Short-term vascular effects of air pollutants and low-to-high frequency noise: towards an advocacy for the transition of urban and transport systems

• Auteur / Autrice : Dikshya Maharjan
• Direction : Basile Chaix
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Epidémiologie
• Date : Inscription en doctorat le 30/09/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Pierre Louis de santé publique : épidémiologie et sciences de l'information biomédicale (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pierre Louis d'Epidémiologie et de Santé Publique
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Environnement, mobilité et santé

Mots clés

Mots clés libres

Pression artérielle

La pollution de l'air

Bruit

Etude par capteurs

Blood pressure

Air pollution

Noise

Sensor study

Résumé

La pollution de l'air est l'un des principaux facteurs de risque pour la santé dans le monde, responsable d'environ 7 millions de décès prématurés en 2019. Une étude a montré que les habitants de la métropole du Grand Paris subissent une perte de 8 mois de vie en bonne santé au cours de leur vie en raison de leur exposition au bruit lié aux transports, et que cette perte atteindrait 18 mois dans certaines municipalités. La plupart des études antérieures sur les effets de la pollution atmosphérique sur la pression artérielle ont utilisé des mesures ambiantes provenant de stations fixes, ou des mesures de l'exposition extérieure basées sur la résidence et dérivées de la surveillance par satellite, ou encore des modèles de régression de l'utilisation des sols. Les études sur le bruit ont utilisé des estimations résidentielles à partir de cartes de bruit. Toutes ces mesures négligent les variations spatiales et temporelles de l'exposition individuelle dues à la mobilité spatiale des personnes, au type de mode de transport utilisé, au temps passé dans différents environnements intérieurs, etc. En outre, les études précédentes reposant sur des moniteurs personnels n'ont pas tenu compte des doses de polluants atmosphériques inhalées (estimées dans ce projet à l'aide de données d'accélérométrie). Les études menées dans des contextes de vie quotidienne ont évalué la pression sonore globale, mais n'ont pas fait la distinction entre les composantes de fréquence du bruit, comme c'est le cas dans le projet MobiliSense. Dans cette étude, les participants ont été suivis avec des capteurs pendant 6 jours, portant un récepteur GPS, un accéléromètre, deux moniteurs de pollution de l'air différents (évaluant le carbone noir, les particules de taille spécifique, le monoxyde d'azote, le dioxyde d'azote, le monoxyde de carbone et l'ozone), et un dosimètre de bruit personnel.Très peu d'études à ce jour se sont appuyées sur la mesure ambulatoire de la pression artérielle pour étudier les effets à court terme de la pollution atmosphérique (et aucune pour le bruit). Visant à une compréhension plus approfondie des effets vasculaires, la présente étude considérera également ce que l'on appelle l'indice d'augmentation comme mesure de la réflexion des ondes sanguines (une onde se propageant vers l'arrière et réfléchie depuis les sites périphériques). Nous ne connaissons aucune étude de surveillance ayant testé l'hypothèse selon laquelle les polluants atmosphériques et le bruit urbains pourraient augmenter la pression artérielle centrale en raison de la réflexion des ondes. Comme les expositions aux polluants atmosphériques et au bruit sont corrélées, les études antérieures qui ignoraient l'un des deux ont probablement donné des estimations très biaisées des effets de la pollution atmosphérique ou des effets du bruit sur la tension artérielle. Les objectifs de cette thèse sont : - Évaluer si l'exposition personnelle au bruit est liée à la réponse aiguë de la pression artérielle. Il sera également examiné si le bruit basse fréquence et le bruit haute fréquence présentent des associations avec la réponse de la pression artérielle. - Déterminer si les polluants atmosphériques et l'exposition au bruit façonnent de manière interactive la réponse de la pression artérielle - Répliquer la même analyse pour les résultats suivants en fonction de leurs variations à court terme : pour ce que l'on appelle l'indice d'augmentation comme mesure de la réflexion des ondes sanguines ; et pour la pression artérielle centrale. - Intégrer un cadre longitudinal en modélisant simultanément les données de la vague 1 et de la vague 2 de l'étude. On évaluera si la sensibilité vasculaire aux polluants atmosphériques et au bruit a augmenté au fil du temps pour les individus ayant des expositions moyennes plus élevées. - Effectuer des calculs basés sur les données d'exposition disponibles et les modèles estimés pour en déduire des arguments potentiels en faveur du plaidoyer en faveur de la transformation des systèmes de transport et des systèmes urbains. Les analyses des mesures vasculaires seront basées sur un cadre de mesures répétées, utilisant des modèles mixtes ainsi que des modèles à effets fixes croisés. L'autocorrélation temporelle sera prise en compte. Les associations non linéaires potentielles seront modélisées avec des termes quadratiques et des modèles de régression par morceaux. Des modèles de régression multi-expositions (avec ajustement réciproque pour les différentes expositions) seront estimés. Pour remédier à leurs limites connues (par exemple, la multicolinéarité), nous emploierons des méthodes de mélange qui permettent d'estimer l'effet conjoint du mélange et les effets indépendants de ses composants individuels, par exemple le calcul G quantile et la régression automatique à noyau bayésien.

Air pollution is one of the major health risk factors worldwide, responsible for roughly 7 million premature deaths in 2019. A study reported that Grand Paris Metropolis inhabitants suffer a 8 month loss of life in good health over lifetime because of their transport-related noise exposure and that such a loss would reach 18 months in some municipalities. Most previous studies of air pollution effects on blood pressure used ambient measurements from fixed stations, or residence-based measures of outdoor exposure derived from satellite monitoring, land-use regression models. Noise studies have used residential estimates from noise maps. All these measures neglect the spatial and temporal variations in personal exposure due to the spatial mobility of people, the type of transport modes used, the time spent in various indoor environments, etc. Also, previous studies relying on personal monitors have ignored inhaled doses of air pollutants (as estimated in this project using accelerometry data). Studies in daily life contexts have assessed the overall sound pressure but have not distinguished between noise frequency components as done in MobiliSense. In this study, participants were followed with sensors over 6 days, wearing a GPS receiver, an accelerometer, two different air pollution monitors (assessing black carbon, size-speciated particulate matter, nitrogen monoxide, nitrogen dioxide, carbon monoxide, and ozone), and a personal noise dosimeter.Very few studies to date have relied on ambulatory blood pressure measurement to investigate short-term effects of air pollution (and none for noise). Aiming at a deeper understanding of vascular effects, the present study will also consider the so-called augmentation index as a measure of blood wave reflection (a backward propagating wave that is reflected from the peripheral sites). We are not aware of any monitoring study that tested the hypothesis that urban air pollutants and noise may increase central blood pressure because of wave reflection. As air pollutant and noise exposures are correlated, previous studies that ignored one of the two likely yielded severely biased estimates of air pollution effects, or of noise effects, on blood pressure. The aims of this thesis are: - To assess whether the personal exposure to noise is related to the acute blood pressure response. It will also be examined whether low frequency noise and high frequency noise show associations with the blood pressure response. - To investigate whether air pollutants and noise exposure interactively shape the blood pressure response - To replicate the same analysis for the following outcomes based on their short-term variations: for the so-called augmentation index as a measure of blood wave reflection; and for central blood pressure. - To incorporate a longitudinal framework by simultaneously modeling data from wave 1 and wave 2 of the study. It will be assessed whether the vascular sensitivity to air pollutants and noise has increased over time for individuals with higher average exposures. - To make calculations based on the available exposure data and estimated models to derive potential arguments for the advocacy to transform transport systems and urban systems. Analyses of vascular measurements will be based on a repeated measure framework, using mixed models as well as case-crossover fixed effect models. Temporal autocorrelation will be accounted for. Potential nonlinear associations will be modelled with quadratic terms and piecewise regression models. Multi-exposure regression models (with reciprocal adjustment for the different exposures) will be estimated. To address their known limitations (e.g., multicollinearity), we will employ mixture methods that permit to estimate the joint effect of the mixture and the independent effects of its individual components, e.g., quantile G-computation and Bayesian kernel machine regression.