Summary
Vi beskriver de konsekvente procedurer af høj kvalitet, der anvendes i alle luft- og biologiske prøvetagningsprocesser på indiske feltsteder under et stort randomiseret kontrolleret forsøg. Indsigt indsamlet fra tilsynet med anvendelser af innovative teknologier, der er tilpasset eksponeringsvurdering i landdistrikter, muliggør bedre praksis for indsamling af feltdata med mere pålidelige resultater.
Abstract
Her præsenterer vi en visuel repræsentation af standardprocedurer til indsamling af data på befolkningsniveau om personlig eksponering for husholdningsluftforurening (HAP) fra to forskellige undersøgelsessteder i en ressourcebegrænset indstilling i Tamil Nadu, Indien. Partikler PM 2,5 (partikler mindre end2,5 mikron i aerodynamisk diameter), kulilte (CO) og sod (BC) blev målt hos gravide mødre (M), andre voksne kvinder (OAW) og børn (C) på forskellige tidspunkter over en 4-årig periode. Derudover blev der udført overvågning af komfurbrug (SUM'er) med datalogningstermometre og omgivende målinger af luftforurening. Desuden blev muligheden for at indsamle biologiske prøver (urin og tørrede blodpletter [DBS'er]) fra undersøgelsesdeltagere på feltstederne demonstreret med succes. Baseret på resultater fra denne og tidligere undersøgelser har de metoder, der anvendes her, forbedret datakvaliteten og undgået problemer med husholdningernes luftforurening og biologisk prøveindsamling i ressourcebegrænsede situationer. De etablerede procedurer kan være et værdifuldt uddannelsesværktøj og ressource for forskere, der gennemfører lignende luftforurenings- og sundhedsundersøgelser i Indien og andre lav- og mellemindkomstlande (LMIC'er).
Introduction
Globalt er eksponering for husholdningernes luftforurening (HAP), hovedsagelig fra madlavning med fast brændsel, en væsentlig årsag til sygelighed og dødelighed 1,2,3. Madlavning og opvarmning med faste brændstoffer (biomasse - såsom træ, gødning, afgrøderester, og kul) er udbredt i lav- og mellemindkomstlande (LMIC'er), hvilket udgør forskellige sundhedsmæssige, miljømæssige og økonomiske problemer. PM2.5 er en 'stille dræber', der forekommer både indendørs og udendørs 4,5. Indendørs luftkvalitet i Indien er ofte betydeligt værre end udendørs luftkvalitet, og det har fået tilstrækkelig opmærksomhed til at blive betragtet som en stor miljømæssig sundhedsfare4. En mangel på målingsbaserede kvantitative eksponeringsdata har hindret evalueringer af den globale sygdomsbyrde (GBD) i forbindelse med HAP 6,7.
Aktuel forskning ignorerer ofte, at måling af HAP-eksponeringer er kompliceret og varierer afhængigt af mange faktorer, herunder brændstoftype, komfurtype og en blandet brug af mange rene og urene ovne, et fænomen kendt som "komfurstabling". Andre påvirkninger på eksponeringen omfatter mængden af forbrugt brændstof, køkkenventilationsniveauer, længden af tid brugt i nærheden af komfuret, alder og køn8. Den mest målte og uden tvivl den bedste indikator for eksponering for HAP er PM2,5; På grund af manglen på økonomisk overkommelige, brugervenlige og pålidelige instrumenter har måling af fine partikler (PM2,5) imidlertid været særlig vanskelig.
Forskellige undersøgelser har rapporteret måling af niveauet af enten enkelt eller flere luftforurenende stoffer ved hjælp af forskellige metoder 8,9,10,11,12. I de senere år er der opstået relativt billige sensorer, der er i stand til at måle disse forurenende stoffer i indendørs og omgivende miljøer. Imidlertid er ikke alle disse sensorer levedygtige til feltarbejde af forskellige årsager, herunder vedligeholdelsesomkostninger, implementeringsudfordringer, problemer med sammenlignelighed med konventionelle målemetoder, begrænsede menneskelige ressourcer til at validere disse sensorer mod referencemetoder, vanskeligheden ved regelmæssig datakvalitetskontrol (via skyen) og begrænsede eller ingen decentrale fejlfindingsfaciliteter. Mange af undersøgelserne med disse typer målinger har brugt dem som en proxy for eksponering eller ved at kombinere miljømålinger med eksponeringsrekonstruktion ved hjælp af tidsaktivitetsvurderinger 8,9,12,13,14.
Personlig overvågning - hvor en skærm udføres eller af en person gennem rum og tid - kan bedre fange deres 'sande' samlede eksponering. Undersøgelser, der måler personlig eksponering, kommunikerer ofte kun kort deres nøjagtige protokoller, ofte i supplerende materialer til videnskabelige manuskripter 9,12,13,14,15. Selv om de teknikker, der er beskrevet i disse undersøgelser, giver en solid generel fornemmelse af prøveudtagningsmetoden, mangler der ofte specifikationerne for feltdataindsamlingsfaserne12,16.
Talrige yderligere karakteristika ud over forurenende koncentrationer kan overvåges i disse boliger. Overvågning af komfurbrug, en metode til vurdering af tid og intensitet af brug af husholdningsapparater, er en vigtig del af mange nylige konsekvensanalyser og eksponeringsvurderinger16,17,18,19. Mange af disse skærme fokuserer på at måle temperaturen ved eller nær forbrændingsstedet på komfurer. Mens termoelementer og termistorer anvendes, mangler der driftsprotokoller til skærmene, herunder hvordan man bedst sætter dem på komfurer for at fange variabilitet i komfurets brugsmønstre.
Bioovervågning er ligeledes et effektivt redskab til evaluering af miljøeksponeringer, selv om flere faktorer påvirker valget af en optimal biologisk matrix20. Under ideelle omstændigheder skal prøveindsamlingen være ikke- eller minimalt invasiv. De anvendte metoder bør sikre nem håndtering, ikke-restriktiv forsendelse og opbevaring, et godt match mellem den foreslåede biomarkør og biologiske matrix, en relativt lav pris og ingen etiske bekymringer.
Urinprøveindsamling har nogle store fordele ved bioovervågning. Som med andre prøveindsamlingsteknikker findes der en række potentielle metoder. Indsamling af 24 timers ugyldig urin kan være besværligt for deltagerne, hvilket fører til manglende overholdelse af prøveindsamling20,21. I sådanne tilfælde anbefales stikprøver, hulrum første morgen eller andre "bekvemme" prøveudtagninger. Den indsamlede mængde urin kan være en stor ulempe ved indsamling af stikprøver, hvilket fører til variation i koncentrationerne af endogene og eksogene kemikalier. I dette tilfælde er justering ved hjælp af urinkreatininkoncentrationer en almindeligt anvendt metode til fortyndingskorrektioner22.
En anden almindeligt indsamlet bioprøve er venøst blod. Venøse blodprøver er ofte vanskelige at få til bioovervågning; De er påtrængende, frygtfremkaldende og kræver korrekt prøvehåndtering, opbevaring og transport. En alternativ tilgang ved hjælp af tørrede blodpletter (DBS'er) kan være nyttig til indsamling af prøver hos voksne og børn til bioovervågning23.
Der er en betydelig litteraturkløft mellem den enkle beskrivelse af feltmetoder og offentliggørelsen af detaljerede, replikerbare instruktioner om anvendelse og anvendelse af monitorer, som afspejler den reelle kompleksitet af feltdataindsamling af kvalitetssikrede prøver24,25. Nogle undersøgelser har skitseret standarddriftsprocedurer (SOP) til måling af luftforurenende stoffer (indendørs og omgivende) og overvågning af komfurbrug.
Imidlertid beskrives de væsentlige trin bag feltmåling, laboratoriestøtte og transport af overvågningsinstrumenter og prøver meget sjældent 8,11,25. Udfordringerne og begrænsningerne ved feltbaseret overvågning i både høj- og lavressourcemiljøer kan registreres korrekt via video, hvilket kan supplere skriftlige driftsprocedurer og give en mere direkte metode til at vise, hvordan udstyr og prøveudtagnings- og analyseteknikker udføres.
I randomiseret kontrolleret forsøg med Household Air Pollution Intervention Network (HAPIN) brugte vi video og skriftlige protokoller til at beskrive procedurerne for måling af tre forurenende stoffer (PM2,5, CO og BC), til overvågning af komfurbrug og til indsamling af bioprøver. HAPIN involverer brug af harmoniserede protokoller, der kræver streng overholdelse af SOP'er for at maksimere datakvaliteten fra prøver indsamlet på tværs af flere tidspunkter på fire undersøgelsessteder (i Peru, Rwanda, Guatemala og Indien).
Kriterierne for studiedesign, valg af sted og rekruttering er beskrevet tidligere24,26. HHIN-forsøget blev udført i fire lande; Clasen et al. beskrev studieindstillingerne i detaljer26. Hvert undersøgelsessted rekrutterede 800 husstande (400 interventioner og 400 kontrol) med gravide kvinder mellem 18 og 35 år, som er 9 til 20 ugers svangerskab, bruger biomasse til madlavning derhjemme og er ikke-rygere. I en delmængde af disse husstande (~ 120 pr. Land) blev andre voksne kvinder også tilmeldt denne undersøgelse.
Efter ansættelsen blev der foretaget i alt otte besøg. Den første, ved baseline (BL), forekom før randomisering. De næste syv blev delt op efter før fødslen (ved 24-28 ugers svangerskab [P1], 32-36 ugers svangerskab [P2]), ved fødslen (B0) og efter fødslen (3 måneder [B1], 6 måneder [B2], 9 måneder [B3] og 12 måneder [B4]). For M var der tre vurderinger (BL, P1 og P2), for OAW'er blev der udført seks vurderinger (BL, P1, P2, B1, B2 og B4), og for C blev der udført fire vurderinger (B0, B1, B2 og B4). På B0 blev der foretaget biomarkør- og sundhedsvurderinger, mens der kun blev foretaget helbredsundersøgelser ved B3-besøget.
Alle fire lande fulgte identiske protokoller. I dette manuskript beskriver vi trin, der følges i Indien. Undersøgelsen blev udført to steder i Tamil Nadu: Kallakurichi (KK) og Nagapattinam (NP). Disse steder ligger mellem 250 og 500 kilometer fra kerneforskningsfaciliteten ved Institut for Miljøsundhedsteknik ved Sri Ramachandra Institute of Higher Education and Research (SRIHER) i Chennai, Indien. Kompleksiteten af feltdataindsamlingsprotokoller kræver indsættelse af mange medarbejdere med forskellige niveauer af færdigheder og baggrunde.
Vi præsenterer en skriftlig og visuel skildring af de trin, der er involveret i estimering af mikromiljømæssige og personlige eksponeringsprøver hos gravide mødre (M), andre / ældre voksne kvinder (OAW) og børn (C) til fine partikler, kulilte (CO) og sod (BC). Feltprotokoller til (1) overvågning af luftkvaliteten med referencekvalitetsmonitorer og billige sensorer, (2) overvågning af langtidsbrug af ovne på konventionelle og flydende gasovne og (3) biologisk prøveindsamling (urin og DBS'er) til bioovervågning præsenteres også. Dette omfatter metoder til transport, opbevaring og arkivering af miljømæssige og biologiske prøver.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Den institutionelle etiske komité ved Sri Ramachandra Institute of Higher Education and Research (IEC-N1/16/JUL/54/49), Emory University Institutional Review Board (00089799) og Indian Council of Medical Research-Health Ministry Screening Committee (5/8/4-30/(Env)/ Indo-US/2016-NCD-I) godkendte HAPPIN-forsøget. HAPPIN-forsøget identificeres som NCT02944682 den clinicaltrials.gov. Skriftlige informerede samtykker blev indsamlet fra undersøgelsesdeltagerne forud for deres deltagelse, og undersøgelsen blev udført i henhold til etiske retningslinjer.
BEMÆRK: Sagsrapportformularerne (CRF), der administreres under prøveudtagningen og dataindsamlingen, er tilgængelige i RedCap-databasen, gemt på Emory University og vedligeholdes med datadelingsaftalen mellem alle samarbejdspartnere, som kan leveres til læserne efter anmodning.
1. Instrumenter og materialer
- Brug følgende instrumenter til overvågning af luftforurening: en mikrovægt til filtervejning, til mikromiljø/personlig prøveudtagning-Enhanced Children's MicroPEM (ECM) til PM 2.5, et optisk transmissometer til måling af sodpartikler (BC), dataloggere til CO- og Bluetooth-baseret fyrtårn, beacon-loggere til indirekte måling af PM 2.5 (under hvert besøg-BL, P1, P2, B1, B2, og B4), en kombineret gravimetrisk og nephelometric monitor til omgivende PM2.5 målinger og temperaturloggere til overvågning af komfurbrug.
- Brug følgende instrumenter til bioovervågning: køler og vaccineposer til forsendelse af bioprøver, proteinsparekort, fugtighedsindikatorkort, en voksen lancet, en spædbarnssikkerhedslancet og kapillarrør (40 μL).
2. Filterkonditionering og vejning
- Brug rene, pulverfrie handsker til at håndtere filtrene. Kontroller filtrene (porestørrelse på 2 μm, diameter 15 og 47 mm) for eventuelle skader ved hjælp af en lysboks, og anbring de kontrollerede filtre i en rengjort filterholder i et rum med aircondition (19-23 °C og 35-45 % relativ luftfugtighed [RH]) i 24 timer.
- Læg et rent stykke folie på skrivebordet og tænd for mikrovægten. Indstil skalaenheden til milligram (0,001 mg), og følg den interne kalibrering.
- Registrer dato/klokkeslæt, teknikernavn, RH, temperatur, filterlotnummer, filterstørrelse og filter-id i dataindtastningsarket.
- Tag det konditionerede filter og deioniser i 10 sekunder. Placer filteret forsigtigt på vejebakken, og registrer vægten som "Vægt 1" i CRF (supplerende figur 1).
- Fjern filteret, læg det i en petriskål/filterholder, og vent på, at vægten kommer tilbage til nul, før du vejer det næste filter.
- Gentag trin 2.4 og 2.5, og indtast det som "Vægt 2" i CRF.
3. Mikromiljø/personlig luftprøvetagning
BEMÆRK: En detaljeret oversigt over instrumenteringen og trinnene i mikromiljø/personlig luftprøvetagning findes i supplerende figur 2.
- Til personlig overvågning skal du placere instrumenterne i en vest (figur 1 Ai) og råde deltageren til at bære den i 24 timer, undtagen under badning og søvn.
- Under badning og søvn skal du bede deltagerne om at placere vesten <1 m væk på et tilpasset metalstativ (figur 1Aii), der leveres af feltholdet.
- Til mikromiljøovervågning skal du vælge et passende sted og placere metalstativerne sammen med instrumenterne (figur 1C, D; Supplerende tabel 1) 1,5 m over jorden, 1 m væk fra døre og vinduer, hvis det er muligt, og 1 m væk fra forbrændingszonen for det primære komfur (når det placeres i køkkener).
- Udfør en 5 minutters gennemgang i overvågningsområdet, registrer START- og SLUTTIDSPUNKTET for alle overvågningsinstrumenter (PM2.5, BC, CO og tids- og placeringsmonitor) i de respektive CRF'er.
- På fjernelsesdagen (dag 2, efter 24 timer) skal du samle og pakke instrumenterne i aluminiumsfolie og placere dem i et genlukkeligt dæksel til transport til feltkontoret. Indtil filteret fjernes, anbringes ECM-prøveudtageren i køleboksen (for at opretholde kølekæden).
- PM2,5 måling
BEMÆRK: Brug ECM, som er velegnet til denne applikation på grund af dens lille størrelse (højde: 12 cm; bredde: 6,7 cm) og vægt (~ 150 g). ECM indsamler nephelometriske og gravimetriske prøver ved 0,3 l/min (i op til 48 timer) ved at trække luft gennem en slaglegeme, der er fastgjort til en kassette indeholdende 15 mm polytetrafluorethylenfiltre 19,26,27.- Rengør alle ECM-dele (indløbshoved, slaglegemestykker, U-formet kassettelås) ved hjælp af en spritserviet (70 % isopropylalkohol), og start prøveudtageren ved hjælp af ECM-software (f.eks. MicroPEM-dockingstation).
- Placer kalibreringshætten over ECM's indgang, og tilslut en flowmåler med et HEPA-filter til kalibreringshætten.
- Når du har konfigureret kalibreringsenheden, skal du trykke på Start-knappen og vente 5 minutter på, at den stabiliseres. Juster flowhastigheden (inden for 5% af 0,3 l / min) og optag i CRF-H48.
- Tilslut HEPA-filteret direkte til ECM-indgangen, juster nephelometerforskydningen, indtil værdien læser 0,0, og registrer aflæsningen i CRF-H48.
- Indstil programmet til 24 timer, og tryk på knappen Send kalibreringsværdier ; ECM er nu klar til prøveudtagning.
- Efter prøveudtagningen efterlades ECM'erne fra prøveudtagningen ved stuetemperatur i mindst 20 minutter, og strømningshastigheden efter prøveudtagningen registreres i CRF-H48. Download og gem ECM-dataene ved hjælp af filnavnkonventionen.
- Fjern filteret, læg det i en filterholder, og opbevar det derefter ved -20 °C.
- Måling af sodpartikler (BC)
- Brug et transmissometer til at måle lysdæmpningen gennem filteret ved en bølgelængde på 880 nm 19,26,27.
- Tænd og stabiliser i 15 min. Sørg for, at cylinderampullerne i den korrekte størrelse (dvs. 15 og 47 mm cylinderampuler) er tilgængelige i både blind- og prøvepladserne på BC-instrumentet.
- Udfør scanningen på en neutral tæthed (ND) og et tomt filter med det tildelte id (supplerende figur 3 og supplerende tabel 2).
- Efter scanning af blindfilteret anbringes laboratorieemnet i prøvepatronåbningen over prøvediffusoren og indsættes i instrumentets åbning i position 2.
- Fjern laboratorieemnet, og fortsæt scanningen med testfiltre og prøvefiltre.
- Når filterscanningen er afsluttet, skal du fjerne filteret og returnere det til petriskålen/filterholderne. Vælg de scannede data, klik på knappen Acceptér , og klik derefter på Gem dataene.
- Måling af kulilte (CO)
BEMÆRK: CO-instrumentet er lille (på størrelse med en stor pen), kan logge kontinuerligt for ~ 32.000 punkter, har en rækkevidde på 0-1.000 ppm og er blevet brugt til at vurdere eksponeringer og HAP i forskellige andre overvågningsindsatser 19,26,27.- Start og opsæt CO-dataloggeren i 1 min ved hjælp af softwaren. Skærmen viser 'CO logger er blevet konfigureret med succes'. Instrumentet er klar til prøveudtagning.
- Efter prøveudtagning skal du åbne CO-loggeren ved hjælp af softwaren, trykke på Stop for at stoppe USB-dataloggeren og gemme dataene efter download.
- Kalibrer CO-loggeren
- Opsæt CO-loggeren med 1 min. samplinghastighed, og placer den i kalibreringsboksen med sensorernes indløbsventil vendt mod kalibreringsboksens luftindtagsport.
- I 5 minutter indstilles en strømningshastighed på 2 l/min nulkvalitetsluft eller rumluft. Noter start- og sluttidspunktet. Reducer luftstrømmen til 1 l/min. Noter igen start- og sluttidspunktet.
- Gentag proceduren med justeringsgas (50-150 ppm standard CO i nulkvalitetsluft) efterfulgt af nulkvalitetsluft som beskrevet i det foregående trin.
- Download de kalibrerede data til en bestemt mappe. Åbn kalibreringsdatafilen, og indtast CO-loggermonitorens data i CRF-H47.
- Tids- og placeringslogger (TLL)
BEMÆRK: Brug to typer Bluetooth-instrumenter til at overvåge barnets tid og placering. Lad barnet bære en vest, der indeholder to tids- og lokaliseringsmonitorer (TLM) i møntstørrelse, der er knyttet til en logger placeret i nærheden af ECM'erne og moderens prøveudtagningsvest, som vist i figur 1Aiii. Beregn barnets eksponeringer ved at integrere tilsvarende arealkoncentrationer over den tid, der tilbringes på det pågældende sted 19,26,27.- Oplad powerbanken, og sørg for, at loggeren fungerer ved at oprette forbindelse til den.
- Tids- og placeringsovervågning (TLM)
- Sæt et CR2032-batteri i skærmen (lysene skal blinke et par gange, hvis batteriet har tilstrækkelig strøm).
- For 'O'-modellen TLM skal du trykke på softcoveret for at høre et klik, og et grønt lys skal blinke, hvilket indikerer, at TLM nu er 'ON' og sender sit signal. For TLM på "EM"-modellen skal du trykke på softcoveret for at aktivere den første tilstand (lyset skal blinke grønt). Tryk igen for at komme ind i midterste tilstand (lyset skal blinke grønt igen).
- Efter prøveudtagning skal du downloade dataene fra 'boot'-drevet, der vises på loggerens SD-kort. Kopier og gem filerne fra den angivne 'TLL'-mappe.
4. Overvågning af brug af komfur
- Indsaml detaljer om brugsmønstre for brændeovne gennem undersøgelser og implementering af objektive sensorbaserede foranstaltninger. Placer temperaturloggere på både LPG- og biomasseovne18,19,28. En detaljeret oversigt over instrumentering og trin, der er involveret i overvågning af ovnbrug af dataindsamling i det centrale laboratorium, feltlaboratorium og feltstedsaktiviteter, er givet i supplerende figur 4.
- Placer termoelementsonden tæt på komfurets besværlige zone, som vist i supplerende figur 5, og monter prikkerne.
- Åbn Geocene-appen, og indtast missionsnavn, prøveudtagningsinterval, husstands-id, komfurtyper, randomiseringsdetaljer, kampagne, tags og noter. Tryk på Start ny mission. Registrer installationsoplysningerne i CRF-H40.
- Hver 2. uge skal du downloade dataene ved hjælp af appen og overføre via Bluetooth fra prikken til skyserveren. Registrer oplysningerne i CRF-H40.
5. Overvågning af omgivelserne
BEMÆRK: Det omgivende PM 2.5-instrument registrerer luftbåren PM 2.5 i realtid og har et indbygget 47 mm filter, der kan opsamle PM2.5 til gravimetrisk evaluering19,26,29. En detaljeret oversigt over instrumenteringen og trinnene i den omgivende overvågning af dataindsamling i det centrale laboratorium, feltlaboratoriet og feltstedsaktiviteterne findes i supplerende figur 6.
- Følg US EPA's retningslinjer30 om instrument- og indløbsplacering: a) >2 m fra vægge; b) >10 m fra træer c) 2-7 m over jorden og d) >2 m fra vejbaner.
- Monter det omgivende PM2.5-instrument på en betonplatform med jordforbindelse. Sørg for, at der ikke er nogen luftforurening i baggrunden, og indtast prøveudtagningsoplysningerne i CRF-H46.
- Fra menupunktet skal du indstille prøveudtagningsintervallet til 5 min. Bemærk starttidspunktet, og udfør flowkalibrering ved hjælp af et null-filter. Indsaml data i realtid i 6 dage.
- På startdagen for gravimetrisk prøveudtagning skal du downloade og gemme realtidsdataene.
- Fjern det tidligere installerede nullfilter, og rengør filterholderen med laboratorieservietter. Anbring et forvejet filter, og fyld CRF-H46.
- Efter 24 timer skal du stoppe sampleren og downloade realtidsdataene. Oplysningerne om prøveudtagningen registreres i CRF-H46. Fjern filteret, pakk det ind med aluminiumsfolie, og læg det i en genlukkelig pose under kølekædetransport.
6. Bioovervågning
- Indsamling, behandling og opbevaring af urinprøver
BEMÆRK: Følg de trin, der er involveret i indsamling af morgentomrumsurinprøver i deltagerens hjem i henhold til amerikanske CDC-retningslinjer 19,31,32. Indsamle urinprøver fra gravide mødre (BL, P1 og P2 besøg) og andre voksne kvinder (BL, P1, P2, B1, B2 og B4 besøg); hos børn (B1-, B2- og B4-besøg) med administration af henholdsvis CRF-B10 på dag 2. En detaljeret oversigt over de trin, der er involveret i bioovervågning i det centrale laboratorium, feltlaboratorium og feltstedsaktiviteter, findes i supplerende figur 7.- Til indsamling af urinprøver skal du sørge for urinopsamlingskoppen (M og OAW) på dag 1. På samme måde skal du bede moderen om at indsamle barnets urinprøve om morgenen den næste dag i en urinpose eller direkte i koppen og opbevare den i en vaccinepose.
- På feltlaboratoriet opbevares de indsamlede urinprøver mellem 1-8 °C. Før aliquoting, optø urinkoppen.
- For at alikvote skal du behandle en urinprøve ad gangen. Der suges 2 ml af prøven til to 4 ml kryovialer, 5 ml i to 10 ml kryovialer, 15 ml i et arkivrør, og den opbevares ved -20 °C.
- Den samme fremgangsmåde med aliquoting følges for feltblindprøven (vand).
- DBS-indsamling, tørring og opbevaring
BEMÆRK: Træn landmålerne til at indsamle DBS'er via fingerprik hos gravide mødre (BL-, P1- og P2-besøg) og andre voksne kvinder (BL-, P1-, P2-, B1-, B2- og B4-besøg) og hælprik eller fingerprik hos børn (B0-, B1-, B2- og B4-besøg) efter WHO-anbefalinger33,34. En detaljeret procedure for indsamling af DBS fra M og OAW findes i bilag H til det supplerende dossier.- For barnet skal du indsamle hælprikken DBS'er baseret på WHO-retningslinjer ved hjælp af de relevante lancetter.
- Vælg venstre eller højre hæl, og tør punkteringsstedet af med en alkoholserviet.
- Hold lancetten i vandret position på hudens punkteringssted og prik. Efter stikning skal du tørre den første dråbe blod væk med en steril bomuldsgasbind.
- Placer kapillarrøret nær punkteringsstedet på blodlaget, og lad blodet strømme ind i røret gennem kapillær handling.
- Når du har fyldt nok blodvolumen i kapillarrøret, skal du straks anvende blodet inden for cirklen på proteinsparekortet.
- Lad prøven lufttørre (natten over) i vandret retning ved stuetemperatur.
- Sørg for, at blodpletterne har en mørk brunlig farve, og at der ikke er synlige røde områder.
- Efter tørring anbringes DBS-kortet i en genlukkelig bioprøvepose indeholdende tørremiddel (mindst to breve) med et fugtighedsindikatorkort, og det opbevares ved -20 °C.
7. Leverandørkæden for filtre, der udtages prøver af
- Se den supplerende fil for detaljerede trin. De trin, der forklarer filterkonditionering, er beskrevet i bilag A, mikromiljø-/personlig luftprøveudtagning af PM2,5 er til stede i bilag B, BC-måling er beskrevet i bilag C, CO-måling i bilag D, tids- og placeringsovervågning i bilag E, overvågning af ovnbrug i bilag F, overvågning af omgivende virkning i bilag G, bioovervågning i bilag H og prøvetransport i bilag I . Listen over anvendte CRF'er findes i supplerende tabel 3.
BEMÆRK: Figur 2A viser ECM indsamlet efter prøveudtagning og pakket ind i aluminiumsfolie. De indpakkede filtre blev pakket i separate bioprøveposer og anbragt i vaccineposer indeholdende en forfrossen gelpakke. Filtre, der udtages prøver af, blev transporteret til feltlaboratoriet (figur 2B). Som vist i figur 2C blev filtre, der blev transporteret fra feltstedet, opbevaret i en dybfryser (- 20 °C) på feltlaboratoriet og opbevaret uforstyrret, indtil de blev transporteret til det centrale laboratorium. Hver 15. til 30. dag blev prøverne sendt ad landevejen til det centrale laboratorium; Prøvefiltre blev pakket på tøris og gelpakker med COC. Efter modtagelse af prøverne fra feltkontoret blev prøverne krydstjekket med COC og arkiveret i en dybfryser (-20 °C).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Mikromiljø/personlige luftprøvetagningsmetoder:
Figur 1A i viser en gravid mor, der bærer den tilpassede vest i løbet af prøvetagningsperioden på 24 timer. Vesten inkluderer ECM, CO logger og tid og placering logger med powerbank. Det blev sikret, at deltagerne bar vesten i hele prøvetagningsperioden, undtagen mens de badede og sov. Stativet, der blev leveret til at hænge vesten i soveperiferien, er vist i figur 1Aii.
Figur 1Bi viser rengøring af ECM-prøveudtageren i perioden før og efter prøvetagningen, og figur 1Bii viser kalibreringen af ECM i feltlaboratoriet. Strømningshastighederne blev kontrolleret, og prøvetagningstiden blev fastsat før prøveudtagningen, og eventuelle afvigelser blev kontrolleret i perioden efter prøveudtagningen.
Figur 1C viser instrumentplaceringen (ECM, CO logger og TLL) i køkkenet (1,5 m højde fra jorden) til arealovervågning. Instrumenterne blev placeret og installeret 1 m væk fra kogekilden. Når vinduer eller døre var i nærheden af kilderne, blev instrumenterne installeret 1 m væk fra disse åbninger. Figur 1D viser instrumenterne (ECM, CO logger og TLL) forbundet med en powerbank, installeret (1,5 m højde fra jorden) udendørs i hver deltagers hus. Resultaterne af mikromiljømæssig og personlig PM2.5 efter disse metoder er allerede offentliggjort 24,35,36.
Dataene for kalibrering af CO-logger over 1 år viste lave funktionsfejl, som vist i supplerende figur 8 (forklaring vist som en cirkel repræsenterer målingen af CO-dataloggeren læser ud over kalibreringsområdet 0-50 ppm)35. Forskellen mellem blindprøve- og prøvespalten for BC-måling til ilægning af filteret findes i det supplerende materiale (bilag C).
Figur 1Ei illustrerer beskadigede filtre før forvejningsprocessen. Beskadigede og mistede filtre markeres som ugyldige. Filtrene blev kontrolleret igen på feltlaboratoriet, før de blev indlæst i luftovervågningsinstrumenter. På samme måde blev stikprøvefiltre undersøgt for eventuelle skader, såsom huller, revner, strækning eller forskydning, som angivet i figur 1Eii. Hvis der forelå en sådan skade, blev den vejet, men ikke anset for gyldig til efterfølgende analyser. PM2,5 masse for hver prøve blev opnået ved at trække prøvemassen fra medianfeltblindmassen. Den endelige PM2,5-koncentration blev anslået ved at dividere de blindkorrigerede filtermasser med den mængde luft, som pumpen udtog prøver af i måleintervallet. De afledte tærskelkriterier for gyldig PM2,5 - og CO-prøveudtagning er anført i tabel 1. Data inden for tærskelkriterierne betragtes som gyldige og tages op til analysen.
Overvågning af brug af komfur
Figur 3A viser kalibreringen af temperaturloggere, som oprindeligt blev udført på is og derefter i varmt vand ved hjælp af en standard temperaturmonitor. Figur 3Bi viser det regelmæssige mønster af toppe, der betragtes som gyldige og identificeres ved karakteristisk topfarve (orange), når ovnen bruges. Som vist i figur 3B blev det uregelmæssige mønster af toppe, såsom (ii) sondeproblem (registrering af høje temperaturer og måling ud over temperaturområdet), (iii) teknisk fejl (baselineforskydning med negative værdier) og (iv) termoelementproblem, karakteriseret som ugyldig prøveudtagning (ingen registreringer af temperaturmåling; baselineforskydning sammen med negative værdier). Temperaturloggeren, der er installeret i forskellige komfurer, er illustreret i supplerende figur 5. Resultaterne af overvågning af ovnbrug efter denne metode er allerede offentliggjort18,19,36.
Prøveudtagning af omgivende luft
Med US EPA-retningslinjer (https://www.epa.gov/environmental-topics/air-topics) blev de omgivende prøveudtagere installeret øverst i en af de udvalgte husstande på hvert repræsentativt HAPIN-Indien-sted (figur 4A). Prøveudtagningssteder blev valgt ud fra sikkerhed, tilgængelighed af elektricitet og deltagerens vilje til at være vært for skærmen. Steder blev udvalgt til at være i centrale områder i forhold til klynger af deltagere. Omgivende prøver fulgte en lignende procedure med pakning og forsendelse fra feltstedet til feltlaboratoriet til det centrale laboratorium. For at forhindre, at kabler sættes i det forkerte stik, skal du tilslutte med det unikke stiftlayout som angivet i supplerende figur 9. Resultaterne af overvågningen af omgivelserne (PM2,5) målt mellem 2018 og 2020 er vist i figur 4B. Desuden er resultaterne af overvågning af omgivelserne ved hjælp af denne metode andetsteds allerede offentliggjort29.
Bioovervågning
Figur 5A viser urinaliquoteringsproceduren. Prøverne fra feltstedet blev opbevaret i vaccinekøletasker og transporteret til feltlaboratoriet, hvor de blev aliquoteret og opbevaret i en dybfryser (-20 °C). Figur 5B opsummerer COC for prøveindsamling, transport og feltlagring.
Figur 5C viser DBS'erne; 5Ci viser gyldige pletter før tørring, og 5Cii viser gyldige pletter efter tørring. Tabel 2 opsummerer mønstret for gyldig DBS-indsamling i opfølgningsbesøg blandt HAPIN-deltagerne (M, OAW, C). Succesraten for indsamling af gyldige DBS'er fra mødre til tre besøg er 100% (BL), 93% (P1) og 83% (P2). Tilsvarende for OAW var succesen med DBS-indsamling konsekvent (100% -72%) for de første tre (BL-P2) besøg, men reduceret (45% -35%) fra B1 til B4 under pandemien og under orkanen Gaja (2018). Succesen med DBS-indsamling hos børn var 72,09% ved fødslen (B0), 64% ved B1, 62% ved B2 og 45% ved B4.
Figur 5D understreger, at kølekæden med tøris opretholder prøvens integritet. Hver måned blev biologiske prøver pakket med tøris i en separat varmeisoleringskasse og sendt med temperatur og relativ luftfugtighed (RH) loggere. Korrelationsanalyse af urinspecifik tyngdekraft målt mellem feltlaboratoriet og centrallaboratoriet viste god overensstemmelse, som vist i figur 5E. Vores resultater af krydsvalidering af bioovervågningsmetoden i urinprøver af polycykliske aromatiske carbonhydridmetabolitter viser kvalitetssikring (QA)/kvalitetskontrol (QC) af prøveintegritet21.
Alle prøveudtagnings- og CRF-data blev sikkert uploadet fra SRIHER til Emory Universitys server. Dataoverførsel fandt sted dagligt, hvilket reducerede sandsynligheden for datatab. Listen over CRF'er, der anvendes til dataindsamling, findes i supplerende tabel 3. Dataindsamlingsflowet fra feltstedet til Emory-serveren er vist i supplerende figur 10.
Figur 1: Personlig og mikromiljømæssig overvågning. (A) i) Gravid mor iført vest med luftprøvetagningsinstrumenter (ECM, CO logger og TLL); ii) Metallisk stativ med vesten; iii) Barnevest med TLM enheder. (B) i) ECM-rengøring; ii) ECM-kalibrering. (C) Overvågning af køkkenområdet med ECM, CO-logger og TLL. (D) Udendørs arealovervågning med ECM, CO logger og TLL. E) i) beskadigede forvejede filtre ii) Beskadigede samplede filtre. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 2: Leverandørkæden for filtre. (A) Prøvetagning af ECM med filtre pakket ind i aluminiumsfolie. B) Transport af filtre, der udtages prøver af, fra de deltagende husstande til feltlaboratoriet i vaccinekøleposer indeholdende gelpakninger. C) Prøvefiltre opbevaret i dybfryser (-20 °C) i feltlaboratoriet. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 3: Komfur bruger overvågningstemperatur loggere. (A) Kalibrering af Geocene Dot temperatur loggere. (B) i) Gyldigt spidsbelastningsmønster til overvågning af ovnens brug; ii) sonde problem; iii) teknisk fejl iv) Termoelement problem. (C) Brug af komfur til overvågning af temperaturloggere. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 4: Overvågning af omgivelserne. A) Omgivende PM2,5-instrument, der er installeret på feltstedet. B) Tidsserier for målinger af omgivende PM2,5-niveau (2018-2020). Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 5. Biomonitoring-prøveindsamling, behandling og kvalitetskontrol. (A) Urin aliquoting. (B) Leverandørkæden til indsamling, opbevaring og transport af prøver. C) Tørret blodplet: i) inden tørring ii) efter tørring. D) Kold leverandørkæde for prøveforsendelse. E) KS/KK for prøveintegritetsdata for urinspecifik tyngdekraft målt på feltstedet og i det centrale laboratorium. Klik her for at se en større version af denne figur.
Tabel 1: Gyldige kriterier for prøvetagningstærskelværdier for PM2,5 - og CO-monitorer. Bemærk, at på grund af accelerometrets følsomhed blev værdier uden for forventede intervaller markeret, men ikke udelukket fra analyser. Klik her for at downloade denne tabel.
Tabel 2: Oversigt over gyldig DBS-indsamling blandt undersøgelsesdeltagerne. *Under en orkan (cyklon) var der et fald i DBS-indsamlingen. † Under COVID19-lockdown var der et fald i DBS-indsamlingen. ‡ Under COVID19-nedlukningen var der et fald, og data for 2021 er ikke inkluderet i DBS-indsamlingen. Forkortelser: M = gravid mor; OAW = anden voksen kvinde; C = barn. Klik her for at downloade denne tabel.
Supplerende tabel 1: Retningslinjer for installation af prøveudtagere til mikromiljøovervågning.
Supplerende tabel 2: Forskel mellem den tomme plads og prøveåbningen til ilægning af filteret. *Diffusoren kan kun udskiftes, hvis der er synlige skader, eller hvis den bruges til ~750-1.000 filtre.
Supplerende tabel 3: Liste over CRF'er med hensyn til eksponering og prøveudtagning af biomarkører. CRF'erne er tilgængelige i RedCap-databasen, gemt på Emory University, og vedligeholdes med datadelingsaftalen mellem alle samarbejdspartnere, som kan leveres til læserne efter anmodning.
Supplerende figur 1: Dataindtastningsark til filtervejning. Klik her for at downloade denne fil.
Supplerende figur 2. Instrumenter og trin involveret i mikromiljø og personlig luftprøvetagning. Klik her for at downloade denne fil.
Supplerende figur 3: Patroner og filteråbninger. A: Tom plads (position 1); B: Tom bundpatron, der indeholder både den tomme diffusor og det tomme filter i cylinderampullen; C: Det øverste stykke af den tomme patron; D: Prøveplads (position 2) E: Nederste prøvepatron med prøvediffusor; F: Det øverste stykke af prøvepatronen. Klik her for at downloade denne fil.
Supplerende figur 4: Instrumenter og trin involveret i overvågning af ovnbrug. Klik her for at downloade denne fil.
Supplerende figur 5: Prikker installeret i forskellige komfurer. Klik her for at downloade denne fil.
Supplerende figur 6: Instrumenter og trin involveret i luftovervågning. Klik her for at downloade denne fil.
Supplerende figur 7: Instrumenter og trin involveret i biologisk prøveudtagning. Klik her for at downloade denne fil.
Supplerende figur 8: Resumé af sammenfatning af kulilte (CO) datalogger. Klik her for at downloade denne fil.
Supplerende figur 9: E-sampler-stiklayout. Klik her for at downloade denne fil.
Supplerende figur 10: Dataindsamling og -behandling. Klik her for at downloade denne fil.
Supplerende figur 11: Brug af vaccinepose. Klik her for at downloade denne fil.
Supplerende figur 12: Forskel mellem pelikan og vaccinepose. Temperaturydelsen for to køletasker (pelikan vs. vaccine) testes ved hjælp af en CO-dataloggermonitor i 48 timer i laboratoriet ved en gennemsnitlig stuetemperatur på 28,3 ± 0,6 °C og RH på 49,2% ± 3,6%. En urinprøve (~60 ml) med en starttemperatur på 36,4 °C blev anbragt i to poser og opbevaret uforstyrret i 48 timer i et opbevaringsrum. Klik her for at downloade denne fil.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Vi demonstrerede og repræsenterede visuelt standardprocedurer til indsamling af data på befolkningsniveau om personlig eksponering for luftforurening i flere lande HAPIN forsøg19,24. De feltbaserede metoder til prøvetagning af miljø- og biomarkører, der er beskrevet her, er hensigtsmæssige og gennemførlige, navnlig i sårbare befolkningsgrupper i ressourcebegrænsede miljøer, hvor PM 2,5-eksponeringen er flere størrelsesordener højere end WHO's luftkvalitetsretningslinjeværdier (årligt gennemsnit på 5 μg/m3 og 24 timers gennemsnit på 15 μg/m3)37,38.
De instrumenter, der blev anvendt i denne undersøgelse, er blevet anvendt i andre undersøgelser med forskellig prøvetagningsvarighed. I Jack et al. blev CO målt hver 6. uge ved hjælp af en let CO-loggermonitor, og PM2.5-måling (microPEM) blev placeret i 72 timer på næsten halvdelen af gravide deltagere9. En anden undersøgelse anvendte ambientjusterede personlige eksponeringer vurderet med Ultrasonic Personal Aerosol Sampler (UPAS) for at imødegå usikkerhed i estimater af globale virkninger af HAP på hjertesundhed ved hjælp af en kvantitativ vurdering af PM2.5-eksponering 14.
De procedurer, der følges under HHIN-forsøget og beskrives her, kan tjene som retningslinjer for personlig / mikromiljø HAP-overvågning i andre indstillinger24,26. Feltteamet evaluerede først mulige placeringer til placering af skærme i køkkenet, når de sov og på udendørs husholdningssteder. Da der ikke var ideelle betingelser for placering af skærme (1,5 m over jorden, 1 m væk fra ovnen og eventuelle døre og vinduer), blev der valgt egnede steder ved siden af det ideelle prøvested35. Dette forekom relativt sjældent - i <2% af alle indsamlede prøver. Temperaturloggere, der blev brugt som komfurmonitorer, havde vandtætte dæksler for at beskytte mod spild under køkkenaktiviteter, som madlavning og opvarmning af vand. Imidlertid blev temperaturloggere, der blev placeret på udendørs ovne, beskadiget under monsunen og oversvømmelsen (figur 3C).
Overholdelsen af at bære vesten blev observeret af feltmålere på dagen for fjernelse af skærmene (dag 2). Overensstemmelse vurderet via sensorer viste sig til tider at være forkert; I nogle tilfælde ville deltagerne bære skærmen, men ville sidde stille og dermed blive markeret som ikke-kompatible. Denne genkendelse af sensorbaseret fejlklassificering var kun mulig på grund af observante feltarbejdere. Som en ekstra kontrol indeholdt vores CRF'er deltagerrapporteret overholdelse.
Håndtering af filtre under konditionering, vejning, prøveudtagning (før og efter), transport og opbevaring i felten og det centrale laboratorium er kritiske aktiviteter inden for enhver dataindsamlingsfase. Efter 24 timers prøveudtagning blev den personlige skærm helt dækket af aluminiumsfolie og anbragt i en bioprøvepose til transport i et kølekæde- og støvfrit miljø. Den aktuelle undersøgelse har vist procedurerne for at bevare filtrene fra deltagernes hjem til feltlaboratoriet til det centrale laboratorium via chain-of-custody.
Der forudsiges kun få afvigelser fra de krævede temperaturforhold under opbevaring og transport under biologisk prøveindsamling og transport fra marken til laboratoriet til analyse, hvilket kan føre til fejlagtige resultater. Den køletaske, der blev brugt i installationerne i flere lande, var for dyr i Indien. Under forskellige nationale programmer i Indien er vaccinekøletasken blevet brugt meget til vaccinetransport. Disse vaccineposer blev anskaffet lokalt til en rimelig pris, næsten 30 gange lavere end køletasken (supplerende figur 11). Før der blev foretaget et bulkkøb, blev forsendelsestemperaturen i disse vaccinekølebokse sammenlignet med køletasken for at sikre prøvens integritet (supplerende figur 12). I ressourcebegrænsede miljøer er det vanskeligt at indsamle biologiske prøver og opretholde deres integritet. Transport af prøverne i lokalt tilgængelige vaccineposer fra deltagerens hjem til feltlaboratoriet løste dette problem.
DBS-samling er også kendt som pletter af kapillærblod opnået fra en finger, hæl eller øreflip39. Brug af et DBS-kort til indsamling af blodprøver er relativt smertefrit og ikke-invasivt og kan indsamles i deltagerens hjem gennem ikke-klinisk, men uddannet sundhedspersonale. Blodet, der opsamles på filterpapiret, tørres let og opbevares. En dråbe fuldblod optager ca. 50 μL i en skive med en diameter på 12,7 mm23. Ringfingeren er normalt det foretrukne sted for voksne, og det er en almindelig procedure i terapeutisk overvågning. Selvom trinene involveret i DBS-indsamling til screening af voksne biomarkører blev visualiseret i tidligere undersøgelser, er opgaverne og mikrotrinene involveret i ressourcebegrænsede indstillinger ikke blevet fanget40,41. Denne undersøgelse er, så vidt vi ved, blandt de første, der fanger DBS'er fra M, OAW og C,) fra samme husstand42. I landlige omgivelser er det udfordrende, selvom proceduren er minimalt invasiv42. Hyppig træning af feltinspektører om indsamling af gyldige DBS'er og tekniske præciseringer om valg af den ikke-dominerende hånd, afslapning og massering af armen og valg af ring- eller langfinger spillede en væsentlig rolle i indsamlingen af gyldige DBS'er33.
På samme måde blev kapillærprøvetagningen gennem hælprik udført for nyfødte, der vejer fra ~ 3 til 10 kg (fødsel til 6 måneder) og fingerprik i opfølgning (over 6 måneder) for babyer, der vejer >10 kg. I henhold til WHO's retningslinjer har lancetens valg og position (punktering i en 90° vinkel parallelt med hælen) til prikken spillet en væsentlig rolle for at opnå tilstrækkelig blodgennemstrømning, vellykket indsamling af DBS'er og en lidt kortere estimeret dybde33,34. Bladets længde i en lancet varierer fra producent til producent (dvs. fra 0,85-2 mm for nyfødte). Hos for tidligt fødte børn blev lancetter til hælprik (0,85 mm x 1,75 mm dybde) og lancetter til fingerprik (1 mm x 2,5 mm dybde) brugt til babyer mellem 6 måneder og 8 år.
Efter hælprik blev blodet trukket ved hjælp af PTS-kapillarrør (Ref# 2866) for at indsamle prøven uden blodpropper i blodpletterne og for at undgå stempling på proteinsparekortet. Baseret på vores foreløbige eksperimenter menes det, at placering af kapillarrøret nedad optager blodet straks uden hindringer på grund af ensartet overfladespænding.
Efter den vellykkede indsamling af gyldige DBS'er fra HAPP-deltagere på begge undersøgelsessteder blev prøven indsamlet i proteinsparekortet tørret natten over ved stuetemperatur (25 ° C) i feltlaboratoriet, og det blev sikret, at proteinsparekortet var fri for insekter og stuefluer af et dækkende insektnet. Efter tørring (brun farve, figur 5Cii) blev DBS-kortet opbevaret ved -20 °C.
Under DBS-indsamlingen i deltagernes hjem var det nedfaldne blod inden for 12,7 mm plet, men efter tørring natten over ved stuetemperatur blev de to individuelle pletter smeltet sammen på NP-stedet. Den observerede forskel i NP-stedet kan skyldes den højere relative luftfugtighed, hvor de indsamlede gyldige DBS'er blev ugyldige, da de to individuelle tørre blodpletter blev smeltet sammen. Efter den harmoniserede DBS-indsamlingsprocedure er resultaterne af kliniske biomarkører (oxidativt stress, inflammation, endoteldysfunktion, lungefornærmelse) blevet krydsvalideret på blindede prøver i LEADER-laboratoriet ved Emory University og viste sig at være i god overensstemmelse (data ikke vist).
Indsamling af bioprøver kræver fast overholdelse af sikkerhedsprotokoller. I pandemiperioden (24. marts 2019 til juni 2019) blev der udført yderligere sikkerhedsprotokoller efter råd fra den lokale regering. Forsøgspersonalet blev instrueret i at bære personlige værnemidler (PPE) såsom handsker, ansigtsmasker, beskyttelsesbriller og forklæder under rejsen og i deltagerhuse. Labcoats var obligatoriske, mens de arbejdede på feltkontorer, og feltkontorer var udstyret med biosikkerhedsskabe til håndtering af bioprøver. Alt personale blev undervist i brug og identificering af beskadigede personlige værnemidler. De brugte PPE'er blev indsamlet i separate bortskaffelsesposer og overdraget på de samarbejdende sundhedscentre til sikker bortskaffelse til det fælles biomedicinske affaldshåndteringsanlæg, der er godkendt af State Pollution Control Board.
Optagelse af videoer i høj opløsning af indsamling af feltdata, især i udfordrende landdistrikter, vil hjælpe med at bygge bro over uddannelseshullerne i overvågning af luftforurening og indsamling af feltdata. Samlet set blev kvaliteten og pålideligheden af dataindsamlingen sikret på alle stadier af projektgennemførelsen. Periodisk træning og omskoling af feltpersonale opbyggede deres kapacitet og selvtillid og undgik det dyre tab af prøveintegritet. De anvendte metoder kan overføres og vil hjælpe andre forskere med at vedtage miljøovervågnings- og bioprøveindsamlingsprocedurer i LMIC'er ved hjælp af omkostningseffektive strategier.
Der rapporteres også om de mangler og udfordringer, som HAPPIN står over for, især i ressourcebegrænsede landdistrikter. Vi bemærker, at omfattende indledende arbejde og træning, rapporteret andetsteds i publikationer, der beskriver HAPINs formative arbejde, var afgørende for at løse problemer med protokollen, som design af veste til prøveudtagning og mekanismerne til sikker transport af både luftforurening og biologiske prøver. Desuden blev der i denne periode overvundet mange 'vokseværk', herunder håndtering af de meget små 15 mm ECM gravimetriske filtre, teknikker til placering af komfurbrugsmonitorer osv.
Der blev lagt særlig vægt på at sende de samplede filtre, instrumenter og bioprøver fra husholdninger til feltlaboratoriet. Alt luftprøvetagningsudstyr, tilbehør og prøver blev sporet gennem lagerstyring på central- og feltlaboratorierne. Det har muliggjort rettidig vedligeholdelse, reparation, udskiftning og evaluering af projektforsyninger for at give uafbrudt dataindsamling.
De dataindsamlingsmetoder, der demonstreres her, har vist sig pålidelige og konsistente i hele den årelange undersøgelsesperiode. Brugen og vedtagelsen af overkommelige og intelligente teknologier kan pege mod et fremtidigt paradigme for randomiserede kontrolforsøg (RCT'er) og eksponeringsresponsundersøgelser, der sikrer acceptabel dataindsamling for at give pålidelige resultater. Sådanne bestræbelser er ikke uden deres udfordringer; Som vist her kan omhu og gennemgang af etablerede protokoller imidlertid sikre, at feltteams er i stand til at tilpasse sig skiftende omstændigheder, både forventede (f.eks. Forskelle i husstandskonfigurationer) og uventede (COVID-19, orkaner). For HAPIN begyndte dette med praktisk træning i laboratoriet og feltet leveret af eksponerings- og biomarkørkerneeksperter forud for forsøget. Derudover blev genopfriskningstræning givet en gang hver 6. måned på forskellige niveauer i hele studieperioden. Den periodiske coaching øgede teamets evne til effektivt at prøve og håndtere instrumenter, filtre og bioprøver. Visualiserings- og feltprøvetagningsprocedurerne vil være et værdifuldt uddannelsesværktøj for forskere, der gennemfører lignende store epidemiologiske undersøgelser i Indien eller LMIC'er.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
*4 Resultaterne og konklusionerne i denne rapport er forfatternes og repræsenterer ikke nødvendigvis den officielle holdning hos U.S. National Institutes of Health eller Department of Health and Human Services eller Bill and Melinda Gates Foundation. Finansieringsorganerne havde ingen rolle i dataindsamling og dataanalyse, der blev præsenteret i papiret.
Acknowledgments
Efterforskerne vil gerne takke medlemmerne af det rådgivende udvalg - Patrick Brysse, Donna Spiegelman og Joel Kaufman - for deres værdifulde indsigt og vejledning gennem hele gennemførelsen af forsøget. Vi ønsker også at anerkende alle forskningsmedarbejdere og undersøgelsesdeltagere for deres dedikation til og deltagelse i dette vigtige forsøg.
Denne undersøgelse blev finansieret af US National Institutes of Health (samarbejdsaftale 1UM1HL134590) i samarbejde med Bill &; Melinda Gates Foundation (OPP1131279). Et tværfagligt, uafhængigt data- og sikkerhedsovervågningsråd (DSMB) udpeget af National Heart, Lung, and Blood Institute (NHLBI) overvåger kvaliteten af dataene og beskytter sikkerheden for patienter, der er indskrevet i HHIN-forsøget. NHLBI DSMB: Nancy R. Cook, Stephen Hecht, Catherine Karr (formand), Joseph Millum, Nalini Sathiakumar, Paul K. Whelton, Gail Weinmann og Thomas Croxton (direktionssekretærer). Programkoordinering: Gail Rodgers, Bill & Melinda Gates Foundation; Claudia L. Thompson, National Institute of Environmental Health Science; Mark J. Parascandola, National Cancer Institute; Marion Koso-Thomas, Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development; Joshua P. Rosenthal, Fogarty Internationale Center; Undfangelse R. Nierras, NIH Office of Strategic Coordination Common Fund; Katherine Kavounis, Dong-Yun Kim, Antonello Punturieri og Barry S. Schmetter, NHLBI.
HAPIN Efterforskere: 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 bander, Ashley Toenjes, Jean Damascene Uwizeyimana, Viviane Valdes, Kayla Valentine, Amit Verma, Lance Waller, Megan Warnock, Wenlu Ye.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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) |
References
- Odo, D. B., Yang, I. A., Knibbs, L. D. A systematic review and appraisal of epidemiological studies on household fuel use and its health effects using demographic and health surveys. International Journal of Environmental Research and Public Health. 18 (4), 1411 (2021).
- Pope, D., et al. Are cleaner cooking solutions clean enough? A systematic review and meta-analysis of particulate and carbon monoxide concentrations and exposures. Environmental Research Letters. 16 (8), 083002 (2021).
- Smith, K. R., Pillarisetti, A. Household air pollution from solid cookfuels and its effects on health. Injury Prevention and Environmental Health. , at https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK525225/ (2017).
- Balakrishnan, K., et al. Air pollution from household solid fuel combustion in India: an overview of exposure and health related information to inform health research priorities. Global Health Action. 4 (1), 5638 (2011).
- Balakrishnan, K., et al. State and national household concentrations of PM2.5 from solid cookfuel use: Results from measurements and modeling in India for estimation of the global burden of disease. Environmental Health. 12 (1), 77 (2013).
- Corsi, D. J., et al. Prospective Urban Rural Epidemiology (PURE) study: Baseline characteristics of the household sample and comparative analyses with national data in 17 countries. American Heart Journal. 166 (4), 636-646 (2013).
- Keller, J. P., et al. A hierarchical model for estimating the exposure-response curve by combining multiple studies of acute lower respiratory infections in children and household fine particulate matter air pollution. Environmental Epidemiology. 4 (6), 119 (2020).
- Arku, R. E., et al. Characterizing exposure to household air pollution within the Prospective Urban Rural Epidemiology (PURE) Study. Environment international. 114, 307-317 (2018).
- Jack, D. W., et al. Ghana randomized air pollution and health study (GRAPHS): study protocol for a randomized controlled trial. Trials. 16 (1), 420 (2015).
- Liang, L., et al. Assessment of personal exposure to particulate air pollution: The first result of City Health Outlook (CHO) project. BMC Public Health. 19 (1), 711 (2019).
- Chowdhury, S., et al. Indian annual ambient air quality standard is achievable by completely mitigating emissions from household sources. Proceedings of the National Academy of Sciences. 116 (22), 10711-10716 (2019).
- Checkley, W., et al. Effects of a household air pollution intervention with liquefied petroleum gas on cardiopulmonary outcomes in Peru. A randomized controlled trial. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 203 (11), 1386-1397 (2021).
- Ranzani, O. T., et al. Association between ambient and household air pollution with carotid intima-media thickness in peri-urban South India: CHAI-Project. International Journal of Epidemiology. 49 (1), 69-79 (2020).
- Ranzani, O. T., et al. Personal exposure to particulate air pollution and vascular damage in peri-urban South India. Environment International. 139, 105734 (2020).
- Balakrishnan, K., et al. Establishing integrated rural-urban cohorts to assess air pollution-related health effects in pregnant women, children and adults in Southern India: an overview of objectives, design and methods in the Tamil Nadu Air Pollution and Health Effects (TAPHE) study. BMJ Open. 5 (6), 008090 (2015).
- Shupler, M., et al. Multinational prediction of household and personal exposure to fine particulate matter (PM2.5) in the PURE cohort study. Environment International. 159, 107021 (2022).
- Smith, K. R. Effect of reduction in household air pollution on childhood pneumonia in Guatemala (RESPIRE): A randomised controlled trial. The Lancet. 378 (9804), 1717-1726 (2011).
- Pillarisetti, A., et al. Patterns of stove usage after introduction of an advanced cookstove: The long-term application of household sensors. Environmental Science and Technology. 48 (24), 14525-14533 (2014).
- Johnson, M. A., et al. Air pollutant exposure and stove use assessment methods for the household air pollution intervention network (HAPIN) trial. Environmental Health Perspectives. 128 (4), 047009 (2020).
- Barr, D. B., Wang, R. Y., Needham, L. L. Biologic monitoring of exposure to environmental chemicals throughout the life stages: requirements and issues for consideration for the National Children's Study. Environmental Health Perspectives. 113 (8), 1083-1091 (2005).
- Puttaswamy, N., et al. Cross-validation of biomonitoring methods for polycyclic aromatic hydrocarbon metabolites in human urine: Results from the formative phase of the household air pollution intervention network (HAPIN) trial in India. Journal of Chromatography B. 1154, 122284 (2020).
- Barr, D. B., et al. Urinary creatinine concentrations in the U.S. population: implications for urinary biologic monitoring measurements. Environmental Health Perspectives. 113 (2), 192-200 (2005).
- McDade, T. W., Williams, S., Snodgrass, J. J. What a drop can do: dried blood spots as a minimally invasive method for integrating biomarkers into population-based research. Demography. 44 (4), 899-925 (2007).
- Sambandam, S., et al. Exposure contrasts associated with a liquefied petroleum gas (LPG) intervention at potential field sites for the multi-country household air pollution intervention network (HAPIN) trial in India: Results from pilot phase activities in rural Tamil Nadu. BMC Public Health. 20 (1), 1799 (2020).
- Clark, S. N., et al. High-resolution spatiotemporal measurement of air and environmental noise pollution in Sub-Saharan African cities: Pathways to equitable health cities study protocol for Accra, Ghana. BMJ Open. 10 (8), 035798 (2020).
- Clasen, T., et al. Design and rationale of the HAPIN study: A multicountry randomized controlled trial to assess the effect of liquefied petroleum gas stove and continuous fuel distribution. Environmental Health Perspectives. 128 (4), 47008 (2020).
- Liao, J., et al. LPG stove and fuel intervention among pregnant women reduce fine particle air pollution exposures in three countries: Pilot results from the HAPIN trial. Environmental Pollution (Barking). 291, 118198 (2021).
- Wilson, D. L., Williams, K. N., Pillarisetti, A. An integrated sensor data logging, survey, and analytics platform for field research and its application in HAPIN, a multi-center household energy intervention trial. Sustainability. 12 (5), 1805 (2020).
- Rooney, B., et al. Impacts of household sources on air pollution at village and regional scales in India. Atmospheric Chemistry and Physics. 19 (11), 7719-7742 (2019).
- Review of the National Ambient Air Quality Standards for Particulate Matter. Environmental Protection Agency. , Available from: https://www.epa.gov (2020).
- Barr, D. B., et al. Design and rationale of the biomarker center of the household air pollution intervention network (HAPIN) trial. Environmental Health Perspectives. 128 (4), 47010 (2020).
- Cross Sectional Assessment Study Appendix D, biologic sample collection and analysis plans. CDC/NCEH. , Available from: https://www.cdc.gov/inceh/clusters/fallon/6_ApdxD_Biomethods.pdf (2022).
- Practical guidance on capillary sampling (finger and heel-prick). World Health Organization. , Available from: https://cdn.who.int/media/docs/default-source/integrated-health-sevices-(his)/injction-safety/job-aids/5card_capillary_web.pdf?sfvrsn=78f3be94_5 (2010).
- WHO guidelines on drawing blood: best practices in phlebotomy. World Health Organization. , Available from: https://apps.who.int/iris/handle/10665/44294 (2010).
- Johnson, M., et al. Exposure contrasts of pregnant women during the household air pollution intervention network randomized controlled trial. Environmental Health Perspectives. 130 (9), 097005 (2022).
- Piedrahita, R., et al. Exposures to carbon monoxide in a cookstove intervention in northern Ghana. Atmosphere. 10 (7), 402 (2019).
- Balakrishnan, K., Cohen, A., Smith, K. R. Addressing the burden of disease attributable to air pollution in india: the need to integrate across household and ambient air pollution exposures. Environmental Health Perspectives. 122 (1), 6-7 (2014).
- CPCB. Air quality monitoring, emission inventory and source apportionment study for Indian cities. Central Pollution Control Board. , Available from: https://www.epa.gov (2011).
- Stove, C. P., Ingels, A. -S. M. E., De Kesel, P. M. M., Lambert, W. E. Dried blood spots in toxicology: from the cradle to the grave. Critical Reviews in Toxicology. 42 (3), 230-243 (2012).
- Grüner, N., Stambouli, O., Ross, R. S. Dried blood spots - preparing and processing for use in immunoassays and in molecular techniques. Journal of Visualized Experiments. (97), e52619 (2015).
- Ostler, M. W., Porter, J. H., Buxton, O. M. Dried blood spot collection of health biomarkers to maximize participation in population studies. Journal of Visualized Experiments. (83), e50973 (2014).
- Shan, M., et al. A feasibility study of the association of exposure to biomass smoke with vascular function, inflammation, and cellular aging. Environmental Research. 135, 165-172 (2014).
