Forschungshighlights:
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Zusammenfassung
Hintergrund
Die Exposition gegenüber feinen Partikeln (feine Partikel mit aerodynamischen Durchmessern ≤2,5 μm [PM2,5]) wurde mit einem Risiko für Herzrhythmusstörungen bei Erwachsenen in Verbindung gebracht. Der Zusammenhang zwischen PM2,5-Exposition und Herzrhythmusstörungen bei Jugendlichen bleibt jedoch unklar.
Methoden und Ergebnisse
Um den Zusammenhang und den zeitlichen Verlauf zwischen PM2,5-Exposition und Herzrhythmusstörungen bei Jugendlichen zu untersuchen, analysierten wir Daten von 322 Jugendlichen, die an der PSCC- Nachuntersuchung ( Penn State Child Cohort ) teilnahmen. Mit einem Nephelometer haben wir 24-Stunden-PM2-Konzentrationen auf individueller Ebene ermittelt. Gleichzeitig mit der PM2-Messung erhielten wir mit einem Holter-Monitor 24-Stunden-EKG-Daten, anhand derer Herzrhythmusstörungen, einschließlich vorzeitiger Vorhofkontraktionen und vorzeitiger ventrikulärer Kontraktionen (PVCs), identifiziert wurden. Die PM2-Konzentration und die Anzahl vorzeitiger Vorhofkontraktionen/PVC wurden in Segmenten basierend auf 30 Minuten zusammengefasst. Um die Auswirkung der PM2-Konzentration auf die Anzahl vorzeitiger Vorhofkontraktionen und PVCs zu bewerten, wurden verteilte Verzögerungspolynommodelle innerhalb eines negativen Binomialmodellrahmens verwendet.
Die Exposition gegenüber PM2,5 war mit einem akuten Anstieg der PVC-Anzahl verbunden.
Insbesondere war ein Anstieg der PM2,5-Konzentration um 10 μg/m3 mit einem Anstieg der PVC-Zahlen um 2 % (95 % KI, 0,4 %–3,3 %) von 0,5 auf 1,0, 1,0 auf 1,5 und 1,5 auf 2,0 Stunden nach der Exposition verbunden. Kumulativ war ein Anstieg der PM2 um 10 μg/m3 mit einem Anstieg der PVC-Zahlen um 5 % (95 % KI, 1 %–10 %) innerhalb von 2 Stunden nach der Exposition verbunden. Die PM2,5-Konzentration war nicht mit einer vorzeitigen Vorhofkontraktion verbunden.
Schlussfolgerungen
Die Exposition gegenüber PM2,5 war bei einer Stichprobe von Jugendlichen mit einem akuten Anstieg der Anzahl ventrikulärer Arrhythmien verbunden . Der zeitliche Verlauf der Wirkung von PM2 auf ventrikuläre Arrhythmien liegt innerhalb von 2 Stunden nach der Exposition.
Kommentare
Laut einer neuen Studie, die im Journal of the American Heart Association , einem von Experten begutachteten Open-Access -Journal, veröffentlicht wurde, können Atempartikel (d. h. winzige Partikel, die in der Luft schweben) durch Luftverschmutzung bei gesunden Jugendlichen unregelmäßige Herzrhythmen ( Arrhythmien) auslösen. von Kollegen der American Heart Association.
Während die negativen kardiovaskulären Auswirkungen der Luftverschmutzung bei Erwachsenen bereits nachgewiesen wurden, ist diese Studie die erste, die die Auswirkungen der Luftverschmutzung auf Jugendliche in der Allgemeinbevölkerung untersucht.
„Obwohl relativ selten, können unregelmäßige Herzrhythmen bei gesunden Jugendlichen und jungen Erwachsenen zum plötzlichen Herztod führen. „Unsere Ergebnisse, die Luftverschmutzung mit unregelmäßigen Herzrhythmen in Verbindung bringen, legen nahe, dass Partikel zum Risiko eines plötzlichen Herztodes bei jungen Menschen beitragen können“, sagte Fan He, Ph.D., Hauptautor der Studie und Dozent für öffentliche Gesundheitswissenschaften. an der University of Pennsylvania. State Medical College in Hershey, Pennsylvania. „Angesichts der Tatsache, dass Herz-Kreislauf-Erkrankungen aus der Kindheit und Jugend bis ins Erwachsenenalter fortbestehen und das Risiko schwerer Herz-Kreislauf-Erkrankungen im späteren Leben beeinflussen können, sollte die Identifizierung veränderbarer Risikofaktoren für Herzrhythmusstörungen, die bei Jugendlichen zum plötzlichen Herztod führen können, von großem öffentlichem Interesse sein.“
Die Studie untersuchte den Einfluss des Einatmens feiner Partikel auf die Herzfrequenz von Jugendlichen. Feine Partikel (PM2,5) haben eine Größe von weniger als 2,5 Mikrometern und können leicht tief in die Lunge eingeatmet werden und sogar in den Blutkreislauf gelangen. Partikel, die kleiner als 2,5 Mikrometer sind, stehen normalerweise im Zusammenhang mit der Kraftstoffverbrennung, beispielsweise Partikel aus Autoabgasen oder Waldbränden . Sobald Schadstoffe eingeatmet werden, reizen sie die Lunge und die Blutgefäße rund um das Herz, und frühere Untersuchungen deuten darauf hin, dass Schadstoffe im Laufe der Zeit den Krankheitsprozess in den Arterien verstärken.
Die Forscher untersuchten die Auswirkungen der Feinstaubbelastung durch die Atemluft auf zwei Arten unregelmäßiger Herzrhythmen, die durch eine vorzeitige Kontraktion des Herzmuskels (Extrasystole) gekennzeichnet sind. Bei vorzeitigen Vorhofkontraktionen (PAC) entsteht der Herzschlag in den Vorhöfen (oberen Herzkammern). Dies verursacht in der Regel keine Symptome oder Schäden; Allerdings werden vorzeitige und häufige Vorhofkontraktionen mit einem erhöhten Risiko für Vorhofflimmern in Verbindung gebracht, einer schweren Form der Arrhythmie, bei der die oberen Kammern zittern, anstatt effektiv zu schlagen, was das Risiko von Blutgerinnseln und Schlaganfällen erhöht. . Vorzeitige ventrikuläre Kontraktionen (PVCs) treten auf, wenn der Herzschlag von einem der Ventrikel (unteren Herzkammern) ausgeht. Diese erhöhen auch das Risiko, später einen Herzinfarkt, Schlaganfall, eine Herzinsuffizienz oder einen plötzlichen Herztod zu erleiden.
Wenn vorzeitige Wehen keine Symptome verursachen, werden sie nicht behandelt. Wenn sie jedoch häufig auftreten und häufig das Gefühl von Herzstillstand, Herzrasen oder Herzklopfen hervorrufen, kann eine Behandlung mit Medikamenten, Geräten oder implantierbaren Verfahren empfohlen werden.
Die Forscher analysierten Gesundheitsdaten von 322 Jugendlichen (Durchschnittsalter 17 Jahre; 56 % Männer; 79 % nicht-hispanische weiße Jugendliche), die in Zentral-Pennsylvania lebten und an einer Nachuntersuchung im Rahmen der Penn State Child Cohort-Studie teilnahmen. In dieser zwischen 2002 und 2006 durchgeführten Studie wurden zunächst Kinder im Alter von 6 bis 12 Jahren rekrutiert. Die in dieser Studie analysierten Daten überprüften die Ergebnisse der Nachuntersuchung fast 7,5 Jahre später (2010–2013).
Diese Gruppe von Kindern hatte keine schwerwiegenden Herz-Kreislauf-Erkrankungen und galt als risikoarm für Herzrhythmusstörungen. In der Folgestudie maßen die Forscher gleichzeitig 24 Stunden lang die Belastung durch feine Partikel in der Luft, die jeder Teenager einatmete (mit einem Gerät namens Nephelometer), und zeichneten mit einem kleinen Gerät EKG-Aufzeichnungen des Herzrhythmus jedes Teenagers auf. tragbarer Monitor namens Holter-Monitor.
Die in der Studie gemessene durchschnittliche PM2,5-Konzentration betrug etwa 17 Mikrogramm Partikel pro Kubikmeter Luft (µg/m3) und Tag und liegt damit deutlich unter dem gesundheitsbezogenen Luftqualitätsstandard von 35 µg/m3. m3 wurde von der US-Umweltschutzbehörde (EPA) festgelegt.
Die Studie ergab:
- 79 % der Teilnehmer hatten während des 24-stündigen Studienzeitraums mindestens einen unregelmäßigen Herzschlag. Von dieser Gruppe hatten 40 % nur vorzeitige Vorhofkontraktionen, 12 % hatten nur vorzeitige ventrikuläre Kontraktionen und 48 % hatten beides.
- Bei jedem Anstieg des PM2,5-Gehalts um 10 µg/m3 wurde innerhalb von zwei Stunden nach der Exposition ein Anstieg der Anzahl vorzeitiger ventrikulärer Kontraktionen um 5 % beobachtet.
- Es wurde kein Zusammenhang zwischen der Feinstaubkonzentration und der Anzahl atrialer Extrasystolen gefunden.
„Es ist alarmierend, dass wir einen so erheblichen Einfluss der Luftverschmutzung auf Herzrhythmusstörungen beobachten konnten, wenn die Luftqualität innerhalb der von der EPA festgelegten Gesundheitsstandards blieb. „Es könnte darauf hindeuten, dass Jugendliche, die in stark verschmutzten Gebieten wie Innenstädten leben, einem noch größeren Risiko ausgesetzt sind“, sagte sie.
Die Ergebnisse stimmten mit Daten überein, die diese Forscher und andere zuvor mit ähnlichen Methoden bei Erwachsenen erhoben hatten, obwohl der Anstieg vorzeitiger ventrikulärer Kontraktionen bei Erwachsenen sogar noch größer war. Die Verringerung des Risikos unregelmäßiger Herzrhythmen bei Jugendlichen könne das Risiko einer Herzerkrankung im Erwachsenenalter verringern, so die Autoren der Studie.
„Unsere Studie ergab, dass Luftverschmutzung das Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen und plötzlichen Herztod erhöht , selbst bei gesunden Jugendlichen“, sagte er. „Schutzmaßnahmen wie das Tragen von Masken und das Vermeiden intensiver körperlicher Aktivitäten können an Tagen mit hoher Partikelkonzentration, insbesondere während der morgendlichen Stoßzeiten, gerechtfertigt sein.“
Der wirksamste Weg, die Belastung aller Menschen durch Luftverschmutzung zu verringern, sei die Unterstützung strengerer Luftqualitätsvorschriften im ganzen Land, sagte der ehrenamtliche Experte der American Heart Association, Robert D. Brook, MD, FAHA, Professor für Medizin. an der Wayne State University in Detroit. Brook ist Mitautor mehrerer wissenschaftlicher Stellungnahmen der American Heart Association zur Luftverschmutzung.
„Die PM2,5-Werte sind seit den 1970er und 1980er Jahren aufgrund von Vorschriften dramatisch gesunken, die sicherlich mit verbesserten Auswirkungen auf die Gesundheit und die Lebenserwartung verbunden waren“, sagte Brook. „In einer aktuellen wissenschaftlichen Stellungnahme der AHA mit dem Titel „Persönliche Schutzmaßnahmen gegen die Exposition gegenüber partikulärer Luftverschmutzung“ beschreiben wir Strategien und Aktivitäten oder Verhaltensänderungen, die die Schadstoffexposition reduzieren können, wie z. B. tragbare Luftfilter, Gesichtsmasken, Atemschutzmasken und Bewegung außerhalb der Spitzenzeiten . Es gibt jedoch keine Studien, die belegen, dass diese Maßnahmen tatsächlich negative klinische Auswirkungen auf die Gesundheit, wie zum Beispiel Herzinfarkte, verhindern können.“
Laut einer Grundsatzerklärung der American Heart Association aus dem Jahr 2020 , in der eine globale Studie zitiert wird, wird allgemein anerkannt, dass die Luftverschmutzung maßgeblich zu Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Todesfällen beiträgt. Im Jahr 2017 wurde die Belastung durch Feinstaub in der Luft schätzungsweise mit mehr als 7 Millionen vorzeitigen Todesfällen und dem Verlust von 147 Millionen gesunden Lebensjahren weltweit verbunden. Der Verband empfiehlt die Weiterentwicklung evidenzbasierter politischer Ansätze, weitere Investitionen in die Forschung sowie verstärkte Innovationen und transformative Partnerschaften, um die kardiovaskuläre Belastung durch Luftschadstoffe in den USA zu verringern.
„Der interessanteste und bedeutendste Aspekt dieser Studie ist eindeutig, dass die Ergebnisse bei gesunden jungen Jugendlichen gefunden wurden“, sagte Brook. „Die Studie stützt die Befürchtungen, dass selbst gesunde junge Menschen nicht immun gegen schädliche kardiovaskuläre Reaktionen auf PM2,5 und Expositionsniveaus innerhalb der von der EPA festgelegten 24-Stunden-Nationalen Luftqualitätsstandards sind.“ „Es ist plausibel, dass die Ergebnisse dazu beitragen, den möglichen Grund für den Zeitpunkt des Auftretens von Herzrhythmusstörungen und sogar des plötzlichen Todes bei einigen anfälligen jungen Menschen zu erklären.“
Dr. He und seine Kollegen untersuchen derzeit die Auswirkungen der Luftverschmutzung auf andere Marker der elektrischen Herzaktivität. Diese Studie war dadurch eingeschränkt, dass die Auswirkungen der Luftverschmutzung auf verschiedene Subtypen vorzeitiger ventrikulärer Kontraktionen nicht analysiert werden konnten, was Kardiologen helfen könnte, besser zu verstehen, wie sich Luftverschmutzung auf die Herzfunktion auswirkt. Die Ergebnisse dieser Studie bei Jugendlichen sind möglicherweise nicht auf jüngere Kinder übertragbar.
Klinische Perspektive
Was ist neu?
Die aktuelle Studie ist die erste ihrer Art, die einen akuten Zusammenhang zwischen Feinstaub-Luftverschmutzung mit aerodynamischen Durchmessern ≤2,5 μm und ventrikulären Arrhythmien in einer Bevölkerungsstichprobe von Jugendlichen zeigt.
Der zeitliche Verlauf der Auswirkung der Luftverschmutzung auf die ventrikuläre Arrhythmie lag innerhalb von ca. 2 Stunden nach der Exposition.
Was sind die klinischen Implikationen?
Aufgrund der allgegenwärtigen und unfreiwilligen Natur der Luftverschmutzung können Maßnahmen zur Luftreinhaltung ergriffen werden, um das Risiko von Herzrhythmusstörungen bei Jugendlichen zu verringern.
Die Verringerung des Risikos von Herzrhythmusstörungen im Jugendalter kann die Belastung durch Herz-Kreislauf-Erkrankungen bei Erwachsenen weiter verringern, da eine frühzeitige Prävention von Herz-Kreislauf-Erkrankungen schon früh im Leben wichtig ist.
plötzlichen Herztod
Der plötzliche Herztod (SCD) ist eine große Bedrohung für die öffentliche Gesundheit. Es wird geschätzt, dass SCD etwa 50 % aller Todesfälle im Zusammenhang mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen und 15 % bis 20 % der Gesamtmortalität in westlichen Ländern ausmacht. Obwohl SCD relativ selten ist, hat es bei gesunden Kindern und Jugendlichen, darunter auch Spitzensportlern, verheerende Auswirkungen auf deren Familien. Darüber hinaus ist die Belastung der öffentlichen Gesundheit im Zusammenhang mit SCD bei jungen Menschen angesichts der großen Anzahl verlorener Lebensjahre nicht unerheblich. Infolgedessen wurden die Ursachen von SCD bei Kindern und Jugendlichen umfassend untersucht. Im Gegensatz zu älteren Erwachsenen, bei denen die atherosklerotische koronare Herzkrankheit die Hauptursache für SCD ist, ist Herzrhythmusstörung bei jungen Menschen einer der wichtigsten Risikofaktoren für SCD. Beispielsweise ist ein Drittel der SCD bei Kindern und jungen Erwachsenen auf ungeklärte SCD (d. h. SCD ohne erkennbare Ursache nach einer vollständigen Autopsie) zurückzuführen, die hauptsächlich auf Herzrhythmusstörungen zurückzuführen ist. Daher ist es für die öffentliche Gesundheit von großer Bedeutung, modifizierbare Risikofaktoren für Herzrhythmusstörungen bei Kindern und Jugendlichen zu identifizieren.
Das Auftreten von Herzrhythmusstörungen kann auf eine Beeinträchtigung des kardialen autonomen Gleichgewichts, systemische Entzündungen und oxidativen Stress zurückgeführt werden. Aufgrund dieser biologischen Prozesse ist es plausibel, dass die PM2-Exposition auch mit einem erhöhten Risiko für Herzrhythmusstörungen einhergeht . Tatsächlich wurde der Zusammenhang zwischen PM2 und Herzrhythmusstörungen in epidemiologischen Studien bei Erwachsenen beobachtet, die auf Mortalitätsdaten, mit einem implantierbaren Kardioverter-Defibrillator erfassten Arrhythmie-Episoden und EKG-Überwachung basierten. Beispielsweise wurde eine langfristige PM2-Exposition mit einer erhöhten Sterblichkeit aufgrund von Herzrhythmusstörungen in Verbindung gebracht , insbesondere bei Rauchern. Darüber hinaus wurde eine akute PM2-Exposition mit einem erhöhten Risiko für Vorhofflimmern in Verbindung gebracht, das von einem implantierbaren Kardioverter-Defibrillator innerhalb weniger Stunden nach der Exposition registriert wurde16. Sowohl bei der allgemeinen Erwachsenenbevölkerung als auch bei Patienten mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen wurde die Exposition gegenüber Umweltpartikeln auch mit ventrikulären Arrhythmien bei der EKG-Überwachung in Verbindung gebracht.
Obwohl diese Studien überzeugende Beweise dafür lieferten, dass die PM2-Exposition ein Risikofaktor für Herzrhythmusstörungen ist, wurden fast alle an Erwachsenen durchgeführt, einschließlich Patienten mit vorbestehenden Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Daher können die Ergebnisse nicht auf Bevölkerungsgruppen mit geringem Risiko übertragen werden, beispielsweise auf Jugendliche, die keine zugrunde liegenden Herz-Kreislauf-Erkrankungen haben. Angesichts der überragenden Bedeutung von Arrhythmien für die Ursache von SCD bei jungen Menschen besteht ein dringender Bedarf zu verstehen, ob PM2-Exposition bei jungen Menschen Herzrhythmusstörungen auslöst.
Daher haben wir diese Studie durchgeführt, um den Zusammenhang zwischen der PM2,5-Konzentration in der Umgebungsluft und Herzrhythmusstörungen in einer Stichprobe von Jugendlichen zu untersuchen. Unsere Hypothese ist, dass der erhöhte PM2,5-Wert mit einem akuten Anstieg der Anzahl von Herzrhythmusstörungen innerhalb weniger Stunden nach der Exposition verbunden ist.
Co-Autoren sind Jeff D. Yanosky, Sc.D.; Julio Fernández-Mendoza, Ph.D.; Vernon M. Chinchilli, Ph.D.; Laila Al-Shaar, Ph.D.; Alexandros N. Vgontzas, MD; Edward O. Bixler, Ph.D.; und Duanping Liao, MD, Ph.D.
