Study on the biological air quality in Bellaterra (Barcelona) and Vitoria-Gasteiz: pollen and spores and their allergens

Abstract

Los alérgenos aerovagantes están entre las partículas atmosféricas con mayor influencia en la salud respiratoria humana. La alergia al polen de Poaceae y al polen de Betula se encuentran entre las alergias respiratorias más importantes en Europa. Phl p 5 es el principal alérgeno y uno de los más representativos del polen de las especies de la familia Poaceae. Su alérgeno Phl p 5 es responsable del 88,4% de los casos de alergia en Europa. Bet v1 es el principal alérgeno y el más representativo del polen de la especie Betula. El polen de abedul provoca síntomas en el 10-20% de los pacientes alérgicos en los países del norte de Europa. Alt a 1 es el alérgeno mayor y el más representativo de las esporas del género Alternaria. A nivel mundial, su incidencia alérgica varía entre 4 y 40 % de los pacientes atópicos. Este estudio se enfocó, por primera vez, en la detección y cuantificación en base a datos diarios de los alérgenos Phl p 5, Bet v 1 y Alt a 1 en Bellaterra (Barcelona) y Vitoria-Gasteiz, dos localidades en el Norte de España, en los años 2013-2015. Estableció también su correlación con las concentraciones diarias de los correspondientes tipos de polen (Poaceae y Betula) y esporas (Alternaria) así como con los pólenes con reactividad cruzada. Se ha hecho también la correlación con Temperatura (máxima, mínima y media), Precipitación, Humedad Relativa y PM10. El método usado para la detección de alérgenos, captador multi-vial ciclón, se ha mostrado eficiente para capturar alérgenos de polen, pero no para muestrear alérgenos fúngicos. Para muestrear Alt a 1 se probó con un captador de partículas en suspensión de alto volumen (TPS). Análisis ELISA fue el método usado para cuantificar Phl p 5 y Bet v 1. Alt a 1 no pudo ser identificado con este método en las muestras obtenidas del captador ciclón, pero sí en las obtenidas con el TPS. La detección de Alt a 1 en las muestras TPS usando Dot-Blotting resultó ser el método más sensible a la detección de este alérgeno. La cantidad total anual de Phl p 5 y Bet v 1 variaron de un año a otro y de una localidad a otra. La Integral Anual de Alérgeno (suma de las concentraciones diarias) en 2015 fue 10 veces menor que en 2013 y 2014, respectivamente. El polen de Poaceae fue detectado en días en que no se detectó Phl p 5 mientras que Bet v 1 fue detectado en días en que no había polen de Betula. Se encontró una correlación positiva entre las concentraciones diarias de Phl p 5 y el polen de Poaceae en Bellaterra (Barcelona), años 2013 y 2015. También, se observó una correlación positiva entre las concentraciones diarias de Bet v 1 y polen de Betula en Vitoria-Gasteiz, año 2015. Pero, no se encontró ninguna correlación entre las concentraciones diarias de Bet v 1 y el polen de Betula en Bellaterra (Barcelona), años 2014 y 2015. Para explicar la presencia de Bet v 1 en la atmósfera fuera del período de polinización de Betula, se calcularon las correlaciones entre las concentraciones del alérgeno y las de los pólenes que presentan reactividad cruzada con ella: Alnus, Castanea, y Corylus. Se encontró correlación entre las concentraciones diarias de polen de Quercus y Bet v 1 en Bellaterra (Barcelona), año 2015, pero no en el 2014 ni en Vitoria-Gasteiz 2015. Las concentraciones diarias de Phl p 5 y Bet v 1 no mostraron correlación con los parámetros meteorológicos (Temperatura máxima, mínima y media, Precipitación, Humedad Relativa) pero sí se observó una correlación positiva de éstos en Bellaterra (Barcelona) y las concentraciones de PM10 de Montcada.

Airborne allergens are major players between the airborne particles that have influence on respiratory human health. Allergy to Poaceae pollen and to Betula pollen are between the most important respiratory allergies in Europe. Phl p 5 is the major allergen and one of the most representative of the pollen of the species of the Poaceae family. The Phl p 5 allergen is responsible of 88.4% of allergic cases in Europe. Bet v1 is the major allergen and the most representative of the pollen of the Betula species. It Birch pollen provokes symptoms in 10-20% of allergic patients in North European countries. Alt a 1 is the major and the most representative allergen of the spores of the fungal genus Alternaria. At a world level, the incidence of the allergy to Alternaria spores varies between 4 and 40 % of the atopic patients. This study focuses on the detection and quantification on a daily basis, for the first time, of the allergens Phl p 5, Bet v 1 and Alt a 1 in Bellaterra (Barcelona) and Vitoria-Gasteiz, two localities in the North of Spain, for the years 2013-2015. It aims also to observe their correlation with the daily concentrations of corresponding pollen (Poaceae and Betula) and spores (Alternaria) types as well as with pollens presenting cross reactivity. The correlation with environmental factors is also undertaken, taking into consideration Temperature (maximum, minimum and mean), Precipitation, Relative Humidity and PM10. The sampling method used for allergen detection, multi-vial cyclone sampler, has proven to be efficient for pollen allergen sampling but not for sampling the allergens from fungal spores. To sample Alt a 1 a test was done with a High volume Total Particle Sampler (TPS). ELISA analyses was the method used to quantify Phl p 5 and Bet v 1. Alt a 1 could not be detected with this method with samples obtained with the cyclone sampler, but yes with those from the TPS sampler. Dot-Blotting was also tested with TPS samples to detect Alt a 1 and showed to be the most sensitive method for this allergen. The total allergen Phl p 5 and Bet v 1 measured per year varied from one year to another as well as from one location to another. The Annual Allergen Integral (sum of daily concentrations) in year 2015 were 10 times lower than in 2013 and 2014, respectively. Poaceae pollen was detected in days where no Phl p 5 was detected while Bet v 1 was detected in days where no Betula pollen was found. There was a positive significant correlation between daily concentrations of Phl p 5 and Poaceae pollen in Bellaterra (Barcelona), years 2013 and 2015. Also, a positive significant correlation was observed between daily concentrations of Bet v 1 and Betula pollen in Vitoria- Gasteiz, year 2015. But, no significant correlation was found between daily concentrations of Bet v 1 and Betula pollen in Bellaterra (Barcelona), years 2014 and 2015. To explain the presence of Bet v 1 in the atmosphere outside the main pollination season of Betula, a correlation between the allergen and the pollen concentrations of the cross-reactive genera Alnus, Castanea, Corylus and Quercus has been undertaken. A correlation was found for Quercus pollen and Bet v 1 daily values in Bellaterra (Barcelona), year 2015, but not in year 2014 neither in Vitoria-Gasteiz 2015. Phl p 5 and Bet v 1 daily concentrations did not show correlation with the meteorological parameters (Maximum, minimum and mean Temperature, Precipitation, Relative Humidity) but a positive correlation was found with the PM10 values from Montcada and the values in Bellaterra (Barcelona).