学的サンプリングプロセス全体で使用される一貫した高品質の手順について詳しく説明します。農村地域での曝露評価に適応した革新的なテクノロジーの適用の監視から収集された洞察は、より信頼性の高い結果を伴うより良いフィールドデータ収集慣行を可能にします。
Abstract
ここでは、インドのタミルナードゥ州の資源に制約のある環境で、2つの異なる調査サイトから家庭大気汚染(HAP)への個人曝露に関する人口レベルのデータを収集するための標準的な手順を視覚的に表現します。粒子状物質PM2.5 (空気力学的直径が2.5ミクロン未満の粒子)、一酸化炭素(CO)、およびブラックカーボン(BC)は、妊娠中の母親(M)、その他の成人女性(OAW)、および子供(C)で4年間にわたってさまざまな時期に測定されました。さらに、データロギング温度計によるストーブ使用状況監視(SUM)と大気汚染の周囲測定が実施されました。さらに、現場の研究参加者から生物学的サンプル(尿および乾燥血液スポット[DBS])を収集することの実現可能性が実証されました。この研究と以前の研究の結果に基づいて、ここで使用された方法はデータ品質を向上させ、資源に制約のある状況での家庭の大気汚染と生物学的サンプル収集の問題を回避しました。確立された手順は、インドや他の低中所得国(LMICs)で同様の大気汚染と健康の研究を行う研究者にとって貴重な教育ツールとリソースになる可能性があります。
Introduction
世界的に、主に固形燃料調理による家庭の大気汚染(HAP)への曝露は、罹患率と死亡率の主な原因です1,2,3。低・中所得国(LMICs)では、固形燃料(木材、糞、作物残渣、石炭などのバイオマス)による調理・加熱が盛んに行われており、健康、環境、経済など様々な問題が生じています。PM2.5は「サイレントキラー」であり、屋内と屋外の両方で発生します4,5。インドの室内空気質は、外気質よりもかなり悪いことが多く、主要な環境健康被害と見なされるほど注目を集めています4。測定ベースの定量的曝露データの不足は、HAP 6,7に関連する世界的な疾病負荷(GBD)評価を妨げています。
現在の研究では、HAP曝露の測定が複雑であり、燃料の種類、ストーブの種類、および「ストーブスタッキング」として知られる現象である多くのクリーンストーブと汚れたストーブの混合使用など、多くの要因によって異なることを無視することがよくあります。曝露に対するその他の影響には、消費された燃料の量、キッチンの換気レベル、調理用コンロの近くで過ごした時間の長さ、年齢、性別が含まれます8。最も広く測定され、間違いなくHAPへの曝露の最良の指標はPM2.5です。しかし、手頃な価格でユーザーフレンドリーで信頼性の高い機器が不足しているため、微粒子状物質(PM2.5)の測定は特に困難でした。
さまざまな研究が、さまざまな方法を使用して単一または複数の大気汚染物質のレベルを測定することを報告しています8,9,10,11,12。近年、屋内および周囲の環境でこれらの汚染物質を測定できる比較的低コストのセンサーが登場しています。ただし、これらのセンサーのすべてが、メンテナンスコスト、展開の課題、従来の測定方法との比較可能性の問題、これらのセンサーを参照方法に照らして検証するための限られた人的資源、定期的なデータ品質チェックの難しさなど、さまざまな理由でフィールドワークに実行できるわけではありません(クラウド経由)、分散型のトラブルシューティング機能が限られているか、まったくありません。これらのタイプの測定を用いた研究の多くは、曝露の代理として、または環境測定値と時間活動評価8,9,12,13,14を使用した曝露再構成を組み合わせることによってそれらを使用しています。
モニターが空間と時間を通じて個人によって実行される個人モニタリングは、彼らの「真の」総曝露をよりよく捕捉する可能性があります。個人の曝露を測定する研究は、多くの場合、科学原稿9、12、13、14、15の補足資料で、正確なプロトコルを簡単に伝えるだけです。これらの研究で詳述されている手法は、サンプリング方法論の確かな一般的な感覚を提供しますが、フィールドデータ収集段階の詳細が欠けていることがよくあります12,16。
これらの住宅では、汚染物質濃度に加えて、多数の追加の特性を監視することができます。家庭用エネルギー機器の使用時間と強度を評価する方法であるストーブ使用モニタリングは、最近の多くの影響と曝露の評価の主要な部分です16、17、18、19。これらのモニターの多くは、調理用ストーブの燃焼点またはその近くの温度を測定することに焦点を当てています。熱電対とサーミスタが採用されていますが、ストーブの使用パターンの変動を捉えるために調理用コンロに置くのに最適な方法など、モニターの動作プロトコルが不足しています。
同様に、バイオモニタリングは環境曝露を評価するための効果的なツールですが、いくつかの要因が最適な生物学的マトリックスの選択に影響を与えます20。理想的な状況下では、サンプル収集は非侵襲的または低侵襲でなければなりません。採用される方法は、取り扱いの容易さ、制限のない輸送および保管、提案されたバイオマーカーと生物学的マトリックスの間の良好な一致、比較的低コスト、および倫理的懸念がないことを確実にするべきである。
尿サンプル採取には、バイオモニタリングにとっていくつかの大きな利点があります。他のサンプル収集技術と同様に、さまざまな潜在的な方法が存在します。24時間のボイド尿の収集は、参加者にとって面倒な場合があり、サンプル収集の不遵守につながります20,21。このような場合、スポットサンプル、最初の朝のボイド、またはその他の「便利な」サンプリングをお勧めします。採取される尿の量は、スポットサンプルを収集する際の大きな欠点となる可能性があり、内因性および外因性の化学物質の濃度にばらつきが生じます。この場合、尿クレアチニン濃度を用いた調整は、希釈補正22に一般的に用いられる方法である。
別の一般的に収集される生物試料は静脈血です。静脈血サンプルは、バイオモニタリングのために入手するのが難しいことがよくあります。それらは侵入的で恐怖を誘発し、適切なサンプルの取り扱い、保管、および輸送を必要とします。乾燥血液スポット(DBS)を使用する代替アプローチは、バイオモニタリングのために成人および小児のサンプルを収集するのに有用であり得る23。
フィールドメソッドの簡単な説明と、品質保証されたサンプルのフィールドデータ収集の真の複雑さを反映したモニターの使用と展開に関する詳細で複製可能な指示の公開との間には、かなりの文献ギャップが存在します24,25。いくつかの研究では、大気汚染物質(屋内および周囲)を測定し、ストーブの使用を監視するための標準操作手順(SOP)が概説されています。
しかし、現場での測定、実験室のサポート、および監視機器とサンプルの輸送の背後にある重要なステップは、めったに説明されていません8,11,25。高リソース設定と低リソース設定の両方でのフィールドベースのモニタリングの課題と制限は、ビデオを介して適切にキャプチャされ、書面による操作手順を補完し、デバイスとサンプリングおよび分析技術がどのように実行されるかを示すより直接的な方法を提供できます。
家庭用大気汚染介入ネットワーク(HAPIN)ランダム化比較試験では、ビデオと書面によるプロトコルを使用して、3つの汚染物質(PM2.5、CO、およびBC)の測定、ストーブの使用の監視、および生物試料の収集の手順を説明しました。HAPINでは、SOPを厳守する必要がある整合プロトコルを使用して、4つの調査施設(ペルー、ルワンダ、グアテマラ、インド)で複数の時点で収集されたサンプルからデータ品質を最大化します。
研究デザイン、施設選択、および募集の基準は、以前に説明されています24,26。HAPIN試験は4カ国で実施された。Clasenらは、研究設定を詳細に説明した26。各研究施設は、妊娠9〜20週で、家庭での調理にバイオマスを使用し、非喫煙者である18〜35歳の妊婦がいる800世帯(400介入および400対照)を募集した。これらの世帯のサブセット(国ごとに~120人)では、他の成人女性もこの研究に登録されました。
募集後、合計8回の訪問が行われました。最初のベースライン時(BL)は、ランダム化の前に発生しました。次の7つは、出生前(妊娠24〜28週[P1]、妊娠32〜36週[P2])、出生時(B0)、および出生後(3か月[B1]、6か月[B2]、9か月[B3]、および12か月[B4])によって分割されました。Mについては3つの評価(BL、P1、およびP2)、OAWについては6つの評価(BL、P1、P2、B1、B2、およびB4)、Cについては4つの評価(B0、B1、B2、およびB4)が実施されました。B0では、バイオマーカーと健康評価が実施されましたが、B3訪問では健康評価のみが実施されました。
4か国すべてが同じプロトコルに従いました。この原稿では、インドで従ったステップについて説明します。この研究は、タミルナードゥ州の2つの場所、カラクリチ(KK)とナガパッティナム(NP)で実施されました。これらのサイトは、インドのチェンナイにあるスリラマチャンドラ高等教育研究所(SRIHER)の環境健康工学科の中核研究施設から250〜500キロメートルの場所にあります。フィールドデータ収集プロトコルの複雑さにより、さまざまなレベルのスキルとバックグラウンドを持つ多くの人員を配置する必要があります。
妊娠中の母親(M)、その他/高齢の成人女性(OAW)、および子供(C)の微小粒子状物質、一酸化炭素(CO)、およびブラックカーボン(BC)への微小環境および個人曝露サンプルの推定に関連するステップの書面および視覚的描写を提示します。(1)リファレンスグレードのモニターと低コストセンサーによる周囲の空気質のモニタリング、(2)従来型および液化石油ガスストーブでの長期ストーブ使用モニタリング、および(3)バイオモニタリングのための生物学的サンプル収集(尿およびDBS)のためのフィールドプロトコルも提示されます。これには、環境サンプルおよび生物学的サンプルを輸送、保管、およびアーカイブする方法が含まれます。
Protocol
Representative Results
Discussion
私たちは、多国間HAPIN試験19,24で、家庭の大気汚染への個人曝露に関する人口レベルのデータを収集するための標準的な手順を実証し、視覚的に表現しました。ここで説明するフィールドベースの環境およびバイオマーカーサンプリング方法は、特にPM2.5曝露がWHO大気質ガイドライン(AQG)の値(年間平均5 μg/m 3および24時間平均15 μg/m3)?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
研究者は、諮問委員会のメンバーであるパトリック・ブリッセ、ドナ・スピーゲルマン、ジョエル・カウフマンに、試験の実施を通じて貴重な洞察とガイダンスを提供してくれたことに感謝します。また、この重要な試験への献身と参加について、すべての研究スタッフと研究参加者に感謝したいと思います。
この研究は、米国国立衛生研究所(協力契約1UM1HL134590)がビル&メリンダゲイツ財団(OPP1131279)と共同で資金提供しました。国立心臓肺血液研究所(NHLBI)によって任命された学際的で独立したデータおよび安全性監視委員会(DSMB)は、データの品質を監視し、HAPIN試験に登録された患者の安全を保護します。NHLBI DSMB:ナンシーR.クック、スティーブンヘクト、キャサリンカー(議長)、ジョセフミルム、ナリニサティアクマール、ポールK.ウェルトン、ゲイルワインマン、トーマスクロクストン(事務局長)。 プログラムコーディネーション:ゲイルロジャース、ビル&メリンダゲイツ財団;クラウディアL.トンプソン、国立環境衛生科学研究所;マークJ.パラスカンドラ、国立がん研究所;マリオン・コソ・トーマス、ユーニス・ケネディ・シュライバー国立小児保健人間発達研究所;ジョシュアP.ローゼンタール、フォガティ国際センター;コンセプションR.ニエラス、NIH戦略的調整共通基金局;キャサリン・カヴォニス、キム・ドンユン、アントネッロ・プントゥリエリ、バリー・S・シュメッター、NHLBI。
HAPIN調査員:ヴァネッサ・バロウズ、アレハンドラ・ブッサリュー、デヴァン・キャンベル、エドゥアルド・カヌス、アドリー・カスタニャサ、ハワード・チャン、ユンユン・チェン、マリル・チェン、レイチェル・クレイク、メアリー・クロッカー、ビクター・ダビラ・ローマン、リサ・デ・ラス・フエンテス、オスカー・デ・レオン、エフレム・ドゥサビマナ、リサ・エロン、フアン・ガブリエル・エスピノーザ、イルマ・サユリー・ピネダ・フエンテス、ディナ・グッドマン、メーガン・ハーディソン、ステラ・ハーティンガー、ファビオラ・M・エレーラ、シャキール・ホッセン、ペネロペ・ハワーズ、リンゼイ・ジャックス、 シリン・ジャバルザデ、アビゲイル・ジョーンズ、キャサリン・カーンズ、ジェイコブ・クレマー、マーガレット・A・ロウズ、パティ・レンゼン、ジアウェン・リャオ、フィオナ・マジョリン、マッカラム、ジョン・マクラッケン、ジュリア・N・マクピーク、レイチェル・マイヤーズ、エリック・モリネド、ローレンス・モールトン、ルーク・ネーハー、アビダン・ナンバジマナ、フロリアン・ンダギジマナ、アズハル・ニザム、ジャン・ド・デュー・ンティヴグルズワ、アリス・パパゲオルギウ、ウシャ・ラマクリシュナン、デイビス・リアドン、バリー・ライアン、スダカール・サイダム、プリヤ・クマール、ミーナクシ・スンダラム、オム・プラシャンス、 ジェレミー・A・サルナット、スザンヌ・シムコビッチ、シーラ・S・シンハロイ、ダミアン・スウェアリング、アシュリー・トエンジェス、ジャン・ダマスカス・ウウィゼイマナ、ヴィヴィアン・バルデス、ケイラ・バレンタイン、アミット・ヴェルマ、ランス・ウォーラー、ミーガン・ワーノック、ウェンルー・イェ。
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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