Bengt Järvholm, Bertil Forsberg, Lars Modig, Jörn Nielsen, Kurt Boman, Jan-Håkan Jansson

Transkript

1 Samband mellan förbränningsrelaterade luftföroreningar och riskindikatorer för hjärt-kärlsjukdom? En panelstudie kopplad till mätkampanjen i Växjö inom Biobränsle-Hälsa-Miljö Bengt Järvholm, Bertil Forsberg, Lars Modig, Jörn Nielsen, Kurt Boman, Jan-Håkan Jansson

2 ER [Klicka och skriv ER-nummer här - ER-nummer erhålls från förlaget] Böcker och rapporter utgivna av Statens energimyndighet kan beställas från Energimyndighetens förlag. Orderfax: e-post: forlaget@stem.se Statens energimyndighet Upplaga: [konsultera förlaget] ex ER [erhålls från förlaget] ISSN [erhålls från förlaget]

3 Förord Denna studie är finansierade inom ramen för Energimyndighetens projekt Biobränsle Hälsa Miljö (BHM), och genomfördes i samarbete mellan Umeå universitet och Lunds Universitet. Ett stort tack riktas till de inblandade från Växjö sjukhus för deras arbete med blodprovstagning, leg sjuksköterska Eva Assarsson som koordinerat provtagningen, miljösköterska Gerd Lindén som svarat för mottagning av blodprover mm, samt till projektets samtliga deltagare. Denna typ av studier utgör en viktig del i arbetet med att försöka förstå partiklarnas roll i utvecklandet av hjärt-kärlsjukdom.

4 Abstract The main aim of this study was to see if particles in ambient air is related to biological risk indicators of cardio vascular disease. The study was conducted during the winter and early spring 2003, within the framework of the Swedish Energy Agency s research program. The study was designed as a panel study with 40 participating females within the ages years, all working at the local hospital. Based on continuous measurements of air pollutants and meteorological forecasts blood samples were taken at five occasions during days with predicted high or low pollution levels. Each blood sample were then analysed for the inflammatory markers fibrinogen and C-reactive protein (CRP). The levels of inflammatory markers were analysed in relation to measured levels of PM 10, PM 2.5 and NO 2, respectively. The analyse were made by calculating the ratio between each persons single values and their mean value based on all five measuring occasions. This was made for both of the two inflammatory markers. The ratios were then plotted and regressed against each of the studied pollutants. The results showed no evidence suggesting high pollution levels to be associated with high levels of fibrinogen or CRP. Consequently, these results suggests no effect of air pollution at present levels on the studied markers at present levels.

5 Sammanfattning I syfte att studera om partiklar i omgivningsluften påverkar riskindikatorer för hjärtkärlsjukdom, genomfördes denna studie i Växjö under våren 2003 inom ramen för Energimyndighetens projekt Biobränsle-Hälsa-Miljö. I studien ingick 40 vuxna personer i åldrarna år anställda på Växjö sjukhus. Utifrån uppgifter om rådande partikelhalter togs blodprov på deltagarna vi totalt fem tillfällen. Varje tillfälle valdes så att det antingen togs under dygn med höga alternativt låga partikelhalter. Blodproven analyserades sedan med avseende på fibrinogen och CRP (C-reaktivt protein). Data analyserades genom beräkning av kvoten mellan varje deltagares enskilda prov och medelvärdet för deltagarens samtliga prov. Medelvärdet baserades på de tillfällen då deltagaren inte angav infektion. Samtliga provtillfällen grupperades i exponeringsklasser beroende av halten av respektive förorening. Samtliga kvoter sattes sedan mot exponeringsgrupperna i syfte att beskriva eventuella samband. Resultaten visade inga samband mellan förbränningsrelaterade luftföroreningar och halten av fibrinogen eller CRP i blod. Resultaten tyder på att vid de aktuella halterna av luftföroreningar så påverkas ej dessa inflammationsmarkörer.

6 Innehållsförteckning Introduktion 1 Syfte 3 Material och metod 4 Studiedesign 4 Studiepopulation 4 Provtagning och indikatorer i blod 4 Statistisk analys 5 Etiska överväganden 5 Resultat 5 Deltagare 5 Provtagningstillfällen, antal deltagare samt halter 5 Luftföroreningar 6 Diskussion 9 Referenser 10

7 Introduktion Effekterna av kortvarigt höga luftföroreningshalter är mer väldokumenterade för lung- och luftvägseffekter än för hjärt-kärleffekter. Iakttagelsen att den ökade totaldödlighet som relaterats till höga föroreningshalter till avsevärd del beror på dödsfall i hjärt-kärlsjukdom har dock skapat intresse för frågeställningar särskilt kring partiklar och hjärteffekter. Ett korttidssamband mellan fluktuationer i partikelhalten och dagligt antal sjukhusinläggningar för hjärt-kärlsjukdom har konstaterats i flera studier (1-5). En föreslagen förklaringsmodell för partikelhaltens möjlighet att påverka insjuknanden och dödsfall i hjärt-kärlsjukdom är partiklarnas förmåga att inducera inflammation i lungorna, med åtföljande ökning av fibrinogenhalten i blod och därmed ökad koagulationsbenägenhet (6). En ökning av fibrinogenhalten observerades under en föroreningsepisod i Centraleuropa (7), och ett samband sågs även mellan halten av förbränningsavgaser dygnet före blodprovstagning i en screeningundersökning och fibrinogenhalten hos förvaltningsanställda i London (8). Det finns också visst stöd för att personer med hög fibrinogenhalt löper större risk att drabbas av hjärtinfarkt eller stroke i samband med höga luftföroreningshalter (9). I en annan studie har rapporterats ett positivt samband av CRP-halten (C-reaktivt protein) och halten av PM10 de senaste tre dygnen, men ett negativt samband med fibrinogen (10). I samma studie såg man ett negativt samband mellan föroreningshalt och halt av hemoglobin. Andra studier har försökt förklara hjärteffekterna utifrån att partikelexponeringen leder till hjärtrytmrubbningar och rapporterat att partikelhalten påverkat puls (11), EKG (12-15) och arytmier hos patienter med pacemaker (16, 17) liksom hos gnagare. Sammanfattningsvis kan man konstatera att hur luftföroreningar i dessa halter kan påverka hjärtat inte är klarlagt, men att flera tänkbara mekanismer har föreslagits och man har också fått ett visst empiriskt stöd för att det rör sig om en inflammatorisk process. Eftersom forskningsaktiviteten på området är mycket hög kan det förväntas att man inom några år har bättre förståelse varför det finns ett samband mellan hjärt-kärlsjuklighet och luftföroreningar och vilka markörer som kan vara känsliga markörer. Fibrinogen är en känslig markör för inflammation som har ett måttligt snabbt förlopp. I samband med andra inflammatoriska processer ser man vanligen de högsta nivåerna efter 3-4 dygn (18). Ett flertal studier har visat att förhöjd halt av firbrinogen och andra markörer på inflammation (t ex akutfasprotein, CRP) är riskfaktorer för kardiovaskulär sjukdom (19) För att ge en fullständig bild av hälsokonsekvenserna av förbränningsemissionerna är det mot bakgrund av ovanstående nödvändigt att belysa om hjärt-kärleffekter förekommer, och om de i så fall är mer relaterade till vissa föroreningskomponenter. Detaljerad information om föroreningshalterna har genererats under den ca 3 månader långa mätkampanj som inom STEM-programmet genomfördes i Växjö under vinterhalvåret 2002/2003. Befolkningen och tidsperioden var för begränsad för att med tillräcklig power studera hjärtdöd och sjukhusinläggningar för hjärtsjukdom. Därför studerades indikatorer för hjärt-kärlpåverkan i en prospektiv panelstudie, där en grupp vuxna följdes med upprepad provtagning under mätkampanjen. Genom att jämföra individens värden vid höga respektive låga föroreningshalter kan eventuell påverkan detekteras. En liknande studie hade tidigare genomförts i Lycksele. I jämförelse med Lycksele så medger den meteorologiska situationen i Växjö bättre spridning av emissioner framförallt vid låga 1

8 temperaturer, vilket följaktligen minskar skillnaderna i luftföroreningar mellan hög- och låghalts dygn. 2

9 Syfte Syftet med studien var att undersöka om korttidsvariation i halterna av förbränningsrelaterade luftföroreningar påverkar risken för hjärt-kärleffekter. Mer specifikt görs detta genom att - studera om det finns ett samband mellan variationen i halten luftföroreningar och variationen av vissa markörer i blod (fibrinogen, C-reaktivt protein) I samband med provinsamlingen samlades även in uppgifter om luftvägssymptom och andra symptom. Dessutom bevaras blodprover för framtiden för de fall att man vill studera samband med andra föroreningar. 3

10 Material och metod Studiedesign Studien bygger på att varje individ är sin egen kontroll, alltså studeras hur halterna av vissa markörer varierar hos en och samma individ vid olika luftföroreningssituationer. Genom att det gick att följa föroreningssituationen på direktvisande instrument, planerades att prover skulle tas vid extremt låga respektive extremt höga halter av partiklar (PM 10 och PM 2.5 ). Därigenom förväntades undersökningen bli effektiv (färre prover behöver tas jämfört med om man slumpmässigt genomförde provtagningen). Uppgifter om luftföroreningssituationen inhämtades via de mätningar som genomfördes inom ramen för STEM-programmet. Studiepopulation Studien utfördes på 40 vuxna kvinnor i Växjö som följdes under ca 3 månader med start under januari Endast icke-rökare studerades. För att undvika deltagare som i sitt arbete utsätts för industriella luftföroreningar valdes personer verksamma inom vård och omsorg inom åldersintervallet år. Deltagare som behandlades för allvarlig sjukdom eller som vid provtagningstillfället hade en pågående akut infektion uteslöts ur studien. Provtagning och indikatorer i blod Provtagning genomfördes vid 5 tillfällen. Under studieperioden valdes tillfällen med ett dygns framförhållning på ett sådant sätt att så långt som möjligt både perioder med relativt höga respektive låga partikelhalter föregick provtagningen. Kinetiken för dessa inflammationsmarkörer är sådan att vi bedömde det lämpligt med provtagning någon eller några dagar efter att hög respektive låg halt registreras. Provtagningen genomfördes till största del på förmiddagarna och skötes av en för projektet anställda sjuksköterska vid Växjö sjukhus. Vi varje tillfälle togs prov av venöst blod. Följande analyser genomfördes - Fibrinogen - Högskänsligt C-reaktivt protein Efter varje provtagning frystes proven ned och samtliga analyser skedde vid ett tillfälle. Fibrinogen analyserades med standardmetod vid centrallaboratoriet, Norrlands universitetssjukhus. CRP analyserades vid Skellefteå lasarett vid kardiologiska laboratoriet. Ett rör från varje provtagningstillfälle frystes för långtidsförvaring för att kunna användas vid eventuella senare analyser (t ex om nya markörer påvisats). Luftföroreningar Under studieperioden analyserades en mängd olika luftföroreningar på två fasta och två tillfälliga lokaliseringar i Växjö tätort. Mätningarna genomfördes inom ramen för Energimyndighetens projekt STEM (Biobränsle, Hälsa, Miljö (BHM)). Mätplatserna utgjordes av tre bostadsområden, Teleborg, Daneborg, Högtorp, samt en mer central mätplats i Växjö centrum (teaterparken). Av de tre bostadsområdena hade ett område framförallt direkt el som huvudsaklig uppvärmning (Teleborg) medan villapannor utgjorde en större andel i de två övriga. Resultaten i denna rapport baseras i nuläget på mätdata från den centrala mätplatsen i Växjö, vilken var placerad i urban bakgrundsmiljö. I och med att mätpunktens placering förväntas halterna vara representativa för en relativt stor del av Växjös befolkning. 4

11 Statistisk analys Data analyserades genom beräkning av kvoten mellan varje deltagares enskilda prov och medelvärdet för deltagarens samtliga prov. Medelvärdet baserades på de tillfällen då deltagaren inte angav infektion. Samtliga provtillfällen grupperades i exponeringsklasser beroende av halten av respektive förorening. Etiska överväganden Tillstånd för projektet erhölls från etisk kommitté vid Umeå Universitet (Dnr ). Resultat Deltagare Av projektets 40 deltagare var samtliga kvinnor anställda inom Växjö sjukvård. Medelåldern var 46 år. Totalt togs 192 blodprov fördelat på 5 tillfällen. Provtagningstillfällen, antal deltagare samt halter Antal deltagare vid varje provtagningstillfälle redovisas tillsammans med den genomsnittliga koncentrationen av fibrinogen och CRP i tabell 1. All provtagningar kunde inte genomföras den avsedda dagen, utan för vissa deltagare togs proverna ett till två dygn senare. I tabellen redovisas resultaten för varje provtagningstillfälle och i dessa inkluderas prov tagna det primära provtagningsdygnet samt dygnet efter. Tabell 1. Antalet deltagare och deras medelkoncentration av fibrinogen och CRP vid resp. provtagningstillfälle. I varje provtagningstillfälle har även inkluderats de som lämnade prov 1 dygn efter det primära provtagningsdygnet. Provtagning N Fibrinogen (g/l) CRP (mg/l) Inför varje provtagning fick deltagarna ange om de under de senaste dagarna haft feber eller infektion samt på en skala (1-10) skatta om de upplevt besvär med hosta, irriterade ögon eller näsa/svalg. I tabell 2 redovisas samma variabler som i tabell 1 uppdelat mellan de som angav infektion och inte. 5

12 Tabell 2. Antal deltagare och medelhalten fibrinogen samt CRP för varje provtagningstillfälle uppdelat på efter om infektion eller ej. Infektion innefattar alla som angav att de hade en infektion eller upplevde besvär i ögon, näsa eller svalg. Provtagning Antal Fibrinogen (g/l) Antal CRP (mg/l) Angav ej infektion Angav infection Fördelningen och spridningen av koncentrationen fibrinogen samt CRP vid de olika provtagningstillfällena redovisas i figur , Halten fibrinogen (g/l) 4,00 3,00 Halten CRP (mg/l) 6 4 2, Mättillfälle Mättillfälle Figur 1-2. Diagrammen visar spridningen av fibrinogen och CRP vid olika provtagningstillfällen. Luftföroreningar I studien relaterades resultaten beträffande markörerna till två olika partikelmått (PM 10, PM 2.5 ) och NO 2. Halterna av respektive luftförorening redovisas i tabell 4. 6

13 Tabell 4. Tabellen redovisar halterna av PM 10, PM 2.5 och NO 2 som medelvärdet av de två dygnen som föregick provtagningen, uppmätt i Teaterparken/Konserthuset. Period PM 10 (µg/m3) PM 2.5 (µg/m3) NO 2 (µg/m 3 ) Haltvariationen under provtagningsperioden redovisas i figur 3, och avser halter uppmätta i centrala Växjö (Teaterparken/Konserthuset). I figuren har varje provtagningstillfälle markerats med ett lodrätt streck. 100,00 PM-10 NO2 80,00 Dygnsmedelhalt (µg/m3) 60,00 40,00 20,00 0,00 03/26/03 03/22/03 03/17/03 03/13/03 03/08/03 03/04/03 02/28/03 02/22/03 02/17/03 02/11/03 02/05/03 01/29/03 01/23/03 01/19/03 01/14/03 01/08/03 01/03/03 12/28/02 12/19/02 12/13/02 12/07/02 12/02/02 Datum Figur 3. Figuren visar dygnsmedelhalten av PM 10 och NO 2 i Växjö under studieperioden. Varje provtagningstillfälle symboliseras av de lodräta linjerna. Resultaten från jämförelsen mellan kvoten (aktuellt värde/medelvärde) för fibrinogen respektive CRP och aktuella luftföroreningar redovisas i figurerna 4-6 nedan. 7

14 2,0 Fibrinogenkvot crpkvot 2,0 Fibrinogenkvot crpkvot 1,5 1,5 1,0 1,0 0,5 0,5 0,0 0, Exponeringsgrupper PM2.5 (µg/m3) Exponeringsklasser PM10 (µg/m3) 2,0 Fibrinogenkvot crpkvot 1,5 1,0 0,5 0, Exponeringsklasser NO2 (µg/m3) Figur 4-6. I figurerna visas kvoten av varje deltagares enskilda halt och dess medelvärde från samtliga provtagningstillfällen av fibrinogen och CRP i förhållande till exponeringen för PM 10, PM 2.5 samt NO 2. Ur figurerna ovan framgår att det inte finns något tydligt samband mellan en hög kvot och en hög exponering för partiklar. Sambandet mellan de båda inflammationsmarkörerna och halten NO 2, analyserades med en linjär regressionsmodell. Resultatet från analysen presenteras i tabell 5 och några statistiskt signifikanta samband finns ej. Tabell 5. Resultaten från analysen av sambandet mellan NO 2 och fibrinogen samt CRP med linjär regression. Analysen justerades för infektion samt individ. Β 95% KI Fibrinogen , CRP , CRP , CRP , Individer med medelhalter av CRP >4.5 exkluderades 2 Enskilda höga värden exkluderades för ett antal individer 8

15 Diskussion Deltagarantalet blev något över det förväntade och majoriteten av proverna togs under samma dygn vid respektive provtagningstillfälle, vilket var en viktig del i det metodologiska upplägget av studien. Fluktuationer i luftföroreningshalter mellan höghalts och låghaltsdygn var större än motsvarande studie i Lycksele, men sannolikt inte tillräckligt stora för att kunna påvisa eventuella samband (för liten power) mellan markörer och exponering. I Växjö beräknas det lokalt genererade bidraget (från trafik och eldning) till partikelhalterna mätt som PM 10 vara litet i förhållande till bakgrundshalterna. Den lokala vägtrafikens bidrag var större än bidraget från villapannor (21). Resultat från spridningsberäkningar visar att bakgrundshalten utgör 64% av den totala halten PM 10 vid den aktuella mätpunkten, medan bidraget från icke miljögodkända pannor beräknas till ca 3%. Trots detta visar mätningar av antalet partiklar att halterna fördubblas under dygn med temperaturer under -5 grader vilket kan bero på ökade utsläpp från villapannor i kombination med sämre meteorologiska spridningsförhållanden. Tidigare studier har visat på samband mellan framförallt förbränningspartiklar och hjärtkärlsjukdom, men även samband med NO 2 (1-5, 8). Resultaten (figurerna 4-6) visar inga tydliga samband mellan CRP respektive fibrionogen och de studerade luftföroreningarna. Fibrinogen uppvisade en antydan till positivt samband i förhållande till halten NO 2, dock inte större än att sambandet skulle kunna förklaras av slumpen. Sannolikt var skillnaden i föroreningshalt mellan låga och höga provtagningstillfällen för liten för att påverka fibrinogen och CRP-halten i den utsträckning som kräv för att hitta positiva samband. En tidigare studie som genomfördes i London fann att en ökning av NO 2 -halten med 61.7µg/m 3 motsvarade en ökning av fibrinogenhalten med 1.5% (8). Resultaten från mätningarna inom BHM-projektet visar att den lokala påverkan från vedeldning är som störst nära emissionskällan vilket innebär att skillnaderna i exponering kan variera betydligt mellan olika bostadsområden (22). I vår studie har vi inte tagit hänsyn till eventuella skillnader mellan individerna på grund av exponering för förbränningspartiklar nära bostaden. Detta var inte känt vid studien början. Materialet är för litet för att i efterhand skapa en subgrupp som haft kraftigare vedröksexponering nära sin bostad. En utveckling av metodiken skulle vara att studera deltagare som utvalts därför att deras miljön kring deras bostad utsätts för stora skillnader i exponering för vedrök. Om studien upprepas skulle en ytterliggare utveckling vara att använda dagböcker med uppgifter om deltagarnas tid i vissa miljöer. Sådana uppgifter tillsammans med modellerade föroreningsdata skulle möjliggöra en mer specifik beskrivning av varje deltagares exponering vid respektive provtagningstillfälle, vilket följaktligen skulle öka precisionen i studien. Vi kan dock konstatera att studien inte visar på några samband mellan vedröksexponering i Växjö och de mätta inflammationsmarkörerna. Studien begränsas av de halter som förekom under studien. Det går inte att avgöra om det finns effekter om mycket högre halter skulle förekomma vid andra tillfällen. Studien baseras också på friska personer. Om personer med allvarlig sjukdom skulle ha påverkats vid dessa halter ger studien inte svar på. Ytterligare en tolkningssvårighet med den aktuella studien är att bidraget från vedrökspartiklar var lågt (ca 3% av PM 10 -halten). Det kommer därför i en studie som genomförs på detta sätt i en stad som Växjö att vara mycket svårt att avgöra inverkan av vedrökspartiklar. 9

16 Sammanfattningsvis så fann studien inga tydliga samband mellan förbränningsrelaterade luftföroreningar och halten av fibrinogen eller CRP i blod vid de luftföroreningshalter som förekom under den aktuella mätperioden. Referenser 1. Morris RD, Naumova EN, Munasinghe RI. Ambient air pollution and hospitalisation for congestive heart failure among elderly people in seven large US cities. Am J public Health 1995;85: Burnett RT, Dales R, Krewski D, et al, Association between ambient particulate sulfate and admissions to Ontario hospitals for cardiac and respiratory diseases. Am J Epidemiol 1995; 142: Poloniecki JD, Atkinson RW, De Leon AP, Anderson HR, Daily time series for cardiovascular hospital admissions and previous day's air pollution in London, UK. Occup Environ Med 1997 Aug;54(8): Schwartz J. Air pollution and hospital admissions for heart disease in eight U.S. counties. Epidemiology 1999;10: Burnett RT, Smith-Doiron M, Stieb D, Cakmak S, Brook JR. Effects of particulate and gaseous air pollution on cardiorespiratory hospitalizations. Archives of Environmental Health 1999;54: Seaton A, MacNee W, Donaldson K Godden D. Particulate air pollution and acute health effects. Lancet 1995;345: Peters A, Doring A,Wichman HE, Koenig W. Increased plasma viscosity during an air pollution episode: a link to mortality? Lancet;349: Pekkanen J, Brunner EJ, Andersson HR, Tiittanen P, Atkinson RW. Daily concentrations of air pollution and plasma fibrinogen in London. Occup Environ Med 2000;57: Prescott GJ, Lee RJ, Cohen GR, Elton RA, Lee AJ, Fowkes FG, Agius RM. Investigation of factors which might indicate susceptibility to particulate air pollution. Occup Environ Med 2000;57: Seaton A, Soutar A, Crawford V, Elton R, McNerlan S, Cherrie J, Watt M, Agius R, Stout R. Particulate air pollution and the blood. Thorax 1999 Nov;54(11): Pope CA, Dockery DW, Kanner RE, et al. Oxygen saturation, pulse rate, and particulate air pollution. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 1999;159: Godleski JJ, Sioutas C, Verrier RL, et al. Inhalation exposure of canines to concentrated ambient air particles. Am J Resp Crit Care Med 1997;155:A Pope CA 3rd, Verrier RL, Lovett EG, Larson AC, Raizenne ME, Kanner RE, et al. Heart rate variability associated with particulate air pollution. Am Heart J 1999 Nov;138(5 Pt 1): Liao D, Creason J, Shy C, Williams R, Watts R, Zweidinger R. Daily variation of particulate air pollution and poor cardiac autonomic control in the elderly. Environ Health Perspect Jul;107(7): Gold DR, Litonjua A, Schwartz J, Lovett E, Larson A, Nearing B, et al. Ambient pollution and heart rate variability. Circulation 2000 Mar 21;101(11): Peters A, Liu E, Verrier RL, Schwartz J, Gold DR, Mittleman M, Baliff J, et al. Air pollution and incidence of cardiac arrhythmia. Epidemiology Jan;11(1): Watkinson WP, Campen MJ, Costa DL. Cardiac arrhythmia induction after exposure to residual oil fly ash particles in a rodent model of pulmonary hypertension. Toxicol Sci 1998 Feb;41(2): Fernlund P et al. Klinisk kemi i praktisk medicin. Studenlitteratur, Lund 1991, sid Ridker-PM Inflammation, atherosclerosis, and cardiovascular risk: an epidemiologic view. Blood-Coagul- Fibrinolysis Feb; 10 Suppl 1: S Claiborn C, Larson T, Sheppard L. Testing the metals hypothesis in Spokane, Washington. Environmental Health Perspective Aug; 110 suppl 4: Johansson C et al. Mätningar och beräkningar av vedeldningens påverkan på luftföroreningshalter, Del 2 Växjö. ITM 2004, rapport 125, Institutet för tillämpad miljöforskning, Stockholm. 22. Omstedt G, Gidhagen L, Langner J. Spridning av förbränningsemissioner från småskalig biobränsleeldning- analys av PM2.5 data från Lycksele med hjälp av två Gaussiska spridningsmodeller. SMHI 2002, rapport nr