임상 운동 재활에서의 오염 모니터링 효과 (EPIC-AIR)

대기 오염은 뇌졸중, 심장 질환, 폐암 및 만성 호흡기 질환으로 인해 매년 약 420만 명의 조기 사망에 기여하는 글로벌 공중 보건 위기입니다 [1]. 영국에서는 주변 대기 오염이 매년 30,000~40,000명의 조기 사망에 기여하는 것으로 추정됩니다 [2]. 기존의 심장 및 폐 질환을 가진 개인의 경우, 오염된 공기에 노출되면 증상을 악화시키고 급성 사건을 유발하며 재활 프로그램의 효과를 감소시킬 수 있습니다 [3,4].

신체 활동은 잘 확립된 심혈관 및 호흡기 이점을 제공하며, 운동 기반 재활은 만성 심장 및 폐 질환 환자의 관리의 초석입니다. 그러나 오염된 환경에서 운동하는 것은 특히 취약한 인구 집단에서 이러한 이점을 상쇄할 수 있습니다. 교통 관련 오염에 대한 단기 노출은 건강한 개인 및 허혈성 심장 질환과 만성 폐쇄성 폐질환(COPD)을 가진 사람들 모두에서 걷기의 유익한 심폐 효과를 감소시키는 것으로 나타났습니다 [3,4]. 공기 중 미세먼지(PM2.5, PM10) 및 이산화질소(NO2)는 인터루킨(IL)-1β, IL-6, IL-23 및 종양 괴사 인자 알파(TNF-α)를 포함한 염증성 사이토카인의 증가를 통해 산화 스트레스 및 전신 염증을 유발합니다 [5,6]. 이 만성 저등급 염증은 심혈관 질환 [7], 인슐린 저항성 [8] 및 기타 전신 장애 [9]의 위험을 증가시킵니다.

이러한 잘 문서화된 위험에도 불구하고, 대기 질 데이터의 임상 실무 통합은 특히 심장 재활(CR) 및 폐 재활(PR) 프로그램의 맥락에서 여전히 제한적입니다. 메타 분석 증거에 따르면 PM2.5 노출이 1.0 μg/m3 감소하는 것은 평균 혈압이 약 0.5 mmHg 감소하는 것과 관련이 있으며, 능동적인 통근 방식은 운전에 비해 NO2 및 PM2.5 노출을 50% 감소시킵니다 [10]. 이러한 발견은 운동 시간, 위치 또는 경로를 조정하는 것과 같은 비교적 적은 행동 수정이 재활 중 오염 노출을 의미 있게 줄일 수 있음을 시사합니다.

구조화된 신체 활동 지침과 함께 실시간 대기 오염 데이터가 통합된 모바일 헬스(mHealth) 기술은 맞춤형 오염 노출 정보를 제공하는 유망한 수단을 제공합니다. 따라서 이 연구는 임상 재활 환경에서 이 방법의 타당성과 잠재적 효과를 평가할 것입니다.

EPIC-AIR는 단일 기관(University Hospitals of Leicester NHS Trust)에서 수행되는 두 개의 병렬 그룹을 가진 계층화, 맹검, 무작위 대조 타당성 시험입니다. 이 연구는 1주간의 등록 및 기준선 데이터 수집 기간과 그 뒤를 이은 12주간의 중재 기간으로 구성됩니다. 할당 후 3개월에 추적 평가가 계획되어 있습니다.

환경 참가자는 University Hospitals of Leicester NHS Trust의 심장 및 폐 재활 서비스와 영국 레스터 주변 지역 사회에서 모집됩니다.

자격 기준 참가자는 두 개의 코호트로 모집됩니다. 코호트 A는 만성 질환 환자로 구성됩니다; 코호트 B는 건강한 자원봉사자로 구성됩니다.

코호트 A: 만성 질환 환자 코호트 A의 포함 기준은 다음과 같습니다: 18세 이상의 남성 또는 여성 성인; 천식, COPD, 간질성 폐질환(ILD), 관상동맥 심장 질환(CHD) 또는 심부전(HF) 중 하나 이상의 임상 진단 및 임상의에 의한 운동 재활 승인; 인터넷 접속이 가능한 GPS 지원 스마트폰 소유; 불안정하거나 불안하지 않고 최소 5분 동안 야외에서 걸을 수 있는 능력; 모집 기간(2026년 2월-5월) 내에 13주간의 중재를 완료할 수 있는 가용성; 정보에 입각한 동의를 제공할 의지와 능력; 연구 기간의 70% 이상 동안 Fitbit 장치를 착용할 의지.

코호트 B: 건강한 자원봉사자 코호트 B의 포함 기준은 코호트 A와 동일하지만, 참가자는 천식, COPD, ILD, CHD 또는 HF의 진단을 받지 않아야 합니다.

제외 기준(두 코호트 모두) 두 코호트 모두에 대한 제외 기준은 다음과 같습니다: 치매, 학습 장애, 중증 정신 건강 장애(우울증 또는 불안 제외) 또는 간질 진단; 완화 치료를 받고 있음; 연구 문서를 이해하고 플랫폼을 사용할 수 있는 충분한 영어 능력 부족; 지난 12개월 이내에 의료 전문가로부터 운동을 하지 말라는 조언을 받음; 현재 임신 중; 안정 시 흉통 존재; 서 있거나 걸을 때 현저한 불안정성.

모집 모든 필요한 승인을 받은 후 모집이 시작됩니다. 임상 참가자(심장 및 폐 재활 환자)는 환자의 기존 임상 치료 팀 구성원이 University Hospitals of Leicester NHS Trust의 재활 프로그램 기록 검토를 통해 식별됩니다. 건강한 자원봉사자는 이메일, 소셜 미디어 광고 및 대학 네트워크를 통해 지역 사회에서 모집됩니다.

이 연구는 25%의 탈락률을 고려하여 60명의 완료자(심장 재활 환자 15명, 폐 재활 환자 15명 및 건강한 대조군 30명) 목표를 달성하기 위해 최대 80명의 참가자를 모집하는 것을 목표로 합니다.

정보에 입각한 동의 잠재적 참가자는 참가자 정보 안내서를 받게 되며 참여를 고려할 최소 24시간이 주어집니다. 서면 정보에 입각한 동의는 모든 연구 활동 전에 적절히 자격을 갖추고 권한을 부여받은 연구 팀 구성원이 취득합니다. 참가자는 불이익 없이 언제든지 철회할 권리가 있음을 알게 됩니다.

무작위 배정 및 맹검 참가자는 만성 질환(심장 대 폐)에 따라 계층화되고 안전한 웹 기반 시스템(Sealed Envelope Ltd)을 통해 컴퓨터 생성 할당 순서를 사용하여 1:1로 무작위 배정됩니다. 무작위 배정은 자격 확인, 동의, 기준선 데이터 수집 및 성공적인 앱 설정 후에 발생합니다.

이 연구는 맹검입니다: 참가자는 자신의 그룹 할당을 알지 못하며, 결과 평가자는 맹검 상태이며, 분석을 수행하는 통계학자는 코딩된 그룹 식별자를 사용할 것입니다. 맹검은 플랫폼 인터페이스가 양쪽 그룹에서 동일하게 보이도록 하고, 대기 질 기능이 할당에 따라 활성화되거나 비활성화되도록 유지함으로써 유지됩니다. 할당 코드는 데이터 수집 및 예비 스크리닝 후 연구 종료 시 해독됩니다.

중재 모든 참가자는 Fitbit Charge 6 착용형 활동 모니터를 받고 플랫폼에 로그인합니다. 1주간의 기준선 모니터링 기간 후, 참가자는 개별 기준선 활동 수준에 맞춰진 12주간의 점진적인 걷기 지침을 플랫폼을 통해 받게 되며, 동시에 앱을 통해 동기 부여 메시지 및 알림을 받습니다.

이러한 공통 요소 외에도, 중재 그룹에 무작위 배정된 참가자는 GPS 기반 위치 데이터를 사용하여 제공되는 플랫폼을 통해 실시간 대기 질 정보(PM2.5, PM10, NO2 수준)를 받게 됩니다. 앱은 현재 오염 수준에 따라 적응형 지침을 제공하며, 걷기 경로 변경, 야외 활동 시간 조정 또는 고오염 기간 동안 운동 강도 감소 제안을 포함합니다.

대조군의 참가자는 동일한 운동 지침 및 추적 기능으로 플랫폼을 사용하지만 대기 질 데이터 또는 오염 관련 지침을 받지 않습니다.

결과 1차 결과는 GPS 추적 걷기 경로 및 플랫폼을 통한 모델링된 대기 질 데이터로 추론된 야외 신체 활동 중 개인 오염 노출(PM2.5, PM10 및 NO2)입니다.

2차 결과에는 최근 신체 활동 설문지(RPAQ) 및 Fitbit 기록 걸음 수, 심박수, 수면 패턴으로 측정된 신체 활동 수준; SF-12 버전 2(SF-12v2) 신체 및 정신 구성 요소 요약 점수로 측정된 건강 관련 삶의 질; 기준선 및 12주에 정맥혈 샘플로 측정된 지질 프로필(총 콜레스테롤, HDL, LDL, 중성지방) 및 염증 표지자(C-반응성 단백 및 전신 염증의 탐색적 표지자)를 포함한 심혈관 바이오마커; 기준선, 12주 및 3개월에 증분 셔틀 걷기 검사(ISWT)로 측정된 유산소 체력; 기준선, 6주, 12주 및 3개월에 Jenkins 운동 자기 효능감 척도로 측정된 운동 자기 효능감; 임상 측정(혈압, 키 및 체중); 및 심박수, 심박 변이성(RMSSD, LF/HF 비율), SpO2, 호흡률, 피부 온도, 주문형 ECG 및 전기 피부 활동(EDA)을 포함한 착용형 파생 생리학적 데이터가 포함됩니다.

타당성 결과에는 모집률(스크리닝, 자격, 동의 및 무작위 배정된 수), 유지율(13주 연구 완료 비율), 순응도(Fitbit 착용 시간, 앱 참여 지표), 플랫폼의 사용성 및 수용성, 결과 데이터 수집의 완전성, 부작용 및 의료 이용률(비정기 GP 방문, 예상치 못한 입원) 비율이 포함됩니다.

데이터 수집 일정 데이터는 다섯 가지 시점에서 수집됩니다: 등록/기준선(-2주), 할당(0주), 및 할당 후 6주, 12주 및 3개월, 연구 기간 내내 플랫폼 및 Fitbit을 통한 지속적인 수동 데이터 수집.

샘플 처리 정맥혈 샘플(EDTA, 6-8 mL)은 University Hospitals of Leicester의 Glenfield Hospital에서 훈련된 임상 연구 간호사가 기준선 및 12주에 수집합니다. 샘플은 익명화된 참가자 코드로 라벨링되며 수집 후 2시간 이내에 처리됩니다. 전혈은 4°C에서 1,800 × g로 10분 동안 원심분리됩니다. 혈장은 분주(≥2 × 0.5 mL)되어 University of Leicester Cardiovascular Research Centre(CVRC)에서 일괄 분석될 때까지 -80°C에 보관됩니다. 가시적인 용혈 또는 부적절한 부피가 있는 샘플은 가능한 경우 재수집됩니다. 분석은 CVRC 표준 운영 절차에 따라 검증된 분석법을 사용하여 수행됩니다.

표본 크기 표본 크기는 우리 그룹의 이전 연구 [10] 데이터를 기반으로 한 두 표본 t-검정 검정력 계산에 의해 결정되었으며, 이 연구는 운전에서 능동적 이동 방식으로 전환하면 오염 물질 노출이 약 20-25% 감소함을 보여주었습니다. 5% 유의 수준에서 >80% 검정력을 달성하려면 연구 종료점에 도달하는 그룹당 ≥22명의 참가자가 필요합니다. 따라서 우리는 그룹당 30명의 참가자(총 60명)가 연구를 완료하도록 목표로 합니다. 예상 25% 탈락률을 고려하여 목표 모집은 최대 80명의 참가자(심장 재활 20명, 폐 재활 20명, 건강한 대조군 40명)입니다.

통계 분석 모든 분석은 사전 지정된 통계 분석 계획에 따라 수행됩니다. 기준선 특성은 연속 변수에 대해 평균 및 표준 편차(또는 중앙값 및 사분위 범위)를 사용하고 범주형 변수에 대해 백분율과 함께 빈도를 사용하여 요약됩니다.

1차 분석: 신체 활동 중 평균 오염 노출(PM2.5, PM10, NO2)은 적절한 경우 독립 표본 t-검정 또는 Mann-Whitney U 검정을 사용하여 중재군과 대조군 간에 비교됩니다.

2차 분석: SF-12v2 신체 및 정신 구성 요소 요약 점수 및 RPAQ 데이터는 각 시점에서 그룹 간 차이에 대해 분석됩니다. 기준선에서 12주까지의 심혈관 바이오마커 변화가 그룹 간에 비교됩니다. 활동 추세는 13주 기간 동안 그래픽으로 보고됩니다. 의료 이용률(GP 방문, 입원)은 기술적으로 요약됩니다.

타당성 결과: 모집, 자격, 등록 및 유지율은 빈도 및 비율로 보고됩니다. 앱 참여 데이터는 기술 통계를 사용하여 요약됩니다.

결측 데이터: 각 설문지에 특정한 채점 지침이 적용됩니다. 분석은 각 참가자의 마지막 완료된 추적 시점까지의 사용 가능한 데이터를 기반으로 합니다. 중간 분석은 계획되지 않았습니다.

데이터 관리 참가자 데이터는 설문 조사 관리 및 데이터베이스 관리를 위한 안전한 웹 기반 응용 프로그램인 REDCap(Research Electronic Data Capture)를 사용하여 관리됩니다. 각 참가자에게 고유한 익명화된 식별자가 할당됩니다; 별도의 암호로 보호된 연락처 목록은 UHL에 안전하게 보관됩니다.

기록된 데이터는 안전한 University of Leicester 서버로 스트리밍됩니다. 접근은 승인된 연구 직원으로 제한됩니다. Fitbit 데이터는 연구 팀이 제어하는 사전 등록된 계정을 통해 수집됩니다. 모든 데이터는 University of Leicester Research Filestore에 저장되고 대학 소유의 BitLocker 암호화 장치에서 분석됩니다. 데이터는 University of Leicester 표준 운영 절차에 따라 연구 완료 후 최소 6년간 보관됩니다.

윤리 및 확산 윤리 승인 이 연구는 헬싱키 선언(2013년 개정), 영국 건강 및 사회 복지 연구 정책 프레임워크(2017), ICH-GCP 지침 및 스폰서의 표준 운영 절차에 따라 수행됩니다. 윤리 승인은 South Central - Oxford C 연구 윤리 위원회(참조: 26/SC/0048)로부터 획득되었습니다. HRA 및 Health and Care Research Wales(HCRW) 승인은 2026년 3월 3일에 부여되었습니다(IRAS 프로젝트 ID: 348160; 프로토콜 번호: 1058). 연구 스폰서는 University of Leicester Research & Enterprise Division, Research Governance Office입니다.

안전 고려 사항 플랫폼은 지침만 제공하며 MHRA 지침에 따라 의료 기기로 분류되지 않습니다. 심각한 부작용은 예상되지 않습니다. 참가자는 몸이 좋지 않거나 불안정하다고 느끼면 앱 사용을 중단하도록 조언받을 것입니다. 비정기 GP 방문 및 예상치 못한 입원에 대한 데이터는 연구 기간 내내 수집됩니다. 모든 심각한 이상 사건은 스폰서 표준 운영 절차에 따라 24시간 이내에 스폰서에게 보고됩니다.

데이터 보호 개인 데이터는 데이터 보호법 2018, EU 일반 데이터 보호 규정 및 ICH-GCP를 준수하여 처리됩니다. University of Leicester은 데이터 관리자입니다. 국가 데이터 옵트아웃을 통해 데이터 공유를 거부한 참가자는 UHL 데이터 보호 책임자와 협력하여 식별 가능한 데이터 세트에서 제외됩니다.

환자 및 공중 참여 환자 및 공중 참여(PPI) 그룹은 프로토콜 개발 중 연구 문서 및 참가자 경로를 검토했습니다. PPI 피드백은 지원되는 앱 다운로드 옵션 제공, 온보딩 가이드 및 전용 연구 지원 헬프라인을 포함한 여러 설계 결정에 영향을 미쳤습니다.

확산 결과는 결과에 관계없이 동료 검토 출판, 학회 발표, EXCEED 코호트 웹사이트 및 이해관계자 확산 행사를 통해 확산됩니다. 이 연구는 타당성 연구에 맞게 수정된 CONSORT 선언에 따라 보고됩니다. 저자는 ICMJE 지침을 따를 것입니다. 참가자는 결과 요약을 받을 기회가 있습니다. 앱 사용성 및 수용성에 대해 수집된 데이터는 잠재적인 NHS 채택을 지원하기 위해 Digital Technology Assessment Criteria(DTAC)를 채우는 데 사용됩니다.

시험 등록 이 시험은 [TODO: ISRCTN/ClinicalTrials.gov]에 등록되어 있습니다 (등록 번호: [TODO: number]). IRAS 프로젝트 ID: 348160.

토론 EPIC-AIR는 환경 건강, 디지털 기술 및 임상 운동 재활의 교차점에 있는 중요한 격차를 해소합니다. 대기 오염이 심혈관 및 호흡기 건강에 미치는 부정적인 영향은 잘 확립되어 있지만, 실시간 오염 데이터를 환자 치료 경로에 실행 가능하게 통합하는 것은 대부분 탐구되지 않았습니다. 특히, 야외에서 운동하는 개인, 특히 기존 심혈관 또는 호흡기 질환을 가진 사람들에게 미치는 대기 오염의 영향에 대한 증거는 매우 제한적입니다. Oxford Street 연구 [3,4]는 기존 심폐 질환을 가진 개인의 운동에 대한 대기 오염의 영향을 조사한 매우 소수의 연구 중 하나를 나타내며, 대부분의 챔버 기반 노출 연구는 건강한 자원봉사자 또는 경미한 질병을 가진 사람들을 대상으로 수행되었습니다. 대기 오염의 의학적 영향 위원회(COMEAP)는 이 증거 격차를 강조하고 환경식품농림부(Defra) 대기 질 표시 기준(AQIS) 검토의 일부로 추가 연구를 수행할 것을 권장했습니다 [12]. 우리가 아는 한, 이 연구는 스마트폰 애플리케이션을 통해 맞춤형 대기 질 정보를 제공하는 것이 심장 및 폐 환자를 위한 구조화된 재활 프로그램 중 오염 노출을 줄일 수 있는지 평가하는 첫 번째 연구입니다.

제안된 플랫폼은 기존 모바일 기술 및 위성 파생 대기 질 데이터를 활용하는 확장 가능한 저비용 중재를 제공합니다. 실시간, 위치 특정 오염 정보 및 적응형 운동 지침을 제공함으로써, 앱은 환자가 야외에서 언제, 어디서, 어떻게 운동할지에 대한 정보에 입각한 결정을 내릴 수 있도록 합니다. 이 접근 방식은 만성 질환 치료에서 맞춤형 의학 및 환자 자가 관리에 대한 증가하는 강조와 일치합니다.

여러 설계 특징이 이 프로토콜을 강화합니다. 만성 질환에 따른 계층화를 포함한 맹검, 무작위 설계는 할당 편향을 최소화하면서 심장 및 폐 환자의 균형 잡힌 대표성을 보장합니다. 건강한 자원봉사자의 포함은 건강 상태에 걸친 앱 참여 및 행동 반응을 비교할 수 있게 합니다. GPS 추적 걷기 경로의 사용은 고정된 모니터링 스테이션 데이터에 대한 의존을 넘어 객관적이고 공간적으로 해결된 오염 노출 추정치를 제공합니다.

타당성 연구로서, EPIC-AIR는 미래의 확정적 시험을 알리는 데 필요한 증거를 생성하도록 설계되었습니다. 주요 불확실성에는 운동 지침과 함께 오염 데이터에 참여하려는 환자의 의지, 다양한 도시 및 교외 환경에서 실시간 대기 질 제공의 기술적 신뢰성, 그리고 12주가 의미 있는 행동 변화를 관찰하기에 충분한지 여부가 포함됩니다. 모집, 유지, 순응도 및 앱 사용성을 포함한 타당성 결과는 후속 완전 검정력 무작위 대조 시험의 설계, 표본 크기 및 제공에 직접적으로 정보를 제공할 것입니다.

잠재적 제한 사항에는 일반화를 제한할 수 있는 단일 기관 설계 및 직접 측정된 개인 오염 노출보다 모델링된 데이터에 의존하는 것이 포함됩니다. 13주 연구 기간은 타당성 평가에 적절하지만 지속적인 건강 결과를 감지하기에는 불충분할 수 있습니다. 또한, 참가자가 앱을 포함하는 연구에 참여하고 있다는 인식은 그룹 할당에 관계없이 행동에 영향을 미칠 수 있지만(호손 효과), 할당 상태에 대한 맹검은 이러한 우려를 완화합니다.

중재가 타당성이 있고 유망한 효과 신호를 보인다면, 연구 결과는 NHS 재활 경로에 통합된 맞춤형 환경 건강 중재 개발에 정보를 제공할 수 있으며, 잠재적으로 임상 운동 처방에 대기 질 고려 사항을 통합하는 새로운 표준을 수립할 수 있습니다.

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