Summary
Vi beskriver de konsistente prosedyrene av høy kvalitet som brukes gjennom luft- og biologiske prøvetakingsprosesser på indiske feltsteder under en stor randomisert kontrollert studie. Innsikt samlet inn fra tilsyn med bruk av innovative teknologier, tilpasset eksponeringsvurdering i landlige regioner, muliggjør bedre feltdatainnsamlingspraksis med mer pålitelige resultater.
Abstract
Her presenterer vi en visuell fremstilling av standardprosedyrer for å samle inn data på befolkningsnivå om personlige eksponeringer for husholdningsluftforurensning (HAP) fra to forskjellige studiesteder i en ressursbegrenset setting i Tamil Nadu, India. Svevestøv PM 2,5 (partikler mindre enn2,5 mikron i aerodynamisk diameter), karbonmonoksid (CO) og svart karbon (BC) ble målt hos gravide mødre (M), andre voksne kvinner (OAW) og barn (C) på forskjellige tidspunkter over en 4-årsperiode. I tillegg ble det utført overvåking av ovnsbruk (SUM) med dataloggende termometre og omgivelsesmålinger av luftforurensning. Videre ble muligheten for å samle biologiske prøver (urin og tørkede blodflekker [DBS]) fra studiedeltakere på feltstedene vellykket demonstrert. Basert på funn fra denne og tidligere studier har metodene som er brukt her forbedret datakvaliteten og unngått problemer med husholdningenes luftforurensning og biologisk prøveinnsamling i ressursbegrensede situasjoner. Prosedyrene som er etablert kan være et verdifullt pedagogisk verktøy og ressurs for forskere som gjennomfører lignende luftforurensning og helsestudier i India og andre lav- og mellominntektsland (LMICs).
Introduction
Globalt er eksponering for husholdningenes luftforurensning (HAP), hovedsakelig fra matlaging med fast brensel, en viktig årsak til sykelighet og dødelighet 1,2,3. Matlaging og oppvarming med fast brensel (biomasse - som tre, møkk, avlingsrester og kull) er utbredt i lav- og mellominntektsland (LMICs), og utgjør ulike helse-, miljø- og økonomiske problemer. PM2.5 er en "stille morder", som forekommer både innendørs og utendørs 4,5. Innendørs luftkvalitet i India er ofte betydelig dårligere enn utendørs luftkvalitet, og det har fått nok oppmerksomhet til å bli ansett som en stor miljøhelsefare4. Mangel på målebaserte kvantitative eksponeringsdata har hindret evalueringer av global sykdomsbyrde (GBD) knyttet til HAP 6,7.
Nåværende forskning ignorerer ofte at måling av HAP-eksponeringer er komplisert og varierer avhengig av mange faktorer, inkludert drivstofftype, komfyrtype og en blandet bruk av mange rene og urene ovner, et fenomen kjent som "komfyrstabling". Andre påvirkninger på eksponering inkluderer mengden drivstoff som forbrukes, kjøkkenventilasjonsnivåer, hvor lang tid brukt i nærheten av komfyren, alder og kjønn8. Den mest målte og uten tvil den beste indikatoren for eksponering for HAP er PM2.5; På grunn av mangel på rimelig, brukervennlig og pålitelig instrumentering har det imidlertid vært spesielt vanskelig å måle fint svevestøv (PM2,5).
Ulike studier har rapportert å måle nivået av enten en eller flere luftforurensende stoffer ved hjelp av forskjellige metoder 8,9,10,11,12. De siste årene har det dukket opp relativt rimelige sensorer som er i stand til å måle disse forurensningene i innendørs og omgivende miljøer. Imidlertid er ikke alle disse sensorene levedyktige for feltarbeid av ulike grunner, inkludert vedlikeholdskostnader, distribusjonsutfordringer, problemer med sammenlignbarhet med konvensjonelle målemetoder, begrensede menneskelige ressurser for å validere disse sensorene mot referansemetoder, vanskeligheten med regelmessige datakvalitetskontroller (gjennom skyen) og begrensede eller ingen desentraliserte feilsøkingsanlegg. Mange av studiene med denne typen målinger har brukt dem som en proxy for eksponering eller ved å kombinere miljømålinger med eksponeringsrekonstruksjon ved hjelp av tidsaktivitetsvurderinger 8,9,12,13,14.
Personlig overvåking - der en skjerm bæres på eller av en person gjennom tid og rom - kan bedre fange opp deres "sanne" totale eksponering. Studier som måler personlig eksponering, kommuniserer ofte bare kort sine eksakte protokoller, ofte i supplerende materiale til vitenskapelige manuskripter 9,12,13,14,15. Selv om teknikkene som er beskrevet i disse studiene gir en solid generell følelse av prøvetakingsmetodikk, er det ofte et fravær av detaljene i feltdatainnsamlingsstadiene12,16.
En rekke tilleggsegenskaper, i tillegg til konsentrasjoner av miljøgifter, kan overvåkes i disse boligene. Overvåking av komfyrbruk, en metode for å vurdere tid og intensitet for bruk av husholdningsapparater, er en stor del av mange nylige påvirknings- og eksponeringsvurderinger16,17,18,19. Mange av disse skjermene fokuserer på å måle temperaturen ved eller nær forbrenningspunktet på kokeovner. Mens termoelementer og termistorer er ansatt, mangler det driftsprotokoller for skjermene, inkludert hvordan man best kan sette dem på kokeovner for å fange variasjon i ovnens bruksmønstre.
Biomonitorering er på samme måte et effektivt verktøy for å evaluere miljøeksponeringer, selv om flere faktorer påvirker valget av en optimal biologisk matrise20. Under ideelle omstendigheter må prøveinnsamlingen være ikke- eller minimalt invasiv. Metodene som brukes skal sikre enkel håndtering, ikke-restriktiv forsendelse og lagring, et godt samsvar mellom den foreslåtte biomarkøren og biologisk matrise, en relativt lav kostnad og ingen etiske bekymringer.
Urinprøvetaking har noen store fordeler for biomonitorering. Som med andre prøveinnsamlingsteknikker, finnes det en rekke potensielle metoder. Innsamling av 24 timers void urin kan være tungvint for deltakerne, noe som fører til manglende overholdelse av prøveinnsamling20,21. I slike tilfeller anbefales stikkprøver, tomrom første morgen eller andre "praktiske" prøvetakinger. Volumet av urin som samles inn kan være en stor ulempe ved innsamling av spotprøver, noe som fører til variabilitet i konsentrasjonene av endogene og eksogene kjemikalier. I dette tilfellet er justering ved bruk av kreatininkonsentrasjoner i urin en vanlig brukt metode for fortynningskorreksjoner22.
En annen vanlig innsamlet bioprøve er venøst blod. Venøse blodprøver er ofte vanskelige å få tak i for biomonitorering; De er påtrengende, fryktfremkallende og krever riktig prøvehåndtering, lagring og transport. En alternativ tilnærming ved bruk av tørkede blodflekker (DBS) kan være nyttig for å samle prøver hos voksne og barn for biomonitorering23.
Det er et betydelig litteraturgap mellom den enkle beskrivelsen av feltmetoder og publiseringen av detaljerte, repliserbare instruksjoner om skjermbruk og distribusjon som gjenspeiler den sanne kompleksiteten i feltdatainnsamling av kvalitetssikrede prøver24,25. Noen studier har skissert standard driftsprosedyrer (SOP) for måling av luftforurensende stoffer (innendørs og omgivende) og overvåking av ovnsbruk.
De viktigste trinnene bak feltmåling, laboratoriestøtte og transport av overvåkingsinstrumenter og prøver er imidlertid svært sjelden beskrevet 8,11,25. Utfordringene og begrensningene ved feltbasert overvåking i både høy- og lavressursinnstillinger kan fanges opp på riktig måte gjennom video, noe som kan utfylle skriftlige driftsprosedyrer og gi en mer direkte metode for å vise hvordan enheter og prøvetakings- og analyseteknikker utføres.
I den randomiserte kontrollerte studien Household Air Pollution Intervention Network (HAPIN) brukte vi video og skriftlige protokoller for å beskrive prosedyrene for måling av tre forurensende stoffer (PM2.5, CO og BC), for overvåking av ovnsbruk og for bioprøveinnsamling. HAPIN innebærer bruk av harmoniserte protokoller som krever streng overholdelse av SOP-er for å maksimere datakvaliteten fra prøver samlet inn over flere tidspunkter på fire studiesteder (i Peru, Rwanda, Guatemala og India).
Kriteriene for studiedesign, stedsvalg og rekruttering er beskrevet tidligere24,26. HAPIN-studien ble gjennomført i fire land; Clasen et al. beskrev studieinnstillingene i detalj26. Hvert studiested rekrutterte 800 husholdninger (400 intervensjon og 400 kontroll) med gravide kvinner mellom 18 og 35 år, som er 9 til 20 ukers svangerskap, bruker biomasse til matlaging hjemme og er ikke-røykere. I en undergruppe av disse husholdningene (~120 per land) ble også andre voksne kvinner inkludert i denne studien.
Etter rekruttering ble det gjennomført totalt åtte besøk. Den første, ved baseline (BL), skjedde før randomisering. De neste syv ble delt opp etter før fødselen (ved 24-28 ukers svangerskap [P1], 32-36 ukers svangerskap [P2]), ved fødselen (B0) og etter fødselen (3 måneder [B1], 6 måneder [B2], 9 måneder [B3] og 12 måneder [B4]). For M ble det utført tre vurderinger (BL, P1 og P2), for OAW ble det utført seks vurderinger (BL, P1, P2, B1, B2 og B4), og for C ble det utført fire vurderinger (B0, B1, B2 og B4). Ved B0 ble det utført biomarkør- og helsevurderinger, mens det kun ble gjort helseundersøkelser ved B3-besøket.
Alle de fire landene fulgte identiske protokoller. I dette manuskriptet beskriver vi trinnene som ble fulgt i India. Studien ble utført på to steder i Tamil Nadu: Kallakurichi (KK) og Nagapattinam (NP). Disse nettstedene ligger mellom 250 og 500 kilometer fra kjerneforskningsanlegget ved Institutt for miljøhelseteknikk ved Sri Ramachandra Institute of Higher Education and Research (SRIHER) i Chennai, India. Kompleksiteten i feltdatainnsamlingsprotokoller krever distribusjon av mange personell med varierende nivåer av ferdigheter og bakgrunner.
Vi presenterer en skriftlig og visuell skildring av trinnene som er involvert i estimering av mikromiljømessige og personlige eksponeringsprøver hos gravide mødre (M), andre / eldre voksne kvinner (OAW) og barn (C) til fint svevestøv, karbonmonoksid (CO) og svart karbon (BC). Feltprotokoller for (1) overvåking av omgivelsesluftkvalitet med referansemonitorer og lavkostsensorer, (2) overvåking av langtidskomfyrbruk på konvensjonelle og flytende petroleumsgassovner, og (3) biologisk prøveinnsamling (urin og DBS) for biomonitorering presenteres også. Dette inkluderer metoder for transport, lagring og arkivering av miljømessige og biologiske prøver.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Den institusjonelle etiske komiteen ved Sri Ramachandra Institute of Higher Education and Research (IEC-N1/16/JUL/54/49), Emory University Institutional Review Board (00089799) og Indian Council of Medical Research-Health Ministry Screening Committee (5/8/4-30/(Env)/ Indo-US/2016-NCD-I) godkjente HAPIN-studien. HAPIN-studien er identifisert som NCT02944682 på clinicaltrials.gov. Skriftlig informert samtykke ble innhentet fra studiedeltakerne før deltakelse, og studien ble gjennomført i henhold til etiske retningslinjer.
MERK: Saksrapportskjemaene (CRF) administrert under prøvetaking og datainnsamling er tilgjengelige i RedCap-databasen, lagret ved Emory University, og opprettholdes med datadelingsavtalen mellom alle samarbeidspartnere, som kan leveres til leserne på forespørsel.
1. Instrumenter og materialer
- Bruk følgende instrumenter for overvåking av luftforurensning: en mikrovekt for filterveiing, for mikromiljø-/personlig prøvetaking-Enhanced Children's MicroPEM (ECM) for PM 2.5, et optisk transmissometer for måling av svart karbon (BC), dataloggere for CO og Bluetooth-basert fyrtårn, fyrloggere for indirekte måling av PM 2.5 (under hvert besøk-BL, P1, P2, B1, B2 og B4), en kombinert gravimetrisk og nepheometrisk monitor for omgivende PM2.5 målinger, og temperaturloggere for overvåking av komfyrbruk.
- Bruk følgende instrumenter for biomonitorering: kjøle- og vaksineposer for frakt av bioprøver, proteinsparekort, fuktighetsindikatorkort, en voksenlansett, en sikkerhetslansett for spedbarn og kapillærrør (40 μL).
2. Filterkondisjonering og veiing
- Bruk rene, pulverfrie hansker til å håndtere filtrene. Kontroller filtrene (2 μm porestørrelse, 15 og 47 mm diameter) for eventuelle skader ved hjelp av en lysboks og plasser de merkede filtrene i en rengjort filterholder i et luftkondisjonert rom (19-23 °C og 35%-45% relativ fuktighet [RF]) i 24 timer.
- Legg et rent stykke folie på skrivebordet og slå på mikrovekten. Sett skalaenheten til milligram (0,001 mg) og følg den interne kalibreringen.
- Registrer dato/klokkeslett, teknikernavn, relativ fuktighet, temperatur, filterpartinummer, filterstørrelse og filter-ID i dataregistreringsarket.
- Ta det betingede filteret og deioniser i 10s. Plasser filteret forsiktig på veieskuffen og registrer vekten som "Vekt 1" i CRF (tilleggsfigur 1).
- Fjern filteret, legg det i en petriskål/filterholder, og vent til vekten er null før du veier neste filter.
- Gjenta trinn 2.4 og 2.5 og skriv det inn som "Vekt 2" i CRF.
3. Mikromiljø/personlig luftprøvetaking
MERK: En detaljert oversikt over instrumentering og trinn involvert i mikromiljø / personlig luftprøvetaking er gitt i tilleggsfigur 2.
- For personlig overvåking, plasser instrumentene i en vest (figur 1 Ai) og råde deltakeren til å bruke den i 24 timer, unntatt under bading og soving.
- Under bading og soving, instruer deltakerne om å plassere vesten <1 m unna på et tilpasset metallstativ (figur 1Aii) levert av feltteamet.
- For mikromiljøovervåking, velg et passende sted og plasser metallstativene med instrumentene (figur 1C,D; Tilleggstabell 1) 1) 1) 1,5 m over bakkenivå, 1 m fra dører og vinduer om mulig, og 1 m fra forbrenningssonen til primærkomfyren (når den plasseres på kjøkken).
- Utfør en gjennomgang på 5 minutter i overvåkingsområdet, registrer START- og SLUTTID for alle overvåkingsinstrumentene (PM2.5, BC, CO og tids- og stedsmonitor) i de respektive CRF-ene.
- På fjerningsdagen (dag 2, etter 24 timer), samle og pakk instrumentene i aluminiumsfolie og legg det i et gjenlukkbart deksel for transport til feltkontoret. Inntil filteret er fjernet, plasser ECM-prøvetakeren i kjøleboksen (for å opprettholde kjølekjeden).
- PM2,5 måling
MERK: Bruk ECM, som er godt egnet for dette bruksområdet på grunn av den lille størrelsen (høyde: 12 cm, bredde: 6,7 cm) og vekten (~150 g). ECM samler nephelometriske og gravimetriske prøver ved 0,3 l/min (i opptil 48 timer) ved å trekke luft gjennom en kollisjon festet til en kassett som inneholder 15 mm polytetrafluoretylenfiltre 19,26,27.- Rengjør alle ECM-delene (innløpshode, slagstykker, U-formet kassettlås) med en spritserviett (70 % isopropylalkohol) og start prøvetakeren ved hjelp av ECM-programvare (f.eks. MicroPEM-dokkingstasjon).
- Plasser kalibreringshetten over ECMs innløp og koble en strømningsmåler med et HEPA-filter til kalibreringshetten.
- Når du har konfigurert kalibreringsenheten, trykker du på Start-knappen og venter i 5 minutter til den stabiliserer seg. Juster strømningshastigheten (innen 5% av 0,3 l / min) og ta opp i CRF-H48.
- Koble HEPA-filteret direkte til ECM-innløpet, juster nephelometerforskyvningen til verdien leser 0,0 og registrer avlesningen i CRF-H48.
- Sett programmet i 24 timer og trykk på knappen Send kalibreringsverdier ; ECM er nå klar for prøvetaking.
- Etter prøvetaking, la de samplede ECM-ene stå ved romtemperatur i minst 20 minutter og registrer strømningshastigheten etter prøvetaking i CRF-H48. Last ned og lagre ECM-dataene ved hjelp av filnavnkonvensjonen.
- Ta filteret ut, plasser det i en filterholder, og oppbevar det ved -20 °C.
- Måling av svart karbon (BC)
- Bruk et transmissometer for å måle lysdempingen gjennom filteret ved en bølgelengdepå 880 nm 19,26,27.
- Slå på og stabiliser i 15 min. Forsikre deg om at sylinderampullene i riktig størrelse (dvs. 15 og 47 mm kassetter) er tilgjengelige i både tomrom- og prøvesporene på BC-instrumentet.
- Utfør skanningen på en nøytral tetthet (ND) og et tomt filter med den tildelte IDen (tilleggsfigur 3 og tilleggstabell 2).
- Etter å ha skannet det tomme filteret, plasser laboratorieemnet i prøvekassettsporet over prøvediffusoren og sett det inn i sporet på instrumentet i posisjon 2.
- Fjern laboratorieemnet og fortsett skanningen med testfiltre og prøvefiltre.
- Etter å ha fullført filterskanningen, fjern filteret og returner det til petriskålen/filterholderne. Velg de skannede dataene, klikk Godta-knappen , og deretter Lagre dataene.
- Måling av karbonmonoksid (CO)
MERK: CO-instrumentet er lite (omtrent på størrelse med en stor penn), kan logge kontinuerlig for ~ 32 000 poeng, har et område på 0-1000 ppm, og har blitt brukt til å vurdere eksponeringer og HAP i forskjellige andre overvåkingstiltak 19,26,27.- Start og sett opp CO-dataloggeren i 1 min ved hjelp av programvaren. Skjermen viser 'CO logger har blitt konfigurert vellykket'. Instrumentet er klart for prøvetaking.
- Etter prøvetaking, åpne CO-loggeren ved hjelp av programvaren, trykk Stopp for å stoppe USB-dataloggeren, og lagre dataene etter nedlasting.
- Kalibrer CO-loggeren
- Sett opp CO-loggeren ved samplingsfrekvensen på 1 minutt og plasser den i kalibreringsboksen, med innløpsventilen til sensorene vendt mot kalibreringsboksens luftinntaksport.
- I 5 minutter må du stille inn en strømningshastighet på 2 l/min med nullgradert luft eller romluft. Noter start- og sluttidspunktet. Reduser luftstrømmen til 1 l/min. Noter igjen start- og sluttidspunktet.
- Gjenta prosedyren med spenngass (50-150 ppm standard for CO i nullgradig luft), etterfulgt av nullgradert luft som beskrevet i forrige trinn.
- Last ned de kalibrerte dataene til en bestemt mappe. Åpne kalibreringsdatafilen og skriv inn CO-loggermonitorens data i CRF-H47.
- Tids- og stedslogger (TLL)
MERK: Bruk to typer Bluetooth-instrument for å overvåke tid og sted for barnet. La barnet ha på seg en vest som inneholder to myntstørrelses- og posisjonsmonitorer (TLM), koblet til en logger som ligger i nærheten av ECM-ene og morens prøvetakingsvest, som vist i figur 1Aiii. Beregn barnets eksponeringer ved å integrere tilsvarende arealkonsentrasjoner over tiden som brukes på det stedet 19,26,27.- Lad strømbanken og sørg for at loggeren fungerer ved å koble til den.
- Tids- og stedsovervåking (TLM)
- Sett inn et CR2032-batteri i skjermen (lysene skal blinke noen ganger hvis batteriet har tilstrekkelig strøm).
- For O-modellens TLM trykker du på mykdekselet for å høre et klikk, og et grønt lys skal blinke, noe som indikerer at TLM nå er 'PÅ' og sender signalet. For 'EM'-modellen TLM, trykk på mykdekselet for å slå på den første modusen (lyset skal blinke grønt). Trykk igjen for å komme inn i midtmodus (lyset skal blinke grønt igjen).
- Etter prøvetaking, last ned dataene fra "boot" -stasjonen som vises på loggerens SD-kort. Kopier og lagre filene fra den angitte 'TLL' mappen.
4. Overvåking av komfyrbruk
- Samle inn detaljer om ovnens bruksmønstre gjennom undersøkelser og distribusjon av objektive sensorbaserte tiltak. Plasser temperaturloggere på både LPG- og biomasseovner18,19,28. En detaljert oversikt over instrumentering og trinn involvert i komfyrbruksovervåking av datainnsamling i sentrallaboratoriet, feltlaboratoriet og feltaktiviteter er gitt i tilleggsfigur 4.
- Plasser termoelementsonden nær den tungvinte sonen til komfyren, som vist i tilleggsfigur 5, og installer prikkene.
- Åpne Geocene-appen og skriv inn oppdragsnavn, prøvetakingsintervall, husstands-ID, ovnstyper, randomiseringsdetaljer, kampanje, tagger og notater. Trykk på Start nytt oppdrag. Registrer installasjonsdetaljene i CRF-H40.
- Hver 2. uke laster du ned dataene ved hjelp av appen, og overfører over Bluetooth fra prikken til skyserveren. Registrer informasjonen i CRF-H40.
5. Overvåking av omgivelsene
MERK: PM 2.5-instrumentet registrerer luftbåren PM 2.5 i sanntid og har et innebygd 47 mm filter som kan samle PM2.5 for gravimetrisk evaluering19,26,29. En detaljert oversikt over instrumenteringen og trinnene som er involvert i omgivelsesovervåking av datainnsamling i det sentrale laboratoriet, feltlaboratoriet og feltaktivitetene er gitt i tilleggsfigur 6.
- Følg US EPAs retningslinjer30 om instrument- og innløpsplassering: a) >2 m fra vegger; b) >10 m fra trær; c) 2-7 m over bakken; og d) >2 m fra veier.
- Monter PM2.5-instrumentet på en betongplattform med jording. Forsikre deg om at det ikke er noen omgivende bakgrunnsluftforurensning og skriv inn prøvetakingsdetaljene i CRF-H46.
- Fra menyvalget setter du prøvetakingsintervallet til 5 min. Noter starttidspunktet og utfør flytkalibrering ved hjelp av et nullfilter. Samle sanntidsdata i 6 dager.
- På startdagen for gravimetrisk prøvetaking, last ned og lagre sanntidsdataene.
- Fjern det tidligere installerte nullfilteret og rengjør filterholderen ved hjelp av laboratorievev. Plasser et forhåndsveid filter og fyll CRF-H46.
- Etter 24 timer, stopp prøvetakeren og last ned sanntidsdataene. Registrer prøvetakingsinformasjonen i CRF-H46. Fjern filteret, pakk inn med aluminiumsfolie, og legg det i en gjenlukkbar pose under kjølekjedetransport.
6. Biomonitorering
- Innsamling, behandling og lagring av urinprøver
MERK: Følg trinnene som er involvert i å samle morgen ugyldige urinprøver i deltakerens hjem i henhold til amerikanske CDC retningslinjer 19,31,32. Samle urinprøver fra gravide mødre (BL, P1 og P2 besøk) og andre voksne kvinner (BL, P1, P2, B1, B2 og B4 besøk); hos barn (besøk av B1, B2 og B4) med administrering av respektive CRF-B10 på dag 2. En detaljert oversikt over trinnene som er involvert i biomonitorering i det sentrale laboratoriet, feltlaboratoriet og feltaktivitetene er gitt i tilleggsfigur 7.- For urinprøvesamlingen, gi urinoppsamlingskoppen (M og OAW) på dag 1. På samme måte må du instruere moren om å samle barnets urinprøve om morgenen neste dag i en urinpose eller direkte i koppen og oppbevare den i en vaksinepose.
- På feltlaboratoriet oppbevares de innsamlede urinprøvene mellom 1-8 °C. Før aliquoting, tine urinkoppen.
- For å aliquot, behandle en urinprøve om gangen. Aspirer 2 ml av prøven og tilsett i to 4 ml kryovialer, 5 ml i to 10 ml kryovialer, 15 ml i et arkivrør og oppbevar ved -20 °C.
- Den samme prosedyren for aliquoting følges for feltblankprøven (vann).
- DBS-oppsamling, tørking og lagring
MERK: Tren inspektørene til å samle DBS via fingerstikk hos gravide mødre (BL-, P1- og P2-besøk) og andre voksne kvinner (BL-, P1-, P2-, B1-, B2- og B4-besøk), og hælstikk eller fingerstikk hos barn (B0-, B1-, B2- og B4-besøk), etter WHOs anbefalinger33,34. En detaljert prosedyre for DBS-innsamling fra M og OAW er gitt i vedlegg H i tilleggsfilen.- For barnet, samle hælpinnen DBS basert på WHOs retningslinjer, ved hjelp av passende lansett.
- Velg venstre eller høyre hæl, og tørk av stikkstedet med en spritserviett.
- Hold lansetten i horisontal stilling ved punkteringsstedet og prikken. Etter prikking, tørk bort den første bloddråpen med en steril bomullsgassbind.
- Plasser kapillærrøret nær stikkstedet på blodlaget, og la blodet strømme inn i røret gjennom kapillærvirkning.
- Etter å ha fylt nok blodvolum i kapillærrøret, må du umiddelbart påføre blodet i sirkelen av proteinsparekortet.
- La prøven lufttørke (over natten) i horisontal retning ved romtemperatur.
- Pass på at blodflekkene har en mørk brunaktig farge og at ingen røde områder er synlige.
- Etter tørking legges DBS-kortet i en gjenlukkbar bioprøvepose som inneholder tørkemiddel (minst to doseposer) med et fuktighetsindikatorkort og oppbevarer det ved -20 °C.
7. Sporbarhetskjeder (COC) av samplede filtre
- Se tilleggsfilen for detaljerte trinn. Trinn som forklarer filterkondisjonering er beskrevet i vedlegg A, mikromiljø/personlig luftprøvetaking av PM2.5 finnes i vedlegg B, BC-måling er beskrevet i vedlegg C, CO-måling i vedlegg D, overvåking av tid og sted i vedlegg E, overvåking av ovnsbruk i vedlegg F, overvåking av omgivelsestemperatur i vedlegg G, biomonitorering i vedlegg H og prøvetransport i vedlegg I . Listen over CRFer som er brukt er gitt i tilleggstabell 3.
MERK: Figur 2A viser ECM samlet inn etter prøvetaking og pakket inn i aluminiumsfolie. De innpakkede filtrene ble pakket i separate bioprøveposer og plassert i vaksineposer som inneholdt en forfrosset gelpakke. Samplede filtre ble transportert til feltlaboratoriet (figur 2B). Som vist i figur 2C ble filtre transportert fra feltstedet lagret i dypfryser (- 20 °C) på feltlaboratoriet og oppbevart uforstyrret til de ble transportert til sentrallaboratoriet. Hver 15 til 30 dager ble prøver sendt med bil til det sentrale laboratoriet; samplede filtre ble pakket på tørris og gelpakker med COC. Ved mottak av prøvene fra feltkontoret ble prøvene kryssjekket med p-piller og arkivert i dypfryser (-20 °C).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Mikromiljø/personlige metoder for luftprøvetaking:
Figur 1Ai viser en gravid mor iført den tilpassede vesten i løpet av prøvetakingsperioden på 24 timer. Vesten inkluderer ECM, CO logger, og tid og plassering logger med power bank. Det ble sørget for at deltakerne brukte vesten gjennom hele prøvetakingsperioden, unntatt mens de badet og sov. Stativet som ble gitt for å henge vesten innenfor den sovende periferien er vist i figur 1Aii.
Figur 1Bviser rengjøring av ECM-prøvetakeren i perioden før og etter prøvetakingen, og figur 1Bii viser kalibreringen av ECM i feltlaboratoriet. Strømningsratene ble kontrollert og kjøretiden for prøvetaking ble satt før prøvetaking, og eventuelle avvik ble kontrollert i perioden etter prøvetakingen.
Figur 1C viser instrumentplassering (ECM, CO logger, og TLL) på kjøkkenet (1,5 m høyde fra bakken) for arealovervåking. Instrumentene ble plassert og installert 1 m fra kokekilden. Når vinduer eller dører var i nærheten av kildene, ble instrumentene installert 1 m unna disse åpningene. Figur 1D viser instrumentene (ECM, CO logger, og TLL) koblet til en powerbank, installert (1,5 m høyde fra bakken) utendørs i hver deltakers hus. Resultatene av mikromiljømessig og personlig PM2.5 etter disse metodene er allerede publisert 24,35,36.
Dataene for CO-loggerkalibrering over 1 år viste lave funksjonsfeil, som vist i tilleggsfigur 8 (forklaring vist som en sirkel representerer målingen av CO-dataloggeren leser utover kalibreringsområdet 0-50 ppm)35. Detaljer om forskjellen mellom blank- og prøvesporet til BC-måling for lasting av filteret er gitt i tilleggsmaterialet (vedlegg C).
Figur 1Ei illustrerer skadede filtre før forhåndsveiingen. Skadede og tapte filtre flagges som ugyldige. Filtrene ble sjekket på nytt i feltlaboratoriet før de ble lastet inn i luftovervåkingsinstrumenter. På samme måte ble samplede filtre undersøkt for eventuelle skader, for eksempel hull, tårer, strekking eller løsne, som gitt i figur 1Eii. Hvis det forelå en slik skade, ble den veid, men ikke ansett som gyldig for senere analyser. PM2,5 masse for hver prøve ble oppnådd ved å trekke prøvemassen fra medianfeltet blankmasse. Den endelige PM2.5-konsentrasjonen ble estimert ved å dele de blankkorrigerte filtermassene med mengden luft som ble samplet av pumpen i løpet av måleintervallet. De avledede terskelkriteriene for gyldig PM2,5 og CO-prøvetaking er angitt i tabell 1. Data innenfor terskelkriteriene anses som gyldige og tas opp til analyse.
Overvåking av komfyrbruk
Figur 3A viser kalibreringen av temperaturloggere, som først ble gjort på is og deretter i varmt vann ved hjelp av en standard temperaturmonitor. Figur 3Bi viser det vanlige mønsteret av topper som anses som gyldige og identifiseres med karakteristisk toppfarge (oransje) når ovnen brukes. Som vist i figur 3B ble det uregelmessige mønsteret av topper, som (ii) sondeproblem (registrering av høye temperaturer og måling utover temperaturområdet), (iii) teknisk feil (baseline skift med negative verdier) og (iv) termoelementproblem, karakterisert som ugyldig prøvetaking (ingen registreringer av temperaturmåling; baseline skift sammen med negative verdier). Temperaturmåleren installert i forskjellige kokeovner er illustrert i tilleggsfigur 5. Resultatene av komfyrbruksovervåking etter denne metodikken er allerede publisert18,19,36.
Prøvetaking av omgivelsesluft
Med amerikanske EPA-retningslinjer (https://www.epa.gov/environmental-topics/air-topics) ble omgivelsesprøvetakerne installert på toppen av en av de utvalgte husholdningene i hvert representativt HAPIN-India-område (figur 4A). Prøvetakingssteder ble valgt basert på sikkerhet, tilgjengelighet av elektrisitet og deltakerens vilje til å være vert for skjermen. Lokaliteter ble valgt ut til å ligge i sentrale strøk i forhold til klynger av deltakere. Omgivelsesprøver fulgte en lignende prosedyre for pakking og forsendelse fra feltstedet til feltlaboratoriet til det sentrale laboratoriet. For å forhindre at kabler kobles til feil kontakt, kobler du til med det unike pinneoppsettet som angitt i tilleggsfigur 9. Resultatene av omgivelsesovervåking (PM2,5) målt mellom 2018 og 2020 er vist i figur 4B. Også resultatene av omgivelsesovervåking ved hjelp av denne metoden andre steder er allerede publisert29.
Biomonitorering
Figur 5A viser urinavregningsprosedyren. Prøvene fra feltanlegget ble lagret i kjølebager og fraktet til feltlaboratoriet, hvor de ble alisert og lagret i dypfryser (-20 °C). Figur 5B oppsummerer COC-en for prøveinnsamling, transport og feltlagring.
Figur 5C viser DBS-ene; 5Ci viser gyldige flekker før tørking, og 5Cii viser gyldige flekker etter tørking. Tabell 2 oppsummerer mønsteret av gyldig DBS-innsamling ved oppfølgingsbesøk blant HAPIN-deltakerne (M, OAW, C). Suksessraten for å samle gyldige DBS fra mødre for tre besøk er 100% (BL), 93% (P1) og 83% (P2). På samme måte, for OAW, var suksessen til DBS-innsamling konsekvent (100% -72%) for de tre første (BL-P2) besøkene, men redusert (45% -35%) fra B1 til B4 under pandemien og under orkanen Gaja (2018). Suksessen til DBS-innsamling hos barn var 72,09 % ved fødselen (B0), 64 % ved B1, 62 % ved B2 og 45 % ved B4.
Figur 5D understreker at kjølekjeden med tørris opprettholder prøveintegriteten. Hver måned ble biologiske prøver pakket med tørris i en separat varmeisolasjonsboks og sendt med temperatur- og relativ fuktighetsloggere (RH). Korrelasjonsanalyse av urinspesifikk tyngdekraft målt mellom feltlaboratorium og sentralt laboratorium viste godt samsvar, som vist i figur 5E. Våre resultater av kryssvalidering av biomonitoreringsmetoden i urinprøver av polysykliske aromatiske hydrokarbonmetabolitter viser kvalitetssikring (QA)/kvalitetskontroll (QC) av prøveintegritet21.
Alle prøvetakings- og CRF-data ble sikkert lastet opp fra SRIHER til Emory Universitys server. Dataoverføring skjedde daglig, og reduserte dermed sannsynligheten for tap av data. Listen over CRFer brukt til datainnsamling er gitt i tilleggstabell 3. Datainnsamlingsflyten fra feltstedet til Emory-serveren er gitt i tilleggsfigur 10.
Figur 1: Person- og mikromiljøovervåking. (A) Gravid mor som bærer vesten med luftprøvetakingsinstrumenter (ECM, CO logger, og TLL); ii) Metallstativ med vesten; iii) Barnevest med TLM-enheter. (B) i) ECM-rengjøring; ii) ECM-kalibrering. (C) Overvåking av kjøkkenområdet med ECM, CO logger, og TLL. (D) Utendørs områdeovervåking med ECM, CO logger og TLL. (E) i) Skadede forhåndsveide filtre; ii) Skadede prøvefiltre. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 2: Kjede av filtre. (A) Samplet ECM med filtre pakket inn i aluminiumsfolie. (B) Transport av samplede filtre fra deltakernes husholdninger til feltlaboratoriet i vaksinekjøleposer som inneholder gelpakker. (C) Prøvefiltre lagret i dypfryser (-20 °C) i feltlaboratorium. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 3: Bruk komfyr av overvåkingstemperaturloggere . (A) Kalibrering av Geocene Dot temperaturloggere. (B) i) Gyldig toppmønster for overvåking av komfyrbruk; ii) Probe problem; iii) Teknisk feil; iv) Thermocouple problem. (C) Komfyr bruker overvåkingstemperaturloggere. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 4: Overvåking av omgivelsene. (A) Ambient PM2.5-instrument installert på feltstedet. (B) Tidsserier for målinger av PM2,5-nivå (2018-2020). Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 5. Biomonitorering-prøveinnsamling, prosessering og kvalitetskontroll. (A) Urin aliquoting. (B) Forvaringskjede for prøveinnsamling, lagring og transport. (C) Tørket blodflekk: i) før tørking; ii) etter tørking. (D) Kald forvaringskjede av prøveforsendelse. (E) QA/QC av prøveintegritetsdata for urinspesifikk tyngdekraft målt i feltstedet og sentralt laboratorium. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Tabell 1: Gyldige terskelkriterier for prøvetaking for PM2,5 og CO-monitorer. Merk at på grunn av følsomheten til akselerometeret ble verdier utenfor forventede områder flagget, men ikke ekskludert fra analysene. Klikk her for å laste ned denne tabellen.
Tabell 2: Oppsummering av gyldig DBS-samling blant studiedeltakerne. * Under en orkan (syklon) var det et fall i DBS-samlingen. † Under COVID19-lockdown var det en nedgang i DBS-samlingen. ‡ Under COVID19-nedstengningen var det en nedgang, og data for 2021 er ikke inkludert i DBS-innsamlingen. Forkortelser: M = gravid mor; OAW = annen voksen kvinne; C = barn. Klikk her for å laste ned denne tabellen.
Tilleggstabell 1: Retningslinjer for installasjon av prøvetakere for mikromiljøovervåking.
Tilleggstabell 2: Forskjellen mellom det tomme sporet og prøvesporet for å laste inn filteret. * Diffusoren kan bare byttes ut hvis det er noen synlige skader eller hvis den brukes til ~ 750-1,000 filtre.
Tilleggstabell 3: Liste over CRFer med hensyn til eksponering og biomarkørprøvetaking. CRF-ene er tilgjengelige i RedCap-databasen, lagret ved Emory University, og vedlikeholdes med datadelingsavtalen mellom alle samarbeidspartnerne, som kan leveres til leserne på forespørsel.
Tilleggsfigur 1: Dataregistreringsark for filterveiing. Klikk her for å laste ned denne filen.
Tilleggsfigur 2. Instrumenter og trinn involvert i mikromiljø og personlig luftprøvetaking. Klikk her for å laste ned denne filen.
Tilleggsfigur 3: Sylinderampuller og filterspor. A: Tomt spor (posisjon 1); B: Sylinderampulle med tom bunn som inneholder både den tomme diffusoren og det tomme filteret i kassetten; C: Øverste del av den tomme kassetten; D: Eksempelspor (posisjon 2); E: Bunnprøvepatron med prøvediffusor; F: Den øverste delen av prøvekassetten. Klikk her for å laste ned denne filen.
Tilleggsfigur 4: Instrumenter og trinn involvert i komfyrbruksovervåking. Klikk her for å laste ned denne filen.
Tilleggsfigur 5: Punkter installert i forskjellige kokeovner. Klikk her for å laste ned denne filen.
Tilleggsfigur 6: Instrumenter og trinn involvert i overvåking av omgivelsesluft. Klikk her for å laste ned denne filen.
Tilleggsfigur 7: Instrumenter og trinn involvert i biologisk prøvetaking. Klikk her for å laste ned denne filen.
Tilleggsfigur 8: Sammendrag av sammendrag av karbonmonoksid (CO) datalogger. Klikk her for å laste ned denne filen.
Tilleggsfigur 9: Oppsett av e-prøvetakerkobling. Klikk her for å laste ned denne filen.
Tilleggsfigur 10: Datainnsamling og -behandling. Klikk her for å laste ned denne filen.
Tilleggsfigur 11: Bruk av vaksinepose. Klikk her for å laste ned denne filen.
Tilleggsfigur 12: Forskjell mellom pelikan og vaksinepose. Temperaturytelsen til to kjøleposer (pelikan vs. vaksine) testes ved hjelp av en CO-dataloggermonitor i 48 timer i laboratoriet ved en gjennomsnittlig romtemperatur på 28,3 ± 0,6 °C og RF på 49,2 % ± 3,6 %. En urinprøve (~60 ml) med initiell temperatur på 36,4 °C ble lagt i to poser og oppbevart uforstyrret i 48 timer i en bod. Klikk her for å laste ned denne filen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Vi demonstrerte og visuelt representerte standardprosedyrer for å samle inn data på befolkningsnivå om personlige eksponeringer for husholdningsluftforurensning i HAPIN-forsøket19,24. De feltbaserte prøvetakingsmetodene for miljø og biomarkører som er beskrevet her, er hensiktsmessige og gjennomførbare, spesielt i sårbare populasjoner i ressursbegrensede miljøer der PM 2,5-eksponeringer er flere størrelsesordener høyere enn WHOs luftkvalitetsretningslinje (AQG)-verdier (årlig gjennomsnitt på 5 μg/m3 og 24 timers gjennomsnitt på 15 μg/m3)37,38.
Instrumentene som er brukt i denne studien er brukt i andre studier med ulik utvalgsvarighet. I Jack et al. ble CO målt hver 6. uke ved hjelp av en lett CO-loggermonitor, og PM2.5-måling (microPEM) ble samlokalisert i 72 timer på nesten halvparten av gravide deltakere9. En annen studie brukte omgivelsesjusterte personlige eksponeringer vurdert med Ultrasonic Personal Aerosol Sampler (UPAS) for å håndtere usikkerhet i estimater av globale virkninger av HAP på hjertehelsen ved hjelp av en kvantitativ vurdering av PM2.5-eksponering 14.
Prosedyrene som ble fulgt under HAPIN-studien og beskrevet her, kan tjene som retningslinjer for personlig / mikromiljø HAP-overvåking i andre innstillinger24,26. Feltteamet evaluerte først mulige steder for å plassere skjermene på kjøkkenet, når de sov og på utendørs husholdningssteder. Når det ikke var ideelle forhold for å plassere skjermene (1,5 m over bakken, 1 m fra ovnen og eventuelle dører og vinduer), ble egnede steder ved siden av det ideelle prøvestedet valgt35. Dette forekom relativt sjeldent i <2% av alle innsamlede prøver. Temperaturloggere som ble brukt som komfyrbruksmonitorer hadde vanntette deksler for å beskytte mot søl under kjøkkenaktiviteter, som matlaging og oppvarming av vann. Temperaturloggere som ble plassert på utendørs ovner ble imidlertid skadet under monsunen og oversvømmelsen (figur 3C).
Etterlevelsen av å bruke vesten ble observert av feltinspektører på dagen for fjerning av skjermene (dag 2). Etterlevelse vurdert via sensorer viste seg til tider å være feil; I noen tilfeller ville deltakerne ha på seg skjermen, men ville sitte stille og dermed bli flagget som ikke-kompatible. Denne erkjennelsen av sensorbasert feilklassifisering var bare mulig på grunn av observante feltarbeidere. Som en ekstra sjekk inneholdt våre CRF-er deltakerrapportert samsvar.
Håndtering av filtre under kondisjonering, veiing, prøvetaking (før og etter), transport og lagring i felt og sentralt laboratorium er kritiske aktiviteter innenfor enhver datainnsamlingsfase. Etter 24 timers prøvetaking ble den personlige monitoren fullstendig dekket av aluminiumsfolie og plassert i en bioprøvepose for transport i kjølekjede og støvfritt miljø. Den nåværende studien har vist prosedyrene for å bevare filtrene fra deltakernes hjem til feltlaboratoriet til det sentrale laboratoriet via forvaring.
Det forutsies få avvik fra nødvendige temperaturforhold under lagring og transport under biologisk prøvetaking og transport fra felt til laboratoriet for analyse, noe som kan føre til feilaktige resultater. Kjølebagen som ble brukt i flerlandsinstallasjonene var for dyr i India. Under ulike nasjonale programmer i India har vaksinekjølebagen blitt brukt mye til vaksinetransport. Disse vaksineposene ble anskaffet lokalt til en rimelig pris, nesten 30 ganger lavere enn kjøleposen (tilleggsfigur 11). Før et bulkkjøp ble forsendelsestemperaturen i disse vaksinekjøleboksene sammenlignet med kjøleposen for å sikre prøveintegritet (tilleggsfigur 12). I ressursbegrensede omgivelser er det vanskelig å samle biologiske prøver og opprettholde deres integritet. Transport av prøvene i lokalt tilgjengelige vaksineposer fra deltakerens hjem til feltlaboratoriet løste dette problemet.
DBS-samling er også kjent som flekker av kapillærblod hentet fra en finger, hæl eller øreflipp39. Bruk av DBS-kort for innsamling av blodprøver er relativt smertefritt og ikke-invasivt, og kan samles inn i deltakerens hjem gjennom ikke-klinisk, men utdannet helsepersonell. Blodet som samles på filterpapiret, tørkes og lagres lett. En dråpe fullblod opptar ca. 50 μL i en plate med en diameter på 12,7 mm23. Ringfingeren er vanligvis det foretrukne stedet for voksne, og det er en vanlig prosedyre i terapeutisk overvåking. Selv om trinnene involvert i DBS-innsamling for biomarkørscreening for voksne ble visualisert i tidligere studier, har oppgavene og mikrotrinnene involvert i ressursbegrensede innstillinger ikke blitt fanget40,41. Denne studien er blant de første, så vidt vi vet, til å fange DBS fra M, OAW og C,) av samme husholdning42. I landlige omgivelser er det utfordrende, selv om prosedyren er minimalt invasiv42. Hyppig opplæring for feltmålere om innsamling av gyldige DBS-er, og tekniske avklaringer om valg av ikke-dominerende hånd, avslapping og massering av armen, og valg av ring- eller langfinger spilte en betydelig rolle i innsamling av gyldige DBS-er33.
På samme måte, for nyfødte, ble kapillærprøvetakingen gjennom hælstikk utført for babyer som veide fra ~ 3 til 10 kg (fødsel til 6 måneder), og fingerstikk i oppfølging (over 6 måneder) for babyer som veide > 10 kg. Etter WHOs retningslinjer har valget og posisjonen (punktering i en 90° vinkel parallelt med hælen) av lansetten for prikking spilt en betydelig rolle i å oppnå nok blodstrøm, vellykket innsamling av DBS og en litt kortere estimert dybde33,34. Lengden på bladet i en lansett varierer fra produsent (dvs. fra 0, 85-2 mm for nyfødte). Hos premature babyer ble lansett for hælstikk (0,85 mm x 1,75 mm dybde) og lansett for fingerstikk (1 mm x 2,5 mm dybde) brukt hos babyer mellom 6 måneder og 8 år.
Etter hælstikk ble blodet trukket ved hjelp av PTS-kapillærrør (Ref# 2866) for å samle prøven uten blodpropp i blodflekkene og for å unngå stempling på proteinsparekortet. Basert på våre foreløpige eksperimenter, antas det at å plassere kapillærrøret nedover tar opp blodet raskt uten hindringer på grunn av jevn overflatespenning.
Etter vellykket innsamling av gyldige DBS-er fra HAPIN-deltakere på begge studiestedene, ble prøven samlet i proteinsparekortet tørket over natten ved romtemperatur (25 °C) i feltlaboratoriet, og det ble sikret at proteinsparekortet var fritt for insekter og husfluer ved hjelp av et dekkende insektnett. Etter tørking (brun farge, figur 5Cii) ble DBS-kortet oppbevart ved -20 °C.
Under DBS-innsamlingen hjemme hos deltakerne var det dråpede blodet innenfor 12,7 mm flekk, men etter tørking over natten ved romtemperatur ble de to individuelle flekkene slått sammen på NP-stedet. Den observerte forskjellen i NP-lokaliteten kan skyldes den høyere relative luftfuktigheten, hvor de innsamlede gyldige DBS-ene ble ugyldige da de to individuelle tørrblodflekkene smeltet sammen. Etter den harmoniserte DBS-innsamlingsprosedyren har resultatene av kliniske biomarkører (oksidativt stress, betennelse, endoteldysfunksjon, lungefornærmelse) blitt kryssvalidert på blindede prøver i LEADER-laboratoriet ved Emory University, og ble funnet å være i god overensstemmelse (data ikke vist).
Bioprøveinnsamling krever fast overholdelse av sikkerhetsprotokoller. I løpet av pandemiperioden (24. mars 2019 til juni 2019) ble ytterligere sikkerhetsprotokoller utført, etter råd fra lokale myndigheter. Studiepersonalet ble instruert til å bruke personlig verneutstyr (PPE) som hansker, ansiktsmasker, vernebriller og forklær mens de reiste og i deltakerhus. Laboratoriefrakker var obligatoriske mens de jobbet på feltkontorer, og feltkontorer var utstyrt med biosikkerhetsskap for håndtering av bioprøver. Det ble gitt opplæring til alle ansatte i bruk og identifisering av skadet smittevernutstyr. De brukte PPE-ene ble samlet i separate avfallsposer og overlevert på de samarbeidende helsesentrene for sikker deponering til det felles biomedisinske avfallshåndteringsanlegget autorisert av Statens forurensningsstyre.
Opptak av høyoppløselige videoer av feltdatainnsamling, spesielt i utfordrende landlige omgivelser, vil hjelpe til med å bygge bro over opplæringshullene i overvåking av luftforurensning og feltdatainnsamling. Samlet sett ble kvaliteten og påliteligheten av datainnsamlingen sikret i alle stadier av prosjektgjennomføringen. Periodisk opplæring og omskolering av feltpersonell bygget deres kapasitet og selvtillit og unngikk det dyre tapet av prøveintegritet. Metodene som brukes er overførbare og vil hjelpe andre forskere med å vedta miljøovervåking og bioprøveinnsamlingsprosedyrer i LMICs ved hjelp av kostnadseffektive strategier.
Hullene og utfordringene gjennom HAPIN-studien, spesielt i ressursbegrensede landlige områder, rapporteres også. Vi bemerker at omfattende forarbeid og opplæring, rapportert andre steder i publikasjoner som beskriver HAPINs formative arbeid, var avgjørende for å sortere ut problemer med protokollen, som utformingen av vester for prøvetaking og mekanismene for sikker transport av både luftforurensning og biologiske prøver. Videre ble mange "voksesmerter" overvunnet i denne perioden, inkludert håndtering av de svært små 15 mm ECM gravimetriske filtrene, teknikker for plassering av komfyrbruksmonitorer, etc.
Spesiell oppmerksomhet ble gjort mens de samplede filtrene, instrumentene og bioprøvene ble sendt fra husholdninger til feltlaboratoriet. Alt luftprøvetakingsutstyr, tilbehør og prøver ble sporet gjennom lagerstyring ved sentral- og feltlaboratoriene. Det har muliggjort rettidig vedlikehold, reparasjon, utskifting og evaluering av prosjektforsyninger for å gi uavbrutt datainnsamling.
Datainnsamlingsmetodene som er demonstrert her, har vist seg å være pålitelige og konsistente gjennom hele den årelange studieperioden. Bruk og bruk av rimelige og smarte teknologier kan peke mot et fremtidig paradigme for randomiserte kontrollforsøk (RCT) og eksponeringsresponsstudier, noe som sikrer akseptabel datainnsamling for å gi pålitelige resultater. Slike bestrebelser er ikke uten utfordringer; Som vist her, kan imidlertid flid og gjennomgang av etablerte protokoller sikre at feltteam er i stand til å tilpasse seg endrede omstendigheter, både forventede (forskjeller i husholdningskonfigurasjoner, for eksempel) og uventede (COVID-19, orkaner). For HAPIN begynte dette med praktisk opplæring i laboratoriet og feltet levert av eksponerings- og biomarkørkjerneeksperter før forsøket. I tillegg ble det gitt oppfriskningstrening en gang hver 6. måned på ulike nivåer gjennom hele studieperioden. Den periodiske coachingen økte teamets evne til effektivt å prøve og håndtere instrumenter, filtre og bioprøver. Visualiserings- og feltprøvetakingsprosedyrene vil være et verdifullt pedagogisk verktøy for forskere som gjennomfører lignende store epidemiologiske studier i India eller LMICs.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
*4 Funnene og konklusjonene i denne rapporten tilhører forfatterne og representerer ikke nødvendigvis den offisielle posisjonen til U.S. National Institutes of Health eller Department of Health and Human Services eller Bill and Melinda Gates Foundation. Finansieringsorganene hadde ingen rolle i datainnsamling og dataanalyse presentert i papiret.
Acknowledgments
Etterforskerne ønsker å takke medlemmene av den rådgivende komiteen - Patrick Brysse, Donna Spiegelman og Joel Kaufman - for deres verdifulle innsikt og veiledning gjennom gjennomføringen av rettssaken. Vi ønsker også å anerkjenne alle forskere og studiedeltakere for deres engasjement og deltakelse i denne viktige studien.
Denne studien ble finansiert av US National Institutes of Health (samarbeidsavtale 1UM1HL134590) i samarbeid med Bill &; Melinda Gates Foundation (OPP1131279). Et tverrfaglig, uavhengig Data and Safety Monitoring Board (DSMB) utnevnt av National Heart, Lung, and Blood Institute (NHLBI) overvåker kvaliteten på dataene og beskytter sikkerheten til pasienter som er inkludert i HAPIN-studien. NHLBI DSMB: Nancy R. Cook, Stephen Hecht, Catherine Karr (leder), Joseph Millum, Nalini Sathiakumar, Paul K. Whelton, Gail Weinmann og Thomas Croxton (utøvende sekretærer). Program Koordinering: Gail Rodgers, Bill &; Melinda Gates Foundation; Claudia L. Thompson, Nasjonalt institutt for miljøhelsevitenskap; J. Parascandola, National Cancer Institute; Marion Koso-Thomas, Eunice Kennedy Shriver Nasjonalt institutt for barnehelse og menneskelig utvikling; Joshua P. Rosenthal, Fogarty internasjonale senter; Conception R. Nierras, NIH Kontor for strategisk koordinering Common Fund; Katherine Kavounis, Dong-yun Kim, Antonello Punturieri og Barry S. Schmetter, NHLBI.
HAPIN Etterforskere: Vanessa Burrowes, Alejandra Bussalleu, Devan Campbell, Eduardo Canuz, Adly Castañaza, Howard Chang, Yunyun Chen, Marilú Chiang, Rachel Craik, Mary Crocker, Victor Davila-Roman, Lisa de las Fuentes, Oscar De León, Ephrem Dusabimana, Lisa Elon, Juan Gabriel Espinoza, Irma Sayury Pineda Fuentes, Dina Goodman, Meghan Hardison, Stella Hartinger, Phabiola M Herrera, Shakir Hossen, Penelope Howards, Lindsay Jaacks, Shirin Jabbarzadeh, Abigail Jones, Katherine Kearns, Jacob Kremer, Margaret A Laws, Pattie Lenzen, Jiawen Liao, Fiona Majorin, McCollum, John McCracken, Julia N McPeek, Rachel Meyers, Erick Mollinedo, Lawrence Moulton, Luke Naeher, Abidan Nambajimana, Florien Ndagijimana, Azhar Nizam, Jean de Dieu Ntivuguruzwa, Aris Papageorghiou, Usha Ramakrishnan, Davis Reardon, Barry Ryan, Sudhakar Saidam, Priya Kumar, Meenakshi Sundaram, Om Prashanth, Jeremy A Sarnat, Suzanne Simkovich, Sheela S Sinharoy, Damien Swearing, Ashley Toenjes, Jean Damascene Uwizeyimana, Viviane Valdes, Kayla Valentine, Amit Verma, Lance Waller, Megan Warnock, Wenlu Ye.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| BD adult lancet | BD Biosciences | 366594 | DBS collection from finger |
| BD Quikheek infant safety lancet | BD Biosciences | 368100 & 368101 | Heel prick DBS collection |
| Beacon | Roximity | O/EM | Time and location monitor [TLM] (Personal monitor) |
| Beacon Logger | Berkley Air Monitoring group | xxxx | Time and location logger [TLL] (Indirect measurement) |
Cr do ProMed Pelican Bag |
Peli Biothermal USA | Cooler bag | |
| Enhanced Children MicroPEM (ECM) | RTI International, Durham, NC, US | xxxx | Personal monitor of PM2.5 |
| E-sampler | Met One Instruments | 9800 | Indirect measurement of ambient PM2.5 |
| Geocene | Geocene Inc., Vallejo,CA | xxxx | for stove use monitoring |
| Humidity indicating card | DESSICARE, INC. | 04BV14C10 | Sample integrity indicator |
| Lascar | Lascar Electronics | EL-USB-300 | Carbon monoxide (CO) data logger |
| PTS collect capillary tubes- 40 µL | PTS collect | 2866 | To collect heel prick DBS from children |
| Sartorius | Sartorius Lab Instruments, GmbH & Co, Germany | MSA6-6S-000-DF | Microbalance (Weighing filters) |
| SootScanTM | Magee Scientific Co, Berkeley, USA | OT21 | Black carbon measurement |
| Vaccine Bag | Apex International, India | AIVC-46 | Vaccine Bag |
| Whatman 903 Protein Saver card | GE Healthcare Life Sciences | 10534612 | Collection of capillary blood samples (Dried Blood Spot) |
References
- Odo, D. B., Yang, I. A., Knibbs, L. D. A systematic review and appraisal of epidemiological studies on household fuel use and its health effects using demographic and health surveys. International Journal of Environmental Research and Public Health. 18 (4), 1411 (2021).
- Pope, D., et al. Are cleaner cooking solutions clean enough? A systematic review and meta-analysis of particulate and carbon monoxide concentrations and exposures. Environmental Research Letters. 16 (8), 083002 (2021).
- Smith, K. R., Pillarisetti, A. Household air pollution from solid cookfuels and its effects on health. Injury Prevention and Environmental Health. , at https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK525225/ (2017).
- Balakrishnan, K., et al. Air pollution from household solid fuel combustion in India: an overview of exposure and health related information to inform health research priorities. Global Health Action. 4 (1), 5638 (2011).
- Balakrishnan, K., et al. State and national household concentrations of PM2.5 from solid cookfuel use: Results from measurements and modeling in India for estimation of the global burden of disease. Environmental Health. 12 (1), 77 (2013).
- Corsi, D. J., et al. Prospective Urban Rural Epidemiology (PURE) study: Baseline characteristics of the household sample and comparative analyses with national data in 17 countries. American Heart Journal. 166 (4), 636-646 (2013).
- Keller, J. P., et al. A hierarchical model for estimating the exposure-response curve by combining multiple studies of acute lower respiratory infections in children and household fine particulate matter air pollution. Environmental Epidemiology. 4 (6), 119 (2020).
- Arku, R. E., et al. Characterizing exposure to household air pollution within the Prospective Urban Rural Epidemiology (PURE) Study. Environment international. 114, 307-317 (2018).
- Jack, D. W., et al. Ghana randomized air pollution and health study (GRAPHS): study protocol for a randomized controlled trial. Trials. 16 (1), 420 (2015).
- Liang, L., et al. Assessment of personal exposure to particulate air pollution: The first result of City Health Outlook (CHO) project. BMC Public Health. 19 (1), 711 (2019).
- Chowdhury, S., et al. Indian annual ambient air quality standard is achievable by completely mitigating emissions from household sources. Proceedings of the National Academy of Sciences. 116 (22), 10711-10716 (2019).
- Checkley, W., et al. Effects of a household air pollution intervention with liquefied petroleum gas on cardiopulmonary outcomes in Peru. A randomized controlled trial. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 203 (11), 1386-1397 (2021).
- Ranzani, O. T., et al. Association between ambient and household air pollution with carotid intima-media thickness in peri-urban South India: CHAI-Project. International Journal of Epidemiology. 49 (1), 69-79 (2020).
- Ranzani, O. T., et al. Personal exposure to particulate air pollution and vascular damage in peri-urban South India. Environment International. 139, 105734 (2020).
- Balakrishnan, K., et al. Establishing integrated rural-urban cohorts to assess air pollution-related health effects in pregnant women, children and adults in Southern India: an overview of objectives, design and methods in the Tamil Nadu Air Pollution and Health Effects (TAPHE) study. BMJ Open. 5 (6), 008090 (2015).
- Shupler, M., et al. Multinational prediction of household and personal exposure to fine particulate matter (PM2.5) in the PURE cohort study. Environment International. 159, 107021 (2022).
- Smith, K. R. Effect of reduction in household air pollution on childhood pneumonia in Guatemala (RESPIRE): A randomised controlled trial. The Lancet. 378 (9804), 1717-1726 (2011).
- Pillarisetti, A., et al. Patterns of stove usage after introduction of an advanced cookstove: The long-term application of household sensors. Environmental Science and Technology. 48 (24), 14525-14533 (2014).
- Johnson, M. A., et al. Air pollutant exposure and stove use assessment methods for the household air pollution intervention network (HAPIN) trial. Environmental Health Perspectives. 128 (4), 047009 (2020).
- Barr, D. B., Wang, R. Y., Needham, L. L. Biologic monitoring of exposure to environmental chemicals throughout the life stages: requirements and issues for consideration for the National Children's Study. Environmental Health Perspectives. 113 (8), 1083-1091 (2005).
- Puttaswamy, N., et al. Cross-validation of biomonitoring methods for polycyclic aromatic hydrocarbon metabolites in human urine: Results from the formative phase of the household air pollution intervention network (HAPIN) trial in India. Journal of Chromatography B. 1154, 122284 (2020).
- Barr, D. B., et al. Urinary creatinine concentrations in the U.S. population: implications for urinary biologic monitoring measurements. Environmental Health Perspectives. 113 (2), 192-200 (2005).
- McDade, T. W., Williams, S., Snodgrass, J. J. What a drop can do: dried blood spots as a minimally invasive method for integrating biomarkers into population-based research. Demography. 44 (4), 899-925 (2007).
- Sambandam, S., et al. Exposure contrasts associated with a liquefied petroleum gas (LPG) intervention at potential field sites for the multi-country household air pollution intervention network (HAPIN) trial in India: Results from pilot phase activities in rural Tamil Nadu. BMC Public Health. 20 (1), 1799 (2020).
- Clark, S. N., et al. High-resolution spatiotemporal measurement of air and environmental noise pollution in Sub-Saharan African cities: Pathways to equitable health cities study protocol for Accra, Ghana. BMJ Open. 10 (8), 035798 (2020).
- Clasen, T., et al. Design and rationale of the HAPIN study: A multicountry randomized controlled trial to assess the effect of liquefied petroleum gas stove and continuous fuel distribution. Environmental Health Perspectives. 128 (4), 47008 (2020).
- Liao, J., et al. LPG stove and fuel intervention among pregnant women reduce fine particle air pollution exposures in three countries: Pilot results from the HAPIN trial. Environmental Pollution (Barking). 291, 118198 (2021).
- Wilson, D. L., Williams, K. N., Pillarisetti, A. An integrated sensor data logging, survey, and analytics platform for field research and its application in HAPIN, a multi-center household energy intervention trial. Sustainability. 12 (5), 1805 (2020).
- Rooney, B., et al. Impacts of household sources on air pollution at village and regional scales in India. Atmospheric Chemistry and Physics. 19 (11), 7719-7742 (2019).
- Review of the National Ambient Air Quality Standards for Particulate Matter. Environmental Protection Agency. , Available from: https://www.epa.gov (2020).
- Barr, D. B., et al. Design and rationale of the biomarker center of the household air pollution intervention network (HAPIN) trial. Environmental Health Perspectives. 128 (4), 47010 (2020).
- Cross Sectional Assessment Study Appendix D, biologic sample collection and analysis plans. CDC/NCEH. , Available from: https://www.cdc.gov/inceh/clusters/fallon/6_ApdxD_Biomethods.pdf (2022).
- Practical guidance on capillary sampling (finger and heel-prick). World Health Organization. , Available from: https://cdn.who.int/media/docs/default-source/integrated-health-sevices-(his)/injction-safety/job-aids/5card_capillary_web.pdf?sfvrsn=78f3be94_5 (2010).
- WHO guidelines on drawing blood: best practices in phlebotomy. World Health Organization. , Available from: https://apps.who.int/iris/handle/10665/44294 (2010).
- Johnson, M., et al. Exposure contrasts of pregnant women during the household air pollution intervention network randomized controlled trial. Environmental Health Perspectives. 130 (9), 097005 (2022).
- Piedrahita, R., et al. Exposures to carbon monoxide in a cookstove intervention in northern Ghana. Atmosphere. 10 (7), 402 (2019).
- Balakrishnan, K., Cohen, A., Smith, K. R. Addressing the burden of disease attributable to air pollution in india: the need to integrate across household and ambient air pollution exposures. Environmental Health Perspectives. 122 (1), 6-7 (2014).
- CPCB. Air quality monitoring, emission inventory and source apportionment study for Indian cities. Central Pollution Control Board. , Available from: https://www.epa.gov (2011).
- Stove, C. P., Ingels, A. -S. M. E., De Kesel, P. M. M., Lambert, W. E. Dried blood spots in toxicology: from the cradle to the grave. Critical Reviews in Toxicology. 42 (3), 230-243 (2012).
- Grüner, N., Stambouli, O., Ross, R. S. Dried blood spots - preparing and processing for use in immunoassays and in molecular techniques. Journal of Visualized Experiments. (97), e52619 (2015).
- Ostler, M. W., Porter, J. H., Buxton, O. M. Dried blood spot collection of health biomarkers to maximize participation in population studies. Journal of Visualized Experiments. (83), e50973 (2014).
- Shan, M., et al. A feasibility study of the association of exposure to biomass smoke with vascular function, inflammation, and cellular aging. Environmental Research. 135, 165-172 (2014).
