我们详细阐述了在印度实地开展的一项大型随机对照试验中,空气和生物样本采集过程所采用的一致且高质量的操作流程。通过对适用于农村地区暴露评估的创新技术应用进行监督所获得的经验,有助于改进野外数据采集实践,获得更可靠的研究结果。
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我们详细阐述了在印度实地开展的一项大型随机对照试验中,空气和生物样本采集过程所采用的一致且高质量的操作流程。通过对适用于农村地区暴露评估的创新技术应用进行监督所获得的经验,有助于改进野外数据采集实践,获得更可靠的研究结果。
本文展示了在印度泰米尔纳德邦这一资源有限的环境中,从两个不同研究地点收集家庭空气污染(HAP)个人暴露水平人群数据的标准操作流程的可视化描述。在为期4年的研究期间,对孕妇(M)、其他成年女性(OAW)和儿童(C)在多个时间点测量了细颗粒物PM2.5(空气动力学直径小于2.5微米的颗粒物)、一氧化碳(CO)和黑碳(BC)的暴露水平。此外,还使用数据记录温度计进行炉灶使用监测(SUMs),并开展了环境空气污染的同步测量。同时,成功验证了在野外现场从研究参与者采集生物样本(尿液和干血斑[DBSs])的可行性。基于本研究及以往研究的结果,所采用的方法提高了数据质量,并避免了在资源有限条件下进行家庭空气污染和生物样本采集过程中可能出现的问题。所建立的操作流程可为在印度及其他中低收入国家(LMICs)开展类似空气污染与健康研究的研究人员提供有价值的教育工具和参考资源。
全球范围内,家庭空气污染(HAP)暴露主要源于固体燃料烹饪,是导致发病和死亡的主要原因1,2,3。在低收入和中等收入国家(LMICs),使用固体燃料(如木材、粪便、农作物残余物和煤等生物质)进行烹饪和取暖十分普遍,带来了多种健康、环境和经济问题。PM2.5是一种“隐形杀手”,在室内和室外均存在4,5。印度的室内空气质量通常远差于室外空气质量,已引起足够关注,被视为重大的环境健康危害4。基于测量的定量暴露数据匮乏,阻碍了与家庭空气污染相关的全球疾病负担(GBD)评估6,7。
当前的研究常常忽视了HAP暴露测量的复杂性,其测量结果会因多种因素而异,包括燃料类型、炉灶类型以及清洁与非清洁炉灶的混合使用——这种现象被称为“"stove stacking"”。其他影响暴露水平的因素还包括燃料消耗量、厨房通风状况、个体在炉灶附近停留的时间长短、年龄和性别8。目前测量最为广泛且可视为HAP暴露最佳指标的是PM2.5;然而,由于缺乏价格合理、操作简便且可靠的仪器,细颗粒物(PM2.5)的测量一直尤为困难。
已有多种研究报道了使用不同方法测量单一或多种空气污染物浓度的水平8,9,10,11,12。近年来,能够用于室内和环境空气中这些污染物测量的相对低成本传感器逐渐出现。然而,由于维护成本、部署难度、与传统测量方法的可比性问题、缺乏足够的人力资源将这些传感器与参考方法进行验证、难以通过云端定期进行数据质量检查,以及缺乏或没有去中心化的故障排查设施等多种原因,并非所有这些传感器都适用于实地工作。许多采用此类测量方法的研究将其作为暴露水平的替代指标,或结合环境测量数据与基于时间活动评估的暴露重建方法进行分析8,9,12,13,14。
个体监测——即由个人在时空移动过程中随身携带监测设备——可能更准确地反映其真实的总暴露水平。测量个体暴露水平的研究通常仅简要描述其具体方案,且多见于科学论文的补充材料中9,12,13,14,15。尽管这些研究中详述的技术方法为采样策略提供了总体可靠的参考,但往往缺乏野外数据采集阶段的具体细节12,16。
除了污染物浓度外,还可对这些住宅中的许多其他特征进行监测。炉灶使用监测是评估家庭能源设备使用时间和强度的一种方法,也是近年来许多影响与暴露评估的重要组成部分16,17,18,19。这些监测设备大多聚焦于测量炊具燃烧点或其附近区域的温度。尽管已使用热电偶和热敏电阻,但目前尚缺乏针对这些监测设备的操作规程,包括如何将其最优地安装在炊具上以捕捉炉灶使用模式的差异性。
生物监测同样是评估环境暴露的有效工具,尽管多种因素会影响最佳生物基质的选择20。在理想情况下,样本采集应为无创或微创。所采用的方法应确保操作简便、运输和储存不受限制、所选生物标志物与生物基质匹配良好、成本相对较低,且不涉及伦理问题。
尿液样本采集在生物监测中具有若干主要优势。与其他样本采集技术一样,存在多种潜在的采集方法。收集24小时排尿样本对参与者而言可能较为繁琐,容易导致样本采集依从性降低20,21。在此情况下,建议采用随机单次尿样、晨起首次排尿样本或其他“便捷式”采样方法。采集随机单次尿样时,尿液量的差异可能成为主要缺点,导致内源性和外源性化学物质浓度的变异性。此时,常用尿肌酐浓度进行校正,以校正尿液稀释程度22。
另一种常采集的生物样本是静脉血。静脉血样本在生物监测中往往难以获取,因其具有侵入性,易引发恐惧感,且需要规范的样本处理、储存和运输。采用干血斑(DBSs)的替代方法可用于成人和儿童的生物监测样本采集23。
在简单描述野外方法与发布详细、可重复的监测设备使用和部署说明之间,存在显著的文献空白,后者应能反映高质量样本野外数据采集的真实复杂性24,25。一些研究已概述了测量空气污染物(室内和环境)以及监测炉具使用情况的标准操作程序(SOP)。
然而,现场测量、实验室支持以及监测仪器和样品运输背后的关键步骤却极少被详细描述8,11,25。通过视频可以更准确地记录在资源丰富和资源有限环境中开展实地监测所面临的挑战与局限,从而补充书面操作规程,并更直观地展示设备使用以及采样和分析技术的具体实施过程。
在家庭空气污染干预网络(HAPIN)随机对照试验中,我们采用视频和书面方案来描述测量三种污染物(PM2.5、CO 和 BC)、监测炉灶使用情况以及生物样本采集的操作流程。HAPIN 采用统一的方案,要求严格遵守标准操作程序(SOP),以最大限度地提高在四个研究地点(秘鲁、卢旺达、危地马拉和印度)多个时间点采集样本的数据质量。
研究设计、现场选择和招募标准的详细说明见先前文献24,26。HAPIN 试验在四个国家开展;Clasen 等人已对各研究现场进行了详细描述26。每个研究现场招募了800户家庭(400户干预组和400户对照组),每户家庭中包含一名年龄在18至35岁之间、妊娠期为9至20周、在家中使用生物燃料进行烹饪且不吸烟的孕妇。在这些家庭的一个子集中(每个国家约120户),还额外纳入了其他成年女性参与本研究。
招募完成后,共进行了八次访视。第一次在基线期(BL),发生于随机分组之前。随后的七次访视按时间分为产前(妊娠24-28周[P1]、妊娠32-36周[P2])、分娩时(B0)以及产后(3个月[B1]、6个月[B2]、9个月[B3]和12个月[B4])。对于M指标,共进行了三次评估(BL、P1和P2);对于OAWs指标,进行了六次评估(BL、P1、P2、B1、B2和B4);对于C指标,则进行了四次评估(B0、B1、B2和B4)。在B0访视时进行了生物标志物检测和健康评估,而在B3访视时仅进行了健康评估。
四个国家均遵循相同的方案。在本文中,我们描述了印度所采用的步骤。该研究在泰米尔纳德邦的两个地点进行:卡卡拉库奇(KK)和纳加帕蒂南(NP)。这些地点位于印度金奈市斯里拉玛查德拉高等教育与研究学院(SRIHER)环境健康工程系核心研究设施以西250至500公里范围内。现场数据收集方案的复杂性要求部署大量具备不同技能水平和背景的人员。
本文以文字和图像形式详细描述了评估孕妇(M)、其他/成年女性(OAW)以及儿童(C)对细颗粒物、一氧化碳(CO)和黑碳(BC)的微环境暴露和个人暴露水平的各个步骤。同时介绍了以下现场操作规程:(1)使用标准级监测仪和低成本传感器监测环境空气质量;(2)对传统炉灶和液化石油气炉灶进行长期使用情况监测;(3)采集生物样本(尿液和干血斑)用于生物监测。此外,还包括环境样本和生物样本的运输、储存与归档方法。
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Sri Ramachandra 高等教育与研究学院机构伦理委员会(IEC-N1/16/JUL/54/49)、埃默里大学机构审查委员会(00089799)以及印度医学研究理事会-卫生部筛查委员会(5/8/4-30/(Env)/Indo-US/2016-NCD-I)批准了 HAPIN 试验。HAPIN 试验在 clinicaltrials.gov 上的注册编号为 NCT02944682。在参与者参加研究之前,已收集其书面知情同意书,且本研究按照伦理准则进行。
注意:采样和数据收集期间使用的病例报告表(CRF)保存在埃默里大学的 RedCap 数据库中,并根据所有合作方之间的数据共享协议进行管理,读者可根据要求获取。
1. 仪器和材料
2. 滤膜的预处理与称重
3. 微环境/个体空气采样
注意:有关微环境/个体空气采样的仪器设备和操作步骤的详细说明见补充图2。
4. 炉灶使用监测
5. 环境监测
注意:环境PM2.5仪器可记录实时空气中的PM2.5浓度,并内置一个47 mm滤膜,可用于收集PM2.5进行重量法评估19,26,29。有关中心实验室、现场实验室及野外站点活动中环境监测仪器设备及数据采集步骤的详细说明见补充图6。
6. 生物监测
7. 采样滤膜的链式监管(COC)
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微环境/个体空气采样方法:
图1Ai 显示一名孕妇在24小时采样期间穿着定制的采样背心。该背心包含颗粒物采样器(ECM)、一氧化碳记录仪、时间和位置记录仪以及移动电源。确保受试者在整个采样期间始终穿着背心,仅在洗澡和睡觉时除外。图1Aii 展示了用于在睡眠区域附近悬挂背心的支架。
图1Bi 显示了采样前后对ECM采样器的清洗过程,图1Bii 显示了在野外实验室对ECM进行的校准。采样前检查了流速并设定了采样运行时间,采样后再次检查是否存在任何偏差。
图1C 显示了厨房内仪器(ECM、CO记录仪和TLL)的放置位置(距地面1.5 m),用于区域监测。仪器安装位...
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我们演示并直观展示了在多国HAPIN试验中收集个人家庭空气污染暴露水平人群数据的标准操作流程19, 24。本文所述的现场环境与生物标志物采样方法具有适用性和可行性,尤其适用于资源有限地区中家庭PM2.5暴露水平远高于世界卫生组织空气质量指南(AQG)值(年均值5 µg/m3,24小时均值15 µg/m3)的脆弱人群37,38。
本研究中使用的仪器已在其他研究中采用过不同的采样时长。在 Jack 等人的研究中,使用轻便的一氧化碳记录仪每 6 周测量一次 CO,同时对近一半的孕妇参与者在 72 小时内同步进行了 PM2.5 测量(microPEM)9。另一项研究则采用经环境校正的个人暴露数据,通过超声波个人气溶胶采样器(...
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*4 本报告中的研究结果和结论仅代表作者观点,不一定代表美国国立卫生研究院、美国卫生与公共服务部或比尔及梅琳达·盖茨基金会的官方立场。资助机构在本文所呈现的数据收集和数据分析过程中未发挥任何作用。
研究人员谨向指导委员会成员 Patrick Brysse、Donna Spiegelman 和 Joel Kaufman 致以诚挚感谢,感谢他们在本试验实施过程中提供的宝贵见解与指导。我们还要感谢所有研究团队成员及研究参与者,感谢他们为这项重要试验所付出的投入与参与。
本研究由美国国立卫生研究院(合作协定 1UM1HL134590)与比尔 & 比尔及梅琳达·盖茨基金会(OPP1131279)。由美国国家心肺血液研究所(NHLBI)任命的多学科独立数据与安全监测委员会(DSMB)负责监督HAPIN试验的数据质量,并保障入组患者的安危。NHLBI DSMB成员:Nancy R. Cook、Stephen Hecht、Catherine Karr(主席)、Joseph Millum、Nalini Sathiakumar、Paul K. Whelton、Gail Weinmann 以及 Thomas Croxton(执行秘书)。 项目协调:Gail Rodgers,Bill & 比尔及梅琳达·盖茨基金会;Claudia L. Thompson,国家环境卫生科学研究所;Mark J. Parascandola,国家癌症研究所;Marion Koso-Thomas,尤妮斯·肯尼迪·施莱佛国家儿童健康与人类发展研究所;Joshua P. Rosenthal,福格蒂国际中心;Conception R. Nierras,美国国立卫生研究院战略协调办公室共同基金;Katherine Kavounis,Dong-Yun Kim,Antonello Punturieri 和 Barry S. Schmetter,国家心肺血液研究所。
HAPIN 研究人员:Vanessa Burrowes, Alejandra Bussalleu, Devan Campbell, Eduardo Canuz, Adly Castañaza, Howard Chang, Yunyun Chen, Marilú Chiang, Rachel Craik, Mary Crocker, Victor Davila-Roman, Lisa de las Fuentes, Oscar De León, Ephrem Dusabimana, Lisa Elon, Juan Gabriel Espinoza, Irma Sayury Pineda Fuentes, Dina Goodman, Meghan Hardison, Stella Hartinger, Phabiola M Herrera, Shakir Hossen, Penelope Howards, Lindsay Jaacks, Shirin Jabbarzadeh, Abigail Jones, Katherine Kearns, Jacob Kremer, Margaret A Laws, Pattie Lenzen, Jiawen Liao, Fiona Majorin, McCollum, John McCracken, Julia N McPeek, Rachel Meyers, Erick Mollinedo, Lawrence Moulton, Luke Naeher, Abidan Nambajimana, Florien Ndagijimana, Azhar Nizam, Jean de Dieu Ntivuguruzwa, Aris Papageorghiou, Usha Ramakrishnan, Davis Reardon, Barry Ryan, Sudhakar Saidam, Priya Kumar, Meenakshi Sundaram, Om Prashanth, Jeremy A Sarnat, Suzanne Simkovich, Sheela S Sinharoy, Damien Swearing, Ashley Toenjes, Jean Damascene Uwizeyimana, Viviane Valdes, Kayla Valentine, Amit Verma, Lance Waller, Megan Warnock, Wenlu Ye。
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| Geocene | Geocene Inc., Vallejo,CA | xxxx | 用于炉具使用情况监测 |
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