Summary
Wir beschreiben die konsistenten, qualitativ hochwertigen Verfahren, die während der gesamten Luft- und biologischen Probenahmeprozesse an indischen Feldstandorten während einer großen randomisierten kontrollierten Studie verwendet werden. Erkenntnisse, die aus der Überwachung der Anwendung innovativer Technologien gewonnen werden, die für die Expositionsabschätzung in ländlichen Regionen angepasst sind, ermöglichen bessere Felddatenerfassungspraktiken mit zuverlässigeren Ergebnissen.
Abstract
Hier präsentieren wir eine visuelle Darstellung von Standardverfahren zur Erfassung von Daten auf Bevölkerungsebene über die persönliche Exposition gegenüber Luftverschmutzung in Haushalten (HAP) von zwei verschiedenen Studienstandorten in einer ressourcenbeschränkten Umgebung in Tamil Nadu, Indien. Feinstaub PM 2,5 (Partikel mit einem aerodynamischen Durchmesser von weniger als2,5 Mikrometern), Kohlenmonoxid (CO) und Ruß (BC) wurden bei schwangeren Müttern (M), anderen erwachsenen Frauen (OAW) und Kindern (C) zu verschiedenen Zeiten über einen Zeitraum von 4 Jahren gemessen. Darüber hinaus wurden Ofennutzungsüberwachungen (SUMs) mit Thermometern zur Datenprotokollierung und Umgebungsmessungen der Luftverschmutzung durchgeführt. Darüber hinaus wurde die Machbarkeit der Entnahme biologischer Proben (Urin und getrocknete Blutflecken [DBS]) von Studienteilnehmern an den Feldstandorten erfolgreich demonstriert. Basierend auf den Erkenntnissen aus dieser und früheren Studien haben die hier verwendeten Methoden die Datenqualität verbessert und Probleme mit der Luftverschmutzung in Haushalten und der biologischen Probenentnahme in ressourcenbeschränkten Situationen vermieden. Die etablierten Verfahren können ein wertvolles Bildungsinstrument und eine wertvolle Ressource für Forscher sein, die ähnliche Luftverschmutzungs- und Gesundheitsstudien in Indien und anderen Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen (LMICs) durchführen.
Introduction
Weltweit ist die Exposition gegenüber Luftverschmutzung in Haushalten (HAP), hauptsächlich durch das Kochen mit festen Brennstoffen, eine der Hauptursachen für Morbidität und Mortalität 1,2,3. Das Kochen und Heizen mit festen Brennstoffen (Biomasse wie Holz, Mist, Ernterückstände und Kohle) ist in Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen weit verbreitet und wirft verschiedene gesundheitliche, ökologische und wirtschaftliche Probleme auf. PM 2.5 ist ein "stiller Killer", der sowohl im Innen- als auch im Außenbereich auftritt 4,5. Die Luftqualität in Innenräumen in Indien ist oft erheblich schlechter als die Außenluftqualität und hat genug Aufmerksamkeit erregt, um als eine große Gefahr für die Umweltgesundheit angesehen zu werden4. Ein Mangel an messbasierten quantitativen Expositionsdaten hat die Bewertung der globalen Krankheitslast (GBD) im Zusammenhang mit HAP 6,7 behindert.
Die aktuelle Forschung ignoriert oft, dass die Messung von HAP-Expositionen kompliziert ist und von vielen Faktoren abhängt, einschließlich der Art des Brennstoffs, des Ofentyps und einer gemischten Verwendung vieler sauberer und unreiner Öfen, ein Phänomen, das als "Stove Stacking" bekannt ist. Weitere Einflüsse auf die Exposition sind die Menge des verbrauchten Brennstoffs, die Belüftung der Küche, die Verweildauer in der Nähe des Kochherds, das Alter und das Geschlecht8. Der am weitesten verbreitete und wohl beste Indikator für die Exposition gegenüber HAP ist PM2,5; Aufgrund des Mangels an erschwinglichen, benutzerfreundlichen und zuverlässigen Instrumenten war die Messung von Feinstaub (PM2,5) jedoch besonders schwierig.
Verschiedene Studien haben berichtet, dass der Gehalt an einzelnen oder mehreren Luftschadstoffen mit unterschiedlichen Methoden gemessen wurde 8,9,10,11,12. In den letzten Jahren sind relativ kostengünstige Sensoren entstanden, die in der Lage sind, diese Schadstoffe in Innen- und Umgebungsumgebungen zu messen. Allerdings sind aus verschiedenen Gründen nicht alle diese Sensoren für die Feldarbeit geeignet, darunter Wartungskosten, Herausforderungen bei der Bereitstellung, Probleme bei der Vergleichbarkeit mit herkömmlichen Messmethoden, begrenzte personelle Ressourcen zur Validierung dieser Sensoren anhand von Referenzmethoden, die Schwierigkeit regelmäßiger Datenqualitätsprüfungen (über die Cloud) und begrenzte oder keine dezentralen Fehlerbehebungsmöglichkeiten. Viele der Studien mit dieser Art von Messungen haben sie als Proxy für die Exposition oder durch die Kombination von Umweltmessungen mit Expositionsrekonstruktion unter Verwendung von Zeitaktivitätsbewertungen 8,9,12,13,14 verwendet.
Persönliche Überwachung, bei der ein Monitor auf oder von einer Person durch Raum und Zeit getragen wird, kann ihre "wahre" Gesamtexposition besser erfassen. Studien, die die persönliche Exposition messen, kommunizieren oft nur kurz ihre genauen Protokolle, oft in ergänzenden Materialien zu wissenschaftlichen Manuskripten 9,12,13,14,15. Obwohl die in diesen Studien beschriebenen Techniken einen soliden allgemeinen Überblick über die Stichprobenmethodik geben, fehlen häufig die Besonderheiten der Felddatenerhebungsphasen12,16.
Neben den Schadstoffkonzentrationen können in diesen Wohnungen zahlreiche weitere Merkmale überwacht werden. Die Überwachung des Ofenverbrauchs, eine Methode zur Bewertung des Zeitpunkts und der Intensität der Nutzung von Haushaltsenergiegeräten, ist ein wichtiger Bestandteil vieler aktueller Folgenabschätzungen und Expositionsabschätzungen16,17,18,19. Viele dieser Monitore konzentrieren sich auf die Messung der Temperatur an oder in der Nähe der Verbrennungsstelle auf Kochherden. Während Thermoelemente und Thermistoren verwendet werden, fehlt es an Betriebsprotokollen für die Monitore, einschließlich der Frage, wie sie am besten auf Kochherden platziert werden, um die Variabilität der Ofennutzungsmuster zu erfassen.
Das Biomonitoring ist ebenfalls ein wirksames Instrument zur Bewertung von Umweltexpositionen, obwohl mehrere Faktoren die Wahl einer optimalen biologischen Matrix beeinflussen20. Im Idealfall muss die Probenentnahme nicht- oder minimalinvasiv erfolgen. Die angewandten Methoden sollten eine einfache Handhabung, einen nicht restriktiven Versand und eine nicht einschränkende Lagerung, eine gute Übereinstimmung zwischen dem vorgeschlagenen Biomarker und der biologischen Matrix, relativ niedrige Kosten und keine ethischen Bedenken gewährleisten.
Die Entnahme von Urinproben hat einige große Vorteile für das Biomonitoring. Wie bei anderen Probenentnahmetechniken gibt es eine Reihe möglicher Methoden. Das Sammeln von 24-Stunden-Hohlurin kann für die Teilnehmer umständlich sein, was dazu führt, dass die Probenentnahmenicht eingehalten wird 20,21. In solchen Fällen werden Stichproben, Hohlräume am ersten Morgen oder andere "bequeme" Probenahmen empfohlen. Die Menge des gesammelten Urins kann bei der Entnahme von Stichproben ein großer Nachteil sein, was zu einer Variabilität der Konzentrationen endogener und exogener Chemikalien führt. In diesem Fall ist die Anpassung anhand der Kreatininkonzentrationen im Urin eine häufig verwendete Methode zur Korrektur der Verdünnung22.
Eine weitere häufig gesammelte Bioprobe ist venöses Blut. Venöse Blutproben sind für das Biomonitoring oft schwer zu erhalten; Sie sind aufdringlich, angsteinflößend und erfordern eine ordnungsgemäße Probenhandhabung, -lagerung und -transport. Ein alternativer Ansatz mit getrockneten Blutflecken (DBS) kann für die Entnahme von Proben bei Erwachsenen und Kindern für das Biomonitoring nützlich sein23.
Zwischen der einfachen Beschreibung von Feldmethoden und der Veröffentlichung detaillierter, replizierbarer Anweisungen zur Verwendung und zum Einsatz von Monitoren, die die wahre Komplexität der Felddatenerfassung von qualitätsgesicherten Proben widerspiegeln, besteht eine erhebliche Literaturlücke24,25. In einigen Studien wurden Standardarbeitsanweisungen (SOP) für die Messung von Luftschadstoffen (Innen- und Umgebungsluft) und die Überwachung der Ofennutzung beschrieben.
Die wesentlichen Schritte hinter der Feldmessung, der Laborunterstützung und dem Transport von Überwachungsinstrumenten und Proben werden jedoch nur sehr selten beschrieben 8,11,25. Die Herausforderungen und Einschränkungen der feldbasierten Überwachung sowohl in Umgebungen mit hohen als auch mit niedrigen Ressourcen können durch Video angemessen erfasst werden, was schriftliche Arbeitsanweisungen ergänzen und eine direktere Methode bieten könnte, um zu zeigen, wie Geräte und Probenahme- und Analysetechniken durchgeführt werden.
In der randomisierten kontrollierten Studie des Household Air Pollution Intervention Network (HAPIN) verwendeten wir Video- und schriftliche Protokolle, um die Verfahren zur Messung von drei Schadstoffen (PM2,5, CO und BC), zur Überwachung der Ofennutzung und zur Entnahme von Bioproben zu beschreiben. HAPIN beinhaltet die Verwendung harmonisierter Protokolle, die die strikte Einhaltung von SOPs erfordern, um die Datenqualität von Proben zu maximieren, die zu mehreren Zeitpunkten an vier Studienstandorten (in Peru, Ruanda, Guatemala und Indien) gesammelt wurden.
Die Kriterien für das Studiendesign, die Standortauswahl und die Rekrutierung wurden bereitsbeschrieben 24,26. Die HAPIN-Studie wurde in vier Ländern durchgeführt; Clasen et al. beschrieben die Studiensettings im Detail26. Jedes Studienzentrum rekrutierte 800 Haushalte (400 Interventions- und 400 Kontrollpersonen) mit schwangeren Frauen im Alter zwischen 18 und 35 Jahren, die sich in der 9. bis 20. Schwangerschaftswoche befinden, Biomasse zum Kochen zu Hause verwenden und Nichtraucher sind. In einer Untergruppe dieser Haushalte (~120 pro Land) wurden auch andere erwachsene Frauen in diese Studie aufgenommen.
Nach der Rekrutierung wurden insgesamt acht Besuche durchgeführt. Die erste, zu Studienbeginn (BL), trat vor der Randomisierung auf. Die nächsten sieben wurden aufgeteilt in vor der Geburt (in der 24-28. Schwangerschaftswoche [P1], in der 32.-36. Schwangerschaftswoche [P2]), bei der Geburt (B0) und nach der Geburt (3 Monate [B1], 6 Monate [B2], 9 Monate [B3] und 12 Monate [B4]). Für M gab es drei Bewertungen (BL, P1 und P2), für OAWs sechs Bewertungen (BL, P1, P2, B1, B2 und B4) und für C wurden vier Bewertungen (B0, B1, B2 und B4) durchgeführt. Bei B0 wurden Biomarker- und Gesundheitsbewertungen durchgeführt, während beim B3-Besuch nur Gesundheitsbewertungen durchgeführt wurden.
Alle vier Länder folgten identischen Protokollen. In diesem Manuskript beschreiben wir die Schritte, die in Indien befolgt wurden. Die Studie wurde an zwei Standorten in Tamil Nadu durchgeführt: Kallakurichi (KK) und Nagapattinam (NP). Diese Standorte befinden sich zwischen 250 und 500 Kilometer von der Kernforschungseinrichtung am Department of Environmental Health Engineering des Sri Ramachandra Institute of Higher Education and Research (SRIHER) in Chennai, Indien, entfernt. Die Komplexität der Felddatenerfassungsprotokolle erfordert den Einsatz vieler Mitarbeiter mit unterschiedlichen Fähigkeiten und Hintergründen.
Wir präsentieren eine schriftliche und visuelle Darstellung der Schritte, die zur Abschätzung von Mikroumwelt- und persönlichen Expositionsproben bei schwangeren Müttern (M), anderen/älteren erwachsenen Frauen (OAW) und Kindern (C) auf Feinstaub, Kohlenmonoxid (CO) und Ruß (BC) erforderlich sind. Feldprotokolle für (1) die Überwachung der Umgebungsluftqualität mit Referenzmonitoren und kostengünstigen Sensoren, (2) die Langzeitüberwachung der Ofennutzung an konventionellen und Flüssiggasherden und (3) die biologische Probenentnahme (Urin und DBS) für das Biomonitoring werden ebenfalls vorgestellt. Dazu gehören Methoden zum Transport, zur Lagerung und zur Archivierung von Umwelt- und biologischen Proben.
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Protocol
Die institutionelle Ethikkommission des Sri Ramachandra Institute of Higher Education and Research (IEC-N1/16/JUL/54/49), das Emory University Institutional Review Board (00089799) und das Indian Council of Medical Research-Health Ministry Screening Committee (5/8/4-30/(Env)/Indo-US/2016-NCD-I) genehmigten die HAPIN-Studie. Die HAPIN-Studie wird am clinicaltrials.gov als NCT02944682 identifiziert. Von den Studienteilnehmern wurden vor ihrer Teilnahme schriftliche Einverständniserklärungen eingeholt und die Studie nach ethischen Richtlinien durchgeführt.
HINWEIS: Die Fallberichtsformulare (CRF), die während der Probenahme und Datenerhebung verwaltet werden, sind in der RedCap-Datenbank verfügbar, die an der Emory University gespeichert ist, und werden mit der Datenaustauschvereinbarung zwischen allen Mitarbeitern gepflegt, die den Lesern auf Anfrage zur Verfügung gestellt werden kann.
1. Instrumente und Materialien
- Verwenden Sie die folgenden Instrumente für die Überwachung der Luftverschmutzung: eine Mikrowaage für das Wiegen von Filtern, für die Mikroumgebung/persönliche Probenahme-Enhanced Children's MicroPEM (ECM) für PM 2,5, ein optisches Transmissometer für die Messung von Ruß (BC), Datenlogger für CO- und Bluetooth-basierte Beacons, Beacon-Logger für die indirekte Messung von PM 2,5 (bei jedem Besuch-BL, P1, P2, B1, B2 und B4), ein kombinierter gravimetrischer und nephelometrischer Monitor für PM2,5 in der Umgebung Messungen und Temperaturlogger zur Überwachung der Ofennutzung.
- Verwenden Sie die folgenden Instrumente für das Biomonitoring: Kühl- und Impfstoffbeutel für den Versand von Bioproben, Proteinsparkarten, Feuchtigkeitsanzeigekarten, eine Lanzette für Erwachsene, eine Sicherheitslanzette für Säuglinge und Kapillarröhrchen (40 μl).
2. Filterkonditionierung und -verwiegung
- Verwenden Sie saubere, puderfreie Handschuhe, um die Filter zu handhaben. Kontrollieren Sie die Filter (2 μm Porengröße, 15 und 47 mm Durchmesser) mit einem Leuchtkasten auf Beschädigungen und legen Sie die geprüften Filter für 24 h in einen gereinigten Filterhalter in einem klimatisierten Raum (19-23 °C und 35%-45% relative Luftfeuchtigkeit [RH]).
- Legen Sie ein sauberes Stück Folie auf den Schreibtisch und schalten Sie die Mikrowaage ein. Stellen Sie die Skaleneinheit auf Milligramm (0,001 mg) ein und befolgen Sie die interne Kalibrierung.
- Notieren Sie Datum/Uhrzeit, den Namen des Technikers, die relative Luftfeuchtigkeit, die Temperatur, die Filterchargennummer, die Filtergröße und die Filter-ID im Dateneingabeblatt.
- Nehmen Sie den konditionierten Filter und deionisieren Sie für 10 Sekunden. Legen Sie den Filter vorsichtig auf die Wiegeschale und notieren Sie das Gewicht als "Gewicht 1" im CRF (Ergänzende Abbildung 1).
- Entfernen Sie den Filter, legen Sie ihn in eine Petrischale/einen Filterhalter und warten Sie, bis die Waage wieder auf Null steht, bevor Sie den nächsten Filter wiegen.
- Wiederholen Sie die Schritte 2.4 und 2.5 und geben Sie es als "Gewicht 2" in die CRF ein.
3. Mikroumgebung/persönliche Luftprobenahme
HINWEIS: Eine detaillierte Beschreibung der Instrumente und Schritte bei der Probenahme in der Mikroumgebung/persönlichen Luft ist in der ergänzenden Abbildung 2 enthalten.
- Legen Sie die Instrumente zur persönlichen Überwachung in eine Weste (Abbildung 1 Ai) und raten Sie dem Teilnehmer, diese 24 Stunden lang zu tragen, außer beim Baden und Schlafen.
- Weisen Sie die Teilnehmer während des Badens und Schlafens an, die Weste <1 m entfernt auf einem vom Feldteam bereitgestellten maßgeschneiderten Metallständer (Abbildung 1Aii) abzulegen.
- Wählen Sie für die Überwachung der Mikroumgebung einen geeigneten Standort und platzieren Sie die Metallständer bei den Instrumenten (Abbildungen 1C, D; Ergänzungstabelle 1) in 1,5 m Höhe über dem Boden, wenn möglich 1 m von Türen und Fenstern entfernt und 1 m von der Verbrennungszone des Hauptkochfelds entfernt (bei Aufstellung in Küchen).
- Führen Sie eine 5-minütige Begehung im Überwachungsbereich durch und notieren Sie die START- und END-Zeit für alle Überwachungsinstrumente (PM2,5, BC, CO sowie Zeit- und Standortmonitor) in den jeweiligen CRFs.
- Am Entnahmetag (Tag 2, nach 24 h) die Instrumente sammeln, in Alufolie einwickeln und für den Transport zur Außenstelle in eine wiederverschließbare Hülle legen. Legen Sie den ECM-Probenehmer bis zum Entfernen des Filters in die Kühlbox (um die Kühlkette aufrechtzuerhalten).
- PM2,5 Messung
HINWEIS: Verwenden Sie ECM, das sich aufgrund seiner geringen Größe (Höhe: 12 cm; Breite: 6,7 cm) und seines geringen Gewichts (~150 g) gut für diese Anwendung eignet. Das ECM sammelt nephelometrische und gravimetrische Proben mit 0,3 l/min (für bis zu 48 h), indem Luft durch einen Impaktor gesaugt wird, der an einer Kassette mit 15 mm Polytetrafluorethylenfiltern 19,26,27 befestigt ist.- Reinigen Sie alle ECM-Teile (Einlasskopf, Impaktorstücke, U-förmige Kassettenverriegelung) mit einem Alkoholtupfer (70 % Isopropylalkohol) und starten Sie den Probenehmer mit einer ECM-Software (z. B. MicroPEM-Dockingstation).
- Platzieren Sie die Kalibrierkappe über dem Einlass des ECM und schließen Sie einen Durchflussmesser mit HEPA-Filter an die Kalibrierkappe an.
- Drücken Sie nach dem Einrichten der Kalibrierbaugruppe die Starttaste und warten Sie 5 Minuten, bis sie sich stabilisiert hat. Stellen Sie die Durchflussrate ein (innerhalb von 5 % von 0,3 l / min) und zeichnen Sie sie in CRF-H48 auf.
- Schließen Sie den HEPA-Filter direkt an den ECM-Eingang an, stellen Sie den Nephelometer-Offset ein, bis der Wert 0,0 beträgt, und zeichnen Sie den Messwert in CRF-H48 auf.
- Stellen Sie das Programm auf 24 Stunden ein und drücken Sie die Taste Kalibrierwerte senden . Das ECM ist nun bereit für die Bemusterung.
- Lassen Sie die beprobten ECMs nach der Probenahme mindestens 20 Minuten lang bei Raumtemperatur stehen und notieren Sie die Durchflussrate nach der Probenahme in CRF-H48. Laden Sie die ECM-Daten herunter und speichern Sie sie unter Verwendung der Dateinamenskonvention.
- Entfernen Sie den Filter, legen Sie ihn in einen Filterhalter und lagern Sie ihn dann bei -20 °C.
- Messung von Ruß (BC)
- Verwenden Sie ein Transmissometer, um die Lichtdämpfung durch den Filter bei einer Wellenlängevon 880 nm 19,26,27 zu messen.
- Einschalten und 15 min stabilisieren. Stellen Sie sicher, dass die Tonabnehmer der richtigen Größe (d. h. 15- und 47-mm-Kartuschen) sowohl im Blind- als auch im Probenschlitz des BC-Instruments verfügbar sind.
- Führen Sie den Scan an einer Neutraldichte (ND) und einem leeren Filter mit der zugewiesenen ID durch (ergänzende Abbildung 3 und ergänzende Tabelle 2).
- Nachdem Sie den Blindfilter gescannt haben, legen Sie den Laborrohling in den Probenpatronenschlitz über dem Probendiffusor und setzen Sie ihn in Position 2 in den Schlitz des Geräts ein.
- Entfernen Sie den Laborrohling, und setzen Sie den Scan mit Testfiltern und Probenfiltern fort.
- Entfernen Sie nach Abschluss des Filterscans den Filter und geben Sie ihn an die Petrischale/Filterhalter zurück. Wählen Sie die gescannten Daten aus, klicken Sie auf die Schaltfläche " Akzeptieren" und dann auf "Daten speichern ".
- Messung von Kohlenmonoxid (CO)
HINWEIS: Das CO-Instrument ist klein (etwa so groß wie ein großer Stift), kann kontinuierlich für ~ 32.000 Punkte protokollieren, hat einen Bereich von 0-1.000 ppm und wurde zur Bewertung von Expositionen und HAP in verschiedenen anderen Überwachungsbemühungen verwendet 19,26,27.- Starten Sie den CO-Datenlogger und stellen Sie ihn mit der Software für 1 Minute ein. Auf dem Bildschirm wird angezeigt, dass der CO-Logger erfolgreich konfiguriert wurde. Das Gerät ist bereit für die Probenahme.
- Öffnen Sie nach der Probenahme den CO-Logger mit der Software, drücken Sie Stop , um den USB-Datenlogger zu stoppen, und speichern Sie die Daten nach dem Herunterladen.
- Kalibrieren Sie den CO-Logger
- Stellen Sie den CO-Logger mit einer Abtastrate von 1 min ein und platzieren Sie ihn in der Kalibrierbox, wobei die Einlassöffnung der Sensoren zum Lufteinlassanschluss der Kalibrierbox zeigt.
- Stellen Sie für 5 min einen Durchfluss von 2 l/min Nullluft oder Raumluft ein. Notieren Sie sich die Start- und Endzeit. Reduzieren Sie den Luftstrom auf 1 L/min. Notieren Sie sich erneut die Start- und Endzeit.
- Wiederholen Sie den Vorgang mit Kalibriergas (50-150 ppm CO-Standard in Zero-Grade-Luft), gefolgt von Zero-Grade-Luft, wie im vorherigen Schritt beschrieben.
- Laden Sie die kalibrierten Daten in einen bestimmten Ordner herunter. Öffnen Sie die Kalibrierdatendatei und geben Sie die Daten des CO-Logger-Monitors in CRF-H47 ein.
- Zeit- und Ortslogger (TLL)
HINWEIS: Verwenden Sie zwei Arten von Bluetooth-Instrumenten, um die Zeit und den Standort des Kindes zu überwachen. Lassen Sie das Kind eine Weste tragen, die zwei münzgroße Zeit- und Ortsmonitore (TLM) enthält, die mit einem Logger in der Nähe der ECMs und der Probenahmeweste der Mutter verbunden sind, wie in Abbildung 1Aiii gezeigt. Berechnen Sie die Exposition des Kindes, indem Sie die entsprechenden Flächenkonzentrationen über die an diesem Ort verbrachte Zeit integrieren 19,26,27.- Laden Sie die Powerbank auf und stellen Sie sicher, dass der Logger funktioniert, indem Sie ihn anschließen.
- Zeit- und Ortsmonitor (TLM)
- Legen Sie eine CR2032-Batterie in den Monitor ein (die Lichter sollten einige Male blinken, wenn die Batterie über genügend Strom verfügt).
- Drücken Sie beim TLM-Modell "O" auf das Softcover, um ein Klicken zu hören, und ein grünes Licht sollte blinken, um anzuzeigen, dass das TLM jetzt eingeschaltet ist und sein Signal überträgt. Drücken Sie beim TLM-Modell "EM" auf das Softcover, um den ersten Modus einzuschalten (das Licht sollte grün blinken). Drücken Sie erneut, um in den mittleren Modus zu gelangen (das Licht sollte wieder grün blinken).
- Laden Sie nach der Probenahme die Daten vom "Boot"-Laufwerk herunter, das auf der SD-Karte des Loggers angezeigt wird. Kopieren und speichern Sie die Dateien aus dem angegebenen Ordner "TLL".
4. Überwachung der Ofennutzung
- Sammeln Sie Details über das Nutzungsverhalten von Öfen durch Umfragen und den Einsatz objektiver sensorbasierter Maßnahmen. Stellen Sie Temperaturlogger sowohl auf LPG- als auch auf Biomasseöfen18,19,28 auf. Ein detaillierter Überblick über die Instrumente und Schritte, die mit der Überwachung der Ofennutzung der Datenerfassung im Zentrallabor, im Feldlabor und vor Ort verbunden sind, ist in der ergänzenden Abbildung 4 dargestellt.
- Platzieren Sie die Thermoelementsonde in der Nähe der sperrigen Zone des Kochherds, wie in der ergänzenden Abbildung 5 gezeigt, und installieren Sie die Punkte.
- Öffnen Sie die Geocene-App und geben Sie den Namen der Mission, das Probenahmeintervall, die Haushalts-ID, die Ofentypen, die Randomisierungsdetails, die Kampagne, die Tags und die Notizen ein. Klicken Sie auf Neue Mission starten. Notieren Sie die Installationsdetails in CRF-H40.
- Laden Sie alle 2 Wochen die Daten mit der App herunter und übertragen Sie sie über Bluetooth vom Dot zum Cloud-Server. Notieren Sie die Informationen in CRF-H40.
5. Überwachung der Umgebung
HINWEIS: Das Umgebungsgerät PM 2,5 zeichnet PM2,5 in der Luft in Echtzeit auf und verfügt über einen eingebauten 47-mm-Filter, der PM2,5 für die gravimetrische Auswertung 19,26,29 sammeln kann. Ein detaillierter Überblick über die Instrumente und Schritte, die mit der Umgebungsüberwachung der Datenerfassung im Zentrallabor, im Feldlabor und vor Ort verbunden sind, ist in der ergänzenden Abbildung 6 dargestellt.
- Befolgen Sie die US-EPA-Richtlinien30 zur Platzierung des Instruments und des Einlasses: a) >2 m von den Wänden entfernt; b) >10 m von Bäumen entfernt; c) 2-7 m über dem Boden; und d) >2 m von Fahrbahnen.
- Montieren Sie das Umgebungsgerät PM2.5 auf einer Betonplattform mit Erdung. Stellen Sie sicher, dass keine Umgebungsluftverschmutzung vorliegt, und geben Sie die Probenahmedetails in CRF-H46 ein.
- Stellen Sie in der Menüoption das Abtastintervall auf 5 Minuten ein. Notieren Sie sich die Startzeit und führen Sie die Durchflusskalibrierung mit einem Nullfilter durch. Sammeln Sie Echtzeitdaten für 6 Tage.
- Laden Sie am Starttag der gravimetrischen Probenahme die Echtzeitdaten herunter und speichern Sie sie.
- Entfernen Sie den zuvor installierten Nullfilter und reinigen Sie den Filterhalter mit Labortüchern. Setzen Sie einen vorgewogenen Filter ein und füllen Sie CRF-H46 ein.
- Stoppen Sie nach 24 Stunden den Probenehmer und laden Sie die Echtzeitdaten herunter. Notieren Sie die Probenahmeinformationen in CRF-H46. Entfernen Sie den Filter, wickeln Sie ihn mit Alufolie ein und legen Sie ihn während des Kühlkettentransports in einen wiederverschließbaren Beutel.
6. Biomonitoring
- Entnahme, Verarbeitung und Lagerung von Urinproben
HINWEIS: Befolgen Sie die Schritte zum Sammeln von morgendlichen leeren Urinproben im Haus des Teilnehmers gemäß den US-CDC-Richtlinien 19,31,32. Sammeln Sie die Urinproben von schwangeren Müttern (BL-, P1- und P2-Besuche) und anderen erwachsenen Frauen (BL-, P1-, P2-, B1-, B2- und B4-Besuche). bei Kindern (B1-, B2- und B4-Besuche) mit der Verabreichung von CRF-B10 am Tag 2. Einen detaillierten Überblick über die Schritte des Biomonitorings im Zentrallabor, im Feldlabor und vor Ort finden Sie in der ergänzenden Abbildung 7.- Stellen Sie für die Urinprobenentnahme den Urinsammelbecher (M und OAW) an Tag 1 zur Verfügung. Weisen Sie die Mutter an, die Urinprobe des Kindes am Morgen des nächsten Tages in einem Urinbeutel oder direkt in der Tasse zu entnehmen und in einem Impfstoffbeutel aufzubewahren.
- Lagern Sie die gesammelten Urinproben im Feldlabor zwischen 1-8 °C. Tauen Sie den Urinbecher vor dem Aliquotieren auf.
- Um aliquot zu werden, verarbeiten Sie jeweils eine Urinprobe. 2 ml der Probe werden abgesaugt und in zwei 4-ml-Kryobiale, 5 ml in zwei 10-ml-Kryobiale und 15 ml in ein Archivröhrchen gegeben und bei -20 °C gelagert.
- Das gleiche Verfahren der Aliquotierung wird für die Feldleerprobe (Wasser) angewendet.
- DBS-Sammlung, -Trocknung und -Lagerung
HINWEIS: Schulung der Vermessungsingenieure in der Erfassung von DBS durch Fingerstich bei schwangeren Müttern (BL-, P1- und P2-Besuche) und anderen erwachsenen Frauen (BL-, P1-, P2-, B1-, B2- und B4-Besuche) und Fersenstich oder Fingerstich bei Kindern (B0-, B1-, B2- und B4-Besuche) gemäß den Empfehlungender WHO 33,34. Ein detailliertes Verfahren für die DBS-Erhebung von M und OAW ist in Anhang-H des Zusatzdossiers enthalten.- Sammeln Sie für das Kind die Fersenstich-DBS gemäß den WHO-Richtlinien mit den entsprechenden Lanzetten.
- Wählen Sie die linke oder rechte Ferse und wischen Sie die Einstichstelle mit einem Alkoholtupfer ab.
- Halten Sie die Lanzette an der Einstichstelle der Haut in horizontaler Position und stechen Sie sie ein. Wischen Sie nach dem Einstechen den ersten Blutstropfen mit einer sterilen Baumwollgaze ab.
- Platzieren Sie das Kapillarrohr in der Nähe der Einstichstelle auf der Blutschicht und lassen Sie das Blut durch Kapillarwirkung in das Röhrchen fließen.
- Nachdem Sie genügend Blutvolumen in das Kapillarröhrchen gefüllt haben, tragen Sie das Blut sofort im Kreis der Proteinsparkarte auf.
- Lassen Sie die Probe bei Raumtemperatur (über Nacht) in horizontaler Richtung an der Luft trocknen.
- Stellen Sie sicher, dass die Blutflecken eine dunkelbräunliche Farbe haben und keine roten Bereiche sichtbar sind.
- Legen Sie die DBS-Karte nach dem Trocknen in einen wiederverschließbaren Bioprobenbeutel mit Trockenmittel (mindestens zwei Beutel) mit einer Feuchtigkeitsanzeigekarte und lagern Sie sie bei -20 °C.
7. Chain-of-Custody (COC) der beprobten Filter
- Detaillierte Schritte finden Sie in der ergänzenden Datei. Die Schritte zur Erläuterung der Filterkonditionierung sind in Anhang A beschrieben, die Probenahme von PM2,5 in der Mikroumgebung/persönlichen Luft in Anhang B, die BC-Messung in Anhang C, die CO-Messung in Anhang D, die Zeit- und Ortsüberwachung in Anhang E, die Überwachung des Ofeneinsatzes in Anhang F, die Umgebungsüberwachung in Anhang G, das Biomonitoring in Anhang H und der Probentransport in Anhang I . Die Liste der verwendeten CRFs ist in der ergänzenden Tabelle 3 aufgeführt.
HINWEIS: Abbildung 2A zeigt die ECM, die nach der Probenahme entnommen und in Aluminiumfolie eingewickelt wurde. Die eingewickelten Filter wurden in separaten Bioprobenbeuteln verpackt und in Impfstoffbeutel mit einer vorgefrorenen Gelpackung gelegt. Die beprobten Filter wurden in das Feldlabor transportiert (Abbildung 2B). Wie in Abbildung 2C dargestellt, wurden die vom Feldstandort transportierten Filter in einer Tiefkühltruhe (- 20 °C) im Feldlabor gelagert und bis zum Transport zum Zentrallabor ungestört aufbewahrt. Alle 15 bis 30 Tage wurden die Proben auf der Straße zum Zentrallabor transportiert. Die beprobten Filter wurden auf Trockeneis und Gelpacks mit COC verpackt. Nach Erhalt der Proben aus der Außenstelle wurden die Proben mit dem COC abgeglichen und in einer Tiefkühltruhe (-20 °C) archiviert.
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Representative Results
Methoden der Mikroumgebung/persönlichen Luftprobenahme:
Abbildung 1Ai zeigt eine schwangere Mutter, die die maßgeschneiderte Weste während des 24-stündigen Probenahmezeitraums trägt. Die Weste enthält das ECM, den CO-Logger sowie den Zeit- und Ortslogger mit der Powerbank. Es wurde sichergestellt, dass die Teilnehmer die Weste während des gesamten Probenahmezeitraums trugen, außer beim Baden und Schlafen. Der Ständer, der zum Aufhängen der Weste in der Schlafperipherie vorgesehen war, ist in Abbildung 1Aii dargestellt.
Abbildung 1Bi zeigt die Reinigung des ECM-Probenehmers während der Zeit vor und nach der Probenahme und Abbildung 1Bii zeigt die Kalibrierung der ECM im Feldlabor. Vor der Probenahme wurden die Durchflussraten überprüft und die Probenahmedauer festgelegt, und etwaige Abweichungen wurden in der Zeit nach der Probenahme überprüft.
Abbildung 1C zeigt die Platzierung des Instruments (ECM, CO-Logger und TLL) in der Küche (1,5 m Höhe über dem Boden) zur Bereichsüberwachung. Die Instrumente wurden 1 m von der Kochquelle entfernt platziert und installiert. Wenn sich Fenster oder Türen in der Nähe der Quellen befanden, wurden die Instrumente 1 m von diesen Öffnungen entfernt installiert. Abbildung 1D zeigt die Instrumente (ECM, CO-Logger und TLL), die mit einer Powerbank verbunden sind, die (1,5 m Höhe über dem Boden) im Freien im Haus jedes Teilnehmers installiert ist. Die Ergebnisse der mikroökologischen und persönlichen PM2,5 nach diesen Methoden sind bereits veröffentlicht 24,35,36.
Die Daten der CO-Logger-Kalibrierung über 1 Jahr zeigten geringe Fehlfunktionen, wie in der ergänzenden Abbildung 8 gezeigt (die als Kreis dargestellte Legende stellt die Messung der CO-Datenlogger-Messwerte außerhalb des Kalibrierungsbereichs von 0-50 ppm dar)35. Einzelheiten über die Differenz zwischen dem Blind- und dem Probenschlitz der BC-Messung zur Beladung des Filters sind im Zusatzmaterial (Anhang C) angegeben.
Abbildung 1Ei zeigt beschädigte Filter vor dem Vorwägevorgang. Beschädigte und heruntergefallene Filter werden als ungültig gekennzeichnet. Die Filter wurden im Feldlabor erneut überprüft, bevor sie in Luftüberwachungsinstrumente geladen wurden. In ähnlicher Weise wurden die beprobten Filter auf Schäden wie Löcher, Risse, Dehnungen oder Verschiebungen untersucht, wie in Abbildung 1Eii dargestellt. Wenn ein solcher Schaden vorlag, wurde er abgewogen, aber für spätere Analysen nicht als gültig angesehen. DiePM2,5-Masse für jede Probe wurde erhalten, indem die Probenmasse von der mittleren Feldleermasse subtrahiert wurde. Die endgültige PM2,5-Konzentration wurde geschätzt, indem die korrigierten Filtermassen durch die Luftmenge dividiert wurden, die von der Pumpe während des Messintervalls beprobt wurde. Die abgeleiteten Schwellenwerte für eine gültige PM2,5 - und CO-Probenahme sind in Tabelle 1 angegeben. Daten, die innerhalb der Schwellenwerte liegen, werden als gültig erachtet und für die Analyse berücksichtigt.
Überwachung der Ofennutzung
Abbildung 3A zeigt die Kalibrierung von Temperaturloggern, die zunächst auf Eis und dann in heißem Wasser mit Hilfe eines Standard-Temperaturmonitors durchgeführt wurde. Abbildung 3Bi zeigt das regelmäßige Muster von Spitzen, die als gültig angesehen und durch charakteristische Spitzenfarbe (orange) identifiziert werden, wenn der Ofen verwendet wird. Wie in Abbildung 3B gezeigt, wurde das unregelmäßige Muster von Peaks, wie z. B. (ii) Sondenproblem (Aufzeichnung hoher Temperaturen und Messung außerhalb des Temperaturbereichs), (iii) technischer Fehler (Basislinienverschiebung mit negativen Werten) und (iv) Thermoelementproblem, als ungültige Probenahme charakterisiert (keine Aufzeichnungen der Temperaturmessung; Basislinienverschiebung zusammen mit negativen Werten). Der Temperaturlogger, der in verschiedenen Kochherden installiert ist, ist in der ergänzenden Abbildung 5 dargestellt. Die Ergebnisse der Überwachung der Ofennutzung nach dieser Methodik wurden bereits veröffentlicht18,19,36.
Probenahme der Umgebungsluft
Gemäß den US-EPA-Richtlinien (https://www.epa.gov/environmental-topics/air-topics) wurden die Umgebungsprobenehmer an der Spitze eines der ausgewählten Haushalte in jedem repräsentativen HAPIN-India-Standort installiert (Abbildung 4A). Die Probenahmestellen wurden auf der Grundlage der Sicherheit, der Verfügbarkeit von Elektrizität und der Bereitschaft des Teilnehmers, den Monitor zu hosten, ausgewählt. Die Standorte wurden so ausgewählt, dass sie sich in zentralen Bereichen im Verhältnis zu den Clustern der Teilnehmer befinden. Umgebungsproben folgten einem ähnlichen Verfahren der Verpackung und des Versands vom Feldstandort zum Feldlabor zum Zentrallabor. Um zu verhindern, dass Kabel in den falschen Stecker eingesteckt werden, verbinden Sie sich mit dem eindeutigen Pin-Layout, wie in der ergänzenden Abbildung 9 angegeben. Die Ergebnisse der Umgebungsüberwachung (PM2,5), die zwischen 2018 und 2020 gemessen wurden, sind in Abbildung 4B dargestellt. Auch die Ergebnisse der Umgebungsüberwachung mit dieser Methode an anderer Stelle wurden bereits veröffentlicht29.
Biomonitoring
Abbildung 5A zeigt das Aliquotierungsverfahren für den Urin. Die Proben aus dem Feld wurden in Impfstoffkühltaschen gelagert und ins Feldlabor transportiert, wo sie aliquotiert und in einer Tiefkühltruhe (-20 °C) gelagert wurden. Abbildung 5B fasst die COC der Probenentnahme, des Transports und der Lagerung vor Ort zusammen.
Abbildung 5C zeigt die DBS; 5Ci zeigt gültige Stellen vor dem Trocknen und 5Cii zeigt gültige Stellen nach dem Trocknen an. Tabelle 2 fasst das Muster der validen DBS-Sammlung bei Follow-up-Besuchen unter den HAPIN-Teilnehmern (M, OAW, C) zusammen. Die Erfolgsquote beim Sammeln gültiger DBS von Müttern für drei Besuche beträgt 100% (BL), 93% (P1) und 83% (P2). In ähnlicher Weise war der Erfolg der DBS-Sammlung für die OAW bei den ersten drei Besuchen (BL-P2) konstant (100%-72%), reduzierte sich jedoch während der Pandemie und während des Hurrikans Gaja (2018) von B1 auf B4 (45%-35%). Der Erfolg der DBS-Sammlung bei Kindern betrug 72,09% bei der Geburt (B0), 64% bei B1, 62% bei B2 und 45% bei B4.
Abbildung 5D betont, dass die Kühlkette mit Trockeneis die Probenintegrität aufrechterhält. Jeden Monat wurden biologische Proben mit Trockeneis in einer separaten Wärmedämmbox verpackt und mit Temperatur- und relativen Luftfeuchtigkeitsloggern (RH) versandt. Die Korrelationsanalyse des spezifischen Gewichts des Urins, die zwischen dem Feldlabor und dem Zentrallabor gemessen wurde, zeigte eine gute Übereinstimmung, wie in Abbildung 5E gezeigt. Unsere Ergebnisse der Kreuzvalidierung der Biomonitoring-Methode in Urinproben von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffmetaboliten zeigen die Qualitätssicherung (QA)/Qualitätskontrolle (QC) der Probenintegrität21.
Alle Probenahme- und CRF-Daten wurden sicher von SRIHER auf den Server der Emory University hochgeladen. Die Datenübertragung erfolgte täglich, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines Datenverlusts verringert wurde. Die Liste der CRFs, die für die Datenerhebung verwendet werden, ist in der ergänzenden Tabelle 3 aufgeführt. Der Datenerfassungsfluss vom Feldstandort zum Emory-Server ist in der ergänzenden Abbildung 10 dargestellt.
Abbildung 1: Personen- und Mikroumgebungsüberwachung. (A) i) Schwangere Mutter, die die Weste mit Luftprobenahmeinstrumenten (ECM, CO-Logger und TLL) trägt; ii) Metallständer mit der Weste; iii) Kinderweste mit TLM-Einheiten. (B) i) ECM-Reinigung; ii) ECM-Kalibrierung. (C) Überwachung des Küchenbereichs mit ECM, CO-Logger und TLL. (D) Überwachung des Außenbereichs mit ECM, CO-Logger und TLL. (E) i) Beschädigte vorgewogene Filter; ii) Beschädigte beprobte Filter. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 2: Chain-of-Custody von Filtern. (A) Beprobte ECM mit in Aluminiumfolie eingewickelten Filtern. (B) Transport von beprobten Filtern aus den Haushalten der Teilnehmer zum Feldlabor in Impfstoffkühltaschen mit Gelpackungen. (C) Probenfilter, die in einer Tiefkühltruhe (-20 °C) im Feldlabor gelagert werden. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 3: Temperaturlogger zur Überwachung der Ofennutzung . (A) Kalibrierung von Geocene Dot-Temperaturloggern. (B) i) Gültiges Spitzenmuster für die Überwachung der Ofennutzung; ii) Sondenproblem; iii) Technischer Fehler; iv) Problem mit dem Thermoelement. (C) Ofen-Monitoring-Temperatur-Logger. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 4: Umgebungsüberwachung. (A) PM2,5-Umgebungsgerät, das am Feldstandort installiert ist. (B) Zeitreihen von PM2,5-Füllstandsmessungen in der Umgebung (2018-2020). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 5. Biomonitoring - Probenentnahme, -verarbeitung und Qualitätskontrolle. (A) Aliquotierung des Urins. (B) Chain-of-Custody für die Probenentnahme, -lagerung und -transport. (C) Getrockneter Blutfleck: i) vor dem Trocknen; ii) nach dem Trocknen. (D) Kühlkette der Probensendung. (E) QA/QC der Probenintegritätsdaten des spezifischen Gewichts des Urins, gemessen am Feldstandort und im Zentrallabor. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Tabelle 1: Gültige Kriterien für die Probenahmeschwelle von PM2,5 - und CO-Monitoren. Beachten Sie, dass aufgrund der Empfindlichkeit des Beschleunigungsmessers Werte außerhalb der erwarteten Bereiche markiert, aber nicht von den Analysen ausgeschlossen wurden. Bitte klicken Sie hier, um diese Tabelle herunterzuladen.
Tabelle 2: Zusammenfassung der validen DBS-Sammlung unter den Studienteilnehmern. *Während eines Hurrikans (Zyklon) gab es einen Rückgang der DBS-Sammlung. † Während des COVID19-Lockdowns gab es einen Rückgang der DBS-Sammlung. ‡ Während des COVID19-Lockdowns gab es einen Rückgang und die Daten für 2021 sind nicht in der DBS-Erfassung enthalten. Abkürzungen: M = schwangere Mutter; OAW = andere erwachsene Frau; C = Kind. Bitte klicken Sie hier, um diese Tabelle herunterzuladen.
Ergänzende Tabelle 1: Richtlinien für die Installation von Probenehmern für die Mikroumgebungsüberwachung.
Ergänzende Tabelle 2: Unterschied zwischen dem Blindschlitz und dem Probenschlitz zum Beladen des Filters. *Der Diffusor kann nur ausgetauscht werden, wenn sichtbare Schäden vorliegen oder wenn er für ~750-1.000 Filter verwendet wird.
Ergänzende Tabelle 3: Liste der CRFs in Bezug auf Exposition und Biomarker-Probenahme. Die CRFs sind in der RedCap-Datenbank verfügbar, die an der Emory University gespeichert ist, und werden mit der Datenaustauschvereinbarung zwischen allen Mitarbeitern gepflegt, die den Lesern auf Anfrage zur Verfügung gestellt werden kann.
Ergänzende Abbildung 1: Eingabeblatt für die Filterverwiegung. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Ergänzende Abbildung 2. Instrumente und Schritte, die an der Mikroumgebung und der persönlichen Luftprobenahme beteiligt sind. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Ergänzende Abbildung 3: Kartuschen und Filterschlitze. A: Leerer Steckplatz (Position 1); B: Blanke Bodenpatrone, die sowohl den Blank-Diffusor als auch den Blank-Filter in der Patrone enthält; C: Oberteil der leeren Patrone; D: Probenschlitz (Position 2); E: Untere Probenkartusche mit Probendiffusor; F: Oberteil der Probenkartusche. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Ergänzende Abbildung 4: Instrumente und Schritte zur Überwachung der Ofennutzung. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Ergänzende Abbildung 5: Punkte, die in verschiedenen Kochherden installiert sind. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Ergänzende Abbildung 6: Instrumente und Schritte zur Überwachung der Umgebungsluft. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Ergänzende Abbildung 7: Instrumente und Schritte bei der biologischen Probenahme. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Ergänzende Abbildung 8: Zusammenfassung des Kohlenmonoxid (CO)-Datenloggers. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Ergänzende Abbildung 9: Layout des E-Sampler-Steckverbinders. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Ergänzende Abbildung 10: Datenerhebung und -verarbeitung. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Ergänzende Abbildung 11: Verwendung des Impfstoffbeutels. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Ergänzende Abbildung 12: Unterschied zwischen Pelikan und Impfstoffbeutel. Die Temperaturleistung von zwei Kühltaschen (Pelikan vs. Impfstoff) wird mit einem CO-Datenlogger-Monitor für 48 h im Labor bei einer durchschnittlichen Raumtemperatur von 28,3 ± 0,6 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 49,2 % ± 3,6 % getestet. Eine Urinprobe (~60 mL) mit einer Anfangstemperatur von 36,4 °C wurde in zwei Beutel gegeben und 48 h ungestört in einem Lagerraum aufbewahrt. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
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Discussion
In der länderübergreifenden HAPIN-Studie19,24 haben wir Standardverfahren zur Erhebung von Daten auf Bevölkerungsebene zur persönlichen Exposition gegenüber Luftverschmutzung in Haushalten demonstriert und visuell dargestellt. Die hier beschriebenen feldbasierten Methoden zur Probenahme von Umwelt- und Biomarkern sind angemessen und durchführbar, insbesondere in gefährdeten Bevölkerungsgruppen in Umgebungen mit begrenzten Ressourcen, in denen die PM 2,5-Exposition um mehrere Größenordnungen über den Werten der WHO-Luftqualitätsrichtlinie (AQG) liegt (Jahresmittelwert von 5 μg/m3 und 24-Stunden-Mittelwert von 15 μg/m3)37,38.
Die in dieser Studie verwendeten Instrumente wurden in anderen Studien mit unterschiedlichen Probenahmedauern eingesetzt. In Jack et al. wurde CO alle 6 Wochen mit einem leichten CO-Logger-Monitor gemessen, und die PM2,5-Messung (microPEM) wurde bei fast der Hälfte der schwangeren Teilnehmerinnen für 72 Stunden gleichzeitig lokalisiert9. In einer anderen Studie wurden umgebungsbereinigte persönliche Expositionen verwendet, die mit dem Ultrasonic Personal Aerosol Sampler (UPAS) bewertet wurden, um die Unsicherheit bei der Abschätzung der globalen Auswirkungen von HAP auf die Herzgesundheit anhand einer quantitativen Bewertung der PM2,5-Exposition zu beseitigen14.
Die während der HAPIN-Studie angewandten und hier beschriebenen Verfahren können als Richtlinien für die HAP-Überwachung von Personen/Mikroumgebungen in anderen Umgebungen dienen24,26. Das Außendienstteam evaluierte zunächst mögliche Standorte für die Platzierung der Monitore in der Küche, beim Schlafen und an Haushaltsstandorten im Freien. Wenn es keine idealen Bedingungen für die Platzierung der Monitore gab (1,5 m über dem Boden, 1 m vom Ofen und etwaigen Türen und Fenstern entfernt), wurden geeignete Plätze neben dem idealen Probenort ausgewählt35. Dies geschah relativ selten - bei <2% aller gesammelten Proben. Temperaturlogger, die als Herdmonitore verwendet wurden, hatten wasserdichte Abdeckungen, um vor Verschütten bei Küchenaktivitäten wie Kochen und Erhitzen von Wasser zu schützen. Temperaturlogger, die auf Außenöfen angebracht waren, wurden jedoch während des Monsuns und der Überschwemmungen beschädigt (Abbildung 3C).
Die Einhaltung des Tragens der Weste wurde von Feldvermessern am Tag des Entfernens der Monitore (Tag 2) beobachtet. Die über Sensoren bewertete Konformität erwies sich zuweilen als falsch; In einigen Fällen trugen die Teilnehmer den Monitor, saßen aber still und wurden daher als nicht konform gekennzeichnet. Diese Erkennung sensorbasierter Fehlklassifizierungen war nur durch aufmerksame Feldarbeiter möglich. Als zusätzliche Überprüfung enthielten unsere CRFs die von den Teilnehmern gemeldete Compliance.
Die Handhabung von Filtern während der Konditionierung, des Wiegens, der Probenahme (vor und nach der Probenahme), des Transports und der Lagerung im Feld- und Zentrallabor sind kritische Aktivitäten in jeder Phase der Datenerfassung. Nach 24 Stunden Probenahme wurde der persönliche Monitor vollständig mit Aluminiumfolie abgedeckt und in einen Bioprobenbeutel gelegt, um ihn in einer kühlketten- und staubfreien Umgebung zu transportieren. Die aktuelle Studie hat die Verfahren zur Konservierung der Filter von der Wohnung der Teilnehmer über das Feldlabor bis zum Zentrallabor mittels Chain-of-Custody demonstriert.
Bei der biologischen Probenentnahme und dem Transport vom Feld zum Labor zur Analyse werden nur wenige Abweichungen von den erforderlichen Temperaturbedingungen während der Lagerung und des Transports vorhergesagt, was zu fehlerhaften Ergebnissen führen kann. Die Kühltasche, die in den Multi-Country-Installationen verwendet wurde, war in Indien zu teuer. Im Rahmen verschiedener nationaler Programme in Indien wurde die Impfstoffkühltasche häufig für den Transport von Impfstoffen verwendet. Diese Impfstoffbeutel wurden vor Ort zu einem vernünftigen Preis beschafft, fast 30-mal niedriger als die Kühltasche (Ergänzende Abbildung 11). Vor einem Großeinkauf wurde die Versandtemperatur in diesen Impfstoffkühlboxen mit der Kühltasche verglichen, um die Probenintegrität zu gewährleisten (ergänzende Abbildung 12). In Umgebungen mit begrenzten Ressourcen ist es schwierig, biologische Proben zu sammeln und ihre Integrität zu erhalten. Der Transport der Proben in lokal verfügbaren Impfstoffbeuteln vom Wohnort des Teilnehmers zum Feldlabor löste dieses Problem.
Die DBS-Sammlung ist auch bekannt als Flecken von Kapillarblut, das aus einem Finger, einer Ferse oder einem Ohrläppchengewonnen wird 39. Die Verwendung einer DBS-Karte zur Entnahme von Blutproben ist relativ schmerzlos und nicht-invasiv und kann zu Hause des Teilnehmers durch nicht-klinisches, aber geschultes Gesundheitspersonal abgeholt werden. Das auf dem Filterpapier gesammelte Blut lässt sich leicht trocknen und lagern. Ein Tropfen Vollblut nimmt in einer Bandscheibe mit einem Durchmesser von 12,7 mm etwa 50 μlein 23. Der Ringfinger ist in der Regel die bevorzugte Stelle für Erwachsene und ein gängiges Verfahren in der therapeutischen Überwachung. Obwohl die Schritte der DBS-Sammlung für das Biomarker-Screening bei Erwachsenen in früheren Studien visualisiert wurden, wurden die Aufgaben und Mikroschritte, die in ressourcenbeschränkten Umgebungen involviert sind, nicht erfasst40,41. Diese Studie ist unseres Wissens eine der ersten, die DBS von M, OAW und C) desselben Haushaltserfasst 42. In ländlichen Gebieten ist es eine Herausforderung, obwohl das Verfahren minimalinvasiv ist42. Häufige Schulungen für Feldvermesser zum Sammeln gültiger DBS und technische Erläuterungen zur Auswahl der nicht-dominanten Hand, zum Entspannen und Massieren des Arms und zur Auswahl des Ring- oder Mittelfingers spielten eine wichtige Rolle beim Sammeln gültiger DBS33.
In ähnlicher Weise wurde bei Neugeborenen die Kapillarprobenahme durch Fersenstich bei Babys mit einem Gewicht von ~3 bis 10 kg (Geburt bis 6 Monate) und bei Babys mit einem Gewicht von >10 kg durch Fingerstich (über 6 Monate) durchgeführt. Gemäß den WHO-Richtlinien hat die Wahl und Position (Punktion in einem 90°-Winkel parallel zur Ferse) der Lanzette zum Stechen eine wichtige Rolle bei der Erzielung einer ausreichenden Durchblutung, der erfolgreichen Entnahme von DBS und einer etwas kürzeren geschätzten Tiefegespielt 33,34. Die Länge der Klinge in einer Lanzette variiert je nach Hersteller (dh von 0,85 bis 2 mm für Neugeborene). Bei Frühgeborenen wurden Lanzetten für den Fersenstich (0,85 mm x 1,75 mm Tiefe) und Lanzetten für den Fingerstich (1 mm x 2,5 mm Tiefe) bei Babys zwischen 6 Monaten und 8 Jahren verwendet.
Nach dem Fersenstich wurde das Blut mit PTS-Kapillarröhrchen (Ref# 2866) entnommen, um die Probe ohne Gerinnsel in den Blutflecken zu entnehmen und ein Stempeln auf der Proteinsparkarte zu vermeiden. Aufgrund unserer Vorversuche geht man davon aus, dass durch die Platzierung des Kapillarrohrs nach unten das Blut zeitnah und ungehindert aufgrund der gleichmäßigen Oberflächenspannung aufgenommen wird.
Nach der erfolgreichen Entnahme valider DBS von HAPIN-Teilnehmern in beiden Studienzentren wurde die in der Protein-Saver-Karte gesammelte Probe über Nacht bei Raumtemperatur (25 °C) im Feldlabor getrocknet und durch ein abdeckendes Insektennetz sichergestellt, dass die Protein-Saver-Karte frei von Insekten und Stubenfliegen war. Nach dem Trocknen (braune Farbe, Abbildung 5Cii) wurde die DBS-Karte bei -20 °C gelagert.
Während der DBS-Entnahme bei den Teilnehmern zu Hause befand sich das abgefallene Blut innerhalb von 12,7 mm Punkt, aber nach dem Trocknen über Nacht bei Raumtemperatur wurden die beiden einzelnen Flecken an der NP-Stelle verschmolzen. Der beobachtete Unterschied in der NP-Stelle könnte auf die höhere relative Luftfeuchtigkeit zurückzuführen sein, bei der die gesammelten gültigen DBS ungültig wurden, als die beiden einzelnen trockenen Blutflecken verschmolzen wurden. Nach dem harmonisierten DBS-Erhebungsverfahren wurden die Ergebnisse klinischer Biomarker (oxidativer Stress, Entzündung, endotheliale Dysfunktion, Lungenbeleidigung) an verblindeten Proben im LEADER-Labor der Emory University kreuzvalidiert und es wurde festgestellt, dass sie gut übereinstimmen (Daten nicht gezeigt).
Die Entnahme von Bioproben erfordert die strikte Einhaltung der Sicherheitsprotokolle. Während der Pandemiezeit (24. März 2019 bis Juni 2019) wurden gemäß den Empfehlungen der lokalen Regierung zusätzliche Sicherheitsprotokolle durchgeführt. Das Studienpersonal wurde angewiesen, auf Reisen und in den Teilnehmerhäusern persönliche Schutzausrüstung (PSA) wie Handschuhe, Gesichtsmasken, Schutzbrillen und Schürzen zu tragen. Laborkittel waren bei der Arbeit in den Außenstellen obligatorisch, und die Außenstellen waren mit Biosicherheitswerkbänken für den Umgang mit Bioproben ausgestattet. Alle Mitarbeiter wurden in der Verwendung und Identifizierung beschädigter PSA geschult. Die gebrauchten PSA wurden in getrennten Entsorgungsbeuteln gesammelt und in den kooperierenden Gesundheitszentren zur sicheren Entsorgung an die vom State Pollution Control Board genehmigte gemeinsame biomedizinische Abfallentsorgungsanlage übergeben.
Die Aufnahme hochauflösender Videos der Felddatenerfassung, insbesondere in schwierigen ländlichen Umgebungen, wird dazu beitragen, die Schulungslücken bei der Überwachung der Luftverschmutzung und der Felddatenerfassung zu schließen. Insgesamt wurde in jeder Phase der Projektabwicklung die Qualität und Zuverlässigkeit der Datenerfassung sichergestellt. Regelmäßige Schulungen und Umschulungen der Außendienstmitarbeiter stärkten ihre Kapazitäten und ihr Selbstvertrauen und vermieden den teuren Verlust der Probenintegrität. Die verwendeten Methoden sind übertragbar und werden anderen Forschern dabei helfen, Verfahren zur Umweltüberwachung und zur Sammlung von Bioproben in LMICs mit kostengünstigen Strategien einzuführen.
Die Lücken und Herausforderungen, mit denen die HAPIN-Studie konfrontiert ist, insbesondere in ländlichen Gebieten mit begrenzten Ressourcen, werden ebenfalls berichtet. Wir stellen fest, dass umfangreiche Vorarbeiten und Schulungen, über die an anderer Stelle in Veröffentlichungen berichtet wird, die die prägende Arbeit von HAPIN beschreiben, entscheidend waren, um Probleme mit dem Protokoll zu lösen, wie z. B. das Design von Westen für die Probenahme und die Mechanismen für den sicheren Transport von Luftverschmutzung und biologischen Proben. Darüber hinaus wurden in dieser Zeit viele "Wachstumsschmerzen" überwunden, einschließlich der Handhabung der sehr kleinen gravimetrischen 15-mm-ECM-Filter, Techniken zur Platzierung von Ofenüberwachungsgeräten usw.
Besonderes Augenmerk wurde auf den Versand der beprobten Filter, Instrumente und Bioproben aus den Haushalten an das Feldlabor gelegt. Alle Luftprobenahmegeräte, Zubehörteile und Proben wurden durch die Bestandsverwaltung in den Zentral- und Feldlabors verfolgt. Es hat eine rechtzeitige Wartung, Reparatur, den Austausch und die Bewertung von Projektmaterialien ermöglicht, um eine ununterbrochene Datenerfassung zu ermöglichen.
Die hier gezeigten Datenerhebungsmethoden haben sich während des gesamten einjährigen Untersuchungszeitraums als zuverlässig und konsistent erwiesen. Der Einsatz und die Einführung erschwinglicher und intelligenter Technologien kann auf ein zukünftiges Paradigma für randomisierte Kontrollstudien (RCTs) und Expositions-Wirkungs-Studien hinweisen, das eine akzeptable Datenerhebung gewährleistet, um zuverlässige Ergebnisse zu erzielen. Solche Unternehmungen sind nicht ohne Herausforderungen; Wie hier gezeigt, kann jedoch durch Sorgfalt und Überprüfung der etablierten Protokolle sichergestellt werden, dass sich die Außendienstteams an veränderte Umstände anpassen können, sowohl an erwartete (z. B. Unterschiede in der Haushaltskonfiguration) als auch an unerwartete (COVID-19, Hurrikane). Für HAPIN begann dies mit einer praktischen Schulung im Labor und vor Ort, die von Expositions- und Biomarker-Kernexperten vor der Studie durchgeführt wurde. Darüber hinaus wurde während des gesamten Studienzeitraums alle 6 Monate eine Auffrischungsschulung auf verschiedenen Ebenen durchgeführt. Das regelmäßige Coaching erhöhte die Fähigkeit des Teams, Instrumente, Filter und Bioproben effizient zu beproben und zu handhaben. Die Visualisierungs- und Feldprobenahmeverfahren werden ein wertvolles Lehrmittel für Forscher sein, die ähnliche groß angelegte epidemiologische Studien in Indien oder LMICs durchführen.
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Disclosures
*4 Die Ergebnisse und Schlussfolgerungen in diesem Bericht sind die der Autoren und stellen nicht unbedingt die offizielle Position der U.S. National Institutes of Health oder des Department of Health and Human Services oder der Bill and Melinda Gates Foundation dar. Die Förderorganisationen spielten keine Rolle bei der Datenerhebung und Datenanalyse, die in dem Papier vorgestellt wurden.
Acknowledgments
Die Ermittler danken den Mitgliedern des Beratungsausschusses - Patrick Brysse, Donna Spiegelman und Joel Kaufman - für ihre wertvollen Einblicke und Anleitungen während der Durchführung der Studie. Wir möchten auch allen Forschungsmitarbeitern und Studienteilnehmern für ihr Engagement und ihre Teilnahme an dieser wichtigen Studie danken.
Diese Studie wurde von den U.S. National Institutes of Health (Kooperationsvereinbarung 1UM1HL134590) in Zusammenarbeit mit der Bill & Melinda Gates Foundation (OPP1131279) finanziert. Ein multidisziplinäres, unabhängiges Data and Safety Monitoring Board (DSMB), das vom National Heart, Lung, and Blood Institute (NHLBI) ernannt wurde, überwacht die Qualität der Daten und schützt die Sicherheit der Patienten, die an der HAPIN-Studie teilnehmen. NHLBI DSMB: Nancy R. Cook, Stephen Hecht, Catherine Karr (Vorsitzende), Joseph Millum, Nalini Sathiakumar, Paul K. Whelton, Gail Weinmann und Thomas Croxton (Exekutivsekretäre). Programmkoordination: Gail Rodgers, Bill & Melinda Gates Foundation; Claudia L. Thompson, Nationales Institut für Umweltgesundheitswissenschaften; Mark J. Parascandola, Nationales Krebsinstitut; Marion Koso-Thomas, Eunice Kennedy Shriver Nationales Institut für Kindergesundheit und menschliche Entwicklung; Joshua P. Rosenthal, Fogarty Internationales Zentrum; Konzeption R. Nierras, NIH-Büro für strategische Koordinierung Gemeinsamer Fonds; Katherine Kavounis, Dong-Yun Kim, Antonello Punturieri und Barry S. Schmetter, NHLBI.
HAPIN-Ermittler: Vanessa Burrowes, Alejandra Bussalleu, Devan Campbell, Eduardo Canuz, Adly Castañaza, Howard Chang, Yunyun Chen, Marilú Chiang, Rachel Craik, Mary Crocker, Victor Davila-Roman, Lisa de las Fuentes, Oscar De León, Ephrem Dusabimana, Lisa Elon, Juan Gabriel Espinoza, Irma Sayury Pineda Fuentes, Dina Goodman, Meghan Hardison, Stella Hartinger, Phabiola M Herrera, Shakir Hossen, Penelope Howards, Lindsay Jaacks, Shirin Jabbarzadeh, Abigail Jones, Katherine Kearns, Jacob Kremer, Margaret A. Laws, Pattie Lenzen, Jiawen Liao, Fiona Majorin, McCollum, John McCracken, Julia N. McPeek, Rachel Meyers, Erick Mollinedo, Lawrence Moulton, Luke Naeher, Abidan Nambajimana, Florien Ndagijimana, Azhar Nizam, Jean de Dieu Ntivuguruzwa, Aris Papageorghiou, Usha Ramakrishnan, Davis Reardon, Barry Ryan, Sudhakar Saidam, Priya Kumar, Meenakshi Sundaram, Om Prashanth, Jeremy A. Sarnat, Suzanne Simkovich, Sheela S. Sinharoy, Damien Swearing, Ashley Toenjes, Jean Damascene Uwizeyimana, Viviane Valdes, Kayla Valentine, Amit Verma, Lance Waller, Megan Warnock, Wenlu Ye.
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
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