Die Prävalenz allergischer Erkrankungen und des Asthma bronchiale haben bei Kindern und Jugendlichen in den letzten 20 Jahren deutlich zugenommen. Ursächlich scheinen dafür eher veränderte Umweltfaktoren als genetische Mutationen verantwortlich zu sein. Faktoren des Lebensstils, die sich in den letzten 50 Jahren gewandelt haben, wie z. B. Abnahme von schweren Infektionserkrankungen durch Verbesserung der Hygiene und Entwicklung von Antibiotika, Adipositas und Bewegungsmangel, Abnahme der Familiengröße, veränderte Ernährungsgewohnheiten und eine Zunahme der Innenraumallergen-Konzentration durch bauliche Veränderungen kommen als potentielle Risikofaktoren in Betracht. In einer prospektiven Geburtskohortenstudie (Multizentrische Allergiestudie MAS90) untersuchten wir relevante Expositionsfaktoren wie z. B. Milben- und Katzenallergene im Hausstaub, frühkindliche Infekte und vieles mehr in Hinblick auf die Entstehung des kindlichen Asthma bronchiale. Von den ursprünglich im Jahr 1990 rekrutierten 1314 Neugeborenen lagen uns zum Zeitpunkt 7. Geburtstag von 939 Kindern komplette Informationen vor. Die regelmäßigen Untersuchungen umfassten jährliche Interviews und Blutentnahmen zur Bestimmung von spezifischem Serum-IgE gegen Nahrungsmittel- und Inhalationsallergene und die Quantifizierung von Hausstaubmilben (Dermatophagoides)- und Katzenallergenen im Teppich- und Matratzenstaub an mehreren Zeitpunkten. Im Alter von 7 Jahren wurde bei 645 Kindern eine Lungenfunktionsuntersuchung sowie die Messung der bronchialen Überempfindlichkeit mit Hilfe der Histamin-Provokation gemessen. Bei 10% (94 von 938) der 7-Jährigen trat eine pfeifende Atmung im Beobachtungszeitraum der letzten 12 Monate vor der Untersuchung auf, 6,1% (57 von 939) der Kinder hatten die Arztdiagnose "Asthma bronchiale". Eine Sensibilisierung gegen Innenraumallergene war mit Asthma bronchiale und erhöhter bronchialer Empfindlichkeit assoziiert, es gab jedoch keine Beziehung zwischen der Asthmaprävalenz und der Höhe der Milben- oder Katzenallergenexposition im Hausstaub. Unsere Ergebnisse geben keinen Anhalt für eine kausale Beziehung zwischen Innenraumallergenen und der Entwicklung des kindlichen Asthma bronchiale. Vielmehr scheinen allergische Immunantwort und die Manifestation eines Asthma bronchiale von unterschiedlichen genetischen und Umweltfaktoren beeinflusst zu werden. Die Vermeidung von Innenraumallergenen im Rahmen von Sekundär- und Tertiärprävention scheint weiterhin sinnvoll zu sein, jedoch scheint der Erfolg von Allergenreduktion im häuslichen Milieu hinsichtlich der Senkung der Asthmaprävalenz im Kindesalter zweifelhaft. Beim allergisches Asthma bronchiale als Th2-Erkrankung des Immunsystems scheinen insbesondere immunmodulatorische Faktoren wie frühkindliche Infektionen bzw. hoher Endotoxinexposition oder anderen Faktoren, die Gen-Umweltinteraktion und Suszeptibilität des Individuums beeinflussen, von Bedeutung zu sein. / Epidemiological surveys indicate that there has been a notable increase in the prevalence of both asthma and other allergic symptoms in children and young adults. Since it seems unlikely that genetic factors contribute to the rising trend, environmental factors might play a major part in the development of childhood asthma. Several potential determinants have been proposed, such as lack of severe and repeated infections, obesity and lack of physical exercise, decreased family size, changing dietary habits, and increase of indoor allergen exposure. In a prospective birth-cohort study, we assessed the relevance of different exposures like mite and cat allergen exposure and early infectious diseases for the development of childhood asthma up to the age of 7 years. Of 1314 newborn infants enrolled in five German cities in 1990, follow-up data at age 7 years were available for 939 children. Assessments included repeated measurements of specific IgE to food and inhalant allergens, measurement of indoor allergen exposure at 6 months, 18 months, and 3 years of age, and yearly interviews by a paediatrician. At age 7 years, pulmonary function was tested and bronchial hyper-responsiveness was measured in 645 children. At age 7, the prevalence of wheezing in the past 12 months was 10 % (94 of 938), and 6.1 % (57 of 939) parents reported a doctor`s diagnosis of asthma in their children. Sensitization to indoor allergens was associated with asthma, wheeze, and increased bronchial hyper-responsiveness. However, no relation between early indoor allergen exposure and the prevalence of asthma, wheeze, and bronchial-hyperresponsiveness was seen. Our data do not support the hypothesis that exposure to environmental allergen causes asthma in childhood, but rather the induction of specific IgE responses and the development of childhood asthma are determined by independent factors. Indoor allergen avoidance is recommendable as first line of treatment in secondary and tertiary prevention, however, conclusions should be drawn with caution about the possible effect of primary prevention measures. As allergic asthma seems to be a Th2-disease, immunomodulating factors like early childhood infections and LPS-exposure or other factors influencing gene-environment interaction and individual susceptibility seem to be relevant for the development of childhood asthma.

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L'asthme est une des principales maladies chroniques de l'enfance. Elle a été associée à l'exposition aux polluants de l'air extérieur provenant de sources régionales éloignées et du trafic routier. Les mélanges de polluants provenant de sources industrielles et leurs effets peuvent ne pas être les mêmes que ceux provenant du trafic routier et de sources régionales. Pourtant, contrairement aux associations entre les polluants provenant de sources régionales et liées au trafic et l'asthme chez les enfants, les associations avec l'exposition des communautés aux émissions de polluants atmosphériques industriels n'ont pas été systématiquement évaluées. En outre, bien que des réductions substantielles des émissions industrielles de particules fines (PM2.5) et de dioxyde de soufre (SO2) aient été constatées dans les pays industrialisés au cours des dernières décennies, les associations entre les variations géographiques et temporelles des émissions industrielles de polluants atmosphériques et la variation de la morbidité de l'asthme chez les enfants ont été sous-étudiées. Dans cette thèse, nous avons étudié l'association entre la morbidité liée à l'asthme et les émissions de polluants atmosphériques industriels chez les enfants. Nous avons d'abord évalué l'association entre l'exposition aux émissions industrielles de polluants atmosphériques et l'asthme chez les enfants sur la base des écrits scientifiques. Nous avons ensuite évalué les associations entre les variations spatiales et temporelles des émissions industrielles de polluants atmosphériques et la variation spatiale de la morbidité liée à l'asthme au Québec. Pour le premier objectif, nous avons consulté des bases de données bibliographiques afin d'identifier les études sur l'association entre l'exposition des enfants à la pollution atmosphérique provenant de sources industrielles et l'asthme, en incluant les symptômes d’asthme, la respiration sifflante et la bronchiolite. Lorsque possible, nous avons effectué des méta-analyses des résultats avec effets aléatoires. Pour le deuxième et le troisième objectifs, nous avons effectué des analyses écologiques spatiales et temporelles à partir de données pour de petites zones géographiques (n=1386) dans la province de Québec. Pour le deuxième objectif, nous avons mis en relation les émissions industrielles de PM2.5 et de SO2 obtenues à partir de l'Inventaire national des rejets de polluants et d'autres variables telles que les niveaux régionaux de PM2.5, le revenu annuel médian des ménages et le pourcentage de la population d'enfants exposés à la fumée de tabac secondaire (FTS) avec le nombre total d'admissions à l'hôpital pour asthme chez les enfants de moins de 13 ans par petite région (données de la base MED-ÉCHO: Maintenance et exploitation des données pour l'étude de la clientèle hospitalière), pour les années 2002 à 2011, avec des modèles binomiaux négatifs additifs généralisés. Pour le troisième objectif, nous avons mis en relation les émissions industrielles de PM2.5 et de SO2, ainsi que les autres variables environnementales et sociodémographiques mentionnées ci-dessus, avec le nombre annuel de nouveaux cas d'asthme chez les enfants âgés de <13 ans de la base de données SISMACQ (Système intégré de surveillance des maladies chroniques du Québec) pour les années 2002 à 2011, avec des modèles binomiaux négatifs à effets fixes (modèles statistiques pour les données de panel). Dans ces modèles, les niveaux régionaux de PM2.5 provienaient de données satellitaires, le revenu médian du recensement, la FTS d'une enquête pancanadienne et la pollution atmosphérique liée au trafic a été estimée avec les kilomètres de routes principales dans de petites zones. La revue systématique a montré que la moitié des études publiées sélectionnées utilisaient un devis d'étude transversal, que la proximité binaire écologique était la principale méthode d'exposition utilisée dans 15 des 36 articles, tandis que les résultats de l'asthme étaient divers mais principalement recueillis par questionnaires et à partir des services de santé. Les rapports de cotes (RC) combinés de la méta-analyse des études cas-croisés avec hospitalisation pour asthme et bronchiolite chez les enfants de moins de 5 ans étaient de 1.02 (IC95% : 0.96-1.08; I2 = 56%) par 10 ppb d'augmentation de la concentration moyenne quotidienne de SO2 ; pour les PM2,5, les RC combinés étaient de 1.02 (IC95% : 0.93-1.10; I2 = 56%) par 10 μg/m3 d'augmentation de la concentration moyenne quotidienne. Dans les études transversales sur la prévalence de l'asthme et la respiration sifflante chez les enfants, les RCs combinés, pour la proximité résidentielle à des industries étaient respectivement de 1.98 (IC95% : 0.87-3,09; I2 = 71%) et 1.33 (IC95% : 0.86-1.79; I2 = 65%). Les résultats des analyses écologiques spatiales et temporelles ont suggéré que les émissions industrielles de PM2.5 et de SO2 n'étaient pas liées à la morbidité liée à l'asthme. Le risque relatif (RR) pour les admissions à l'hôpital pour l'asthme selon le modèle spatial multivarié était de 1.0009, par augmentation d'une tonne de PM2.5 (95%IC : 0.9982-1.0037); le RR pour le SO2 par augmentation d'une tonne était de 0.9999 (95%IC: 0.9997-1.0001). En outre, le RR pour les nouveaux cas d'asthme chez les enfants à partir des modèles temporels multivariés était de 0.99 pour 1000 tonnes de SO2 (95%IC : 0.99-1.00) et également de 0.99 pour 100 tonnes de PM2.5 (95%CI : 0.98-1.00). Néanmoins, on a constaté une diminution de 3.29 % du taux de cas d’asthme (95%CI : 2.44-4.14) pour chaque diminution de 1 ug/m3 des niveaux régionaux de PM2.5. Dans l'ensemble, nos résultats suggèrent que les émissions industrielles de polluants atmosphériques ont une influence limitée sur la morbidité liée à l’'asthme. Ceci contraste avec ce à quoi on pourrait s'attendre sur la base de la littérature publiée qui fait état des effets de la pollution atmosphérique provenant de sources autres que les industries. Les résultats suggèrent qu'une meilleure évaluation de l'exposition et de meilleurs devis d'études devraient être adoptés dans les études futures pour évaluer l'association entre la morbidité liée à l'asthme et les émissions industrielles de polluants atmosphériques chez les enfants. / Asthma is a main chronic childhood disease. It has been associated with exposure to outdoor air pollutants from remote regional and traffic sources. Pollutant mixtures from industrial sources and their effects may not be the same as those from traffic and regional sources. Yet contrary to associations between pollutants from these sources and asthma in children, associations with community exposures to industrial air pollutant emissions have not been systematically assessed. Furthermore, although substantial reductions in industrial emissions of fine particles (PM2.5) and sulphur dioxide (SO2) have been noted in industrialized countries over the past decades, associations between the geographic and the temporal variations of industrial air pollutant emissions and the variation of asthma morbidity in children have been understudied. In this dissertation, we aimed to investigate the association between asthma morbidity and industrial air pollutant emissions in children. We first assessed the association between exposure to industrial air pollutant emissions and asthma in children based on available evidence. We then assessed the associations between the spatial and the temporal variations in industrial air pollutant emissions and the spatial and temporal variations in asthma morbidity in Québec. For the first objective, we searched bibliographic databases to identify studies on the association between children's exposure to air pollution from industrial point-sources and asthma-related outcomes, including: asthma, asthma-like symptoms, wheezing and bronchiolitis. Where possible, we performed random-effects meta-analyses of results. For the second and third objectives, we conducted spatial and temporal ecological analyses based on data for small geographic areas (n=1386) in the province of Québec. For the second objective, we related industrial emissions of PM2.5 and SO2 obtained from the National Pollutant Release Inventory and other variables such as regional levels of PM2.5, median annual household income and the percentage of the population of children exposed to Environmental Tobacco Smoke (ETS) to the total count of asthma hospital admissions in children younger than 13 years of age per small area (data from the database MED-ÉCHO: Maintenance et exploitation des données pour l'étude de la clientèle hospitalière), for the years 2002 to 2011, with negative binomial General Additive Models. For the third objective, we related industrial emissions of PM2.5 and SO2, as well as other environmental and sociodemographic variables mentioned above, to the yearly numbers of asthma onset cases in children aged <13 years from the database QICDSS (Québec Integrated Chronic Disease Surveillance system) over the years 2002 to 2011, with fixed effects negative binomial models (statistical models for panel data). In these models, regional PM2.5 levels were from satellite data, the median income from the census, ETS was from a pan Canadian survey and traffic related air pollution was estimated with kilometers of major roads in small areas. The systematic review highlighted that half of the selected published studies used a cross sectional study design, ecological binary proximity was the main exposure method used in 15 out of 36 articles, while asthma outcomes were diverse but mainly collected by questionnaires and healthcare services. The pooled odds ratios (ORs) from the meta-analysis from case-crossover studies with hospitalisation for asthma and bronchiolitis in children younger than 5 years old was 1.02 (95%CI: 0.96-1.08; I2 = 56%) per 10 ppb increase in the daily mean concentration of SO2; for PM2.5, the pooled ORs was 1.02 (95%CI: 0.93-1.10; I2 = 56%) per 10 μg/m3 increase in the daily mean concentration. In cross-sectional studies on the prevalence of asthma and wheezing in children, pooled ORs in relation to residential proximity to industries were 1.98 (95%CI: 0.87-3.09; I2 =71%) and 1.33 (95%CI: 0.86-1.79; I2= 65%), respectively. Results of the spatial and temporal ecological analyses suggested that industrial emissions of PM2.5 and SO2 were not related to asthma morbidity. The relative risk (RR) for asthma hospital admissions from the multivariate spatial model was 1.0009, per increase of one ton of PM2.5 (95%CI: 0.9982-1.0037); the RR for SO2 per increase of one ton was 0.9999 (95%CI: 0.9997-1.0001). Additionally, the RR for new asthma onset cases in children from the multivariate temporal models were 0.99 per 1000 tons of SO2 (95%CI: 0.99-1.00) and also 0.99 per 100 tons of PM2.5 (95%CI: 0.98-1.00). Nonetheless, there was a 3.29% decrease in the rate of cases (95%CI: 2.44-4.14) per 1 ug/m3 decrease in the regional PM2.5 levels. Overall, our results suggest that industrial air pollutant emissions have limited influence on asthma morbidity. This is in contrast with what would be expected based on the published literature that report effects of air pollution from sources other than industries. The results suggest that better exposure assessment and better study designs should be adopted in future studies to assess the association between asthma morbidity and industrial air pollutant emissions in children.

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Contexte : L’influence de la végétation urbaine sur le développement de l’asthme infantile est controversée. Il est avancé que les arbres (canopée urbaine) réduisent la pollution atmosphérique, un facteur de risque de l’asthme mais également, que certains peuvent émettre des pollens et des composés organiques volatils biogéniques, tout-autant des facteurs de risque pour le développement de l’asthme chez l’enfant. Cependant, les risques associés à la canopée urbaine ont été étudiés à l’aide de données rudimentaires souvent, sans considération pour la saison. Objectifs : 1) Caractériser l’association entre la végétation urbaine et le développement de l’asthme en distinguant la végétation totale et de la canopée des feuillus et de conifères, en fonction des saisons de production de pollens et de feuilles des arbres. 2) Évaluer l’influence de la canopée d’arbres sur l’association entre les particules fines (PM2.5) et le développement de l’asthme infantile. Méthodes : Nous avons utilisé les données d’une cohorte de naissance ouverte contenant tous les enfants nés sur l’île de Montréal (Canada) entre 2000 et 2015 et suivis jusqu’à leurs 12 ans, créée à partir de données médico-administratives agrégées. L’exposition à la végétation totale a été estimée à l’aide d’une mesure satellitaire appelée l’indice de végétation par différence normalisée (NDVI) et l’exposition à la canopée urbaine, a été estimée à l’aide de données de télédétection laser aéroporté - LiDAR permettant d’estimer l’aire de la canopée des feuillus et des conifères dans un rayon de 250 m autour de la résidence des participants, tout au long du suivi. En dehors des saisons de pollens et de feuilles des arbres, les variables d’expositions ont été fixées à zéro. Des modèles de risque proportionnels de Cox ont été développés pour estimer le risque associé au NDVI et aux canopées d’arbres lors de la saison de pollens et de feuilles des arbres. La non-linéarité a été modélisée à l’aide de catégories et de splines cubiques pour les expositions. Nous avons ensuite évalué l’effet de la canopée urbaine sur l’association entre les particules fines (PM2.5) et le développement de la maladie. Résultats : Parmi les 352 946 enfants inclus dans la cohorte et suivis pour un total de 1,7 millions de personnes-années, 30 816 nouveaux cas d'asthme ont été identifiés pour un taux moyen de nouveaux cas d’asthme était de 17,79 nouveaux cas par 1 000 personnes-années. Le NDVI moyen annuel s’élevait à 0,365 (Écart-type (ET) : 0,106) dans un rayon de 250 m centré sur la résidence des participants. En saison de pollens, le NDVI moyen se réduisait à 0,089 (ET : 0,106) et à 0,15 (ET : 0,185) en saison de feuilles. En moyenne, les enfants étaient exposés à trois fois plus de canopées de feuillus (moyenne = 12,3 (ET : 17,0) ×103 m2) que de conifères en saison de feuilles (moyenne= 4,5 (ET : 4,3) ×103 m2), et sept fois plus en saison de pollens. Nos analyses ont révélé des associations distinctes en fonction des saisons pour le NDVI et la canopée de feuillus. Trop peu de conifères étaient présents pour tirer des conclusions quant à leur effet. Les analyses à l’aide des splines cubiques pour les expositions ont indiqué la présence de relations non-linéaires. La catégorisation des expositions a indiqué que des niveaux moyens de canopée de feuillus en saisons de feuilles avaient un effet protecteur lorsque comparés aux non-exposés (Rapport de Risque (RR): 0,694 ; Intervalle de confiance (IC95%) : 0,680 – 0,708). À l’inverse, pour les journées de pollens, la canopée de feuillus autour de la résidence était associée à l’augmentation du risque (RR =1,082 (IC95% 1,056 – 1,108)). Pour les catégories de NDVI annuel (non subdivisé par saisons), aucune association n’a été détectée. Pour finir, la canopée d’arbres et le NDVI n’ont influencé que très faiblement l’association entre les PM2.5 régionaux et le développement de l’asthme infantile. Cependant, une légère interaction a été observée entre les feuillus en saison de feuilles et les PM2.5. Des niveaux élevés de feuillus autour de la résidence en période de feuilles diminueraient le risque d’asthme associé à l’exposition aux PM2.5. Discussions : Les résultats suggèrent que l’effet de la végétation varie en fonction des saisons. L’effet capté par le NDVI semble être en grande partie attribuable à la canopée de feuillus. L’influence de la végétation sur l’association entre les PM2.5 et le développement de l’asthme est très faible. / Background: The influence of urban vegetation and tree canopy on the development of childhood asthma is controversial. It is argued that trees reduce air pollution, a risk factor for asthma, but at the same time, some species emit pollens and biogenic volatile organic compounds, all of which are risk factors for the development of asthma in children. Yet, the risks associated with the urban canopy have been studied using rudimentary data, often without consideration for the season. Objectives: 1) To characterize the association between urban vegetation and asthma development by distinguishing between total vegetation and deciduous and evergreen tree canopy, according to the pollen and leaf-on seasons. 2) To assess the influence of tree canopy on the association between fine particulate matter (PM2.5) and the development of childhood asthma. Methods: We used data from an open birth cohort containing all children born on the island of Montreal, Canada, between 2000 and 2015 and followed up until their 13th birthday, created from aggregated medico-administrative data. Exposure to total vegetation was estimated using a satellite measure called the normalized difference vegetation index (NDVI). Exposure to the urban canopy was estimated using LiDAR, an airborne remote laser sensing technology that was used to estimate the area of the deciduous and coniferous canopy within a 250 m buffer centered on participants' residential postal codes, updated throughout the follow-up. Outside of the pollen and tree leaf-on seasons, exposure variables were set to zero. Cox proportional hazard models were developed to estimate the risk associated with NDVI and tree canopies for the pollen and tree leaf-on seasons. Nonlinearity was modeled using categories and restricted cubic splines for exposures variables. We then assessed the effect of the urban canopy on the association between fine particulate matter (PM2.5) and asthma development. Results: Among the 352,946 children included in the cohort and followed for a total of 1.7 million person-years, 30,816 new asthma cases were detected, for an average incidence rate of 17.79 new cases per 1,000 person-years. The mean annual NDVI was 0.365 (Standard Deviation (SD): 0.106) within a 250 m buffer centered on participants' residential postal codes. In the pollen season, the mean NDVI was reduced to 0.089 (SD: 0.106) and to 0.15 (SD: 0.185) for the leaf-on season. On average, children were exposed to three times as much deciduous canopy (mean= 12.3 (SD: 17.0) ×103 m2) as coniferous canopy in leaf-on season (mean= 4.5 (SD: 4.3) ×103 m2), and seven times as much in pollen season. Our analyses revealed distinct associations by season for NDVI and deciduous trees. Too few evergreens were present to draw conclusions about their effect. Cubic spline analyses for exposures indicated the presence of nonlinear relationships. Exposure categorization indicated that average levels of deciduous trees canopy in the leaf-on season had a protective effect when compared to unexposed (Hazard Ratio (HR): 0.694; Confidence Interval (CI95%): 0.680 - 0.708). Conversely, for pollen days, the residential deciduous canopy was associated with increased risk (HR =1.082 (CI95% 1.056 - 1.108)). For annual NDVI categories (not subdivided by season), no association was detected. Finally, tree canopy and NDVI only weakly influenced the association between regional PM2.5 and childhood asthma development. However, a slight interaction was observed between leaf-on-season deciduous canopy and PM2.5. High levels of deciduous trees canopy at residential postal codes during the leaf-on season decrease the risk of asthma associated with PM2.5 exposure. Discussion: Our results suggest that the effect of vegetation varies with season. The effect captured by NDVI appears to be largely due to the deciduous canopy. The influence of vegetation on the association between PM2.5 and asthma development appeared to be marginal.