The sensor-based approaches to better estimate the relationship between the exposure to air pollution and the acute blood pressure response

Titre traduit

Les approches basées sur des capteurs pour mieux estimer la relation entre l'exposition à la pollution de l'air et la réponse aiguë de la pression artérielle
Résumé

Introduction : La pollution atmosphérique est connue comme un déterminant de la pression artérielle, et peut avoir des effets néfastes sur la santé humaine via sa contribution sur l’incidence d’une hypertension artérielle chronique. Si son effet long terme sur la pression artérielle a été largement étudié, l'effet à court terme, qui a une importance mécanistique, est encore mal compris. De plus, les études précédentes n'ont pas pris en compte l'effet synergique que les mélanges différents polluants de l’air peuvent avoir sur la pression artérielle. Objectif : Notre premier projet était de quantifier le niveau d'exposition personnelle (concentrations et doses inhalées) au carbone suie dans différents modes de transport étudiés au niveau de trajets avec un mode unique (n=7497) chez 283 participants. Dans une seconde étude, nous avons évalué l'association entre les expositions à court terme au carbone suie et la pression artérielle ambulatoire (n = 6772) chez 245 individus. Dans une troisième analyse, nous avons évalué l'effet conjoint d’un mélange de polluants de l’air sur la pression artérielle ambulatoire (n = 3319 mesures ) chez 221 participants. Méthodes : Nous avons étudié les déplacements des individus en traitant des données collectées au moyen de traceurs GPS et d’une enquête de mobilité par téléphone. Les concentrations de polluants ont été mesurées au moyen de capteurs ambulatoires. Les doses inhalées de polluants atmosphériques ont été dérivées en tenant compte du taux de ventilation estimé au moyen de données d'accélérométrie. Les méthodes utilisées pour l’analyse comprennent des régressions linéaires multiniveaux, un modèle de prédiction par forêt aléatoire et des modèles de quantile G computation. Résultats : Nous avons constaté que les étapes de déplacement impliquant les transports publics, les véhicules motorisés privés et le vélo exposaient les participants à une concentration plus élevée de carbone suie par rapport aux à pied. En revanche, les étapes de déplacement en vélo présentaient des doses inhalées de carbone suie plus élevées pour chaque 30 minutes de déplacement par rapport à tous les autres modes, en raison de l'augmentation du taux de ventilation pendant la pratique du vélo. Nous avons observé que l'amplitude des associations positives entre l'exposition au carbone suie et la pression artérielle diminuait progressivement avec l'augmentation de la période d'exposition prise en compte de 5 minutes à 1 heure avant les mesures de pression artérielle. Une augmentation de 1μg/m3 de l'exposition au carbone suie pendant 5 minutes augmentait la pression artérielle systolique et diastolique de 0,57 mmHg et 0,36 mmHg. L'augmentation d’un quartile du mélange de concentrations de polluants atmosphériques (carbone suie, monoxyde et dioxyde d’azote, monoxyde de carbone et ozone) dans des fenêtres d’exposition de 5 minutes à 1 heure précédant la mesure était associée à des élévations de la pression artérielle systolique allant de 1,40 mmHg à 2,13 mmHg. Conclusion : Nos résultats montrent que la prise en compte de doses inhalées plutôt que de concentrations pourrait aider à surmonter les erreurs de classification de l'exposition en particulier dans le microenvironnement des transports. Ces résultats sont les premiers du genre, car la majorité des études précédentes ont évalué les relations dose-réponse entre l'exposition à des polluants de l’air singuliers et la pression artérielle et sans prendre en compte les mélanges de polluants. Dans l'ensemble, ces résultats permettent de formuler l’hypothèse que l’exposition à la pollution de l’air jour après jour sur des mois et des années entraîne des réponses aiguës répétées de la pression artérielle susceptibles de conduire à une hypertension artérielle chronique. Cela soulignent l'importance de réduire la pollution atmosphérique environnementale anthropique en milieu urbain pour promouvoir la santé cardiovasculaire de la population adulte.

mots clés

Résumé

Introduction: Air pollution is known as blood pressure (BP) determinant, which supports the hypothesis that air pollution both directly and indirectly has detrimental effects on human health via hypertension. According to the Lancet’s report, the global prevalence of hypertension is expected to reach 1.56 billion by 2025, which is a 60% increase compared to 2020. In 2018, the WHO estimated that 9 out of 10 people worldwide breathe polluted air, and ambient air pollution accounts for 4.2 million deaths yearly. While the long-term (annual exposure) effect of air pollution on BP has been extensively studied and is of great concern, the short-term (minutes to hourly exposure) effect is still poorly understood. Furthermore, previous studies assessing the relationship did not consider the synergistic effect that air pollution mixtures may have on BP. Objective: Based on the data collected by the MobiliSense sensor-based study, our first project was to quantify the level of personal exposure (concentration and inhaled doses) to black carbon (BC) across different transport modes at the trip stage level (n = 7497) in 283 participants in the Grand Paris region. Secondly, we evaluated the association between short-term exposures to BC and ambulatory BP (n = 6772) as 245 individuals go about their ordinary lives. Finally, we assessed the joint effect of air pollution mixture on ambulatory BP (n = 3319) among 221 participants. Methods: The MobiliSense study used several sensor devices to monitor personal exposures (air pollutants and noise) and to measure different physiological parameters (BP, heart rate, breathing rate, and physical activity). We tracked individuals’ whereabouts by processing the personally collected GPS data parallel to the phone-based mobility survey. Inhaled doses of air pollutants were derived from the ventilation rate estimated based on metabolic equivalents from accelerometry. The methods used include multilevel linear regressions, binomial multilevel model (log link) estimated with the Markov chain Monte Carlo method, random forest prediction model, and quantile G-computation models. Results: Three articles are incorporated into this thesis. We found that trip stages involving public transport, private motorized vehicles, and biking exposed participants to high black carbon (BC) concentration compared to walking trip stages. In contrast, biking trip stages had higher inhaled doses of BC per 30 minutes compared to all other modes due to the increased level of ventilation rate during biking. We observed that the magnitude of associations between BC exposure and BP gradually decreased with the increase in exposure averaging period from 5-minute to 1 hour before BP measurements, where previous 5-minute BC exposure increased systolic and diastolic BP by 0.57 mmHg and 0.36 mmHg per 1-μg/m3 respectively. Likewise, per quartile increase in air pollutants concentration (BC, nitrogen dioxide, nitrogen monoxide, carbon monoxide and ozone) mixture in the previous 5-minute to 1-hour windows were associated with systolic BP elevations decreasing from 1.40 mmHg to 2.13 mmHg, and similar results were observed for inhalation mixtures. Conclusion: Our findings support that using inhaled doses over concentrations might help overcome the exposure misclassification and improve the accuracy of effect estimates while assessing associations of air pollution exposure in the transport microenvironment with health risks. These findings are the first of a kind, as most previous studies evaluated dose-response relationships between air pollution exposure and health events only considering concentrations of air pollutants, assuming that the volume of air pollution entering individuals' lungs is independent of ventilation rate. Overall, these results highlight the importance of reducing anthropogenic air pollution in urban settings to promote cardiovascular health among the adult population.

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