Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

אנו מפרטים את הנהלים העקביים והאיכותיים המשמשים בתהליכי דגימה אווירית וביולוגית באתרי שדה הודיים במהלך ניסוי אקראי מבוקר גדול. תובנות שנאספו מהפיקוח על יישומים של טכנולוגיות חדשניות, המותאמות להערכת חשיפה באזורים כפריים, מאפשרות שיטות איסוף נתונים טובות יותר בשטח עם תוצאות אמינות יותר.

Abstract

כאן, אנו מציגים ייצוג חזותי של נהלים סטנדרטיים לאיסוף נתונים ברמת האוכלוסייה על חשיפות אישיות לזיהום אוויר ביתי (HAP) משני אתרי מחקר שונים בסביבה מוגבלת במשאבים של טאמיל נאדו, הודו. חומר חלקיקי PM 2.5 (חלקיקים קטניםמ-2.5 מיקרון בקוטר אווירודינמי), פחמן חד-חמצני (CO) ופחמן שחור (BC) נמדדו באמהות הרות (M), נשים בוגרות אחרות (OAW) וילדים (C) בזמנים שונים במהלך תקופה של 4 שנים. בנוסף, בוצע ניטור שימוש בכיריים (SUMs) עם מדי חום המתעדים נתונים ומדידות סביבתיות של זיהום אוויר. כמו כן, הודגמה בהצלחה היתכנות איסוף דגימות ביולוגיות (שתן וכתמי דם מיובשים [DBSs]) ממשתתפי המחקר באתרי השדה. בהתבסס על ממצאים ממחקר זה וממחקרים קודמים, השיטות המשמשות כאן שיפרו את איכות הנתונים ונמנעו מבעיות עם זיהום אוויר ביתי ואיסוף דגימות ביולוגיות במצבים מוגבלים במשאבים. הנהלים שנקבעו עשויים להיות כלי חינוכי רב ערך ומשאב עבור חוקרים המבצעים מחקרי זיהום אוויר ובריאות דומים בהודו ובמדינות אחרות בעלות הכנסה נמוכה ובינונית (LMICs).

Introduction

בעולם, חשיפה לזיהום אוויר ביתי (HAP), בעיקר מבישול דלק מוצק, היא גורם עיקרי לתחלואה ולתמותה 1,2,3. בישול וחימום עם דלקים מוצקים (ביומסה - כגון עץ, גללים, שאריות יבול ופחם) נפוץ במדינות בעלות הכנסה נמוכה ובינונית (LMICs), ומציב בעיות בריאותיות, סביבתיות וכלכליות שונות. PM 2.5 הוא 'רוצח שקט', המתרחש הן בתוך הבית והן בחוץ 4,5. איכות האוויר בתוך מבנים בהודו היא לעתים קרובות גרועה בהרבה מאיכות האוויר בחוץ, והיא זכתה לתשומת לב מספקת כדי להיחשב כמפגע בריאותי סביבתי עיקרי4. מיעוט נתוני חשיפה כמותיים מבוססי מדידה פגע בהערכות נטל המחלה העולמי (GBD) הקשורות ל- HAP 6,7.

המחקר הנוכחי מתעלם לעתים קרובות מכך שמדידת החשיפות ל-HAP היא מסובכת ומשתנה בהתאם לגורמים רבים, כולל סוג הדלק, סוג הכיריים ושימוש מעורב בתנורים נקיים ולא נקיים רבים, תופעה המכונה "ערימת תנורים". השפעות נוספות על החשיפה כוללות את כמות הדלק הנצרכת, רמות אוורור המטבח, משך השהייה בקרבת הכיריים, גיל ומין8. המדד הנמדד ביותר וככל הנראה הטוב ביותר לחשיפה ל-HAP הוא PM2.5; עם זאת, בשל היעדר מכשור זול, ידידותי למשתמש ואמין, מדידת חלקיקים עדינים (PM2.5) הייתה קשה במיוחד.

מחקרים שונים דיווחו על מדידת רמתם של מזהמי אוויר בודדים או מרובים בשיטות שונות 8,9,10,11,12. בשנים האחרונות צצים חיישנים זולים יחסית המסוגלים למדוד את המזהמים הללו בסביבות פנימיות וסביבתיות. עם זאת, לא כל החיישנים הללו ישימים לעבודת שטח מסיבות שונות, כולל עלויות תחזוקה, אתגרי פריסה, בעיות של יכולת השוואה לשיטות מדידה קונבנציונליות, משאבי אנוש מוגבלים לאימות חיישנים אלה מול שיטות ייחוס, הקושי של בדיקות איכות נתונים רגילות (דרך הענן), ומתקני פתרון בעיות מבוזרים מוגבלים או ללא מתקני פתרון בעיות מבוזרים. רבים מהמחקרים עם מדידות מסוג זה השתמשו בהם כפרוקסי לחשיפה או על ידי שילוב מדידות סביבתיות עם שחזור חשיפה באמצעות הערכות פעילות זמן 8,9,12,13,14.

ניטור אישי - שבו מוניטור מופעל או על ידי אדם דרך מרחב וזמן - עשוי ללכוד טוב יותר את החשיפה הכוללת "האמיתית" שלהם. מחקרים המודדים חשיפה אישית מתקשרים לעתים קרובות רק בקצרה את הפרוטוקולים המדויקים שלהם, לעתים קרובות בחומרים משלימים לכתבי יד מדעיים 9,12,13,14,15. למרות שהטכניקות המפורטות במחקרים אלה מספקות תחושה כללית מוצקה של מתודולוגיית הדגימה, לעתים קרובות חסרים הפרטים של שלבי איסוף נתוני השטח12,16.

ניתן לעקוב אחר מאפיינים רבים נוספים, בנוסף לריכוזי המזהמים, בבתי מגורים אלה. ניטור השימוש בתנורים, שיטה להערכת זמן ועוצמת השימוש במכשירי אנרגיה ביתיים, הוא חלק מרכזי בהערכות השפעה וחשיפה רבות שנערכו לאחרונה 16,17,18,19. רבים מהצגים הללו מתמקדים במדידת הטמפרטורה בנקודת הבעירה או בסמוך לה בתנורי בישול. בעוד thermocouples ותרמיסטורים מועסקים, יש מחסור בפרוטוקולי הפעלה עבור הצגים, כולל איך הכי טוב לשים אותם על תנורי בישול כדי ללכוד שונות בדפוסי השימוש בתנור.

ניטור ביולוגי, באופן דומה, הוא כלי יעיל להערכת חשיפות סביבתיות, אם כי מספר גורמים משפיעים על הבחירה של מטריצה ביולוגית אופטימלית20. בנסיבות אידיאליות, איסוף הדגימות חייב להיות לא פולשני או זעיר פולשני. השיטות הננקטות אמורות להבטיח קלות טיפול, משלוח ואחסון לא מגבילים, התאמה טובה בין הסמן הביולוגי המוצע לבין המטריצה הביולוגית, עלות נמוכה יחסית, וללא חששות אתיים.

לאיסוף דגימות שתן יש כמה יתרונות עיקריים לניטור ביולוגי. כמו בטכניקות איסוף דגימות אחרות, קיים מגוון שיטות פוטנציאליות. איסוף שתן ריק 24 שעות יכול להיות מסורבל עבור המשתתפים, מה שמוביל לאי היצמדות לאיסוף דגימות20,21. במקרים כאלה מומלץ לבצע דגימות נקודתיות, חללים ראשונים בבוקר או דגימות 'נוחות' אחרות. נפח השתן שנאסף יכול להוות חסרון משמעותי בעת איסוף דגימות נקודתיות, מה שמוביל לשונות בריכוזים של כימיקלים אנדוגניים ואקסוגניים. במקרה זה, התאמה באמצעות ריכוזי קריאטינין בשתן היא שיטה נפוצה לתיקוני דילול22.

דגימה ביולוגית נפוצה נוספת היא דם ורידי. לעתים קרובות קשה להשיג דגימות דם ורידיים לצורך ניטור ביולוגי; הם פולשניים, מעוררי פחד, ודורשים טיפול דגימה, אחסון והובלה נאותים. גישה חלופית באמצעות כתמי דם מיובשים (DBSs) יכולה להיות שימושית לאיסוף דגימות במבוגרים ובילדים לניטור ביולוגי23.

קיים פער ספרותי משמעותי בין התיאור הפשוט של שיטות השטח לבין פרסום הוראות מפורטות וניתנות לשכפול על השימוש בצג ופריסתו, המשקפות את המורכבות האמיתית של איסוף נתוני שטח של דגימות מובטחות איכות24,25. חלק מהמחקרים התוו נהלי הפעלה סטנדרטיים (SOP) למדידת מזהמי אוויר (פנימיים וסביבתיים) ולניטור השימוש בתנורים.

עם זאת, הצעדים החיוניים מאחורי מדידת השדה, תמיכת מעבדה והובלה של מכשירי ניטור ודגימות מתוארים לעתים רחוקות מאוד 8,11,25. האתגרים והמגבלות של ניטור מבוסס שדה בסביבות בעלות משאבים גבוהים ונמוכים עשויים להילכד כראוי באמצעות וידאו, אשר יכול להשלים נהלי הפעלה כתובים ולספק שיטה ישירה יותר להראות כיצד מכשירים וטכניקות דגימה וניתוח מבוצעים.

בניסוי אקראי ומבוקר של רשת ההתערבות בזיהום אוויר ביתי (HAPIN), השתמשנו בפרוטוקולים כתובים בווידיאו כדי לתאר את ההליכים למדידת שלושה מזהמים (PM2.5, CO ו-BC), לניטור שימוש בתנורים ולאיסוף דגימות ביולוגיות. HAPIN כרוך בשימוש בפרוטוקולים הרמוניים הדורשים הקפדה על SOPs כדי למקסם את איכות הנתונים מדגימות שנאספו על פני נקודות זמן מרובות בארבעה אתרי מחקר (בפרו, רואנדה, גואטמלה והודו).

הקריטריונים לעיצוב המחקר, בחירת האתר והגיוס מתוארים קודם לכן24,26. ניסוי HAPIN נערך בארבע מדינות; Clasen et al. תיארו את הגדרות המחקר בפירוט26. כל אתר מחקר גייס 800 משקי בית (400 התערבות ו-400 בקרה) עם נשים הרות בגילאי 18 עד 35, שנמצאות בשבועות 9 עד 20 להריון, משתמשות בביומסה לבישול בבית ואינן מעשנות. בתת-קבוצה של משקי בית אלה (~120 בכל מדינה), נשים בוגרות אחרות נרשמו גם הן למחקר זה.

לאחר הגיוס נערכו בסך הכל שמונה ביקורים. הראשונה, בתחילת המחקר (BL), התרחשה לפני האקראיות. שבעת הבאים חולקו לפני הלידה (בשבועות 24-28 להריון [P1], 32-36 שבועות הריון [P2]), בלידה (B0), ולאחר הלידה (3 חודשים [B1], 6 חודשים [B2], 9 חודשים [B3] ו-12 חודשים [B4]). עבור M בוצעו שלוש הערכות (BL, P1 ו-P2), עבור OAWs בוצעו שש הערכות (BL, P1, P2, B1, B2 ו-B4), ועבור C בוצעו ארבע הערכות (B0, B1, B2 ו-B4). ב-B0 בוצעו סמנים ביולוגיים והערכות בריאות, בעוד שבביקור B3 בוצעו רק הערכות בריאות.

כל ארבע המדינות פעלו לפי פרוטוקולים זהים. בכתב יד זה אנו מתארים את הצעדים שננקטו בהודו. המחקר בוצע בשני מקומות בטאמיל נאדו: Kallakurichi (KK) ו- Nagapattinam (NP). אתרים אלה ממוקמים בין 250 ל -500 ק"מ ממתקן המחקר המרכזי במחלקה להנדסת בריאות וסביבה במכון סרי רמצ'נדרה להשכלה גבוהה ומחקר (SRIHER) בצ'נאי, הודו. המורכבות של פרוטוקולי איסוף נתוני שטח דורשת פריסה של כוח אדם רב עם רמות שונות של מיומנויות ורקע.

אנו מציגים תיאור כתוב וחזותי של השלבים הכרוכים בהערכת דגימות חשיפה מיקרו-סביבתיות ואישיות אצל אמהות הרות (M), נשים אחרות/מבוגרות (OAW) וילדים (C) לחומר חלקיקי עדין, פחמן חד חמצני (CO) ופחמן שחור (BC). פרוטוקולי שדה עבור (1) ניטור איכות האוויר בסביבה עם צגים ברמת ייחוס וחיישנים בעלות נמוכה, (2) ניטור שימוש ארוך טווח בכיריים על תנורי גז פחמימני קונבנציונלי ומעובה, ו (3) איסוף דגימות ביולוגיות (שתן DBS) עבור ניטור ביולוגי מוצגים גם. זה כולל שיטות להובלה, אחסון ואחסון בארכיון של דגימות סביבתיות וביולוגיות.

Protocol

ועדת האתיקה המוסדית במכון סרי רמצ'נדרה להשכלה גבוהה ומחקר (IEC-N1/16/JUL/54/49), ועדת הביקורת המוסדית של אוניברסיטת אמורי (00089799), והמועצה ההודית למחקר רפואי - ועדת הסינון של משרד הבריאות (5/8/4-30/(Env)/ הודו-ארה"ב/2016-NCD-I) אישרו את ניסוי HAPIN. ניסוי HAPIN מזוהה כ- NCT02944682 ב- clinicaltrials.gov. הסכמות מדעת בכתב נאספו ממשתתפי המחקר לפני השתתפותם והמחקר נערך על פי הנחיות אתיות.

הערה: טפסי דוח המקרה (CRF) המנוהלים במהלך הדגימה ואיסוף הנתונים זמינים במסד הנתונים RedCap, מאוחסנים באוניברסיטת אמורי, ונשמרים עם הסכם שיתוף הנתונים בין כל משתפי הפעולה, אשר ניתן לספק לקוראים על פי בקשה.

1. מכשירים וחומרים

  1. השתמש במכשירים הבאים לניטור זיהום אוויר: מיקרו-איזון לשקילת מסנן, למיקרו-סביבה/דגימה אישית - MicroPEM משופר לילדים (ECM) עבור PM 2.5, טרנסמיסומטר אופטי למדידת פחמן שחור (BC), אוגרי נתונים עבור CO ומשואות מבוססות Bluetooth, אוגרי משואות למדידה עקיפה של PM 2.5 (במהלך כל ביקור - BL, P1, P2, B1, B2 ו- B4), צג משולב כבידתי ונפלומטרי עבור PM2.5 סביבתי מדידות, ואוגרי טמפרטורה לניטור השימוש בתנור.
  2. השתמש במכשירים הבאים לניטור ביולוגי: צידנית ושקיות חיסון למשלוח דגימות ביולוגיות, כרטיסי חיסכון בחלבון, כרטיסי מחוון לחות, שרוך למבוגרים, שרוך בטיחות לתינוקות ושפופרות נימיות (40 μL).

2. סינון ריכוך ושקילה

  1. השתמש בכפפות נקיות ללא אבקה כדי לטפל בפילטרים. בדוק את המסננים (גודל נקבוביות 2 מיקרומטר, קוטר 15 ו -47 מ"מ) עבור נזקים באמצעות תיבת אור ומקם את המסננים המסומנים בשומר מסנן נקי בחדר ממוזג (19-23 ° C ולחות יחסית של 35%-45% [RH]) למשך 24 שעות.
  2. הניחו נייר כסף נקי על השולחן והפעילו את המיקרו-איזון. הגדר את יחידת קנה המידה למיליגרם (0.001 מ"ג) ופעל לפי הכיול הפנימי.
  3. רשום את התאריך/שעה, שם הטכנאי, RH, טמפרטורה, מספר לוט המסנן, גודל המסנן ומזהה המסנן בגיליון הזנת הנתונים.
  4. קח את הפילטר הממוזג ובצע דה-יוניזציה למשך 10 שניות. הניחו את המסנן בזהירות על מגש השקילה ורשמו את המשקל כ"משקל 1" ב-CRF (איור משלים 1).
  5. הסירו את המסנן, הניחו אותו בצלוחית/מסנן פטרי והמתינו עד שהמשקל יחזור לאפס לפני שתשקילו את הפילטר הבא.
  6. חזור על שלבים 2.4 ו- 2.5 והזן אותו כ"משקל 2" ב- CRF.

3. מיקרו-סביבה/דגימת אוויר אישית

הערה: תיאור מפורט של המכשור והצעדים הכרוכים בדיגום אוויר מיקרו-סביבתי/אישי ניתן באיור משלים 2.

  1. לצורך ניטור אישי, הניחו את המכשירים באפוד (איור 1 Ai) והמליצו למשתתפים ללבוש אותו למשך 24 שעות, למעט בזמן רחצה ושינה.
  2. במהלך הרחצה והשינה, הנחו את המשתתפים להניח את האפוד במרחק של <1 מ' על מעמד מתכת מותאם אישית (איור 1Aii) שסופק על ידי צוות השדה.
  3. לניטור מיקרו-סביבתי, בחרו מיקום מתאים והציבו את מעמדי המתכת עם המכשירים (איורים 1C,D; טבלה משלימה 1) בגובה 1.5 מ' מעל פני הקרקע, במרחק מ' אחד מדלתות וחלונות במידת האפשר, ו-1 מ' מאזור הבעירה של תנור הבישול העיקרי (כאשר הוא ממוקם במטבחים).
  4. בצע הדרכה של 5 דקות באזור הניטור, רשום את זמן ההתחלה והסיום עבור כל מכשירי הניטור (PM2.5, BC, CO וצג זמן ומיקום) ב- CRF המתאימים.
  5. ביום ההסרה (יום 2, לאחר 24 שעות), אספו ועטפו את המכשירים ברדיד אלומיניום והניחו אותם בכיסוי הניתן לסגירה חוזרת להובלה למשרד השדה. עד להסרת המסנן, הניחו את דוגם ECM בתיבת הצידנית (כדי לשמור על שרשרת קרה).
  6. מדידת PM2.5
    הערה: השתמש ECM, אשר מתאים היטב עבור יישום זה בשל גודלו הקטן (גובה: 12 ס"מ; רוחב: 6.7 ס"מ) ומשקל (~ 150 גרם). ECM אוסף דגימות נפלומטריות וגרבימטריות במהירות של 0.3 ליטר/דקה (עד 48 שעות) על ידי שאיבת אוויר דרך מפגע המחובר לקסטה המכילה מסנני פוליטטרה-פלואוראתילן 15 מ"מ 19,26,27.
    1. נקו את כל חלקי ה-ECM (ראש כניסה, חתיכות משפיעה, נעילת קסטה בצורת U) באמצעות ספוגית אלכוהול (70% אלכוהול איזופרופיל) והפעילו את הדוגם באמצעות תוכנת ECM (למשל, תחנת עגינה MicroPEM).
    2. הנח את מכסה הכיול מעל פתח הכניסה של ECM וחבר מד זרימה עם מסנן HEPA למכסה הכיול.
    3. לאחר הגדרת מכלול הכיול, לחץ על לחצן התחל והמתן 5 דקות עד שהוא יתייצב. כוונן את קצב הזרימה (בטווח של 5% מ-0.3 ליטר/דקה) והקלט ב-CRF-H48.
    4. חבר את מסנן HEPA ישירות לכניסת ECM, התאם את הסטת הנפלומטר עד שהערך יקרא 0.0 והקלט את הקריאה ב- CRF-H48.
    5. הגדר את התוכנית ל- 24 שעות ולחץ על הלחצן שלח ערכי כיול ; ה-ECM מוכן כעת לדגימה.
    6. לאחר הדגימה, השאירו את ה-ECM שנדגמו בטמפרטורת החדר למשך 20 דקות לפחות ורשמו את קצב הזרימה שלאחר הדגימה ב-CRF-H48. הורד ושמור את נתוני ECM באמצעות מוסכמת שמות הקבצים.
    7. הסר את המסנן, מקם אותו בשומר מסננים ולאחר מכן אחסן אותו ב -20 ° C.
  7. מדידת פחמן שחור (BC)
    1. השתמש בטרנסמיסומטר כדי למדוד את הנחתת האור דרך המסנן באורך גל של 880 ננומטר 19,26,27.
    2. הפעילו וייצבו למשך 15 דקות. ודא שהמחסניות בגודל הנכון (כלומר, מחסניות של 15 ו- 47 מ"מ) זמינות הן בחריצים הריקים והן בחריצים לדוגמה של מכשיר BC.
    3. בצע את הסריקה בצפיפות נייטרלית (ND) ובמסנן ריק עם המזהה שהוקצה (איור משלים 3 וטבלה משלימה 2).
    4. לאחר סריקת המסנן הריק, מקם את המעבדה ריקה בחריץ מחסנית הדגימה שמעל מפזר הדגימה והכנס לחריץ המכשיר במיקום 2.
    5. הסר את המעבדה הריקה והמשך בסריקה עם מסנני בדיקה ומסננים לדוגמה.
    6. לאחר השלמת סריקת המסנן, הסירו את המסנן והחזירו אותו לשומרי צלחת הפטרי/פילטר. בחר את הנתונים הסרוקים, לחץ על לחצן קבל ולאחר מכן שמור את הנתונים.
  8. מדידת פחמן חד חמצני (CO)
    הערה: מכשיר CO הוא קטן (בערך בגודל של עט גדול), יכול לרשום ברציפות ~ 32,000 נקודות, יש טווח של 0-1,000 ppm, ושימש להערכת חשיפות HAP במאמצי ניטור שונים אחרים 19,26,27.
    1. התחל והגדר את אוגר נתוני CO למשך דקה אחת באמצעות התוכנה. המסך מציג 'CO logger הוגדר בהצלחה'. המכשיר מוכן לדגימה.
    2. לאחר הדגימה, פתח את אוגר CO באמצעות התוכנה, לחץ על עצור כדי לעצור את אוגר הנתונים מסוג USB ושמור את הנתונים לאחר ההורדה.
    3. כיול קולט האישורים
      1. הגדר את אוגר CO בקצב דגימה של דקה אחת ומקם אותו בתיבת הכיול, כאשר פתח הכניסה של החיישנים פונה לכיוון יציאת כניסת האוויר של תיבת הכיול.
      2. במשך 5 דקות, הגדר קצב זרימה של 2 ליטר לדקה של אוויר או אוויר חדר בדרגת אפס. רשום לעצמך את שעת ההתחלה והסיום. צמצם את זרימת האוויר ל-1 ליטר/דקה. שוב רשום את שעת ההתחלה והסיום.
      3. חזור על התהליך עם גז טווח (תקן 50-150 ppm של CO באוויר בדרגת אפס), ואחריו אוויר בדרגת אפס כמתואר בשלב הקודם.
      4. הורד את הנתונים המכוילים לתיקיה ספציפית. פתח את קובץ נתוני הכיול והזן את נתוני צג רישום CO לתוך CRF-H47.
  9. יומן זמן ומיקום (TLL)
    הערה: השתמש בשני סוגים של מכשיר Bluetooth כדי לפקח על הזמן והמיקום של הילד. בקשו מהילד ללבוש אפוד המכיל שני צגי זמן ומיקום בגודל מטבע (TLM), המקושרים לחוטב עצים הממוקם ליד ה-ECM ואפוד הדגימה של האם, כפי שמוצג באיור 1Aiii. חשב את החשיפות של הילד על ידי שילוב ריכוזי השטח המתאימים לאורך הזמן שבילה באותו מקום 19,26,27.
    1. טען את בנק החשמל וודא כי חוטב העצים עובד על ידי חיבור אליו.
    2. צג זמן ומיקום (TLM)
      1. הכנס סוללת CR2032 לצג (הנוריות אמורות להבהב כמה פעמים אם הסוללה מספיקה).
      2. עבור דגם 'O' TLM, לחץ על הכריכה הרכה כדי לשמוע קליק, ואור ירוק אמור להבהב, המציין שה- TLM פועל כעת ומשדר את האות שלו. עבור דגם 'EM' TLM, לחץ על הכיסוי הרך כדי להפעיל את המצב הראשון (האור צריך להבהב ירוק). לחץ שוב כדי להיכנס למצב האמצעי (האור אמור להבהב שוב בירוק).
      3. לאחר הדגימה, הורד את הנתונים מכונן 'האתחול' המופיע בכרטיס ה- SD של חוטב העצים. העתק ושמור את הקבצים מתיקיית 'TLL' שצוינה.

4. ניטור שימוש בכיריים

  1. אסוף פרטים על דפוסי השימוש בכיריים באמצעות סקרים ופריסה של אמצעים אובייקטיביים מבוססי חיישנים. הניחו אוגרי טמפרטורה הן על תנורי גפ"מ והן על תנורי ביומסה18,19,28. תיאור מפורט של המכשור והצעדים הכרוכים בניטור השימוש בתנור של איסוף נתונים במעבדה המרכזית, במעבדת השדה ובאתר השדה ניתן בתרשים משלים 4.
  2. הניחו את הגשושית התרמו-זוגית קרוב לאזור המסורבל של תנור הבישול, כפי שמוצג באיור משלים 5, והתקינו את הנקודות.
  3. פתחו את אפליקציית Geocene והזינו את שם המשימה, מרווח הדגימה, מזהה משק הבית, סוגי תנורים, פרטי אקראיות, קמפיין, תגיות והערות. לחץ על Start New Mission. רשום את פרטי ההתקנה ב- CRF-H40.
  4. כל שבועיים, הורידו את הנתונים באמצעות האפליקציה, והעבירו דרך Bluetooth מהנקודה לשרת הענן. רשום את המידע ב- CRF-H40.

5. ניטור הסביבה

הערה: מכשיר PM 2.5 מקליט בזמן אמת PM 2.5 מוטס ויש לו מסנן מובנה בקוטר 47 מ"מ שיכול לאסוף PM2.5 להערכה גרבימטרית 19,26,29. תיאור מפורט של המכשור והצעדים הכרוכים בניטור סביבתי של איסוף נתונים במעבדה המרכזית, במעבדת השדה ובאתר השדה ניתן בתרשים משלים 6.

  1. עקוב אחר הנחיות EPA של ארה"ב30 על מיקום המכשיר והכניסה: א) >2 מ' מהקירות; ב) >10 מ' מעצים; ג) 2-7 מ' מעל הקרקע; (ד) >2 מ' מכבישים.
  2. הרכיבו את מכשיר האווירה PM2.5 על משטח בטון עם הארקה. ודא שאין זיהום אוויר רקע סביבתי והזן את פרטי הדגימה ב- CRF-H46.
    1. באפשרות התפריט, הגדר את מרווח הדגימה ל -5 דקות. שים לב לשעת ההתחלה ובצע כיול זרימה באמצעות מסנן Null. איסוף נתונים בזמן אמת למשך 6 ימים.
    2. ביום תחילת הדגימה הכבידתית, הורד ושמור את הנתונים בזמן אמת.
    3. הסר את מסנן Null שהותקן בעבר ונקה את מחזיק המסנן באמצעות רקמות מעבדה. מניחים מסנן שקולל מראש וממלאים CRF-H46.
    4. לאחר 24 שעות, עצרו את הדוגם והורידו את הנתונים בזמן אמת. רשום את נתוני הדגימה ב- CRF-H46. הסירו את המסנן, עטפו ברדיד אלומיניום והכניסו אותו לשקית הניתנת לסגירה חוזרת במהלך הובלה קרה בשרשרת.

6. ניטור ביולוגי

  1. איסוף, עיבוד ואחסון דגימות שתן
    הערה: בצע את השלבים הכרוכים באיסוף דגימות שתן ריקות בבוקר בבית המשתתף בהתאם להנחיות ה- CDC האמריקאי 19,31,32. לאסוף את דגימות השתן מאמהות הרות (ביקורי BL, P1 ו- P2) ומנשים בוגרות אחרות (ביקורי BL, P1, P2, B1, B2 ו- B4); בילדים (ביקורי B1, B2 ו-B4) עם מתן CRF-B10 בהתאמה ביום השני. תיאור מפורט של השלבים הכרוכים בניטור ביולוגי במעבדה המרכזית, במעבדת השדה ובאתרי השדה מופיע באיור משלים 7.
    1. לאיסוף דגימות השתן, יש לספק את כוס איסוף השתן (M ו-OAW) ביום הראשון. כמו כן, יש להנחות את האם לאסוף את דגימת השתן של הילד בבוקר למחרת בשקית שתן או ישירות לתוך הכוס ולאחסן אותה בשקית חיסונים.
    2. במעבדת השדה, לאחסן את דגימות השתן שנאספו בין 1-8 מעלות צלזיוס. לפני הציטוט, להפשיר את כוס השתן.
    3. כדי aliquot, לעבד דגימת שתן אחת בכל פעם. שאפו 2 מ"ל של הדגימה והוסיפו לשני קריובלים של 4 מ"ל, 5 מ"ל לשני קריובלים של 10 מ"ל, 15 מ"ל לתוך צינור ארכיוני, ואחסנו ב -20 מעלות צלזיוס.
    4. אותו הליך של aliquoting מתבצע עבור הדגימה הריקה בשדה (מים).
  2. איסוף, ייבוש ואחסון DBS
    הערה: אמן את המודדים לאסוף DBS באמצעות דקירת אצבע אצל אמהות הרות (ביקורי BL, P1 ו- P2) ונשים בוגרות אחרות (ביקורי BL, P1, P2, B1, B2 ו- B4), ודקירה בעקב או דקירה באצבע בילדים (ביקורי B0, B1, B2 ו- B4), בהתאם להמלצות ארגון הבריאות העולמי33,34. נוהל מפורט של גביית DBS מ-M ו-OAW מופיע בנספח ח' לקובץ המשלים.
    1. עבור הילד, לאסוף את DBS דקירה עקב מבוסס על הנחיות ארגון הבריאות העולמי, באמצעות lancets המתאימים.
    2. בחר את העקב השמאלי או הימני, ונגב את אתר הניקוב עם ספוגית אלכוהול.
    3. שמור את השרוך במצב אופקי במיקום ניקוב העור ודקירתו. לאחר הדקירה, לנגב את טיפת הדם הראשונה עם גזה כותנה סטרילית.
    4. מניחים את צינור הנימים ליד אתר הניקוב על שכבת הדם, ומאפשרים לדם לזרום לתוך הצינור באמצעות פעולה נימית.
    5. לאחר מילוי מספיק נפח דם בצינור נימים, מיד להחיל את הדם בתוך המעגל של כרטיס חיסכון חלבון.
    6. הניחו לדגימה להתייבש באוויר (למשך הלילה) בכיוון אופקי ובטמפרטורת החדר.
    7. ודא שכתמי הדם הם בצבע חום כהה ולא נראים אזורים אדומים.
    8. לאחר הייבוש, הניחו את כרטיס DBS בשקית ביו-דגימה הניתנת לסגירה חוזרת המכילה חומר מייבש (לפחות שתי שקיות) עם כרטיס חיווי לחות ואחסנו אותו בטמפרטורה של -20°C.

7. שרשרת משמורת (COC) של מסננים שנדגמו

  1. עיין בקובץ המשלים לקבלת שלבים מפורטים. שלבים המסבירים מיזוג מסנן מתוארים בנספח א', דגימת אוויר מיקרו-סביבתית/אישית של PM2.5 מתוארת בנספח ב', מדידת BC מתוארת בנספח ג', מדידת CO בנספח ד', ניטור זמן ומיקום בנספח ה', ניטור שימוש בכיריים בנספח ו', ניטור סביבתי בנספח ז', ניטור ביולוגי בנספח ח' ושינוע דגימות בנספח א' . רשימת ה-CRFs בהם נעשה שימוש מופיעה בטבלה משלימה 3.
    הערה: איור 2A מראה את ה-ECM שנאסף לאחר הדגימה ועטוף ברדיד אלומיניום. הפילטרים העטופים נארזו בשקיות ביו-דגימה נפרדות והוכנסו לשקיות חיסון שהכילו אריזת ג'ל קפואה מראש. מסננים שנדגמו הועברו למעבדת השדה (איור 2B). כפי שניתן לראות באיור 2C, מסננים שהועברו מאתר השדה אוחסנו במקפיא עמוק (-20°C) במעבדת השדה ונשמרו ללא הפרעה עד שהועברו למעבדה המרכזית. כל 15 עד 30 יום נשלחו דגימות בדרך למעבדה המרכזית; פילטרים שנדגמו נארזו על אריזות קרח יבש וג'ל עם COC. עם קבלת הדגימות ממשרד השדה, הדגימות הוצלבו עם COC ואוחסנו במקפיא עמוק (-20 מעלות צלזיוס).

תוצאות

מתודולוגיות מיקרו-סביבה/דגימת אוויר אישית:
איור 1Ai מראה אם בהריון שלובשת אפוד מותאם אישית במהלך תקופת הדגימה של 24 שעות. האפוד כולל את ECM, CO logger, ו זמן ומיקום logger עם בנק החשמל. הובטח כי המשתתפים ילבשו את האפוד לאורך כל תקופת הדגימה, למעט בזמן הרחצה והשינה. המ...

Discussion

הדגמנו וייצגנו באופן חזותי נהלים סטנדרטיים לאיסוף נתונים ברמת האוכלוסייה על חשיפות אישיות לזיהום אוויר ביתי בניסוי HAPIN הרב-מדינתי19,24. שיטות הדגימה הסביבתיות והסמנים הביולוגיים מבוססות-השדה המתוארות כאן מתאימות וישימות, במיוחד באוכלוסיות פגיעות בסביבות מ...

Disclosures

*4 הממצאים והמסקנות בדו"ח זה הם של המחברים ואינם מייצגים בהכרח את העמדה הרשמית של המכונים הלאומיים לבריאות של ארה"ב או מחלקת הבריאות ושירותי האנוש או קרן ביל ומלינדה גייטס. לסוכנויות המממנות לא היה כל תפקיד באיסוף הנתונים ובניתוח הנתונים המוצגים בעיתון.

Acknowledgements

החוקרים מבקשים להודות לחברי הוועדה המייעצת - פטריק בריס, דונה שפיגלמן וג'ואל קאופמן - על התובנה והליווי החשובים שלהם לאורך כל המשפט. כמו כן, ברצוננו להודות לכל צוות המחקר ומשתתפי המחקר על מסירותם והשתתפותם בניסוי חשוב זה.

מחקר זה מומן על ידי המכונים הלאומיים לבריאות של ארה"ב (הסכם שיתוף פעולה 1UM1HL134590) בשיתוף עם קרן ביל ומלינדה גייטס (OPP1131279). מועצה רב-תחומית ועצמאית לניטור נתונים ובטיחות (DSMB) שמונתה על ידי המכון הלאומי ללב, ריאות ודם (NHLBI) מנטרת את איכות הנתונים ומגנה על בטיחות החולים שנרשמו לניסוי HAPIN. DSMB NHLBI: ננסי ר. קוק, סטיבן הכט, קתרין קאר (יו"ר), ג'וזף מילום, נליני סאתיאקומר, פול ק. וילטון, גייל ויינמן ותומס קרוקסטון (מזכירות בכירה).  תיאום תוכניות: גייל רוג'רס, קרן ביל ומלינדה גייטס; קלאודיה ל. תומפסון, המכון הלאומי למדעי בריאות הסביבה; מארק ג 'Parascandola, המכון הלאומי לסרטן; מריון קוסו-תומאס, המכון הלאומי לבריאות הילד והתפתחות האדם ע"ש יוניס קנדי שרייבר; יהושע פ. רוזנטל, המרכז הבינלאומי פוגרטי; קונספציה ר. ניראס, המשרד לתיאום אסטרטגי של NIH הקרן המשותפת; קתרין קאבוניס, דונג-יון קים, אנטונלו פונטוריירי ובארי ס. שמטר, NHLBI.

חוקרי HAPIN: ונסה בורוז, אלחנדרה בוסאלו, דוואן קמפבל, אדוארדו קאנוז, אדלי קסטניאזה, הווארד צ'אנג, יוניון צ'ן, מרילו צ'יאנג, רייצ'ל קרייק, מרי קרוקר, ויקטור דבילה-רומן, ליסה דה לאס פואנטס, אוסקר דה לאון, אפרם דוסבימנה, ליסה אילון, חואן גבריאל אספינוזה, אירמה סאיורי פינדה פואנטס, דינה גודמן, מייגן הרדיסון, סטלה הארטינגר, פביולה אם הררה, שאקר חוסן, פנלופה הווארד, לינדזי ג'אקס, שירין ג'ברזאדה, אביגיל ג'ונס, קתרין קירנס, ג'ייקוב קרמר, מרגרט א לוס, פאטי לנזן, ג'יאיוון ליאו, פיונה מייג'ורין, מקולום, ג'ון מקראקן, ג'וליה נ מקפיק, רייצ'ל מאיירס, אריק מולינדו, לורנס מולטון, לוק נאהר, אבידן נמבאג'ימנה, פלוריאן נדגיג'ימנה, אזהר ניזאם, ז'אן דה דיו נטיבוגורזווה, אריס פאפאג'ורגיו, אושה ראמאקרישנה , דייוויס רירדון, בארי ריאן, סודאקר סיידם, פרייה קומאר, מינקשי סונדארם, אום פרשנת, ג'רמי א סרנט, סוזן סימקוביץ', שילה סינהארוי, דמיאן סווינג, אשלי טואנג'ס, ז'אן דמסצנה אוויזיימנה, ויויאן ואלדס, קיילה ולנטיין, עמית ורמה, לאנס וולר, מייגן וורנוק, וונלו יה.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
BD adult lancetBD Biosciences366594DBS collection from finger
BD Quikheek infant safety lancetBD Biosciences368100 & 368101Heel prick DBS collection
BeaconRoximityO/EMTime and location monitor [TLM] (Personal monitor)
Beacon LoggerBerkley Air Monitoring groupxxxxTime and location logger [TLL] (Indirect measurement)
Crfigure-materials-702do ProMed Pelican BagPeli Biothermal USACooler bag 
Enhanced Children MicroPEM (ECM) RTI International, Durham, NC, USxxxxPersonal monitor of PM2.5
E-samplerMet One Instruments9800Indirect measurement of ambient PM2.5
Geocene Geocene Inc., Vallejo,CAxxxxfor stove use monitoring
Humidity indicating cardDESSICARE, INC.04BV14C10Sample integrity indicator
LascarLascar ElectronicsEL-USB-300 Carbon monoxide (CO) data logger
PTS collect capillary tubes- 40 µLPTS collect2866To collect heel prick DBS from children
SartoriusSartorius Lab Instruments, GmbH & Co, GermanyMSA6-6S-000-DFMicrobalance (Weighing filters)
SootScanTM Magee Scientific Co, Berkeley, USAOT21Black carbon measurement
Vaccine BagApex International, IndiaAIVC-46 Vaccine Bag
Whatman 903 Protein Saver cardGE Healthcare Life Sciences10534612Collection of capillary blood samples (Dried Blood Spot)

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. , (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) (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. 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).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

190PM2 5CO

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved