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Visualizzazione delle procedure di raccolta dei dati sul campo dell'esposizione e delle valutazioni dei biomarcatori per la sperimentazione della rete di intervento sull'inquinamento atmosferico domestico in India

Published: December 23, 2022 doi: 10.3791/64144
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 3, *4, 5, 3, 6, 6, 5, 6, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 5, 12, 5, 1
1Department of Environmental Health Engineering, ICMR Center for Advanced Research on Air Quality, Climate and Health, Faculty of Public Health, Sri Ramachandra Institute of Higher Education and Research (Deemed University), 2Division of Environmental Health Sciences, University of California, Berkeley, 3Berkeley Air Monitoring Group, 4Division of International Epidemiology and Population Studies, National Institutes of Health, 5Gangarosa Department of Environmental Health, Rollins School of Public Health, Emory University, 6Department of Environmental and Radiological Health Sciences, Colorado State University, 7Department of Biostatistics and Informatics, Rollins School of Public Health, Emory University, 8Department of Disease Control, Faculty of Infectious and Tropical Diseases, London School of Hygiene and Tropical Medicine, 9Department of Global Health & Population, Harvard, T.H. Chan School of Public Health, 10Cardiovascular Division, Washington University School of Medicine, Washington University, 11Centro de Estudios en Salud, Universidad del Valle de Guatemala, 12Division of Pulmonary and Critical Care, School of Medicine, Johns Hopkins University
* These authors contributed equally

Summary

Descriviamo in dettaglio le procedure coerenti e di alta qualità utilizzate durante i processi di campionamento dell'aria e biologici nei siti di campo indiani durante un ampio studio controllato randomizzato. Le conoscenze raccolte dalla supervisione delle applicazioni di tecnologie innovative, adattate per la valutazione dell'esposizione nelle regioni rurali, consentono migliori pratiche di raccolta dei dati sul campo con risultati più affidabili.

Abstract

Qui, presentiamo una rappresentazione visiva delle procedure standard per raccogliere dati a livello di popolazione sulle esposizioni personali all'inquinamento atmosferico domestico (HAP) da due diversi siti di studio in un ambiente limitato di risorse del Tamil Nadu, in India. Il particolato PM 2,5 (particelle più piccole di2,5 micron di diametro aerodinamico), il monossido di carbonio (CO) e il carbonio nero (BC) sono stati misurati in madri incinte (M), altre donne adulte (OAW) e bambini (C) in vari momenti per un periodo di 4 anni. Inoltre, sono stati effettuati il monitoraggio dell'utilizzo delle stufe (SUM) con termometri di registrazione dei dati e misurazioni ambientali dell'inquinamento atmosferico. Inoltre, è stata dimostrata con successo la fattibilità della raccolta di campioni biologici (macchie di urina e sangue secco [DBS]) dai partecipanti allo studio nei siti sul campo. Sulla base dei risultati di questo e di studi precedenti, i metodi utilizzati qui hanno migliorato la qualità dei dati ed evitato problemi con l'inquinamento atmosferico domestico e la raccolta di campioni biologici in situazioni con risorse limitate. Le procedure stabilite possono essere un prezioso strumento educativo e risorsa per i ricercatori che conducono studi simili sull'inquinamento atmosferico e sulla salute in India e in altri paesi a basso e medio reddito (LMIC).

Introduction

A livello globale, l'esposizione all'inquinamento atmosferico domestico (HAP), principalmente dovuto alla cottura a combustibile solido, è una delle principali cause di morbilità e mortalità 1,2,3. La cottura e il riscaldamento con combustibili solidi (biomassa, come legno, letame, residui di colture e carbone) sono diffusi nei paesi a basso e medio reddito (LMIC), ponendo vari problemi sanitari, ambientali ed economici. PM2.5 è un "killer silenzioso", che si verifica sia all'interno che all'esterno 4,5. La qualità dell'aria interna in India è spesso considerevolmente peggiore della qualità dell'aria esterna e ha guadagnato abbastanza attenzione da essere considerata un grave pericolo per la salute ambientale4. La scarsità di dati quantitativi sull'esposizione basati su misurazioni ha ostacolato le valutazioni globali dell'onere della malattia (GBD) connesse con HAP 6,7.

La ricerca attuale spesso ignora che la misurazione delle esposizioni HAP è complicata e varia a seconda di molti fattori, tra cui il tipo di combustibile, il tipo di stufa e un uso misto di molte stufe pulite e sporche, un fenomeno noto come "impilamento della stufa". Altre influenze sull'esposizione includono la quantità di carburante consumato, i livelli di ventilazione della cucina, il tempo trascorso in prossimità del fornello, l'età e il sesso8. Il più ampiamente misurato e probabilmente il miglior indicatore di esposizione all'HAP è il PM2,5; tuttavia, a causa della mancanza di strumentazione economica, facile da usare e affidabile, la misurazione del particolato fine (PM2,5) è stata particolarmente difficile.

Vari studi hanno riportato la misurazione del livello di inquinanti atmosferici singoli o multipli utilizzando metodi diversi 8,9,10,11,12. Negli ultimi anni sono emersi sensori relativamente a basso costo in grado di misurare questi inquinanti in ambienti interni e ambientali. Tuttavia, non tutti questi sensori sono utilizzabili per il lavoro sul campo per vari motivi, tra cui costi di manutenzione, sfide di implementazione, problemi di comparabilità con i metodi di misurazione convenzionali, risorse umane limitate per convalidare questi sensori rispetto ai metodi di riferimento, difficoltà di controlli regolari della qualità dei dati (attraverso il cloud) e strutture di risoluzione dei problemi decentralizzate limitate o assenti. Molti degli studi con questi tipi di misurazioni li hanno utilizzati come proxy per l'esposizione o combinando misurazioni ambientali con la ricostruzione dell'esposizione utilizzando valutazioni dell'attività temporale 8,9,12,13,14.

Il monitoraggio personale, in cui un monitor viene effettuato su o da un individuo attraverso lo spazio e il tempo, può catturare meglio la loro "vera" esposizione totale. Gli studi che misurano l'esposizione personale spesso comunicano solo brevemente i loro protocolli esatti, spesso in materiali supplementari ai manoscritti scientifici 9,12,13,14,15. Sebbene le tecniche descritte in questi studi forniscano un solido senso generale della metodologia di campionamento, vi è spesso un'assenza delle specifiche delle fasi di raccolta dei dati sul campo12,16.

Numerose caratteristiche aggiuntive, oltre alle concentrazioni di inquinanti, possono essere monitorate in queste residenze. Il monitoraggio dell'uso delle stufe, un metodo per valutare il tempo e l'intensità di utilizzo degli elettrodomestici, è una parte importante di molte recenti valutazioni dell'impatto e dell'esposizione16,17,18,19. Molti di questi monitor si concentrano sulla misurazione della temperatura in corrispondenza o vicino al punto di combustione sui fornelli di cottura. Mentre vengono impiegate termocoppie e termistori, mancano protocolli operativi per i monitor, incluso il modo migliore per metterli sui fornelli per catturare la variabilità nei modelli di utilizzo della stufa.

Il biomonitoraggio, allo stesso modo, è uno strumento efficace per valutare le esposizioni ambientali, sebbene diversi fattori influenzino la scelta di una matrice biologica ottimale20. In circostanze ideali, la raccolta del campione deve essere non o minimamente invasiva. I metodi impiegati dovrebbero garantire facilità di manipolazione, spedizione e stoccaggio non restrittivi, una buona corrispondenza tra il biomarcatore proposto e la matrice biologica, un costo relativamente basso e nessuna preoccupazione etica.

La raccolta di campioni di urina presenta alcuni importanti vantaggi per il biomonitoraggio. Come per altre tecniche di raccolta dei campioni, esiste una serie di potenziali metodi. La raccolta di urina vuota di 24 ore può essere ingombrante per i partecipanti, portando alla non aderenza alla raccolta del campione20,21. In questi casi, si raccomandano campioni spot, vuoti del primo mattino o altri campionamenti "convenienti". Il volume di urina raccolta può essere uno dei principali svantaggi quando si raccolgono campioni spot, portando alla variabilità delle concentrazioni di sostanze chimiche endogene ed esogene. In questo caso, l'aggiustamento utilizzando le concentrazioni di creatinina nelle urine è un metodo comunemente usato per le correzioni della diluizione22.

Un altro biospecimen comunemente raccolto è il sangue venoso. I campioni di sangue venoso sono spesso difficili da ottenere per il biomonitoraggio; Sono invadenti, inducono paura e richiedono un'adeguata gestione, conservazione e trasporto dei campioni. Un approccio alternativo che utilizza macchie di sangue secco (DBS) può essere utile per raccogliere campioni negli adulti e nei bambini per il biomonitoraggio23.

Esiste un sostanziale divario nella letteratura tra la semplice descrizione dei metodi di campo e la pubblicazione di istruzioni dettagliate e replicabili sull'uso e la distribuzione dei monitor che riflettono la reale complessità della raccolta dei dati sul campo di campioni di qualità garantita24,25. Alcuni studi hanno delineato procedure operative standard (SOP) per la misurazione degli inquinanti atmosferici (interni e ambientali) e il monitoraggio dell'uso della stufa.

Tuttavia, i passaggi essenziali dietro la misurazione sul campo, il supporto di laboratorio e il trasporto di strumenti di monitoraggio e campioni sono descritti molto raramente 8,11,25. Le sfide e i limiti del monitoraggio sul campo in contesti ad alte e basse risorse possono essere adeguatamente catturati attraverso video, che potrebbero integrare le procedure operative scritte e fornire un metodo più diretto per mostrare come vengono eseguiti i dispositivi e le tecniche di campionamento e analisi.

Nello studio controllato randomizzato Household Air Pollution Intervention Network (HAPIN), abbiamo utilizzato protocolli video e scritti per descrivere le procedure per misurare tre inquinanti (PM2.5, CO e BC), per il monitoraggio dell'uso della stufa e per la raccolta di campioni biologici. HAPIN prevede l'utilizzo di protocolli armonizzati che richiedono una stretta aderenza alle SOP per massimizzare la qualità dei dati da campioni raccolti in più punti temporali in quattro siti di studio (in Perù, Ruanda, Guatemala e India).

I criteri per la progettazione dello studio, la selezione del sito e il reclutamento sono descritti in precedenza24,26. Lo studio HAPIN è stato condotto in quattro paesi; Clasen et al. hanno descritto le impostazioni dello studio in dettaglio26. Ogni sito di studio ha reclutato 800 famiglie (400 interventi e 400 di controllo) con donne incinte di età compresa tra 18 e 35 anni, che hanno da 9 a 20 settimane di gestazione, usano la biomassa per cucinare a casa e sono non fumatori. In un sottogruppo di queste famiglie (~ 120 per paese), anche altre donne adulte sono state arruolate in questo studio.

Dopo il reclutamento, sono state effettuate un totale di otto visite. Il primo, al basale (BL), si è verificato prima della randomizzazione. I successivi sette sono stati divisi prima della nascita (a 24-28 settimane di gestazione [P1], 32-36 settimane di gestazione [P2]), alla nascita (B0) e dopo la nascita (3 mesi [B1], 6 mesi [B2], 9 mesi [B3] e 12 mesi [B4]). Per M, ci sono state tre valutazioni (BL, P1 e P2), per OAW, sei valutazioni (BL, P1, P2, B1, B2 e B4) e per C sono state eseguite quattro valutazioni (B0, B1, B2 e B4). A B0 sono state effettuate valutazioni di biomarcatori e salute, mentre solo valutazioni sanitarie sono state effettuate alla visita B3.

Tutti e quattro i paesi hanno seguito protocolli identici. In questo manoscritto, descriviamo i passi seguiti in India. Lo studio è stato condotto in due località del Tamil Nadu: Kallakurichi (KK) e Nagapattinam (NP). Questi siti si trovano tra 250 e 500 chilometri dalla struttura di ricerca principale presso il Dipartimento di Ingegneria della Salute Ambientale presso lo Sri Ramachandra Institute of Higher Education and Research (SRIHER) a Chennai, in India. La complessità dei protocolli di raccolta dei dati sul campo richiede l'impiego di molto personale con diversi livelli di competenze e background.

Presentiamo una rappresentazione scritta e visiva dei passaggi coinvolti nella stima di campioni di esposizione micro-ambientale e personale in madri incinte (M), donne adulte altre / anziane (OAW) e bambini (C) a particolato fine, monossido di carbonio (CO) e carbonio nero (BC). Vengono inoltre presentati protocolli sul campo per (1) monitoraggio della qualità dell'aria ambiente con monitor di riferimento e sensori a basso costo, (2) monitoraggio dell'uso a lungo termine delle stufe su stufe a gas di petrolio convenzionali e liquefatte e (3) raccolta di campioni biologici (urina e DBS) per il biomonitoraggio. Ciò include metodi per il trasporto, la conservazione e l'archiviazione di campioni ambientali e biologici.

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Protocol

Il Comitato etico istituzionale presso lo Sri Ramachandra Institute of Higher Education and Research (IEC-N1/16/JUL/54/49), l'Emory University Institutional Review Board (00089799) e l'Indian Council of Medical Research-Health Ministry Screening Committee (5/8/4-30/(Env)/ Indo-US/2016-NCD-I) hanno approvato lo studio HAPIN. Lo studio HAPIN è identificato come NCT02944682 su clinicaltrials.gov. I consensi informati scritti sono stati raccolti dai partecipanti allo studio prima della loro partecipazione e lo studio è stato condotto secondo le linee guida etiche.

NOTA: I moduli di segnalazione dei casi (CRF) somministrati durante il campionamento e la raccolta dei dati sono disponibili nel database RedCap, conservato presso la Emory University, e sono mantenuti con l'accordo di condivisione dei dati tra tutti i collaboratori, che può essere fornito ai lettori su richiesta.

1. Strumenti e materiali

  1. Utilizzare i seguenti strumenti per il monitoraggio dell'inquinamento atmosferico: una microbilancia per la pesatura dei filtri, per il microambiente/campionamento personale-MicroPEM per bambini potenziato (ECM) per PM 2,5, un trasmissometro ottico per la misurazione del carbonio nero (BC), registratori di dati per CO e beacon basati su Bluetooth, beacon logger per la misurazione indiretta di PM 2,5 (durante ogni visita: BL, P1, P2, B1, B2 e B4), un monitor gravimetrico e nefelometrico combinato per PM ambientale2,5 misurazioni e registratori di temperatura per il monitoraggio dell'utilizzo della stufa.
  2. Utilizzare i seguenti strumenti per il biomonitoraggio: refrigeratore e sacche per il vaccino per la spedizione di campioni biologici, schede di risparmio proteico, schede di indicatori di umidità, una lancetta per adulti, una lancetta di sicurezza infantile e tubi capillari (40 μL).

2. Condizionamento e pesatura del filtro

  1. Utilizzare guanti puliti e privi di polvere per maneggiare i filtri. Controllare i filtri (dimensione dei pori 2 μm, diametro 15 e 47 mm) per eventuali danni utilizzando una lightbox e posizionare i filtri controllati in un portafiltro pulito in una stanza climatizzata (19-23 °C e 35% -45% di umidità relativa [RH]) per 24 ore.
  2. Posizionare un pezzo di pellicola pulito sulla scrivania e accendere la microbilancia. Impostare l'unità di scala su milligrammi (0,001 mg) e seguire la calibrazione interna.
  3. Registrare la data/ora, il nome del tecnico, l'umidità relativa, la temperatura, il numero di lotto del filtro, le dimensioni del filtro e l'ID del filtro nel foglio di immissione dati.
  4. Prendi il filtro condizionato e deionizza per 10 secondi. Posizionare con attenzione il filtro sul vassoio di pesata e registrare il peso come "Peso 1" nel CRF (Figura supplementare 1).
  5. Rimuovere il filtro, metterlo in una capsula di Petri/portafiltro e attendere che la bilancia torni a zero prima di pesare il filtro successivo.
  6. Ripetere i passaggi 2.4 e 2.5 e inserirlo come "Peso 2" nel CRF.

3. Microambiente/campionamento personale dell'aria

NOTA: Una descrizione dettagliata della strumentazione e delle fasi coinvolte nel microambiente/campionamento personale dell'aria è fornita nella figura supplementare 2.

  1. Per il monitoraggio personale, posizionare gli strumenti in un giubbotto (Figura 1 Ai) e consigliare al partecipante di indossarlo per 24 ore, tranne durante il bagno e il sonno.
  2. Durante il bagno e il sonno, istruire i partecipanti a posizionare il giubbotto a <1 m di distanza su un supporto metallico personalizzato (Figura 1Aii) fornito dalla squadra sul campo.
  3. Per il monitoraggio microambientale, scegliere una posizione appropriata e posizionare i supporti metallici con gli strumenti (Figure 1C,D; Tabella supplementare 1) a 1,5 m dal livello del suolo, a 1 m di distanza da porte e finestre se possibile, e a 1 m dalla zona di combustione del fornello primario (se collocato nelle cucine).
  4. Eseguire una procedura dettagliata di 5 minuti nell'area di monitoraggio, registrare l'ora di INIZIO e FINE per tutti gli strumenti di monitoraggio (PM2.5, BC, CO e monitor di tempo e posizione) nei rispettivi CRF.
  5. Il giorno della rimozione (giorno 2, dopo le 24 ore), raccogliere e avvolgere gli strumenti in un foglio di alluminio e posizionarlo in una copertura richiudibile per il trasporto all'ufficio sul campo. Fino alla rimozione del filtro, posizionare il campionatore ECM nella scatola di raffreddamento (per mantenere la catena del freddo).
  6. Misurazione PM2,5
    NOTA: Utilizzare ECM, che è adatto per questa applicazione grazie alle sue dimensioni ridotte (altezza: 12 cm; larghezza: 6,7 cm) e al peso (~ 150 g). L'ECM raccoglie campioni nefelometrici e gravimetrici a 0,3 L/min (fino a 48 h) aspirando aria attraverso un dispositivo d'urto collegato ad una cassetta contenente filtri in politetrafluoroetilene da 15 mm 19,26,27.
    1. Pulire tutte le parti ECM (testa di ingresso, pezzi del dispositivo d'urto, blocco a cassetta a forma di U) utilizzando un tampone imbevuto di alcool (alcool isopropilico al 70%) e avviare il campionatore utilizzando il software ECM (ad esempio, docking station MicroPEM).
    2. Posizionare il tappo di calibrazione sull'ingresso dell'ECM e collegare un flussometro con un filtro HEPA al tappo di calibrazione.
    3. Dopo aver impostato il gruppo di calibrazione, premere il pulsante Start e attendere 5 minuti affinché si stabilizzi. Regolare la portata (entro il 5% di 0,3 L/min) e registrare in CRF-H48.
    4. Collegare il filtro HEPA direttamente all'ingresso ECM, regolare l'offset del nefelometro fino a quando il valore non legge 0,0 e registrare la lettura in CRF-H48.
    5. Impostare il programma per 24 h e premere il pulsante Submit Calibration Values ; l'ECM è ora pronto per il campionamento.
    6. Dopo il campionamento, lasciare gli ECM campionati a temperatura ambiente per un minimo di 20 minuti e registrare la portata post-campionamento in CRF-H48. Scaricare e salvare i dati ECM utilizzando la convenzione del nome file.
    7. Rimuovere il filtro, inserirlo in un portafiltri e conservarlo a -20 °C.
  7. Misurazione del carbonio nero (BC)
    1. Utilizzare un trasmissometro per misurare l'attenuazione della luce attraverso il filtro a una lunghezza d'onda di 880 nm 19,26,27.
    2. Accendere e stabilizzare per 15 minuti. Assicurarsi che le cartucce di dimensioni corrette (cioè cartucce da 15 e 47 mm) siano disponibili sia nello slot vuoto che in quello campione dello strumento BC.
    3. Eseguire la scansione su una densità neutra (ND) e un filtro vuoto con l'ID assegnato (Figura supplementare 3 e Tabella supplementare 2).
    4. Dopo aver scansionato il filtro bianco, posizionare il bianco da laboratorio nello slot della cartuccia campione sopra il diffusore del campione e inserirlo nello slot dello strumento in posizione 2.
    5. Rimuovere lo spazio vuoto del lab e continuare la scansione con i filtri di test e i filtri di esempio.
    6. Dopo aver completato la scansione del filtro, rimuovere il filtro e restituirlo ai custodi della capsula di Petri. Selezionare i dati acquisiti, fare clic sul pulsante Accetta e quindi su Salva i dati.
  8. Misurazione del monossido di carbonio (CO)
    NOTA: Lo strumento CO è piccolo (circa le dimensioni di una penna grande), può registrare continuamente per ~ 32.000 punti, ha un intervallo di 0-1.000 ppm ed è stato utilizzato per valutare esposizioni e HAP in vari altri sforzi di monitoraggio 19,26,27.
    1. Avviare e configurare il data logger CO per 1 minuto utilizzando il software. La schermata mostra "CO logger è stato configurato correttamente". Lo strumento è pronto per il campionamento.
    2. Dopo il campionamento, aprire il CO logger utilizzando il software, premere Stop per arrestare il data logger USB e salvare i dati dopo il download.
    3. Calibrare il registratore di CO
      1. Impostare il registratore di CO alla frequenza di campionamento di 1 min e posizionarlo nella scatola di calibrazione, con lo sfiato di ingresso dei sensori rivolto verso la porta di ingresso dell'aria della scatola di calibrazione.
      2. Per 5 minuti, impostare una portata di 2 L/min di aria di grado zero o aria ambiente. Prendi nota dell'ora di inizio e di fine. Ridurre il flusso d'aria a 1 L/min. Ancora una volta prendi nota dell'ora di inizio e di fine.
      3. Ripetere la procedura con gas di calibrazione (50-150 ppm standard di CO in aria di grado zero), seguita da aria di grado zero come descritto nel passaggio precedente.
      4. Scarica i dati calibrati in una cartella specifica. Aprire il file dei dati di calibrazione e inserire i dati del monitor CO logger in CRF-H47.
  9. Time and location logger (TLL)
    NOTA: utilizzare due tipi di strumento Bluetooth per monitorare l'ora e la posizione del bambino. Chiedi al bambino di indossare un giubbotto contenente due monitor di tempo e posizione (TLM) delle dimensioni di una moneta, collegati a un logger situato vicino agli ECM e al giubbotto di campionamento della madre, come mostrato nella Figura 1Aiii. Calcola le esposizioni del bambino integrando le corrispondenti concentrazioni di area nel tempo trascorso in quel luogo 19,26,27.
    1. Caricare il power bank e assicurarsi che il logger funzioni collegandosi ad esso.
    2. Monitor di tempo e posizione (TLM)
      1. Inserire una batteria CR2032 nel monitor (le spie dovrebbero lampeggiare alcune volte se la batteria ha una potenza sufficiente).
      2. Per il modello TLM "O", premere il coperchio morbido per sentire un clic e una luce verde dovrebbe lampeggiare, indicando che il TLM è ora "ON" e trasmettendo il suo segnale. Per il modello TLM "EM", premere il coperchio morbido per attivare la prima modalità (la spia dovrebbe lampeggiare in verde). Premere di nuovo per entrare in modalità centrale (la spia dovrebbe lampeggiare di nuovo in verde).
      3. Dopo il campionamento, scaricare i dati dall'unità di avvio che appare nella scheda SD del logger. Copiare e salvare i file dalla cartella 'TLL' specificata.

4. Monitoraggio dell'uso della stufa

  1. Raccogli dettagli sui modelli di utilizzo delle stufe attraverso sondaggi e l'implementazione di misure oggettive basate su sensori. Posizionare i registratori di temperatura sia sulle stufe GPL che su quelle a biomassa18,19,28. Una descrizione dettagliata della strumentazione e delle fasi coinvolte nel monitoraggio dell'uso della stufa della raccolta dei dati nel laboratorio centrale, nel laboratorio sul campo e nelle attività del sito sul campo sono fornite nella figura supplementare 4.
  2. Posizionare la sonda della termocoppia vicino alla zona ingombrante del fornello, come mostrato nella Figura 5 supplementare, e installare i punti.
  3. Apri l'app Geocene e inserisci il nome della missione, l'intervallo di campionamento, l'ID famiglia, i tipi di stufa, i dettagli di randomizzazione, la campagna, i tag e le note. Premi Inizia nuova missione. Registrare i dettagli di installazione in CRF-H40.
  4. Ogni 2 settimane, scarica i dati utilizzando l'app e trasferisci tramite Bluetooth dal Dot al server cloud. Registrare le informazioni in CRF-H40.

5. Monitoraggio ambientale

NOTA: Lo strumento ambientale PM 2.5 registra in tempo reale PM 2.5 in volo e ha un filtro integrato da 47 mm che può raccogliere PM2.5 per la valutazione gravimetrica19,26,29. Una descrizione dettagliata della strumentazione e delle fasi coinvolte nel monitoraggio ambientale della raccolta dei dati nel laboratorio centrale, nel laboratorio sul campo e nelle attività del sito sul campo sono fornite nella figura supplementare 6.

  1. Seguire le linee guida US EPA30 sullo strumento e sul posizionamento dell'ingresso: a) >2 m dalle pareti; b) >10 m dagli alberi; c) 2-7 m dal suolo; e d) >2 m dalle strade.
  2. Montare lo strumento ambiente PM2.5 su una piattaforma di cemento con messa a terra. Assicurarsi che non vi sia inquinamento atmosferico di fondo ambientale e inserire i dettagli di campionamento in CRF-H46.
    1. Dall'opzione di menu, impostare l'intervallo di campionamento su 5 min. Annotare l'ora di inizio ed eseguire la calibrazione del flusso utilizzando un filtro nullo. Raccogli dati in tempo reale per 6 giorni.
    2. Il giorno di inizio del campionamento gravimetrico, scaricare e salvare i dati in tempo reale.
    3. Rimuovere il filtro nullo precedentemente installato e pulire il portafiltro utilizzando fazzoletti da laboratorio. Posizionare un filtro pre-pesato e riempire CRF-H46.
    4. Dopo 24 h, arrestare il campionatore e scaricare i dati in tempo reale. Registrare le informazioni di campionamento in CRF-H46. Rimuovere il filtro, avvolgerlo con un foglio di alluminio e metterlo in un sacchetto richiudibile durante il trasporto della catena del freddo.

6. Biomonitoraggio

  1. Raccolta, elaborazione e conservazione dei campioni di urina
    NOTA: Seguire i passaggi necessari per raccogliere campioni di urina vuoti mattutini a casa del partecipante secondo le linee guida CDC statunitensi 19,31,32. Raccogliere i campioni di urina da madri incinte (visite BL, P1 e P2) e altre donne adulte (visite BL, P1, P2, B1, B2 e B4); nei bambini (visite B1, B2 e B4) con la somministrazione del rispettivo CRF-B10 il giorno 2. Una descrizione dettagliata delle fasi coinvolte nel biomonitoraggio nel laboratorio centrale, nel laboratorio sul campo e nelle attività del sito sul campo è fornita nella Figura 7 supplementare.
    1. Per la raccolta del campione di urina, fornire la tazza di raccolta delle urine (M e OAW) il giorno 1. Allo stesso modo, istruire la madre a raccogliere il campione di urina del bambino al mattino del giorno successivo in una sacca di urina o direttamente nella tazza e conservarlo in una sacca di vaccino.
    2. Nel laboratorio sul campo, conservare i campioni di urina raccolti tra 1-8 °C. Prima di aliquotare, scongelare la tazza di urina.
    3. Per aliquota, elaborare un campione di urina alla volta. Aspirare 2 mL del campione e aggiungere in due crioviali da 4 ml, 5 mL in due crioviali da 10 ml, 15 mL in una provetta di archiviazione e conservare a -20 °C.
    4. La stessa procedura di aliquotazione viene seguita per il campione bianco di campo (acqua).
  2. Raccolta, essiccazione e conservazione DBS
    NOTA: addestrare i topografi a raccogliere DBS tramite puntura del dito nelle madri incinte (visite BL, P1 e P2) e in altre donne adulte (visite BL, P1, P2, B1, B2 e B4) e puntura del tallone o puntura del dito nei bambini (visite B0, B1, B2 e B4), seguendo le raccomandazioni dell'OMS33,34. Una procedura dettagliata di raccolta DBS da M e OAW è fornita nell'allegato H del fascicolo supplementare.
    1. Per il bambino, raccogliere le DBS di puntura del tallone in base alle linee guida dell'OMS, utilizzando le lancette appropriate.
    2. Scegli il tallone sinistro o destro e pulisci il sito di puntura con un tampone imbevuto di alcool.
    3. Mantenere la lancetta in posizione orizzontale nella posizione di puntura della pelle e pungere. Dopo la puntura, asciugare la prima goccia di sangue con una garza di cotone sterile.
    4. Posizionare il tubo capillare vicino al sito di puntura sullo strato del sangue e consentire al sangue di fluire nel tubo attraverso l'azione capillare.
    5. Dopo aver riempito abbastanza volume di sangue nel tubo capillare, applicare immediatamente il sangue all'interno del cerchio della carta di risparmio proteico.
    6. Lasciare asciugare il campione all'aria (durante la notte) in direzione orizzontale a temperatura ambiente.
    7. Assicurati che le macchie di sangue siano di un colore marrone scuro e che non siano visibili aree rosse.
    8. Dopo l'essiccazione, inserire la scheda DBS in un sacchetto bio-campione richiudibile contenente essiccante (almeno due bustine) con una scheda indicatore di umidità e conservarla a -20 °C.

7. Catena di custodia (COC) dei filtri campionati

  1. Fare riferimento al file supplementare per i passaggi dettagliati. Le fasi che spiegano il condizionamento del filtro sono descritte nell'allegato A, il campionamento del microambiente/aria personale del PM2,5 è presente nell'allegato B, la misurazione BC è descritta nell'allegato C, la misurazione del CO nell'allegato D, il monitoraggio del tempo e del luogo nell'allegato E, il monitoraggio dell'uso della stufa nell'allegato F, il monitoraggio ambientale nell'allegato G, il biomonitoraggio nell'allegato H e il trasporto dei campioni nell'allegato I . L'elenco delle CRF utilizzate figura nella tabella supplementare 3.
    NOTA: La figura 2A mostra l'ECM raccolto dopo il campionamento e avvolto in un foglio di alluminio. I filtri avvolti sono stati confezionati in sacchetti di campioni biologici separati e collocati in sacchetti di vaccino contenenti un pacchetto di gel pre-congelato. I filtri campionati sono stati trasportati al laboratorio sul campo (Figura 2B). Come mostrato nella figura 2C, i filtri trasportati dal sito di campo sono stati conservati in un congelatore (- 20 °C) presso il laboratorio sul campo e mantenuti indisturbati fino al trasporto al laboratorio centrale. Ogni 15-30 giorni, i campioni venivano spediti su strada al laboratorio centrale; i filtri campionati sono stati confezionati su ghiaccio secco e confezioni di gel con COC. Dopo aver ricevuto i campioni dall'ufficio sul campo, i campioni sono stati sottoposti a controlli incrociati con il COC e archiviati in un congelatore (-20 °C).

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Representative Results

Metodologie di campionamento dell'aria microambiente/personale:
La figura 1Ai mostra una madre incinta che indossa il giubbotto personalizzato durante il periodo di campionamento di 24 ore. Il gilet include ECM, CO logger e time and location logger con il power bank. È stato assicurato che i partecipanti indossassero il giubbotto per tutto il periodo di campionamento, tranne durante il bagno e il sonno. Il supporto che è stato fornito per appendere il giubbotto all'interno della periferia del sonno è mostrato nella Figura 1Aii.

La figura 1Bi mostra la pulizia del campionatore ECM durante il periodo di pre e post-campionamento e la figura 1Bii mostra la calibrazione dell'ECM nel laboratorio sul campo. Le portate sono state controllate e la durata del campionamento è stata impostata prima del campionamento e qualsiasi deviazione è stata controllata nel periodo post-campionamento.

La figura 1C mostra il posizionamento dello strumento (ECM, CO logger e TLL) in cucina (1,5 m di altezza da terra) per il monitoraggio dell'area. Gli strumenti sono stati posizionati e installati a 1 m di distanza dalla fonte di cottura. Quando le finestre o le porte erano vicine alle sorgenti, gli strumenti venivano installati a 1 m di distanza da queste aperture. La figura 1D mostra gli strumenti (ECM, CO logger e TLL) collegati con un power bank, installati (1,5 m di altezza da terra) all'aperto nella casa di ciascun partecipante. I risultati del PM2.5 microambientale e personale seguendo queste metodologie sono già pubblicati 24,35,36.

I dati della calibrazione del registratore di CO nell'arco di 1 anno hanno mostrato bassi malfunzionamenti, come mostrato nella figura supplementare 8 (la legenda mostrata come cerchio rappresenta la misurazione delle letture del data logger CO oltre l'intervallo di calibrazione di 0-50 ppm)35. I dettagli sulla differenza tra la fessura del bianco e la fessura del campione della misura BC per il caricamento del filtro sono forniti nel materiale supplementare (allegato C).

La figura 1E i illustra i filtri danneggiati prima del processo di pre-pesatura. I filtri danneggiati e caduti vengono contrassegnati come non validi. I filtri sono stati ricontrollati presso il laboratorio sul campo prima di essere caricati in qualsiasi strumento di monitoraggio dell'aria. Allo stesso modo, i filtri campionati sono stati esaminati per eventuali danni, come fori, strappi, stiramenti o spostamenti, come indicato nella Figura 1Eii. Se tale danno esisteva, veniva pesato, ma non considerato valido per le analisi successive. La massa di PM2,5 per ciascun campione è stata ottenuta sottraendo la massa del campione dalla massa bianca del campo mediano. La concentrazione finale di PM2,5 è stata stimata dividendo le masse del filtro corrette per la quantità di aria campionata dalla pompa durante l'intervallo di misurazione. I criteri di soglia derivati per il campionamento valido di PM2,5 e CO sono riportati nella tabella 1. I dati all'interno dei criteri di soglia sono considerati validi e presi per l'analisi.

Monitoraggio dell'uso della stufa
La figura 3A mostra la calibrazione dei registratori di temperatura, che è stata eseguita inizialmente su ghiaccio e poi in acqua calda con l'aiuto di un monitor di temperatura standard. La figura 3Bi mostra lo schema regolare dei picchi che sono considerati validi e identificati dal caratteristico colore del picco (arancione) quando si utilizza la stufa. Come mostrato nella Figura 3B, il modello irregolare dei picchi, come (ii) problema della sonda (registrazione di temperature elevate e misurazione oltre l'intervallo di temperatura), (iii) errore tecnico (spostamento della linea di base con valori negativi) e (iv) problema della termocoppia, è stato caratterizzato come campionamento non valido (nessuna registrazione della misurazione della temperatura; spostamento della linea di base insieme a valori negativi). Il registratore di temperatura installato in diversi fornelli è illustrato nella figura supplementare 5. I risultati del monitoraggio dell'uso della stufa seguendo questa metodologia sono già pubblicati18,19,36.

Campionamento dell'aria ambiente
Con le linee guida EPA statunitensi (https://www.epa.gov/environmental-topics/air-topics), i campionatori ambientali sono stati installati nella parte superiore di una delle famiglie selezionate in ciascun sito rappresentativo HAPIN-India (Figura 4A). I siti di campionamento sono stati scelti in base alla sicurezza, alla disponibilità di elettricità e alla volontà del partecipante di ospitare il monitor. I siti sono stati selezionati per essere in aree centrali rispetto ai gruppi di partecipanti. I campioni ambientali hanno seguito una procedura simile di imballaggio e spedizione dal sito sul campo al laboratorio sul campo al laboratorio centrale. Per evitare che i cavi vengano collegati al connettore errato, collegare con il layout univoco dei pin come indicato nella figura supplementare 9. I risultati del monitoraggio ambientale (PM2,5) misurati tra il 2018 e il 2020 sono mostrati nella figura 4B. Inoltre, i risultati del monitoraggio ambientale utilizzando questo metodo altrove sono già pubblicati29.

Biomonitoraggio
La figura 5A mostra la procedura di aliquotazione delle urine. I campioni provenienti dal sito sul campo sono stati conservati in sacchetti frigoriferi per vaccini e trasportati al laboratorio sul campo, dove sono stati aliquotati e conservati in un congelatore (-20 ° C). Nella Figura 5B viene riepilogato il COC di raccolta, trasporto e stoccaggio sul campo dei campioni.

La Figura 5C mostra i DBS; 5Ci mostra macchie valide prima dell'essiccazione e 5Cii mostra macchie valide dopo l'essiccazione. La tabella 2 riassume il modello di raccolta DBS valida nelle visite di follow-up tra i partecipanti HAPIN (M, OAW, C). Il tasso di successo della raccolta di DBS validi dalle madri per tre visite è del 100% (BL), 93% (P1) e 83% (P2). Allo stesso modo, per OAW, il successo della raccolta DBS è stato costante (100% -72%) per le prime tre visite (BL-P2), ma ridotto (45% -35%) da B1 a B4 durante la pandemia e durante l'uragano Gaja (2018). Il successo della raccolta DBS nei bambini è stato del 72,09% alla nascita (B0), del 64% a B1, del 62% a B2 e del 45% a B4.

La Figura 5D sottolinea che la catena del freddo con ghiaccio secco mantiene l'integrità del campione. Ogni mese, i campioni biologici sono stati confezionati con ghiaccio secco in una scatola di isolamento termico separata e spediti con registratori di temperatura e umidità relativa (RH). L'analisi di correlazione del peso specifico urinario misurato tra il laboratorio sul campo e il laboratorio centrale ha mostrato un buon accordo, come mostrato nella Figura 5E. I nostri risultati della convalida incrociata del metodo di biomonitoraggio in campioni di urina di metaboliti idrocarburici policiclici aromatici mostrano la garanzia di qualità (QA) / controllo di qualità (QC) dell'integrità del campione21.

Tutti i dati di campionamento e CRF sono stati caricati in modo sicuro da SRIHER al server della Emory University. Il trasferimento dei dati avveniva quotidianamente, riducendo così la probabilità di perdita di dati. L'elenco delle CRF utilizzate per la raccolta dei dati figura nella tabella supplementare 3. Il flusso di raccolta dei dati dal sito sul campo al server Emory è riportato nella figura supplementare 10.

Figure 1
Figura 1: Monitoraggio personale e microambientale. (A) i) madre incinta che indossa il giubbotto con strumenti di campionamento dell'aria (ECM, CO logger e TLL); ii) Supporto metallico con il gilet; iii) Gilet per bambini con unità TLM. (B) i) pulizia ECM; ii) Calibrazione ECM. (C) Monitoraggio dell'area cucina con ECM, CO logger e TLL. (D) Monitoraggio di aree esterne con ECM, CO logger e TLL. (E) i) filtri prepesati danneggiati; ii) Filtri campionati danneggiati. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figure 2
Figura 2: Catena di custodia dei filtri. (A) ECM campionata con filtri avvolti in fogli di alluminio. (B) Trasporto di filtri campionati dalle famiglie partecipanti al laboratorio sul campo in sacchetti di raffreddamento per vaccini contenenti confezioni di gel. C) Filtri campione conservati in un congelatore (-20 °C) nel laboratorio da campo. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figure 3
Figura 3: I logger di temperatura di monitoraggio della stufa utilizzano . (A) Taratura dei registratori di temperatura Geocene Dot. (B) i) modello valido di picco per il monitoraggio dell'uso della stufa; ii) Problema della sonda; iii) Errore tecnico; iv) Problema della termocoppia. (C) I registratori di temperatura di monitoraggio della stufa utilizzano. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figure 4
Figura 4: Monitoraggio ambientale. (A) Strumento Ambient PM2.5 installato sul campo. (B) Serie temporali delle misurazioni del livello ambiente di PM2,5 (2018-2020). Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figure 5
Figura 5. Biomonitoraggio: raccolta, elaborazione e controllo qualità dei campioni. (A) Aliquotazione delle urine. (B) Catena di custodia per la raccolta, lo stoccaggio e il trasporto dei campioni. (C) Macchia di sangue essiccato: i) prima dell'essiccazione; ii) dopo l'essiccazione. (D) Catena del freddo di custodia della spedizione di campioni. (E) QA/QC dei dati sull'integrità del campione del peso specifico urinario misurato nel sito di campo e nel laboratorio centrale. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Tabella 1: Criteri validi per la soglia di campionamento dei monitor PM2,5 e CO. Si noti che, a causa della sensibilità dell'accelerometro, i valori al di fuori degli intervalli previsti sono stati contrassegnati ma non esclusi dalle analisi. Clicca qui per scaricare questa tabella.

Tabella 2: Riepilogo della raccolta DBS valida tra i partecipanti allo studio. * Durante un uragano (ciclone) c'è stato un calo nella raccolta DBS. † Durante il blocco COVID19 c'è stato un calo della raccolta DBS. ‡ Durante il blocco COVID19 c'è stato un calo e i dati del 2021 non sono inclusi nella raccolta DBS. Abbreviazioni: M = madre incinta; OAW = altra donna adulta; C = bambino. Clicca qui per scaricare questa tabella.

Tabella supplementare 1: Linee guida per l'installazione di campionatori per il monitoraggio microambientale.

Tabella supplementare 2: Differenza tra lo slot vuoto e lo slot campione per il caricamento del filtro. *Il diffusore può essere sostituito solo in caso di danni visibili o se utilizzato per ~750-1.000 filtri.

Tabella supplementare 3: Elenco delle CRF relative all'esposizione e al campionamento dei biomarcatori. I CRF sono disponibili nel database RedCap, conservato presso la Emory University, e sono mantenuti con l'accordo di condivisione dei dati tra tutti i collaboratori, che può essere fornito ai lettori su richiesta.

Figura supplementare 1: Scheda di inserimento dati per la pesatura dei filtri. Clicca qui per scaricare questo file.

Figura supplementare 2. Strumenti e passaggi coinvolti nel microambiente e nel campionamento personale dell'aria. Clicca qui per scaricare questo file.

Figura supplementare 3: Cartucce e slot per filtri. A: Slot vuoto (posizione 1); B: cartuccia inferiore vuota contenente sia il diffusore in bianco che il filtro vuoto nella cartuccia; C: Parte superiore della cartuccia vuota; D: slot campione (posizione 2); E: Cartuccia campione inferiore con diffusore di campioni; F: Parte superiore della cartuccia campione. Clicca qui per scaricare questo file.

Figura supplementare 4: Strumenti e passaggi coinvolti nel monitoraggio dell'uso della stufa. Clicca qui per scaricare questo file.

Figura supplementare 5: Punti installati in diversi fornelli. Clicca qui per scaricare questo file.

Figura supplementare 6: Strumenti e fasi del monitoraggio dell'aria ambiente. Clicca qui per scaricare questo file.

Figura supplementare 7: Strumenti e fasi del campionamento biologico. Clicca qui per scaricare questo file.

Figura supplementare 8: Riepilogo del data logger di monossido di carbonio (CO). Clicca qui per scaricare questo file.

Figura 9 supplementare: Layout del connettore E-sampler. Clicca qui per scaricare questo file.

Figura supplementare 10: Raccolta ed elaborazione dei dati. Clicca qui per scaricare questo file.

Figura supplementare 11: Utilizzo della sacca del vaccino. Clicca qui per scaricare questo file.

Figura supplementare 12: Differenza tra pellicano e sacchetto di vaccino. Le prestazioni termiche di due sacche di raffreddamento (pellicano vs. vaccino) sono testate utilizzando un monitor data logger CO per 48 ore in laboratorio a una temperatura ambiente media di 28,3 ± 0,6 °C e umidità relativa del 49,2% ± 3,6%. Un campione di urina (~60 ml) con una temperatura iniziale di 36,4 °C è stato posto in due sacchi e conservato indisturbato per 48 ore in un ripostiglio. Clicca qui per scaricare questo file.

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Discussion

Abbiamo dimostrato e rappresentato visivamente le procedure standard per raccogliere dati a livello di popolazione sulle esposizioni personali all'inquinamento atmosferico domestico nello studio multinazionale HAPIN19,24. I metodi di campionamento ambientale e dei biomarcatori basati sul campo qui descritti sono appropriati e fattibili, in particolare nelle popolazioni vulnerabili in ambienti con risorse limitate in cui le esposizioni al PM 2,5 sono di diversi ordini di grandezza superiori ai valori delle linee guida sulla qualità dell'aria dell'OMS (AQG) (media annuale di 5 μg/m 3 e media di 24 ore di 15 μg/m3)37,38.

Gli strumenti utilizzati in questo studio sono stati utilizzati in altri studi con diverse durate di campionamento. In Jack et al., il CO è stato misurato ogni 6 settimane utilizzando un monitor leggero CO logger e la misurazione del PM2,5 (microPEM) è stata co-localizzata per 72 ore su quasi la metà delle partecipanti in gravidanza9. Un altro studio ha utilizzato esposizioni personali aggiustate per ambiente valutate con l'Ultrasonic Personal Aerosol Sampler (UPAS) per affrontare l'incertezza nelle stime degli impatti globali dell'HAP sulla salute cardiaca utilizzando una valutazione quantitativa dell'esposizione al PM2,5 14.

Le procedure seguite durante lo studio HAPIN e qui descritte possono servire come linee guida per il monitoraggio HAP personale/microambiente in altri contesti24,26. Il team sul campo ha prima valutato le possibili posizioni per posizionare i monitor in cucina, durante il sonno e in luoghi domestici all'aperto. Quando non c'erano le condizioni ideali per posizionare i monitor (1,5 m dal suolo, 1 m di distanza dalla stufa e da eventuali porte e finestre), sono stati scelti luoghi adatti adiacenti alla posizione ideale del campione35. Ciò si è verificato relativamente raramente, nel <2% di tutti i campioni raccolti. I registratori di temperatura utilizzati come monitor per l'uso della stufa avevano coperture impermeabili per proteggere dalle fuoriuscite durante le attività in cucina, come la cottura e il riscaldamento dell'acqua. Tuttavia, i registratori di temperatura che sono stati posizionati sulle stufe esterne sono stati danneggiati durante il monsone e le inondazioni (Figura 3C).

La conformità di indossare il giubbotto è stata osservata dagli ispettori sul campo il giorno della rimozione dei monitor (giorno 2). La conformità valutata tramite sensori si è dimostrata, a volte, errata; In alcuni casi, i partecipanti indossavano il monitor, ma stavano seduti fermi e quindi venivano contrassegnati come non conformi. Questo riconoscimento dell'errata classificazione basata su sensori è stato possibile solo grazie agli osservatori sul campo. Come controllo aggiuntivo, le nostre CRF contenevano la conformità segnalata dai partecipanti.

La gestione dei filtri durante il condizionamento, la pesatura, il campionamento (pre e post), il trasporto e lo stoccaggio sul campo e nel laboratorio centrale sono attività critiche all'interno di qualsiasi fase di raccolta dei dati. Dopo 24 ore di campionamento, il monitor personale è stato completamente ricoperto da un foglio di alluminio e inserito in un sacchetto di biocampioni per il trasporto in un ambiente privo di catene del freddo e polvere. L'attuale studio ha dimostrato le procedure per preservare i filtri dalla casa dei partecipanti al laboratorio sul campo al laboratorio centrale tramite catena di custodia.

Poche deviazioni dalle condizioni di temperatura richieste durante lo stoccaggio e il trasporto sono previste durante la raccolta dei campioni biologici e il trasporto dal campo al laboratorio per l'analisi, il che potrebbe portare a risultati errati. La borsa termica utilizzata nelle installazioni multinazionali era troppo costosa in India. Nell'ambito di vari programmi nazionali in India, la borsa termica del vaccino è stata ampiamente utilizzata per il trasporto del vaccino. Queste sacche di vaccino sono state ottenute localmente ad un costo ragionevole, quasi 30 volte inferiore rispetto alla borsa termica (figura supplementare 11). Prima di effettuare un acquisto all'ingrosso, la temperatura di spedizione in queste scatole di raffreddamento del vaccino è stata confrontata con la borsa termica per garantire l'integrità del campione (Figura supplementare 12). In ambienti con risorse limitate, raccogliere campioni biologici e mantenerne l'integrità è difficile. Il trasporto dei campioni in sacche di vaccino disponibili localmente dalla casa del partecipante al laboratorio sul campo ha risolto questo problema.

La raccolta DBS è anche conosciuta come macchie di sangue capillare ottenute da un dito, un tallone o un lobo dell'orecchio39. L'utilizzo di una scheda DBS per la raccolta di campioni di sangue è relativamente indolore e non invasivo e può essere raccolto a casa del partecipante attraverso personale sanitario non clinico ma addestrato. Il sangue raccolto sulla carta da filtro viene facilmente asciugato e conservato. Una goccia di sangue intero occupa circa 50 μL in un disco con un diametro di 12,7 mm23. L'anulare è di solito il sito preferito per gli adulti ed è una procedura comune nel monitoraggio terapeutico. Sebbene i passaggi coinvolti nella raccolta della DBS per lo screening dei biomarcatori adulti siano stati visualizzati in studi precedenti, i compiti e i micropassi coinvolti nelle impostazioni con risorse limitate non sono stati catturati40,41. Questo studio è tra i primi, a nostra conoscenza, a catturare DBS da M, OAW e C,) della stessa famiglia42. In contesti rurali, è impegnativo, anche se la procedura è minimamente invasiva42. La frequente formazione per i topografi sul campo sulla raccolta di DBS validi e chiarimenti tecnici sulla selezione della mano non dominante, sul rilassamento e il massaggio del braccio e sulla selezione dell'anello o del dito medio hanno svolto un ruolo significativo nella raccolta di DBS validi33.

Allo stesso modo, per i neonati, il campionamento capillare attraverso la puntura del tallone è stato eseguito per i bambini di peso da ~ 3 a 10 kg (dalla nascita a 6 mesi) e la puntura del dito nel follow-up (oltre 6 mesi) per i bambini di peso > 10 kg. Seguendo le linee guida dell'OMS, la scelta e la posizione (puntura con un angolo di 90° parallelo al tallone) della lancetta per la puntura ha svolto un ruolo significativo nell'ottenere un flusso sanguigno sufficiente, una raccolta di DBS di successo e una profondità stimata leggermente più brevedi 33,34. La lunghezza della lama in una lancetta varia a seconda del produttore (cioè da 0,85-2 mm per i neonati). Nei neonati prematuri, lancette per puntura del tallone (0,85 mm x 1,75 mm di profondità) e lancette per puntura del dito (1 mm x 2,5 mm di profondità) sono state utilizzate con bambini tra i 6 mesi e gli 8 anni.

Dopo la puntura del tallone, il sangue è stato prelevato utilizzando tubi capillari PTS (Ref # 2866) per raccogliere il campione senza coaguli nelle macchie di sangue e per evitare di timbrare sulla carta di risparmio proteico. Sulla base dei nostri esperimenti preliminari, si ritiene che posizionando il tubo capillare verso il basso si assorba prontamente il sangue senza ostacoli dovuti alla tensione superficiale uniforme.

A seguito del successo della raccolta di DBS validi dai partecipanti HAPIN in entrambi i siti di studio, il campione raccolto nella scheda di risparmio proteico è stato essiccato durante la notte a temperatura ambiente (25 ° C) nel laboratorio sul campo ed è stato garantito che la carta di risparmio proteico fosse priva di insetti e mosche domestiche da una rete di insetti di copertura. Dopo l'essiccazione (colore marrone, Figura 5Cii), la scheda DBS è stata conservata a -20 °C.

Durante la raccolta DBS a casa dei partecipanti, il sangue caduto era entro 12,7 mm di punto, ma dopo l'essiccazione durante la notte a temperatura ambiente, i due singoli punti si sono fusi, nel sito NP. La differenza osservata nel sito NP potrebbe essere dovuta alla maggiore umidità relativa, dove i DBS validi raccolti sono diventati non validi quando le due singole macchie di sangue secco si sono fuse. A seguito della procedura di raccolta armonizzata della DBS, i risultati dei biomarcatori clinici (stress ossidativo, infiammazione, disfunzione endoteliale, insulto polmonare) sono stati convalidati in modo incrociato su campioni in cieco nel laboratorio LEADER della Emory University e sono risultati in buon accordo (dati non mostrati).

La raccolta di campioni biologici richiede una ferma aderenza ai protocolli di sicurezza. Durante il periodo della pandemia (dal 24 marzo 2019 al giugno 2019), sono stati eseguiti ulteriori protocolli di sicurezza, a seguito degli avvisi del governo locale. Il personale dello studio è stato istruito a indossare dispositivi di protezione individuale (DPI) come guanti, maschere per il viso, occhiali e grembiuli durante il viaggio e nelle case dei partecipanti. I camici da laboratorio erano obbligatori mentre si lavorava negli uffici sul campo e gli uffici sul campo erano dotati di armadi di biosicurezza per la manipolazione di campioni biologici. A tutto il personale è stata fornita una formazione sull'uso e l'identificazione dei DPI danneggiati. I DPI usati sono stati raccolti in sacchetti di smaltimento separati e consegnati presso i centri sanitari collaboranti per lo smaltimento sicuro all'impianto comune di gestione dei rifiuti biomedici autorizzato dal Consiglio statale di controllo dell'inquinamento.

L'acquisizione di video ad alta risoluzione della raccolta di dati sul campo, specialmente in contesti rurali difficili, aiuterà a colmare le lacune di formazione nel monitoraggio dell'inquinamento atmosferico e nella raccolta dei dati sul campo. Nel complesso, in ogni fase dell'esecuzione del progetto, è stata garantita la qualità e l'affidabilità della raccolta dei dati. I corsi di formazione periodici e la riqualificazione del personale sul campo hanno rafforzato la loro capacità e fiducia ed evitato la costosa perdita dell'integrità del campione. I metodi utilizzati sono trasferibili e aiuteranno altri ricercatori ad adottare procedure di monitoraggio ambientale e di raccolta di campioni biologici nei LMIC utilizzando strategie economicamente vantaggiose.

Vengono inoltre segnalate le lacune e le sfide affrontate durante lo studio HAPIN, in particolare nelle aree rurali con risorse limitate. Notiamo che un ampio lavoro preliminare e la formazione, riportati altrove nelle pubblicazioni che descrivono in dettaglio il lavoro formativo di HAPIN, sono stati fondamentali per risolvere i problemi con il protocollo, come la progettazione di giubbotti per il campionamento e i meccanismi per il trasporto sicuro sia dell'inquinamento atmosferico che dei campioni biologici. Inoltre, durante questo periodo, sono stati superati molti "dolori della crescita", tra cui la gestione dei filtri gravimetrici ECM molto piccoli da 15 mm, le tecniche per il posizionamento dei monitor per l'uso della stufa, ecc.

Particolare attenzione è stata prestata durante la spedizione dei filtri, degli strumenti e dei campioni biologici campionati dalle famiglie al laboratorio sul campo. Tutte le apparecchiature di campionamento dell'aria, gli accessori e i campioni sono stati monitorati attraverso la gestione dell'inventario presso i laboratori centrali e sul campo. Ha consentito la manutenzione, la riparazione, la sostituzione e la valutazione tempestive delle forniture del progetto per fornire una raccolta dati ininterrotta.

I metodi di raccolta dei dati qui dimostrati si sono dimostrati affidabili e coerenti durante l'intero periodo di studio di un anno. L'uso e l'adozione di tecnologie economiche e intelligenti possono indicare un paradigma futuro per gli studi di controllo randomizzati (RCT) e gli studi di esposizione-risposta, garantendo una raccolta di dati accettabile per produrre risultati affidabili. Tali sforzi non sono privi di sfide; tuttavia, come mostrato qui, la diligenza e la revisione dei protocolli stabiliti possono garantire che i team sul campo siano in grado di adattarsi alle mutevoli circostanze, sia previste (differenze nelle configurazioni domestiche, ad esempio) che impreviste (COVID-19, uragani). Per HAPIN, questo è iniziato con una formazione pratica in laboratorio e sul campo fornita da esperti di esposizione e biomarcatori prima dello studio. Inoltre, la formazione di aggiornamento è stata impartita una volta ogni 6 mesi a vari livelli durante il periodo di studio. Il coaching periodico ha aumentato la capacità del team di campionare e gestire in modo efficiente strumenti, filtri e campioni biologici. Le procedure di visualizzazione e campionamento sul campo saranno un prezioso strumento educativo per i ricercatori che conducono simili studi epidemiologici su larga scala in India o LMIC.

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Disclosures

*4 I risultati e le conclusioni di questo rapporto sono quelli degli autori e non rappresentano necessariamente la posizione ufficiale del National Institutes of Health o del Department of Health and Human Services degli Stati Uniti o della Bill and Melinda Gates Foundation. Le agenzie di finanziamento non hanno avuto alcun ruolo nella raccolta e nell'analisi dei dati presentati nel documento.

Acknowledgments

Gli investigatori desiderano ringraziare i membri del comitato consultivo - Patrick Brysse, Donna Spiegelman e Joel Kaufman - per la loro preziosa intuizione e guida durante l'attuazione del processo. Desideriamo anche ringraziare tutto il personale di ricerca e i partecipanti allo studio per la loro dedizione e partecipazione a questo importante studio.

Questo studio è stato finanziato dal National Institutes of Health degli Stati Uniti (accordo di cooperazione 1UM1HL134590) in collaborazione con la Bill & Melinda Gates Foundation (OPP1131279). Un Data and Safety Monitoring Board (DSMB) multidisciplinare e indipendente nominato dal National Heart, Lung, and Blood Institute (NHLBI) monitora la qualità dei dati e protegge la sicurezza dei pazienti arruolati nello studio HAPIN. NHLBI DSMB: Nancy R. Cook, Stephen Hecht, Catherine Karr (presidente), Joseph Millum, Nalini Sathiakumar, Paul K. Whelton, Gail Weinmann e Thomas Croxton (segretari esecutivi).  Coordinamento del programma: Gail Rodgers, Bill & Melinda Gates Foundation; Claudia L. Thompson, Istituto Nazionale di Scienze della Salute Ambientale; Mark J. Parascandola, National Cancer Institute; Marion Koso-Thomas, Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development; Joshua P. Rosenthal, Fogarty International Center; Conception R. Nierras, NIH Office of Strategic Coordination Common Fund; Katherine Kavounis, Dong- Yun Kim, Antonello Punturieri e Barry S. Schmetter, NHLBI.

HAPIN Investigatori: 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)
CrEquation 1do 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)

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References

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Rajamani, K. D., Sambandam, S.,… More

Rajamani, K. D., Sambandam, S., Mukhopadhyay, K., Puttaswamy, N., Thangavel, G., Natesan, D., Ramasamy, R., Sendhil, S., Natarajan, A., Aravindalochan, V., Pillarisetti, A., Johnson, M., Rosenthal, J., Steenland, K., Piedhrahita, R., Peel, J., Clark, M. L., Boyd Barr, D., Rajkumar, S., Young, B., Jabbarzadeh, S., Rosa, G., Kirby, M., Underhill, L. J., Diaz-Artiga, A., Lovvorn, A., Checkley, W., Clasen, T., Balakrishnan, K. Visualizing Field Data Collection Procedures of Exposure and Biomarker Assessments for the Household Air Pollution Intervention Network Trial in India. J. Vis. Exp. (190), e64144, doi:10.3791/64144 (2022).

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