Summary
Мы подробно описываем последовательные, высококачественные процедуры, используемые в процессах отбора проб воздуха и биологических проб на индийских полевых участках во время большого рандомизированного контролируемого исследования. Информация, полученная в результате надзора за применением инновационных технологий, адаптированных для оценки воздействия в сельских регионах, позволяет улучшить практику сбора полевых данных с более надежными результатами.
Abstract
Здесь мы представляем визуальное представление стандартных процедур сбора данных на уровне населения о личном воздействии загрязнения воздуха в домашних условиях (HAP) из двух разных исследовательских участков в условиях ограниченных ресурсов в штате Тамилнад, Индия. Твердые частицы PM 2,5 (частицы размером менее2,5 микрон в аэродинамическом диаметре), окись углерода (CO) и черный углерод (BC) были измерены у беременных женщин (M), других взрослых женщин (OAW) и детей (C) в разное время в течение 4-летнего периода. Кроме того, был проведен мониторинг использования печей (SUM) с регистрацией данных термометров и измерения загрязнения атмосферного воздуха. Кроме того, была успешно продемонстрирована возможность сбора биологических образцов (мочи и высушенных пятен крови [DBS]) у участников исследования на полевых участках. Основываясь на результатах этого и более ранних исследований, использованные здесь методы повысили качество данных и позволили избежать проблем с загрязнением воздуха в домашних хозяйствах и сбором биологических проб в условиях ограниченных ресурсов. Установленные процедуры могут стать ценным образовательным инструментом и ресурсом для исследователей, проводящих аналогичные исследования в области загрязнения воздуха и здоровья в Индии и других странах с низким и средним уровнем дохода (СНСД).
Introduction
Во всем мире воздействие загрязнения воздуха в домашних хозяйствах (HAP), в основном в результате приготовления пищи на твердом топливе, является одной из основных причин заболеваемости и смертности 1,2,3. Приготовление пищи и отопление с использованием твердых видов топлива (биомассы, такой как древесина, навоз, растительные остатки и уголь) широко распространены в странах с низким и средним уровнем дохода (СНСД), что создает различные проблемы в области здравоохранения, окружающей среды и экономики. PM2.5 является «тихим убийцей», встречающимся как в помещении, так и на открытом воздухе 4,5. Качество воздуха внутри помещений в Индии часто значительно хуже, чем качество наружного воздуха, и оно привлекло достаточно внимания, чтобы рассматриваться как серьезная опасность для здоровья окружающей среды4. Нехватка количественных данных о воздействии, основанных на измерениях, препятствовала оценке глобального бремени болезней (ГББ), связанных с HAP 6,7.
Текущие исследования часто игнорируют тот факт, что измерение воздействия HAP является сложным и варьируется в зависимости от многих факторов, включая тип топлива, тип печи и смешанное использование многих чистых и нечистых печей, явление, известное как «штабелирование печи». Другие факторы, влияющие на воздействие, включают количество потребляемого топлива, уровень вентиляции кухни, продолжительность времени, проведенного в непосредственной близости от кухонной плиты, возраст и пол8. Наиболее широко измеряемым и, возможно, лучшим показателем воздействия ВБП является ТЧ2,5; однако из-за отсутствия недорогих, удобных в использовании и надежных контрольно-измерительных приборов измерение тонкодисперсных твердых частиц (ТЧ2,5) было особенно затруднено.
В различных исследованиях сообщалось об измерении уровня одного или нескольких загрязнителей воздуха с использованием различных методов 8,9,10,11,12. В последние годы появляются относительно недорогие датчики, способные измерять эти загрязняющие вещества в помещении и окружающей среде. Однако не все эти датчики пригодны для полевых работ по разным причинам, включая затраты на техническое обслуживание, проблемы развертывания, проблемы сопоставимости с традиционными методами измерения, ограниченные человеческие ресурсы для проверки этих датчиков по эталонным методам, сложность регулярных проверок качества данных (через облако) и ограниченные или отсутствующие децентрализованные средства устранения неполадок. Во многих исследованиях с этими типами измерений они использовались в качестве косвенного показателя воздействия или путем объединения измерений окружающей среды с реконструкцией воздействия с использованием оценок временной активности 8,9,12,13,14.
Личный мониторинг, при котором монитор проводится человеком в пространстве и времени, может лучше фиксировать их «истинное» общее воздействие. Исследования, которые измеряют личное воздействие, часто лишь кратко сообщают свои точные протоколы, часто в дополнительных материалах к научным рукописям 9,12,13,14,15. Несмотря на то, что методы, подробно описанные в этих исследованиях, дают четкое общее представление о методологии выборки, часто отсутствует специфика этапов сбора полевых данных12,16.
В этих резиденциях можно контролировать многочисленные дополнительные характеристики, помимо концентраций загрязняющих веществ. Мониторинг использования печей, метод оценки времени и интенсивности использования бытовых энергетических приборов, является важной частью многих недавних оценок воздействия и воздействия16,17,18,19. Многие из этих мониторов ориентированы на измерение температуры в точке сгорания или рядом с ней на кухонных плитах. Несмотря на то, что используются термопары и термисторы, отсутствуют рабочие протоколы для мониторов, в том числе то, как лучше всего поставить их на кухонные плиты, чтобы зафиксировать изменчивость моделей использования плиты.
Биомониторинг, аналогичным образом, является эффективным инструментом для оценки воздействия на окружающую среду, хотя на выбор оптимальной биологической матрицы20 влияет несколько факторов. В идеальных условиях отбор проб должен быть неинвазивным или минимально инвазивным. Используемые методы должны обеспечивать простоту обработки, отсутствие ограничений при транспортировке и хранении, хорошее соответствие между предлагаемым биомаркером и биологической матрицей, относительно низкую стоимость и отсутствие этических проблем.
Сбор образцов мочи имеет ряд основных преимуществ для биомониторинга. Как и в случае с другими методами отбора проб, существует целый ряд потенциальных методов. Сбор 24-часовой пустотной мочи может быть обременительным для участников, что приводит к несоблюдению режима сбора образцов20,21. В таких случаях рекомендуются точечные пробы, первые утренние пустоты или другие «удобные» пробы. Объем собранной мочи может быть серьезным недостатком при сборе точечных образцов, что приводит к вариабельности концентраций эндогенных и экзогенных химических веществ. В этом случае коррекция с использованием концентраций креатинина в моче является широко используемым методом коррекции разбавления22.
Другим часто собираемым биообразцом является венозная кровь. Образцы венозной крови часто трудно получить для биомониторинга; Они навязчивы, внушают страх и требуют надлежащего обращения, хранения и транспортировки образцов. Альтернативный подход с использованием высушенных пятен крови (DBS) может быть полезен для сбора образцов у взрослых и детей для биомониторинга23.
Существует значительный разрыв в литературе между простым описанием полевых методов и публикацией подробных, воспроизводимых инструкций по использованию и развертыванию мониторов, которые отражают истинную сложность сбора полевых данных образцов гарантированного качества24,25. В некоторых исследованиях изложены стандартные операционные процедуры (СОП) для измерения загрязнителей воздуха (в помещении и окружающей среды) и мониторинга использования печи.
Однако основные этапы, лежащие в основе полевых измерений, лабораторной поддержки и транспортировки контрольно-измерительных приборов и образцов, описываются очень редко 8,11,25. Проблемы и ограничения, связанные с мониторингом на местах как в условиях высокого, так и с ограниченным уровнем ресурсов, могут быть надлежащим образом отражены с помощью видео, которое могло бы дополнить письменные рабочие процедуры и обеспечить более прямой метод демонстрации того, как выполняются устройства, методы отбора проб и анализа.
В рандомизированном контролируемом исследовании Сети вмешательства в загрязнение воздуха в домашних хозяйствах (HAPIN) мы использовали видео и письменные протоколы для описания процедур измерения трех загрязняющих веществ (PM2,5, CO и BC), для мониторинга использования плит и для сбора биообразцов. HAPIN включает в себя использование гармонизированных протоколов, которые требуют строгого соблюдения СОП для максимизации качества данных из образцов, собранных в течение нескольких временных точек в четырех исследовательских центрах (в Перу, Руанде, Гватемале и Индии).
Критерии дизайна исследования, выбора места и набора персонала описаны ранее24,26. Исследование HAPIN проводилось в четырех странах; Clasen et al. подробно описали условия исследования26. В каждом исследовательском центре приняли участие 800 домохозяйств (400 вмешательств и 400 контрольных) с беременными женщинами в возрасте от 18 до 35 лет, которые находятся на сроке беременности от 9 до 20 недель, используют биомассу для приготовления пищи в домашних условиях и являются некурящими. В подгруппе этих домохозяйств (~ 120 на страну) другие взрослые женщины также были включены в это исследование.
После вербовки было совершено в общей сложности восемь посещений. Первый, исходный (BL), произошел до рандомизации. Следующие семь были разделены до рождения (на 24-28 неделе беременности [P1], 32-36 неделях беременности [P2]), при рождении (B0) и после рождения (3 месяца [B1], 6 месяцев [B2], 9 месяцев [B3] и 12 месяцев [B4]). Для М было проведено три оценки (BL, P1 и P2), для OAW — шесть оценок (BL, P1, P2, B1, B2 и B4), а для C — четыре оценки (B0, B1, B2 и B4). В B0 были проведены биомаркеры и оценки состояния здоровья, в то время как при посещении B3 были проведены только оценки состояния здоровья.
Все четыре страны следовали идентичным протоколам. В этой рукописи мы описываем шаги, предпринятые в Индии. Исследование проводилось в двух местах в штате Тамилнад: Каллакуричи (КК) и Нагапаттинам (НП). Эти объекты расположены на расстоянии от 250 до 500 километров от основного исследовательского центра на кафедре инженерии гигиены окружающей среды Института высшего образования и исследований Шри Рамачандры (SRIHER) в Ченнаи, Индия. Сложность протоколов сбора данных на местах требует развертывания большого числа сотрудников с различным уровнем квалификации и опыта.
Мы представляем письменное и визуальное описание этапов, связанных с оценкой образцов микроокружающей среды и личного воздействия на беременных женщин (M), других / пожилых взрослых женщин (OAW) и детей (C) с мелкими твердыми частицами, окисью углерода (CO) и черным углеродом (BC). Также представлены полевые протоколы для (1) мониторинга качества окружающего воздуха с помощью эталонных мониторов и недорогих датчиков, (2) долгосрочного мониторинга использования печей на обычных и сжиженных газовых плитах и (3) сбора биологических проб (мочи и DBS) для биомониторинга. Это включает в себя методы транспортировки, хранения и архивирования экологических и биологических образцов.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Институциональный комитет по этике Института высшего образования и исследований Шри Рамачандры (IEC-N1/16/JUL/54/49), Институциональный наблюдательный совет Университета Эмори (00089799) и Индийский совет по медицинским исследованиям и Комитет по скринингу Министерства здравоохранения (5/8/4-30/(Env)/Indo-US/2016-NCD-I) одобрили исследование HAPIN. Исследование HAPIN идентифицировано как NCT02944682 на clinicaltrials.gov. Письменные информированные согласия были получены от участников исследования до их участия, и исследование проводилось в соответствии с этическими принципами.
ПРИМЕЧАНИЕ: Формы отчетов о случаях заболевания (CRF), вводимые во время отбора проб и сбора данных, доступны в базе данных RedCap, хранящейся в Университете Эмори, и поддерживаются соглашением об обмене данными между всеми сотрудниками, которое может быть предоставлено читателям по запросу.
1. Инструменты и материалы
- Для мониторинга загрязнения воздуха используются следующие приборы: микровесы для взвешивания фильтров, для микросреды/индивидуального отбора проб - усовершенствованный детский MicroPEM (ECM) для PM 2.5, оптический трансмиссометр для измерения черного углерода (BC), регистраторы данных для CO и маяка на основе Bluetooth, радиобуйные регистраторы для косвенного измерения PM 2.5 (во время каждого посещения - BL, P1, P2, B1, B2 и B4), комбинированный гравиметрический и нефелометрический монитор для окружающего PM2.5 измерения и регистраторы температуры для контроля использования печи.
- Используйте следующие инструменты для биомониторинга: пакеты-холодильники и пакеты для вакцин для транспортировки биообразцов, карты сохранения белка, карты индикаторов влажности, ланцет для взрослых, ланцет для младенцев и капиллярные трубки (40 мкл).
2. Кондиционирование и взвешивание фильтров
- Используйте чистые неопудренные перчатки для работы с фильтрами. Проверьте фильтры (размер пор 2 мкм, диаметр 15 и 47 мм) на наличие повреждений с помощью лайтбокса и поместите проверенные фильтры в очищенный фильтродержатель в помещении с кондиционером (19–23 °C и относительная влажность 35–45%) на 24 часа.
- Положите чистый кусок фольги на стол и включите микровесы. Установите единицу измерения шкалы на миллиграммы (0,001 мг) и следуйте внутренней калибровке.
- Запишите дату/время, имя технического специалиста, относительную влажность, температуру, номер партии фильтра, размер фильтра и идентификатор фильтра на листе ввода данных.
- Возьмите кондиционированный фильтр и деионизируйте в течение 10 секунд. Аккуратно поместите фильтр на лоток для взвешивания и запишите вес как «Вес 1» в CRF (дополнительный рисунок 1).
- Снимите фильтр, поместите его в чашку Петри/хранитель фильтров и подождите, пока весы вернутся к нулю, прежде чем взвешивать следующий фильтр.
- Повторите шаги 2.4 и 2.5 и введите его как «Вес 2» в CRF.
3. Микроокружение / личный отбор проб воздуха
ПРИМЕЧАНИЕ: Подробное описание контрольно-измерительных приборов и этапов, связанных с отбором проб микросреды/воздуха, приведено на дополнительном рисунке 2.
- Для личного мониторинга поместите инструменты в жилет (рис. 1 Ai) и посоветуйте участнику носить его в течение 24 часов, за исключением купания и сна.
- Во время купания и сна попросите участников положить жилет на расстоянии <1 м на индивидуальную металлическую подставку (рис. 1Aii), предоставленную полевой командой.
- Для микроэкологического мониторинга выберите подходящее место и разместите металлические стойки с приборами (рис. 1C, D; Дополнительная таблица 1) на высоте 1,5 м над уровнем земли, по возможности на расстоянии 1 м от дверей и окон и на расстоянии 1 м от зоны горения основной кухонной плиты (при размещении на кухнях).
- Выполните 5-минутное пошаговое руководство в зоне мониторинга, запишите время НАЧАЛА и ОКОНЧАНИЯ для всех приборов мониторинга (PM2.5, BC, CO и монитор времени и местоположения) в соответствующих CRF.
- В день вывоза (День 2, через 24 часа) соберите и заверните инструменты в алюминиевую фольгу и поместите их в закрывающуюся крышку для транспортировки в полевой офис. До снятия фильтра поместите пробоотборник ECM в камеру охладителя (для поддержания холодовой цепи).
- Измерение PM2.5
ПРИМЕЧАНИЕ: Используйте ECM, который хорошо подходит для этого применения из-за его небольшого размера (высота: 12 см; ширина: 6,7 см) и веса (~150 г). ECM собирает нефелометрические и гравиметрические пробы со скоростью 0,3 л/мин (до 48 ч) путем втягивания воздуха через ударный элемент, прикрепленный к кассете, содержащей 15-миллиметровые политетрафторэтиленовые фильтры 19,26,27.- Очистите все части ECM (впускную головку, ударные элементы, U-образный замок кассеты) с помощью спиртового тампона (70% изопропилового спирта) и запустите пробоотборник с помощью программного обеспечения ECM (например, док-станции MicroPEM).
- Поместите калибровочный колпачок на входное отверстие ECM и подсоедините расходомер с HEPA-фильтром к калибровочному колпачку.
- После настройки калибровочного узла нажмите кнопку «Пуск » и подождите 5 минут, пока он не стабилизируется. Отрегулируйте расход (в пределах 5% от 0,3 л/мин) и запишите в CRF-H48.
- Подключите HEPA-фильтр непосредственно к входу ECM, отрегулируйте смещение нефелометра до тех пор, пока значение не достигнет 0,0, и запишите показания в CRF-H48.
- Установите программу на 24 часа и нажмите кнопку Submit Calibration Values ; Теперь ECM готов к отбору проб.
- После отбора проб оставьте отобранные ECM при комнатной температуре не менее чем на 20 минут и запишите расход после отбора проб в CRF-H48. Загрузите и сохраните данные ECM, используя соглашение об именах файлов.
- Снимите фильтр, поместите его в хранитель фильтра и храните при температуре -20 °C.
- Измерение черного углерода (BC)
- Используйте трансмиссометр для измерения затухания света через фильтр на длине волны 880 нм 19,26,27.
- Включите и стабилизируйте в течение 15 минут. Убедитесь, что картриджи правильного размера (т. е. картриджи 15 и 47 мм) имеются как в пустых слотах, так и в слотах для образцов прибора BC.
- Выполните сканирование нейтральной плотности (ND) и пустого фильтра с присвоенным идентификатором (дополнительный рисунок 3 и дополнительная таблица 2).
- После сканирования пустого фильтра поместите лабораторную заготовку в гнездо картриджа для образца над рассеивателем образца и вставьте в слот прибора в положении 2.
- Снимите лабораторную заготовку и продолжите сканирование с тестовыми фильтрами и фильтрами образцов.
- После завершения сканирования фильтра снимите фильтр и верните его в чашку Петри/хранители фильтров. Выберите отсканированные данные, нажмите кнопку Принять , а затем Сохранить данные.
- Измерение окиси углерода (CO)
ПРИМЕЧАНИЕ: Прибор CO маленький (размером с большую ручку), может непрерывно регистрировать ~ 32 000 точек, имеет диапазон 0-1 000 ppm и использовался для оценки воздействия и HAP в различных других усилиях по мониторингу 19,26,27.- Запустите и настройте регистратор данных CO в течение 1 минуты с помощью программного обеспечения. На экране отображается сообщение «Регистратор CO успешно настроен». Прибор готов к отбору проб.
- После выборки откройте регистратор CO с помощью программного обеспечения, нажмите «Стоп», чтобы остановить регистратор данных USB, и сохраните данные после загрузки.
- Откалибруйте регистратор угарного газа
- Настройте регистратор CO на частоту дискретизации 1 мин и поместите его в калибровочный блок так, чтобы входное отверстие датчиков было обращено к отверстию для впуска воздуха калибровочного блока.
- В течение 5 минут установите расход 2 л/мин нулевого или комнатного воздуха. Запишите время начала и окончания. Уменьшите расход воздуха до 1 л/мин. Снова запишите время начала и окончания.
- Повторите процедуру с поверочным газом (стандарт CO 50-150 ppm в нулевом воздухе), а затем с воздухом нулевого класса, как описано на предыдущем шаге.
- Загрузите откалиброванные данные в определенную папку. Откройте файл данных калибровки и введите данные монитора регистратора CO в CRF-H47.
- Регистратор времени и местоположения (TLL)
ПРИМЕЧАНИЕ: Используйте два типа приборов Bluetooth для контроля времени и местоположения ребенка. Попросите ребенка надеть жилет, содержащий два монитора времени и местоположения размером с монету (TLM), подключенных к регистратору, расположенному рядом с ECM, и жилет для отбора проб матери, как показано на рисунке 1Aiii. Рассчитайте облучение ребенка, интегрировав соответствующие концентрации в области за время, проведенное в этом месте 19,26,27.- Зарядите внешний аккумулятор и убедитесь, что регистратор работает, подключившись к нему.
- Монитор времени и местоположения (TLM)
- Вставьте батарею CR2032 в монитор (индикаторы должны мигнуть несколько раз, если батарея имеет достаточную мощность).
- Для TLM модели «O» нажмите на мягкую крышку, чтобы услышать щелчок, и зеленый индикатор должен мигать, указывая на то, что TLM теперь включен и передает свой сигнал. Для TLM модели «EM» нажмите мягкую крышку, чтобы включить первый режим (индикатор должен мигать зеленым). Нажмите еще раз, чтобы перейти в средний режим (индикатор должен снова мигать зеленым).
- После выборки загрузите данные с загрузочного диска, который появляется на SD-карте регистратора. Скопируйте и сохраните файлы из указанной папки «TLL».
4. Мониторинг использования печи
- Собирайте подробную информацию о моделях использования печей с помощью опросов и развертывания объективных измерений на основе датчиков. Установите регистраторы температуры как на печи для сжиженного нефтяного газа, так и на печи на биомассе18,19,28. Подробное описание контрольно-измерительных приборов и этапов, связанных с мониторингом использования печей для сбора данных в центральной лаборатории, полевой лаборатории и на полевых площадках, приведено на дополнительном рисунке 4.
- Поместите щуп термопары рядом с громоздкой зоной кухонной плиты, как показано на дополнительном рисунке 5, и установите точки.
- Откройте приложение Geocene и введите название миссии, интервал выборки, идентификатор домохозяйства, типы печей, сведения о рандомизации, кампанию, теги и заметки. Нажмите «Начать новую миссию». Запишите сведения об установке в CRF-H40.
- Каждые 2 недели загружайте данные с помощью приложения и передавайте их через Bluetooth с Dot на облачный сервер. Запишите информацию в CRF-H40.
5. Мониторинг окружающей среды
ПРИМЕЧАНИЕ: Прибор для измерения температуры PM 2.5 регистрирует PM2.5 в воздухе в режиме реального времени и имеет встроенный фильтр диаметром 47 мм, который может собирать PM2.5 для гравиметрической оценки19,26,29. Подробное описание контрольно-измерительных приборов и этапов, связанных с мониторингом окружающей среды для сбора данных в центральной лаборатории, полевой лаборатории и на полевых площадках, приведено на дополнительном рисунке 6.
- Следуйте рекомендациям Агентства по охране окружающей среды США30 по размещению приборов и входных отверстий: а) >2 м от стен; б) >10 м от деревьев; в) на высоте 2-7 м над землей; и г) >2 м от проезжей части.
- Установите прибор PM2.5 на бетонную платформу с заземлением. Убедитесь в отсутствии фонового загрязнения атмосферного воздуха и введите данные отбора проб в CRF-H46.
- В пункте меню установите интервал отбора проб на 5 минут. Запишите время начала и выполните калибровку потока с помощью нулевого фильтра. Собирайте данные в режиме реального времени в течение 6 дней.
- В день начала гравиметрического отбора проб загрузите и сохраните данные в режиме реального времени.
- Снимите ранее установленный нулевой фильтр и очистите держатель фильтра с помощью лабораторных салфеток. Установите предварительно взвешенный фильтр и заполните CRF-H46.
- Через 24 часа остановите пробоотборник и загрузите данные в режиме реального времени. Запишите информацию об отборе проб в CRF-H46. Снимите фильтр, оберните алюминиевой фольгой и поместите его в закрывающийся пакет во время транспортировки холодовой цепи.
6. Биомониторинг
- Сбор, обработка и хранение образцов мочи
ПРИМЕЧАНИЕ: Следуйте шагам, связанным со сбором утренних образцов мочи в доме участника в соответствии с рекомендациями CDCСША 19,31,32. Сбор образцов мочи у беременных матерей (посещения BL, P1 и P2) и других взрослых женщин (посещения BL, P1, P2, B1, B2 и B4); у детей (посещения В1, В2 и В4) с введением соответствующего ХПН-В10 на 2-й день. Подробное описание этапов, связанных с биомониторингом в центральной лаборатории, полевой лаборатории и полевых работах, приведено на дополнительном рисунке 7.- Для сбора образцов мочи предоставьте чашку для сбора мочи (M и OAW) на 1-й день. Точно так же попросите мать собрать образец мочи ребенка утром на следующий день в мешок для мочи или прямо в чашку и хранить его в пакете для вакцины.
- В полевой лаборатории храните собранные образцы мочи при температуре от 1 до 8 °C. Перед аликвотированием разморозьте чашку с мочой.
- Чтобы аликвотировать, обрабатывайте по одному образцу мочи за раз. Аспирируйте 2 мл образца и добавьте в два криовиала по 4 мл, 5 мл в два криовала по 10 мл, 15 мл в архивную пробирку и храните при -20 ° C.
- Такая же процедура аликвотирования применяется для полевого пустого образца (воды).
- Сбор, сушка и хранение DBS
ПРИМЕЧАНИЕ: Обучите геодезистов собирать DBS с помощью укола пальца у беременных женщин (посещения BL, P1 и P2) и других взрослых женщин (посещения BL, P1, P2, B1, B2 и B4), а также укол пятки или пальца у детей (посещения B0, B1, B2 и B4) в соответствии с рекомендациями ВОЗ33,34. Подробная процедура сбора DBS из M и OAW представлена в Приложении-H к дополнительному досье.- Для ребенка соберите DBS для укола пятки в соответствии с рекомендациями ВОЗ, используя соответствующие ланцеты.
- Выберите левую или правую пятку, а место прокола протрите спиртовым тампоном.
- Держите ланцет в горизонтальном положении в месте прокола кожи и уколите. После укола вытрите первую каплю крови стерильной ватной марлей.
- Поместите капиллярную трубку рядом с местом прокола на слое крови и позвольте крови течь в трубку за счет капиллярного действия.
- После заполнения достаточного объема крови в капиллярной трубке немедленно нанесите кровь в круг карты экономии белка.
- Дайте образцу высохнуть на воздухе (в течение ночи) в горизонтальном направлении при комнатной температуре.
- Убедитесь, что пятна крови темно-коричневатого цвета и не видно красных участков.
- После высыхания поместите карту DBS в закрывающийся пакет для биообразцов, содержащий влагопоглотитель (не менее двух пакетиков) с картой индикатора влажности, и храните ее при температуре -20 °C.
7. Цепочка поставок (COC) отобранных фильтров
- Обратитесь к дополнительному файлу для получения подробных инструкций. Этапы, поясняющие кондиционирование фильтра, описаны в Приложении А, отбор проб микросреды/личного воздуха на содержание ТЧ2,5 в Приложении В, измерение БК описано в Приложении С, измерение СО в Приложении D, мониторинг времени и местоположения в Приложении Е, мониторинг использования печи в Приложении F, мониторинг окружающей среды в Приложении G, биомониторинг в Приложении Н и транспортировка проб в Приложении I . Перечень используемых ОФД приведен в Дополнительной таблице 3.
ПРИМЕЧАНИЕ: На рисунке 2А показан ECM, собранный после отбора проб и завернутый в алюминиевую фольгу. Завернутые фильтры были упакованы в отдельные пакеты для биообразцов и помещены в пакеты для вакцин, содержащие предварительно замороженную упаковку с гелем. Отобранные фильтры были доставлены в полевую лабораторию (рис. 2Б). Как показано на рисунке 2C, фильтры, транспортируемые с полевой площадки, хранились в морозильной камере (-20 °C) в полевой лаборатории и хранились в неизменном состоянии до транспортировки в центральную лабораторию. Каждые 15-30 дней образцы доставлялись автомобильным транспортом в центральную лабораторию; отобранные фильтры были упакованы на сухой лед и гелевые пакеты с КОК. После получения образцов из полевого офиса образцы были перепроверены с КОК и заархивированы в морозильной камере (-20 °C).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Методики отбора проб микросреды/личного воздуха:
На рисунке 1Аi показана беременная женщина, одетая в индивидуальный жилет в течение 24-часового периода отбора проб. Жилет включает в себя ECM, регистратор CO, а также регистратор времени и местоположения с блоком питания. Было обеспечено, чтобы участники носили жилет в течение всего периода отбора проб, за исключением купания и сна. Подставка, которая была предоставлена для подвешивания жилета на периферии сна, показана на рисунке 1Aii.
На рисунке 1B i показана очистка пробоотборника ECM в период до и после отбора проб, а на рисунке 1Bii показана калибровка ECM в полевой лаборатории. Перед отбором проб проверялись скорости потока и устанавливалось время отбора проб, а любые отклонения проверялись в период после отбора проб.
На рисунке 1C показано размещение приборов (ECM, регистратор CO и TLL) на кухне (высота 1,5 м от земли) для мониторинга территории. Приборы были размещены и установлены на расстоянии 1 м от источника варки. Когда окна или двери находились рядом с источниками, приборы устанавливались на расстоянии 1 м от этих отверстий. На рисунке 1D показаны приборы (ECM, регистратор CO и TLL), подключенные к блоку питания, установленные (на высоте 1,5 м от земли) на открытом воздухе в доме каждого участника. Результаты микроэкологических и личных PM2.5 в соответствии с этими методологиями уже опубликованы 24,35,36.
Данные калибровки регистратора CO за 1 год показали низкие неисправности, как показано на дополнительном рисунке 8 (легенда, показанная в виде круга, представляет измерение показаний регистратора данных CO за пределами диапазона калибровки 0-50 ppm)35. Подробная информация о разнице между заготовкой и прорезью для образца измерения БЦ для загрузки фильтра приведена в дополнительном материале (Приложение С).
На рисунке 1Ei показаны поврежденные фильтры перед процессом предварительного взвешивания. Поврежденные и выпавшие фильтры помечаются как недействительные. Фильтры были повторно проверены в полевой лаборатории перед загрузкой в любые приборы контроля воздуха. Аналогичным образом, отобранные фильтры были исследованы на наличие каких-либо повреждений, таких как отверстия, разрывы, растяжение или смещение, как показано на рисунке 1Eii. Если такой ущерб существовал, он взвешивался, но не считался действительным для последующего анализа. Масса ТЧ2,5 для каждого образца была получена путем вычитания массы образца из массы заготовки среднего поля. Конечную концентрацию PM2,5 оценивали путем деления пустых скорректированных фильтрующих масс на количество воздуха, отобранного насосом за интервал измерения. Полученные пороговые критерии для допустимого отбора проб ТЧ2,5 и СО приведены в таблице 1. Данные, соответствующие пороговым критериям, считаются достоверными и принимаются для анализа.
Мониторинг использования печи
На рисунке 3А показана калибровка регистраторов температуры, которая проводилась сначала на льду, а затем в горячей воде с помощью стандартного температурного монитора. На рисунке 3Bi показана регулярная картина пиков, которые считаются действительными и идентифицируются характерным цветом пика (оранжевым) при использовании печи. Как показано на рисунке 3B, нерегулярная картина пиков, такая как (ii) задача зонда (регистрация высоких температур и измерение за пределами температурного диапазона), (iii) техническая ошибка (сдвиг базовой линии с отрицательными значениями) и (iv) проблема термопары, была охарактеризована как неверная выборка (отсутствие записей об измерении температуры; смещение базовой линии вместе с отрицательными значениями). Регистратор температуры, установленный в различных кухонных плитах, показан на дополнительном рисунке 5. Результаты мониторинга использования печей по этой методике уже опубликованы18,19,36.
Отбор проб окружающего воздуха
В соответствии с руководящими принципами Агентства по охране окружающей среды США (https://www.epa.gov/environmental-topics/air-topics) пробоотборники окружающей среды были установлены в верхней части одного из выбранных домохозяйств на каждом репрезентативном участке HAPIN-India (рис. 4A). Места отбора проб были выбраны на основе безопасности, наличия электричества и готовности участника разместить монитор. Участки были выбраны таким образом, чтобы они находились в центральных районах по отношению к группам участников. Образцы окружающей среды проходили аналогичную процедуру упаковки и отгрузки с полевой площадки в полевую лабораторию в центральную лабораторию. Чтобы кабели не подключались к неправильному разъему, подключайте их с помощью уникальной схемы выводов, как показано на дополнительном рисунке 9. Результаты мониторинга окружающей среды (PM2,5), измеренного в период с 2018 по 2020 год, показаны на рисунке 4B. Также результаты мониторинга окружающей среды с использованием этого метода в других местах уже опубликованы29.
Биомониторинг
На рисунке 5А показана процедура аликвотирования мочи. Образцы с полевого участка хранились в пакетах-холодильниках для вакцин и транспортировались в полевую лабораторию, где их аликвотировали и хранили в морозильной камере (-20 °C). На рисунке 5B представлена сводная информация о сборе, транспортировке и хранении образцов COC.
На рисунке 5C показаны DBS; 5Ci показывает допустимые пятна перед сушкой, а 5Cii показывает допустимые пятна после высыхания. В таблице 2 кратко изложена схема достоверного сбора DBS во время последующих посещений среди участников HAPIN (M, OAW, C). Успешность сбора действительных DBS от матерей за три посещения составляет 100% (BL), 93% (P1) и 83% (P2). Аналогичным образом, для OAW успех сбора DBS был стабильным (100%-72%) в течение первых трех посещений (BL-P2), но снизился (45%-35%) с B1 до B4 во время пандемии и во время урагана Gaja (2018). Успешность сбора DBS у детей составила 72,09% при рождении (B0), 64% при B1, 62% при B2 и 45% при B4.
На рисунке 5D подчеркивается, что холодовая цепь с сухим льдом сохраняет целостность образца. Каждый месяц биологические образцы упаковывались с сухим льдом в отдельную теплоизоляционную коробку и отправлялись с регистраторами температуры и относительной влажности (RH). Корреляционный анализ удельного веса мочи, измеренный между полевой лабораторией и центральной лабораторией, показал хорошее совпадение, как показано на рисунке 5E. Результаты перекрестной валидации метода биомониторинга в образцах мочи на метаболиты полициклических ароматических углеводородов показывают обеспечение качества (ОК)/контроль качества (КК) целостности образца21.
Все данные отбора проб и CRF были безопасно загружены из SRIHER на сервер Университета Эмори. Передача данных происходила ежедневно, что снижало вероятность потери данных. Перечень ОФД, используемых для сбора данных, приведен в дополнительной таблице 3. Поток сбора данных с полевого участка на сервер Эмори показан на дополнительном рисунке 10.
Рисунок 1: Персональный и микроэкологический мониторинг. (A) i) беременная женщина, носящая жилет с приборами для отбора проб воздуха (ECM, регистратор CO и TLL); ii) Металлическая подставка с жилетом; iii) Детский жилет с блоками TLM. (B) i) очистка ECM; ii) калибровка ЭБУ. (C) Мониторинг кухонной зоны с помощью ECM, регистратора CO и TLL. (D) Мониторинг наружной площадки с помощью ECM, регистратора CO и TLL. Е) i) поврежденные предварительно взвешенные фильтры; ii) Поврежденные фильтры с отобранными пробами. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 2: Цепочка хранения фильтров . А) ЭВМ, отобранный с фильтрами, завернутыми в алюминиевую фольгу. (B) Транспортировка отобранных фильтров из домохозяйств, участвующих в программе, в полевую лабораторию в пакетах-холодильниках для вакцин, содержащих пакеты с гелем. (C) Фильтры для отбора проб, хранящиеся в морозильной камере (-20°С) в полевой лаборатории. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 3: Печь использует регистраторы контроля температуры. (A) Калибровка регистраторов температуры с геоценовыми точками. b) i) действительная схема пиковых значений для контроля за использованием печей; ii) Проблема зонда; iii) Техническая ошибка; iv) Проблема с термопарой. (C) В печах используются мониторы температуры. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 4: Мониторинг окружающей среды. А) прибор для определения температуры ТЧ2,5, установленный на полевом объекте. b) временные ряды измерений уровня ТЧ-2,5 в атмосферном воздухе (2018-2020 годы). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 5. Биомониторинг - сбор, обработка и контроль качества проб. (А) Аликвотирование мочи. (B) Цепочка сохранности для сбора, хранения и транспортировки проб. (C) Засохшее пятно крови: i) перед сушкой; ii) после высыхания. (D) Холодовая цепочка хранения партии проб. (E) ОК/КК целостности пробы - данные об удельном весе мочи, измеренные в полевых условиях и в центральной лаборатории. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Таблица 1: Действительные пороговые критерии отбора проб для мониторов ТЧ2,5 и СО. Обратите внимание, что из-за чувствительности акселерометра значения, выходящие за пределы ожидаемых диапазонов, были помечены, но не исключены из анализа. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить эту таблицу.
Таблица 2: Сводка валидного сбора DBS среди участников исследования. * Во время урагана (циклона) произошло падение сбора DBS. † Во время блокировки COVID19 сбор DBS снизился. ‡ Во время блокировки COVID19 произошло падение, и данные за 2021 год не включены в сбор DBS. Сокращения: М = беременная мать; OAW = другая взрослая женщина; С = ребенок. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить эту таблицу.
Дополнительная таблица 1: Руководящие принципы установки пробоотборников для микроэкологического мониторинга.
Дополнительная таблица 2: Разница между пустым слотом и слотом для образца для загрузки фильтра. * Диффузор можно заменить только при наличии видимых повреждений или при использовании для ~750-1,000 фильтров.
Дополнительная таблица 3: Перечень ОФД в отношении воздействия и отбора проб биомаркеров. CRF доступны в базе данных RedCap, хранящейся в Университете Эмори, и поддерживаются соглашением об обмене данными между всеми сотрудниками, которое может быть предоставлено читателям по запросу.
Дополнительный рисунок 1: Лист ввода данных для взвешивания фильтра. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Дополнительный рисунок 2. Приборы и этапы, связанные с микросредой и индивидуальным отбором проб воздуха. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Дополнительный рисунок 3: Картриджи и слоты для фильтров. A: Пустой слот (позиция 1); B: Пустой нижний картридж, содержащий как пустой диффузор, так и пустой фильтр в картридже; C: Верхняя часть холостого патрона; D: Слот для образца (позиция 2); E: Нижний картридж для образца с рассеивателем образца; F: Верхняя часть картриджа для образцов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Дополнительный рисунок 4: Приборы и этапы, участвующие в мониторинге использования печи. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Дополнительный рисунок 5: Точки, установленные в разных кухонных плитах. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Дополнительный рисунок 6: Приборы и этапы, связанные с мониторингом окружающего воздуха. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Дополнительный рисунок 7: Приборы и этапы, связанные с биологическим отбором проб. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Дополнительный рисунок 8: Сводка данных регистратора данных окиси углерода (CO). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Дополнительный рисунок 9: Расположение разъема E-sampler. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Дополнительный рисунок 10: Сбор и обработка данных. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Дополнительный рисунок 11: Использование пакета для вакцины. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Дополнительный рисунок 12: Разница между пеликаном и сумкой для вакцины. Температурные характеристики двух сумок-холодильников (пеликан против вакцины) проверяются с использованием монитора регистратора данных CO в течение 48 часов в лаборатории при средней комнатной температуре 28,3 ± 0,6 °C и относительной влажности 49,2% ± 3,6%. Образец мочи (~60 мл) с начальной температурой 36,4 °C помещали в два мешка и хранили в течение 48 часов в складском помещении. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Мы продемонстрировали и наглядно представили стандартные процедуры сбора данных о воздействии загрязнения воздуха в домашних хозяйствах на уровне населения в многострановом исследовании HAPIN 19,24. Описанные здесь методы отбора проб окружающей среды и биомаркеров на местах являются надлежащими и осуществимыми, особенно в уязвимых группах населения в условиях ограниченных ресурсов, где воздействие ТЧ-2,5 на несколько порядков превышает значения, указанные в Руководстве ВОЗ по качеству воздуха (AQG) (среднегодовое значение 5 мкг/м3 и среднее значение за 24 часа 15 мкг/м3)37,38.
Инструменты, использованные в этом исследовании, были использованы в других исследованиях с разной продолжительностью выборки. В Jack et al. CO измеряли каждые 6 недель с помощью легкого монитора регистратора CO, а измерение PM2,5 (microPEM) проводилось в течение 72 часов почти у половины беременных участниц9. В другом исследовании использовалось индивидуальное воздействие с поправкой на окружающую среду, оцененное с помощью ультразвукового персонального аэрозольного пробоотборника (UPAS), для устранения неопределенности в оценках глобального воздействия HAP на здоровье сердца с использованием количественной оценки воздействия PM2,5 14.
Процедуры, применяемые во время исследования HAPIN и описанные здесь, могут служить рекомендациями для мониторинга HAP личности/микросреды в других условиях24,26. Полевая команда сначала оценила возможные места для размещения мониторов на кухне, во время сна и в домашних помещениях на открытом воздухе. Когда не было идеальных условий для размещения мониторов (1,5 м над землей, 1 м от печи и любых дверей и окон), были выбраны подходящие места, прилегающие к идеальному расположению образца35. Это происходило относительно редко – в <2% всех собранных образцов. Регистраторы температуры, используемые в качестве мониторов использования плиты, имели водонепроницаемые крышки для защиты от разлива во время кухонных мероприятий, таких как приготовление пищи и нагрев воды. Однако регистраторы температуры, которые были размещены на уличных печах, были повреждены во время муссонов и наводнений (рис. 3C).
Соблюдение ношения жилета наблюдалось полевыми геодезистами в день снятия мониторов (2-й день). Было показано, что соблюдение, оцениваемое с помощью датчиков, иногда было неправильным; В некоторых случаях участники будут носить монитор, но будут сидеть неподвижно и, таким образом, будут помечены как не соответствующие требованиям. Это признание неправильной классификации на основе датчиков стало возможным только благодаря наблюдательным полевым работникам. В качестве дополнительной проверки наши ОФД содержали информацию о соответствии, о которой сообщали участники.
Работа с фильтрами во время кондиционирования, взвешивания, отбора проб (до и после), транспортировки и хранения в полевых условиях и в центральной лаборатории является критически важной деятельностью на любом этапе сбора данных. После 24 часов отбора проб персональный монитор был полностью покрыт алюминиевой фольгой и помещен в мешок для биообразцов для транспортировки в холодовой цепи и без пыли. Текущее исследование продемонстрировало процедуры сохранения фильтров от дома участников до полевой лаборатории и центральной лаборатории по цепочке поставок.
При сборе биологических проб и транспортировке с поля в лабораторию для анализа прогнозируются незначительные отклонения от требуемых температурных условий при хранении и транспортировке, что может привести к ошибочным результатам. Сумка-холодильник, используемая в многострановых установках, была слишком дорогой в Индии. В рамках различных национальных программ в Индии сумка-холодильник для вакцин широко используется для транспортировки вакцин. Эти пакеты для вакцин были приобретены на месте по разумной цене, почти в 30 раз ниже, чем сумки-холодильники (дополнительный рисунок 11). Перед оптовой закупкой температура отгрузки в этих холодильных камерах для вакцин сравнивалась с температурой холодильной камеры, чтобы обеспечить целостность образца (дополнительный рисунок 12). В условиях ограниченных ресурсов сбор биологических образцов и поддержание их целостности затруднены. Транспортировка образцов в местных пакетах для вакцин из дома участника в полевую лабораторию решила эту проблему.
Сбор DBS также известен как пятна капиллярной крови, полученные из пальца, пятки или мочкиуха 39. Использование карты DBS для сбора образцов крови является относительно безболезненным и неинвазивным и может быть собрано на дому у участника с помощью неклинического, но обученного медицинского персонала. Кровь, собранная на фильтровальной бумаге, легко высушивается и хранится. Капля цельной крови занимает примерно 50 мкл в диске диаметром 12,7 мм23. Безымянный палец обычно является предпочтительным местом для взрослых, и это обычная процедура в терапевтическом мониторинге. Хотя этапы, связанные со сбором DBS для скрининга биомаркеров взрослых, были визуализированы в более ранних исследованиях, задачи и микрошаги, связанные с ограниченными ресурсами, не были зафиксированы40,41. Это исследование, насколько нам известно, является одним из первых, в котором были зафиксированы DBS от M, OAW и C,) одного и того же домохозяйства42. В сельской местности это сложная задача, хотя процедура минимально инвазивна42. Частое обучение полевых геодезистов сбору действительных DBS и технические разъяснения по выбору недоминантной руки, расслаблению и массажу руки, а также выбору безымянного или среднего пальца сыграли значительную роль в сборе действительных DBS33.
Аналогичным образом, для новорожденных отбор проб капилляров через укол пятки проводился для детей с массой тела от ~ 3 до 10 кг (от рождения до 6 месяцев) и укол пальца в последующем наблюдении (более 6 месяцев) для детей весом >10 кг. В соответствии с рекомендациями ВОЗ выбор и положение (прокол под углом 90° параллельно пятке) ланцета для прокалывания сыграли значительную роль в получении достаточного кровотока, успешном сборе DBS и немного более короткой расчетной глубине33,34. Длина лезвия в ланцете варьируется в зависимости от производителя (т.е. от 0,85-2 мм для новорожденных). У недоношенных детей ланцеты для укола пятки (глубина 0,85 мм x 1,75 мм) и ланцеты для укола пальца (глубина 1 мм x 2,5 мм) использовались у детей в возрасте от 6 месяцев до 8 лет.
После укола пятки кровь была взята с использованием капиллярных трубок PTS (Ref # 2866) для сбора образца без сгустков в пятнах крови и во избежание штамповки на карте сохранения белка. Основываясь на наших предварительных экспериментах, считается, что размещение капиллярной трубки вниз быстро забирает кровь без каких-либо препятствий из-за равномерного поверхностного натяжения.
После успешного сбора действительных DBS от участников HAPIN в обоих исследовательских центрах образец, собранный в карточке сохранения белка, был высушен в течение ночи при комнатной температуре (25 ° C) в полевой лаборатории, и было обеспечено, что карта сохранения белка не содержит насекомых и комнатных мух с помощью сетки от насекомых. После сушки (коричневого цвета, рис. 5Cii) карту DBS хранили при -20 °C.
Во время сбора DBS в домах участников капля крови находилась в пределах пятна 12,7 мм, но после сушки в течение ночи при комнатной температуре два отдельных пятна слились в месте NP. Наблюдаемая разница в сайте NP может быть связана с более высокой относительной влажностью, когда собранные действительные DBS стали недействительными, поскольку два отдельных сухих пятна крови слились. После согласованной процедуры сбора DBS результаты клинических биомаркеров (окислительный стресс, воспаление, эндотелиальная дисфункция, инсульт легких) были перекрестно проверены на слепых образцах в лаборатории LEADER в Университете Эмори и были признаны хорошо согласующимися (данные не показаны).
Сбор биообразцов требует строгого соблюдения протоколов безопасности. В период пандемии (с 24 марта 2019 года по июнь 2019 года) были выполнены дополнительные протоколы безопасности в соответствии с рекомендациями местного правительства. Исследовательский персонал был проинструктирован носить средства индивидуальной защиты (СИЗ), такие как перчатки, маски для лица, защитные очки и фартуки, во время путешествий и в домах участников. Лабораторные халаты были обязательными при работе в полевых отделениях, а полевые отделения были оборудованы шкафами биобезопасности для работы с биологическими образцами. Для всех сотрудников была организована подготовка по использованию и выявлению поврежденных СИЗ. Использованные СИЗ были собраны в отдельные мешки для утилизации и переданы в сотрудничающих медицинских центрах для безопасной утилизации на общее предприятие по обращению с биомедицинскими отходами, уполномоченное Государственным советом по контролю за загрязнением.
Видеосъемка с высоким разрешением о сборе полевых данных, особенно в сложных сельских условиях, поможет восполнить пробелы в обучении мониторингу загрязнения воздуха и сбору полевых данных. В целом, на каждом этапе реализации проекта обеспечивалось качество и достоверность сбора данных. Периодическое обучение и переподготовка сотрудников на местах укрепили их потенциал и уверенность в себе и позволили избежать дорогостоящей потери целостности образцов. Используемые методы могут быть передаваемы и помогут другим исследователям внедрить процедуры мониторинга окружающей среды и сбора биообразцов в странах с низким и средним уровнем дохода с использованием экономически эффективных стратегий.
Сообщается также о пробелах и проблемах, с которыми сталкивались в ходе исследования HAPIN, особенно в сельских районах с ограниченными ресурсами. Мы отмечаем, что обширная предварительная работа и обучение, о которых сообщалось в других публикациях с подробным описанием работы по формированию HAPIN, имели решающее значение для решения проблем с протоколом, таких как конструкция жилетов для отбора проб и механизмы безопасной транспортировки как загрязнения воздуха, так и биологических образцов. Кроме того, в течение этого периода были преодолены многие «болезни роста», в том числе обращение с очень маленькими 15-миллиметровыми гравиметрическими фильтрами ECM, методы размещения мониторов использования печей и т. Д.
Особое внимание было уделено отправке отобранных фильтров, приборов и биообразцов из домашних хозяйств в полевую лабораторию. Все оборудование, принадлежности и пробы для отбора проб воздуха отслеживались с помощью управления запасами в центральных и полевых лабораториях. Это позволило своевременно обслуживать, ремонтировать, заменять и оценивать проектные материалы для обеспечения бесперебойного сбора данных.
Продемонстрированные здесь методы сбора данных доказали свою надежность и последовательность в течение всего годичного периода исследования. Использование и внедрение доступных и интеллектуальных технологий может указывать на будущую парадигму рандомизированных контрольных испытаний (РКИ) и исследований воздействия-реакции, обеспечивая приемлемый сбор данных для получения надежных результатов. Такие усилия не обходятся без проблем; однако, как показано здесь, осмотрительность и анализ установленных протоколов могут гарантировать, что полевые группы смогут адаптироваться к изменяющимся обстоятельствам, как ожидаемым (например, различия в конфигурациях домохозяйств), так и неожиданным (COVID-19, ураганы). Для HAPIN это началось с практического обучения в лаборатории и в полевых условиях, предоставленного экспертами по воздействию и биомаркерам перед испытанием. Кроме того, повышение квалификации проводилось один раз в 6 месяцев на различных уровнях в течение всего периода исследования. Периодический инструктаж повысил способность команды эффективно отбирать и обрабатывать инструменты, фильтры и биообразцы. Процедуры визуализации и отбора проб в полевых условиях станут ценным образовательным инструментом для исследователей, проводящих аналогичные крупномасштабные эпидемиологические исследования в Индии или странах с низким и средним уровнем дохода.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
*4 Выводы и заключения, содержащиеся в этом отчете, принадлежат авторам и не обязательно отражают официальную позицию Национальных институтов здравоохранения США или Министерства здравоохранения и социальных служб или Фонда Билла и Мелинды Гейтс. Финансирующие учреждения не играли никакой роли в сборе и анализе данных, представленных в документе.
Acknowledgments
Следователи хотели бы поблагодарить членов консультативного комитета - Патрика Брайсса, Донну Шпигельман и Джоэла Кауфмана - за их ценную информацию и руководство на протяжении всего судебного разбирательства. Мы также хотели бы поблагодарить всех научных сотрудников и участников исследования за их преданность и участие в этом важном исследовании.
Это исследование финансировалось Национальными институтами здравоохранения США (соглашение о сотрудничестве 1UM1HL134590) в сотрудничестве с Фондом Билла и Мелинды Гейтс (OPP1131279). Многопрофильный, независимый Совет по мониторингу данных и безопасности (DSMB), назначенный Национальным институтом сердца, легких и крови (NHLBI), контролирует качество данных и защищает безопасность пациентов, включенных в исследование HAPIN. Нэнси Р. Кук, Стивен Хехт, Кэтрин Карр (председатель), Джозеф Миллум, Налини Сатьякумар, Пол К. Уэлтон, Гейл Вайнманн и Томас Крокстон (исполнительные секретари). Координация программы: Гейл Роджерс, Фонд Билла и Мелинды Гейтс; Клаудия Л. Томпсон, Национальный институт гигиены окружающей среды; Марк Параскандола, Национальный институт рака; Марион Косо-Томас, Национальный институт детского здоровья и развития человека им. Юнис Кеннеди Шрайвер; Джошуа. Розенталь, Международный центр Фогарти; Концепция Р. Ниеррас, Общий фонд Управления стратегической координации NIH; Кэтрин Кавунис, Донг-Юн Ким, Антонелло Пунтурьери и Барри С. Шметтер, NHLBI.
Следователи HAPIN: Ванесса Берроуз, Алехандра Буссаллеу, Деван Кэмпбелл, Эдуардо Кануз, Адли Кастаньяса, Говард Чанг, Юньюн Чен, Марилу Чанг, Рэйчел Крейк, Мэри Крокер, Виктор Давила-Роман, Лиза де лас Фуэнтес, Оскар де Леон, Ефрем Дусабимана, Лиза Илон, Хуан Габриэль Эспиноза, Ирма Саюри Пинеда Фуэнтес, Дина Гудман, Меган Хардисон, Стелла Хартингер, Фабиола М. Эррера, Шакир Хоссен, Пенелопа Ховардс, Линдси Джейкс, Ширин Джаббарзаде, Эбигейл Джонс, Кэтрин Кернс, Джейкоб Кремер, Маргарет А. Лоус, Патти Лензен, Цзявэнь Ляо, Фиона Майорин, Макколлум, Джон МакКракен, Джулия Н. Макпик, Рэйчел Майерс, Эрик Моллинедо, Лоуренс Моултон, Люк Наер, Абидан Намбаджимана, Флориен Ндагиджимана, Азхар Низам, Жан де Дьё Нтивагурузва, Арис Папагеоргиу, Уша Рамакришнан, Дэвис Рирдон, Барри Райан, Судхакар Сайдам, Прия Кумар, Минакши Сундарам, Ом Прашант, Джереми А. Сарнат, Сюзанна Симкович, Шила С. Синхарой, Дэмиен Суэринг, Эшли Тоенджес, Жан Дамаскин Увизейимана, Вивиан Вальдес, Кайла Валентайн, Амит Верма, Лэнс Уоллер, Меган Уорнок, Вэньлу Йе.
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).
