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米国の主要な下水処理場13,940カ所で2017年の全国サンプリングをシミュレートし、廃水に基づく疫学における季節的な集団の偏りを評価した
Simulated 2017 nationwide sampling at 13,940 major U.S. sewage treatment plants to assess seasonal population bias in wastewater-based epidemiology.
PMID: 32334208 DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.138406.
抄録
廃水に基づく疫学（WBE）は、人間集団の健康と行動をモニタリングし、管理するための経済的な手法である。2017年の全国的な地理空間人口統計データをテストケースとして用いて、バイオマーカー負荷条件を一定にした米国の主要な下水処理場（WWTP; n=13,940）での反復サンプリングをシミュレーションし、歪んだデータを生成するためのWBEの潜在的な感度を探った。2017年のすべての四季にわたって繰り返し下水サンプリングをシミュレーションした結果、夏期の結果と比較して冬期の気温が低いことが引き金となって、予想される多くの相互依存的な現象が得られた。その他の重要なシミュレーション結果としては、(v)監視対象となる小集団の人口統計学的パラメータ（例えば、世帯収入、教育到達度、兵役、失業、健康保険の欠如など）の明確でランダムではない変化、(vi)様々な地理空間スケールと地域での後者の人口統計学的パターンの繰り返し観察、(vii)冬期の結果のより均等な分布などが挙げられるが、必ずしも予想されるものではない。対照的に、夏季のWBEで得られたデータは、発電所に最も近い世帯と、比較的裕福ではない、教育を受けていない、医療へのアクセスが少ない、雇用可能性が高いと思われる人々に支配されていた。この分析手法は世界の他の地域にも適用可能であり、今後のWBE研究のデザイン、ロバスト性、解釈の改善に役立つと考えられる。
Wastewater-based epidemiology (WBE) is an economical technique for monitoring and managing the health and behavior of human populations. Using 2017 nationwide data on geospatial population demographics as a test case, we simulated repeated sampling at all major U.S. wastewater treatment plants (WWTPs; n = 13,940) under constant biomarker loading conditions, to explore the potential sensitivity of WBE for generating skewed data. Simulation of repeated sewage sampling over all four seasons of 2017 yielded a number of expected, inter-dependent phenomena triggered by cooler wintertime temperatures compared to summertime results, including relatively (i) slower in-sewer biomarker decay, (ii) longer distal reach of WBE, (iii) larger effective sewershed monitoring areas, and (iv) an increase in the population represented. Additional important but not necessarily anticipated simulation outcomes included (v) distinct, non-random changes in demographic parameters of monitored subpopulations (e.g., by household income, educational attainment, military service, unemployment, and lack of health insurance), (vi) recurring observation of the latter demographic patterns across various geospatial scales and regions, and (vii) more evenly distributed results in the winter. In contrast, data obtainable by WBE in the summertime were dominated by households residing closest to the WWTP and subpopulations of relatively lesser wealth, educational achievement, healthcare access and employability. The analytical approach presented here should be readily applicable to other regions worldwide and may help to improve the design, robustness and interpretation of future WBE studies.
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