Efficacité de la surveillance de la pollution dans la rééducation par l'exercice clinique (EPIC-AIR)

La pollution de l'air est une crise mondiale de santé publique, contribuant à environ 4,2 millions de décès prématurés annuels dus aux accidents vasculaires cérébraux, aux maladies cardiaques, au cancer du poumon et aux maladies respiratoires chroniques [1]. Au Royaume-Uni, la pollution atmosphérique ambiante est estimée contribuer à 30 000-40 000 décès prématurés par an [2]. Pour les personnes souffrant de pathologies cardiaques et pulmonaires préexistantes, l'exposition à l'air pollué peut exacerber les symptômes, déclencher des événements aigus et diminuer l'efficacité des programmes de réadaptation [3,4].

L'activité physique confère des bénéfices cardiovasculaires et respiratoires bien établis, et la réadaptation basée sur l'exercice est une pierre angulaire de la prise en charge des patients atteints de pathologies cardiaques et pulmonaires chroniques. Cependant, faire de l'exercice dans des environnements pollués peut annuler ces bénéfices, en particulier chez les populations vulnérables. L'exposition à court terme à la pollution liée au trafic a été démontrée comme atténuant les effets bénéfiques cardiopulmonaires de la marche, tant chez les individus en bonne santé que chez ceux atteints de cardiopathie ischémique et de maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC) [3,4]. Les particules en suspension dans l'air (PM2,5, PM10) et le dioxyde d'azote (NO2) induisent un stress oxydatif et une inflammation systémique via l'élévation de cytokines pro-inflammatoires, notamment l'interleukine (IL)-1β, IL-6, IL-23 et le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-α) [5,6]. Cette inflammation chronique de bas grade augmente le risque de maladie cardiovasculaire [7], de résistance à l'insuline [8] et d'autres troubles systémiques [9].

Malgré ces risques bien documentés, l'intégration des données sur la qualité de l'air dans la pratique clinique reste limitée, en particulier dans le contexte des programmes de réadaptation cardiaque (RC) et de réadaptation pulmonaire (RP). Des preuves méta-analytiques indiquent qu'une réduction de 1,0 μg/m³ de l'exposition aux PM2,5 est associée à une réduction d'environ 0,5 mmHg de la pression artérielle moyenne, et que les modes de déplacement actifs entraînent une réduction de 50 % des expositions au NO2 et aux PM2,5 par rapport à la conduite automobile [10]. Ces résultats suggèrent que des modifications comportementales relativement modestes, comme ajuster le moment, le lieu ou l'itinéraire de l'exercice, pourraient réduire significativement l'exposition à la pollution pendant la réadaptation.

Les technologies de santé mobile (mHealth) intégrant des données de pollution atmosphérique en temps réel avec des conseils structurés d'activité physique offrent un véhicule prometteur pour délivrer des informations personnalisées sur l'exposition à la pollution. Par conséquent, cette étude évaluera la faisabilité et l'efficacité potentielle de cette méthode dans un cadre de réadaptation clinique.

EPIC-AIR est un essai de faisabilité contrôlé randomisé, stratifié, en aveugle, avec deux bras parallèles mené sur un seul site (University Hospitals of Leicester NHS Trust). L'étude comprend une période d'inclusion et de collecte de données de base d'une semaine, suivie d'une période d'intervention de 12 semaines. Une évaluation de suivi est prévue à 3 mois après la randomisation.

Cadre Les participants seront recrutés auprès des services de réadaptation cardiaque et pulmonaire des University Hospitals of Leicester NHS Trust et dans la communauté locale autour de Leicester, au Royaume-Uni.

Critères d'éligibilité Les participants seront recrutés en deux cohortes. La cohorte A comprend des patients atteints de pathologies de longue durée ; la cohorte B comprend des volontaires sains.

Cohorte A : Patients atteints de pathologies de longue durée Les critères d'inclusion pour la cohorte A sont : adultes hommes ou femmes âgés de ≥18 ans ; diagnostic clinique d'une ou plusieurs des pathologies suivantes : asthme, MPOC, maladie pulmonaire interstitielle (MPI), cardiopathie coronarienne (CCC) ou insuffisance cardiaque (IC), et autorisés pour une réadaptation par l'exercice par un clinicien ; possession d'un smartphone avec GPS et accès à internet ; capacité à marcher à l'extérieur pendant au moins 5 minutes sans se sentir mal à l'aise ou instable ; disponibilité pour terminer l'intervention de 13 semaines dans la fenêtre de recrutement (février-mai 2026) ; volonté et capacité à donner un consentement éclairé ; et volonté de porter un dispositif Fitbit pendant >70 % de la durée de l'étude.

Cohorte B : Volontaires sains Les critères d'inclusion pour la cohorte B sont identiques à ceux de la cohorte A, à l'exception que les participants ne doivent avoir aucun diagnostic d'asthme, de MPOC, de MPI, de CCC ou d'IC.

Critères d'exclusion (les deux cohortes) Les critères d'exclusion pour les deux cohortes sont : diagnostic de démence, de trouble d'apprentissage, de troubles mentaux sévères (à l'exclusion de la dépression ou de l'anxiété) ou d'épilepsie ; recevant des soins palliatifs ; maîtrise insuffisante de l'anglais pour comprendre la documentation de l'étude et utiliser la plateforme ; avoir reçu l'avis de ne pas faire d'exercice par un professionnel de santé au cours des 12 derniers mois ; être actuellement enceinte ; présence de douleurs thoraciques au repos ; et instabilité marquée en position debout ou à la marche.

Recrutement Le recrutement commencera après réception de toutes les approbations nécessaires. Les participants cliniques (patients en réadaptation cardiaque et pulmonaire) seront identifiés par l'examen des dossiers des programmes de réadaptation aux University Hospitals of Leicester NHS Trust par des membres de l'équipe de soins cliniques existante des patients. Les volontaires sains seront recrutés dans la communauté locale par e-mail, publicité sur les réseaux sociaux et réseaux universitaires.

L'étude vise à recruter jusqu'à 80 participants pour atteindre un objectif de 60 personnes ayant terminé l'étude (15 patients en réadaptation cardiaque, 15 patients en réadaptation pulmonaire et 30 témoins sains), en tenant compte d'un taux d'abandon anticipé de 25 %.

Consentement éclairé Les participants potentiels recevront une Fiche d'Information Participant et auront au moins 24 heures pour envisager leur participation. Un consentement éclairé écrit sera obtenu par des membres de l'équipe de recherche dûment qualifiés et autorisés avant toute activité de l'étude. Les participants seront informés de leur droit de se retirer à tout moment sans préjudice.

Randomisation et mise en aveugle Les participants seront stratifiés par pathologie de longue durée (cardiaque versus pulmonaire) et randomisés 1:1 à l'aide d'une séquence d'allocation générée par ordinateur via un système web sécurisé (Sealed Envelope Ltd). La randomisation interviendra après confirmation de l'éligibilité, consentement, collecte des données de base et configuration réussie de l'application.

L'étude est en aveugle : les participants ignorent leur allocation de groupe, les évaluateurs des critères de jugement sont en aveugle, et le statisticien effectuant l'analyse utilisera des identifiants de groupe codés. L'aveugle est maintenu en veillant à ce que l'interface de la plateforme apparaisse identique dans les deux bras, avec la fonctionnalité de qualité de l'air activée ou désactivée selon l'allocation. Le code d'allocation sera dévoilé à la fin de l'étude après collecte des données et dépistage préliminaire.

Interventions Tous les participants recevront un moniteur d'activité portable Fitbit Charge 6 et se connecteront à la plateforme. Après une période de surveillance de base d'une semaine, les participants recevront des conseils progressifs de marche via la plateforme pendant 12 semaines, adaptés aux niveaux d'activité de base individuels, ainsi que des messages de motivation et des rappels via l'application.

En plus de ces éléments communs, les participants randomisés dans le bras intervention recevront des informations sur la qualité de l'air en temps réel (niveaux de PM2,5, PM10, NO2) via la plateforme, délivrées à l'aide des données de localisation basées sur le GPS. L'application fournira des conseils adaptatifs basés sur les niveaux de pollution actuels, y compris des suggestions pour modifier les itinéraires de marche, ajuster le moment de l'activité en plein air ou réduire l'intensité de l'exercice pendant les périodes de forte pollution.

Les participants du bras témoin utiliseront la plateforme avec des conseils d'exercice et des fonctionnalités de suivi identiques, mais ne recevront pas de données sur la qualité de l'air ni de conseils liés à la pollution.

Critères de jugement Le critère de jugement principal est l'exposition personnelle à la pollution (PM2,5, PM10 et NO2) pendant l'activité physique en plein air, inférée à partir des itinéraires de marche suivis par GPS et des données de qualité de l'air modélisées via la plateforme.

Les critères de jugement secondaires incluent : les niveaux d'activité physique, mesurés par le Recent Physical Activity Questionnaire (RPAQ) et les données enregistrées par Fitbit (nombre de pas, fréquence cardiaque, habitudes de sommeil) ; la qualité de vie liée à la santé, mesurée par les scores des composantes physiques et mentales du SF-12 version 2 (SF-12v2) ; les biomarqueurs cardiovasculaires, incluant le profil lipidique (cholestérol total, HDL, LDL, triglycérides) et les marqueurs inflammatoires (protéine C-réactive et marqueurs exploratoires de l'inflammation systémique), mesurés à partir d'échantillons de sang veineux à la base et à 12 semaines ; la capacité aérobie, mesurée par le test de marche navette incrémentale (TMNI) à la base, à 12 semaines et à 3 mois ; l'auto-efficacité à l'exercice, mesurée par l'échelle de Jenkins d'auto-efficacité pour l'exercice à la base, à 6 semaines, 12 semaines et 3 mois ; les mesures cliniques (pression artérielle, taille et poids) ; et les données physiologiques dérivées du wearable, incluant la fréquence cardiaque, la variabilité de la fréquence cardiaque (RMSSD, rapport LF/HF), la SpO2, la fréquence respiratoire, la température cutanée, et l'ECG et l'activité électrodermale (AED) à la demande via le Fitbit Charge 6.

Les critères de faisabilité incluent : le taux de recrutement (nombre de personnes dépistées, éligibles, ayant consenti et randomisées), le taux de rétention (proportion ayant terminé l'étude de 13 semaines), l'adhésion (temps de port du Fitbit, métriques d'engagement avec l'application), la convivialité et l'acceptabilité de la plateforme, l'exhaustivité de la collecte des données de critères de jugement, et les taux d'événements indésirables et d'utilisation des soins de santé (consultations non programmées chez le médecin généraliste, hospitalisations imprévues).

Calendrier de collecte des données Les données seront collectées à cinq moments : inclusion/base (-2 semaines), allocation (semaine 0), et post-allocation à 6 semaines, 12 semaines et 3 mois, avec une collecte de données passive continue via la plateforme et Fitbit tout au long de la période d'étude.

Traitement des échantillons Des échantillons de sang veineux (EDTA, 6-8 mL) seront prélevés à la base et à 12 semaines par des infirmières de recherche clinique formées au Glenfield Hospital, University Hospitals of Leicester. Les échantillons seront étiquetés avec des codes de participants pseudonymisés et traités dans les 2 heures suivant le prélèvement. Le sang total sera centrifugé à 1 800 × g pendant 10 minutes à 4°C. Le plasma sera aliquotté (≥2 × 0,5 mL) et stocké à -80°C jusqu'à l'analyse par lots au University of Leicester Cardiovascular Research Centre (CVRC). Les échantillons présentant une hémolyse visible ou un volume insuffisant seront re-prélevés lorsque cela est possible. Les analyses seront effectuées à l'aide de tests validés conformément aux procédures opératoires standard du CVRC.

Taille de l'échantillon La taille de l'échantillon a été déterminée par un calcul de puissance de test t à deux échantillons basé sur les données d'une étude précédente de notre groupe [10], qui a démontré que le passage de la conduite automobile aux modes de déplacement actifs entraîne des réductions d'environ 20-25 % de l'exposition aux polluants. Pour atteindre une puissance >80 % à un niveau de significativité de 5 %, il faut ≥22 participants par groupe atteignant le point final de l'étude. Nous visons donc 30 participants par groupe (60 au total) pour terminer l'étude. En tenant compte d'un taux d'abandon anticipé de 25 %, le recrutement cible est jusqu'à 80 participants (20 en réadaptation cardiaque, 20 en réadaptation pulmonaire, 40 témoins sains).

Analyse statistique Toutes les analyses seront menées conformément à un plan d'analyse statistique pré-spécifié. Les caractéristiques de base seront résumées à l'aide de moyennes et d'écarts-types (ou médianes et écarts interquartiles) pour les variables continues et de décomptes avec pourcentages pour les variables catégorielles.

Analyse primaire : L'exposition moyenne à la pollution (PM2,5, PM10, NO2) pendant l'activité physique sera comparée entre les bras intervention et témoin à l'aide de tests t pour échantillons indépendants ou de tests U de Mann-Whitney, selon le cas.

Analyses secondaires : Les scores des composantes physiques et mentales du SF-12v2 et les données du RPAQ seront analysés pour les différences entre les groupes à chaque moment. Les changements des biomarqueurs cardiovasculaires de la base à 12 semaines seront comparés entre les groupes. Les tendances d'activité seront rapportées graphiquement sur la période de 13 semaines. L'utilisation des soins de santé (consultations chez le médecin généraliste, hospitalisations) sera résumée de manière descriptive.

Critères de faisabilité : Les taux de recrutement, d'éligibilité, d'inclusion et de rétention seront rapportés en décomptes et proportions. Les données d'engagement avec l'application seront résumées à l'aide de statistiques descriptives.

Données manquantes : Les lignes directrices de notation spécifiques à chaque questionnaire seront appliquées. L'analyse sera basée sur les données disponibles jusqu'au dernier suivi complété par chaque participant. Aucune analyse intermédiaire n'est prévue.

Gestion des données Les données des participants seront gérées à l'aide de REDCap (Research Electronic Data Capture), une application web sécurisée pour l'administration d'enquêtes et la gestion de bases de données. Chaque participant se verra attribuer un identifiant pseudonymisé unique ; une liste de contacts séparée, protégée par mot de passe, sera conservée en sécurité à l'UHL.

Les données enregistrées seront transmises en flux continu vers un serveur sécurisé de l'Université de Leicester. L'accès est restreint au personnel de recherche autorisé. Les données Fitbit seront collectées via des comptes pré-enregistrés contrôlés par l'équipe de recherche. Toutes les données seront stockées sur le Research Filestore de l'Université de Leicester et analysées sur des appareils appartenant à l'université, cryptés avec BitLocker. Les données seront archivées pendant un minimum de 6 ans après la fin de l'étude conformément aux procédures opératoires standard de l'Université de Leicester.

Éthique et diffusion Approbation éthique L'étude sera menée conformément à la Déclaration d'Helsinki (amendement 2013), au Cadre politique britannique pour la recherche en santé et en protection sociale (2017), aux lignes directrices ICH-BPC et aux procédures opératoires standard du promoteur. L'approbation éthique a été obtenue du South Central - Oxford C Research Ethics Committee (référence : 26/SC/0048). L'approbation de la HRA et du Health and Care Research Wales (HCRW) a été accordée le 3 mars 2026 (ID de projet IRAS : 348160 ; numéro de protocole : 1058). Le promoteur de l'étude est le Research & Enterprise Division, Research Governance Office de l'Université de Leicester.

Considérations de sécurité La plateforme fournit uniquement des conseils et n'est pas classée comme un dispositif médical selon les directives de la MHRA. Aucun effet indésirable grave n'est anticipé. Il sera conseillé aux participants d'arrêter d'utiliser l'application s'ils se sentent malades ou instables. Des données sur les consultations non programmées chez le médecin généraliste et les hospitalisations imprévues seront collectées tout au long de la période d'étude. Tous les événements indésirables graves seront signalés au promoteur dans les 24 heures conformément aux procédures opératoires standard du promoteur.

Protection des données Les données personnelles seront traitées conformément au Data Protection Act 2018, au Règlement général sur la protection des données de l'UE et à l'ICH-BPC. L'Université de Leicester est le responsable du traitement des données. Les participants ayant opté de ne pas partager leurs données via l'opt-out national des données seront exclus de tout ensemble de données identifiables, en collaboration avec le délégué à la protection des données de l'UHL.

Implication des patients et du public Des groupes d'implication des patients et du public (IPP) ont examiné les documents de l'étude et le parcours participant lors de l'élaboration du protocole. Les retours de l'IPP ont informé plusieurs décisions de conception, notamment la fourniture d'options de téléchargement de l'application assistées, d'un guide d'intégration et d'une ligne d'assistance dédiée pour le soutien à l'étude.

Diffusion Les résultats seront diffusés par le biais de publications évaluées par les pairs, de présentations en conférence, du site web de la cohorte EXCEED et d'événements de diffusion auprès des parties prenantes, quel que soit le résultat. L'étude sera rapportée conformément à la déclaration CONSORT, adaptée pour les études de faisabilité. La paternité suivra les lignes directrices de l'ICMJE. Les participants auront la possibilité de recevoir un résumé des résultats. Les données collectées sur la convivialité et l'acceptabilité de l'application seront utilisées pour remplir les critères d'évaluation des technologies numériques (DTAC) afin de soutenir une adoption potentielle par le NHS.

Enregistrement de l'essai L'essai est enregistré sur [TODO : ISRCTN/ClinicalTrials.gov] (numéro d'enregistrement : [TODO : numéro]). ID de projet IRAS : 348160.

Discussion EPIC-AIR aborde une lacune critique à l'intersection de la santé environnementale, de la technologie numérique et de la réadaptation clinique par l'exercice. Bien que les effets néfastes de la pollution de l'air sur la santé cardiovasculaire et respiratoire soient bien établis, l'intégration actionnable des données de pollution en temps réel dans les parcours de soins des patients reste largement inexplorée. Notamment, les preuves sur l'impact de la pollution de l'air sur les individus faisant de l'exercice en plein air sont très limitées, en particulier chez ceux souffrant de maladies cardiovasculaires ou respiratoires préexistantes. Les études d'Oxford Street [3,4] représentent l'une des très rares investigations examinant l'influence de la pollution de l'air sur l'exercice chez des individus ayant des conditions cardiorespiratoires préexistantes, et la majorité des études d'exposition en chambre ont été menées chez des volontaires sains ou des personnes atteintes de maladie légère. Le Committee on the Medical Effects of Air Pollutants (COMEAP) a souligné cette lacune de preuves et a recommandé que des recherches supplémentaires soient entreprises dans le cadre de la révision des normes indicatives de qualité de l'air (AQIS) du Department for Environment, Food and Rural Affairs (Defra) [12]. Cette étude est, à notre connaissance, la première à évaluer si la fourniture d'informations personnalisées sur la qualité de l'air via une application smartphone peut réduire l'exposition à la pollution pendant les programmes de réadaptation structurés pour les patients cardiaques et pulmonaires.

La plateforme proposée offre une intervention évolutive et à faible coût qui exploite la technologie mobile existante et les données de qualité de l'air dérivées des satellites. En fournissant des informations de pollution en temps réel, spécifiques au lieu, et des conseils d'exercice adaptatifs, l'application permet aux patients de prendre des décisions éclairées sur quand, où et comment faire de l'exercice en plein air. Cette approche s'aligne sur l'accent croissant mis sur la médecine personnalisée et l'autogestion des patients dans les soins des maladies chroniques.

Plusieurs caractéristiques de conception renforcent ce protocole. La conception randomisée en aveugle avec stratification par pathologie de longue durée minimise le biais d'allocation tout en assurant une représentation équilibrée des patients cardiaques et pulmonaires. L'inclusion de volontaires sains permet de comparer l'engagement avec l'application et les réponses comportementales selon l'état de santé. L'utilisation d'itinéraires de marche suivis par GPS fournit des estimations objectives et spatialement résolues de l'exposition à la pollution, dépassant la dépendance aux données des stations de surveillance fixes.

En tant qu'étude de faisabilité, EPIC-AIR est conçue pour générer les preuves nécessaires pour éclairer un futur essai définitif. Les incertitudes clés incluent la volonté des patients de s'engager avec les données de pollution parallèlement aux conseils d'exercice, la fiabilité technique de la diffusion de la qualité de l'air en temps réel dans divers environnements urbains et suburbains, et si 12 semaines sont suffisantes pour observer un changement comportemental significatif. Les critères de faisabilité, incluant le recrutement, la rétention, l'adhésion et la convivialité de l'application, informeront directement la conception, la taille de l'échantillon et la réalisation d'un essai contrôlé randomisé ultérieur pleinement puissant.

Les limites potentielles incluent la conception monocentrique, qui peut limiter la généralisabilité, et la dépendance à une exposition personnelle à la pollution modélisée plutôt que directement mesurée. La durée d'étude de 13 semaines, bien qu'appropriée pour évaluer la faisabilité, peut être insuffisante pour détecter des résultats de santé durables. De plus, la conscience des participants qu'ils participent à une étude impliquant une application peut influencer leur comportement indépendamment de l'allocation de groupe (effet Hawthorne), bien que la mise en aveugle de l'état d'allocation atténue cette préoccupation.

Si l'intervention s'avère faisable et montre des signes prometteurs d'efficacité, les résultats pourraient éclairer le développement d'interventions personnalisées en santé environnementale intégrées dans les parcours de réadaptation du NHS, établissant potentiellement de nouvelles normes pour l'intégration des considérations de qualité de l'air dans la prescription clinique d'exercice.

Références

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2. Royal College of Physicians. Every breath we take: the lifelong impact of air pollution. London: 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. London: COMEAP; 2024. Disponible sur : 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