文摘
背景空气污染会改变小肺血管在动物模型。我们提出长期空气污染暴露会被关联到不同的肺血管数量在以人群为基础的研究。
方法mesa研究招募了成年人在六个美国城市。个性化的长期暴露环境黑碳,二氧化氮(没有2),氮氧化物(NOx),颗粒物截止50%空气动力学直径< 2.5μm (PM2.5利用时空模型)和臭氧估计。在2010 - 2012年,肺血管总量测定的体积可检测肺动脉和肺静脉,包括血管壁和腔的血容量,41胸部计算机断层扫描(TPVVCT)。外围TPVVCT仅限于周边2厘米孤立小血管。线性回归调整人口结构、人体测量学、吸烟、二手烟、肾功能和扫描仪制造商。
结果均值±sd3023名参与者的年龄为69.3±9.3年;46%是不吸烟者。的意思是曝光0.80μg·m−3黑碳,十亿分之14.6不2和11.0μg·m−3周围的点2.5。均值±sd外围TPVVCT是79.2±18.2厘米3和TPVVCT是129.3±35.1厘米3。大黑碳接触与一个更大的外围TPVVCT城市,包括调整后(平均差0.41 (95% CI 0.03 - -0.79)厘米3每四分位范围;p = 0.036)。协会为外围TPVVCT没有2调整后被相似但不重要的城市,而点吗2.5充分调整后震级的类似但不重要的。没有没有关联x臭氧或任何污染物和TPVV之间CT。
结论长期接触黑碳与更大的外围TPVV有关CT,这表明柴油机尾气可能导致肺小血管的重塑。
文摘
在这个大人群为基础的研究中,高环境暴露在黑碳与更大体积的外围肺血管41 CT测量,表明柴油机尾气可能会影响肺小血管重塑http://ow.ly/nAEY30o8co4
介绍
肺血管可能会对空气污染特别敏感,很大一部分的吸入颗粒物和气态污染物达到丰富vascularised肺泡床(1,2]。在动物模型中,暴露在柴油机尾气颗粒物和50%的切断空气动力学直径< 2.5μm (PM2.5)增加右心室收缩压和导致muscularisation肺小动脉(3- - - - - -5]。在人类中,控制柴油机尾气endothelin-1水平上升,肺血管收缩剂,也增加了肺血管阻力在多巴酚丁胺超音波检查发现压力测量(6- - - - - -8]。孩子大颗粒物暴露也被发现有更高的肺动脉压力超声心动图(9]。
肺血管的直接评估,通过心导管或超声造影成像,是具有挑战性的普通人群。在多民族研究动脉粥样硬化(台面)我们发现更高的长期暴露于二氧化氮(没有2),点2.5会导致更多的右心室质量在磁共振成像(MRI),建议长期增加肺动脉压力(10,11]。然而,我们所知,没有研究评估空气污染之间的关系和人类肺血管结构的直接措施。我们最近利用的肺血管总额41计算机断层扫描(TPVV评估CT)[12),我们发现增加当前和烟和减少气流限制(13]。因此我们提出,在一般人群暴露于黑碳,柴油机尾气的标志,点2.5,没有2氮氧化物(NOx)和臭氧与TPVV差异有关CT在整个肺和肺的外围,后者被选为一个更加敏感的小肺血管的标志。
方法
动脉粥样硬化多种族研究
台面是一项前瞻性队列研究,招募了6814名参与者从六个美国城市45 - 84岁的人在2000 - 2002年临床心血管疾病和自由(14];4716名参与者(> 70%的人仍然生活)返回后续在2010 - 2012年。台面空气污染研究(台面空气)是一个大型辅助研究由美国环境保护署(EPA)增加空气污染暴露评估的参与者(15]。台面肺台面招收了3965名研究参与者在2004 - 2006年(16];在2010 - 2012年所有应邀接受full-lung CT和肺量测定法,除了随机样本进行并发的心脏磁共振成像(补充图E1)。这项研究包括了3023名参与者进行了肺CT和至少有一个空气污染物的估计。
所述台面的协议和所有研究机构审查委员会批准的所有合作机构和美国国家心脏,肺血,研究所。所有参与者提供书面知情同意。
肺血管容积CT
41胸部CT扫描在暂停全部获得灵感SPIROMICS协议后64 -探测器扫描仪;重建进行了使用高空间对比算法(0.625 - -0.75毫米的增量17]。所有图像分析进行台面肺CT阅读中心(美国爱荷华大学爱荷华市,IA)由经过培训认证的技术人员没有其他参与者的信息。
专用软件(阿波罗;美国维达诊断,珊瑚镇,IA)被用来段肺和肺血管自动视觉确认;船只被确定使用前文所述的方法(12]。TPVVCT测量的体积可检测动脉和静脉,包括血管壁和腔的血液,∼分割肺内直径1毫米。10%复制读取组内相关系数为1.0。外围TPVVCT仅限于2厘米的外围国家的肺不包括部分肺纵隔旁。TPVV百分比CT是CT肺容积的索引。
平均值的TPVVCT∼25 - 30%的平均肺血容量测定创(13];这种差异并不出人意料的排斥大纵隔肺血管和无法捕获微脉管系统(血管直径小于1毫米)。
空气污染暴露估计
台面空气生成cohort-specific预测模型的长期暴露于环境黑碳,没有2,没有x下午,2.5和臭氧。利用最大似然估计的预测与先前描述的时空造型(18,19]。短暂,所有模型利用措施从台面空气监测运动在2005 - 2009年,其中包括2到5补充固定监控在每个城市和户外监控房屋的台面参与者的一个子集。模型包括所有可用的措施从美国环保署的空气质量系统监控所有污染物除了黑碳,由于不同的测量技术20.]。该模型还包括地理变量,如土地利用(如。工业、住宅和水),距离机场和海岸线,交通模式通过色散模型、人口密度、城市地形(18,20.]。暴露在两周平均预测每个参与者的家庭住址15),估计在每个地址加权时间如果参与者在曝光期间的移动估计。
黑碳接触使用空间模型估计从2006年到2008年,年期间台面的空气监测发生,尽管所有其他暴露估计一年平均曝光前参与者的2010 - 2012年访问。图1显示估计暴露在黑碳在芝加哥,IL。黑碳(或元素)的估计是基于预处理和接触后光吸收系数的区别从反射聚四氟乙烯过滤器用于点2.5监控(Smokestain反射计43 d鳗鱼;扩散系统,英国伦敦)[20.]。黑碳浓度之间的关系,光吸收经验决定在每个城市基于比较直接测量(20.]。
协变量信息
年龄,性别,种族,教育程度,收入,久的吸烟,二手烟暴露,药物使用,病史和吸烟状况自我报告;目前的吸烟被证实与尿液可替宁(> 100 ng·毫升−1)[16]。身高、体重、静息血压、空腹血糖、肌酐、总胆固醇和高密度脂蛋白测定使用标准技术(21]。肾小球滤过率估计使用饮食在肾脏疾病的修改方程[22]。社区社会经济地位(SES)索引包含六个美国人口普查的变量是独一无二的贡献者社区SES [23]。高血压被定义为血压≥140/90 mmHg或自我报告的高血压和抗高血压药物的使用。糖尿病被定义为空腹血糖≥7.0更易·L−1(≥126 mg·dL−1),使用那些药物或自我报告的医生诊断。心脏结构评估cardiac-gated在1.5 T MRI扫描仪与相控阵表面线圈(24]。分析师蒙蔽参与者信息评估左心室容量和功能运用稳态自由进动的电影图像脉冲序列获得两院,三室、四室,极震区飞机使用半自动轮廓(CIM 6.0版本;UniServices,奥克兰,新西兰)[25]。
emphysema-like肺的百分比(%肺气肿)被定义为体素的比例低于950年−胡锦涛在full-lung CT扫描获得执教充满灵感使用专用软件(阿波罗)。肺量测定法是按照美国胸科学会/欧洲呼吸学会指南[188bet官网地址26];由一个调查员(所有肺量测定法综述了考试27]。气流限制被定义为pre-bronchodilator用力呼气量在1 s (FEV1)/用力肺活量(FVC) < 0.7。
统计分析
黑碳的样本被五分位数分层曝光为描述性的目的。线性回归用来估计空气污染暴露之间的关系(独立变量)和TPVVCT(因变量),都视为连续,连续调整模型。初始模型调整年龄、性别、种族/民族和高度,考虑到基本的人口统计和体型。完整的模型也调整为教育、社区SES指数(SES)相关,吸烟状况、久,二手烟暴露,肾功能(考虑到可能的液体潴留),重量和扫描仪制造商(包括占扫描仪噪音)。最终的模型包括调整城市解决测量试验的研究。缺失的数据是最小的除了久(5%)和教育(< 1%),和由多个归责问题解决(n = 10)。广义加性模型被用来确定空气污染物和TPVV之间线性关系CT。在黑碳和外围TPVV分析CT,效果修改评估添加剂规模使用交互术语按性别、种族、年龄、吸烟状况、气流限制,CT制造商(所有分类中所示图3)和城市。
敏感性分析包括额外的调整与肺血管卷相关的因素,包括FEV1、肺气肿百分比、左心室舒张末期容积和射血分数,利尿剂使用,心脏危险因素(高血压、hyperlipidaemia和糖尿病)。我们也评估5年平均曝光2,没有x和点2.5(与2006 - 2008年的黑碳估计)和multipollutant模型。我们用肺血管体积(毫升)作为主要为了测试结果对一个单一的测量和还包括结果TPVV百分比CT、肺血管体积CT肺体积的比值。统计学意义被定义为小动物——一张长有p值< 0.05。而不是调整这些污染物的多个比较,共变明显,我们报告所有分析(28]。分析使用SAS 9.4版(SAS研究所卡里、数控、美国)和R (R统计计算的基础,维也纳,奥地利)。
结果
研究参与者
4920名参与者参加2010 - 2012年的台面考试,3203年接受full-lung CT扫描和3023年(94%)至少有一个空气污染评估(补充图E1)。包括参与者排除略有不同参与者的人口(补充表E1)。参与者平均±sd69±10岁,52%的女性,39%的白人,21%的西班牙裔,非洲裔和华裔美国人13%,27%,46%是不吸烟者。均值±sdTPVVCT是129.3±35.1厘米3和外围TPVVCT是79.2±18.2厘米3。
均值±sd长期暴露分别为0.80±0.37μg·m−3黑碳,14.6±7.9磅2,26.0±16.3磅x,11.0±1.5μg·m−3点2.5和23.2±4.7磅的臭氧,平均城际四分位范围(差)的0.15μg·m−34磅的8磅,1.3μg·m−3分别和3磅。最高的风险不同的城市,在纽约,纽约和洛杉矶,CA,和最低的圣保罗,MN和福赛斯县,数控(补充图E2)。特色为黑碳,没有相关性2中度到高(0.62 - -0.91),而那些黑碳和点吗2.5变量(0.21 - -0.79)(补充表E2)。
与参与者排位最高的黑碳的曝光,排位最低的更有可能是白人男性烟与更大的高度,重量、受教育程度和二手烟暴露,不太可能有糖尿病和高血压(表1)。排位最低的TPVV较高CT和外围TPVVCT低,但TPVV百分比CT和外围TPVV百分比CT(正常肺体积),相比之下,排位最高的。
环境空气污染和肺部CT血管卷
更高的环境接触黑碳与外围TPVV更大CT在调整年龄、性别、种族/民族和高度,以及全面调整和city-adjusted模型(city-adjusted平均差0.41 (95% CI 0.03 - -0.79)厘米3每差;p = 0.036) (表2)。没有2暴露与外围TPVV类似的大小不同CT在有限的和完全调整模型,但不是在城市调整。点2.5与更大的外围TPVV吗CT在有限的模型和与完整的调整(失去了意义表2)。没有明显的关系x或臭氧接触和外围TPVVCT(表2)。相比之下,增加10久是0.25厘米3增加周边TPVVCTcity-adjusted模型(95% CI 0.001 - -0.50厘米3;p = 0.045)。
更高点2.5暴露与TPVV更大CT在有限的模型;然而,该协会是完全无意义的调整和city-adjusted模型。没有明显关联其他污染物和TPVV之间CT(表2)。
考虑到更多的历史黑碳暴露估计,我们5年平均暴露评估其他污染物,结果不变(补充表E3)。在multipollutant模型包括黑碳,没有2和点2.5TPVV外围的区别CT黑碳的增加保持类似的或更大的大小,而影响其他污染物减少(补充表E4)。普遍为黑碳添加剂模型证实了线性与外围TPVV协会CT在几乎所有的黑碳(值图2)。
结果外围TPVV百分比CT(按比例缩小的CT肺体积)是重要的对几乎所有污染物,以更大的曝光与外围TPVV百分比增加CT除了臭氧,在相反的方向(补充表E5)。结果TPVV百分比CT非常类似于外围TPVV百分比CT(补充表E5)。此外,更高的臭氧接触与CT肺容积更大的完整的模型(42毫升每差臭氧;p < 0.001),而黑碳并不是(−8毫升/差黑碳;p = 0.23)。
而黑碳风险之间的关联和外围TPVVCT被减毒烟和气流限制(图3),修改没有显著的影响,全层性的调查结果基本相似,年龄、种族和扫描仪制造商。效应估计黑碳变化的城市,与最强大的协会在纽约,纽约和洛杉矶,CA (补充图E3修改),但没有显著的影响(p-interaction = 0.42)。结果不变FEV的额外调整1百分比肺气肿,左心室舒张末期容积和射血分数,利尿剂使用和心脏风险因素(图3)。
讨论
在这个以人群为基础的研究中,高炭黑暴露会导致更多的外围TPVVCT,设计的非侵入性肺血管的CT测量隔离肺外围较小的船只。这些研究结果是一致的多种混杂因素包括城市调整之后,以及在multipollutant模型包括点2.5也没有2,表明长期接触柴油废气可能影响肺循环,与特定影响较小的船只。这种变化的大小相当的影响> 15久的吸烟。
肺内的肺循环是受条件和直接影响肺疾病。在肺内,缺氧导致局部肺血管收缩(29日),可以钝化反应优化气体交换,但在肺部感染的设置30.,31日]。我们发现了一个较低的肺灌注在慢性阻塞性肺疾病和肺气肿32],TPVV更高CT在当前和烟(有或没有气流限制)13]。在肺动脉高压肺血管的差异量可能取决于原因;肺血管卷增加肺动脉高血压(33)和减少慢性血栓栓塞肺动脉高压(34]。离开心脏功能障碍也能增加肺压力(35),尽管总体影响肺血管体积可能取决于维持心输出量的能力。
一些之前的研究已经发现空气污染暴露之间的关联和肺血管。这是第一个研究中,我们最好的知识,找到一个协会之间的长期环境空气污染暴露和CT肺血管的直接测量。在肺血管评估已经被MRI心脏结构,推断与长期不2和点2.5曝光增加右心室质量(10,11),或超声心动图,2 h的柴油废气接触导致肺血管阻力增加在运动(8];表明空气污染之间的联系和亚临床肺血管压力的增加。此外,在墨西哥的81名儿童的研究发现,那些更大的长远点2.5接触超声心动图(收缩期肺动脉压力较高9]。
有几个潜在的解释我们的发现外围(小)肺血管的体积增加更大的黑碳的曝光。首先,长期环境黑碳暴露可能导致肺部炎症与实质血流增加,如动物的急性肺损伤的早期阶段(36- - - - - -38]。系统性炎症反应发生慢性颗粒物暴露(39),这表明肺血容量的增加是可能的。第二,增加血管体积可能是由于在血管壁平滑肌肥大如动物暴露在微粒和柴油机尾气3- - - - - -5),因为TPVV的测量CT包括血管壁及管腔内的血液量。第三,黑碳暴露可能导致血管收缩最小的肺血管(超出了41 CT)的决议,导致近端上游血管的扩张。不幸的是,我们不能区分这些机制在当前的研究中。随着时间的推移,这些解释的任何可能导致肺血管阻力增加(8),一致的增加右心室质量见过没有2和点2.5接触(10,11]。
而观察到的差异在这个普通人群样本是亚临床和临床不习惯在当前时间,他们可能有助于了解肺脉管系统响应的疗法,在研究的最初阶段肺动脉高压和肺气肿(40,41]。此外,肺血管容量增长可能反映了对肺和血管损伤从空气污染暴露,提出影响预测的发展肺部疾病以及其他血管疾病与空气污染(42- - - - - -44]。
重要特色黑碳的结果仅限于纽约、纽约和洛杉矶,CA,风险最高的地方,尽管没有影响改性的城市。然而,普遍添加剂模型显示一个线性协会在曝光的范围(图2)。结果也为那些气流限制和减毒烟(集团大幅重叠),尽管缺乏效果修改。这可能是与气流限制的竞争效应和肺气肿,TPVV的疾病CT和小血管卷已经发现减少(13,45]。吸烟本身也可能增加肺血流和血管生成,这或许可以解释较弱导致交货,吸烟者与不吸烟者相比,(46,47]。
虽然我们以前发现ever-smokers TPVV较低CT左心室舒张末期容量较低,这表明神秘肺血管疾病可能很难区分“舒张功能不全”[13),我们不建议TPVV高或低CT是更好的。相反,这些都是横断面研究结果可能帮助我们理解的影响,空气污染对肺血管和心脏和肺的相互依存。
在当前的研究中,我们发现外围TPVV显著关联CT,但不是TPVVCT。尽管这可能是由于一个孤立的小血管的变化,小血管对吸入暴露可能更敏感,也有可能TPVV的结果CT蒙羞的身体大小和心脏功能。体型更紧密地跟踪与肺总量比肺活量外围2厘米,也就是2厘米深度在所有科目,并调整后CT肺容积TPVV百分比结果显著CT和外围TPVV百分比CT。心脏功能可能会影响血管集中超过周边地,考虑到靠近心脏,虽然结果没有显著改变调整后左心室舒张末期容积、射血分数和利尿剂使用。
我们评估TPVV百分比CT进一步考虑体型,发现黑碳对TPVV百分比显著结果CT和外围TPVV百分比CT;然而,结果臭氧是重要的相反的方向。我们发现没有证据表明在我们的数据-臭氧协会是由于肺功能混杂或炭黑和臭氧之间的负相关(r =−0.79)。相反,这一发现可能与更高的臭氧接触与CT肺容积大。更大的肺容积曾被报道在那些居住在主要道路(48];然而,这样的影响是未知的。
限制
这是一个大型的多民族研究使用先进的空气污染评估和新型成像技术;然而,有几个局限性。
首先,黑碳估计从2006年到2008年,历史周期超过1年之前full-lung CT扫描用于其他空气污染物由于EPA可比历史数据的可用性。然而,5年平均水平暴露给那些类似的结果为1年。
第二,TPVVCT不是一个测量肺动脉压力和对入侵的措施还没有验证,在这个大样本是不可行的。此外,随着CT扫描没有对比,TPVVCT省略了微脉管系统,不分离动脉和静脉。因此,我们不能确定我们的发现反映了微脉管系统的差异,动脉或静脉,或一些组合。
第三,选择性偏差,反向因果关系和假阳性结果应考虑在这个横断面研究。台面是普通人群的研究,排除那些临床心血管疾病的基线和良好的10年期保留使选择性偏差不大可能。反向因果关系也不太可能与空气污染暴露。虽然我们进行多重比较和结果进行解释时应特别谨慎,黑碳的一致的结果并没有暗示的结果2让假阳性结果的可能性。
结论
总之,我们发现高水平的黑碳暴露与更大的外围TPVV有关CT在这个一般以人群为基础的研究,表明长期接触柴油机尾气可能会影响较小的肺血管一般人群外围。
补充材料
确认
作者感谢其他调查人员、工作人员和参与者的台面(动脉粥样硬化多种族研究)研究的有价值的贡献。参与台面调查人员和机构的完整列表可以在找到www.mesa-nhlbi.org。台面进行研究,由美国国家心脏、血液和肺部研究所,国立卫生研究院和美国环境保护署(EPA)和台面的调查员。这份出版物也在一颗恒星研究援助协议,数量RD831697(台面空气),由环保局授予。这个没有正式出版由环保局审查。本文档中所表达的观点仅代表作者和EPA不认可任何产品或商业服务中提到这个出版。
脚注
可以从本文的补充材料www.qdcxjkg.com
利益冲突:C.P.亚伦报告从国家卫生研究院资助,在进行研究;从α基金会和石质Wold-Herbert基金赠款,在提交工作。
利益冲突:霍夫曼电子报告从国家卫生研究院资助,在进行研究;从国家卫生研究院资助,在提交工作;和是维达的创始人兼股东诊断,软件是利用数据分析。
利益冲突:克里Kawut报告从国家卫生研究院资助,在进行研究;从国家卫生研究院资助,Actelion股价,联合治疗,基列,肺癌生物技术、辉瑞、伊卡里亚岛,默克公司,拜耳,肺动脉高压协会和基因族群,旅费由美国胸科医师学会和美国胸科学会,和个人费用欧洲呼吸杂志外,提交工作。
利益冲突:J.H.M.奥斯汀报告从国家卫生研究院资助,在进行研究;外从PulmonX个人费用,提交工作。
利益冲突:m . Budoff报告从国家卫生研究院资助,在进行研究;赠款从通用电气,在提交工作。
利益冲突:E.D. Michos报告个人费用从西门子医疗诊断,在提交工作。
利益冲突:k·欣克利Stukovsky报告工资囊性纤维化基金会的支持,在提交工作。
利益冲突:c .袋没有披露。
利益冲突:嗜Szpiro没有披露。
利益冲突:K.D.沃森报告从国家卫生研究院资助,在进行这项研究的。
利益冲突:J.D.考夫曼报告授予美国EPA,在进行这项研究的。
利益冲突:R.G.巴尔报告从国家卫生研究院资助,在进行研究;从国家卫生研究院资助,α1基金会和COPD基金会,在提交工作。
支持声明:NIH /国家心脏、血液和肺部研究所R01-HL077612 R01-HL093081, N01-HC95159, N01-HC95160, N01-HC95161, N01-HC95162, N01-HC95163, N01-HC95164, N01-HC95165, N01-HC95169, UL1-TR000040;美国环境保护署R831697。资金信息,本文已沉积的Crossref资助者注册表。
- 收到了2018年11月6日。
- 接受2019年3月14日。
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