Visualizzazione delle procedure di raccolta dei dati sul campo dell'esposizione e delle valutazioni dei biomarcatori per la sperimentazione della rete di intervento sull'inquinamento atmosferico domestico in India

A livello globale, l’esposizione all’inquinamento atmosferico domestico (HAP), principalmente dovuto alla cottura a combustibile solido, è una delle principali cause di morbilità e mortalità ^1,2,3. La cottura e il riscaldamento con combustibili solidi (biomassa, come legno, letame, residui di colture e carbone) sono diffusi nei paesi a basso e medio reddito (LMIC), ponendo vari problemi sanitari, ambientali ed economici. PM_2.5 è un “killer silenzioso”, che si verifica sia all’interno che all’esterno ^4,5. La qualità dell’aria interna in India è spesso considerevolmente peggiore della qualità dell’aria esterna e ha guadagnato abbastanza attenzione da essere considerata un grave pericolo per la salute ambientale⁴. La scarsità di dati quantitativi sull’esposizione basati su misurazioni ha ostacolato le valutazioni globali dell’onere della malattia (GBD) connesse con HAP ^6,7.

La ricerca attuale spesso ignora che la misurazione delle esposizioni HAP è complicata e varia a seconda di molti fattori, tra cui il tipo di combustibile, il tipo di stufa e un uso misto di molte stufe pulite e sporche, un fenomeno noto come “impilamento della stufa”. Altre influenze sull’esposizione includono la quantità di carburante consumato, i livelli di ventilazione della cucina, il tempo trascorso in prossimità del fornello, l’età e il sesso⁸. Il più ampiamente misurato e probabilmente il miglior indicatore di esposizione all’HAP è il PM_2,5; tuttavia, a causa della mancanza di strumentazione economica, facile da usare e affidabile, la misurazione del particolato fine (PM_2,5) è stata particolarmente difficile.

Vari studi hanno riportato la misurazione del livello di inquinanti atmosferici singoli o multipli utilizzando metodi diversi 8,9,10,11,12. Negli ultimi anni sono emersi sensori relativamente a basso costo in grado di misurare questi inquinanti in ambienti interni e ambientali. Tuttavia, non tutti questi sensori sono utilizzabili per il lavoro sul campo per vari motivi, tra cui costi di manutenzione, sfide di implementazione, problemi di comparabilità con i metodi di misurazione convenzionali, risorse umane limitate per convalidare questi sensori rispetto ai metodi di riferimento, difficoltà di controlli regolari della qualità dei dati (attraverso il cloud) e strutture di risoluzione dei problemi decentralizzate limitate o assenti. Molti degli studi con questi tipi di misurazioni li hanno utilizzati come proxy per l’esposizione o combinando misurazioni ambientali con la ricostruzione dell’esposizione utilizzando valutazioni dell’attività temporale 8,9,12,13,14.

Il monitoraggio personale, in cui un monitor viene effettuato su o da un individuo attraverso lo spazio e il tempo, può catturare meglio la loro “vera” esposizione totale. Gli studi che misurano l’esposizione personale spesso comunicano solo brevemente i loro protocolli esatti, spesso in materiali supplementari ai manoscritti scientifici 9,12,13,14,15. Sebbene le tecniche descritte in questi studi forniscano un solido senso generale della metodologia di campionamento, vi è spesso un’assenza delle specifiche delle fasi di raccolta dei dati sul campo^12,16.

Numerose caratteristiche aggiuntive, oltre alle concentrazioni di inquinanti, possono essere monitorate in queste residenze. Il monitoraggio dell’uso delle stufe, un metodo per valutare il tempo e l’intensità di utilizzo degli elettrodomestici, è una parte importante di molte recenti valutazioni dell’impatto e dell’esposizione^16,17,18,19. Molti di questi monitor si concentrano sulla misurazione della temperatura in corrispondenza o vicino al punto di combustione sui fornelli di cottura. Mentre vengono impiegate termocoppie e termistori, mancano protocolli operativi per i monitor, incluso il modo migliore per metterli sui fornelli per catturare la variabilità nei modelli di utilizzo della stufa.

Il biomonitoraggio, allo stesso modo, è uno strumento efficace per valutare le esposizioni ambientali, sebbene diversi fattori influenzino la scelta di una matrice biologica ottimale²⁰. In circostanze ideali, la raccolta del campione deve essere non o minimamente invasiva. I metodi impiegati dovrebbero garantire facilità di manipolazione, spedizione e stoccaggio non restrittivi, una buona corrispondenza tra il biomarcatore proposto e la matrice biologica, un costo relativamente basso e nessuna preoccupazione etica.

La raccolta di campioni di urina presenta alcuni importanti vantaggi per il biomonitoraggio. Come per altre tecniche di raccolta dei campioni, esiste una serie di potenziali metodi. La raccolta di urina vuota di 24 ore può essere ingombrante per i partecipanti, portando alla non aderenza alla raccolta del campione^20,21. In questi casi, si raccomandano campioni spot, vuoti del primo mattino o altri campionamenti “convenienti”. Il volume di urina raccolta può essere uno dei principali svantaggi quando si raccolgono campioni spot, portando alla variabilità delle concentrazioni di sostanze chimiche endogene ed esogene. In questo caso, l’aggiustamento utilizzando le concentrazioni di creatinina nelle urine è un metodo comunemente usato per le correzioni della diluizione²².

Un altro biospecimen comunemente raccolto è il sangue venoso. I campioni di sangue venoso sono spesso difficili da ottenere per il biomonitoraggio; Sono invadenti, inducono paura e richiedono un’adeguata gestione, conservazione e trasporto dei campioni. Un approccio alternativo che utilizza macchie di sangue secco (DBS) può essere utile per raccogliere campioni negli adulti e nei bambini per il biomonitoraggio²³.

Esiste un sostanziale divario nella letteratura tra la semplice descrizione dei metodi di campo e la pubblicazione di istruzioni dettagliate e replicabili sull’uso e la distribuzione dei monitor che riflettono la reale complessità della raccolta dei dati sul campo di campioni di qualità garantita^24,25. Alcuni studi hanno delineato procedure operative standard (SOP) per la misurazione degli inquinanti atmosferici (interni e ambientali) e il monitoraggio dell’uso della stufa.

Tuttavia, i passaggi essenziali dietro la misurazione sul campo, il supporto di laboratorio e il trasporto di strumenti di monitoraggio e campioni sono descritti molto raramente ^8,11,25. Le sfide e i limiti del monitoraggio sul campo in contesti ad alte e basse risorse possono essere adeguatamente catturati attraverso video, che potrebbero integrare le procedure operative scritte e fornire un metodo più diretto per mostrare come vengono eseguiti i dispositivi e le tecniche di campionamento e analisi.

Nello studio controllato randomizzato Household Air Pollution Intervention Network (HAPIN), abbiamo utilizzato protocolli video e scritti per descrivere le procedure per misurare tre inquinanti (PM_2.5, CO e BC), per il monitoraggio dell’uso della stufa e per la raccolta di campioni biologici. HAPIN prevede l’utilizzo di protocolli armonizzati che richiedono una stretta aderenza alle SOP per massimizzare la qualità dei dati da campioni raccolti in più punti temporali in quattro siti di studio (in Perù, Ruanda, Guatemala e India).

I criteri per la progettazione dello studio, la selezione del sito e il reclutamento sono descritti in precedenza^24,26. Lo studio HAPIN è stato condotto in quattro paesi; Clasen et al. hanno descritto le impostazioni dello studio in dettaglio²⁶. Ogni sito di studio ha reclutato 800 famiglie (400 interventi e 400 di controllo) con donne incinte di età compresa tra 18 e 35 anni, che hanno da 9 a 20 settimane di gestazione, usano la biomassa per cucinare a casa e sono non fumatori. In un sottogruppo di queste famiglie (~ 120 per paese), anche altre donne adulte sono state arruolate in questo studio.

Dopo il reclutamento, sono state effettuate un totale di otto visite. Il primo, al basale (BL), si è verificato prima della randomizzazione. I successivi sette sono stati divisi prima della nascita (a 24-28 settimane di gestazione [P1], 32-36 settimane di gestazione [P2]), alla nascita (B0) e dopo la nascita (3 mesi [B1], 6 mesi [B2], 9 mesi [B3] e 12 mesi [B4]). Per M, ci sono state tre valutazioni (BL, P1 e P2), per OAW, sei valutazioni (BL, P1, P2, B1, B2 e B4) e per C sono state eseguite quattro valutazioni (B0, B1, B2 e B4). A B0 sono state effettuate valutazioni di biomarcatori e salute, mentre solo valutazioni sanitarie sono state effettuate alla visita B3.

Tutti e quattro i paesi hanno seguito protocolli identici. In questo manoscritto, descriviamo i passi seguiti in India. Lo studio è stato condotto in due località del Tamil Nadu: Kallakurichi (KK) e Nagapattinam (NP). Questi siti si trovano tra 250 e 500 chilometri dalla struttura di ricerca principale presso il Dipartimento di Ingegneria della Salute Ambientale presso lo Sri Ramachandra Institute of Higher Education and Research (SRIHER) a Chennai, in India. La complessità dei protocolli di raccolta dei dati sul campo richiede l’impiego di molto personale con diversi livelli di competenze e background.

Presentiamo una rappresentazione scritta e visiva dei passaggi coinvolti nella stima di campioni di esposizione micro-ambientale e personale in madri incinte (M), donne adulte altre / anziane (OAW) e bambini (C) a particolato fine, monossido di carbonio (CO) e carbonio nero (BC). Vengono inoltre presentati protocolli sul campo per (1) monitoraggio della qualità dell’aria ambiente con monitor di riferimento e sensori a basso costo, (2) monitoraggio dell’uso a lungo termine delle stufe su stufe a gas di petrolio convenzionali e liquefatte e (3) raccolta di campioni biologici (urina e DBS) per il biomonitoraggio. Ciò include metodi per il trasporto, la conservazione e l’archiviazione di campioni ambientali e biologici.