Visualisierung von Felddatenerfassungsverfahren für Expositions- und Biomarkerbewertungen für die Studie des Household Air Pollution Intervention Network in Indien

Weltweit ist die Exposition gegenüber Luftverschmutzung in Haushalten (HAP), hauptsächlich durch das Kochen mit festen Brennstoffen, eine der Hauptursachen für Morbidität und Mortalität ^1,2,3. Das Kochen und Heizen mit festen Brennstoffen (Biomasse wie Holz, Mist, Ernterückstände und Kohle) ist in Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen weit verbreitet und wirft verschiedene gesundheitliche, ökologische und wirtschaftliche Probleme auf. PM 2.5 ist ein “stiller Killer”, der sowohl im Innen- als auch im Außenbereich auftritt ^4,5_. Die Luftqualität in Innenräumen in Indien ist oft erheblich schlechter als die Außenluftqualität und hat genug Aufmerksamkeit erregt, um als eine große Gefahr für die Umweltgesundheit angesehen zu werden⁴. Ein Mangel an messbasierten quantitativen Expositionsdaten hat die Bewertung der globalen Krankheitslast (GBD) im Zusammenhang mit HAP ^6,7 behindert.

Die aktuelle Forschung ignoriert oft, dass die Messung von HAP-Expositionen kompliziert ist und von vielen Faktoren abhängt, einschließlich der Art des Brennstoffs, des Ofentyps und einer gemischten Verwendung vieler sauberer und unreiner Öfen, ein Phänomen, das als “Stove Stacking” bekannt ist. Weitere Einflüsse auf die Exposition sind die Menge des verbrauchten Brennstoffs, die Belüftung der Küche, die Verweildauer in der Nähe des Kochherds, das Alter und das Geschlecht⁸. Der am weitesten verbreitete und wohl beste Indikator für die Exposition gegenüber HAP ist PM_2,5; Aufgrund des Mangels an erschwinglichen, benutzerfreundlichen und zuverlässigen Instrumenten war die Messung von Feinstaub (PM_2,5) jedoch besonders schwierig.

Verschiedene Studien haben berichtet, dass der Gehalt an einzelnen oder mehreren Luftschadstoffen mit unterschiedlichen Methoden gemessen wurde 8,9,10,11,12. In den letzten Jahren sind relativ kostengünstige Sensoren entstanden, die in der Lage sind, diese Schadstoffe in Innen- und Umgebungsumgebungen zu messen. Allerdings sind aus verschiedenen Gründen nicht alle diese Sensoren für die Feldarbeit geeignet, darunter Wartungskosten, Herausforderungen bei der Bereitstellung, Probleme bei der Vergleichbarkeit mit herkömmlichen Messmethoden, begrenzte personelle Ressourcen zur Validierung dieser Sensoren anhand von Referenzmethoden, die Schwierigkeit regelmäßiger Datenqualitätsprüfungen (über die Cloud) und begrenzte oder keine dezentralen Fehlerbehebungsmöglichkeiten. Viele der Studien mit dieser Art von Messungen haben sie als Proxy für die Exposition oder durch die Kombination von Umweltmessungen mit Expositionsrekonstruktion unter Verwendung von Zeitaktivitätsbewertungen 8,9,12,13,14 verwendet.

Persönliche Überwachung, bei der ein Monitor auf oder von einer Person durch Raum und Zeit getragen wird, kann ihre “wahre” Gesamtexposition besser erfassen. Studien, die die persönliche Exposition messen, kommunizieren oft nur kurz ihre genauen Protokolle, oft in ergänzenden Materialien zu wissenschaftlichen Manuskripten 9,12,13,14,15. Obwohl die in diesen Studien beschriebenen Techniken einen soliden allgemeinen Überblick über die Stichprobenmethodik geben, fehlen häufig die Besonderheiten der Felddatenerhebungsphasen^12,16.

Neben den Schadstoffkonzentrationen können in diesen Wohnungen zahlreiche weitere Merkmale überwacht werden. Die Überwachung des Ofenverbrauchs, eine Methode zur Bewertung des Zeitpunkts und der Intensität der Nutzung von Haushaltsenergiegeräten, ist ein wichtiger Bestandteil vieler aktueller Folgenabschätzungen und Expositionsabschätzungen^16,17,18,19. Viele dieser Monitore konzentrieren sich auf die Messung der Temperatur an oder in der Nähe der Verbrennungsstelle auf Kochherden. Während Thermoelemente und Thermistoren verwendet werden, fehlt es an Betriebsprotokollen für die Monitore, einschließlich der Frage, wie sie am besten auf Kochherden platziert werden, um die Variabilität der Ofennutzungsmuster zu erfassen.

Das Biomonitoring ist ebenfalls ein wirksames Instrument zur Bewertung von Umweltexpositionen, obwohl mehrere Faktoren die Wahl einer optimalen biologischen Matrix beeinflussen²⁰. Im Idealfall muss die Probenentnahme nicht- oder minimalinvasiv erfolgen. Die angewandten Methoden sollten eine einfache Handhabung, einen nicht restriktiven Versand und eine nicht einschränkende Lagerung, eine gute Übereinstimmung zwischen dem vorgeschlagenen Biomarker und der biologischen Matrix, relativ niedrige Kosten und keine ethischen Bedenken gewährleisten.

Die Entnahme von Urinproben hat einige große Vorteile für das Biomonitoring. Wie bei anderen Probenentnahmetechniken gibt es eine Reihe möglicher Methoden. Das Sammeln von 24-Stunden-Hohlurin kann für die Teilnehmer umständlich sein, was dazu führt, dass die Probenentnahme^{nicht eingehalten wird 20,21}. In solchen Fällen werden Stichproben, Hohlräume am ersten Morgen oder andere “bequeme” Probenahmen empfohlen. Die Menge des gesammelten Urins kann bei der Entnahme von Stichproben ein großer Nachteil sein, was zu einer Variabilität der Konzentrationen endogener und exogener Chemikalien führt. In diesem Fall ist die Anpassung anhand der Kreatininkonzentrationen im Urin eine häufig verwendete Methode zur Korrektur der Verdünnung²².

Eine weitere häufig gesammelte Bioprobe ist venöses Blut. Venöse Blutproben sind für das Biomonitoring oft schwer zu erhalten; Sie sind aufdringlich, angsteinflößend und erfordern eine ordnungsgemäße Probenhandhabung, -lagerung und -transport. Ein alternativer Ansatz mit getrockneten Blutflecken (DBS) kann für die Entnahme von Proben bei Erwachsenen und Kindern für das Biomonitoring nützlich sein²³.

Zwischen der einfachen Beschreibung von Feldmethoden und der Veröffentlichung detaillierter, replizierbarer Anweisungen zur Verwendung und zum Einsatz von Monitoren, die die wahre Komplexität der Felddatenerfassung von qualitätsgesicherten Proben widerspiegeln, besteht eine erhebliche Literaturlücke^24,25. In einigen Studien wurden Standardarbeitsanweisungen (SOP) für die Messung von Luftschadstoffen (Innen- und Umgebungsluft) und die Überwachung der Ofennutzung beschrieben.

Die wesentlichen Schritte hinter der Feldmessung, der Laborunterstützung und dem Transport von Überwachungsinstrumenten und Proben werden jedoch nur sehr selten beschrieben ^8,11,25. Die Herausforderungen und Einschränkungen der feldbasierten Überwachung sowohl in Umgebungen mit hohen als auch mit niedrigen Ressourcen können durch Video angemessen erfasst werden, was schriftliche Arbeitsanweisungen ergänzen und eine direktere Methode bieten könnte, um zu zeigen, wie Geräte und Probenahme- und Analysetechniken durchgeführt werden.

In der randomisierten kontrollierten Studie des Household Air Pollution Intervention Network (HAPIN) verwendeten wir Video- und schriftliche Protokolle, um die Verfahren zur Messung von drei Schadstoffen (PM_2,5, CO und BC), zur Überwachung der Ofennutzung und zur Entnahme von Bioproben zu beschreiben. HAPIN beinhaltet die Verwendung harmonisierter Protokolle, die die strikte Einhaltung von SOPs erfordern, um die Datenqualität von Proben zu maximieren, die zu mehreren Zeitpunkten an vier Studienstandorten (in Peru, Ruanda, Guatemala und Indien) gesammelt wurden.

Die Kriterien für das Studiendesign, die Standortauswahl und die Rekrutierung wurden bereits^{beschrieben 24,26}. Die HAPIN-Studie wurde in vier Ländern durchgeführt; Clasen et al. beschrieben die Studiensettings im Detail²⁶. Jedes Studienzentrum rekrutierte 800 Haushalte (400 Interventions- und 400 Kontrollpersonen) mit schwangeren Frauen im Alter zwischen 18 und 35 Jahren, die sich in der 9. bis 20. Schwangerschaftswoche befinden, Biomasse zum Kochen zu Hause verwenden und Nichtraucher sind. In einer Untergruppe dieser Haushalte (~120 pro Land) wurden auch andere erwachsene Frauen in diese Studie aufgenommen.

Nach der Rekrutierung wurden insgesamt acht Besuche durchgeführt. Die erste, zu Studienbeginn (BL), trat vor der Randomisierung auf. Die nächsten sieben wurden aufgeteilt in vor der Geburt (in der 24-28. Schwangerschaftswoche [P1], in der 32.-36. Schwangerschaftswoche [P2]), bei der Geburt (B0) und nach der Geburt (3 Monate [B1], 6 Monate [B2], 9 Monate [B3] und 12 Monate [B4]). Für M gab es drei Bewertungen (BL, P1 und P2), für OAWs sechs Bewertungen (BL, P1, P2, B1, B2 und B4) und für C wurden vier Bewertungen (B0, B1, B2 und B4) durchgeführt. Bei B0 wurden Biomarker- und Gesundheitsbewertungen durchgeführt, während beim B3-Besuch nur Gesundheitsbewertungen durchgeführt wurden.

Alle vier Länder folgten identischen Protokollen. In diesem Manuskript beschreiben wir die Schritte, die in Indien befolgt wurden. Die Studie wurde an zwei Standorten in Tamil Nadu durchgeführt: Kallakurichi (KK) und Nagapattinam (NP). Diese Standorte befinden sich zwischen 250 und 500 Kilometer von der Kernforschungseinrichtung am Department of Environmental Health Engineering des Sri Ramachandra Institute of Higher Education and Research (SRIHER) in Chennai, Indien, entfernt. Die Komplexität der Felddatenerfassungsprotokolle erfordert den Einsatz vieler Mitarbeiter mit unterschiedlichen Fähigkeiten und Hintergründen.

Wir präsentieren eine schriftliche und visuelle Darstellung der Schritte, die zur Abschätzung von Mikroumwelt- und persönlichen Expositionsproben bei schwangeren Müttern (M), anderen/älteren erwachsenen Frauen (OAW) und Kindern (C) auf Feinstaub, Kohlenmonoxid (CO) und Ruß (BC) erforderlich sind. Feldprotokolle für (1) die Überwachung der Umgebungsluftqualität mit Referenzmonitoren und kostengünstigen Sensoren, (2) die Langzeitüberwachung der Ofennutzung an konventionellen und Flüssiggasherden und (3) die biologische Probenentnahme (Urin und DBS) für das Biomonitoring werden ebenfalls vorgestellt. Dazu gehören Methoden zum Transport, zur Lagerung und zur Archivierung von Umwelt- und biologischen Proben.