Zmienność funkcji płuc u dzieci i młodzieży (LUV)

Tło

Astma jest najczęstszą przewlekłą chorobą wieku dziecięcego i młodzieńczego oraz ważną przyczyną zachorowalności na całym świecie. Choroba charakteryzuje się występowaniem epizodów odwracalnej obturacji dróg oddechowych (zaostrzeń) z towarzyszącymi specyficznymi objawami (świszczący oddech, duszność, kaszel, ucisk w klatce piersiowej) oraz zmniejszeniem szczytowego przepływu wydechowego (PEF) i natężonej objętości wydechowej po 1 sekundzie (FEV1). Jednak te zmiany spirometryczne pojawiają się równolegle z pogorszeniem stanu klinicznego, co daje ograniczone możliwości przewidywania zaostrzenia choroby.

Zarówno PEF, jak i FEV1 wykazują znaczną zmienność dobową, tj. wahania okołodobowe i/lub dzienne zmierzonych wartości. U osób zdrowych schemat tych fluktuacji pozostaje stały przez długi czas (tygodnie, miesiące), w przeciwieństwie do chorych na astmę, u których zmienność PEF i FEV1 jest zwiększona, zwłaszcza przed zaostrzeniami, kiedy następuje utrata kontroli nad chorobą. Dlatego analiza zmienności PEF i FEV1 została wykorzystana w badaniach do oceny skuteczności leczenia, rozpoznawania pacjentów wysokiego ryzyka i przewidywania zaostrzeń astmy.

W praktyce klinicznej ocena zmienności PEF i FEV1 wymaga jednak przynajmniej codziennych pomiarów specjalnymi urządzeniami, prowadzenia dzienniczka i okresowej oceny danych przez lekarzy prowadzących. Proces ten może okazać się zarówno skomplikowany, jak i czasochłonny, co zmniejsza przestrzeganie zaleceń przez pacjentów, zwłaszcza w przypadku dzieci i młodzieży chorych na astmę. Ponadto okresowa ocena pomiarów może utrudniać przewidywanie zaostrzenia, ponieważ czas oceny może nie pokrywać się ze zmianami zmienności czynności płuc charakteryzującymi utratę kontroli astmy.

W ostatnich latach postęp technologiczny w dziedzinie biosensorów i mikroprocesorów pozwolił na opracowanie niezawodnych, tanich, przenośnych spirometrów, które mogą łączyć się z najnowocześniejszymi telefonami komórkowymi (smartfonami) i monitorować parametry czynności płuc w czasie rzeczywistym i od dystans. Zastosowanie takich urządzeń może przezwyciężyć większość z wyżej wymienionych barier w długoterminowej obserwacji parametrów czynnościowych płuc.

Obecnie istnieje niewiele danych dotyczących zmienności PEF i FEV1 u dzieci i młodzieży z astmą. Takie dane poprawiłyby naszą wiedzę na temat choroby i pozwoliły na opracowanie zintegrowanych narzędzi do oceny poziomu kontroli astmy i ryzyka przyszłych zaostrzeń

Cele

Cele badania to:

1. Ocena zmienności PEF i FEV1 u zdrowych dzieci i młodzieży: określenie zakresu normy dobowej fluktuacji PEF i FEV1 oraz parametrów, które mogą na nią wpływać

2. Ocena zmienności PEF i FEV1 u dzieci i młodzieży z astmą: różnice w porównaniu z osobami zdrowymi i określenie specyficznych zmian przed zaostrzeniem

   Metody

   A. Badana populacja

   Badanie obejmie dwie kohorty:

   1. Zdrowe dzieci i młodzież w wieku od 6 do 18 lat (N=100) w celu oceny prawidłowej zmienności PEF i FEV1 (cel nr 1).
   2. Dzieci i młodzież w wieku od 6 do 18 lat z rozpoznaną astmą [2] (N=100) do oceny zmienności PEF i FEV1 u chorych na astmę (cel nr 2).

   B. Pomiary funkcji płuc

   a. Urządzenie: Pomiary PEF i FEV1 będą wykonywane przy użyciu zatwierdzonego przez FDA przenośnego spirometru (Spirobank Smart, MIR, Rzym, Włochy) z jednorazową dwukierunkową turbiną cyfrową (zakres przepływu ±16 l/s, dokładność objętościowa ±3% lub 50 ml, dokładność przepływu: ±5% lub 200 ml/s, opór dynamiczny <0,5 cm H2O/l/s), możliwość połączenia ze smartfonem przez Bluetooth® za pomocą dedykowanej bezpłatnej aplikacji (iSpirometry, MIR, Rzym, Włochy). Każdy uczestnik otrzyma swój osobisty spirometr. Szczegółowe informacje dotyczące użytkowania i konserwacji urządzenia zostaną dostarczone (broszura i zasoby internetowe).

   b. Pomiary: Właściwa technika pomiarów PEF i FEV1 (standardy ERS/ATS) zostanie zademonstrowana przez jednego z badaczy podczas rejestracji. Zostaną również podane szczegółowe informacje dotyczące techniki (broszura i zasoby internetowe). Pomiary będą wykonywane dwa razy dziennie w godzinach 07:00-09:00 oraz 19:00-21:00 przez okres 3 miesięcy.

   c. Wykonane pomiary (zaszyfrowany format pdf) zostaną przesłane pocztą elektroniczną do centralnej bazy danych przez uczestników lub ich rodziców.

   d. Monitorowanie: Przestrzeganie zasad przez uczestników będzie stale monitorowane. Badacze powiadomią uczestników w przypadku zagubienia pomiarów lub niewłaściwej techniki.

   C. Analiza zmienności

   Zmienność PEF i FEV1 zostanie oceniona poprzez:

   a. Współczynnik zmienności b. Detrended Fluctuation Analysis (DFA), metoda szeroko stosowana do badania wewnętrznej korelacji w szeregach czasowych.14 Początkowo pierwiastek kwadratowy szeregu czasowego [F(n)] jest obliczany dla odcinków o różnej (czasowej) długości n. Liniowa zależność na wykresie logarytmicznym F(n) – log(n) wskazuje na istnienie architektury fraktalnej w skalowaniu danych szczegółowych, natomiast nachylenie a linii opisuje wzór długookresowych fluktuacji14. Zmiana dobowej zmienności PEF lub FEV1 powoduje jednoczesne odchylenie od ustalonej wartości6. To odchylenie można łatwo wykryć i określić ilościowo. Wykazano, że wielkość odchylenia odzwierciedla prawdopodobieństwo zaostrzenia astmy w ciągu następnego miesiąca.6 c. Analiza zmienności zostanie przeprowadzona w środowisku MatLab (MathWorks, Inc., Natick, MA, USA).

   D. Dodatkowe dane Charakterystyka pacjentów (wiek, płeć, wyjściowa czynność płuc, alergia, choroby współistniejące, przyjmowane leki itp.) również zostaną zarejestrowane. Parametry te zostaną uwzględnione w modelach regresji w celu zbadania ich wpływu na wzór zmienności PEF i FEV1.

   E. Statystyki Wszystkie analizy zostaną przeprowadzone przy użyciu oprogramowania IBM SPSS w wersji 25.0 (IBM Corp., Armonk, NY).

   F. Ramy czasowe Przewidywany czas trwania badania to 24 miesiące. • Część I: Ocena zmienności PEF i FEV1 u zdrowych dzieci i młodzieży Czas trwania: 9 miesięcy (styczeń – wrzesień 2020).

   Pomiary PEF i FEV1 od 100 uczestników (3 miesiące każdy)

   • Część II: Ocena zmienności PEF i FEV1 u dzieci i młodzieży z astmą Czas trwania: 15 miesięcy (październik 2020 – grudzień 2021). Pomiary PEF i FEV1 od 100 uczestników (3 miesiące każdy)

   G. Etyka Badanie będzie zgodne z przepisami i normami dobrej praktyki lekarskiej. Uczestnicy otrzymają unikalny numer badania i żadne dane osobowe nie będą rejestrowane. Pomiary zostaną wysłane pocztą elektroniczną w zaszyfrowanym formacie pdf. Świadoma pisemna zgoda rodziców zostanie uzyskana przed zapisem. Dzieci w wieku >12 lat również przedstawią pisemną zgodę. Badanie zostało zatwierdzone przez Komisję Etyki Szpitala Uniwersyteckiego w Patras, Grecja (decyzja nr 329/02-04-2019).