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Visualisierung von Felddatenerfassungsverfahren für Expositions- und Biomarkerbewertungen für die Studie des Household Air Pollution Intervention Network in Indien

DOI:

10.3791/64144

⸱

December 23rd, 2022

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Environmental Health Engineering, ICMR Center for Advanced Research on Air Quality, Climate and Health, Faculty of Public Health, Sri Ramachandra Institute of Higher Education and Research (Deemed University), 2Division of Environmental Health Sciences, University of California, Berkeley, 3Berkeley Air Monitoring Group, 4Division of International Epidemiology and Population Studies, National Institutes of Health, 5Gangarosa Department of Environmental Health, Rollins School of Public Health, Emory University, 6Department of Environmental and Radiological Health Sciences, Colorado State University, 7Department of Biostatistics and Informatics, Rollins School of Public Health, Emory University, 8Department of Disease Control, Faculty of Infectious and Tropical Diseases, London School of Hygiene and Tropical Medicine, 9Department of Global Health & Population, Harvard, T.H. Chan School of Public Health, 10Cardiovascular Division, Washington University School of Medicine, Washington University, 11Centro de Estudios en Salud, Universidad del Valle de Guatemala, 12Division of Pulmonary and Critical Care, School of Medicine, Johns Hopkins University

* These authors contributed equally

In This Article

Summary

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Wir beschreiben die konsistenten, qualitativ hochwertigen Verfahren, die während der gesamten Luft- und biologischen Probenahmeprozesse an indischen Feldstandorten während einer großen randomisierten kontrollierten Studie verwendet werden. Erkenntnisse, die aus der Überwachung der Anwendung innovativer Technologien gewonnen werden, die für die Expositionsabschätzung in ländlichen Regionen angepasst sind, ermöglichen bessere Felddatenerfassungspraktiken mit zuverlässigeren Ergebnissen.

Abstract

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Hier präsentieren wir eine visuelle Darstellung von Standardverfahren zur Erfassung von Daten auf Bevölkerungsebene über die persönliche Exposition gegenüber Luftverschmutzung in Haushalten (HAP) von zwei verschiedenen Studienstandorten in einer ressourcenbeschränkten Umgebung in Tamil Nadu, Indien. Feinstaub PM 2,5 (Partikel mit einem aerodynamischen Durchmesser von weniger als2,5 Mikrometern), Kohlenmonoxid (CO) und Ruß (BC) wurden bei schwangeren Müttern (M), anderen erwachsenen Frauen (OAW) und Kindern (C) zu verschiedenen Zeiten über einen Zeitraum von 4 Jahren gemessen. Darüber hinaus wurden Ofennutzungsüberwachungen (SUMs) mit Thermometern zur Datenprotokollierung und Umgebungsmessungen der Luftverschmutzung durchgeführt. Darüber hinaus wurde die Machbarkeit der Entnahme biologischer Proben (Urin und getrocknete Blutflecken [DBS]) von Studienteilnehmern an den Feldstandorten erfolgreich demonstriert. Basierend auf den Erkenntnissen aus dieser und früheren Studien haben die hier verwendeten Methoden die Datenqualität verbessert und Probleme mit der Luftverschmutzung in Haushalten und der biologischen Probenentnahme in ressourcenbeschränkten Situationen vermieden. Die etablierten Verfahren können ein wertvolles Bildungsinstrument und eine wertvolle Ressource für Forscher sein, die ähnliche Luftverschmutzungs- und Gesundheitsstudien in Indien und anderen Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen (LMICs) durchführen.

Introduction

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Weltweit ist die Exposition gegenüber Luftverschmutzung in Haushalten (HAP), hauptsächlich durch das Kochen mit festen Brennstoffen, eine der Hauptursachen für Morbidität und Mortalität 1,2,3. Das Kochen und Heizen mit festen Brennstoffen (Biomasse wie Holz, Mist, Ernterückstände und Kohle) ist in Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen weit verbreitet und wirft verschiedene gesundheitliche, ökologische und wirtschaftliche Probleme auf. PM 2.5 ist ein "stiller Killer", der sowohl im Innen- als auch im Außenbereich auftritt 4,5. Die Luftqualität in Innenräumen in Indien ist oft erheblich schlechter als die Außenluftqualität und hat genug Aufmerksamkeit erregt, um als eine große Gefahr für die Umweltgesundheit angesehen zu werden4. Ein Mangel an messbasierten quantitativen Expositionsdaten hat die Bewertung der globalen Krankheitslast (GBD) im Zusammenhang mit HAP 6,7 behindert.

Die aktuelle Forschung ignoriert oft, dass die Messung von HAP-Expositionen kompliziert ist und von vielen Faktoren abhängt, einschließlich der Art des Brennstoffs, des Ofentyps und einer gemischten Verwendung vieler sauberer und unreiner Öfen, ein Phänomen, das als "Stove Stacking" bekannt ist. Weitere Einflüsse auf die Exposition sind die Menge des verbrauchten Brennstoffs, die Belüftung der Küche, die Verweildauer in der Nähe des Kochherds, das Alter und das Geschlecht8. Der am weitesten verbreitete und wohl beste Indikator für die Exposition gegenüber HAP ist PM2,5; Aufgrund des Mangels an erschwinglichen, benutzerfreundlichen und zuverlässigen Instrumenten war die Messung von Feinstaub (PM2,5) jedoch besonders schwierig.

Verschiedene Studien haben berichtet, dass der Gehalt an einzelnen oder mehreren Luftschadstoffen mit unterschiedlichen Methoden gemessen wurde 8,9,10,11,12. In den letzten Jahren sind relativ kostengünstige Sensoren entstanden, die in der Lage sind, diese Schadstoffe in Innen- und Umgebungsumgebungen zu messen. Allerdings sind aus verschiedenen Gründen nicht alle diese Sensoren für die Feldarbeit geeignet, darunter Wartungskosten, Herausforderungen bei der Bereitstellung, Probleme bei der Vergleichbarkeit mit herkömmlichen Messmethoden, begrenzte personelle Ressourcen zur Validierung dieser Sensoren anhand von Referenzmethoden, die Schwierigkeit regelmäßiger Datenqualitätsprüfungen (über die Cloud) und begrenzte oder keine dezentralen Fehlerbehebungsmöglichkeiten. Viele der Studien mit dieser Art von Messungen haben sie als Proxy für die Exposition oder durch die Kombination von Umweltmessungen mit Expositionsrekonstruktion unter Verwendung von Zeitaktivitätsbewertungen 8,9,12,13,14 verwendet.

Persönliche Überwachung, bei der ein Monitor auf oder von einer Person durch Raum und Zeit getragen wird, kann ihre "wahre" Gesamtexposition besser erfassen. Studien, die die persönliche Exposition messen, kommunizieren oft nur kurz ihre genauen Protokolle, oft in ergänzenden Materialien zu wissenschaftlichen Manuskripten 9,12,13,14,15. Obwohl die in diesen Studien beschriebenen Techniken einen soliden allgemeinen Überblick über die Stichprobenmethodik geben, fehlen häufig die Besonderheiten der Felddatenerhebungsphasen12,16.

Neben den Schadstoffkonzentrationen können in diesen Wohnungen zahlreiche weitere Merkmale überwacht werden. Die Überwachung des Ofenverbrauchs, eine Methode zur Bewertung des Zeitpunkts und der Intensität der Nutzung von Haushaltsenergiegeräten, ist ein wichtiger Bestandteil vieler aktueller Folgenabschätzungen und Expositionsabschätzungen16,17,18,19. Viele dieser Monitore konzentrieren sich auf die Messung der Temperatur an oder in der Nähe der Verbrennungsstelle auf Kochherden. Während Thermoelemente und Thermistoren verwendet werden, fehlt es an Betriebsprotokollen für die Monitore, einschließlich der Frage, wie sie am besten auf Kochherden platziert werden, um die Variabilität der Ofennutzungsmuster zu erfassen.

Das Biomonitoring ist ebenfalls ein wirksames Instrument zur Bewertung von Umweltexpositionen, obwohl mehrere Faktoren die Wahl einer optimalen biologischen Matrix beeinflussen20. Im Idealfall muss die Probenentnahme nicht- oder minimalinvasiv erfolgen. Die angewandten Methoden sollten eine einfache Handhabung, einen nicht restriktiven Versand und eine nicht einschränkende Lagerung, eine gute Übereinstimmung zwischen dem vorgeschlagenen Biomarker und der biologischen Matrix, relativ niedrige Kosten und keine ethischen Bedenken gewährleisten.

Die Entnahme von Urinproben hat einige große Vorteile für das Biomonitoring. Wie bei anderen Probenentnahmetechniken gibt es eine Reihe möglicher Methoden. Das Sammeln von 24-Stunden-Hohlurin kann für die Teilnehmer umständlich sein, was dazu führt, dass die Probenentnahmenicht eingehalten wird 20,21. In solchen Fällen werden Stichproben, Hohlräume am ersten Morgen oder andere "bequeme" Probenahmen empfohlen. Die Menge des gesammelten Urins kann bei der Entnahme von Stichproben ein großer Nachteil sein, was zu einer Variabilität der Konzentrationen endogener und exogener Chemikalien führt. In diesem Fall ist die Anpassung anhand der Kreatininkonzentrationen im Urin eine häufig verwendete Methode zur Korrektur der Verdünnung22.

Eine weitere häufig gesammelte Bioprobe ist venöses Blut. Venöse Blutproben sind für das Biomonitoring oft schwer zu erhalten; Sie sind aufdringlich, angsteinflößend und erfordern eine ordnungsgemäße Probenhandhabung, -lagerung und -transport. Ein alternativer Ansatz mit getrockneten Blutflecken (DBS) kann für die Entnahme von Proben bei Erwachsenen und Kindern für das Biomonitoring nützlich sein23.

Zwischen der einfachen Beschreibung von Feldmethoden und der Veröffentlichung detaillierter, replizierbarer Anweisungen zur Verwendung und zum Einsatz von Monitoren, die die wahre Komplexität der Felddatenerfassung von qualitätsgesicherten Proben widerspiegeln, besteht eine erhebliche Literaturlücke24,25. In einigen Studien wurden Standardarbeitsanweisungen (SOP) für die Messung von Luftschadstoffen (Innen- und Umgebungsluft) und die Überwachung der Ofennutzung beschrieben.

Die wesentlichen Schritte hinter der Feldmessung, der Laborunterstützung und dem Transport von Überwachungsinstrumenten und Proben werden jedoch nur sehr selten beschrieben 8,11,25. Die Herausforderungen und Einschränkungen der feldbasierten Überwachung sowohl in Umgebungen mit hohen als auch mit niedrigen Ressourcen können durch Video angemessen erfasst werden, was schriftliche Arbeitsanweisungen ergänzen und eine direktere Methode bieten könnte, um zu zeigen, wie Geräte und Probenahme- und Analysetechniken durchgeführt werden.

In der randomisierten kontrollierten Studie des Household Air Pollution Intervention Network (HAPIN) verwendeten wir Video- und schriftliche Protokolle, um die Verfahren zur Messung von drei Schadstoffen (PM2,5, CO und BC), zur Überwachung der Ofennutzung und zur Entnahme von Bioproben zu beschreiben. HAPIN beinhaltet die Verwendung harmonisierter Protokolle, die die strikte Einhaltung von SOPs erfordern, um die Datenqualität von Proben zu maximieren, die zu mehreren Zeitpunkten an vier Studienstandorten (in Peru, Ruanda, Guatemala und Indien) gesammelt wurden.

Die Kriterien für das Studiendesign, die Standortauswahl und die Rekrutierung wurden bereitsbeschrieben 24,26. Die HAPIN-Studie wurde in vier Ländern durchgeführt; Clasen et al. beschrieben die Studiensettings im Detail26. Jedes Studienzentrum rekrutierte 800 Haushalte (400 Interventions- und 400 Kontrollpersonen) mit schwangeren Frauen im Alter zwischen 18 und 35 Jahren, die sich in der 9. bis 20. Schwangerschaftswoche befinden, Biomasse zum Kochen zu Hause verwenden und Nichtraucher sind. In einer Untergruppe dieser Haushalte (~120 pro Land) wurden auch andere erwachsene Frauen in diese Studie aufgenommen.

Nach der Rekrutierung wurden insgesamt acht Besuche durchgeführt. Die erste, zu Studienbeginn (BL), trat vor der Randomisierung auf. Die nächsten sieben wurden aufgeteilt in vor der Geburt (in der 24-28. Schwangerschaftswoche [P1], in der 32.-36. Schwangerschaftswoche [P2]), bei der Geburt (B0) und nach der Geburt (3 Monate [B1], 6 Monate [B2], 9 Monate [B3] und 12 Monate [B4]). Für M gab es drei Bewertungen (BL, P1 und P2), für OAWs sechs Bewertungen (BL, P1, P2, B1, B2 und B4) und für C wurden vier Bewertungen (B0, B1, B2 und B4) durchgeführt. Bei B0 wurden Biomarker- und Gesundheitsbewertungen durchgeführt, während beim B3-Besuch nur Gesundheitsbewertungen durchgeführt wurden.

Alle vier Länder folgten identischen Protokollen. In diesem Manuskript beschreiben wir die Schritte, die in Indien befolgt wurden. Die Studie wurde an zwei Standorten in Tamil Nadu durchgeführt: Kallakurichi (KK) und Nagapattinam (NP). Diese Standorte befinden sich zwischen 250 und 500 Kilometer von der Kernforschungseinrichtung am Department of Environmental Health Engineering des Sri Ramachandra Institute of Higher Education and Research (SRIHER) in Chennai, Indien, entfernt. Die Komplexität der Felddatenerfassungsprotokolle erfordert den Einsatz vieler Mitarbeiter mit unterschiedlichen Fähigkeiten und Hintergründen.

Wir präsentieren eine schriftliche und visuelle Darstellung der Schritte, die zur Abschätzung von Mikroumwelt- und persönlichen Expositionsproben bei schwangeren Müttern (M), anderen/älteren erwachsenen Frauen (OAW) und Kindern (C) auf Feinstaub, Kohlenmonoxid (CO) und Ruß (BC) erforderlich sind. Feldprotokolle für (1) die Überwachung der Umgebungsluftqualität mit Referenzmonitoren und kostengünstigen Sensoren, (2) die Langzeitüberwachung der Ofennutzung an konventionellen und Flüssiggasherden und (3) die biologische Probenentnahme (Urin und DBS) für das Biomonitoring werden ebenfalls vorgestellt. Dazu gehören Methoden zum Transport, zur Lagerung und zur Archivierung von Umwelt- und biologischen Proben.

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Protocol

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Die institutionelle Ethikkommission des Sri Ramachandra Institute of Higher Education and Research (IEC-N1/16/JUL/54/49), das Emory University Institutional Review Board (00089799) und das Indian Council of Medical Research-Health Ministry Screening Committee (5/8/4-30/(Env)/Indo-US/2016-NCD-I) genehmigten die HAPIN-Studie. Die HAPIN-Studie wird am clinicaltrials.gov als NCT02944682 identifiziert. Von den Studienteilnehmern wurden vor ihrer Teilnahme schriftliche Einverständniserklärungen eingeholt und die Studie nach ethischen Richtlinien durchgeführt.

HINWEIS: Die Fallberichtsformulare (CRF), die während der Probenahme und Datenerhebung verwaltet werden, sind in der RedCap-Datenbank verfügbar, die an der Emory University gespeichert ist, und werden mit der Datenaustauschvereinbarung zwischen allen Mitarbeitern gepflegt, die den Lesern auf Anfrage zur Verfügung gestellt werden kann.

1. Instrumente und Materialien

  1. Verwenden Sie die folgenden Instrumente für die Überwachung der Luftverschmutzung: eine Mikrowaage für das Wiegen von Filtern, für die Mikroumgebung/persönliche Probenahme-Enhanced Children's MicroPEM (ECM) für PM 2,5, ein optisches Transmissometer für die Messung von Ruß (BC), Datenlogger für CO- und Bluetooth-basierte Beacons, Beacon-Logger für die indirekte Messung von PM 2,5 (bei jedem Besuch-BL, P1, P2, B1, B2 und B4), ein kombinierter gravimetrischer und nephelometrischer Monitor für PM2,5 in der Umgebung Messungen und Temperaturlogger zur Überwachung der Ofennutzung.
  2. Verwenden Sie die folgenden Instrumente für das Biomonitoring: Kühl- und Impfstoffbeutel für den Versand von Bioproben, Proteinsparkarten, Feuchtigkeitsanzeigekarten, eine Lanzette für Erwachsene, eine Sicherheitslanzette für Säuglinge und Kapillarröhrchen (40 μl).

2. Filterkonditionierung und -verwiegung

  1. Verwenden Sie saubere, puderfreie Handschuhe, um die Filter zu handhaben. Kontrollieren Sie die Filter (2 μm Porengröße, 15 und 47 mm Durchmesser) mit einem Leuchtkasten auf Beschädigungen und legen Sie die geprüften Filter für 24 h in einen gereinigten Filterhalter in einem klimatisierten Raum (19-23 °C und 35%-45% relative Luftfeuchtigkeit [RH]).
  2. Legen Sie ein sauberes Stück Folie auf den Schreibtisch und schalten Sie die Mikrowaage ein. Stellen Sie die Skaleneinheit auf Milligramm (0,001 mg) ein und befolgen Sie die interne Kalibrierung.
  3. Notieren Sie Datum/Uhrzeit, den Namen des Technikers, die relative Luftfeuchtigkeit, die Temperatur, die Filterchargennummer, die Filtergröße und die Filter-ID im Dateneingabeblatt.
  4. Nehmen Sie den konditionierten Filter und deionisieren Sie für 10 Sekunden. Legen Sie den Filter vorsichtig auf die Wiegeschale und notieren Sie das Gewicht als "Gewicht 1" im CRF (Ergänzende Abbildung 1).
  5. Entfernen Sie den Filter, legen Sie ihn in eine Petrischale/einen Filterhalter und warten Sie, bis die Waage wieder auf Null steht, bevor Sie den nächsten Filter wiegen.
  6. Wiederholen Sie die Schritte 2.4 und 2.5 und geben Sie es als "Gewicht 2" in die CRF ein.

3. Mikroumgebung/persönliche Luftprobenahme

HINWEIS: Eine detaillierte Beschreibung der Instrumente und Schritte bei der Probenahme in der Mikroumgebung/persönlichen Luft ist in der ergänzenden Abbildung 2 enthalten.

  1. Legen Sie die Instrumente zur persönlichen Überwachung in eine Weste (Abbildung 1 Ai) und raten Sie dem Teilnehmer, diese 24 Stunden lang zu tragen, außer beim Baden und Schlafen.
  2. Weisen Sie die Teilnehmer während des Badens und Schlafens an, die Weste <1 m entfernt auf einem vom Feldteam bereitgestellten maßgeschneiderten Metallständer (Abbildung 1Aii) abzulegen.
  3. Wählen Sie für die Überwachung der Mikroumgebung einen geeigneten Standort und platzieren Sie die Metallständer bei den Instrumenten (Abbildungen 1C, D; Ergänzungstabelle 1) in 1,5 m Höhe über dem Boden, wenn möglich 1 m von Türen und Fenstern entfernt und 1 m von der Verbrennungszone des Hauptkochfelds entfernt (bei Aufstellung in Küchen).
  4. Führen Sie eine 5-minütige Begehung im Überwachungsbereich durch und notieren Sie die START- und END-Zeit für alle Überwachungsinstrumente (PM2,5, BC, CO sowie Zeit- und Standortmonitor) in den jeweiligen CRFs.
  5. Am Entnahmetag (Tag 2, nach 24 h) die Instrumente sammeln, in Alufolie einwickeln und für den Transport zur Außenstelle in eine wiederverschließbare Hülle legen. Legen Sie den ECM-Probenehmer bis zum Entfernen des Filters in die Kühlbox (um die Kühlkette aufrechtzuerhalten).
  6. PM2,5 Messung
    HINWEIS: Verwenden Sie ECM, das sich aufgrund seiner geringen Größe (Höhe: 12 cm; Breite: 6,7 cm) und seines geringen Gewichts (~150 g) gut für diese Anwendung eignet. Das ECM sammelt nephelometrische und gravimetrische Proben mit 0,3 l/min (für bis zu 48 h), indem Luft durch einen Impaktor gesaugt wird, der an einer Kassette mit 15 mm Polytetrafluorethylenfiltern 19,26,27 befestigt ist.
    1. Reinigen Sie alle ECM-Teile (Einlasskopf, Impaktorstücke, U-förmige Kassettenverriegelung) mit einem Alkoholtupfer (70 % Isopropylalkohol) und starten Sie den Probenehmer mit einer ECM-Software (z. B. MicroPEM-Dockingstation).
    2. Platzieren Sie die Kalibrierkappe über dem Einlass des ECM und schließen Sie einen Durchflussmesser mit HEPA-Filter an die Kalibrierkappe an.
    3. Drücken Sie nach dem Einrichten der Kalibrierbaugruppe die Starttaste und warten Sie 5 Minuten, bis sie sich stabilisiert hat. Stellen Sie die Durchflussrate ein (innerhalb von 5 % von 0,3 l / min) und zeichnen Sie sie in CRF-H48 auf.
    4. Schließen Sie den HEPA-Filter direkt an den ECM-Eingang an, stellen Sie den Nephelometer-Offset ein, bis der Wert 0,0 beträgt, und zeichnen Sie den Messwert in CRF-H48 auf.
    5. Stellen Sie das Programm auf 24 Stunden ein und drücken Sie die Taste Kalibrierwerte senden . Das ECM ist nun bereit für die Bemusterung.
    6. Lassen Sie die beprobten ECMs nach der Probenahme mindestens 20 Minuten lang bei Raumtemperatur stehen und notieren Sie die Durchflussrate nach der Probenahme in CRF-H48. Laden Sie die ECM-Daten herunter und speichern Sie sie unter Verwendung der Dateinamenskonvention.
    7. Entfernen Sie den Filter, legen Sie ihn in einen Filterhalter und lagern Sie ihn dann bei -20 °C.
  7. Messung von Ruß (BC)
    1. Verwenden Sie ein Transmissometer, um die Lichtdämpfung durch den Filter bei einer Wellenlängevon 880 nm 19,26,27 zu messen.
    2. Einschalten und 15 min stabilisieren. Stellen Sie sicher, dass die Tonabnehmer der richtigen Größe (d. h. 15- und 47-mm-Kartuschen) sowohl im Blind- als auch im Probenschlitz des BC-Instruments verfügbar sind.
    3. Führen Sie den Scan an einer Neutraldichte (ND) und einem leeren Filter mit der zugewiesenen ID durch (ergänzende Abbildung 3 und ergänzende Tabelle 2).
    4. Nachdem Sie den Blindfilter gescannt haben, legen Sie den Laborrohling in den Probenpatronenschlitz über dem Probendiffusor und setzen Sie ihn in Position 2 in den Schlitz des Geräts ein.
    5. Entfernen Sie den Laborrohling, und setzen Sie den Scan mit Testfiltern und Probenfiltern fort.
    6. Entfernen Sie nach Abschluss des Filterscans den Filter und geben Sie ihn an die Petrischale/Filterhalter zurück. Wählen Sie die gescannten Daten aus, klicken Sie auf die Schaltfläche " Akzeptieren" und dann auf "Daten speichern ".
  8. Messung von Kohlenmonoxid (CO)
    HINWEIS: Das CO-Instrument ist klein (etwa so groß wie ein großer Stift), kann kontinuierlich für ~ 32.000 Punkte protokollieren, hat einen Bereich von 0-1.000 ppm und wurde zur Bewertung von Expositionen und HAP in verschiedenen anderen Überwachungsbemühungen verwendet 19,26,27.
    1. Starten Sie den CO-Datenlogger und stellen Sie ihn mit der Software für 1 Minute ein. Auf dem Bildschirm wird angezeigt, dass der CO-Logger erfolgreich konfiguriert wurde. Das Gerät ist bereit für die Probenahme.
    2. Öffnen Sie nach der Probenahme den CO-Logger mit der Software, drücken Sie Stop , um den USB-Datenlogger zu stoppen, und speichern Sie die Daten nach dem Herunterladen.
    3. Kalibrieren Sie den CO-Logger
      1. Stellen Sie den CO-Logger mit einer Abtastrate von 1 min ein und platzieren Sie ihn in der Kalibrierbox, wobei die Einlassöffnung der Sensoren zum Lufteinlassanschluss der Kalibrierbox zeigt.
      2. Stellen Sie für 5 min einen Durchfluss von 2 l/min Nullluft oder Raumluft ein. Notieren Sie sich die Start- und Endzeit. Reduzieren Sie den Luftstrom auf 1 L/min. Notieren Sie sich erneut die Start- und Endzeit.
      3. Wiederholen Sie den Vorgang mit Kalibriergas (50-150 ppm CO-Standard in Zero-Grade-Luft), gefolgt von Zero-Grade-Luft, wie im vorherigen Schritt beschrieben.
      4. Laden Sie die kalibrierten Daten in einen bestimmten Ordner herunter. Öffnen Sie die Kalibrierdatendatei und geben Sie die Daten des CO-Logger-Monitors in CRF-H47 ein.
  9. Zeit- und Ortslogger (TLL)
    HINWEIS: Verwenden Sie zwei Arten von Bluetooth-Instrumenten, um die Zeit und den Standort des Kindes zu überwachen. Lassen Sie das Kind eine Weste tragen, die zwei münzgroße Zeit- und Ortsmonitore (TLM) enthält, die mit einem Logger in der Nähe der ECMs und der Probenahmeweste der Mutter verbunden sind, wie in Abbildung 1Aiii gezeigt. Berechnen Sie die Exposition des Kindes, indem Sie die entsprechenden Flächenkonzentrationen über die an diesem Ort verbrachte Zeit integrieren 19,26,27.
    1. Laden Sie die Powerbank auf und stellen Sie sicher, dass der Logger funktioniert, indem Sie ihn anschließen.
    2. Zeit- und Ortsmonitor (TLM)
      1. Legen Sie eine CR2032-Batterie in den Monitor ein (die Lichter sollten einige Male blinken, wenn die Batterie über genügend Strom verfügt).
      2. Drücken Sie beim TLM-Modell "O" auf das Softcover, um ein Klicken zu hören, und ein grünes Licht sollte blinken, um anzuzeigen, dass das TLM jetzt eingeschaltet ist und sein Signal überträgt. Drücken Sie beim TLM-Modell "EM" auf das Softcover, um den ersten Modus einzuschalten (das Licht sollte grün blinken). Drücken Sie erneut, um in den mittleren Modus zu gelangen (das Licht sollte wieder grün blinken).
      3. Laden Sie nach der Probenahme die Daten vom "Boot"-Laufwerk herunter, das auf der SD-Karte des Loggers angezeigt wird. Kopieren und speichern Sie die Dateien aus dem angegebenen Ordner "TLL".

4. Überwachung der Ofennutzung

  1. Sammeln Sie Details über das Nutzungsverhalten von Öfen durch Umfragen und den Einsatz objektiver sensorbasierter Maßnahmen. Stellen Sie Temperaturlogger sowohl auf LPG- als auch auf Biomasseöfen18,19,28 auf. Ein detaillierter Überblick über die Instrumente und Schritte, die mit der Überwachung der Ofennutzung der Datenerfassung im Zentrallabor, im Feldlabor und vor Ort verbunden sind, ist in der ergänzenden Abbildung 4 dargestellt.
  2. Platzieren Sie die Thermoelementsonde in der Nähe der sperrigen Zone des Kochherds, wie in der ergänzenden Abbildung 5 gezeigt, und installieren Sie die Punkte.
  3. Öffnen Sie die Geocene-App und geben Sie den Namen der Mission, das Probenahmeintervall, die Haushalts-ID, die Ofentypen, die Randomisierungsdetails, die Kampagne, die Tags und die Notizen ein. Klicken Sie auf Neue Mission starten. Notieren Sie die Installationsdetails in CRF-H40.
  4. Laden Sie alle 2 Wochen die Daten mit der App herunter und übertragen Sie sie über Bluetooth vom Dot zum Cloud-Server. Notieren Sie die Informationen in CRF-H40.

5. Überwachung der Umgebung

HINWEIS: Das Umgebungsgerät PM 2,5 zeichnet PM2,5 in der Luft in Echtzeit auf und verfügt über einen eingebauten 47-mm-Filter, der PM2,5 für die gravimetrische Auswertung 19,26,29 sammeln kann. Ein detaillierter Überblick über die Instrumente und Schritte, die mit der Umgebungsüberwachung der Datenerfassung im Zentrallabor, im Feldlabor und vor Ort verbunden sind, ist in der ergänzenden Abbildung 6 dargestellt.

  1. Befolgen Sie die US-EPA-Richtlinien30 zur Platzierung des Instruments und des Einlasses: a) >2 m von den Wänden entfernt; b) >10 m von Bäumen entfernt; c) 2-7 m über dem Boden; und d) >2 m von Fahrbahnen.
  2. Montieren Sie das Umgebungsgerät PM2.5 auf einer Betonplattform mit Erdung. Stellen Sie sicher, dass keine Umgebungsluftverschmutzung vorliegt, und geben Sie die Probenahmedetails in CRF-H46 ein.
    1. Stellen Sie in der Menüoption das Abtastintervall auf 5 Minuten ein. Notieren Sie sich die Startzeit und führen Sie die Durchflusskalibrierung mit einem Nullfilter durch. Sammeln Sie Echtzeitdaten für 6 Tage.
    2. Laden Sie am Starttag der gravimetrischen Probenahme die Echtzeitdaten herunter und speichern Sie sie.
    3. Entfernen Sie den zuvor installierten Nullfilter und reinigen Sie den Filterhalter mit Labortüchern. Setzen Sie einen vorgewogenen Filter ein und füllen Sie CRF-H46 ein.
    4. Stoppen Sie nach 24 Stunden den Probenehmer und laden Sie die Echtzeitdaten herunter. Notieren Sie die Probenahmeinformationen in CRF-H46. Entfernen Sie den Filter, wickeln Sie ihn mit Alufolie ein und legen Sie ihn während des Kühlkettentransports in einen wiederverschließbaren Beutel.

6. Biomonitoring

  1. Entnahme, Verarbeitung und Lagerung von Urinproben
    HINWEIS: Befolgen Sie die Schritte zum Sammeln von morgendlichen leeren Urinproben im Haus des Teilnehmers gemäß den US-CDC-Richtlinien 19,31,32. Sammeln Sie die Urinproben von schwangeren Müttern (BL-, P1- und P2-Besuche) und anderen erwachsenen Frauen (BL-, P1-, P2-, B1-, B2- und B4-Besuche). bei Kindern (B1-, B2- und B4-Besuche) mit der Verabreichung von CRF-B10 am Tag 2. Einen detaillierten Überblick über die Schritte des Biomonitorings im Zentrallabor, im Feldlabor und vor Ort finden Sie in der ergänzenden Abbildung 7.
    1. Stellen Sie für die Urinprobenentnahme den Urinsammelbecher (M und OAW) an Tag 1 zur Verfügung. Weisen Sie die Mutter an, die Urinprobe des Kindes am Morgen des nächsten Tages in einem Urinbeutel oder direkt in der Tasse zu entnehmen und in einem Impfstoffbeutel aufzubewahren.
    2. Lagern Sie die gesammelten Urinproben im Feldlabor zwischen 1-8 °C. Tauen Sie den Urinbecher vor dem Aliquotieren auf.
    3. Um aliquot zu werden, verarbeiten Sie jeweils eine Urinprobe. 2 ml der Probe werden abgesaugt und in zwei 4-ml-Kryobiale, 5 ml in zwei 10-ml-Kryobiale und 15 ml in ein Archivröhrchen gegeben und bei -20 °C gelagert.
    4. Das gleiche Verfahren der Aliquotierung wird für die Feldleerprobe (Wasser) angewendet.
  2. DBS-Sammlung, -Trocknung und -Lagerung
    HINWEIS: Schulung der Vermessungsingenieure in der Erfassung von DBS durch Fingerstich bei schwangeren Müttern (BL-, P1- und P2-Besuche) und anderen erwachsenen Frauen (BL-, P1-, P2-, B1-, B2- und B4-Besuche) und Fersenstich oder Fingerstich bei Kindern (B0-, B1-, B2- und B4-Besuche) gemäß den Empfehlungender WHO 33,34. Ein detailliertes Verfahren für die DBS-Erhebung von M und OAW ist in Anhang-H des Zusatzdossiers enthalten.
    1. Sammeln Sie für das Kind die Fersenstich-DBS gemäß den WHO-Richtlinien mit den entsprechenden Lanzetten.
    2. Wählen Sie die linke oder rechte Ferse und wischen Sie die Einstichstelle mit einem Alkoholtupfer ab.
    3. Halten Sie die Lanzette an der Einstichstelle der Haut in horizontaler Position und stechen Sie sie ein. Wischen Sie nach dem Einstechen den ersten Blutstropfen mit einer sterilen Baumwollgaze ab.
    4. Platzieren Sie das Kapillarrohr in der Nähe der Einstichstelle auf der Blutschicht und lassen Sie das Blut durch Kapillarwirkung in das Röhrchen fließen.
    5. Nachdem Sie genügend Blutvolumen in das Kapillarröhrchen gefüllt haben, tragen Sie das Blut sofort im Kreis der Proteinsparkarte auf.
    6. Lassen Sie die Probe bei Raumtemperatur (über Nacht) in horizontaler Richtung an der Luft trocknen.
    7. Stellen Sie sicher, dass die Blutflecken eine dunkelbräunliche Farbe haben und keine roten Bereiche sichtbar sind.
    8. Legen Sie die DBS-Karte nach dem Trocknen in einen wiederverschließbaren Bioprobenbeutel mit Trockenmittel (mindestens zwei Beutel) mit einer Feuchtigkeitsanzeigekarte und lagern Sie sie bei -20 °C.

7. Chain-of-Custody (COC) der beprobten Filter

  1. Detaillierte Schritte finden Sie in der ergänzenden Datei. Die Schritte zur Erläuterung der Filterkonditionierung sind in Anhang A beschrieben, die Probenahme von PM2,5 in der Mikroumgebung/persönlichen Luft in Anhang B, die BC-Messung in Anhang C, die CO-Messung in Anhang D, die Zeit- und Ortsüberwachung in Anhang E, die Überwachung des Ofeneinsatzes in Anhang F, die Umgebungsüberwachung in Anhang G, das Biomonitoring in Anhang H und der Probentransport in Anhang I . Die Liste der verwendeten CRFs ist in der ergänzenden Tabelle 3 aufgeführt.
    HINWEIS: Abbildung 2A zeigt die ECM, die nach der Probenahme entnommen und in Aluminiumfolie eingewickelt wurde. Die eingewickelten Filter wurden in separaten Bioprobenbeuteln verpackt und in Impfstoffbeutel mit einer vorgefrorenen Gelpackung gelegt. Die beprobten Filter wurden in das Feldlabor transportiert (Abbildung 2B). Wie in Abbildung 2C dargestellt, wurden die vom Feldstandort transportierten Filter in einer Tiefkühltruhe (- 20 °C) im Feldlabor gelagert und bis zum Transport zum Zentrallabor ungestört aufbewahrt. Alle 15 bis 30 Tage wurden die Proben auf der Straße zum Zentrallabor transportiert. Die beprobten Filter wurden auf Trockeneis und Gelpacks mit COC verpackt. Nach Erhalt der Proben aus der Außenstelle wurden die Proben mit dem COC abgeglichen und in einer Tiefkühltruhe (-20 °C) archiviert.

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Results

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Methoden der Mikroumgebung/persönlichen Luftprobenahme:
Abbildung 1Ai zeigt eine schwangere Mutter, die die maßgeschneiderte Weste während des 24-stündigen Probenahmezeitraums trägt. Die Weste enthält das ECM, den CO-Logger sowie den Zeit- und Ortslogger mit der Powerbank. Es wurde sichergestellt, dass die Teilnehmer die Weste während des gesamten Probenahmezeitraums trugen, außer beim Baden und Schlafen. Der Ständer, der zum Aufhängen der Weste in der Sc...

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Discussion

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In der länderübergreifenden HAPIN-Studie19,24 haben wir Standardverfahren zur Erhebung von Daten auf Bevölkerungsebene zur persönlichen Exposition gegenüber Luftverschmutzung in Haushalten demonstriert und visuell dargestellt. Die hier beschriebenen feldbasierten Methoden zur Probenahme von Umwelt- und Biomarkern sind angemessen und durchführbar, insbesondere in gefährdeten Bevölkerungsgruppen in Umgebungen mit begrenzten Ressourcen, in denen die PM 2,5-Expositio...

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Disclosures

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*4 Die Ergebnisse und Schlussfolgerungen in diesem Bericht sind die der Autoren und stellen nicht unbedingt die offizielle Position der U.S. National Institutes of Health oder des Department of Health and Human Services oder der Bill and Melinda Gates Foundation dar. Die Förderorganisationen spielten keine Rolle bei der Datenerhebung und Datenanalyse, die in dem Papier vorgestellt wurden.

Acknowledgements

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Die Ermittler danken den Mitgliedern des Beratungsausschusses - Patrick Brysse, Donna Spiegelman und Joel Kaufman - für ihre wertvollen Einblicke und Anleitungen während der Durchführung der Studie. Wir möchten auch allen Forschungsmitarbeitern und Studienteilnehmern für ihr Engagement und ihre Teilnahme an dieser wichtigen Studie danken.

Diese Studie wurde von den U.S. National Institutes of Health (Kooperationsvereinbarung 1UM1HL134590) in Zusammenarbeit mit der Bill & Melinda Gates Foundation (OPP1131279) finanziert. Ein multidisziplinäres, unabhängiges Data and Safety Monitoring Board (DSMB), das vom National Heart, Lung, and Blood Institute (NHLBI) ernannt wurde, überwacht die Qualität der Daten und schützt die Sicherheit der Patienten, die an der HAPIN-Studie teilnehmen. NHLBI DSMB: Nancy R. Cook, Stephen Hecht, Catherine Karr (Vorsitzende), Joseph Millum, Nalini Sathiakumar, Paul K. Whelton, Gail Weinmann und Thomas Croxton (Exekutivsekretäre).  Programmkoordination: Gail Rodgers, Bill & Melinda Gates Foundation; Claudia L. Thompson, Nationales Institut für Umweltgesundheitswissenschaften; Mark J. Parascandola, Nationales Krebsinstitut; Marion Koso-Thomas, Eunice Kennedy Shriver Nationales Institut für Kindergesundheit und menschliche Entwicklung; Joshua P. Rosenthal, Fogarty Internationales Zentrum; Konzeption R. Nierras, NIH-Büro für strategische Koordinierung Gemeinsamer Fonds; Katherine Kavounis, Dong-Yun Kim, Antonello Punturieri und Barry S. Schmetter, NHLBI.

HAPIN-Ermittler: 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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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
BD Lanzette für ErwachseneBD Biosciences366594DBS-Sammlung vom Finger
BD Quikheek Sicherheitslanzette für SäuglingeBD Biosciences368100 & 368101Fersenstich DBS-Sammlung
BeaconRoximityO/EMZeit- und Ortsmonitor [TLM] (Persönlicher Monitor)
Beacon LoggerBerkley LuftüberwachungsgruppexxxxZeit- und Ortslogger [TLL] (Indirekte Messung)
Crfigure-materials-1do ProMed Pelican BagPeli Biothermal USAKühltasche 
Erweitertes MicroPEM (ECM) für Kinder RTI International, Durham, NC, USxxxxPersönlicher Monitor des PM2,5
E-ProbenehmersMet One Instruments9800Indirekte Messung des PM2,5-Geozäns in der Umgebung
 Geocene Inc., Vallejo, CAxxxxfür die Überwachung der Ofennutzung
FeuchtigkeitsanzeigekarteDESSICARE, INC.04BV14C10Integritätsanzeiger für Proben
LascarLascar ElectronicsEL-USB-300 Kohlenmonoxid (CO) Datenlogger
PTS sammelt Kapillarröhrchen - 40 & Mikro; LPTS sammeln2866Zum Sammeln von Fersenstich DBS von Kindern
SartoriusSartorius Lab Instruments, GmbH & Co, GermanyMSA6-6S-000-DFMikrowaage (Wägefilter)
SootScanTM Magee Scientific Co, Berkeley, USAOT21zur Messung von Ruß
ApexInternational, IndienAIVC-46 Impfstoff-Tasche
Whatman 903 Protein Saver CardGE Healthcare Life10534612Entnahme von Kapillarblutproben (Dried Blood Spot)
Impfstoffbeutel Sciences

References

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