Vliv dlouhodobé expozice znečištěnému ovzduší na kardiopulmonální mortalitu

Mgr. Andrea DALECKÁ

Doctoral thesis

The impact of long-term exposure of air pollution on cardiopulmonary mortality

Abstract:

Rationale: Air pollution has been identified as a global health threat, which extensively contributes to lung function decline and shortening of life expectancy. The aim of the study was to investigate the association of long-term air pollution exposure and reduced lung function on cardiopulmonary mortality (CPM). Furthermore, the mediated effect of the reduced lung function was tested in the causal association of air pollution and CPM. Methods: Data from the SALIA (Study of the effect of Air pollution on Lung function, Inflammation and Aging) study cohort of elderly women (aged 51-56 years at baseline) with a 22-year follow-up for cardiopulmonary mortality, as indicated on the death certificate was used for this analysis. Lung function was performed at baseline (1985-1994). Long-term average concentrations of pollutants (PM10, PM2.5, PM2.5absorbance, NO2 and NOx) were modelled by land-use regression for the follow-up period (2008-2009) and back extrapolated to baseline addresses according to the ESCAPE protocols. In this study, multivariable Cox proportional hazards models to examine the association of long-term air pollution exposure and reduced lung function with CPM in women was performed. Moreover, the causal mediation analysis models were fitted to test a mediated effect of the lung function in the air pollution-induced cardiopulmonary mortality. The results are expressed as hazard ratios (HR) with corresponding 95% confidence intervals (CI). The analysis were conducted in statistical program R, version 4.0.2. Results: Survival analysis showed that reduced lung function (GLI z-scores of FVC or FEV1 below 5% cut-off) reflected significantly lower survival from cardiopulmonary mortality (p<0.0001). Moreover, long-term exposures to NOx and NO2 were associated with increased risks of CPM (eg. HR = 1.215; 95%CI: 1.017-1.452 for IQR increase in NOx and HR = 1.209; 95%CI: 1.011-1.445 for IQR increase in NO2) after adjusting for potential covariates. Interactions between air pollution and reduced lung function were not significant. The mediation analysis showed significant indirect effects of NO2 and NOx on CPM mediated through reduced FEV1 and FVC. The largest indirect effects were found for exposures to NO2 (HR=1.037; 95%CI: 1.005-1.070) and NOx (HR=1.028; 95%CI: 1.004-1.052) mediated through reduced FVC. The mediated proportion effect ranged from 13.9% to 19.6% in fully adjusted models. Conclusion: This study provides insights into the mechanism of reduced lung function in association between long-term air pollution exposure and CPM. The mediated effect was substantial for exposure to nitrogen oxides (NOx and NO2), but less pronounced for PM10 and PM2.5.

Abstract:

Úvod: Znečištěné ovzduší je dle současného poznání považováno za zdravotní hrozbu, protože významně přispívá ke zhoršení plicních funkcí a zkrácení očekávané délky života. Cílem této práce bylo vyhodnocení asociace mezi dlouhodobou expozicí polutantům ovzduší a sníženými plicními funkcemi a kardiopulmonální mortalitou (KPM). Současně byl analyzován mediační (zprostředkující) vliv oslabených funkcí plic ve vztahu mezi expozicí ovzduší a KPM. Metody: Data zahrnující 2527 žen ve věku 51-56 let (v letech 1985-1994) byla získána z longitudinální kohortové studie SALIA (Study of the effect of Air pollution on Lung function, Inflammation and Aging) po 22 letech sledování. Expozice byly vyjádřeny ročními průměrnými koncentracemi PM10, PM2,5, PM2,5 absorbance, NO2 a NOx odhadnutými aplikováním plošného regresního modelování (dat z měření v letech 2008-2009) a následnou extrapolací koncentrací do období zahájení studie. Plicní funkce (FVC, FEV1) byly všem ženám měřeny při zahájení studie a získaná data byla interpretována pomocí z-skóre pro zachycení rozdílů věku a výšky účastníka. Adjustovaný multivariabilní Coxův model proporcionálních rizik byl využit k vyhodnocení kauzality vztahu mezi dlouhodobou expozicí polutantům ovzduší a snížených plicních funkcí na KPM stárnoucích žen. Následně byla provedena analýza mediace k určení mediačního (zprostředkující) efektu plicních funkcí v kauzálně potvrzené asociace mezi znečištěným ovzduším a KPM. Výsledky jsou vyjádřeny jako Hazard ratio (HR) s 95% intervalem spolehlivosti (IS). Data byla statisticky zpracována v programu R, verze 4.0.2. Výsledky: Analýza přežití prokázala, že ženy se zhoršenými plicními funkcemi (GLI z-skóre FVC a FEV1 <5% hodnot) vykazovaly nižší pravděpodobnost přežití na KPM (p<0,001). Dlouhodobé expozice NOx a NO2 byly spojeny se zvýšeným rizikem KPM (např. HR=1,215; 95% IS: 1,017-1,452 při nárůstu mezikvartilového rozpětí NOx a HR = 1,209; 95%CI: 1,011 - 1,445 při nárůstu mezikvartilového rozpětí NO2) po adjustaci na další přispívající faktory (věk, BMI, SES, kouření). Interakce mezi expozicemi částicím polétavého prachu a KPM nebyly po adjustaci statisticky významné. Výsledky analýzy mediace ukázaly statisticky významné nepřímé účinky NO2 a NOx na KPM zprostředkované sníženým FEV1 a FVC. Nejvýznamnější nepřímé účinky byly zjištěny ve vztahu expozic NO2 (HR=1,037; 95% IS: 1,005-1,070) a NOx (HR=1,028; 95% IS: 1,004-1,052) a KPM, který byl zprostředkován sníženým FVC. Mediace vztahu se v plně adjustovaném modelu pohybovala od 13,9 % do 19,6 %. Závěr: Závěry této studie přispívají k pochopení mechanismu účinku oslabených plicních funkcí ve vztahu mezi dlouhodobou expozicí znečištění ovzduší a KPM. Zprostředkující efekt plicních funkcí byl prokázán u expozic NOx a NO2 na KPM, zatímco u expozic PM10 a PM2.5 nebyl statisticky významný.

Keywords

Kardiopulmonální mortalita, Plicní funkce, Znečištění ovzduší, Analýza mediace, Analýza přežití

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 12. 3. 2021

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: RNDr. Vítězslav Jiřík, Ph.D.

University of Ostrava

Faculty of Medicine

Doctoral programme / field:
Public Health Care / Public Health Protection