Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Environment
Click here for the English version

Environment

Visualización de los procedimientos de recopilación de datos de campo de las evaluaciones de exposición y biomarcadores para el ensayo de la Red de Intervención de la Contaminación del Aire en el Hogar en la India

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

Summary

Detallamos los procedimientos consistentes y de alta calidad utilizados a lo largo de los procesos de muestreo biológico y de aire en los sitios de campo indios durante un gran ensayo controlado aleatorio. Los conocimientos obtenidos de la supervisión de las aplicaciones de tecnologías innovadoras, adaptadas para la evaluación de la exposición en las regiones rurales, permiten mejores prácticas de recopilación de datos de campo con resultados más confiables.

Abstract

Aquí, presentamos una representación visual de los procedimientos estándar para recopilar datos a nivel de población sobre exposiciones personales a la contaminación del aire en el hogar (HAP) de dos sitios de estudio diferentes en un entorno de recursos limitados de Tamil Nadu, India. La materia particulada PM 2.5 (partículas menores de2.5 micras de diámetro aerodinámico), el monóxido de carbono (CO) y el carbono negro (BC) se midieron en madres embarazadas (M), otras mujeres adultas (OAW) y niños (C) en varias ocasiones durante un período de 4 años. Además, se llevó a cabo el monitoreo del uso de la estufa (SUM) con termómetros de registro de datos y mediciones ambientales de la contaminación del aire. Además, se demostró con éxito la viabilidad de recolectar muestras biológicas (orina y manchas de sangre seca [DBS]) de los participantes del estudio en los sitios de campo. Con base en los hallazgos de este estudio y estudios anteriores, los métodos utilizados aquí han mejorado la calidad de los datos y evitado problemas con la contaminación del aire en el hogar y la recolección de muestras biológicas en situaciones de recursos limitados. Los procedimientos establecidos pueden ser una valiosa herramienta educativa y un recurso para los investigadores que realizan estudios similares de contaminación del aire y salud en la India y otros países de ingresos bajos y medios (PIBM).

Introduction

A nivel mundial, la exposición a la contaminación del aire en el hogar (HAP), principalmente por la cocción con combustibles sólidos, es una causa importante de morbilidad y mortalidad 1,2,3. Cocinar y calentar con combustibles sólidos (biomasa, como madera, estiércol, residuos de cultivos y carbón) está muy extendido en los países de ingresos bajos y medianos (PIBM), lo que plantea diversos problemas de salud, ambientales y económicos. PM 2.5 es un "asesino silencioso", que ocurre tanto en interiores como en exteriores 4,5. La calidad del aire interior en la India es a menudo considerablemente peor que la calidad del aire exterior, y ha ganado suficiente atención para ser considerada como un peligro importante para la salud ambiental4. La escasez de datos cuantitativos de exposición basados en mediciones ha impedido las evaluaciones de la carga mundial de morbilidad (GBD) relacionadas con HAP 6,7.

La investigación actual a menudo ignora que la medición de las exposiciones HAP es complicada y varía dependiendo de muchos factores, incluido el tipo de combustible, el tipo de estufa y un uso mixto de muchas estufas limpias y sucias, un fenómeno conocido como "apilamiento de estufas". Otras influencias en la exposición incluyen la cantidad de combustible consumido, los niveles de ventilación de la cocina, el tiempo que se pasa cerca de la estufa, la edad y el género8. El indicador más ampliamente medido y posiblemente el mejor indicador de exposición a HAP es PM2.5; sin embargo, debido a la falta de instrumentación asequible, fácil de usar y confiable, la medición de partículas finas (PM2.5) ha sido particularmente difícil.

Varios estudios han reportado medir el nivel de contaminantes atmosféricos únicos o múltiples utilizando diferentes métodos 8,9,10,11,12. En los últimos años, han surgido sensores de costo relativamente bajo que pueden medir estos contaminantes en ambientes interiores y ambientales. Sin embargo, no todos estos sensores son viables para el trabajo de campo por varias razones, incluidos los costos de mantenimiento, los desafíos de implementación, los problemas de comparabilidad con los métodos de medición convencionales, los recursos humanos limitados para validar estos sensores contra los métodos de referencia, la dificultad de los controles regulares de calidad de los datos (a través de la nube) y las instalaciones de solución de problemas limitadas o nulas. Muchos de los estudios con este tipo de mediciones las han utilizado como un indicador de la exposición o combinando mediciones ambientales con la reconstrucción de la exposición utilizando evaluaciones de actividad del tiempo 8,9,12,13,14.

El monitoreo personal, en el que un monitor es llevado a cabo por un individuo a través del espacio y el tiempo, puede capturar mejor su "verdadera" exposición total. Los estudios que miden la exposición personal a menudo sólo comunican brevemente sus protocolos exactos, a menudo en materiales complementarios a manuscritos científicos 9,12,13,14,15. A pesar de que las técnicas detalladas en estos estudios proporcionan un sólido sentido general de la metodología de muestreo, a menudo hay una ausencia de los detalles de las etapas de recolección de datos de campo12,16.

En estas residencias pueden controlarse numerosas características adicionales, además de las concentraciones de contaminantes. El monitoreo del uso de la estufa, un método para evaluar el tiempo y la intensidad del uso de los electrodomésticos, es una parte importante de muchas evaluaciones recientes de impacto y exposición16,17,18,19. Muchos de estos monitores se centran en medir la temperatura en o cerca del punto de combustión en las estufas de cocina. Si bien se emplean termopares y termistores, hay una falta de protocolos operativos para los monitores, incluida la mejor manera de colocarlos en las estufas para capturar la variabilidad en los patrones de uso de la estufa.

El biomonitoreo, de manera similar, es una herramienta efectiva para evaluar las exposiciones ambientales, aunque varios factores influyen en la elección de una matriz biológica óptima20. En circunstancias ideales, la recolección de muestras debe ser no invasiva o mínimamente invasiva. Los métodos empleados deben garantizar la facilidad de manejo, el envío y almacenamiento no restrictivos, una buena correspondencia entre el biomarcador propuesto y la matriz biológica, un costo relativamente bajo y sin preocupaciones éticas.

La recolección de muestras de orina tiene algunas ventajas importantes para la biomonitorización. Al igual que con otras técnicas de recolección de muestras, existe una variedad de métodos potenciales. La recolección de orina miccional de 24 horas puede ser engorrosa para los participantes, lo que lleva a la no adherencia a la recolección de muestras20,21. En tales casos, se recomiendan muestras puntuales, huecos de la primera mañana u otros muestreos "convenientes". El volumen de orina recolectada puede ser una desventaja importante cuando se recolectan muestras puntuales, lo que lleva a la variabilidad en las concentraciones de productos químicos endógenos y exógenos. En este caso, el ajuste utilizando las concentraciones de creatinina en orina es un método comúnmente utilizado para las correcciones de dilución22.

Otro bioespécimen comúnmente recolectado es la sangre venosa. Las muestras de sangre venosa a menudo son difíciles de obtener para la biomonitorización; Son intrusivos, inducen miedo y requieren un manejo, almacenamiento y transporte adecuados de la muestra. Un enfoque alternativo que utiliza manchas de sangre seca (DBS) puede ser útil para recolectar muestras en adultos y niños para la biomonitorización23.

Existe una brecha bibliográfica sustancial entre la simple descripción de los métodos de campo y la publicación de instrucciones detalladas y replicables sobre el uso y despliegue del monitor que refleja la verdadera complejidad de la recolección de datos de campo de muestras de calidad garantizada24,25. Algunos estudios han descrito procedimientos operativos estándar (POE) para medir los contaminantes del aire (interiores y ambiente) y monitorear el uso de la estufa.

Sin embargo, los pasos esenciales detrás de la medición de campo, el apoyo de laboratorio y el transporte de instrumentos de monitoreo y muestras rara vez se describen 8,11,25. Los desafíos y limitaciones del monitoreo basado en el terreno en entornos de altos y bajos recursos pueden capturarse adecuadamente a través de video, lo que podría complementar los procedimientos operativos escritos y proporcionar un método más directo para mostrar cómo se realizan los dispositivos y las técnicas analíticas y de muestreo.

En el ensayo controlado aleatorio de la Red de Intervención de Contaminación del Aire en el Hogar (HAPIN), utilizamos protocolos escritos y de video para describir los procedimientos para medir tres contaminantes (PM2.5, CO y BC), para el monitoreo del uso de la estufa y para la recolección de muestras biológicas. HAPIN implica el uso de protocolos armonizados que requieren el cumplimiento estricto de los SOP para maximizar la calidad de los datos de las muestras recolectadas en múltiples puntos de tiempo en cuatro sitios de estudio (en Perú, Ruanda, Guatemala e India).

Los criterios para el diseño del estudio, la selección del sitio y el reclutamiento se describen anteriormente24,26. El ensayo HAPIN se realizó en cuatro países; Clasen et al. describieron los escenarios del estudio en detalle26. Cada sitio del estudio reclutó 800 hogares (400 de intervención y 400 de control) con mujeres embarazadas entre las edades de 18 y 35 años, que tienen entre 9 y 20 semanas de gestación, usan biomasa para cocinar en casa y no fuman. En un subconjunto de estos hogares (~ 120 por país), otras mujeres adultas también se inscribieron en este estudio.

Después del reclutamiento, se realizaron un total de ocho visitas. El primero, al inicio del estudio (BL), ocurrió antes de la aleatorización. Los siguientes siete se dividieron antes del nacimiento (a las 24-28 semanas de gestación [P1], 32-36 semanas de gestación [P2]), al nacer (B0) y después del nacimiento (3 meses [B1], 6 meses [B2], 9 meses [B3] y 12 meses [B4]). Para M, hubo tres evaluaciones (BL, P1 y P2), para OAW, seis evaluaciones (BL, P1, P2, B1, B2 y B4), y para C, se realizaron cuatro evaluaciones (B0, B1, B2 y B4). En B0, se realizaron evaluaciones de biomarcadores y salud, mientras que solo se realizaron evaluaciones de salud en la visita B3.

Los cuatro países siguieron protocolos idénticos. En este manuscrito, describimos los pasos seguidos en la India. El estudio se realizó en dos lugares en Tamil Nadu: Kallakurichi (KK) y Nagapattinam (NP). Estos sitios están ubicados entre 250 y 500 kilómetros de las instalaciones centrales de investigación en el Departamento de Ingeniería de Salud Ambiental del Instituto Sri Ramachandra de Educación Superior e Investigación (SRIHER) en Chennai, India. La complejidad de los protocolos de recopilación de datos sobre el terreno requiere el despliegue de muchos miembros del personal con diferentes niveles de conocimientos y antecedentes.

Presentamos una representación escrita y visual de los pasos involucrados en la estimación de muestras de exposición microambiental y personal en madres embarazadas (M), otras mujeres adultas mayores (OAW) y niños (C) a partículas finas, monóxido de carbono (CO) y carbono negro (BC). También se presentan protocolos de campo para (1) monitorear la calidad del aire ambiente con monitores de grado de referencia y sensores de bajo costo, (2) monitoreo a largo plazo del uso de estufas en estufas de gas de petróleo convencional y licuado, y (3) recolección de muestras biológicas (orina y DBS) para biomonitoreo. Esto incluye métodos para transportar, almacenar y archivar muestras ambientales y biológicas.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

El Comité de Ética Institucional del Instituto Sri Ramachandra de Educación Superior e Investigación (IEC-N1/16/JUL/54/49), la Junta de Revisión Institucional de la Universidad de Emory (00089799) y el Comité de Detección del Consejo Indio de Investigación Médica-Ministerio de Salud (5/8/4-30/(Env)/ Indo-US/2016-NCD-I) aprobaron el ensayo HAPIN. El ensayo HAPIN se identifica como NCT02944682 en clinicaltrials.gov. Se obtuvieron consentimientos informados por escrito de los participantes del estudio antes de su participación y el estudio se realizó de acuerdo con las pautas éticas.

NOTA: Los formularios de informe de casos (CRF) administrados durante el muestreo y la recopilación de datos están disponibles en la base de datos RedCap, almacenada en la Universidad de Emory, y se mantienen con el acuerdo de intercambio de datos entre todos los colaboradores, que se puede proporcionar a los lectores que lo soliciten.

1. Instrumentos y materiales

  1. Utilice los siguientes instrumentos para el monitoreo de la contaminación del aire: una microbalanza para el pesaje de filtros, para microambiente / muestreo personal-MicroPEM para niños mejorado (ECM) para PM 2.5, un transmisómetro óptico para la medición de carbono negro (BC), registradores de datos para balizas basadas en CO y Bluetooth, registradores de balizas para la medición indirecta de PM 2.5 (durante cada visita-BL, P1, P2, B1, B2 y B4), un monitor gravimétrico y nefelométrico combinado para PM2.5 ambiental mediciones y registradores de temperatura para monitorear el uso de la estufa.
  2. Utilice los siguientes instrumentos para el biomonitoreo: refrigerador y bolsas de vacunas para el envío de muestras biológicas, tarjetas de ahorro de proteínas, tarjetas indicadoras de humedad, una lanceta para adultos, una lanceta de seguridad infantil y tubos capilares (40 μL).

2. Acondicionamiento y pesaje del filtro

  1. Use guantes limpios y sin polvo para manipular los filtros. Compruebe los filtros (tamaño de poro de 2 μm, 15 y 47 mm de diámetro) para detectar daños con una caja de luz y coloque los filtros revisados en un conservador de filtros limpio en una habitación con aire acondicionado (19-23 °C y 35%-45% de humedad relativa [HR]) durante 24 h.
  2. Coloque un trozo de papel de aluminio limpio sobre el escritorio y encienda la microbalanza. Ajuste la unidad de escala a miligramos (0,001 mg) y siga la calibración interna.
  3. Registre la fecha/hora, el nombre del técnico, la HR, la temperatura, el número de lote del filtro, el tamaño del filtro y el ID del filtro en la hoja de entrada de datos.
  4. Tome el filtro acondicionado y desionice durante 10 segundos. Coloque el filtro cuidadosamente en la bandeja de pesaje y registre el peso como "Peso 1" en el FCI (figura complementaria 1).
  5. Retire el filtro, colóquelo en una placa de Petri/protector de filtros y espere a que la báscula vuelva a cero antes de pesar el siguiente filtro.
  6. Repita los pasos 2.4 y 2.5 e introdúzcalo como "Peso 2" en el CRF.

3. Microambiente/muestreo personal de aire

NOTA: En la Figura Suplementaria 2 se presenta un esquema detallado de la instrumentación y los pasos involucrados en el muestreo de microambiente/aire personal.

  1. Para el monitoreo personal, coloque los instrumentos en un chaleco (Figura 1 Ai) y aconseje al participante que lo use durante 24 h, excepto durante el baño y el sueño.
  2. Durante el baño y el sueño, indique a los participantes que coloquen el chaleco a < 1 m de distancia en un soporte de metal personalizado (Figura 1Aii) proporcionado por el equipo de campo.
  3. Para el monitoreo microambiental, elija una ubicación apropiada y coloque los soportes metálicos con los instrumentos (Figuras 1C, D; Cuadro suplementario 1) a 1,5 m sobre el nivel del suelo, a 1 m de puertas y ventanas si es posible, y a 1 m de la zona de combustión de la estufa primaria (cuando se coloca en cocinas).
  4. Realice un recorrido de 5 minutos en el área de monitoreo, registre el tiempo de INICIO y FINALIZACIÓN de todos los instrumentos de monitoreo (PM2.5, BC, CO y monitor de tiempo y ubicación) en los respectivos CRF.
  5. El día de la mudanza (día 2, después de 24 h), recoger y envolver los instrumentos en papel de aluminio y colocarlos en una funda resellable para su transporte a la oficina local. Hasta que retire el filtro, coloque el muestreador ECM en la caja del refrigerador (para mantener la cadena de frío).
  6. Medición de PM2.5
    NOTA: Utilice ECM, que es muy adecuado para esta aplicación debido a su pequeño tamaño (altura: 12 cm; ancho: 6,7 cm) y peso (~ 150 g). El ECM recoge muestras nefelométricas y gravimétricas a 0,3 L/min (durante un máximo de 48 h) aspirando aire a través de un impactador conectado a un cassette que contiene filtros de politetrafluoroetileno de 15 mm 19,26,27.
    1. Limpie todas las piezas de ECM (cabezal de entrada, piezas de impacto, bloqueo de cassette en forma de U) con un hisopo con alcohol (alcohol isopropílico al 70%) e inicie el muestreador con el software ECM (por ejemplo, estación de acoplamiento MicroPEM).
    2. Coloque la tapa de calibración sobre la entrada del ECM y conecte un medidor de flujo con un filtro HEPA a la tapa de calibración.
    3. Después de configurar el conjunto de calibración, presione el botón Inicio y espere 5 minutos para que se estabilice. Ajuste el caudal (dentro del 5% de 0,3 L/min) y registre en CRF-H48.
    4. Conecte el filtro HEPA directamente a la entrada ECM, ajuste el desplazamiento del nefelómetro hasta que el valor indique 0,0 y registre la lectura en CRF-H48.
    5. Configure el programa para 24 h y presione el botón Enviar valores de calibración ; el ECM ya está listo para el muestreo.
    6. Después del muestreo, deje los ECM muestreados a temperatura ambiente durante un mínimo de 20 minutos y registre el caudal posterior al muestreo en CRF-H48. Descargue y guarde los datos de ECM utilizando la convención de nombre de archivo.
    7. Retire el filtro, colóquelo en un protector y guárdelo a -20 °C.
  7. Medición de carbono negro (BC)
    1. Utilice un transmisómetro para medir la atenuación de la luz a través del filtro a una longitud de onda de 880 nm 19,26,27.
    2. Encienda y estabilice durante 15 minutos. Asegúrese de que los cartuchos del tamaño correcto (es decir, cartuchos de 15 y 47 mm) estén disponibles tanto en las ranuras en blanco como en las de muestra del instrumento BC.
    3. Realice el escaneo en una densidad neutra (ND) y un filtro en blanco con el ID asignado (Figura complementaria 3 y Tabla complementaria 2).
    4. Después de escanear el filtro en blanco, coloque el blanco de laboratorio en la ranura del cartucho de muestra sobre el difusor de muestras e insértelo en la ranura del instrumento en la posición 2.
    5. Retire el espacio en blanco del laboratorio y continúe el escaneo con filtros de prueba y filtros de muestra.
    6. Después de completar el escaneo del filtro, retire el filtro y devuélvalo a los guardianes de la placa de Petri/filtro. Seleccione los datos escaneados, haga clic en el botón Aceptar y, a continuación, guarde los datos.
  8. Medición de monóxido de carbono (CO)
    NOTA: El instrumento de CO es pequeño (aproximadamente del tamaño de una pluma grande), puede registrar continuamente por ~ 32,000 puntos, tiene un rango de 0-1,000 ppm y se ha utilizado para evaluar exposiciones y HAP en varios otros esfuerzos de monitoreo 19,26,27.
    1. Inicie y configure el registrador de datos de CO durante 1 minuto utilizando el software. La pantalla muestra 'El registrador de CO se ha configurado correctamente'. El instrumento está listo para el muestreo.
    2. Después del muestreo, abra el registrador de CO con el software, presione Detener para detener el registrador de datos USB y guarde los datos después de la descarga.
    3. Calibrar el registrador de CO
      1. Configure el registrador de CO a una frecuencia de muestreo de 1 minuto y colóquelo en la caja de calibración, con la ventilación de entrada de los sensores mirando hacia el puerto de entrada de aire de la caja de calibración.
      2. Durante 5 min, ajuste un caudal de 2 L/min de aire de grado cero o aire ambiente. Tome nota de la hora de inicio y finalización. Reducir el flujo de aire a 1 L/min. Nuevamente tome nota de la hora de inicio y finalización.
      3. Repita el procedimiento con gas span (50-150 ppm estándar de CO en aire de grado cero), seguido de aire de grado cero como se describe en el paso anterior.
      4. Descargue los datos calibrados en una carpeta específica. Abra el archivo de datos de calibración e introduzca los datos del monitor del registrador de CO en el CRF-H47.
  9. Registrador de tiempo y ubicación (TLL)
    NOTA: Utilice dos tipos de instrumentos Bluetooth para controlar la hora y la ubicación del niño. Haga que el niño use un chaleco que contenga dos monitores de tiempo y ubicación (TLM) del tamaño de una moneda, vinculados a un registrador ubicado cerca de los ECM y al chaleco de muestreo de la madre, como se muestra en la Figura 1Aiii. Calcule las exposiciones del niño integrando las concentraciones de área correspondientes durante el tiempo que pasó en ese lugar 19,26,27.
    1. Cargue el banco de energía y asegúrese de que el registrador esté funcionando conectándose con él.
    2. Monitor de tiempo y ubicación (TLM)
      1. Inserte una batería CR2032 en el monitor (las luces deben parpadear varias veces si la batería tiene suficiente energía).
      2. Para el TLM modelo 'O', presione la tapa blanda para escuchar un clic, y una luz verde debería parpadear, indicando que el TLM ahora está 'ON' y transmitiendo su señal. Para el TLM modelo 'EM', presione la tapa blanda para activar el primer modo (la luz debe parpadear en verde). Presione nuevamente para entrar en el modo medio (la luz debería parpadear verde nuevamente).
      3. Después del muestreo, descargue los datos de la unidad de arranque que aparece en la tarjeta SD del registrador. Copie y guarde los archivos de la carpeta 'TLL' especificada.

4. Monitoreo del uso de la estufa

  1. Recopile detalles sobre los patrones de uso de la estufa a través de encuestas y el despliegue de medidas objetivas basadas en sensores. Coloque registradores de temperatura en estufas de GLP y biomasa18,19,28. En la Figura 4 suplementaria se presenta un esquema detallado de la instrumentación y los pasos involucrados en el monitoreo del uso de la estufa de la recolección de datos en el laboratorio central, el laboratorio de campo y las actividades del sitio de campo.
  2. Coloque la sonda del termopar cerca de la zona engorrosa de la estufa, como se muestra en la Figura complementaria 5, e instale los puntos.
  3. Abra la aplicación Geocene e ingrese el nombre de la misión, el intervalo de muestreo, la identificación del hogar, los tipos de estufa, los detalles de aleatorización, la campaña, las etiquetas y las notas. Presiona Iniciar nueva misión. Registre los detalles de instalación en CRF-H40.
  4. Cada 2 semanas, descargue los datos usando la aplicación y transfiéralos a través de Bluetooth desde el Dot al servidor en la nube. Registre la información en CRF-H40.

5. Monitoreo ambiental

NOTA: El instrumento ambiental PM 2.5 graba PM 2.5 en tiempo real en el aire y tiene un filtro incorporado de 47 mm que puede recoger PM2.5 para evaluación gravimétrica19,26,29. En la Figura 6 suplementaria se presenta un esquema detallado de la instrumentación y los pasos involucrados en el monitoreo ambiental de la recopilación de datos en el laboratorio central, el laboratorio de campo y las actividades del sitio de campo.

  1. Siga las directrices30 de la EPA de EE. UU. sobre el instrumento y la colocación de la entrada: a) >2 m de las paredes; b) >10 m de los árboles; c) 2-7 m sobre el suelo; y d) >2 m de las carreteras.
  2. Monte el instrumento ambiental PM2.5 en una plataforma de hormigón con puesta a tierra. Asegúrese de que no haya contaminación ambiental de fondo del aire e introduzca los detalles del muestreo en CRF-H46.
    1. En la opción de menú, establezca el intervalo de muestreo en 5 min. Anote la hora de inicio y realice la calibración del flujo utilizando un filtro nulo. Recopile datos en tiempo real durante 6 días.
    2. El día de inicio del muestreo gravimétrico, descargue y guarde los datos en tiempo real.
    3. Retire el filtro nulo previamente instalado y limpie el soporte del filtro con pañuelos de laboratorio. Coloque un filtro prepesado y llene CRF-H46.
    4. Después de 24 h, detenga el muestreador y descargue los datos en tiempo real. Registre la información de muestreo en CRF-H46. Retire el filtro, envuélvalo con papel de aluminio y colóquelo en una bolsa resellable durante el transporte de la cadena de frío.

6. Biomonitorización

  1. Recolección, procesamiento y almacenamiento de muestras de orina
    NOTA: Siga los pasos involucrados en la recolección de muestras de orina miccional matutina en el hogar del participante de acuerdo con las pautas de los CDC de EE. UU. 19,31,32. Recolectar las muestras de orina de madres embarazadas (visitas BL, P1 y P2) y otras mujeres adultas (visitas BL, P1, P2, B1, B2 y B4); en niños (visitas B1, B2 y B4) con la administración de la CRF-B10 respectiva el día 2. En la Figura 7 suplementaria se proporciona un esquema detallado de los pasos involucrados en el biomonitoreo en el laboratorio central, el laboratorio de campo y las actividades del sitio de campo.
    1. Para la recolección de muestras de orina, proporcione la taza de recolección de orina (M y OAW) el día 1. Del mismo modo, indique a la madre que recoja la muestra de orina del niño por la mañana del día siguiente en una bolsa de orina o directamente en la taza y guárdela en una bolsa de vacunas.
    2. En el laboratorio de campo, almacenar las muestras de orina recogidas entre 1-8 °C. Antes de alícuota, descongele la taza de orina.
    3. Para alícuota, procese una muestra de orina a la vez. Aspirar 2 ml de la muestra y añadir en dos crioviales de 4 ml, 5 ml en dos crioviales de 10 ml, 15 ml en un tubo de archivo y almacenar a -20 °C.
    4. Se sigue el mismo procedimiento de alícuota para la muestra en blanco de campo (agua).
  2. Recolección, secado y almacenamiento de DBS
    NOTA: Capacitar a los encuestadores para recolectar DBS a través de pinchazos en el dedo en madres embarazadas (visitas BL, P1 y P2) y otras mujeres adultas (visitas BL, P1, P2, B1, B2 y B4), y pinchazo en el talón o pinchazo en el dedo en niños (visitas B0, B1, B2 y B4), siguiendo las recomendaciones33,34 de la OMS. En el Anexo H del expediente complementario figura un procedimiento detallado de recopilación de DBS de M y OAW.
    1. Para el niño, recoja los DBS de pinchazo en el talón según las pautas de la OMS, utilizando las lancetas apropiadas.
    2. Elija el talón izquierdo o derecho y limpie el sitio de punción con un hisopo con alcohol.
    3. Mantenga la lanceta en posición horizontal en el lugar de punción de la piel y el pinchazo. Después de pinchar, limpie la primera gota de sangre con una gasa de algodón estéril.
    4. Coloque el tubo capilar cerca del sitio de punción en la capa de sangre y permita que la sangre fluya hacia el tubo a través de la acción capilar.
    5. Después de llenar suficiente volumen de sangre en el tubo capilar, aplique inmediatamente la sangre dentro del círculo de la tarjeta de ahorro de proteínas.
    6. Deje que la muestra se seque al aire (durante la noche) en dirección horizontal a temperatura ambiente.
    7. Asegúrese de que las manchas de sangre sean de color marrón oscuro y que no se vean áreas rojas.
    8. Después del secado, coloque la tarjeta DBS en una bolsa de biomuestras resellable que contenga desecante (al menos dos sobres) con una tarjeta indicadora de humedad y guárdela a -20 °C.

7. Cadena de custodia (COC) de los filtros muestreados

  1. Consulte el archivo complementario para conocer los pasos detallados. Los pasos que explican el acondicionamiento del filtro se describen en el Anexo A, el muestreo de microambiente/aire personal de PM2.5 está presente en el Anexo B, la medición de BC se describe en el Anexo C, la medición de CO en el Anexo D, el monitoreo de tiempo y ubicación en el Anexo E, el monitoreo del uso de la estufa en el Anexo F, el monitoreo ambiental en el Anexo G, el biomonitoreo en el Anexo H y el transporte de muestras en el Anexo I . La lista de FCI utilizados figura en el cuadro complementario 3.
    NOTA: La Figura 2A muestra el ECM recogido después del muestreo y envuelto en papel de aluminio. Los filtros envueltos se empacaron en bolsas separadas de muestras biológicas y se colocaron en bolsas de vacunas que contenían un paquete de gel precongelado. Los filtros muestreados se transportaron al laboratorio de campo (Figura 2B). Como se muestra en la Figura 2C, los filtros transportados desde el sitio de campo se almacenaron en un congelador (-20 ° C) en el laboratorio de campo y se mantuvieron intactos hasta que se transportaron al laboratorio central. Cada 15 a 30 días, las muestras se enviaban por carretera al laboratorio central; los filtros muestreados se empacaron en hielo seco y paquetes de gel con COC. Al recibir las muestras de la oficina de campo, las muestras se cotejaron con el COC y se archivaron en un congelador (-20 °C).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Metodologías de muestreo de microambiente/aire personal:
La Figura 1Ai muestra a una madre embarazada usando el chaleco personalizado durante el período de muestreo de 24 h. El chaleco incluye el ECM, el registrador de CO y el registrador de tiempo y ubicación con el banco de energía. Se aseguró que los participantes usaran el chaleco durante todo el período de muestreo, excepto mientras se bañaban y dormían. El soporte que se proporcionó para colgar el chaleco dentro de la periferia del sueño se muestra en la Figura 1Aii.

La Figura 1Bi muestra la limpieza del muestreador de ECM durante el período previo y posterior al muestreo y la Figura 1Bii muestra la calibración de ECM en el laboratorio de campo. Se verificaron los caudales y se estableció el tiempo de ejecución del muestreo antes del muestreo, y se verificó cualquier desviación en el período posterior al muestreo.

La Figura 1C muestra la colocación del instrumento (ECM, registrador de CO y TLL) en la cocina (a 1,5 m de altura del suelo) para el monitoreo del área. Los instrumentos se colocaron e instalaron a 1 m de distancia de la fuente de cocción. Cuando las ventanas o puertas estaban cerca de las fuentes, los instrumentos se instalaban a 1 m de distancia de estas aberturas. La Figura 1D muestra los instrumentos (ECM, registrador de CO y TLL) conectados con un banco de energía, instalados (a 1,5 m de altura del suelo) al aire libre en la casa de cada participante. Los resultados de PM2.5 microambientales y personales siguiendo estas metodologías ya están publicados 24,35,36.

Los datos de calibración del registrador de CO durante 1 año mostraron un bajo mal funcionamiento, como se muestra en la Figura Suplementaria 8 (la leyenda que se muestra como un círculo representa la medición de las lecturas del registrador de datos de CO más allá del rango de calibración de 0-50 ppm)35. Los detalles sobre la diferencia entre la ranura en blanco y la ranura de muestra de la medición BC para cargar el filtro se dan en el material suplementario (Anexo C).

La figura 1Ei ilustra los filtros dañados antes del proceso de prepesaje. Los filtros dañados y caídos se marcan como no válidos. Los filtros se volvieron a revisar en el laboratorio de campo antes de cargarlos en cualquier instrumento de monitoreo de aire. Del mismo modo, se examinaron los filtros muestreados para detectar cualquier daño, como agujeros, desgarros, estiramiento o desprendimiento, como se muestra en la Figura 1Eii. Si existía tal daño, se sopesaba, pero no se consideraba válido para análisis posteriores. La masa PM2.5 para cada muestra se obtuvo restando la masa de la muestra de la masa en blanco del campo mediano. La concentración final de PM2.5 se estimó dividiendo las masas de filtro corregidas en blanco por la cantidad de aire muestreado por la bomba durante el intervalo de medición. Los criterios de umbral derivados para el muestreo válido de PM2.5 y CO se dan en la Tabla 1. Los datos dentro de los criterios de umbral se consideran válidos y se utilizan para el análisis.

Monitoreo del uso de la estufa
La Figura 3A muestra la calibración de los registradores de temperatura, que se realizó inicialmente en hielo y luego en agua caliente con la ayuda de un monitor de temperatura estándar. La Figura 3Bi muestra el patrón regular de picos que se consideran válidos e identificados por el color característico del pico (naranja) cuando se usa la estufa. Como se muestra en la Figura 3B, el patrón irregular de picos, como (ii) problema de la sonda (registro de altas temperaturas y medición más allá del rango de temperatura), (iii) error técnico (cambio de línea base con valores negativos) y (iv) problema de termopar, se caracterizó como muestreo no válido (sin registros de medición de temperatura; cambio de línea de base junto con valores negativos). El registrador de temperatura instalado en diferentes estufas se ilustra en la Figura complementaria 5. Los resultados del monitoreo del uso de estufas siguiendo esta metodología ya están publicados18,19,36.

Muestreo de aire ambiente
De acuerdo con las directrices de la EPA de los Estados Unidos (https://www.epa.gov/environmental-topics/air-topics), los muestreadores ambientales se instalaron en la parte superior de uno de los hogares seleccionados en cada sitio representativo de HAPIN-India (Figura 4A). Los sitios de muestreo se eligieron en función de la seguridad, la disponibilidad de electricidad y la voluntad del participante de albergar el monitor. Los sitios fueron seleccionados para estar en áreas centrales en relación con los grupos de participantes. Las muestras ambientales siguieron un procedimiento similar de embalaje y envío desde el sitio de campo hasta el laboratorio de campo y el laboratorio central. Para evitar que los cables se conecten al conector incorrecto, conéctelo con el diseño de pines único como se indica en la figura suplementaria 9. Los resultados del monitoreo ambiental (PM2.5) medidos entre 2018 y 2020 se muestran en la Figura 4B. Además, los resultados del monitoreo ambiental utilizando este método en otros lugares ya están publicados29.

Biomonitorización
La figura 5A muestra el procedimiento de alícuota de orina. Las muestras del sitio de campo se almacenaron en bolsas enfriadoras de vacunas y se transportaron al laboratorio de campo, donde se alícitaron y se almacenaron en un congelador profundo (-20 ° C). La Figura 5B resume la recolección de muestras, el transporte y el almacenamiento de campo COC.

La Figura 5C muestra los DBS; 5Ci muestra manchas válidas antes del secado, y 5Cii muestra manchas válidas después del secado. La Tabla 2 resume el patrón de recolección válida de DBS en las visitas de seguimiento entre los participantes de HAPIN (M, OAW, C). La tasa de éxito de recolectar DBS válidas de las madres durante tres visitas es del 100% (BL), 93% (P1) y 83% (P2). Del mismo modo, para OAW, el éxito de la recolección de DBS fue consistente (100%-72%) para las primeras tres visitas (BL-P2), pero se redujo (45% -35%) de B1 a B4 durante la pandemia y durante el huracán Gaja (2018). El éxito de la recolección de DBS en niños fue de 72,09% al nacer (B0), 64% en B1, 62% en B2 y 45% en B4.

La Figura 5D enfatiza que la cadena de frío con hielo seco mantiene la integridad de la muestra. Cada mes, las muestras biológicas se empacaban con hielo seco en una caja de aislamiento térmico separada y se enviaban con registradores de temperatura y humedad relativa (HR). El análisis de correlación de la gravedad específica urinaria medida entre el laboratorio de campo y el laboratorio central mostró buena concordancia, como se muestra en la Figura 5E. Nuestros resultados de validación cruzada del método de biomonitoreo en muestras de orina de metabolitos de hidrocarburos aromáticos policíclicos muestran la garantía de calidad (QA)/control de calidad (QC) de la integridad de la muestra21.

Todos los datos de muestreo y CRF se cargaron de forma segura desde SRIHER al servidor de la Universidad de Emory. La transferencia de datos se produjo diariamente, lo que redujo la probabilidad de pérdida de datos. La lista de FCI utilizados para la recopilación de datos figura en el cuadro complementario 3. El flujo de recopilación de datos desde el sitio de campo hasta el servidor de Emory se muestra en la Figura suplementaria 10.

Figure 1
Figura 1: Monitoreo personal y microambiental. (A) i) Madre embarazada que usa el chaleco con instrumentos de muestreo de aire (ECM, registrador de CO y TLL); ii) Soporte metálico con el chaleco; iii) Chaleco infantil con unidades TLM. (B) i) limpieza ECM; ii) Calibración ECM. (C) Monitoreo del área de la cocina con el ECM, el registrador de CO y TLL. (D) Monitoreo de áreas al aire libre con ECM, registrador de CO y TLL. E) i) Filtros prepesados dañados; ii) Filtros muestreados dañados. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 2
Figura 2: Cadena de custodia de los filtros . (A) Muestreo de ECM con filtros envueltos en papel de aluminio. (B) Transporte de filtros muestreados desde los hogares participantes hasta el laboratorio de campo en bolsas de refrigeración de vacunas que contienen paquetes de gel. (C) Filtros de muestra almacenados en un congelador (-20 °C) en el laboratorio de campo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 3
Figura 3: Registradores de temperatura de monitoreo de uso de estufas . (A) Calibración de registradores de temperatura Geocene Dot. (B) i) Patrón válido de pico para el monitoreo del uso de la estufa; ii) Problema de sondeo; iii) Error técnico; iv) Problema del termopar. (C) Estufa uso de monitoreo-Registradores de temperatura. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 4
Figura 4: Monitoreo ambiental. (A) Instrumento ambiental PM2.5 instalado en el sitio de campo. (B) Series temporales de mediciones del nivel de PM2.5 ambiental (2018-2020). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 5
Figura 5. Biomonitoreo: recolección de muestras, procesamiento y control de calidad. A) Alícuota urinaria. (B) Cadena de custodia para la recolección, almacenamiento y transporte de muestras. (C) Mancha de sangre seca: i) antes del secado; ii) después del secado. (D) Cadena de custodia de frío del envío de muestras. (E) QA/QC de los datos de integridad de la muestra de gravedad específica urinaria medida en el sitio de campo y el laboratorio central. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Tabla 1: Criterios de umbral de muestreo válidos de monitores de PM2.5 y CO. Tenga en cuenta que debido a la sensibilidad del acelerómetro, los valores fuera de los rangos esperados se marcaron pero no se excluyeron de los análisis. Haga clic aquí para descargar esta tabla.

Tabla 2: Resumen de la recolección válida de DBS entre los participantes del estudio. *Durante un huracán (ciclón) hubo una caída en la recolección de DBS. † Durante el confinamiento por COVID19 hubo una caída en la recolección de DBS. ‡ Durante el bloqueo de COVID19 hubo una caída y los datos de 2021 no se incluyen en la recopilación de DBS. Abreviaturas: M = madre embarazada; OAW = otra mujer adulta; C = niño. Haga clic aquí para descargar esta tabla.

Cuadro complementario 1: Directrices para la instalación de muestreadores para el monitoreo microambiental.

Cuadro complementario 2: Diferencia entre la ranura en blanco y la ranura para la muestra para cargar el filtro. * El difusor se puede reemplazar solo si hay algún daño visible o si se usa para ~ 750-1,000 filtros.

Cuadro complementario 3: Lista de FCI con respecto a la exposición y el muestreo de biomarcadores. Los CRF están disponibles en la base de datos RedCap, almacenada en la Universidad de Emory, y se mantienen con el acuerdo de intercambio de datos entre todos los colaboradores, que se puede proporcionar a los lectores que lo soliciten.

Figura complementaria 1: Hoja de entrada de datos para el pesaje de filtros. Haga clic aquí para descargar este archivo.

Figura complementaria 2. Instrumentos y pasos involucrados en el microambiente y el muestreo de aire personal. Haga clic aquí para descargar este archivo.

Figura complementaria 3: Cartuchos y ranuras filtrantes. A: Ranura en blanco (Posición 1); B: Cartucho inferior en blanco que contiene tanto el difusor en blanco como el filtro en blanco en el cartucho; C: Pieza superior del cartucho en blanco; D: Ranura de muestra (Posición 2); E: Cartucho de muestra inferior con difusor de muestra; F: Pieza superior del cartucho de muestra. Haga clic aquí para descargar este archivo.

Figura complementaria 4: Instrumentos y pasos involucrados en el monitoreo del uso de la estufa. Haga clic aquí para descargar este archivo.

Figura complementaria 5: Puntos instalados en diferentes estufas. Haga clic aquí para descargar este archivo.

Figura complementaria 6: Instrumentos y etapas involucradas en el monitoreo del aire ambiente. Haga clic aquí para descargar este archivo.

Figura complementaria 7: Instrumentos y etapas involucradas en el muestreo biológico. Haga clic aquí para descargar este archivo.

Figura complementaria 8: Resumen del registrador de datos de monóxido de carbono (CO). Haga clic aquí para descargar este archivo.

Figura complementaria 9: Diseño del conector del E-sampler. Haga clic aquí para descargar este archivo.

Figura complementaria 10: Recopilación y procesamiento de datos. Haga clic aquí para descargar este archivo.

Figura complementaria 11: Uso de la bolsa de vacunas. Haga clic aquí para descargar este archivo.

Figura complementaria 12: Diferencia entre pelícano y bolsa de vacunas. El rendimiento de la temperatura de dos bolsas enfriadoras (pelícano vs. vacuna) se prueba utilizando un monitor de registrador de datos de CO durante 48 h en el laboratorio a una temperatura ambiente promedio de 28.3 ± 0.6 ° C y HR de 49.2% ± 3.6%. Una muestra de orina (~ 60 ml) con una temperatura inicial de 36,4 ° C se colocó en dos bolsas y se mantuvo sin ser molestada durante 48 h en una sala de almacenamiento. Haga clic aquí para descargar este archivo.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Demostramos y representamos visualmente los procedimientos estándar para recopilar datos a nivel poblacional sobre exposiciones personales a la contaminación del aire en el hogar en el ensayo multinacionalHAPIN 19,24. Los métodos de muestreo ambiental y de biomarcadores basados en el campo descritos aquí son apropiados y factibles, particularmente en poblaciones vulnerables en entornos con recursos limitados donde las exposiciones a PM2.5 son varios órdenes de magnitud más altas que los valores de la Guía de Calidad del Aire (AQG) de la OMS (media anual de 5 μg / m 3 y media de 24 h de 15 μg / m3)37,38.

Los instrumentos utilizados en este estudio se han utilizado en otros estudios con diferentes duraciones de muestreo. En Jack et al., el CO se midió cada 6 semanas utilizando un monitor ligero de registro de CO, y la medición de PM2.5 (microPEM) se ubicó durante 72 h en casi la mitad de las participantes embarazadas9. Otro estudio utilizó exposiciones personales ajustadas al ambiente evaluadas con el Ultrasonic Personal Aerosol Sampler (UPAS) para abordar la incertidumbre en las estimaciones de los impactos globales de HAP en la salud cardíaca utilizando una evaluación cuantitativa de la exposición a PM2.5 14.

Los procedimientos seguidos durante el ensayo HAPIN y descritos aquí pueden servir como directrices para el monitoreo de HAP personal/microambiente en otros entornos24,26. El equipo de campo primero evaluó posibles ubicaciones para colocar los monitores en la cocina, cuando duerme y en lugares domésticos al aire libre. Cuando no había condiciones ideales para la colocación de los monitores (1,5 m sobre el suelo, 1 m de distancia de la estufa y de las puertas y ventanas), se eligieron lugares adecuados adyacentes a la ubicación ideal de la muestra35. Esto ocurrió con relativa poca frecuencia, en el <2% de todas las muestras recolectadas. Los registradores de temperatura utilizados como monitores de uso de estufas tenían cubiertas impermeables para proteger de derrames durante las actividades de cocina, como cocinar y calentar agua. Sin embargo, los registradores de temperatura que se colocaron en estufas al aire libre se dañaron durante el monzón y las inundaciones (Figura 3C).

El cumplimiento del uso del chaleco fue observado por los inspectores de campo el día de la retirada de los monitores (Día 2). El cumplimiento evaluado a través de sensores demostró, a veces, ser incorrecto; En algunos casos, los participantes llevarían el monitor, pero estarían sentados quietos y, por lo tanto, serían marcados como no conformes. Este reconocimiento de la clasificación errónea basada en sensores solo fue posible debido a los trabajadores de campo observadores. Como verificación adicional, nuestros CRF contenían el cumplimiento informado por los participantes.

El manejo de filtros durante el acondicionamiento, pesaje, muestreo (pre y post-), transporte y almacenamiento en el campo y laboratorio central son actividades críticas dentro de cualquier fase de recopilación de datos. Después de 24 h de muestreo, el monitor personal se cubrió completamente con papel de aluminio y se colocó en una bolsa de biomuestras para transportar en un entorno libre de polvo y cadena de frío. El estudio actual ha demostrado los procedimientos para preservar los filtros desde el hogar de los participantes hasta el laboratorio de campo y el laboratorio central a través de la cadena de custodia.

Se predicen pocas desviaciones de las condiciones de temperatura requeridas durante el almacenamiento y el transporte durante la recolección de muestras biológicas y el transporte desde el campo hasta el laboratorio para su análisis, lo que podría conducir a resultados erróneos. La bolsa más fría utilizada en las instalaciones de varios países era demasiado cara en la India. Bajo varios programas nacionales en la India, la bolsa enfriadora de vacunas se ha utilizado ampliamente para el transporte de vacunas. Estas bolsas de vacunas se obtuvieron localmente a un costo razonable, casi 30 veces más bajo que la bolsa de refrigeración (Figura suplementaria 11). Antes de realizar una compra a granel, la temperatura de envío en estas cajas enfriadoras de vacunas se comparó con la bolsa de refrigeración para garantizar la integridad de la muestra (Figura suplementaria 12). En entornos con recursos limitados, es difícil recolectar muestras biológicas y mantener su integridad. El transporte de las muestras en bolsas de vacunas disponibles localmente desde el hogar del participante hasta el laboratorio de campo resolvió este problema.

La recolección de DBS también se conoce como manchas de sangre capilar obtenidas de un dedo, talón o lóbulo de la oreja39. El uso de una tarjeta DBS para recolectar muestras de sangre es relativamente indoloro y no invasivo, y se puede recolectar en el hogar del participante a través de personal de salud no clínico pero capacitado. La sangre recogida en el papel de filtro se seca y almacena fácilmente. Una gota de sangre entera ocupa aproximadamente 50 μL en un disco con un diámetro de 12,7 mm23. El dedo anular suele ser el sitio preferido por los adultos, y es un procedimiento común en el monitoreo terapéutico. Aunque los pasos involucrados en la recolección de DBS para la detección de biomarcadores en adultos se visualizaron en estudios anteriores, las tareas y los micropasos involucrados en entornos con recursos limitados no se han capturado40,41. Este estudio es uno de los primeros, hasta donde sabemos, en capturar DBS de M, OAW y C,) del mismo hogar42. En entornos rurales, es un desafío, aunque el procedimiento es mínimamente invasivo42. La capacitación frecuente de los topógrafos de campo sobre la recolección de DBS válidas y las aclaraciones técnicas sobre la selección de la mano no dominante, la relajación y el masaje del brazo y la selección del dedo anular o medio desempeñaron un papel importante en la recolección de DBS válidas33.

Del mismo modo, para los recién nacidos, el muestreo capilar a través del pinchazo en el talón se realizó para bebés que pesaban de ~ 3 a 10 kg (desde el nacimiento hasta los 6 meses), y el pinchazo en el dedo en el seguimiento (más de 6 meses) para bebés que pesaban > 10 kg. Siguiendo las directrices de la OMS, la elección y posición (punción en un ángulo de 90° paralelo al talón) de la lanceta para pinchar ha desempeñado un papel importante en la obtención de suficiente flujo sanguíneo, la recolección exitosa de DBS y una profundidad estimada ligeramente más corta33,34. La longitud de la hoja en una lanceta varía según el fabricante (es decir, de 0,85 a 2 mm para los recién nacidos). En bebés prematuros, se utilizaron lancetas para el pinchazo en el talón (0,85 mm x 1,75 mm de profundidad) y lancetas para el pinchazo en el dedo (1 mm x 2,5 mm de profundidad) con bebés entre 6 meses y 8 años.

Después del pinchazo en el talón, la sangre se extrajo utilizando tubos capilares PTS (Ref# 2866) para recoger la muestra sin coágulos en las manchas de sangre y para evitar el estampado en la tarjeta de ahorro de proteínas. Según nuestros experimentos preliminares, se cree que colocar el tubo capilar hacia abajo absorbe la sangre rápidamente sin ningún obstáculo debido a la tensión superficial uniforme.

Después de la recolección exitosa de DBS válidas de los participantes de HAPIN en ambos sitios de estudio, la muestra recolectada en la tarjeta de ahorro de proteínas se secó durante la noche a temperatura ambiente (25 ° C) en el laboratorio de campo, y se aseguró que la tarjeta de ahorro de proteínas estuviera libre de insectos y moscas domésticas mediante una red de insectos que cubriera. Después del secado (color marrón, Figura 5Cii), la tarjeta DBS se almacenó a -20 °C.

Durante la recolección de DBS en los hogares de los participantes, la sangre caída estaba dentro del punto de 12.7 mm, pero después de secarse durante la noche a temperatura ambiente, los dos puntos individuales se fusionaron, en el sitio NP. La diferencia observada en el sitio NP podría deberse a la humedad relativa más alta, donde las DBS válidas recolectadas se volvieron inválidas a medida que las dos manchas individuales de sangre seca se fusionaron. Después del procedimiento armonizado de recolección de DBS, los resultados de los biomarcadores clínicos (estrés oxidativo, inflamación, disfunción endotelial, lesión pulmonar) se han validado de forma cruzada en muestras ciegas en el laboratorio LEADER de la Universidad de Emory, y se encontró que estaban en buen acuerdo (datos no mostrados).

La recolección de muestras biológicas requiere un firme cumplimiento de los protocolos de seguridad. Durante el período de pandemia (24 de marzo de 2019 a junio de 2019), se ejecutaron protocolos de seguridad adicionales, siguiendo los avisos del gobierno local. El personal del estudio recibió instrucciones de usar equipo de protección personal (EPP) como guantes, máscaras faciales, gafas y delantales mientras viajaba y en las casas de los participantes. Las batas de laboratorio eran obligatorias mientras se trabajaba en las oficinas de campo, y las oficinas de campo estaban equipadas con gabinetes de bioseguridad para manipular muestras biológicas. Se impartió capacitación a todo el personal sobre el uso y la identificación de EPP dañados. Los EPP usados se recogieron en bolsas de eliminación separadas y se entregaron en los centros de salud colaboradores para su eliminación segura a la instalación común de gestión de residuos biomédicos autorizada por la Junta Estatal de Control de la Contaminación.

La captura de videos de alta resolución de la recopilación de datos de campo, especialmente en entornos rurales difíciles, ayudará a cerrar las brechas de capacitación en el monitoreo de la contaminación del aire y la recopilación de datos de campo. En general, en cada etapa de la ejecución del proyecto, se garantizó la calidad y confiabilidad de la recopilación de datos. Las capacitaciones periódicas y el readiestramiento del personal de campo fortalecieron su capacidad y confianza y evitaron la costosa pérdida de integridad de la muestra. Los métodos utilizados son transferibles y ayudarán a otros investigadores a adoptar procedimientos de monitoreo ambiental y recolección de muestras biológicas en los PIBM utilizando estrategias rentables.

También se informan las brechas y los desafíos que se enfrentan a lo largo del estudio HAPIN, particularmente en áreas rurales con recursos limitados. Observamos que el extenso trabajo preliminar y la capacitación, informados en otras publicaciones que detallan el trabajo formativo de HAPIN, fueron críticos para resolver problemas con el protocolo, como el diseño de chalecos para el muestreo y los mecanismos para el transporte seguro de la contaminación del aire y las muestras biológicas. Además, durante este período, se superaron muchos "dolores de crecimiento", incluido el manejo de los filtros gravimétricos ECM muy pequeños de 15 mm, las técnicas para la colocación de monitores de uso de estufas, etc.

Se prestó especial atención al enviar los filtros, instrumentos y bioespecímenes muestreados de los hogares al laboratorio de campo. Todos los equipos de muestreo de aire, accesorios y muestras se rastrearon a través de la gestión de inventario en los laboratorios centrales y de campo. Ha permitido el mantenimiento, la reparación, el reemplazo y la evaluación oportunos de los suministros del proyecto para proporcionar una recopilación de datos ininterrumpida.

Los métodos de recolección de datos demostrados aquí han demostrado ser confiables y consistentes durante todo el período de estudio de un año. El uso y la adopción de tecnologías asequibles e inteligentes pueden apuntar hacia un paradigma futuro para los ensayos controlados aleatorios (ECA) y los estudios de exposición-respuesta, asegurando una recopilación de datos aceptable para producir resultados confiables. Tales esfuerzos no están exentos de desafíos; sin embargo, como se muestra aquí, la diligencia y la revisión de los protocolos establecidos pueden garantizar que los equipos de campo puedan adaptarse a las circunstancias cambiantes, tanto esperadas (diferencias en las configuraciones de los hogares, por ejemplo) como inesperadas (COVID-19, huracanes). Para HAPIN, esto comenzó con la capacitación práctica en el laboratorio y el campo proporcionada por expertos en exposición y biomarcadores centrales antes del ensayo. Además, la capacitación de actualización se impartió una vez cada 6 meses en varios niveles durante todo el período de estudio. El entrenamiento periódico aumentó la capacidad del equipo para muestrear y manejar eficientemente instrumentos, filtros y bioespecímenes. Los procedimientos de visualización y muestreo de campo serán una valiosa herramienta educativa para los investigadores que realizan estudios epidemiológicos similares a gran escala en la India o LMIC.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

*4 Los hallazgos y conclusiones de este informe son los de los autores y no representan necesariamente la posición oficial de los Institutos Nacionales de Salud de los Estados Unidos o el Departamento de Salud y Servicios Humanos o la Fundación Bill y Melinda Gates. Los organismos de financiación no tenían ninguna función en la reunión y el análisis de los datos presentados en el documento.

Acknowledgments

Los investigadores desean agradecer a los miembros del comité asesor, Patrick Brysse, Donna Spiegelman y Joel Kaufman, por su valiosa visión y orientación a lo largo de la implementación del ensayo. También deseamos reconocer a todo el personal de investigación y a los participantes del estudio por su dedicación y participación en este importante ensayo.

Este estudio fue financiado por los Institutos Nacionales de Salud de los Estados Unidos (acuerdo de cooperación 1UM1HL134590) en colaboración con la Fundación Bill y Melinda Gates (OPP1131279). Una Junta de Monitoreo de Datos y Seguridad (DSMB) multidisciplinaria e independiente designada por el Instituto Nacional del Corazón, los Pulmones y la Sangre (NHLBI) monitorea la calidad de los datos y protege la seguridad de los pacientes inscritos en el ensayo HAPIN. NHLBI DSMB: Nancy R. Cook, Stephen Hecht, Catherine Karr (Presidenta), Joseph Millum, Nalini Sathiakumar, Paul K. Whelton, Gail Weinmann y Thomas Croxton (Secretarios Ejecutivos).  Coordinación del programa: Gail Rodgers, Fundación Bill y Melinda Gates; Claudia L. Thompson, Instituto Nacional de Ciencias de la Salud Ambiental; Mark J. Parascandola, Instituto Nacional del Cáncer; Marion Koso-Thomas, Instituto Nacional de Salud Infantil y Desarrollo Humano Eunice Kennedy Shriver; Joshua P. Rosenthal, Centro Internacional Fogarty; Conception R. Nierras, Fondo Común de la Oficina de Coordinación Estratégica de los NIH; Katherine Kavounis, Dong-Yun Kim, Antonello Punturieri y Barry S. Schmetter, NHLBI.

Investigadores de HAPIN: Vanessa Burrowes, Alejandra Bussalleu, Devan Campbell, Eduardo Canuz, Adly Castañaza, Howard Chang, Yunyun Chen, Marilú Chiang, Rachel Craik, Mary Crocker, Victor Davila-Roman, Lisa de las Fuentes, Oscar De León, Ephrem Dusabimana, Lisa Elon, Juan Gabriel Espinoza, Irma Sayury Pineda Fuentes, Dina Goodman, Meghan Hardison, Stella Hartinger, Phabiola M Herrera, Shakir Hossen, Penelope Howards, Lindsay Jaacks, Shirin Jabbarzadeh, Abigail Jones, Katherine Kearns, Jacob Kremer, Margaret A Laws, Pattie Lenzen, Jiawen Liao, Fiona Majorin, McCollum, John McCracken, Julia N McPeek, Rachel Meyers, Erick Mollinedo, Lawrence Moulton, Luke Naeher, Abidan Nambajimana, Florien Ndagijimana, Azhar Nizam, Jean de Dieu Ntivuguruzwa, Aris Papageorghiou, Usha Ramakrishnan, Davis Reardon, Barry Ryan, Sudhakar Saidam, Priya Kumar, Meenakshi Sundaram, Om Prashanth, Jeremy A Sarnat, Suzanne Simkovich, Sheela S Sinharoy, Damien Swearing, Ashley Toenjes, Jean Damascene Uwizeyimana, Viviane Valdes, Kayla Valentine, Amit Verma, Lance Waller, Megan Warnock, Wenlu Ye.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
BD adult lancet BD Biosciences 366594 DBS collection from finger
BD Quikheek infant safety lancet BD Biosciences 368100 & 368101 Heel prick DBS collection
Beacon Roximity O/EM Time and location monitor [TLM] (Personal monitor)
Beacon Logger Berkley Air Monitoring group xxxx Time and location logger [TLL] (Indirect measurement)
CrEquation 1do ProMed Pelican Bag Peli Biothermal USA Cooler bag 
Enhanced Children MicroPEM (ECM)  RTI International, Durham, NC, US xxxx Personal monitor of PM2.5
E-sampler Met One Instruments 9800 Indirect measurement of ambient PM2.5
Geocene  Geocene Inc., Vallejo,CA xxxx for stove use monitoring
Humidity indicating card DESSICARE, INC. 04BV14C10 Sample integrity indicator
Lascar Lascar Electronics EL-USB-300  Carbon monoxide (CO) data logger
PTS collect capillary tubes- 40 µL PTS collect 2866 To collect heel prick DBS from children
Sartorius Sartorius Lab Instruments, GmbH & Co, Germany MSA6-6S-000-DF Microbalance (Weighing filters)
SootScanTM  Magee Scientific Co, Berkeley, USA OT21 Black carbon measurement
Vaccine Bag Apex International, India AIVC-46  Vaccine Bag
Whatman 903 Protein Saver card GE Healthcare Life Sciences 10534612 Collection of capillary blood samples (Dried Blood Spot)

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. Ranzani, O. T., et al. Personal exposure to particulate air pollution and vascular damage in peri-urban South India. Environment International. 139, 105734 (2020).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. 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).
  26. 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).
  27. 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).
  28. 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).
  29. 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).
  30. Review of the National Ambient Air Quality Standards for Particulate Matter. Environmental Protection Agency. , Available from: https://www.epa.gov (2020).
  31. 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).
  32. 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).
  33. 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).
  34. WHO guidelines on drawing blood: best practices in phlebotomy. World Health Organization. , Available from: https://apps.who.int/iris/handle/10665/44294 (2010).
  35. 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).
  36. Piedrahita, R., et al. Exposures to carbon monoxide in a cookstove intervention in northern Ghana. Atmosphere. 10 (7), 402 (2019).
  37. 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).
  38. CPCB. Air quality monitoring, emission inventory and source apportionment study for Indian cities. Central Pollution Control Board. , Available from: https://www.epa.gov (2011).
  39. 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).
  40. 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).
  41. 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).
  42. 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).

Tags

Retractación Número 190 ensayo controlado aleatorio contaminación del aire en el hogar PM2.5 CO uso de estufa bioespécimen exposición personal protocolos visuales
Visualización de los procedimientos de recopilación de datos de campo de las evaluaciones de exposición y biomarcadores para el ensayo de la Red de Intervención de la Contaminación del Aire en el Hogar en la India
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Rajamani, K. D., Sambandam, S.,… More

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

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter