Efectividad de la Monitorización de la Contaminación en la Rehabilitación con Ejercicio Clínico (EPIC-AIR)

La contaminación atmosférica es una crisis mundial de salud pública, que contribuye a aproximadamente 4,2 millones de muertes prematuras anuales por accidente cerebrovascular, enfermedades cardíacas, cáncer de pulmón y enfermedades respiratorias crónicas [1]. En el Reino Unido, se estima que la contaminación atmosférica ambiental contribuye a 30.000-40.000 muertes prematuras al año [2]. Para las personas con afecciones cardíacas y pulmonares preexistentes, la exposición al aire contaminado puede exacerbar los síntomas, desencadenar eventos agudos y disminuir la eficacia de los programas de rehabilitación [3,4].

La actividad física confiere beneficios cardiovasculares y respiratorios bien establecidos, y la rehabilitación basada en el ejercicio es una piedra angular del manejo para pacientes con afecciones cardíacas y pulmonares crónicas. Sin embargo, hacer ejercicio en entornos contaminados puede contrarrestar estos beneficios, particularmente en poblaciones vulnerables. Se ha demostrado que la exposición a corto plazo a la contaminación relacionada con el tráfico atenúa los efectos cardiopulmonares beneficiosos de caminar tanto en individuos sanos como en aquellos con cardiopatía isquémica y enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) [3,4]. Las partículas en suspensión (PM2.5, PM10) y el dióxido de nitrógeno (NO2) inducen estrés oxidativo e inflamación sistémica a través de citocinas proinflamatorias elevadas, incluyendo interleucina (IL)-1β, IL-6, IL-23 y factor de necrosis tumoral alfa (TNF-α) [5,6]. Esta inflamación crónica de bajo grado aumenta el riesgo de enfermedad cardiovascular [7], resistencia a la insulina [8] y otros trastornos sistémicos [9].

A pesar de estos riesgos bien documentados, la integración de datos de calidad del aire en la práctica clínica sigue siendo limitada, particularmente en el contexto de los programas de rehabilitación cardíaca (CR) y rehabilitación pulmonar (PR). La evidencia meta-analítica indica que una reducción de 1.0 μg/m³ en la exposición a PM2.5 se asocia con una reducción de aproximadamente 0.5 mmHg en la presión arterial media, y los modos de desplazamiento activo producen una reducción del 50% en las exposiciones a NO2 y PM2.5 en comparación con conducir [10]. Estos hallazgos sugieren que modificaciones conductuales relativamente modestas, como ajustar el momento, la ubicación o la ruta del ejercicio, podrían reducir significativamente la exposición a la contaminación durante la rehabilitación.

Las tecnologías de salud móvil (mHealth) integradas con datos de contaminación atmosférica en tiempo real y orientación estructurada sobre actividad física ofrecen un vehículo prometedor para proporcionar información personalizada sobre exposición a la contaminación. Por lo tanto, este estudio evaluará la viabilidad y la efectividad potencial de este método en un entorno de rehabilitación clínica.

EPIC-AIR es un ensayo de viabilidad controlado aleatorizado, estratificado y ciego con dos brazos paralelos realizado en un solo sitio (University Hospitals of Leicester NHS Trust). El estudio comprende un período de inscripción y recopilación de datos basales de 1 semana seguido de un período de intervención de 12 semanas. Se planea una evaluación de seguimiento a los 3 meses después de la asignación.

Entorno Los participantes serán reclutados de los servicios de rehabilitación cardíaca y pulmonar en University Hospitals of Leicester NHS Trust y de la comunidad local alrededor de Leicester, Reino Unido.

Criterios de elegibilidad Los participantes serán reclutados en dos cohortes. La Cohorte A comprende pacientes con afecciones a largo plazo; la Cohorte B comprende voluntarios sanos.

Cohorte A: Pacientes con afecciones a largo plazo Los criterios de inclusión para la Cohorte A son: adultos de sexo masculino o femenino de edad ≥18 años; diagnóstico clínico de uno o más de asma, EPOC, enfermedad pulmonar intersticial (ILD), cardiopatía coronaria (CHD) o insuficiencia cardíaca (HF), y autorizados para rehabilitación con ejercicio por un clínico; propiedad de un teléfono inteligente con GPS y acceso a internet; capacidad para caminar al aire libre durante un mínimo de 5 minutos sin sentirse incómodo o inestable; disponibilidad para completar la intervención de 13 semanas dentro de la ventana de reclutamiento (febrero-mayo de 2026); disposición y capacidad para dar consentimiento informado; y disposición para usar un dispositivo Fitbit durante >70% de la duración del estudio.

Cohorte B: Voluntarios sanos Los criterios de inclusión para la Cohorte B son idénticos a los de la Cohorte A, con la excepción de que los participantes no deben tener diagnóstico de asma, EPOC, ILD, CHD o HF.

Criterios de exclusión (ambas cohortes) Los criterios de exclusión para ambas cohortes son: diagnóstico de demencia, discapacidad de aprendizaje, trastornos graves de salud mental (excluyendo depresión o ansiedad) o epilepsia; recibir cuidados paliativos; capacidad insuficiente en el idioma inglés para comprender la documentación del estudio y usar la plataforma; haber sido aconsejado no hacer ejercicio por un profesional sanitario en los últimos 12 meses; estar actualmente embarazada; presencia de dolor torácico en reposo; e inestabilidad marcada al estar de pie o caminar.

Reclutamiento El reclutamiento comenzará tras la recepción de todas las aprobaciones necesarias. Los participantes clínicos (pacientes de rehabilitación cardíaca y pulmonar) serán identificados mediante la revisión de los registros del programa de rehabilitación en University Hospitals of Leicester NHS Trust por miembros del equipo clínico de atención existente de los pacientes. Los voluntarios sanos serán reclutados de la comunidad local a través de correo electrónico, anuncios en redes sociales y redes universitarias.

El estudio tiene como objetivo reclutar hasta 80 participantes para lograr un objetivo de 60 completadores (15 pacientes de rehabilitación cardíaca, 15 pacientes de rehabilitación pulmonar y 30 controles sanos), teniendo en cuenta una tasa de abandono anticipada del 25%.

Consentimiento informado Los posibles participantes recibirán una Hoja de Información para Participantes y se les dará al menos 24 horas para considerar la participación. Se obtendrá el consentimiento informado por escrito por miembros del equipo de investigación debidamente cualificados y autorizados antes de cualquier actividad del estudio. Se informará a los participantes de su derecho a retirarse en cualquier momento sin perjuicio.

Aleatorización y enmascaramiento Los participantes serán estratificados por afección a largo plazo (cardíaca versus pulmonar) y aleatorizados 1:1 usando una secuencia de asignación generada por computadora a través de un sistema web seguro (Sealed Envelope Ltd). La aleatorización ocurrirá después de la confirmación de elegibilidad, consentimiento, recopilación de datos basales y configuración exitosa de la aplicación.

El estudio es ciego: los participantes desconocen su asignación de grupo, los evaluadores de resultados están enmascarados, y el estadístico que realiza el análisis usará identificadores de grupo codificados. El enmascaramiento se mantiene asegurando que la interfaz de la plataforma parezca idéntica en ambos brazos, con la función de calidad del aire habilitada o deshabilitada según la asignación. El código de asignación se romperá al final del estudio después de la recopilación de datos y el cribado preliminar.

Intervenciones Todos los participantes recibirán un monitor de actividad portátil Fitbit Charge 6 e iniciarán sesión en la plataforma. Después de un período de monitorización basal de 1 semana, los participantes recibirán orientación progresiva para caminar a través de la plataforma durante 12 semanas, adaptada a los niveles de actividad basal individuales, junto con mensajes motivacionales y recordatorios a través de la aplicación.

Además de estos elementos comunes, los participantes aleatorizados al brazo de intervención recibirán información de calidad del aire en tiempo real (niveles de PM2.5, PM10, NO2) a través de la plataforma, entregada usando datos de ubicación basados en GPS. La aplicación proporcionará orientación adaptativa basada en los niveles actuales de contaminación, incluyendo sugerencias para alterar las rutas de caminata, ajustar el momento de la actividad al aire libre o reducir la intensidad del ejercicio durante períodos de alta contaminación.

Los participantes en el brazo de control usarán la plataforma con funciones de orientación y seguimiento de ejercicio idénticas pero no recibirán datos de calidad del aire ni orientación relacionada con la contaminación.

Resultados El resultado primario es la exposición personal a la contaminación (PM2.5, PM10 y NO2) durante la actividad física al aire libre, inferida a partir de rutas de caminata rastreadas por GPS y datos de calidad del aire modelados a través de la plataforma.

Los resultados secundarios incluyen niveles de actividad física, medidos por el Cuestionario de Actividad Física Reciente (RPAQ) y recuentos de pasos, frecuencia cardíaca y patrones de sueño registrados por Fitbit; calidad de vida relacionada con la salud, medida por las puntuaciones de los componentes de resumen físico y mental del SF-12 versión 2 (SF-12v2); biomarcadores cardiovasculares, incluyendo perfil lipídico (colesterol total, HDL, LDL, triglicéridos) y marcadores inflamatorios (proteína C reactiva y marcadores exploratorios de inflamación sistémica), medidos a partir de muestras de sangre venosa al inicio y a las 12 semanas; aptitud aeróbica, medida por la Prueba de Caminata Incremental con Lanzadera (ISWT) al inicio, 12 semanas y 3 meses; autoeficacia para el ejercicio, medida por la Escala de Autoeficacia para el Ejercicio de Jenkins al inicio, 6 semanas, 12 semanas y 3 meses; medidas clínicas (presión arterial, altura y peso); y datos fisiológicos derivados del dispositivo portátil incluyendo frecuencia cardíaca, variabilidad de la frecuencia cardíaca (RMSSD, relación LF/HF), SpO2, frecuencia respiratoria, temperatura de la piel, y ECG y actividad electrodérmica (EDA) bajo demanda a través de Fitbit Charge 6.

Los resultados de viabilidad incluyen tasa de reclutamiento (número cribado, elegible, que consiente y aleatorizado), tasa de retención (proporción que completa el estudio de 13 semanas), adherencia (tiempo de uso de Fitbit, métricas de compromiso con la aplicación), usabilidad y aceptabilidad de la plataforma, integridad de la recopilación de datos de resultados, y tasas de eventos adversos y utilización de atención médica (visitas no rutinarias al médico de cabecera, hospitalizaciones inesperadas).

Calendario de recopilación de datos Los datos se recopilarán en cinco momentos: inscripción/línea basal (-2 semanas), asignación (semana 0), y después de la asignación a las 6 semanas, 12 semanas y 3 meses, con recopilación de datos pasiva continua a través de la plataforma y Fitbit durante todo el período de estudio.

Manejo de muestras Las muestras de sangre venosa (EDTA, 6-8 mL) se recogerán al inicio y a las 12 semanas por enfermeras de investigación clínica capacitadas en Glenfield Hospital, University Hospitals of Leicester. Las muestras se etiquetarán con códigos de participantes pseudonimizados y se procesarán dentro de las 2 horas posteriores a la recolección. La sangre total se centrifugará a 1.800 × g durante 10 minutos a 4°C. El plasma se alicuotará (≥2 × 0.5 mL) y se almacenará a -80°C hasta el análisis por lotes en el Centro de Investigación Cardiovascular (CVRC) de la Universidad de Leicester. Las muestras con hemólisis visible o volumen inadecuado se volverán a recolectar cuando sea factible. Los análisis se realizarán utilizando ensayos validados de acuerdo con los procedimientos operativos estándar del CVRC.

Tamaño de la muestra El tamaño de la muestra se basó en un cálculo de potencia de prueba t de dos muestras basado en datos de un estudio previo de nuestro grupo [10], que demostró que cambiar de conducir a modos de viaje activo produce reducciones de aproximadamente 20-25% en la exposición a contaminantes. Para lograr >80% de potencia a un nivel de significancia del 5% se requieren ≥22 participantes por grupo que alcancen el punto final del estudio. Por lo tanto, nuestro objetivo es que 30 participantes por grupo (60 en total) completen el estudio. Teniendo en cuenta una tasa de abandono anticipada del 25%, el objetivo de reclutamiento es hasta 80 participantes (20 de rehabilitación cardíaca, 20 de rehabilitación pulmonar, 40 controles sanos).

Análisis estadístico Todos los análisis se realizarán de acuerdo con un plan de análisis estadístico preespecificado. Las características basales se resumirán usando medias y desviaciones estándar (o medianas y rangos intercuartílicos) para variables continuas y recuentos con porcentajes para variables categóricas.

Análisis primario: La exposición media a la contaminación (PM2.5, PM10, NO2) durante la actividad física se comparará entre los brazos de intervención y control usando pruebas t de muestras independientes o pruebas U de Mann-Whitney, según corresponda.

Análisis secundarios: Las puntuaciones de los componentes de resumen físico y mental del SF-12v2 y los datos del RPAQ se analizarán para diferencias entre grupos en cada momento. Los cambios en los biomarcadores cardiovasculares desde el inicio hasta las 12 semanas se compararán entre grupos. Las tendencias de actividad se reportarán gráficamente durante el período de 13 semanas. La utilización de atención médica (visitas al médico de cabecera, hospitalizaciones) se resumirá de manera descriptiva.

Resultados de viabilidad: Las tasas de reclutamiento, elegibilidad, inscripción y retención se reportarán como recuentos y proporciones. Los datos de compromiso con la aplicación se resumirán usando estadísticas descriptivas.

Datos faltantes: Se aplicarán las pautas de puntuación específicas para cada cuestionario. El análisis se basará en los datos disponibles hasta el último seguimiento completado de cada participante. No se planean análisis intermedios.

Gestión de datos Los datos de los participantes se gestionarán usando REDCap (Research Electronic Data Capture), una aplicación web segura para administración de encuestas y gestión de bases de datos. A cada participante se le asignará un identificador pseudonimizado único; una lista de contactos separada y protegida con contraseña se mantendrá de forma segura en UHL.

Los datos registrados se transmitirán a un servidor seguro de la Universidad de Leicester. El acceso está restringido al personal de investigación autorizado. Los datos de Fitbit se recopilarán a través de cuentas preregistradas controladas por el equipo de investigación. Todos los datos se almacenarán en el Research Filestore de la Universidad de Leicester y se analizarán en dispositivos propiedad de la universidad, cifrados con BitLocker. Los datos se archivarán durante un mínimo de 6 años después de la finalización del estudio de acuerdo con los procedimientos operativos estándar de la Universidad de Leicester.

Ética y difusión Aprobación ética El estudio se realizará en conformidad con la Declaración de Helsinki (enmienda de 2013), el Marco de Políticas del Reino Unido para la Investigación en Salud y Atención Social (2017), las pautas ICH-GCP y los procedimientos operativos estándar del patrocinador. Se ha obtenido la aprobación ética del Comité de Ética en Investigación South Central - Oxford C (referencia: 26/SC/0048). La aprobación de la HRA y Health and Care Research Wales (HCRW) se otorgó el 3 de marzo de 2026 (ID de proyecto IRAS: 348160; número de protocolo: 1058). El patrocinador del estudio es la División de Investigación y Empresa de la Universidad de Leicester, Oficina de Gobernanza de Investigación.

Consideraciones de seguridad La plataforma proporciona solo orientación y no está clasificada como dispositivo médico según la guía de la MHRA. No se anticipan efectos adversos graves. Se aconsejará a los participantes que dejen de usar la aplicación si se sienten mal o inestables. Se recopilarán datos sobre visitas no rutinarias al médico de cabecera y hospitalizaciones inesperadas durante todo el período de estudio. Todos los eventos adversos graves se reportarán al patrocinador dentro de las 24 horas de acuerdo con los procedimientos operativos estándar del patrocinador.

Protección de datos Los datos personales se procesarán en cumplimiento de la Data Protection Act 2018, el Reglamento General de Protección de Datos de la UE y la ICH-GCP. La Universidad de Leicester es el controlador de datos. Los participantes que hayan optado por no compartir datos a través de la exclusión nacional de datos serán excluidos de cualquier conjunto de datos identificables, en colaboración con el Oficial de Protección de Datos de UHL.

Participación de pacientes y público Los grupos de participación de pacientes y público (PPI) revisaron los documentos del estudio y la ruta del participante durante el desarrollo del protocolo. La retroalimentación del PPI informó varias decisiones de diseño, incluida la provisión de opciones de descarga de la aplicación con apoyo, una guía de incorporación y una línea de ayuda de apoyo al estudio dedicada.

Difusión Los resultados se difundirán a través de publicación revisada por pares, presentaciones en conferencias, el sitio web de la cohorte EXCEED y eventos de difusión para partes interesadas, independientemente del resultado. El estudio se reportará de acuerdo con la declaración CONSORT, adaptada para estudios de viabilidad. La autoría seguirá las pautas ICMJE. Los participantes tendrán la oportunidad de recibir un resumen de los hallazgos. Los datos recopilados sobre la usabilidad y aceptabilidad de la aplicación se utilizarán para completar los Criterios de Evaluación de Tecnología Digital (DTAC) para apoyar la posible adopción por el NHS.

Registro del ensayo El ensayo está registrado en [TODO: ISRCTN/ClinicalTrials.gov] (número de registro: [TODO: número]). ID de proyecto IRAS: 348160.

Discusión EPIC-AIR aborda una brecha crítica en la intersección de la salud ambiental, la tecnología digital y la rehabilitación clínica con ejercicio. Si bien los efectos adversos de la contaminación atmosférica en la salud cardiovascular y respiratoria están bien establecidos, la integración accionable de datos de contaminación en tiempo real en las vías de atención al paciente sigue en gran medida inexplorada. En particular, hay evidencia muy limitada sobre el impacto de la contaminación atmosférica en individuos que hacen ejercicio al aire libre, especialmente aquellos con enfermedad cardiovascular o respiratoria preexistente. Los estudios de Oxford Street [3,4] representan una de las muy pocas investigaciones que examinan la influencia de la contaminación atmosférica en el ejercicio en individuos con afecciones cardiorrespiratorias preexistentes, y la mayoría de los estudios de exposición basados en cámara se han realizado en voluntarios sanos o aquellos con enfermedad leve. El Comité sobre los Efectos Médicos de los Contaminantes Atmosféricos (COMEAP) ha destacado esta brecha de evidencia y recomendó que se realice más investigación como parte de la revisión de los Estándares Indicativos de Calidad del Aire (AQIS) del Departamento de Medio Ambiente, Alimentación y Asuntos Rurales (Defra) [12]. Este estudio es, hasta donde sabemos, el primero en evaluar si proporcionar información personalizada de calidad del aire a través de una aplicación de teléfono inteligente puede reducir la exposición a la contaminación durante programas de rehabilitación estructurados para pacientes cardíacos y pulmonares.

La plataforma propuesta ofrece una intervención escalable y de bajo costo que aprovecha la tecnología móvil existente y los datos de calidad del aire derivados de satélites. Al proporcionar información de contaminación en tiempo real y específica de la ubicación y orientación de ejercicio adaptativa, la aplicación capacita a los pacientes para tomar decisiones informadas sobre cuándo, dónde y cómo hacer ejercicio al aire libre. Este enfoque se alinea con el creciente énfasis en la medicina personalizada y el autocontrol del paciente en la atención de enfermedades crónicas.

Varias características de diseño fortalecen este protocolo. El diseño ciego, aleatorizado con estratificación por afección a largo plazo minimiza el sesgo de asignación mientras asegura una representación equilibrada de pacientes cardíacos y pulmonares. La inclusión de voluntarios sanos permite la comparación del compromiso con la aplicación y las respuestas conductuales en diferentes estados de salud. El uso de rutas de caminata rastreadas por GPS proporciona estimaciones de exposición a la contaminación objetivas y espacialmente resueltas, yendo más allá de la dependencia de datos de estaciones de monitoreo fijas.

Como estudio de viabilidad, EPIC-AIR está diseñado para generar la evidencia necesaria para informar un futuro ensayo definitivo. Las incertidumbres clave incluyen la disposición de los pacientes a interactuar con datos de contaminación junto con la orientación de ejercicio, la fiabilidad técnica de la entrega de calidad del aire en tiempo real en diversos entornos urbanos y suburbanos, y si 12 semanas son suficientes para observar un cambio conductual significativo. Los resultados de viabilidad, incluidos el reclutamiento, la retención, la adherencia y la usabilidad de la aplicación, informarán directamente el diseño, el tamaño de la muestra y la entrega de un posterior ensayo controlado aleatorizado completamente potenciado.

Las limitaciones potenciales incluyen el diseño de un solo sitio, que puede limitar la generalizabilidad, y la dependencia de la exposición personal a la contaminación modelada en lugar de medida directamente. La duración del estudio de 13 semanas, aunque apropiada para evaluar la viabilidad, puede ser insuficiente para detectar resultados de salud duraderos. Además, la conciencia de los participantes de que están en un estudio que involucra una aplicación puede influir en el comportamiento independientemente de la asignación de grupo (efecto Hawthorne), aunque el enmascaramiento del estado de asignación mitiga esta preocupación.

Si la intervención demuestra ser viable y muestra señales prometedoras de efectividad, los hallazgos podrían informar el desarrollo de intervenciones de salud ambiental personalizadas integradas en las vías de rehabilitación del NHS, potencialmente estableciendo nuevos estándares para incorporar consideraciones de calidad del aire en la prescripción clínica de ejercicio.

Referencias

1. Organización Mundial de la Salud. Contaminación atmosférica (exterior). 2022. Disponible en: https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/ambient-(outdoor)-air-quality-and-health
2. Royal College of Physicians. Every breath we take: the lifelong impact of air pollution. Londres: Royal College of Physicians; 2016.
3. Sinharay R, Gong J, Barratt B, et al. Respiratory and cardiovascular responses to walking down a traffic-polluted road compared with walking in a traffic-free area in participants aged 60 years and older with chronic lung or heart disease and age-matched healthy controls: a randomised, crossover study. Lancet 2018;391(10118):339-349.
4. McCreanor J, Cullinan P, Nieuwenhuijsen MJ, et al. Respiratory effects of exposure to diesel traffic in persons with asthma. N Engl J Med 2007;357(23):2348-2358.
5. Cheng H, Saffari A, Sioutas C, et al. Nanoscale particulate matter from urban traffic rapidly induces oxidative stress and inflammation in olfactory epithelium with concomitant effects on brain. Environ Health Perspect 2016;124(10):1537-1546.
6. Chuang GC, Yang Z, Westbrook DG, et al. Pulmonary ozone exposure induces vascular dysfunction, mitochondrial damage, and atherogenesis. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 2009;297(2):L209-L216.
7. Chen S-Y, Chan C-C, Su T-C. Particulate and gaseous pollutants on inflammation, thrombosis, and autonomic imbalance in subjects at risk for cardiovascular disease. Environ Pollut 2017;223:403-408.
8. Kim JS, Chen Z, Alderete TL, et al. Associations of air pollution, obesity and cardiometabolic health in young adults: the Meta-AIR study. Environ Int 2019;133(Pt A):105180.
9. Buoli M, Grassi S, Caldiroli A, et al. Is there a link between air pollution and mental disorders? Environ Int 2018;118:154-168.
10. Panchal R, et al. Exposure to air pollution during active travel. J Transp Health 2022;26:101365.
11. Chan A-W, Tetzlaff JM, Altman DG, et al. SPIRIT 2013 statement: defining standard protocol items for clinical trials. Ann Intern Med 2013;158(3):200-207.
12. Committee on the Medical Effects of Air Pollutants (COMEAP). Statement: overview of advice provided to the Air Quality Information System (AQIS) review steering group. Londres: COMEAP; 2024. Disponible en: https://www.gov.uk/government/publications/advice-given-to-the-air-quality-information-system-aqis-review-steering-group/comeap-statement-overview-of-advice-provided-to-the-air-quality-information-system-aqis-review-steering-group