Summary
Vi beskriver de konsekventa, högkvalitativa procedurer som används under luft- och biologiska provtagningsprocesser på indiska fältplatser under en stor randomiserad kontrollerad studie. Insikter som samlats in från övervakningen av tillämpningar av innovativ teknik, anpassad för exponeringsbedömning i landsbygdsregioner, möjliggör bättre metoder för insamling av fältdata med mer tillförlitliga resultat.
Abstract
Här presenterar vi en visuell representation av standardprocedurer för att samla in data på befolkningsnivå om personliga exponeringar för hushållens luftföroreningar (HAP) från två olika studieplatser i en resursbegränsad miljö i Tamil Nadu, Indien. Partiklar PM 2,5 (partiklar mindre än2,5 mikron i aerodynamisk diameter), kolmonoxid (CO) och svart kol (BC) mättes hos gravida mödrar (M), andra vuxna kvinnor (OAW) och barn (C) vid olika tidpunkter under en 4-årsperiod. Dessutom genomfördes övervakning av spisanvändning (SUM) med dataloggningstermometrar och omgivande mätningar av luftföroreningar. Vidare demonstrerades framgångsrikt möjligheten att samla biologiska prover (urin och torkade blodfläckar [DBS]) från studiedeltagare på fältplatserna. Baserat på resultat från denna och tidigare studier har metoderna som används här förbättrat datakvaliteten och undvikit problem med hushållens luftföroreningar och biologisk provinsamling i resursbegränsade situationer. De etablerade förfarandena kan vara ett värdefullt pedagogiskt verktyg och resurs för forskare som utför liknande luftförorenings- och hälsostudier i Indien och andra låg- och medelinkomstländer (LMIC).
Introduction
Globalt sett är exponering för hushållens luftföroreningar (HAP), främst från matlagning med fast bränsle, en viktig orsak till sjuklighet och dödlighet 1,2,3. Matlagning och uppvärmning med fasta bränslen (biomassa - som trä, gödsel, skörderester och kol) är utbredd i låg- och medelinkomstländer (LMIC), vilket utgör olika hälso-, miljö- och ekonomiska problem. PM 2,5 är en "tyst mördare" som förekommer både inomhus och utomhus 4,5. Inomhusluftkvaliteten i Indien är ofta betydligt sämre än luftkvaliteten utomhus, och den har fått tillräckligt med uppmärksamhet för att betraktas som en stor miljöhälsorisk4. Bristen på mätbaserade kvantitativa exponeringsdata har hindrat utvärderingar av den globala sjukdomsbördan (GBD) i samband med HAP 6,7.
Aktuell forskning ignorerar ofta att mätningen av HAP-exponeringar är komplicerad och varierar beroende på många faktorer, inklusive bränsletyp, spistyp och en blandad användning av många rena och orena spisar, ett fenomen som kallas "spisstapling". Andra influenser på exponeringen inkluderar mängden bränsle som förbrukas, köksventilationsnivåer, hur lång tid som spenderas i närheten av spisen, ålder och kön8. Den mest uppmätta och utan tvekan den bästa indikatorn på exponering för HAP är PM2,5; På grund av bristen på prisvärda, användarvänliga och tillförlitliga instrument har det dock varit särskilt svårt att mäta fina partiklar (PM2,5).
Olika studier har rapporterat att mäta nivån av antingen enstaka eller flera luftföroreningar med olika metoder 8,9,10,11,12. Under de senaste åren har relativt billiga sensorer som kan mäta dessa föroreningar i inomhus- och omgivningsmiljöer vuxit fram. Alla dessa sensorer är dock inte genomförbara för fältarbete av olika skäl, inklusive underhållskostnader, distributionsutmaningar, problem med jämförbarhet med konventionella mätmetoder, begränsade mänskliga resurser för att validera dessa sensorer mot referensmetoder, svårigheten med regelbundna datakvalitetskontroller (via molnet) och begränsade eller inga decentraliserade felsökningsanläggningar. Många av studierna med dessa typer av mätningar har använt dem som en proxy för exponering eller genom att kombinera miljömätningar med exponeringsrekonstruktion med hjälp av tidsaktivitetsbedömningar 8,9,12,13,14.
Personlig övervakning - där en bildskärm utförs på eller av en individ genom rum och tid - kan bättre fånga deras "sanna" totala exponering. Studier som mäter personlig exponering kommunicerar ofta bara kortfattat sina exakta protokoll, ofta i kompletterande material till vetenskapliga manuskript 9,12,13,14,15. Även om de tekniker som beskrivs i dessa studier ger en solid allmän känsla av provtagningsmetodik, saknas ofta detaljerna i fältdatainsamlingsstegen12,16.
Många ytterligare egenskaper, förutom föroreningskoncentrationer, kan övervakas i dessa bostäder. Övervakning av spisanvändning, en metod för att bedöma tid och intensitet för användning av hushållsapparater, är en viktig del av många senaste effekt- och exponeringsbedömningar16,17,18,19. Många av dessa bildskärmar fokuserar på att mäta temperaturen vid eller nära förbränningspunkten på spisar. Medan termoelement och termistorer används saknas det driftsprotokoll för bildskärmarna, inklusive hur man bäst placerar dem på spisar för att fånga variationer i spisens användningsmönster.
Biologisk övervakning är på samma sätt ett effektivt verktyg för att utvärdera miljöexponeringar, även om flera faktorer påverkar valet av en optimal biologisk matris20. Under idealiska förhållanden måste provinsamlingen vara icke- eller minimalt invasiv. De metoder som används bör säkerställa enkel hantering, icke-restriktiv transport och lagring, en bra matchning mellan den föreslagna biomarkören och den biologiska matrisen, en relativt låg kostnad och inga etiska problem.
Urinprovsinsamling har några stora fördelar för biologisk övervakning. Som med andra provinsamlingstekniker finns det en rad potentiella metoder. Att samla 24 timmars tomrum urin kan vara besvärligt för deltagarna, vilket leder till att provsamlingen20,21 inte följs. I sådana fall rekommenderas stickprover, tomrum på första morgonen eller andra "lämpliga" provtagningar. Volymen urin som samlas in kan vara en stor nackdel vid insamling av punktprover, vilket leder till variationer i koncentrationerna av endogena och exogena kemikalier. I detta fall är justering med urinkreatininkoncentrationer en vanlig metod för utspädningskorrigeringar22.
Ett annat vanligt insamlat bioprov är venöst blod. Venösa blodprover är ofta svåra att få för biologisk övervakning; De är påträngande, rädslaframkallande och kräver korrekt provhantering, lagring och transport. Ett alternativt tillvägagångssätt med torkade blodfläckar (DBS) kan vara användbart för att samla in prover hos vuxna och barn för biologisk övervakning23.
Det finns en betydande litteraturlucka mellan den enkla beskrivningen av fältmetoder och publiceringen av detaljerade, reproducerbara instruktioner om användning och distribution av bildskärmar som återspeglar den verkliga komplexiteten i insamling av fältdata för kvalitetssäkrade prover24,25. Vissa studier har skisserat standardrutiner (SOP) för mätning av luftföroreningar (inomhus och omgivande) och övervakning av spisanvändning.
De väsentliga stegen bakom fältmätning, laboratoriestöd och transport av övervakningsinstrument och prover beskrivs dock mycket sällan 8,11,25. Utmaningarna och begränsningarna med fältbaserad övervakning i både hög- och resurssnåla miljöer kan fångas korrekt genom video, vilket skulle kunna komplettera skriftliga operativa förfaranden och ge en mer direkt metod för att visa hur enheter och provtagnings- och analystekniker utförs.
I den randomiserade kontrollerade studien Household Air Pollution Intervention Network (HAPIN) använde vi video och skriftliga protokoll för att beskriva procedurerna för mätning av tre föroreningar (PM2.5, CO och BC), för övervakning av spisanvändning och för insamling av bioprov. HAPIN innebär att man använder harmoniserade protokoll som kräver strikt efterlevnad av SOPs för att maximera datakvaliteten från prover som samlats in över flera tidpunkter på fyra studieplatser (i Peru, Rwanda, Guatemala och Indien).
Kriterierna för studiedesign, platsval och rekrytering beskrivs tidigare24,26. HAPIN-studien genomfördes i fyra länder; Clasen et al. beskrev studieinställningarna i detalj26. Varje studieplats rekryterade 800 hushåll (400 intervention och 400 kontroll) med gravida kvinnor mellan 18 och 35 år, som är 9 till 20 veckors graviditet, använder biomassa för matlagning hemma och är icke-rökare. I en delmängd av dessa hushåll (~ 120 per land) var andra vuxna kvinnor också inskrivna i denna studie.
Efter rekrytering gjordes totalt åtta besök. Den första, vid baslinjen (BL), inträffade före randomisering. De följande sju delades upp före födseln (vid 24-28 veckors graviditet [P1], 32-36 veckors graviditet [P2]), vid födseln (B0) och efter födseln (3 månader [B1], 6 månader [B2], 9 månader [B3] och 12 månader [B4]). För M gjordes tre bedömningar (BL, P1 och P2), för OAW sex bedömningar (BL, P1, P2, B1, B2 och B4) och för C utfördes fyra bedömningar (B0, B1, B2 och B4). Vid B0 genomfördes biomarkörer och hälsobedömningar, medan endast hälsobedömningar gjordes vid B3-besöket.
Alla fyra länderna följde identiska protokoll. I detta manuskript beskriver vi steg som följts i Indien. Studien utfördes på två platser i Tamil Nadu: Kallakurichi (KK) och Nagapattinam (NP). Dessa platser ligger mellan 250 och 500 kilometer från kärnforskningsanläggningen vid Institutionen för miljöhälsoteknik vid Sri Ramachandra Institute of Higher Education and Research (SRIHER) i Chennai, Indien. Komplexiteten i fältdatainsamlingsprotokoll kräver utplacering av många anställda med olika kompetensnivåer och bakgrunder.
Vi presenterar en skriftlig och visuell skildring av stegen i uppskattningen av mikromiljö- och personliga exponeringsprover hos gravida mödrar (M), andra / äldre vuxna kvinnor (OAW) och barn (C) för fina partiklar, kolmonoxid (CO) och svart kol (BC). Fältprotokoll för (1) övervakning av luftkvaliteten med referensmonitorer och lågkostnadssensorer, (2) långvarig övervakning av spisanvändning på konventionella och flytande petroleumgasspisar och (3) biologisk provinsamling (urin och DBS) för biologisk övervakning presenteras också. Detta inkluderar metoder för transport, lagring och arkivering av miljö- och biologiska prover.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Den institutionella etikkommittén vid Sri Ramachandra Institute of Higher Education and Research (IEC-N1/16/JUL/54/49), Emory University Institutional Review Board (00089799) och Indian Council of Medical Research-Health Ministry Screening Committee (5/8/4-30/(Env)/Indo-US/2016-NCD-I) godkände HAPIN-studien. HAPIN-studien identifieras som NCT02944682 på clinicaltrials.gov. Skriftliga informerade samtycken samlades in från studiedeltagarna före deras deltagande och studien genomfördes enligt etiska riktlinjer.
OBS: Fallrapportformulären (CRF) som administreras under provtagningen och datainsamlingen finns tillgängliga i RedCap-databasen, lagrad vid Emory University, och underhålls med datadelningsavtalet mellan alla medarbetare, som kan tillhandahållas läsarna på begäran.
1. Instrument och material
- Använd följande instrument för övervakning av luftföroreningar: en mikrobalans för filtervägning, för mikromiljö / personlig provtagning-Enhanced Children's MicroPEM (ECM) för PM 2.5, en optisk transmissometer för mätning av svart kol (BC), dataloggare för CO och Bluetooth-baserad fyr, beacon loggers för indirekt mätning av PM 2.5 (under varje besök-BL, P1, P2, B1, B2, och B4), en kombinerad gravimetrisk och nephelometric monitor för omgivande PM2.5 mätningar och temperaturloggare för övervakning av spisanvändning.
- Använd följande instrument för biologisk övervakning: kyl- och vaccinpåsar för frakt av bioprover, proteinsparkort, fuktighetsindikatorkort, en vuxen lansett, en spädbarnssäkerhetslansett och kapillärrör (40 μL).
2. Filterkonditionering och vägning
- Använd rena, puderfria handskar för att hantera filtren. Kontrollera filtren (2 μm porstorlek, 15 och 47 mm diameter) för eventuella skador med hjälp av en ljuslåda och placera de kontrollerade filtren i en rengjord filterhållare i ett luftkonditionerat rum (19-23 °C och 35% -45% relativ luftfuktighet [RH]) i 24 timmar.
- Lägg en ren foliebit på skrivbordet och slå på mikrobalansen. Ställ in skalenheten på milligram (0,001 mg) och följ den interna kalibreringen.
- Registrera datum/tid, teknikernamn, RH, temperatur, filterpartinummer, filterstorlek och filter-ID i datainmatningsbladet.
- Ta det konditionerade filtret och avjonisera i 10 sekunder. Placera filtret försiktigt på vågen och registrera vikten som "Vikt 1" i CRF (kompletterande figur 1).
- Ta bort filtret, placera det i en petriskål / filterhållare och vänta tills vågen kommer tillbaka till noll innan du väger nästa filter.
- Upprepa steg 2.4 och 2.5 och ange den som "Vikt 2" i CRF.
3. Mikromiljö/personlig luftprovtagning
Anmärkning: En detaljerad beskrivning av instrumenteringen och stegen i mikromiljö-/personlig luftprovtagning ges i kompletterande figur 2.
- För personlig övervakning, placera instrumenten i en väst (figur 1 Ai) och råda deltagaren att bära den i 24 timmar, utom under bad och sömn.
- Under bad och sömn, instruera deltagarna att placera västen <1 m bort på ett anpassat metallstativ (figur 1Aii) som tillhandahålls av fältteamet.
- För mikromiljöövervakning, välj en lämplig plats och placera metallstativen med instrumenten (figur 1C, D; Kompletterande tabell 1) 1,5 m över marknivå, 1 m från dörrar och fönster om möjligt och 1 m från förbränningszonen för den primära spisen (när den placeras i kök).
- Utför en 5 minuters genomgång i övervakningsområdet, registrera START- och END-tiden för alla övervakningsinstrument (PM2.5, BC, CO och tids- och platsmonitor) i respektive CRF.
- På borttagningsdagen (dag 2, efter 24 timmar), samla och linda instrumenten i aluminiumfolie och placera den i ett återförslutningsbart lock för transport till fältkontoret. Tills filtret har tagits bort, placera ECM-provtagaren i kylboxen (för att upprätthålla kylkedjan).
- PM2,5 mätning
OBS: Använd ECM, som är väl lämpad för denna applikation på grund av sin lilla storlek (höjd: 12 cm, bredd: 6,7 cm) och vikt (~ 150 g). ECM samlar nephelometriska och gravimetriska prover vid 0,3 l / min (i upp till 48 timmar) genom att dra luft genom en slagkropp fäst vid en kassett innehållande 15 mm polytetrafluoretylfilter 19,26,27.- Rengör alla ECM-delar (inloppshuvud, slagdelar, U-format kassettlås) med en spritpinne (70% isopropylalkohol) och starta provtagaren med ECM-programvara (t.ex. MicroPEG-dockningsstation).
- Placera kalibreringslocket över ECM:s inlopp och anslut en flödesmätare med ett HEPA-filter till kalibreringslocket.
- När du har ställt in kalibreringsenheten trycker du på Start-knappen och väntar 5 minuter tills den stabiliseras. Justera flödeshastigheten (inom 5% av 0,3 l / min) och registrera i CRF-H48.
- Anslut HEPA-filtret direkt till ECM-inloppet, justera nefelometerförskjutningen tills värdet läser 0,0 och registrera avläsningen i CRF-H48.
- Ställ in programmet på 24 timmar och tryck på knappen Skicka kalibreringsvärden ; ECM är nu redo för provtagning.
- Låt de provtagna ECM-värdena stå i rumstemperatur i minst 20 minuter efter provtagningen och registrera flödet efter provtagningen i CRF-H48. Ladda ned och spara ECM-data med hjälp av filnamnskonventionen.
- Ta bort filtret, placera det i en filterhållare och förvara det sedan vid -20 °C.
- Mätning av sot (BC)
- Använd en transmissometer för att mäta ljusdämpningen genom filtret vid en våglängd på 880 nm 19,26,27.
- Slå på och stabilisera i 15 minuter. Se till att patronerna med rätt storlek (dvs. 15 och 47 mm patroner) finns tillgängliga i både blank- och provfacken på BC-instrumentet.
- Utför skanningen på en neutral densitet (ND) och ett tomt filter med det tilldelade ID:t (kompletterande figur 3 och kompletterande tabell 2).
- Efter skanning av blindfiltret, placera labbämnet i provpatronfacket ovanför provspridaren och sätt in i instrumentets spår vid position 2.
- Ta bort labbet tomt och fortsätt genomsökningen med testfilter och exempelfilter.
- När du har slutfört filterskanningen, ta bort filtret och returnera det till petriskålen / filterhållarna. Markera skannade data, klicka på knappen Acceptera och sedan på Spara data.
- Mätning av kolmonoxid (CO)
CO-instrumentet är litet (ungefär lika stort som en stor penna), kan logga kontinuerligt för ~ 32 000 punkter, har ett intervall på 0-1 000 ppm och har använts för att bedöma exponeringar och HAP i olika andra övervakningsinsatser 19,26,27.- Starta och ställ in CO-dataloggern i 1 minut med hjälp av programvaran. Skärmen visar "CO-logger har konfigurerats". Instrumentet är klart för provtagning.
- Efter provtagning öppnar du CO-loggaren med programvaran, trycker på Stopp för att stoppa USB-dataloggern och sparar data efter nedladdning.
- Kalibrera CO-loggern
- Ställ in CO-loggern på 1 min samplingsfrekvens och placera den i kalibreringsboxen, med sensorernas inloppsventil vänd mot kalibreringsboxens luftinloppsport.
- I 5 minuter ställer du in ett flöde på 2 l/min för nollgradig luft eller rumsluft. Anteckna start- och sluttid. Minska luftflödet till 1 l/min. Anteckna start- och sluttiden igen.
- Upprepa proceduren med spänngas (50-150 ppm standard för CO i nollgradig luft), följt av nollgradig luft enligt beskrivningen i föregående steg.
- Ladda ner kalibrerade data till en specifik mapp. Öppna kalibreringsdatafilen och ange CO-loggermonitorns data i CRF-H47.
- Tid- och platslogger (TLL)
OBS: Använd två typer av Bluetooth-instrument för att övervaka barnets tid och plats. Låt barnet bära en väst som innehåller två tids- och platsövervakare i myntstorlek (TLM), kopplade till en logger som ligger nära ECM och moderns provtagningsväst, som visas i figur 1Aiii. Beräkna barnets exponering genom att integrera motsvarande områdeskoncentrationer över tiden som spenderas på den platsen 19,26,27.- Ladda powerbanken och se till att loggern fungerar genom att ansluta till den.
- Tids- och platsövervakare (TLM)
- Sätt i ett CR2032-batteri i monitorn (lamporna ska blinka några gånger om batteriet har tillräckligt med ström).
- För TLM av O-modell trycker du på det mjuka höljet för att höra ett klick och en grön lampa ska blinka, vilket indikerar att TLM nu är "ON" och sänder sin signal. För EM-modellen TLM, tryck på det mjuka höljet för att slå på det första läget (lampan ska blinka grönt). Tryck igen för att komma in i mittenläge (lampan ska blinka grönt igen).
- Efter provtagning, ladda ner data från "boot" -enheten som visas i loggarens SD-kort. Kopiera och spara filerna från den angivna TLL-mappen.
4. Övervakning av spisanvändning
- Samla in information om användningsmönster för kaminer genom undersökningar och användning av objektiva sensorbaserade åtgärder. Placera temperaturloggrar på både gasol- och biomassaugnar18,19,28. En detaljerad beskrivning av instrumenteringen och stegen som är involverade i övervakning av spisanvändning av datainsamling i det centrala labbet, fältlaboratoriet och fältplatsaktiviteter ges i kompletterande figur 4.
- Placera termoelementsonden nära spisens besvärliga zon, som visas i kompletterande figur 5, och installera prickarna.
- Öppna Geocene-appen och ange uppdragets namn, samplingsintervall, hushålls-ID, spistyper, randomiseringsinformation, kampanj, taggar och anteckningar. Tryck på Starta nytt uppdrag. Registrera installationsinformationen i CRF-H40.
- Var 2: e vecka, ladda ner data med appen och överför via Bluetooth från Dot till molnservern. Registrera informationen i CRF-H40.
5. Omgivningsövervakning
OBS: Det omgivande PM 2.5-instrumentet registrerar luftburna PM 2.5 i realtid och har ett inbyggt 47 mm filter som kan samla PM2.5 för gravimetrisk utvärdering19,26,29. En detaljerad beskrivning av instrumenteringen och stegen som är involverade i omgivande övervakning av datainsamling i det centrala laboratoriet, fältlaboratoriet och fältplatsaktiviteter ges i kompletterande figur 6.
- Följ US EPA: s riktlinjer30 om instrumentets och inloppets placering: a) >2 m från väggar; b) >10 m från träd; c) 2-7 m över marken; och d) >2 m från vägbanor.
- Montera det omgivande PM2.5-instrumentet på en betongplattform med jordning. Se till att det inte finns någon omgivande bakgrundsförorening och ange provtagningsinformationen i CRF-H46.
- Från menyalternativet ställer du in samplingsintervallet till 5 min. Anteckna starttiden och utför flödeskalibrering med ett null-filter. Samla in realtidsdata i 6 dagar.
- På startdagen för gravimetrisk provtagning, ladda ner och spara realtidsdata.
- Ta bort det tidigare installerade nollfiltret och rengör filterhållaren med laboratorievävnader. Placera ett förvägt filter och fyll på CRF-H46.
- Efter 24 timmar, stoppa provtagaren och ladda ner realtidsdata. Registrera provtagningsinformationen i CRF-H46. Ta bort filtret, linda med aluminiumfolie och placera det i en återförslutningsbar påse under kylkedjetransport.
6. Biologisk övervakning
- Insamling, bearbetning och lagring av urinprov
OBS: Följ stegen för att samla in morgontömda urinprover i deltagarens hem enligt US CDC-riktlinjer 19,31,32. Samla urinprover från gravida mödrar (BL, P1 och P2 besök) och andra vuxna kvinnor (BL, P1, P2, B1, B2 och B4 besök); hos barn (B1-, B2- och B4-besök) med administrering av respektive CRF-B10 dag 2. En detaljerad beskrivning av de steg som är involverade i biologisk övervakning i det centrala laboratoriet, fältlaboratoriet och fältplatsaktiviteter finns i kompletterande figur 7.- För urinprovsuppsamlingen, ge urinuppsamlingskoppen (M och OAW) på dag 1. På samma sätt instruera mamman att samla barnets urinprov på morgonen nästa dag i en urinpåse eller direkt i koppen och förvara den i en vaccinpåse.
- På fältlaboratoriet förvaras de insamlade urinproverna mellan 1-8 °C. Innan du aliquoterar, tina urinkoppen.
- För att alikvotera, bearbeta ett urinprov i taget. Aspirera 2 ml av provet och tillsätt i två 4 ml kryovialer, 5 ml i två 10 ml kryovialer, 15 ml i ett arkivrör och förvara vid -20 °C.
- Samma förfarande för alikvotering tillämpas för blindprovet (vatten).
- DBS-insamling, torkning och lagring
OBS: Träna inspektörerna att samla DBS via fingerstick hos gravida mödrar (BL-, P1- och P2-besök) och andra vuxna kvinnor (BL-, P1-, P2-, B1-, B2- och B4-besök) och hälstick eller fingerstick hos barn (B0-, B1-, B2- och B4-besök), enligt WHO: s rekommendationer33,34. Ett detaljerat förfarande för insamling av DBS från M och OAW finns i bilaga H till den kompletterande filen.- För barnet, samla hälprick DBS baserat på WHO: s riktlinjer, med hjälp av lämpliga lansetter.
- Välj vänster eller höger häl och torka av punkteringsplatsen med en alkoholpinne.
- Håll lansetten i ett horisontellt läge vid hudens punkteringsplats och stick. Efter prickning, torka bort den första droppen blod med en steril bomullsgasbindning.
- Placera kapillärröret nära punkteringsstället på blodskiktet och låt blodet strömma in i röret genom kapillärverkan.
- Efter att ha fyllt tillräckligt med blodvolym i kapillärröret, applicera omedelbart blodet i cirkeln på proteinsparkortet.
- Låt provet lufttorka (över natten) i horisontell riktning vid rumstemperatur.
- Se till att blodfläckarna har en mörkbrunaktig färg och att inga röda områden är synliga.
- Efter torkning, placera DBS-kortet i återförslutningsbar bioprovpåse som innehåller torkmedel (minst två dospåsar) med ett fuktighetsindikatorkort och förvara det vid -20 °C.
7. Spårbarhet (COC) för provtagna filter
- Se den kompletterande filen för detaljerade steg. Steg som förklarar filtrets konditionering beskrivs i bilaga A, provtagning i mikromiljö/personlig luft av PM2,5 finns i bilaga B, BC-mätning beskrivs i bilaga C, CO-mätning i bilaga D, tids- och platsövervakning i bilaga E, övervakning av spisanvändning i bilaga F, omgivningsövervakning i bilaga G, biologisk övervakning i bilaga H och provtransport i bilaga I . Förteckningen över de CRF som används finns i kompletterande tabell 3.
OBS: Figur 2A visar ECM som samlats in efter provtagning och lindats in i aluminiumfolie. De inslagna filtren packades i separata biospecimenpåsar och placerades i vaccinpåsar innehållande ett förfryst gelpaket. Provtagna filter transporterades till fältlaboratoriet (figur 2B). Som visas i figur 2C förvarades filter som transporterades från fältplatsen i en djupfrys (- 20 °C) i fältlaboratoriet och hölls ostörda tills de transporterades till det centrala laboratoriet. Var 15:e till 30:e dag transporterades proverna landvägen till det centrala laboratoriet. provtagna filter packades på torris och gelförpackningar med COC. Efter att ha mottagit proverna från fältkontoret dubbelkontrollerades proverna med COC och arkiverades i en frys (-20 °C).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Metoder för provtagning i mikromiljö/personlig luft:
Figur 1Ai visar en gravid mamma som bär den skräddarsydda västen under provtagningsperioden på 24 timmar. Västen innehåller ECM, CO-logger och tids- och platslogger med powerbanken. Det säkerställdes att deltagarna bar västen under hela provtagningsperioden, utom när de badade och sov. Stativet som tillhandahölls för att hänga västen inom sovperiferin visas i figur 1Aii.
Figur 1Bi visar rengöring av ECM-provtagaren under perioden före och efter provtagningen och figur 1Bii visar kalibreringen av ECM i fältlaboratoriet. Flödeshastigheterna kontrollerades och provtagningstiden fastställdes före provtagningen, och eventuella avvikelser kontrollerades under perioden efter provtagningen.
Figur 1C visar instrumentplaceringen (ECM, CO-logger och TLL) i köket (1,5 m höjd från marken) för områdesövervakning. Instrumenten placerades och installerades 1 m från matlagningskällan. När fönster eller dörrar var nära källorna installerades instrumenten 1 m från dessa öppningar. Figur 1D visar instrumenten (ECM, CO logger och TLL) anslutna till en powerbank, installerad (1,5 m höjd från marken) utomhus i varje deltagares hus. Resultaten av mikromiljö och personlig PM2.5 enligt dessa metoder är redan publicerade 24,35,36.
Data för CO-loggerkalibrering under 1 år visade låga fel, som visas i kompletterande figur 8 (förklaringen visas som en cirkel representerar mätningen av CO-dataloggerläsningarna utanför kalibreringsområdet 0-50 ppm)35. Närmare uppgifter om skillnaden mellan blindprovet och provplatsen för BC-mätning för påfyllning av filtret ges i tilläggsmaterialet (bilaga C).
Figur 1Ei illustrerar skadade filter före förvägsvägningen. Skadade och tappade filter flaggas som ogiltiga. Filter kontrollerades på nytt i fältlaboratoriet innan de laddades i några luftövervakningsinstrument. På liknande sätt undersöktes provtagna filter för eventuella skador, såsom hål, tårar, sträckning eller lossning, enligt figur 1Eii. Om någon sådan skada förelåg vägdes den, men ansågs inte vara giltig för efterföljande analyser. PM2,5-massan för varje prov erhölls genom att subtrahera provmassan från medianfältets blindmassa. Den slutliga PM2,5-koncentrationen uppskattades genom att dividera de blankkorrigerade filtermassorna med mängden luft som pumpen provtog under mätintervallet. Härledda tröskelvärden för giltig provtagning av PM2,5 och CO anges i tabell 1. Data inom tröskelvärdeskriterierna anses giltiga och tas upp för analysen.
Övervakning av spisanvändning
Figur 3A visar kalibreringen av temperaturloggrar, som först gjordes på is och sedan i varmt vatten med hjälp av en standardtemperaturmätare. Figur 3Bi visar det regelbundna mönstret av toppar som anses giltiga och identifieras med karakteristisk toppfärg (orange) när kaminen används. Som visas i figur 3B karakteriserades det oregelbundna mönstret av toppar, såsom (ii) sondproblem (registrering av höga temperaturer och mätning utanför temperaturområdet), (iii) tekniskt fel (baslinjeförskjutning med negativa värden) och (iv) termoelementproblem, som ogiltig provtagning (inga register över temperaturmätning; baslinjeförskjutning tillsammans med negativa värden). Temperaturloggern installerad i olika spisar illustreras i kompletterande figur 5. Resultaten av övervakning av spisanvändning enligt denna metod har redan publicerats18,19,36.
Provtagning i omgivningsluft
Enligt US EPA-riktlinjer (https://www.epa.gov/environmental-topics/air-topics) installerades de omgivande provtagarna högst upp i ett av de utvalda hushållen i varje representativ HAPIN-India-anläggning (figur 4A). Provtagningsplatser valdes utifrån säkerhet, tillgång till el och deltagarnas vilja att vara värd för monitorn. Platser valdes ut för att vara i centrala områden i förhållande till kluster av deltagare. Omgivande prover följde en liknande procedur för förpackning och frakt från fältplatsen till fältlaboratoriet till det centrala laboratoriet. För att förhindra att kablar ansluts till fel kontakt, anslut med den unika stiftlayouten som visas i kompletterande bild 9. Resultaten av omgivningsövervakningen (PM2,5) uppmätta mellan 2018 och 2020 visas i figur 4B. Dessutom har resultaten av omgivningsövervakning med denna metod på annat håll redan publicerats29.
Biologisk övervakning
Figur 5A visar urinaliquoteringsproceduren. Proverna från fältplatsen förvarades i vaccinkylpåsar och transporterades till fältlaboratoriet, där de alikvoterades och förvarades i en djupfrys (-20 °C). I figur 5B sammanfattas COC för provinsamling, transport och fältlagring.
Figur 5C visar DBS:erna. 5Ci visar giltiga fläckar före torkning och 5Cii visar giltiga fläckar efter torkning. Tabell 2 sammanfattar mönstret för giltig DBS-insamling vid uppföljningsbesök bland HAPIN-deltagarna (M, OAW, C). Framgångsgraden för att samla in giltiga DBS från mödrar för tre besök är 100% (BL), 93% (P1) och 83% (P2). På samma sätt, för OAW, var framgången för DBS-insamling konsekvent (100% -72%) för de tre första (BL-P2) besöken, men minskade (45% -35%) från B1 till B4 under pandemin och under orkanen Gaja (2018). Framgången för DBS-insamling hos barn var 72,09% vid födseln (B0), 64% vid B1, 62% vid B2 och 45% vid B4.
Figur 5D betonar att kylkedjan med torris bibehåller provintegriteten. Varje månad packades biologiska prover med torris i en separat värmeisoleringslåda och skickades med loggrar för temperatur och relativ luftfuktighet (RH). Korrelationsanalys av urinspecifik vikt uppmätt mellan fältlaboratoriet och centrallaboratoriet visade god överensstämmelse, som visas i figur 5E. Våra resultat av korsvalidering av biomonitoreringsmetoden i urinprover av polycykliska aromatiska kolvätemetaboliter visar kvalitetssäkring (QA) / kvalitetskontroll (QC) av provintegritet21.
All provtagning och CRF-data laddades upp säkert från SRIHER till Emory Universitys server. Dataöverföring skedde dagligen, vilket minskade sannolikheten för dataförlust. Förteckningen över CRF som används för datainsamling finns i kompletterande tabell 3. Datainsamlingsflödet från fältplatsen till Emory-servern anges i kompletterande figur 10.
Figur 1: Person- och mikromiljöövervakning. (A) i) Gravid mor som bär västen med luftprovtagningsinstrument (ECM, CO-logger och TLL); ii) Metallstativ med västen; iii) Barnväst med TLM-enheter. (B) i) ECM-rengöring; ii) ECM-kalibrering. (C) Övervakning av köksområdet med ECM, CO-logger och TLL. (D) Övervakning av utomhusområden med ECM, CO-logger och TLL. e) i) Skadade förvägda filter. ii) Skadade provfilter. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 2: Spårbarhet för filter. a) Provtagen ECM med filter inslagna i aluminiumfolie. (B) Transport av provtagna filter från deltagande hushåll till fältlaboratoriet i vaccinkylpåsar innehållande gelförpackningar. c) Provtagningsfilter som förvaras i en frys (-20 °C) i fältlaboratoriet. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 3: Kaminen använder övervakningstemperaturloggrar . (A) Kalibrering av Geocene Dot temperaturloggrar. (B) i) Giltigt toppmönster för övervakning av spisanvändning. ii) Sond problem; iii) Tekniskt fel; iv) Problem med termoelement. (C) Kaminen använder övervakningstemperaturloggare. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 4: Omgivningsövervakning. (A) Ambient PM2.5-instrument installerat på fältplatsen. (B) Tidsserier för mätningar av omgivningstemperaturPM 2,5 (2018–2020). Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 5. Biologisk övervakning-provinsamling, bearbetning och kvalitetskontroll. a) Alikvotering av urin. (B) Spårbarhet för insamling, lagring och transport av prover. c) Torkad blodfläck: i) före torkning. ii) efter torkning. d) Kylkedja för provsändningen. E) QA/QC för provets integritet – data om urinens specifika vikt uppmätt på fältplatsen och i det centrala laboratoriet. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Tabell 1: Giltiga urvalströskelkriterier för PM2,5 - och CO-monitorer. Observera att på grund av accelerometerns känslighet flaggades värden utanför förväntade intervall men uteslöts inte från analyser. Klicka här för att ladda ner denna tabell.
Tabell 2: Sammanfattning av giltig DBS-insamling bland studiedeltagarna. * Under en orkan (cyklon) var det en minskning av DBS-insamlingen. † Under COVID19-låsningen minskade DBS-insamlingen. ‡ Under COVID19-låsningen minskade och 2021-data ingår inte i DBS-insamlingen. Förkortningar: M = gravid mamma; OAW = annan vuxen kvinna; C = barn. Klicka här för att ladda ner denna tabell.
Kompletterande tabell 1: Riktlinjer för installation av provtagare för mikromiljöövervakning.
Kompletterande tabell 2: Skillnad mellan blankfacket och provplatsen för inläsning av filtret. *Spridaren kan endast bytas ut om det finns några synliga skador eller om den används för ~ 750-1 000 filter.
Kompletterande tabell 3: Förteckning över CRF med avseende på exponering och provtagning av biomarkörer. CRF: erna finns tillgängliga i RedCap-databasen, lagrad vid Emory University, och underhålls med datadelningsavtalet mellan alla medarbetare, som kan tillhandahållas läsarna på begäran.
Kompletterande figur 1: Datainmatningsblad för filtervägning. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Kompletterande figur 2. Instrument och steg involverade i mikromiljö och personlig luftprovtagning. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Kompletterande figur 3: Patroner och filterfack. A: Tom plats (Position 1); B: Patron med tom botten som innehåller både diffusorn och blindfiltret i patronen. C: Övre delen av den tomma patronen; D: Provplats (position 2); E: Bottenprovpatron med provdiffusor; F: Provkassettens övre stycke. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Kompletterande figur 4: Instrument och steg som ingår i övervakning av spisanvändning. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Kompletterande figur 5: Punkter installerade i olika spisar. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Kompletterande figur 6: Instrument och steg som ingår i övervakning av luften. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Kompletterande figur 7: Instrument och steg som ingår i biologisk provtagning. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Kompletterande figur 8: Sammanfattning av sammanfattningen av kolmonoxid (CO) datalogger. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Kompletterande bild 9: Anslutningslayout för E-sampler. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Kompletterande figur 10: Datainsamling och bearbetning. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Kompletterande figur 11: Användning av vaccinpåse. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Kompletterande figur 12: Skillnad mellan pelikan och vaccinpåse. Temperaturprestanda för två kylväskor (pelikan vs. vaccin) testas med hjälp av en CO-dataloggermonitor i 48 timmar i laboratoriet vid en genomsnittlig rumstemperatur på 28,3 ± 0,6 ° C och RH på 49,2% ± 3,6%. Ett urinprov (~ 60 ml) med en initial temperatur på 36,4 ° C placerades i två påsar och förvarades ostört i 48 timmar i ett förråd. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Vi demonstrerade och visuellt representerade standardprocedurer för att samla in data på befolkningsnivå om personlig exponering för hushållens luftföroreningar i HAPIN-studien19,24 i flera länder. De fältbaserade provtagningsmetoder för miljö och biomarkörer som beskrivs här är lämpliga och genomförbara, särskilt i sårbara befolkningsgrupper i resursbegränsade miljöer där PM 2,5-exponeringen är flera storleksordningar högre än WHO:s luftkvalitetsriktlinje (AQG) värden (årsmedelvärde5 μg/m3 och 24 timmar, medelvärde 15 μg/m3)37,38.
De instrument som använts i denna studie har använts i andra studier med olika provtagningstider. I Jack et al. mättes CO var 6: e vecka med en lätt CO-loggermonitor, och PM2.5-mätning (microPEM) samlokaliserades i 72 timmar på nästan hälften av gravida deltagare9. En annan studie använde omgivningsjusterade personliga exponeringar bedömda med Ultrasonic Personal Aerosol Sampler (UPAS) för att hantera osäkerhet i uppskattningar av globala effekter av HAP på hjärthälsa med hjälp av en kvantitativ bedömning av PM2.5-exponering 14.
De procedurer som följdes under HAPIN-studien och beskrivs här kan fungera som riktlinjer för personlig / mikromiljö HAP-övervakning i andra inställningar24,26. Fältteamet utvärderade först möjliga platser för att placera bildskärmarna i köket, när de sov och på hushållsplatser utomhus. När det inte fanns några idealiska förhållanden för att placera bildskärmarna (1,5 m över marken, 1 m från kaminen och eventuella dörrar och fönster) valdes lämpliga platser intill den ideala provplatsen35. Detta inträffade relativt sällan i <2% av alla insamlade prover. Temperaturloggare som användes som spisanvändningsmonitorer hade vattentäta lock för att skydda mot spill under köksaktiviteter, som matlagning och uppvärmning av vatten. Temperaturloggare som placerades på utomhuskaminer skadades dock under monsunen och översvämningen (figur 3C).
Överensstämmelsen med att bära västen observerades av fältmätare på dagen för att ta bort bildskärmarna (dag 2). Överensstämmelse som bedömdes via sensorer visade sig ibland vara felaktig; I vissa fall skulle deltagarna bära monitorn, men skulle sitta stilla och därmed flaggas som icke-kompatibla. Detta erkännande av sensorbaserad felklassificering var endast möjlig på grund av observanta fältarbetare. Som en ytterligare kontroll innehöll våra CRF deltagarrapporterad efterlevnad.
Hantering av filter under konditionering, vägning, provtagning (före och efter), transport och lagring på fältet och det centrala laboratoriet är kritiska aktiviteter inom alla datainsamlingsfaser. Efter 24 timmars provtagning täcktes den personliga monitorn helt med aluminiumfolie och placerades i en bioprovpåse för transport i en kylkedja och dammfri miljö. Den aktuella studien har demonstrerat procedurerna för att bevara filtren från deltagarnas hem till fältlaboratoriet till det centrala laboratoriet via spårbarhet.
Få avvikelser från erforderliga temperaturförhållanden under lagring och transport förutses under insamling och transport av biologiska prover och transport från fältet till laboratoriet för analys, vilket kan leda till felaktiga resultat. Kylväskan som användes i installationerna i flera länder var för dyr i Indien. Under olika nationella program i Indien har vaccinkylväskan använts i stor utsträckning för vaccintransport. Dessa vaccinpåsar erhölls lokalt till en rimlig kostnad, nästan 30 gånger lägre än kylväskan (kompletterande figur 11). Innan ett bulkköp gjordes jämfördes leveranstemperaturen i dessa vaccinkylboxar med kylväskan för att säkerställa provets integritet (kompletterande figur 12). I resursbegränsade miljöer är det svårt att samla biologiska prover och upprätthålla deras integritet. Att transportera proverna i lokalt tillgängliga vaccinpåsar från deltagarens hem till fältlaboratoriet löste detta problem.
DBS-samling är också känd som fläckar av kapillärblod erhållet från ett finger, häl eller öronlob39. Att använda ett DBS-kort för att samla blodprover är relativt smärtfritt och icke-invasivt och kan samlas in i deltagarens hem genom icke-klinisk men utbildad vårdpersonal. Blodet som samlas upp på filterpapperet torkas lätt och lagras. En droppe helblod upptar cirka 50 μl i en skiva med en diameterpå 12,7 mm 23. Ringfingret är vanligtvis den föredragna platsen för vuxna, och det är ett vanligt förfarande vid terapeutisk övervakning. Även om stegen i DBS-insamling för screening av biomarkörer för vuxna visualiserades i tidigare studier, har uppgifterna och mikrostegen som är involverade i resursbegränsade inställningar inte fångats40,41. Denna studie är bland de första, såvitt vi vet, att fånga DBS från M, OAW och C,) i samma hushåll42. På landsbygden är det utmanande, även om förfarandet är minimalt invasivt42. Frekvent utbildning för fältmätare om att samla in giltiga DBS och tekniska förtydliganden om att välja den icke-dominerande handen, slappna av och massera armen och välja ring- eller långfingret spelade en viktig roll för att samla in giltiga DBS33.
På samma sätt, för nyfödda, utfördes kapillärprovtagning genom hälstick för spädbarn som väger från ~ 3 till 10 kg (födelse till 6 månader) och fingerstick i uppföljning (över 6 månader) för spädbarn som väger >10 kg. Enligt WHO: s riktlinjer har valet och positionen (punktering i 90 ° vinkel parallellt med hälen) av lansetten för prickning spelat en viktig roll för att få tillräckligt blodflöde, framgångsrik insamling av DBS och ett något kortare uppskattat djup33,34. Längden på bladet i en lansett varierar beroende på tillverkare (dvs från 0,85-2 mm för nyfödda). Hos prematura barn användes lansetter för hälstick (0,85 mm x 1,75 mm djup) och lansetter för fingerstick (1 mm x 2,5 mm djup) med spädbarn mellan 6 månader och 8 år.
Efter hälstick drogs blodet med PTS-kapillärrör (Ref # 2866) för att samla provet utan blodproppar i blodfläckarna och för att undvika stämpling på proteinsparkortet. Baserat på våra preliminära experiment tror man att placering av kapillärröret nedåt tar upp blodet snabbt utan några hinder på grund av enhetlig ytspänning.
Efter den framgångsrika insamlingen av giltiga DBS från HAPIN-deltagare på båda studieplatserna torkades provet som samlats in i proteinsparkortet över natten vid rumstemperatur (25 ° C) i fältlaboratoriet, och det säkerställdes att proteinsparkortet var fritt från insekter och husflugor av ett täckande insektsnät. Efter torkning (brun färg, figur 5Cii) förvarades DBS-kortet vid -20 °C.
Under DBS-insamlingen hemma hos deltagarna var det tappade blodet inom 12,7 mm fläck, men efter torkning över natten vid rumstemperatur slogs de två enskilda fläckarna samman på NP-platsen. Den observerade skillnaden i NP-stället kan bero på den högre relativa luftfuktigheten, där de insamlade giltiga DBS: erna blev ogiltiga när de två enskilda torra blodfläckarna smälte. Efter det harmoniserade DBS-insamlingsförfarandet har resultaten av kliniska biomarkörer (oxidativ stress, inflammation, endoteldysfunktion, lungförolämpning) korsvaliderats på blindade prover i LEADER-laboratoriet vid Emory University och befanns vara i god överensstämmelse (data visas inte).
Biospecimen-insamling kräver fast efterlevnad av säkerhetsprotokoll. Under pandemiperioden (24 mars 2019 till juni 2019) genomfördes ytterligare säkerhetsprotokoll efter råd från den lokala regeringen. Studiepersonalen instruerades att bära personlig skyddsutrustning (PPE) som handskar, ansiktsmasker, skyddsglasögon och förkläden under resor och i deltagarhus. Labrockar var obligatoriska när man arbetade på fältkontor, och fältkontor var utrustade med biosäkerhetsskåp för hantering av bioprover. All personal fick utbildning i användning och identifiering av skadad personlig skyddsutrustning. De använda personliga skyddsutrustningarna samlades i separata avfallspåsar och överlämnades på de samarbetande vårdcentralerna för säkert bortskaffande till den gemensamma biomedicinska avfallshanteringsanläggningen som godkänts av statens föroreningskontrollstyrelse.
Att fånga högupplösta videor av fältdatainsamling, särskilt i utmanande landsbygdsmiljöer, kommer att hjälpa till att överbrygga utbildningsluckorna i luftföroreningsövervakning och fältdatainsamling. På det hela taget säkerställdes datainsamlingens kvalitet och tillförlitlighet i varje skede av projektgenomförandet. Periodiska utbildningar och omskolningar av fältpersonal byggde upp deras kapacitet och självförtroende och undvek den dyra förlusten av provintegritet. De metoder som används är överförbara och kommer att hjälpa andra forskare att anta miljöövervakning och bioprovinsamlingsförfaranden i LMIC med hjälp av kostnadseffektiva strategier.
Luckorna och utmaningarna i hela HAPIN-studien, särskilt i resursbegränsade landsbygdsområden, rapporteras också. Vi noterar att omfattande förarbete och utbildning, rapporterat på andra ställen i publikationer som beskriver HAPINs formativa arbete, var avgörande för att reda ut problem med protokollet, som utformningen av västar för provtagning och mekanismerna för säker transport av både luftföroreningar och biologiska prover. Under denna period övervanns dessutom många "växtvärk", inklusive hantering av de mycket små 15 mm ECM-gravimetriska filtren, tekniker för placering av spisanvändningsmonitorer etc.
Särskild uppmärksamhet ägnades åt att skicka de provtagna filtren, instrumenten och bioproverna från hushållen till fältlaboratoriet. All luftprovtagningsutrustning, tillbehör och prover spårades genom lagerhantering vid central- och fältlaboratorierna. Det har möjliggjort underhåll, reparation, utbyte och utvärdering av projektleveranser i rätt tid för att tillhandahålla oavbruten datainsamling.
De datainsamlingsmetoder som demonstreras här har visat sig vara tillförlitliga och konsekventa under hela den årslånga studieperioden. Användningen och antagandet av prisvärd och smart teknik kan peka mot ett framtida paradigm för randomiserade kontrollstudier (RCT) och exponeringsresponsstudier, vilket säkerställer acceptabel datainsamling för att ge tillförlitliga resultat. Sådana strävanden är inte utan utmaningar; Men som visas här kan noggrannhet och granskning av etablerade protokoll säkerställa att fältteam kan anpassa sig till förändrade omständigheter, både förväntade (skillnader i hushållskonfigurationer, till exempel) och oväntade (COVID-19, orkaner). För HAPIN började detta med praktisk träning i laboratoriet och fältet som tillhandahålls av exponerings- och biomarkörkärnexperter före försöket. Dessutom gavs repetitionsutbildning en gång var 6: e månad på olika nivåer under hela studieperioden. Den periodiska coachningen ökade teamets förmåga att effektivt ta prov och hantera instrument, filter och bioprover. Visualiserings- och fältprovtagningsprocedurerna kommer att vara ett värdefullt pedagogiskt verktyg för forskare som genomför liknande storskaliga epidemiologiska studier i Indien eller LMIC.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
*4 Resultaten och slutsatserna i denna rapport är författarnas och representerar inte nödvändigtvis den officiella ståndpunkten från U.S. National Institutes of Health eller Department of Health and Human Services eller Bill and Melinda Gates Foundation. Finansiärerna hade ingen roll i datainsamling och dataanalys som presenterades i papperet.
Acknowledgments
Utredarna vill tacka medlemmarna i den rådgivande kommittén - Patrick Brysse, Donna Spiegelman och Joel Kaufman - för deras värdefulla insikt och vägledning under hela genomförandet av studien. Vi vill också tacka all forskningspersonal och studiedeltagare för deras engagemang och deltagande i denna viktiga prövning.
Denna studie finansierades av US National Institutes of Health (samarbetsavtal 1UM1HL134590) i samarbete med Bill &; Melinda Gates Foundation (OPP1131279). En tvärvetenskaplig, oberoende Data and Safety Monitoring Board (DSMB) utsedd av National Heart, Lung, and Blood Institute (NHLBI) övervakar kvaliteten på data och skyddar säkerheten för patienter som är inskrivna i HAPIN-studien. NHLBI DSMB: Nancy R. Cook, Stephen Hecht, Catherine Karr (ordförande), Joseph Millum, Nalini Sathiakumar, Paul K. Whelton, Gail Weinmann och Thomas Croxton (verkställande sekreterare). Programsamordning: Gail Rodgers, Bill & Melinda Gates Foundation; Claudia L. Thompson, Nationella institutet för miljöhälsovetenskap; Mark J. Parascandola, Nationella cancerinstitutet; Marion Koso-Thomas, Eunice Kennedy Shriver Nationella institutet för barns hälsa och mänsklig utveckling; Joshua P. Rosenthal, Fogarty internationella center; Conception R. Nierras, NIH: s kontor för strategisk samordning gemensamma fonden; Katherine Kavounis, Dong-Yun Kim, Antonello Punturieri och Barry S. Schmetter, NHLBI.
HAPIN Utredare: 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 lagar, Pattie Lenzen, Jiawen Liao, Fiona Majorin, McCollum, John McCracken, Julia N McPeek, Rachel Meyers, Erick Mollinedo, Lawrence Moulton, Luke Naeher, Abidan Nambajimana, Florien Ndagijimana, Azhar Nizam, Jean de Dieu Ntivuguruzwa, Aris Papageorghiou, Usha Ramakrishnan, Davis Reardon, Barry Ryan, Sudhakar Saidam, Priya Kumar, Meenakshi Sundaram, Om Prashanth, Jeremy A Sarnat, Suzanne Simkovich, Sheela S Sinharoy, Damien Swearing, Ashley Toenjes, Jean Damascene Uwizeyimana, Viviane Valdes, Kayla Valentine, Amit Verma, Lance Waller, Megan Warnock, Wenlu Ye.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| BD adult lancet | BD Biosciences | 366594 | DBS collection from finger |
| BD Quikheek infant safety lancet | BD Biosciences | 368100 & 368101 | Heel prick DBS collection |
| Beacon | Roximity | O/EM | Time and location monitor [TLM] (Personal monitor) |
| Beacon Logger | Berkley Air Monitoring group | xxxx | Time and location logger [TLL] (Indirect measurement) |
Cr do ProMed Pelican Bag |
Peli Biothermal USA | Cooler bag | |
| Enhanced Children MicroPEM (ECM) | RTI International, Durham, NC, US | xxxx | Personal monitor of PM2.5 |
| E-sampler | Met One Instruments | 9800 | Indirect measurement of ambient PM2.5 |
| Geocene | Geocene Inc., Vallejo,CA | xxxx | for stove use monitoring |
| Humidity indicating card | DESSICARE, INC. | 04BV14C10 | Sample integrity indicator |
| Lascar | Lascar Electronics | EL-USB-300 | Carbon monoxide (CO) data logger |
| PTS collect capillary tubes- 40 µL | PTS collect | 2866 | To collect heel prick DBS from children |
| Sartorius | Sartorius Lab Instruments, GmbH & Co, Germany | MSA6-6S-000-DF | Microbalance (Weighing filters) |
| SootScanTM | Magee Scientific Co, Berkeley, USA | OT21 | Black carbon measurement |
| Vaccine Bag | Apex International, India | AIVC-46 | Vaccine Bag |
| Whatman 903 Protein Saver card | GE Healthcare Life Sciences | 10534612 | Collection of capillary blood samples (Dried Blood Spot) |
References
- Odo, D. B., Yang, I. A., Knibbs, L. D. A systematic review and appraisal of epidemiological studies on household fuel use and its health effects using demographic and health surveys. International Journal of Environmental Research and Public Health. 18 (4), 1411 (2021).
- Pope, D., et al. Are cleaner cooking solutions clean enough? A systematic review and meta-analysis of particulate and carbon monoxide concentrations and exposures. Environmental Research Letters. 16 (8), 083002 (2021).
- Smith, K. R., Pillarisetti, A. Household air pollution from solid cookfuels and its effects on health. Injury Prevention and Environmental Health. , at https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK525225/ (2017).
- Balakrishnan, K., et al. Air pollution from household solid fuel combustion in India: an overview of exposure and health related information to inform health research priorities. Global Health Action. 4 (1), 5638 (2011).
- Balakrishnan, K., et al. State and national household concentrations of PM2.5 from solid cookfuel use: Results from measurements and modeling in India for estimation of the global burden of disease. Environmental Health. 12 (1), 77 (2013).
- Corsi, D. J., et al. Prospective Urban Rural Epidemiology (PURE) study: Baseline characteristics of the household sample and comparative analyses with national data in 17 countries. American Heart Journal. 166 (4), 636-646 (2013).
- Keller, J. P., et al. A hierarchical model for estimating the exposure-response curve by combining multiple studies of acute lower respiratory infections in children and household fine particulate matter air pollution. Environmental Epidemiology. 4 (6), 119 (2020).
- Arku, R. E., et al. Characterizing exposure to household air pollution within the Prospective Urban Rural Epidemiology (PURE) Study. Environment international. 114, 307-317 (2018).
- Jack, D. W., et al. Ghana randomized air pollution and health study (GRAPHS): study protocol for a randomized controlled trial. Trials. 16 (1), 420 (2015).
- Liang, L., et al. Assessment of personal exposure to particulate air pollution: The first result of City Health Outlook (CHO) project. BMC Public Health. 19 (1), 711 (2019).
- Chowdhury, S., et al. Indian annual ambient air quality standard is achievable by completely mitigating emissions from household sources. Proceedings of the National Academy of Sciences. 116 (22), 10711-10716 (2019).
- Checkley, W., et al. Effects of a household air pollution intervention with liquefied petroleum gas on cardiopulmonary outcomes in Peru. A randomized controlled trial. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 203 (11), 1386-1397 (2021).
- Ranzani, O. T., et al. Association between ambient and household air pollution with carotid intima-media thickness in peri-urban South India: CHAI-Project. International Journal of Epidemiology. 49 (1), 69-79 (2020).
- Ranzani, O. T., et al. Personal exposure to particulate air pollution and vascular damage in peri-urban South India. Environment International. 139, 105734 (2020).
- Balakrishnan, K., et al. Establishing integrated rural-urban cohorts to assess air pollution-related health effects in pregnant women, children and adults in Southern India: an overview of objectives, design and methods in the Tamil Nadu Air Pollution and Health Effects (TAPHE) study. BMJ Open. 5 (6), 008090 (2015).
- Shupler, M., et al. Multinational prediction of household and personal exposure to fine particulate matter (PM2.5) in the PURE cohort study. Environment International. 159, 107021 (2022).
- Smith, K. R. Effect of reduction in household air pollution on childhood pneumonia in Guatemala (RESPIRE): A randomised controlled trial. The Lancet. 378 (9804), 1717-1726 (2011).
- Pillarisetti, A., et al. Patterns of stove usage after introduction of an advanced cookstove: The long-term application of household sensors. Environmental Science and Technology. 48 (24), 14525-14533 (2014).
- Johnson, M. A., et al. Air pollutant exposure and stove use assessment methods for the household air pollution intervention network (HAPIN) trial. Environmental Health Perspectives. 128 (4), 047009 (2020).
- Barr, D. B., Wang, R. Y., Needham, L. L. Biologic monitoring of exposure to environmental chemicals throughout the life stages: requirements and issues for consideration for the National Children's Study. Environmental Health Perspectives. 113 (8), 1083-1091 (2005).
- Puttaswamy, N., et al. Cross-validation of biomonitoring methods for polycyclic aromatic hydrocarbon metabolites in human urine: Results from the formative phase of the household air pollution intervention network (HAPIN) trial in India. Journal of Chromatography B. 1154, 122284 (2020).
- Barr, D. B., et al. Urinary creatinine concentrations in the U.S. population: implications for urinary biologic monitoring measurements. Environmental Health Perspectives. 113 (2), 192-200 (2005).
- McDade, T. W., Williams, S., Snodgrass, J. J. What a drop can do: dried blood spots as a minimally invasive method for integrating biomarkers into population-based research. Demography. 44 (4), 899-925 (2007).
- Sambandam, S., et al. Exposure contrasts associated with a liquefied petroleum gas (LPG) intervention at potential field sites for the multi-country household air pollution intervention network (HAPIN) trial in India: Results from pilot phase activities in rural Tamil Nadu. BMC Public Health. 20 (1), 1799 (2020).
- Clark, S. N., et al. High-resolution spatiotemporal measurement of air and environmental noise pollution in Sub-Saharan African cities: Pathways to equitable health cities study protocol for Accra, Ghana. BMJ Open. 10 (8), 035798 (2020).
- Clasen, T., et al. Design and rationale of the HAPIN study: A multicountry randomized controlled trial to assess the effect of liquefied petroleum gas stove and continuous fuel distribution. Environmental Health Perspectives. 128 (4), 47008 (2020).
- Liao, J., et al. LPG stove and fuel intervention among pregnant women reduce fine particle air pollution exposures in three countries: Pilot results from the HAPIN trial. Environmental Pollution (Barking). 291, 118198 (2021).
- Wilson, D. L., Williams, K. N., Pillarisetti, A. An integrated sensor data logging, survey, and analytics platform for field research and its application in HAPIN, a multi-center household energy intervention trial. Sustainability. 12 (5), 1805 (2020).
- Rooney, B., et al. Impacts of household sources on air pollution at village and regional scales in India. Atmospheric Chemistry and Physics. 19 (11), 7719-7742 (2019).
- Review of the National Ambient Air Quality Standards for Particulate Matter. Environmental Protection Agency. , Available from: https://www.epa.gov (2020).
- Barr, D. B., et al. Design and rationale of the biomarker center of the household air pollution intervention network (HAPIN) trial. Environmental Health Perspectives. 128 (4), 47010 (2020).
- Cross Sectional Assessment Study Appendix D, biologic sample collection and analysis plans. CDC/NCEH. , Available from: https://www.cdc.gov/inceh/clusters/fallon/6_ApdxD_Biomethods.pdf (2022).
- Practical guidance on capillary sampling (finger and heel-prick). World Health Organization. , Available from: https://cdn.who.int/media/docs/default-source/integrated-health-sevices-(his)/injction-safety/job-aids/5card_capillary_web.pdf?sfvrsn=78f3be94_5 (2010).
- WHO guidelines on drawing blood: best practices in phlebotomy. World Health Organization. , Available from: https://apps.who.int/iris/handle/10665/44294 (2010).
- Johnson, M., et al. Exposure contrasts of pregnant women during the household air pollution intervention network randomized controlled trial. Environmental Health Perspectives. 130 (9), 097005 (2022).
- Piedrahita, R., et al. Exposures to carbon monoxide in a cookstove intervention in northern Ghana. Atmosphere. 10 (7), 402 (2019).
- Balakrishnan, K., Cohen, A., Smith, K. R. Addressing the burden of disease attributable to air pollution in india: the need to integrate across household and ambient air pollution exposures. Environmental Health Perspectives. 122 (1), 6-7 (2014).
- CPCB. Air quality monitoring, emission inventory and source apportionment study for Indian cities. Central Pollution Control Board. , Available from: https://www.epa.gov (2011).
- Stove, C. P., Ingels, A. -S. M. E., De Kesel, P. M. M., Lambert, W. E. Dried blood spots in toxicology: from the cradle to the grave. Critical Reviews in Toxicology. 42 (3), 230-243 (2012).
- Grüner, N., Stambouli, O., Ross, R. S. Dried blood spots - preparing and processing for use in immunoassays and in molecular techniques. Journal of Visualized Experiments. (97), e52619 (2015).
- Ostler, M. W., Porter, J. H., Buxton, O. M. Dried blood spot collection of health biomarkers to maximize participation in population studies. Journal of Visualized Experiments. (83), e50973 (2014).
- Shan, M., et al. A feasibility study of the association of exposure to biomass smoke with vascular function, inflammation, and cellular aging. Environmental Research. 135, 165-172 (2014).
