Dokument: Ambient Air Pollution and Diabetes Mellitus: Investigations into Pathways of Inflammation and Altered Metabolism

Titel:	Ambient Air Pollution and Diabetes Mellitus: Investigations into Pathways of Inflammation and Altered Metabolism
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=55316
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20210202-143701-1
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Lucht, Sarah [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 2,88 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 27.01.2021 / geändert 27.01.2021
Beitragende:	Prof. Dr. med. Hoffmann, Barbara [Gutachter] Prof. Dr. med. Icks, Andrea [Gutachter] Prof. Dr. med. Nowak, Dennis [Gutachter]
Stichwörter:	Epidemiology, Air Pollution, Diabetes Mellitus, Metabolism, Particulate Matter
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	Increasing evidence shows a potential link between ambient air pollution exposure and diabetes mellitus (DM), but few studies have investigated whether air pollution exposure alters diabetes-associated biological markers prior to DM development. Additionally, mediation analyses on the topic are rare. The main objectives of this dissertation were to investigate associations between short-, medium-, and long-term air pollution exposure and biomarkers of glucose metabolism and inflammation; to estimate the associations between total and source-specific air pollution exposure and 10-year incidence of DM; and to evaluate the role of inflammatory and metabolic biomarkers as potential mediators of the association between air pollution exposure and incident DM. Participant data from the examinations (t0: 2000-2003; t1: 2006-2008; t2: 2011-2015) of the prospective Heinz Nixdorf Recall cohort study was utilized in all analyses. Residential air pollution exposures were estimated for each participant at a resolution of 1 km2 using the European Air Pollution Dispersion chemistry transport model which produces hourly estimates of particulate matter (PM2.5, aerodynamic diameter ≤ 2.5 μm; PM10, aerodynamic diameter ≤ 10 μm), nitrogen dioxide (NO2), and accumulation mode particle number concentration (PNAM, aerodynamic diameter between 0.1 and 1.0 μm). Short- (1- to 7-d), medium- (14- to 182-d), and long-term (365-d) mean total and source-specific (traffic, industry) air pollution exposures were calculated for time windows prior to examination. For the analyses on glucose metabolism biomarkers (fasting blood glucose, glycated hemoglobin A1c [HbA1c]) and inflammation (adiponectin, interleukin-1 receptor antagonist [IL-1RA], high sensitivity C-reactive protein [hsCRP], fibrinogen), we analyzed repeated measures data from non-diabetic patients at t0 and t1 using linear mixed models with random participant intercepts. Relative risks (RR) for the association between baseline total and source-specific air pollution exposures and incident DM at t2 were estimated using Poisson regression models with robust variance estimators. Natural direct and indirect effects were estimated for the potential mediating biomarkers (adiponectin, IL-1RA, hsCRP) using mediation techniques. All models were adjusted for potential confounding variables, which were identified based on prior knowledge and directed acyclic graphs. Medium-term exposure to PM10, PM2.5, and PNAM was associated with increased blood glucose (e.g., 28-d PM2.5: 0.91 mg/dL [95% Confidence Interval (CI): 0.38, 1.44] per 5.7 μg/m3) and HbA1c levels (e.g., 91-d PM2.5: 0.07 percentage points [95% CI: 0.04, 0.10] per 4.0 μg/m3) in persons without diabetes. We observed negative associations between medium-term air pollution and adiponectin (e.g., 91-d PNAM: -2.51% change [95% CI: -3.40%, -1.53%] per 1,349 particles/mL); positive associations between short-, medium-, and long-term air pollution and IL-1RA; positive associations between long-term air pollution and hsCRP; and a mix of positive and negative associations between air pollution and fibrinogen. Long-term AP exposures for all pollutants were associated with increased risk of incident DM, with strongest associations for PM10 and PNAM (e.g., RR for PNAM: 1.29 [95% CI: 1.09, 1.52] per 494 particles/mL). Traffic- and industry-specific air pollution was associated with increased DM risk for all air pollutants, though associations were weaker for industry-specific PM. Mediation analyses showed mediation through decreased adiponectin levels for the associations between PM10, PNAM and incident DM (proportion mediated: 28.7% for PM10). Harmful effects of air pollution exposure on cardiometabolic health may be apparent as early as days and weeks after exposure, with long-term changes in biological parameters playing a potential role in the increasing DM risk. These results add to a growing literature supporting that stricter regulations for decreasing air pollution levels could lower DM incidence. Eine steigende Anzahl von Studien zeigt einen Zusammenhang zwischen der Belastung durch Luftverschmutzung und einem erhöhten Risiko für Diabetes mellitus (DM). Unbekannt ist, ob Luftverschmutzung möglicherweise schon vor dem Eintritt einer manifesten Diabetes-Erkrankung mit Biomarkern für einen gestörten Glukosestoffwechsel assoziiert ist. Die primären Ziele dieser Dissertation waren, (1) die Zusammenhänge zwischen kurz-, mittel-, und langfristiger Luftverschmutzung und Biomarkern der Glukoseregulation und einer Entzündungsreaktion zu untersuchen, (2) die Assoziation zwischen allgemeinen und quellenspezifischen Expositionen und der 10-Jahre DM-Inzidenz zu schätzen sowie (3) die Rolle von Entzündungs- und Stoffwechselmarkern als potenzielle Mediatoren zwischen Luftverschmutzung und der DM-Inzidenz zu untersuchen. In allen Analysen wurden Teilnehmerdaten aus den Untersuchungen (t0: 2000-2003; t1: 2006-2008; t2: 2011-2015) der prospektiven Heinz Nixdorf Recall-Kohortenstudie verwendet. Für alle Teilnehmer wurde die stündliche Exposition von Feinstaub (PM2.5, aerodynamischer Durchmesser ≤ 2.5 μm; PM10, aerodynamischer Durchmesser ≤ 10 μm), Stickstoffdioxid (NO2), und Partikelanzahlkonzentration (PNAM, aerodynamischer Durchmesser zwischen 0.1 und 1.0 μm) an der Wohnadresse mithilfe des European Air Pollution Dispersion Chemie-Transport-Modells ermittelt. Mittelwerte für allgemeine und quellenspezifische (Verkehr, Industrie) Expositionen wurden als kurz- (1- bis 7-Tage), mittel- (14- bis 182-Tage), und langfristige (365-Tage) Expositionen vor der Blutabnahme berechnet. Wir analysierten wiederholte Messungen von Glukose-Biomarkern (Glukose, glykosilierte Hämoglobin [HbA1c]) und Entzündungsmarkern (Adiponectin, Interleukin-1 Rezeptorantagonist [IL-1RA], hochsensitives C-reaktives Protein [hsCRP], Fibrinogen) von Nichtdiabetikern bei t0 und t1 unter Verwendung von linearen gemischten Modellen mit zufälligem Achsenabschnitt pro Proband. Die relativen Risiken für den Zusammenhang zwischen der allgemeinen und quellenspezifischen Luftverschmutzung und der Inzidenz von DM zu t2 wurden unter Verwendung von Poisson-Regressionsmodellen mit robusten Varianzschätzern berechnet. Mittels Mediationsanalyse wurden natürliche direkte und indirekte Effekte für Adiponectin, IL-1RA, und hsCRP geschätzt. Alle Modelle wurden um potenzielle Störvariablen bereinigt, die auf der Grundlage von Vorwissen und gerichteten azyklischen Graphen identifiziert wurden. Mittelfristige PM10, PM2.5, und PNAM Expositionen waren mit erhöhtem Blutzucker (z.B. 28-Tage PM2.5: 0.91 mg/dL [95% Konfidenzintervall (CI): 0.38, 1.44] pro 5.7 μg/m3) und HbA1c (z.B. 91-Tage PM2.5: 0.07 Prozentpunkte [95% CI: 0.04, 0.10] pro 4.0 μg/m3) assoziiert. Wir beobachteten negative Zusammenhänge zwischen mittelfristiger Luftverschmutzung und Adiponectin (z.B. 91-Tage PNAM: -2.51% [95% CI: -3.40%, -1.53%] pro 1,349 Partikeln/mL); positive Zusammenhänge zwischen kurz-, mittel- und langfristiger Luftverschmutzung und IL-1RA; positive Zusammenhänge zwischen langfristiger Luftverschmutzung und hsCRP; und positive wie negative Zusammenhänge zwischen Luftverschmutzung und Fibrinogen. Langzeit-Exposition gegenüber allen Schadstoffen waren mit einem erhöhten DM-Risiko assoziiert, mit stärkerem Zusammenhang für PM10 und PNAM (z.B. relatives Risiko: 1.29 [95% CI: 1.09, 1.52] pro 494 Partikeln/mL PNAM). Alle verkehr- und industriespezifischen Schadstoffe waren mit einem erhöhten DM-Risiko assoziiert, jedoch waren die Zusammenhänge für industriespezifischen PM etwas schwächer. Mediationsanalysen von Luftverschmutzung und DM zeigten eine Mediation durch verringerte Adiponectin-Werte (vermittelter Anteil: 28.7% für PM10). Schädliche Auswirkungen der Luftverschmutzung auf die kardiometabolische Gesundheit können bereits Tage oder Wochen nach Exposition sichtbar werden, wobei Langzeitveränderungen der Biomarker eine potentielle Rolle für das zunehmende DM-Risiko spielen. Im Zusammenhang mit der Evidenz aus anderen Studien sprechen die Ergebnisse dieser Arbeit dafür dass eine Senkung der Luftverschmutzung durch strengere Richtlinien die DM-Inzidenz reduzieren könnte.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät » Institute » Institut für Arbeitsmedizin und Sozialmedizin
Dokument erstellt am:	02.02.2021
Dateien geändert am:	02.02.2021
Promotionsantrag am:	18.08.2020
Datum der Promotion:	22.01.2021