Impact of outdoor air pollution on respiratory health in two French studies

Bien qu’il soit reconnu que la pollution de l’air extérieur affecte la santé respiratoire, les mécanismes biologiques sous-jacents qui expliquent ces associations sont encore mal connus, et les associations entre l’exposition à long-terme à la pollution de l’air extérieur, qu’elle soit issue du trafic routier ou de l’industrie, et la fonction ventilatoire sont peu étudiées chez l’adulte.L’objectif général de cette thèse était d’étudier l’impact de la pollution de l’air extérieur sur la santé respiratoire des adultes dans deux études épidémiologiques françaises : l’étude cas-témoins et familiale EGEA et l’étude en population générale ELISABET. L’association entre l’exposition à long-terme à la pollution de l’air extérieur et différents phénotypes d’asthme et le rôle de la voie biologique du stress oxydant dans ces associations ont été étudiés dans EGEA. Dans les analyses transversales, l’ozone (O3) et le trafic routier étaient associés à l’asthme actuel. Le niveau du 8-isoprostane (8-iso), un biomarqueur de dommages mesuré dans le condensat de l’air exhalé, augmentait avec l’exposition aux particules d’un diamètre inférieur à 2.5 μm (PM2.5) et diminuait avec l’exposition à l’O3 et à l’O3-estival. Les niveaux des produits d’oxydation fluorescents (POFs), des biomarqueurs de dommages mesurés dans le plasma, augmentaient avec l’exposition au dioxyde d’azote (NO2), aux oxydes d’azote, aux PM10 et aux PM2.5. Un niveau élevé de 8-iso était associé à l’asthme actuel et des niveaux élevés de POFs étaient associés au mauvais contrôle de l’asthme. Dans les analyses longitudinales, l’exposition à l’O3 augmentait les niveaux des POFs, et les niveaux des POFs étaient associés à l’asthme persistant. L’étude du rôle des POFs comme médiateurs dans l’association entre l’O3 et l’asthme persistant montrait que l’O3 était associé à l’asthme persistant à travers un effet indirect médié par les POFs, représentant 41% de l’effet total.L’association entre l’exposition à long-terme à la pollution de l’air extérieur et la fonction ventilatoire a été étudiée dans ELISABET et EGEA. Dans ELISABET, l’exposition au NO2 et aux PM10 était associée à une baisse du volume expiratoire maximal en une seconde (VEMS), de la capacité vitale forcée (CVF), du rapport VEMS/CVF, du débit expiratoire maximal entre 25% et 75% de la CVF (DEM25-75), et du debit expiratoire à 75% de la CVF (DEM75). L'exposition au dioxyde de soufre (SO2) était associée à une baisse du VEMS, du rapport VEMS/CVF, du DEM25-75 et du DEM75. Dans EGEA, le trafic routier était associé à une baisse du VEMS et du rapport VEMS/CVF, l’O3-estival à une baisse du rapport VEMS/CVF et du DEM25-75, et les PM10 à une baisse du DEM25-75 et à une baisse à la limite de la significativité du VEMS et de la CVF. L’exposition au SO2 était associée à une augmentation du rapport VEMS/CVF et du DEM25-75.En conclusion, ces travaux de thèse apportent de nouvelles preuves 1) d’un lien entre l’exposition à long-terme à la pollution de l’air extérieur et les phénotypes d’asthme et suggèrent que le stress oxydant au niveau pulmonaire et systémique peut jouer un rôle dans ces associations, et 2) d’un lien entre l’exposition à long-terme à la pollution de l’air extérieur et la fonction ventilatoire.Although it is recognized that outdoor air pollution affects respiratory health, the underlying biological mechanisms that explain these associations are still poorly understood, and the associations between long-term exposure to outdoor air pollution, whether from road traffic or industry, and lung function are poorly studied in adults.The general aim of this thesis was to study the impact of outdoor air pollution on the respiratory health of adults in two French epidemiological studies: the EGEA case-control and family study and the ELISABET general population study. The association between long-term exposure to outdoor air pollution and different asthma phenotypes and the role of the biological pathway of oxidative stress in these associations were studied in EGEA. In the cross-sectional analyses, ozone (O3) and road traffic were associated with current asthma. The level of 8-isoprostane (8-iso), a biomarker of damages measured in exhaled breath condensate, increased with exposure to particulates with a diameter of less than 2.5 μm (PM2.5) and decreased with exposure to O3 and O3-summer. Levels of fluorescent oxidation products (FlOPs), biomarkers of damages measured in plasma, increased with exposure to nitrogen dioxide (NO2), nitrogen oxides, PM10 and PM2.5. A high level of 8-iso was associated with current asthma and high levels of FlOPs were associated with poor asthma control. In longitudinal analyses, exposure to O3 increased FlOPs levels, and FlOPs levels were associated with persistent asthma. The study of the role of FlOPs as mediators in the association between O3 and persistent asthma showed that O3 was associated with persistent asthma through an indirect effect mediated by plasma FlOPs, representing 41% of the total effect.The association between long-term exposure to outdoor air pollution and lung function was investigated in ELISABET and EGEA. In ELISABET, exposure to NO2 and PM10 was associated with a decrease in forced expiratory volume in one second (FEV1), forced vital capacity (FVC), FEV1/FVC ratio, forced expiratory flow between 25% and 75% of FVC (FEF25-75), and forced expiratory flow at 75% of FVC (FEF75). Exposure to sulphur dioxide (SO2) was associated with a decrease in FEV1, FEV1/FVC ratio, FEF25-75 and FEF75. In EGEA, road traffic was associated with a decrease in FEV1 and FEV1/FVC ratio, O3-summer with a decrease in FEV1/FVC ratio and FEF25-75, and PM10 with a decrease in FEF25-75 and at the limit of significance with a decrease in FEV1 and FVC. Exposure to SO2 was associated with an increase in the FEV1/FVC ratio and FEF25-75.In conclusion, these thesis work provide new evidence 1) of a link between long-term exposure to outdoor air pollution and asthma phenotypes and suggests that oxidative stress at the lung and systemic level may play a role in these associations, and 2) of a link between long-term exposure to outdoor air pollution and lung function