臨床運動リハビリテーションにおける汚染モニタリングの有効性 (EPIC-AIR)

大気汚染は世界的な公衆衛生の危機であり、脳卒中、心臓病、肺がん、慢性呼吸器疾患による年間約420万人の早期死亡に寄与している[1]。 英国では、大気汚染が年間30,000〜40,000人の早期死亡に関与していると推定されている[2]。 既存の心臓・肺疾患を持つ個人にとって、汚染された空気への曝露は症状を悪化させ、急性イベントを誘発し、リハビリテーションプログラムの効果を低下させる可能性がある[3,4]。

身体活動は、確立された心血管・呼吸器系の利益をもたらし、運動を基盤としたリハビリテーションは慢性心臓・肺疾患患者の管理の基盤である。 しかし、汚染された環境での運動は、特に脆弱な集団において、これらの利益を相殺する可能性がある。 交通関連汚染への短期曝露は、健康な個人および虚血性心疾患と慢性閉塞性肺疾患（COPD）を持つ個人の両方において、歩行の有益な心肺効果を減弱させることが示されている[3,4]。 大気中の粒子状物質（PM2.5、PM10）および二酸化窒素（NO2）は、インターロイキン（IL）-1β、IL-6、IL-23、腫瘍壊死因子α（TNF-α）を含む炎症性サイトカインの上昇を通じて酸化ストレスと全身性炎症を誘導する[5,6]。 この慢性的な低度炎症は、心血管疾患[7]、インスリン抵抗性[8]、および他の全身性疾患[9]のリスクを増加させる。

これらの十分に記録されたリスクにもかかわらず、臨床実践への大気質データの統合は限られており、特に心臓リハビリテーション（CR）および肺リハビリテーション（PR）プログラムの文脈においてである。 メタ分析のエビデンスは、PM2.5曝露の1.0 μg/m3減少が平均血圧の約0.5 mmHg減少と関連し、積極的な通勤手段は運転と比較してNO2およびPM2.5曝露を50％減少させることを示している[10]。 これらの知見は、運動のタイミング、場所、または経路を調整するなどの比較的控えめな行動修正が、リハビリテーション中の汚染曝露を有意に減少させる可能性があることを示唆している。

リアルタイムの大気汚染データと構造化された身体活動ガイダンスを統合したモバイルヘルス（mHealth）技術は、個別化された汚染曝露情報を提供するための有望な手段を提供する。 したがって、この研究は、臨床リハビリテーション設定におけるこの方法の実現可能性と潜在的有効性を評価する。

EPIC-AIRは、単一施設（レスター大学病院NHSトラスト）で実施される、2つの並行群による層別化、盲検化、ランダム化比較実現可能性試験である。 この研究は、1週間の登録およびベースラインデータ収集期間とそれに続く12週間の介入期間で構成される。 割り付け後3か月にフォローアップ評価が計画されている。

設定 参加者は、レスター大学病院NHSトラストの心臓および肺リハビリテーションサービスと、英国レスター周辺の地域社会から募集される。

適格基準 参加者は2つのコホートで募集される。 コホートAは長期的状態を持つ患者で構成される。コホートBは健康なボランティアで構成される。

コホートA：長期的状態を持つ患者 コホートAの包括基準は：男性または女性の成人で年齢≥18歳；喘息、COPD、間質性肺疾患（ILD）、冠動脈疾患（CHD）、または心不全（HF）のいずれか1つ以上の臨床診断があり、臨床医による運動リハビリテーションの許可がある；インターネットアクセス可能なGPS対応スマートフォンを所有している；不安やふらつきを感じずに屋外で最低5分間歩行できる能力がある；募集期間内（2026年2月〜5月）に13週間の介入を完了できること；インフォームドコンセントを与える意思と能力がある；および研究期間の>70％にFitbitデバイスを装着する意思がある。

コホートB：健康なボランティア コホートBの包括基準は、参加者が喘息、COPD、ILD、CHD、またはHFの診断がないことを除き、コホートAと同一である。

除外基準（両コホート） 両コホートの除外基準は：認知症、学習障害、重度の精神健康障害（うつ病または不安を除く）、またはてんかんの診断；緩和ケアを受けている；研究文書を理解しプラットフォームを使用するための十分な英語能力がない；過去12か月以内に医療専門家から運動を控えるよう助言を受けている；現在妊娠中；安静時胸痛の存在；および立位または歩行時の著しいふらつき。

募集 募集は、すべての必要な承認を受領後に開始される。 臨床参加者（心臓および肺リハビリテーション患者）は、レスター大学病院NHSトラストのリハビリテーションプログラム記録のレビューを通じて、患者の既存の臨床ケアチームのメンバーによって特定される。 健康なボランティアは、メール、ソーシャルメディア広告、および大学ネットワークを通じて地域社会から募集される。

この研究は、最大80名の参加者を募集し、予想される25％の脱落率を考慮して、60名の完了者（心臓リハビリテーション患者15名、肺リハビリテーション患者15名、健康対照30名）を目標とする。

インフォームドコンセント 潜在的な参加者は参加者情報シートを受け取り、少なくとも24時間の参加考慮時間が与えられる。 書面によるインフォームドコンセントは、研究活動前に、適切に資格と権限を持つ研究チームのメンバーによって取得される。 参加者は、いかなる偏見なくいつでも撤回する権利があることを知らされる。

ランダム化と盲検化 参加者は、長期的状態（心臓対肺）によって層別化され、安全なウェブベースシステム（Sealed Envelope Ltd）を介したコンピューター生成の割り付けシーケンスを使用して1：1でランダム化される。 ランダム化は、適格性確認、同意、ベースラインデータ収集、およびアプリのセットアップ成功後に発生する。

この研究は盲検化されている：参加者は自身の群割り付けを知らず、アウトカム評価者は盲検化されており、分析を実行する統計学者はコード化された群識別子を使用する。 盲検化は、プラットフォームインターフェースが両群で同一に見えるようにし、大気質機能が割り付けに応じて有効または無効にされることで維持される。 割り付けコードは、データ収集と予備スクリーニング後の研究終了時に解かれる。

介入 すべての参加者は、Fitbit Charge 6ウェアラブル活動モニターを受け取り、プラットフォームにサインインする。 1週間のベースライン監視期間後、参加者は、個々のベースライン活動レベルに合わせて調整された12週間の漸進的歩行ガイダンスをプラットフォームを通じて受け取り、アプリを介した動機付けメッセージとリマインダーも受け取る。

これらの共通要素に加えて、介入群にランダム化された参加者は、GPSベースの位置データを使用して配信される、プラットフォームを通じたリアルタイムの大気質情報（PM2.5、PM10、NO2レベル）を受け取る。 アプリは、現在の汚染レベルに基づいた適応的ガイダンスを提供し、歩行経路の変更、屋外活動のタイミング調整、または高汚染期間中の運動強度の低下などの提案を含む。

対照群の参加者は、同一の運動ガイダンスと追跡機能を備えたプラットフォームを使用するが、大気質データまたは汚染関連のガイダンスは受け取らない。

アウトカム 主要アウトカムは、GPS追跡された歩行経路とプラットフォームを介したモデル化された大気質データから推定される、屋外身体活動中の個人汚染曝露（PM2.5、PM10、NO2）である。

二次アウトカムには、Recent Physical Activity Questionnaire（RPAQ）およびFitbit記録歩数、心拍数、睡眠パターンによって測定される身体活動レベル；SF-12 version 2（SF-12v2）身体的および精神的コンポーネント要約スコアによって測定される健康関連生活の質；ベースラインおよび12週時点の静脈血サンプルから測定される脂質プロファイル（総コレステロール、HDL、LDL、トリグリセリド）および炎症マーカー（C反応性タンパク質および全身性炎症の探索的マーカー）を含む心血管バイオマーカー；ベースライン、12週、および3か月時点のIncremental Shuttle Walk Test（ISWT）によって測定される有酸素能力；ベースライン、6週、12週、および3か月時点のJenkins Self-Efficacy for Exercise Scaleによって測定される運動自己効力感；臨床測定（血圧、身長、体重）；および心拍数、心拍変動（RMSSD、LF/HF比）、SpO2、呼吸数、皮膚温度、オンデマンドECGおよび皮膚電気活動（EDA）を含むFitbit Charge 6によるウェアラブル派生生理データが含まれる。

実現可能性アウトカムには、募集率（スクリーニング数、適格者数、同意者数、ランダム化者数）、保持率（13週間研究を完了した割合）、遵守度（Fitbit装着時間、アプリ関与指標）、プラットフォームの使用性および受容性、アウトカムデータ収集の完全性、および有害事象と医療利用（非定期的GP受診、予期しない入院）の発生率が含まれる。

データ収集スケジュール データは5つの時点で収集される：登録/ベースライン（-2週）、割り付け（週0）、および割り付け後6週、12週、および3か月、研究期間を通じてプラットフォームおよびFitbitによる継続的な受動的データ収集を伴う。

サンプル処理 静脈血サンプル（EDTA、6-8 mL）は、レスター大学病院Glenfield病院の訓練された臨床研究看護師によってベースラインおよび12週時点で収集される。 サンプルは匿名化された参加者コードでラベル付けされ、収集後2時間以内に処理される。 全血は、4°Cで1,800 × gで10分間遠心分離される。 血漿は分注（≥2 × 0.5 mL）され、レスター大学心血管研究センター（CVRC）でのバッチ分析まで-80°Cで保存される。 可視的な溶血または不十分な量のサンプルは、可能な限り再収集される。 分析は、CVRC標準作業手順に従って検証されたアッセイを使用して実行される。

サンプルサイズ サンプルサイズは、運転から積極的移動手段への切り替えが汚染物質曝露を約20-25％減少させることを示した当グループによる以前の研究[10]のデータに基づく2標本t検定の検出力計算に基づいて決定された。 5％有意水準で>80％の検出力を達成するには、研究エンドポイントに到達する群あたり≥22名の参加者が必要である。 したがって、研究を完了する群あたり30名の参加者（合計60名）を目標とする。 予想される25％の脱落率を考慮して、目標募集は最大80名の参加者（心臓リハビリテーション20名、肺リハビリテーション20名、健康対照40名）である。

統計分析 すべての分析は、事前に指定された統計分析計画に従って実施される。 ベースライン特性は、連続変数には平均と標準偏差（または中央値と四分位範囲）、カテゴリ変数には数と割合を使用して要約される。

主要分析：身体活動中の平均汚染曝露（PM2.5、PM10、NO2）は、適切に独立標本t検定またはMann-Whitney U検定を使用して介入群と対照群の間で比較される。

二次分析：SF-12v2身体的および精神的コンポーネント要約スコアおよびRPAQデータは、各時点での群間差について分析される。 ベースラインから12週までの心血管バイオマーカーの変化は、群間で比較される。 活動傾向は、13週間にわたってグラフィカルに報告される。 医療利用（GP受診、入院）は記述的に要約される。

実現可能性アウトカム：募集、適格性、登録、および保持率は、数と割合として報告される。 アプリ関与データは記述統計を使用して要約される。

欠測データ：各質問票に固有の採点ガイドラインが適用される。 分析は、各参加者の最後の完了したフォローアップまでの利用可能なデータに基づいて行われる。 中間分析は計画されていない。

データ管理 参加者データは、調査管理およびデータベース管理のための安全なウェブベースアプリケーションであるREDCap（Research Electronic Data Capture）を使用して管理される。 各参加者には一意の匿名化された識別子が割り当てられる。別個のパスワード保護された連絡先リストは、UHLで安全に保持される。

記録されたデータは、安全なレスター大学サーバーにストリーミングされる。 アクセスは認可された研究スタッフに制限される。 Fitbitデータは、研究チームによって管理される事前登録アカウントを介して収集される。 すべてのデータはレスター大学Research Filestoreに保存され、大学所有のBitLocker暗号化デバイスで分析される。 データは、レスター大学標準作業手順に従って、研究完了後最低6年間アーカイブされる。

倫理と普及 倫理承認 この研究は、ヘルシンキ宣言（2013年改正）、英国保健・社会ケア研究政策枠組み（2017）、ICH-GCPガイドライン、およびスポンサーの標準作業手順に準拠して実施される。 倫理承認は、South Central - Oxford C Research Ethics Committee（参照：26/SC/0048）から得られている。 HRAおよびHealth and Care Research Wales（HCRW）承認は、2026年3月3日に付与された（IRASプロジェクトID：348160；プロトコル番号：1058）。 研究スポンサーは、レスター大学研究・事業部門、研究ガバナンスオフィスである。

安全上の考慮事項 プラットフォームはガイダンスのみを提供し、MHRAガイダンスによれば医療機器として分類されない。 重篤な有害影響は予想されない。 参加者は、気分が悪いまたはふらつきを感じる場合はアプリの使用を中止するよう助言される。 非定期的GP受診および予期しない入院に関するデータは、研究期間を通じて収集される。 すべての重篤な有害事象は、スポンサー標準作業手順に従って24時間以内にスポンサーに報告される。

データ保護 個人データは、データ保護法2018、EU一般データ保護規則、およびICH-GCPに準拠して処理される。 レスター大学がデータ管理者である。 全国データオプトアウトを介してデータ共有をオプトアウトした参加者は、UHLデータ保護責任者と協力して、識別可能なデータセットから除外される。

患者・公衆関与 患者・公衆関与（PPI）グループは、プロトコル開発中に研究文書および参加者経路をレビューした。 PPIフィードバックは、サポート付きアプリダウンロードオプションの提供、オンボーディングガイド、専用研究サポートヘルプラインを含むいくつかの設計決定に影響を与えた。

普及 結果は、アウトカムに関係なく、査読付き出版物、学会発表、EXCEEDコホートウェブサイト、およびステークホルダー普及イベントを通じて普及される。 この研究は、実現可能性研究に適応されたCONSORT声明に従って報告される。 著者権はICMJEガイドラインに従う。 参加者は、知見の要約を受け取る機会がある。 アプリの使用性および受容性に関する収集データは、Digital Technology Assessment Criteria（DTAC）を充実させるために使用され、潜在的なNHS採用を支援する。

試験登録 この試験は[TODO: ISRCTN/ClinicalTrials.gov]に登録されている （登録番号：[TODO: number]）。 IRASプロジェクトID：348160。

考察 EPIC-AIRは、環境衛生、デジタル技術、臨床運動リハビリテーションの交差点における重要なギャップに対処する。 大気汚染の心血管・呼吸器健康への有害影響は十分に確立されているが、リアルタイム汚染データの患者ケア経路への実用的な統合はほとんど未探索のままである。 特に、屋外で運動する個人、特に既存の心血管または呼吸器疾患を持つ個人への大気汚染の影響に関するエビデンスは非常に限られている。 Oxford Street研究[3,4]は、既存の心肺疾患を持つ個人の運動への大気汚染の影響を検討した非常に数少ない調査の1つを表しており、チャンバーベースの曝露研究の大部分は健康なボランティアまたは軽度の疾患を持つ個人で実施されている。 Committee on the Medical Effects of Air Pollutants（COMEAP）はこのエビデンスギャップを強調し、Department for Environment, Food and Rural Affairs（Defra）Air Quality Indicative Standards（AQIS）レビューの一部としてさらなる研究を実施することを推奨している[12]。 この研究は、我々の知る限り、スマートフォンアプリケーションを通じて個別化された大気質情報を提供することが、心臓および肺疾患患者の構造化リハビリテーションプログラム中の汚染曝露を減少させることができるかどうかを評価する最初の研究である。

提案されたプラットフォームは、既存のモバイル技術および衛星由来の大気質データを活用する、スケーラブルで低コストの介入を提供する。 リアルタイムの位置特定汚染情報および適応的運動ガイダンスを提供することにより、アプリは患者が屋外でいつ、どこで、どのように運動するかについて情報に基づいた決定を行う力を与える。 このアプローチは、慢性疾患ケアにおける個別化医療と患者自己管理への高まる重視と一致する。

いくつかの設計特徴がこのプロトコルを強化している。 長期的状態による層別化を伴う盲検化、ランダム化デザインは、割り付けバイアスを最小限に抑えながら、心臓および肺疾患患者のバランスの取れた代表性を確保する。 健康なボランティアの包括は、健康状態全体でのアプリ関与および行動反応の比較を可能にする。 GPS追跡された歩行経路の使用は、固定監視ステーションデータへの依存を超えて、客観的で空間的に分解された汚染曝露推定値を提供する。

実現可能性研究として、EPIC-AIRは将来の確定的試験を情報提供するために必要なエビデンスを生成するように設計されている。 主要な不確実性には、運動ガイダンスとともに汚染データに関与する患者の意思、多様な都市および郊外環境でのリアルタイム大気質配信の技術的信頼性、および12週間が意味のある行動変化を観察するのに十分かどうかが含まれる。 募集、保持、遵守、およびアプリ使用性を含む実現可能性アウトカムは、後続の完全検出力ランダム化比較試験の設計、サンプルサイズ、および実施に直接情報を提供する。

潜在的な制限には、一般化可能性を制限する可能性のある単一施設デザイン、および直接測定された個人汚染曝露ではなくモデル化されたものへの依存が含まれる。 13週間の研究期間は、実現可能性を評価するには適切であるが、持続的な健康アウトカムを検出するには不十分である可能性がある。 さらに、参加者がアプリを含む研究に参加していることを認識することは、群割り付けに関係なく行動に影響を与える可能性がある（ホーソン効果）、ただし割り付け状態への盲検化はこの懸念を緩和する。

介入が実現可能であり、有望な有効性の兆候を示す場合、知見はNHSリハビリテーション経路に統合された個別化環境衛生介入の開発に情報を提供し、臨床運動処方に大気質考慮事項を組み込む新しい基準を確立する可能性がある。

参考文献

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