Summary
We beschrijven de consistente, hoogwaardige procedures die worden gebruikt in lucht- en biologische bemonsteringsprocessen op Indiase veldlocaties tijdens een grote gerandomiseerde gecontroleerde studie. Inzichten die zijn verkregen uit het toezicht op toepassingen van innovatieve technologieën, aangepast voor blootstellingsbeoordeling in plattelandsgebieden, maken betere praktijken voor het verzamelen van veldgegevens met betrouwbaardere resultaten mogelijk.
Abstract
Hier presenteren we een visuele weergave van standaardprocedures voor het verzamelen van gegevens op populatieniveau over persoonlijke blootstelling aan huishoudelijke luchtvervuiling (HAP) van twee verschillende onderzoekslocaties in een omgeving met beperkte middelen in Tamil Nadu, India. Fijnstof PM 2,5 (deeltjes kleiner dan2,5 micron in aerodynamische diameter), koolmonoxide (CO) en zwarte koolstof (BC) werden gemeten bij zwangere moeders (M), andere volwassen vrouwen (OAW) en kinderen (C) op verschillende tijdstippen gedurende een periode van 4 jaar. Daarnaast werden kachelgebruiksmonitoring (SUM's) met data-logging thermometers en omgevingsmetingen van luchtvervuiling uitgevoerd. Bovendien werd de haalbaarheid van het verzamelen van biologische monsters (urine en gedroogde bloedvlekken [DBS's]) van studiedeelnemers op de veldlocaties met succes aangetoond. Op basis van bevindingen uit deze en eerdere studies hebben de hier gebruikte methoden de gegevenskwaliteit verbeterd en problemen met huishoudelijke luchtvervuiling en biologische monsterverzameling in situaties met beperkte middelen vermeden. De vastgestelde procedures kunnen een waardevol educatief hulpmiddel en hulpmiddel zijn voor onderzoekers die vergelijkbare luchtvervuilings- en gezondheidsstudies uitvoeren in India en andere lage- en middeninkomenslanden (LMIC's).
Introduction
Wereldwijd is blootstelling aan huishoudelijke luchtvervuiling (HAP), meestal door koken op vaste brandstof, een belangrijke oorzaak van morbiditeit en mortaliteit 1,2,3. Koken en verwarmen met vaste brandstoffen (biomassa, zoals hout, mest, gewasresten en steenkool) is wijdverspreid in lage- en middeninkomenslanden (LMIC's) en levert verschillende gezondheids-, milieu- en economische problemen op. PM 2.5 is een 'sluipmoordenaar', die zowel binnen als buiten voorkomt 4,5. De kwaliteit van de binnenlucht in India is vaak aanzienlijk slechter dan de kwaliteit van de buitenlucht, en het heeft voldoende aandacht gekregen om te worden beschouwd als een groot gevaar voor de gezondheid van het milieu4. Een gebrek aan op metingen gebaseerde kwantitatieve blootstellingsgegevens heeft de evaluaties van de wereldwijde ziektelast (GBD) in verband met HAP 6,7 belemmerd.
Huidig onderzoek negeert vaak dat de meting van HAP-blootstellingen ingewikkeld is en varieert afhankelijk van vele factoren, waaronder brandstoftype, kacheltype en een gemengd gebruik van veel schone en onreine kachels, een fenomeen dat bekend staat als "kachelstapeling". Andere invloeden op de blootstelling zijn de hoeveelheid verbruikte brandstof, keukenventilatieniveaus, de tijdsduur doorgebracht in de buurt van de cookstove, leeftijd en geslacht8. De meest gemeten en misschien wel de beste indicator voor blootstelling aan HAP is PM2,5; door een gebrek aan betaalbare, gebruiksvriendelijke en betrouwbare instrumentatie is het meten van fijnstof (PM2,5) echter bijzonder moeilijk geweest.
Verschillende studies hebben gerapporteerd dat het niveau van enkele of meerdere luchtverontreinigende stoffen wordt gemeten met behulp van verschillende methoden 8,9,10,11,12. In de afgelopen jaren zijn relatief goedkope sensoren in opkomst die deze verontreinigende stoffen in binnen- en omgevingsomgevingen kunnen meten. Niet al deze sensoren zijn echter om verschillende redenen levensvatbaar voor veldwerk, waaronder onderhoudskosten, implementatie-uitdagingen, problemen met de vergelijkbaarheid met conventionele meetmethoden, beperkte personele middelen om deze sensoren te valideren aan de hand van referentiemethoden, de moeilijkheid van regelmatige gegevenskwaliteitscontroles (via de cloud) en beperkte of geen gedecentraliseerde probleemoplossingsfaciliteiten. Veel van de studies met dit soort metingen hebben ze gebruikt als een proxy voor blootstelling of door omgevingsmetingen te combineren met blootstellingsreconstructie met behulp van tijdactiviteitsbeoordelingen 8,9,12,13,14.
Persoonlijke monitoring - waarbij een monitor op of door een individu door ruimte en tijd wordt gedragen - kan hun 'echte' totale blootstelling beter vastleggen. Studies die persoonlijke blootstelling meten, communiceren vaak slechts kort hun exacte protocollen, vaak in aanvullend materiaal bij wetenschappelijke manuscripten 9,12,13,14,15. Hoewel de technieken die in deze studies worden beschreven een solide algemeen gevoel van steekproefmethodologie bieden, ontbreekt het vaak aan de specifieke kenmerken van de veldgegevensverzamelingsfasen12,16.
In deze woningen kunnen tal van aanvullende kenmerken, naast de concentraties van verontreinigende stoffen, worden gecontroleerd. Monitoring van het gebruik van kachels, een methode om de tijd en intensiteit van het gebruik van huishoudelijke energieapparaten te beoordelen, is een belangrijk onderdeel van veel recente effect- en blootstellingsbeoordelingen16,17,18,19. Veel van deze monitoren richten zich op het meten van de temperatuur op of nabij het verbrandingspunt op kookfornuizen. Hoewel thermokoppels en thermistors worden gebruikt, is er een gebrek aan bedieningsprotocollen voor de monitoren, inclusief hoe ze het beste op fornuizen kunnen worden geplaatst om variabiliteit in gebruikspatronen van het fornuis vast te leggen.
Biomonitoring is ook een effectief hulpmiddel voor het evalueren van milieublootstellingen, hoewel verschillende factoren van invloed zijn op de keuze van een optimale biologische matrix20. Onder ideale omstandigheden moet de monsterverzameling niet of minimaal invasief zijn. De gebruikte methoden moeten zorgen voor een gemakkelijke hantering, niet-beperkende verzending en opslag, een goede match tussen de voorgestelde biomarker en de biologische matrix, relatief lage kosten en geen ethische bezwaren.
Het verzamelen van urinemonsters heeft een aantal grote voordelen voor biomonitoring. Net als bij andere technieken voor het verzamelen van monsters bestaat er een reeks mogelijke methoden. Het verzamelen van 24 uur per dag lege urine kan omslachtig zijn voor deelnemers, wat leidt tot niet-naleving van monsterverzameling20,21. In dergelijke gevallen worden spotmonsters, holtes in de eerste ochtend of andere 'handige' monsters aanbevolen. Het volume van de verzamelde urine kan een groot nadeel zijn bij het verzamelen van vlekmonsters, wat leidt tot variabiliteit in de concentraties van endogene en exogene chemicaliën. In dit geval is aanpassing met behulp van urinecreatinineconcentraties een veelgebruikte methode voor verdunningscorrecties22.
Een ander vaak verzameld biospecimen is veneus bloed. Veneuze bloedmonsters zijn vaak moeilijk te verkrijgen voor biomonitoring; Ze zijn opdringerig, angstopwekkend en vereisen de juiste monsterbehandeling, opslag en transport. Een alternatieve aanpak met behulp van gedroogde bloedvlekken (DBS'en) kan nuttig zijn voor het verzamelen van monsters bij volwassenen en kinderen voor biomonitoring23.
Er bestaat een aanzienlijke literatuurkloof tussen de eenvoudige beschrijving van veldmethoden en de publicatie van gedetailleerde, repliceerbare instructies over het gebruik en de implementatie van monitoren die de werkelijke complexiteit van het verzamelen van veldgegevens van kwaliteitsvolle monsters weerspiegelen24,25. Sommige studies hebben standaard operationele procedures (SOP) beschreven voor het meten van luchtverontreinigende stoffen (binnen en omgevingstemperatuur) en het monitoren van het gebruik van kachels.
De essentiële stappen achter de veldmeting, laboratoriumondersteuning en het transport van monitoringinstrumenten en monsters worden echter zeer zelden beschreven 8,11,25. De uitdagingen en beperkingen van veldgebaseerde monitoring in zowel omgevingen met veel als met weinig middelen kunnen goed worden vastgelegd via video, die een aanvulling kan vormen op schriftelijke operationele procedures en een meer directe methode kan bieden om te laten zien hoe apparaten en bemonsterings- en analysetechnieken worden uitgevoerd.
In de gerandomiseerde gecontroleerde studie van het Household Air Pollution Intervention Network (HAPIN) gebruikten we video en geschreven protocollen om de procedures te beschrijven voor het meten van drie verontreinigende stoffen (PM2,5, CO en BC), voor monitoring van het gebruik van kachels en voor het verzamelen van biospecimens. HAPIN omvat het gebruik van geharmoniseerde protocollen die strikte naleving van SOP's vereisen om de gegevenskwaliteit te maximaliseren van monsters die op meerdere tijdstippen zijn verzameld op vier onderzoekslocaties (in Peru, Rwanda, Guatemala en India).
De criteria voor studieopzet, locatieselectie en werving zijn eerder beschreven24,26. De HAPIN-studie werd uitgevoerd in vier landen; Clasen et al. beschreven de onderzoeksinstellingen in detail26. Elke studielocatie rekruteerde 800 huishoudens (400 interventie en 400 controle) met zwangere vrouwen tussen de 18 en 35 jaar, die 9 tot 20 weken zwanger zijn, biomassa gebruiken om thuis te koken en niet-rokers zijn. In een subgroep van deze huishoudens (~ 120 per land) werden ook andere volwassen vrouwen geïncludeerd in deze studie.
Na de rekrutering werden in totaal acht bezoeken afgelegd. De eerste, bij baseline (BL), vond plaats voorafgaand aan randomisatie. De volgende zeven werden opgesplitst door vóór de geboorte (bij 24-28 weken zwangerschap [P1], 32-36 weken zwangerschap [P2]), bij de geboorte (B0) en na de geboorte (3 maanden [B1], 6 maanden [B2], 9 maanden [B3] en 12 maanden [B4]). Voor M waren er drie beoordelingen (BL, P1 en P2), voor OAW's zes beoordelingen (BL, P1, P2, B1, B2 en B4) en voor C werden vier beoordelingen (B0, B1, B2 en B4) uitgevoerd. Bij B0 werden biomarker- en gezondheidsbeoordelingen uitgevoerd, terwijl bij het B3-bezoek alleen gezondheidsbeoordelingen werden uitgevoerd.
Alle vier de landen volgden identieke protocollen. In dit manuscript beschrijven we de stappen die in India zijn gevolgd. De studie werd uitgevoerd op twee locaties in Tamil Nadu: Kallakurichi (KK) en Nagapattinam (NP). Deze locaties bevinden zich tussen 250 en 500 kilometer van de kernonderzoeksfaciliteit van het Department of Environmental Health Engineering aan het Sri Ramachandra Institute of Higher Education and Research (SRIHER) in Chennai, India. De complexiteit van protocollen voor het verzamelen van veldgegevens vereist de inzet van veel personeel met verschillende niveaus van vaardigheden en achtergronden.
We presenteren een geschreven en visuele weergave van de stappen die betrokken zijn bij het schatten van micro-omgevings- en persoonlijke blootstellingsmonsters bij zwangere moeders (M), andere / oudere volwassen vrouwen (OAW) en kinderen (C) aan fijnstof, koolmonoxide (CO) en zwarte koolstof (BC). Veldprotocollen voor (1) bewaking van de luchtkwaliteit met monitoren van referentiekwaliteit en goedkope sensoren, (2) monitoring van het gebruik van kachels op lange termijn op conventionele en vloeibaar petroleumgasfornuizen, en (3) biologische monsterverzameling (urine en DBS'en) voor biomonitoring worden ook gepresenteerd. Dit omvat methoden voor het transporteren, opslaan en archiveren van milieu- en biologische monsters.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
De institutionele ethische commissie van het Sri Ramachandra Institute of Higher Education and Research (IEC-N1/16/JUL/54/49), de Emory University Institutional Review Board (00089799) en de Screeningscommissie van de Indian Council of Medical Research-Health Ministry (5/8/4-30/(Env)/ Indo-US/2016-NCD-I) keurden de HAPIN-studie goed. De HAPIN-studie wordt geïdentificeerd als NCT02944682 op clinicaltrials.gov. Schriftelijke geïnformeerde toestemmingen werden verzameld van de deelnemers aan het onderzoek voorafgaand aan hun deelname en de studie werd uitgevoerd volgens ethische richtlijnen.
OPMERKING: De case report forms (CRF) die tijdens de bemonstering en gegevensverzameling worden beheerd, zijn beschikbaar in de RedCap-database, opgeslagen bij Emory University, en worden onderhouden met de overeenkomst voor het delen van gegevens tussen alle medewerkers, die op verzoek aan de lezers kan worden verstrekt.
1. Instrumenten en materialen
- Gebruik de volgende instrumenten voor het monitoren van luchtvervuiling: een microbalans voor filterweging, voor micro-omgeving/persoonlijke bemonstering - Enhanced Children's MicroPEM (ECM) voor PM 2.5, een optische transmissometer voor zwarte koolstof (BC) meting, dataloggers voor CO en Bluetooth-gebaseerde baken, bakenloggers voor indirecte meting van PM 2.5 (tijdens elk bezoek- BL, P1, P2, B1, B2 en B4), een gecombineerde gravimetrische en nephelometrische monitor voor omgevings-PM2.5 metingen en temperatuurloggers voor het bewaken van het gebruik van de kachel.
- Gebruik de volgende instrumenten voor biomonitoring: koeler- en vaccinzakken voor het verzenden van biospecimens, eiwitbesparingskaarten, vochtigheidsindicatorkaarten, een lancet voor volwassenen, een veiligheidslans voor baby's en capillaire buizen (40 μL).
2. Filterconditionering en weging
- Gebruik schone, poedervrije handschoenen om de filters te hanteren. Controleer de filters (poriegrootte van 2 μm, diameter 15 en 47 mm) op eventuele beschadigingen met behulp van een lichtbak en plaats de gecontroleerde filters in een gereinigde filterhouder in een ruimte met airconditioning (19-23 °C en 35%-45% relatieve vochtigheid [RV]) gedurende 24 uur.
- Leg een schoon stuk folie op het bureau en schakel de microbalans in. Stel de weegschaal in op milligram (0,001 mg) en volg de interne kalibratie.
- Noteer de datum/tijd, de naam van de technicus, de RH, de temperatuur, het lotnummer van het filter, de filtergrootte en de filter-id in het gegevensinvoerblad.
- Neem het geconditioneerde filter en deïoniseer gedurende 10s. Plaats het filter voorzichtig op de weegschaal en noteer het gewicht als "Gewicht 1" in de CRF (aanvullende figuur 1).
- Verwijder het filter, plaats het in een petrischaal/filterhouder en wacht tot de weegschaal weer op nul staat voordat u het volgende filter weegt.
- Herhaal stap 2.4 en 2.5 en voer deze in als "Gewicht 2" in de CRF.
3. Micro-omgeving/persoonlijke luchtbemonstering
OPMERKING: Een gedetailleerd overzicht van de instrumenten en de stappen die betrokken zijn bij micro-omgevings-/persoonlijke luchtbemonstering wordt gegeven in aanvullende figuur 2.
- Voor persoonlijke monitoring, plaats de instrumenten in een vest (figuur 1 Ai) en adviseer de deelnemer om het gedurende 24 uur te dragen, behalve tijdens het baden en slapen.
- Instrueer de deelnemers tijdens het baden en slapen om het vest op <1 m afstand op een aangepaste metalen standaard (figuur 1Aii) te plaatsen die door het veldteam wordt verstrekt.
- Kies voor micro-omgevingsmonitoring een geschikte locatie en plaats de metalen standaards bij de instrumenten (figuren 1C, D; Aanvullende tabel 1) op 1,5 m boven het maaiveld, 1 m afstand van deuren en ramen indien mogelijk, en 1 m afstand van de verbrandingszone van de primaire fornuis (indien geplaatst in keukens).
- Voer een walkthrough van 5 minuten uit in het bewakingsgebied, noteer de START- en EINDTIJD voor alle bewakingsinstrumenten (PM2.5, BC, CO en tijd- en locatiemonitor) in de respectieve CRF's.
- Verzamel en wikkel de instrumenten op de dag van verwijdering (dag 2, na 24 uur) in aluminiumfolie en plaats deze in een hersluitbare hoes voor transport naar het veldkantoor. Plaats de ECM-sampler totdat het filter is verwijderd in de koelbox (om de koudeketen te behouden).
- PM2.5 meting
OPMERKING: Gebruik ECM, dat zeer geschikt is voor deze toepassing vanwege het kleine formaat (hoogte: 12 cm; breedte: 6,7 cm) en het gewicht (~ 150 g). De ECU verzamelt nefelometrische en gravimetrische monsters met 0,3 l/min (gedurende maximaal 48 uur) door lucht aan te zuigen via een botslichaam dat is bevestigd aan een cassette met 15 mm polytetrafluorethyleenfilters 19,26,27.- Reinig alle ECM-onderdelen (inlaatkop, botslichaamstukken, U-vormig cassetteslot) met behulp van een alcoholdoekje (70% isopropylalcohol) en start de sampler met behulp van ECM-software (bijv. MicroPEM-dockingstation).
- Plaats de kalibratiedop over de inlaat van de ECU en sluit een debietmeter met een HEPA-filter aan op de kalibratiedop.
- Nadat u de kalibratieset hebt ingesteld, drukt u op de startknop en wacht u 5 minuten totdat deze is gestabiliseerd. Pas het debiet aan (binnen 5% van 0,3 l/min) en noteer in CRF-H48.
- Sluit het HEPA-filter rechtstreeks aan op de ECM-inlaat, pas de neferometerverschuiving aan totdat de waarde 0,0 is en noteer de meting in CRF-H48.
- Stel het programma in op 24 uur en druk op de knop Kalibratiewaarden verzenden ; de ECU is nu klaar voor bemonstering.
- Laat de bemonsterde ECM's na de bemonstering minimaal 20 minuten op kamertemperatuur staan en noteer het debiet na de bemonstering in CRF-H48. Download en sla de ECM-gegevens op met behulp van de bestandsnaamconventie.
- Verwijder het filter, plaats het in een filterhouder en bewaar het bij -20 °C.
- Zwarte koolstof (BC) meting
- Gebruik een transmissometer om de lichtdemping door het filter te meten bij een golflengtevan 880 nm 19,26,27.
- Schakel in en stabiliseer gedurende 15 minuten. Zorg ervoor dat de cartridges van de juiste grootte (d.w.z. cartridges van 15 en 47 mm) beschikbaar zijn in zowel de blanco- als de samplesleuf van het BC-instrument.
- Voer de scan uit op een neutrale dichtheid (ND) en een leeg filter met de toegewezen ID (aanvullende figuur 3 en aanvullende tabel 2).
- Nadat u het blancofilter hebt gescand, plaatst u de lab-blanco in de sleuf van de monstercartridge boven de monsterdiffuser en plaatst u deze in de sleuf van het instrument op positie 2.
- Verwijder de lege lab en ga verder met de scan met testfilters en voorbeeldfilters.
- Na het voltooien van de filterscan, verwijdert u het filter en brengt u het terug naar de petrischaal/ filterhouders. Selecteer de gescande gegevens, klik op de knop Accepteren en sla de gegevens op.
- Koolmonoxide (CO) meting
OPMERKING: Het CO-instrument is klein (ongeveer zo groot als een grote pen), kan continu loggen voor ~ 32.000 punten, heeft een bereik van 0-1.000 ppm en is gebruikt om blootstellingen en HAP te beoordelen in verschillende andere monitoringinspanningen 19,26,27.- Start en installeer de CO-datalogger gedurende 1 minuut met behulp van de software. Het scherm toont 'CO logger is succesvol geconfigureerd'. Het instrument is klaar voor bemonstering.
- Open na het nemen van de bemonstering de CO-logger met behulp van de software, druk op Stop om de USB-datalogger te stoppen en sla de gegevens op na het downloaden.
- Kalibreer de CO-logger
- Stel de CO-logger in op de bemonsteringsfrequentie van 1 minuut en plaats deze in de kalibratiebox, met de inlaatopening van de sensoren gericht naar de luchtinlaatpoort van de kalibratiebox.
- Stel gedurende 5 minuten een debiet in van 2 L/min nullucht of kamerlucht. Noteer de begin- en eindtijd. Verlaag de luchtstroom tot 1 l/min. Noteer nogmaals de begin- en eindtijd.
- Herhaal de procedure met ijkgas (50-150 ppm standaard van CO in nulwaardige lucht), gevolgd door nulwaardige lucht zoals beschreven in de vorige stap.
- Download de gekalibreerde gegevens naar een specifieke map. Open het kalibratiegegevensbestand en voer de gegevens van de CO-loggermonitor in CRF-H47 in.
- Tijd- en locatielogger (TLL)
OPMERKING: Gebruik twee soorten Bluetooth-instrumenten om de tijd en locatie van het kind te controleren. Laat het kind een vest dragen met twee tijd- en locatiemonitoren (TLM) ter grootte van een muntstuk, gekoppeld aan een logger in de buurt van de ECM's en het bemonsteringsvest van de moeder, zoals weergegeven in figuur 1Aiii. Bereken de blootstelling van het kind door overeenkomstige gebiedsconcentraties te integreren over de tijd die op die locatie wordt doorgebracht 19,26,27.- Laad de powerbank op en zorg ervoor dat de logger werkt door er verbinding mee te maken.
- Tijd- en locatiemonitor (TLM)
- Plaats een CR2032-batterij in de monitor (lampjes moeten een paar keer knipperen als de batterij voldoende stroom heeft).
- Voor het 'O'-model TLM drukt u op de zachte klep om een klik te horen en er moet een groen lampje knipperen, wat aangeeft dat de TLM nu 'AAN' is en het signaal verzendt. Voor het 'EM'-model TLM drukt u op de zachte afdekking om de eerste modus in te schakelen (het lampje moet groen knipperen). Druk nogmaals om in de middelste modus te komen (het lampje moet weer groen knipperen).
- Download na het nemen van monsters de gegevens van de 'boot'-schijf die op de SD-kaart van de logger verschijnt. Kopieer en sla de bestanden op vanuit de opgegeven map 'TLL'.
4. Monitoring van het gebruik van de kachel
- Verzamel details over gebruikspatronen van kachels door middel van enquêtes en de inzet van objectieve sensorgebaseerde maatregelen. Plaats temperatuurloggers op zowel LPG- als biomassakachels18,19,28. Een gedetailleerd overzicht van de instrumentatie en de stappen die betrokken zijn bij de monitoring van het gebruik van kachels van de gegevensverzameling in het centrale laboratorium, het veldlaboratorium en de activiteiten op de veldlocatie worden gegeven in aanvullende figuur 4.
- Plaats de thermokoppelsonde in de buurt van de omslachtige zone van het fornuis, zoals weergegeven in aanvullende figuur 5, en installeer de stippen.
- Open de Geoceen-app en voer de missienaam, het bemonsteringsinterval, de gezins-ID, de kacheltypen, randomisatiedetails, campagne, tags en notities in. Druk op Nieuwe missie starten. Noteer de installatiedetails in CRF-H40.
- Download elke 2 weken de gegevens met behulp van de app en breng deze via Bluetooth over van de Dot naar de cloudserver. Noteer de informatie in CRF-H40.
5. Omgevingsbewaking
OPMERKING: Het ambient PM 2.5-instrument registreert real-time PM2.5 in de lucht en heeft een ingebouwd 47 mm-filter dat PM2.5 kan verzamelen voor gravimetrische evaluatie19,26,29. Een gedetailleerd overzicht van de instrumentatie en de stappen die betrokken zijn bij de omgevingsmonitoring van gegevensverzameling in het centrale laboratorium, het veldlaboratorium en de activiteiten op de veldlocatie worden gegeven in aanvullende figuur 6.
- Volg de Amerikaanse EPA-richtlijnen30 over het instrument en de plaatsing van de inlaat: a) >2 m van muren; b) >10 m van bomen; c) 2-7 m boven de grond; en d) >2 m van wegen.
- Monteer het ambient PM2.5 instrument op een betonnen platform met aarding. Zorg ervoor dat er geen luchtverontreiniging op de achtergrond is en voer de bemonsteringsgegevens in CRF-H46 in.
- Stel in de menuoptie het bemonsteringsinterval in op 5 minuten. Noteer de starttijd en voer stroomkalibratie uit met behulp van een nulfilter. Verzamel real-time data gedurende 6 dagen.
- Download op de startdag van de gravimetrische bemonstering de real-time gegevens en sla deze op.
- Verwijder het eerder geïnstalleerde nulfilter en reinig de filterhouder met laboratoriumdoekjes. Plaats een voorgewogen filter en vul CRF-H46.
- Stop na 24 uur de sampler en download de real-time gegevens. Noteer de bemonsteringsinformatie in CRF-H46. Verwijder het filter, wikkel het met aluminiumfolie en plaats het in een hersluitbare zak tijdens het transport van de koelketen.
6. Biomonitoring
- Verzameling, verwerking en opslag van urinemonsters
OPMERKING: Volg de stappen die betrokken zijn bij het verzamelen van urinemonsters in de ochtend in het huis van de deelnemer volgens de Amerikaanse CDC-richtlijnen 19,31,32. Verzamel de urinemonsters van zwangere moeders (BL-, P1- en P2-bezoeken) en andere volwassen vrouwen (BL-, P1-, P2-, B1-, B2- en B4-bezoeken); bij kinderen (bezoeken aan B1, B2 en B4) met toediening van respectievelijk CRF-B10 op dag 2. Een gedetailleerd overzicht van de stappen die betrokken zijn bij biomonitoring in het centrale lab, het veldlab en de activiteiten op de veldlocatie zijn opgenomen in aanvullende figuur 7.- Zorg voor de urinemonsterverzameling op dag 1 van de urineopvangbeker (M en OAW). Instrueer de moeder ook om het urinemonster van het kind 's ochtends op de volgende dag in een urinezak of rechtstreeks in de beker te verzamelen en in een vaccinzak te bewaren.
- Bewaar in het veldlaboratorium de verzamelde urinemonsters tussen 1-8 °C. Voordat u aliquoteert, ontdooit u de urinebeker.
- Om te aliquoteren, verwerk je één urinemonster per keer. Zuig 2 ml van het monster op en voeg toe aan twee cryovialen van 4 ml, 5 ml aan twee cryovialen van 10 ml, 15 ml aan een archiefbuis en bewaar bij -20 °C.
- Dezelfde procedure van aliquotering wordt gevolgd voor het blanco veldmonster (water).
- DBS verzamelen, drogen en opslaan
OPMERKING: Train de landmeters om DBS'en te verzamelen via vingerprik bij zwangere moeders (BL-, P1- en P2-bezoeken) en andere volwassen vrouwen (BL-, P1-, P2-, B1-, B2- en B4-bezoeken) en hielprik of vingerprik bij kinderen (B0-, B1-, B2- en B4-bezoeken), volgens who-aanbevelingen33,34. Een gedetailleerde procedure voor de DBS-inning van M en OAW is opgenomen in bijlage H.- Voor het kind, verzamel de hielprik DBSs op basis van WHO-richtlijnen, met behulp van de juiste lancetten.
- Kies de linker- of rechterhak en veeg de prikplaats af met een alcoholdoekje.
- Houd de lancet in een horizontale positie op de huidpunctielocatie en prik. Veeg na het prikken de eerste druppel bloed weg met een steriel katoenen gaasje.
- Plaats de capillaire buis in de buurt van de punctieplaats op de laag van het bloed en laat het bloed door capillaire werking in de buis stromen.
- Na het vullen van voldoende bloedvolume in de capillaire buis, breng je het bloed onmiddellijk aan binnen de cirkel van de eiwitbesparingskaart.
- Laat het monster (een nacht) in horizontale richting bij kamertemperatuur aan de lucht drogen.
- Zorg ervoor dat de bloedvlekken een donkerbruine kleur hebben en dat er geen rode gebieden zichtbaar zijn.
- Plaats de DBS-kaart na het drogen in een hersluitbare biomonsterzak met droogmiddel (ten minste twee sachets) met een vochtigheidsindicatorkaart en bewaar deze bij -20 °C.
7. Chain-of-custody (COC) van bemonsterde filters
- Raadpleeg het aanvullend dossier voor gedetailleerde stappen. Stappen ter uitleg van filterconditionering worden beschreven in bijlage A, micro-omgevings-/persoonlijke luchtbemonstering van PM2,5 is aanwezig in bijlage B, BC-meting wordt beschreven in bijlage C, CO-meting in bijlage D, tijd- en locatiebewaking in bijlage E, bewaking van het gebruik van kachels in bijlage F, omgevingsmonitoring in bijlage G, biomonitoring in bijlage H en monstertransport in bijlage I . De lijst van gebruikte CRF's is opgenomen in aanvullende tabel 3.
OPMERKING: Figuur 2A toont de ECU verzameld na bemonstering en verpakt in aluminiumfolie. De verpakte filters werden verpakt in aparte biospecimenzakken en in vaccinzakken met een voorgevroren gelverpakking geplaatst. Bemonsterde filters werden naar het veldlaboratorium vervoerd (figuur 2B). Zoals te zien is in figuur 2C, werden filters die van de veldlocatie werden getransporteerd, opgeslagen in een diepvriezer (- 20 °C) in het veldlaboratorium en ongestoord bewaard totdat ze naar het centrale laboratorium werden vervoerd. Elke 15 tot 30 dagen werden monsters over de weg naar het centrale laboratorium verscheept; bemonsterde filters werden verpakt op droogijs en gelverpakkingen met COC. Na ontvangst van de monsters van het veldkantoor werden de monsters gekruist met het COC en gearchiveerd in een diepvriezer (-20 °C).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Micro-omgeving/persoonlijke luchtbemonsteringsmethoden:
Figuur 1Ai toont een zwangere moeder die het aangepaste vest draagt tijdens de bemonsteringsperiode van 24 uur. Het vest bevat de ECU, CO-logger en tijd- en locatielogger met de powerbank. Er werd voor gezorgd dat de deelnemers het vest gedurende de hele bemonsteringsperiode droegen, behalve tijdens het baden en slapen. De standaard die werd voorzien om het vest binnen de slaaprand te hangen, is weergegeven in figuur 1Aii.
Figuur 1Bi toont het reinigen van de ECM-sampler tijdens de pre- en post-bemonsteringsperiode en Figuur 1Bii toont de kalibratie van ECM in het veldlaboratorium. De stroomsnelheden werden gecontroleerd en de bemonsteringstijd werd voorafgaand aan de bemonstering vastgesteld, en eventuele afwijkingen werden gecontroleerd in de periode na de bemonstering.
Figuur 1C toont de plaatsing van het instrument (ECM, CO-logger en TLL) in de keuken (1,5 m hoogte van de grond) voor gebiedsbewaking. De instrumenten werden op 1 m afstand van de kookbron geplaatst en geïnstalleerd. Wanneer ramen of deuren zich in de buurt van de bronnen bevonden, werden de instrumenten op 1 m afstand van deze openingen geïnstalleerd. Figuur 1D toont de instrumenten (ECM, CO-logger en TLL) die zijn verbonden met een powerbank, geïnstalleerd (1,5 m hoogte van de grond) buiten in het huis van elke deelnemer. De resultaten van micromilieu en persoonlijke PM2.5 volgens deze methodologieën zijn al gepubliceerd 24,35,36.
De gegevens van de kalibratie van de CO-logger gedurende 1 jaar vertoonden lage storingen, zoals weergegeven in aanvullende figuur 8 (legenda weergegeven als een cirkel vertegenwoordigt de meting van de CO-datalogger die buiten het kalibratiebereik van 0-50 ppm wordt gelezen)35. Details over het verschil tussen de blanco- en monstersleuf van BC-meting voor het laden van het filter worden gegeven in het aanvullende materiaal (bijlage C).
Figuur 1Ei illustreert beschadigde filters vóór het voorwegingsproces. Beschadigde en verwijderde filters worden gemarkeerd als ongeldig. Filters werden opnieuw gecontroleerd in het veldlaboratorium voordat ze in luchtbewakingsinstrumenten werden geladen. Evenzo werden bemonsterde filters onderzocht op eventuele schade, zoals gaten, scheuren, uitrekken of losraken, zoals aangegeven in figuur 1Eii. Als er een dergelijke schade bestond, werd deze gewogen, maar niet als geldig beschouwd voor latere analyses. PM2,5 massa voor elk monster werd verkregen door de monstermassa af te trekken van de mediane veldmassa. De uiteindelijke PM2,5-concentratie werd geschat door de blanco gecorrigeerde filtermassa's te delen door de hoeveelheid lucht die tijdens het meetinterval door de pomp werd bemonsterd. De afgeleide drempelcriteria voor geldige PM2,5 - en CO-bemonstering zijn vermeld in tabel 1. Gegevens binnen de drempelcriteria worden als geldig beschouwd en gebruikt voor de analyse.
Bewaking van het gebruik van kachels
Figuur 3A toont de kalibratie van temperatuurloggers, die aanvankelijk op ijs en vervolgens in heet water werd uitgevoerd met behulp van een standaard temperatuurmonitor. Figuur 3Bi toont het regelmatige patroon van pieken die als geldig worden beschouwd en worden geïdentificeerd door karakteristieke piekkleur (oranje) wanneer de kachel wordt gebruikt. Zoals te zien is in figuur 3B, werd het onregelmatige patroon van pieken, zoals (ii) sondeprobleem (hoge temperaturen registreren en meten buiten het temperatuurbereik), (iii) technische fout (basislijnverschuiving met negatieve waarden) en (iv) thermokoppelprobleem, gekarakteriseerd als ongeldige bemonstering (geen records van temperatuurmeting; basislijnverschuiving samen met negatieve waarden). De temperatuurlogger die in verschillende fornuizen is geïnstalleerd, wordt geïllustreerd in aanvullende figuur 5. De resultaten van de monitoring van het kachelgebruik volgens deze methodologie zijn al gepubliceerd18,19,36.
Bemonstering van de omgevingslucht
Met de Amerikaanse EPA-richtlijnen (https://www.epa.gov/environmental-topics/air-topics) werden de omgevingsmonsternemers geïnstalleerd aan de bovenkant van een van de geselecteerde huishoudens in elke representatieve HAPIN-India-locatie (figuur 4A). Bemonsteringslocaties werden gekozen op basis van beveiliging, beschikbaarheid van elektriciteit en bereidheid van de deelnemer om de monitor te hosten. Locaties werden geselecteerd om zich in centrale gebieden te bevinden ten opzichte van clusters van deelnemers. Omgevingsmonsters volgden een vergelijkbare procedure van verpakking en verzending van de veldlocatie naar het veldlaboratorium naar het centrale laboratorium. Om te voorkomen dat kabels op de verkeerde connector worden aangesloten, maakt u verbinding met de unieke pinlay-out zoals aangegeven in aanvullende afbeelding 9. De resultaten van omgevingsmonitoring (PM2,5) gemeten tussen 2018 en 2020 zijn weergegeven in figuur 4B. Ook zijn de resultaten van omgevingsmonitoring met behulp van deze methode elders al gepubliceerd29.
Biomonitoring
Figuur 5A toont de urine-aliquoteringsprocedure. De monsters van de veldlocatie werden opgeslagen in vaccinkoelzakken en vervoerd naar het veldlaboratorium, waar ze werden gealiquoteerd en opgeslagen in een diepvriezer (-20 °C). Figuur 5B geeft een overzicht van de COC voor monsterverzameling, transport en veldopslag.
Figuur 5C toont de DBS'en; 5Ci toont geldige vlekken voor het drogen en 5Cii toont geldige vlekken na het drogen. Tabel 2 geeft een overzicht van het patroon van geldige DBS-verzameling in vervolgbezoeken onder de HAPIN-deelnemers (M, OAW, C). Het slagingspercentage van het verzamelen van geldige DBS'en van moeders voor drie bezoeken is 100% (BL), 93% (P1) en 83% (P2). Evenzo was voor OAW het succes van DBS-verzameling consistent (100% -72%) voor de eerste drie (BL-P2) bezoeken, maar verminderd (45% -35%) van B1 naar B4 tijdens de pandemie en tijdens orkaan Gaja (2018). Het succes van DBS-verzameling bij kinderen was 72,09% bij de geboorte (B0), 64% bij B1, 62% bij B2 en 45% bij B4.
Figuur 5D benadrukt dat de koudeketen met droogijs de integriteit van het monster handhaaft. Elke maand werden biologische monsters verpakt met droogijs in een aparte thermische isolatiedoos en verzonden met temperatuur- en relatieve vochtigheid (RH) loggers. Correlatieanalyse van het soortelijk gewicht in de urine, gemeten tussen het veldlaboratorium en het centrale laboratorium, toonde een goede overeenkomst, zoals weergegeven in figuur 5E. Onze resultaten van de kruisvalidatie van de biomonitoringmethode in urinemonsters van polycyclische aromatische koolwaterstofmetabolieten tonen de kwaliteitsborging (QA) / kwaliteitscontrole (QC) van de integriteit van het monster21.
Alle bemonsterings- en CRF-gegevens werden veilig geüpload van SRIHER naar de server van Emory University. Gegevensoverdracht vond dagelijks plaats, waardoor de kans op gegevensverlies werd verminderd. De lijst van CRF's die voor het verzamelen van gegevens worden gebruikt, is opgenomen in aanvullende tabel 3. De gegevensverzamelingsstroom van de veldsite naar de Emory-server wordt weergegeven in aanvullende figuur 10.
Figuur 1: Persoonlijke en micro-omgevingsmonitoring. (A) i) zwangere moeder die het vest draagt met luchtbemonsteringsinstrumenten (ECM, CO-logger en TLL); ii) Metalen standaard met het vest; iii) Kindervest met TLM-eenheden. b) i) reiniging van de ECM; ii) ECM-kalibratie. (C) Bewaking van de keuken met de ECU, CO-logger en TLL. (D) Bewaking van de buitenruimte met de ECM, CO-logger en TLL. (E) i) beschadigde voorgewogen filters; ii) Beschadigde bemonsterde filters. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2: Chain-of-custody van filters . (A) Bemonsterde ECM met filters verpakt in aluminiumfolie. (B) Vervoer van bemonsterde filters van deelnemende huishoudens naar het veldlaboratorium in vaccinkoelzakken met gelverpakkingen. C) Monsterfilters die in een diepvriezer (-20 °C) in het veldlaboratorium zijn opgeslagen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3: Kachel gebruikt bewakingstemperatuurloggers . (A) Kalibratie van Geocene Dot temperatuurloggers. (B) i) Geldig piekpatroon voor bewaking van het gebruik van kachels; ii) Sondeprobleem; iii) Technische fout; iv) Thermokoppel probleem. (C) Kachel gebruik monitoring-temperatuurloggers. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4: Omgevingsmonitoring. (A) Ambient PM2.5-instrument geïnstalleerd op de locatie van het veld. (B) Tijdreeksen vanpm-niveaumetingen in de omgeving (2018-2020). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 5. Biomonitoring-monsterverzameling, verwerking en kwaliteitscontrole. (A) Urine-aliquotering. B) Chain-of-custody voor het verzamelen, opslaan en vervoeren van monsters. C) gedroogde bloedvlek: i) vóór het drogen; ii) na droging. D) Cold chain-of-custody van monsterzendingen. E) QA/QC van monsterintegriteitsgegevens van het soortelijk gewicht in de urine, gemeten op de locatie in het veld en in het centrale laboratorium. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Tabel 1: Geldige bemonsteringsdrempelcriteria van PM2,5 - en CO-monitoren. Merk op dat vanwege de gevoeligheid van de versnellingsmeter waarden buiten het verwachte bereik werden gemarkeerd, maar niet werden uitgesloten van analyses. Klik hier om deze tabel te downloaden.
Tabel 2: Samenvatting van geldige DBS-verzameling onder de deelnemers aan het onderzoek. *Tijdens een orkaan (cycloon) was er een daling in de DBS-collectie. † Tijdens de COVID19-lockdown was er een daling van de DBS-inzameling. ‡ Tijdens de COVID19-lockdown was er een daling en zijn de gegevens van 2021 niet opgenomen in de DBS-verzameling. Afkortingen: M = zwangere moeder; OAW = andere volwassen vrouw; C = kind. Klik hier om deze tabel te downloaden.
Aanvullende tabel 1: Richtsnoeren voor de installatie van monsternemers voor micromilieumonitoring.
Aanvullende tabel 2: Verschil tussen de lege sleuf en de monstersleuf voor het laden van het filter. * De diffuser kan alleen worden vervangen als er zichtbare schade is of als deze wordt gebruikt voor ~ 750-1.000 filters.
Aanvullende tabel 3: Lijst van CRF's met betrekking tot blootstelling en biomarkerbemonstering. De CRF's zijn beschikbaar in de RedCap-database, opgeslagen bij Emory University, en worden onderhouden met de overeenkomst voor het delen van gegevens tussen alle medewerkers, die op verzoek aan de lezers kan worden verstrekt.
Aanvullende figuur 1: Gegevensinvoerblad voor filterweging. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 2. Instrumenten en stappen die betrokken zijn bij micro-omgeving en persoonlijke luchtbemonstering. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 3: Cartridges en filtersleuven. A: Lege sleuf (positie 1); B: Lege bodemcartridge met zowel de blanco diffuser als het blanco filter in de cartridge; C: Bovenste stuk van de lege cartridge; D: Voorbeeldsleuf (positie 2); E: Onderste monsterpatroon met monsterverspreider; F: Bovenste stuk van de monstercartridge. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 4: Instrumenten en stappen die betrokken zijn bij de monitoring van het kachelgebruik. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 5: Stippen geïnstalleerd in verschillende fornuizen. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 6: Instrumenten en stappen die betrokken zijn bij de monitoring van de omgevingslucht. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 7: Instrumenten en stappen die betrokken zijn bij biologische bemonstering. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 8: Samenvatting van de datalogger van koolmonoxide (CO). Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 9: Lay-out van de E-samplerconnector. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 10: Gegevensverzameling en -verwerking. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 11: Gebruik van de vaccinzak. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 12: Verschil tussen pelikaan en vaccinzak. De temperatuurprestaties van twee koelzakken (pelikaan vs. vaccin) worden getest met behulp van een CO-dataloggermonitor gedurende 48 uur in het laboratorium bij een gemiddelde kamertemperatuur van 28,3 ± 0,6 °C en een RV van 49,2% ± 3,6%. Een urinemonster (~ 60 ml) met een begintemperatuur van 36,4 ° C werd in twee zakken geplaatst en gedurende 48 uur ongestoord in een opslagruimte bewaard. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
We demonstreerden en presenteerden visueel standaardprocedures om gegevens op populatieniveau te verzamelen over persoonlijke blootstelling aan huishoudelijke luchtvervuiling in de HAPIN-studie in meerdere landen19,24. De hier beschreven veldgebaseerde bemonsteringsmethoden voor milieu- en biomarkers zijn geschikt en haalbaar, met name in kwetsbare populaties in omgevingen met beperkte middelen waar de blootstelling aan PM 2,5 enkele ordes van grootte hoger is dan de waarden van de WHO-richtlijn voor luchtkwaliteit (AQG) (jaargemiddelde van 5 μg/m 3 en 24-uursgemiddelde van 15 μg/m3)37,38.
De instrumenten die in deze studie zijn gebruikt, zijn ingezet in andere studies met verschillende bemonsteringsduur. In Jack et al. werd CO elke 6 weken gemeten met behulp van een lichtgewicht CO-loggermonitor en pm2,5-meting (microPEM) werd gedurende 72 uur op bijna de helft van de zwangere deelnemers geplaatst9. Een andere studie gebruikte omgevingsgecorrigeerde persoonlijke blootstellingen beoordeeld met de Ultrasonic Personal Aerosol Sampler (UPAS) om onzekerheid aan te pakken in schattingen van wereldwijde effecten van HAP op de gezondheid van het hart met behulp van een kwantitatieve beoordeling van PM2.5 blootstelling14.
De procedures die tijdens de HAPIN-studie zijn gevolgd en hier worden beschreven, kunnen dienen als richtlijnen voor persoonlijke / micro-omgeving HAP-monitoring in andere instellingen24,26. Het veldteam evalueerde eerst mogelijke locaties voor het plaatsen van de monitoren in de keuken, tijdens het slapen en op locaties in het buitenhuishouden. Wanneer er geen ideale omstandigheden waren voor het plaatsen van de monitoren (1,5 m boven de grond, 1 m afstand van de kachel en eventuele deuren en ramen), werden geschikte plaatsen naast de ideale monsterlocatie gekozen35. Dit kwam relatief zelden voor - in <2% van alle verzamelde monsters. Temperatuurloggers die werden gebruikt als monitoren voor het gebruik van fornuizen hadden waterdichte afdekkingen om te beschermen tegen morsen tijdens keukenactiviteiten, zoals koken en water verwarmen. Temperatuurloggers die op buitenkachels werden geplaatst, werden echter beschadigd tijdens de moesson en overstromingen (figuur 3C).
De naleving van het dragen van het vest werd waargenomen door veldinspecteurs op de dag van het verwijderen van de monitoren (dag 2). De naleving die via sensoren werd beoordeeld, bleek soms onjuist te zijn; In sommige gevallen zouden deelnemers de monitor dragen, maar stil zitten en dus als niet-conform worden gemarkeerd. Deze herkenning van sensorgebaseerde misclassificatie was alleen mogelijk dankzij oplettende veldwerkers. Als extra controle bevatten onze CRF's door de deelnemer gerapporteerde naleving.
De behandeling van filters tijdens conditionering, weging, bemonstering (pre- en post-), transport en opslag in het veld en het centrale laboratorium zijn kritieke activiteiten binnen elke fase van gegevensverzameling. Na 24 uur monstername werd de persoonlijke monitor volledig bedekt met aluminiumfolie en in een biospecimenzak geplaatst om in een koude keten en stofvrije omgeving te vervoeren. De huidige studie heeft de procedures aangetoond voor het bewaren van de filters van het huis van de deelnemers naar het veldlaboratorium naar het centrale laboratorium via chain-of-custody.
Tijdens de biologische monsterverzameling en het transport worden weinig afwijkingen van de vereiste temperatuuromstandigheden tijdens opslag en transport van het veld naar het laboratorium voor analyse voorspeld, wat tot onjuiste resultaten kan leiden. De koeltas die in de meerlandeninstallaties werd gebruikt, was in India te duur. Onder verschillende nationale programma's in India is de vaccinkoeltas op grote schaal gebruikt voor vaccintransport. Deze vaccinzakken werden lokaal verkregen tegen een redelijke prijs, bijna 30 keer lager dan de koeltas (aanvullende figuur 11). Voordat een bulkaankoop werd gedaan, werd de verzendtemperatuur in deze vaccinkoelboxen vergeleken met de koelzak om de integriteit van het monster te waarborgen (aanvullende figuur 12). In omgevingen met beperkte middelen is het moeilijk om biologische monsters te verzamelen en hun integriteit te behouden. Het transporteren van de monsters in lokaal beschikbare vaccinzakken van het huis van de deelnemer naar het veldlaboratorium loste dit probleem op.
DBS-verzameling is ook bekend als vlekken van capillair bloed verkregen uit een vinger, hiel of oorlel39. Het gebruik van een DBS-kaart voor het verzamelen van bloedmonsters is relatief pijnloos en niet-invasief en kan bij de deelnemer thuis worden verzameld door niet-klinisch maar getraind gezondheidspersoneel. Het bloed dat op het filterpapier wordt verzameld, kan gemakkelijk worden gedroogd en opgeslagen. Een druppel volbloed neemt ongeveer 50 μL in beslag in een schijf met een diameter van 12,7 mm23. De ringvinger is meestal de voorkeursplaats voor volwassenen en het is een veel voorkomende procedure bij therapeutische monitoring. Hoewel de stappen die betrokken zijn bij DBS-verzameling voor biomarkerscreening voor volwassenen in eerdere studies werden gevisualiseerd, zijn de taken en microstappen die betrokken zijn bij instellingen met beperkte middelen niet vastgelegd40,41. Deze studie is een van de eerste, voor zover wij weten, om DBS'en van M, OAW en C,) van hetzelfde huishouden vast te leggen42. In landelijke omgevingen is het een uitdaging, hoewel de procedure minimaal invasief is42. Frequente training voor veldmeters over het verzamelen van geldige DBS'en en technische verduidelijkingen over het selecteren van de niet-dominante hand, het ontspannen en masseren van de arm en het selecteren van de ring- of middelvinger speelden een belangrijke rol bij het verzamelen van geldige DBS'en33.
Evenzo werd voor pasgeborenen de capillaire bemonstering via hielprik uitgevoerd voor baby's met een gewicht van ~ 3 tot 10 kg (geboorte tot 6 maanden) en vingerprik in follow-up (meer dan 6 maanden) voor baby's met een gewicht van > 10 kg. Volgens de WHO-richtlijnen heeft de keuze en positie (punctie in een hoek van 90° evenwijdig aan de hiel) van de lancet voor prikken een belangrijke rol gespeeld bij het verkrijgen van voldoende bloedstroom, succesvolle verzameling van DBS'en en een iets kortere geschatte diepte33,34. De lengte van het blad in een lancet varieert per fabrikant (d.w.z. van 0,85-2 mm voor pasgeborenen). Bij premature baby's werden lancetten voor hielprik (0,85 mm x 1,75 mm diepte) en lancetten voor vingerprik (1 mm x 2,5 mm diepte) gebruikt bij baby's tussen 6 maanden en 8 jaar.
Na de hielprik werd het bloed afgenomen met behulp van PTS-capillaire buizen (Ref # 2866) om het monster te verzamelen zonder stolsels in de bloedvlekken en om te voorkomen dat het op de eiwitbesparingskaart werd gestempeld. Op basis van onze voorlopige experimenten wordt aangenomen dat het plaatsen van de capillaire buis naar beneden het bloed onmiddellijk opneemt zonder enige belemmering als gevolg van uniforme oppervlaktespanning.
Na de succesvolle verzameling van geldige DBS'en van HAPIN-deelnemers in beide onderzoekslocaties, werd het monster dat in de eiwitspaarkaart was verzameld 's nachts bij kamertemperatuur (25 ° C) in het veldlaboratorium gedroogd en werd ervoor gezorgd dat de eiwitspaarkaart vrij was van insecten en huisvliegen door een bedekkend insectennet. Na droging (bruine kleur, figuur 5Cii) werd de DBS-kaart bewaard bij -20 °C.
Tijdens de DBS-verzameling bij de deelnemers thuis was het gedaalde bloed binnen 12,7 mm vlek, maar na een nacht drogen bij kamertemperatuur werden de twee afzonderlijke vlekken samengevoegd, op de NP-site. Het waargenomen verschil in de NP-site kan te wijten zijn aan de hogere relatieve vochtigheid, waarbij de verzamelde geldige DBS'en ongeldig werden toen de twee afzonderlijke droge bloedvlekken vergroeid raakten. Volgens de geharmoniseerde DBS-verzamelingsprocedure zijn de resultaten van klinische biomarkers (oxidatieve stress, ontsteking, endotheeldisfunctie, longinsult) kruisgevalideerd op geblindeerde monsters in het LEADER-laboratorium aan de Emory University en bleken ze in goede overeenstemming te zijn (gegevens niet getoond).
Het verzamelen van biospecimens vereist een strikte naleving van veiligheidsprotocollen. Tijdens de pandemieperiode (24 maart 2019 tot juni 2019) werden aanvullende veiligheidsprotocollen uitgevoerd, op advies van de lokale overheid. Het onderzoekspersoneel werd geïnstrueerd om persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM's) te dragen, zoals handschoenen, gezichtsmaskers, brillen en schorten tijdens het reizen en in de huizen van de deelnemers. Labjassen waren verplicht tijdens het werken in veldkantoren en veldkantoren waren uitgerust met bioveiligheidskasten voor het hanteren van biospecimens. Al het personeel kreeg training over het gebruik en de identificatie van beschadigde PBM's. De gebruikte PPE's werden verzameld in afzonderlijke afvalzakken en overhandigd aan de samenwerkende gezondheidscentra voor veilige verwijdering aan de gemeenschappelijke biomedische afvalbeheerfaciliteit die is geautoriseerd door de State Pollution Control Board.
Het vastleggen van video's met hoge resolutie van veldgegevensverzameling, vooral in uitdagende landelijke omgevingen, zal helpen bij het overbruggen van de trainingslacunes in het monitoren van luchtvervuiling en het verzamelen van veldgegevens. Over het algemeen werd in elke fase van de projectuitvoering de kwaliteit en betrouwbaarheid van de gegevensverzameling gewaarborgd. Periodieke trainingen en omscholingen van veldmedewerkers bouwden hun capaciteit en vertrouwen op en vermeden het dure verlies van monsterintegriteit. De gebruikte methoden zijn overdraagbaar en zullen andere onderzoekers helpen bij het toepassen van milieumonitoring- en biospecimenverzamelingsprocedures in LMIC's met behulp van kosteneffectieve strategieën.
De lacunes en uitdagingen waarmee de HAPIN-studie werd geconfronteerd, met name in plattelandsgebieden met beperkte middelen, worden ook gerapporteerd. We merken op dat uitgebreid voorbereidend werk en training, elders gerapporteerd in publicaties over het vormende werk van HAPIN, van cruciaal belang waren voor het oplossen van problemen met het protocol, zoals het ontwerp van vesten voor bemonstering en de mechanismen voor veilig transport van zowel luchtvervuiling als biologische exemplaren. Verder werden in deze periode veel 'groeipijnen' overwonnen, waaronder het hanteren van de zeer kleine 15 mm ECM gravimetrische filters, technieken voor het plaatsen van kachelgebruiksmonitoren, etc.
Speciale aandacht werd besteed aan het verzenden van de bemonsterde filters, instrumenten en biospecimens van huishoudens naar het veldlaboratorium. Alle luchtbemonsteringsapparatuur, accessoires en monsters werden gevolgd via voorraadbeheer in de centrale en veldlaboratoria. Het heeft tijdig onderhoud, reparatie, vervanging en evaluatie van projectbenodigdheden mogelijk gemaakt om ononderbroken gegevensverzameling te bieden.
De hier gedemonstreerde methoden voor het verzamelen van gegevens zijn betrouwbaar en consistent gebleken gedurende de gehele onderzoeksperiode van een jaar. Het gebruik en de toepassing van betaalbare en slimme technologieën kan wijzen op een toekomstig paradigma voor gerandomiseerde controlestudies (RCT's) en blootstellingsresponsstudies, waardoor aanvaardbare gegevensverzameling wordt gegarandeerd om betrouwbare resultaten op te leveren. Dergelijke inspanningen zijn niet zonder uitdagingen; zoals hier echter wordt aangetoond, kunnen zorgvuldigheid en herziening van vastgestelde protocollen ervoor zorgen dat veldteams zich kunnen aanpassen aan veranderende omstandigheden, zowel verwacht (verschillen in huishoudelijke configuraties, bijvoorbeeld) als onverwacht (COVID-19, orkanen). Voor HAPIN begon dit met hands-on training in het laboratorium en het veld dat voorafgaand aan de proef werd geboden door blootstellings- en biomarkerkernexperts. Daarnaast werd eens in de 6 maanden een opfriscursus gegeven op verschillende niveaus gedurende de onderzoeksperiode. De periodieke coaching vergrootte het vermogen van het team om instrumenten, filters en biospecimens efficiënt te bemonsteren en te hanteren. De visualisatie- en veldbemonsteringsprocedures zullen een waardevol educatief hulpmiddel zijn voor onderzoekers die vergelijkbare grootschalige epidemiologische studies uitvoeren in India of LMIC's.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
*4 De bevindingen en conclusies in dit rapport zijn die van de auteurs en vertegenwoordigen niet noodzakelijkerwijs het officiële standpunt van de Amerikaanse National Institutes of Health of het Department of Health and Human Services of de Bill and Melinda Gates Foundation. De financieringsagentschappen hadden geen rol in het verzamelen van gegevens en gegevensanalyse die in de paper worden gepresenteerd.
Acknowledgments
De onderzoekers willen de leden van de adviescommissie - Patrick Brysse, Donna Spiegelman en Joel Kaufman - bedanken voor hun waardevolle inzicht en begeleiding tijdens de uitvoering van het onderzoek. We willen ook alle onderzoeksmedewerkers en studiedeelnemers bedanken voor hun toewijding aan en deelname aan deze belangrijke studie.
Deze studie werd gefinancierd door de Amerikaanse National Institutes of Health (samenwerkingsovereenkomst 1UM1HL134590) in samenwerking met de Bill &; Melinda Gates Foundation (OPP1131279). Een multidisciplinaire, onafhankelijke Data and Safety Monitoring Board (DSMB) aangesteld door het National Heart, Lung, and Blood Institute (NHLBI) bewaakt de kwaliteit van de gegevens en beschermt de veiligheid van patiënten die deelnemen aan de HAPIN-studie. NHLBI DSMB: Nancy R. Cook, Stephen Hecht, Catherine Karr (voorzitter), Joseph Millum, Nalini Sathiakumar, Paul K. Whelton, Gail Weinmann en Thomas Croxton (uitvoerend secretarissen). Programmacoördinatie: Gail Rodgers, Bill & Melinda Gates Foundation; Claudia L. Thompson, Nationaal Instituut voor Milieugezondheidswetenschappen; Mark J. Parascandola, Nationaal Kanker Instituut; Marion Koso-Thomas, Eunice Kennedy Shriver Nationaal Instituut voor Kindergezondheid en Menselijke Ontwikkeling; Joshua P. Rosenthal, Fogarty Internationaal Centrum; Conceptie R. Nierras, NIH Office of Strategic Coordination Common Fund; Katherine Kavounis, Dong- Yun Kim, Antonello Punturieri en Barry S. Schmetter, NHLBI.
HAPIN Onderzoekers: 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.
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).
