Eficácia da Monitorização da Poluição na Reabilitação por Exercício Clínico (EPIC-AIR)

A poluição atmosférica é uma crise global de saúde pública, contribuindo para aproximadamente 4,2 milhões de mortes prematuras anualmente por acidente vascular cerebral, doença cardíaca, cancro do pulmão e doenças respiratórias crónicas [1]. No Reino Unido, estima-se que a poluição atmosférica ambiente contribua para 30.000-40.000 mortes prematuras por ano [2]. Para indivíduos com condições cardíacas e pulmonares pré-existentes, a exposição ao ar poluído pode exacerbar sintomas, desencadear eventos agudos e diminuir a eficácia dos programas de reabilitação [3,4].

A atividade física confere benefícios cardiovasculares e respiratórios bem estabelecidos, e a reabilitação baseada em exercício é um pilar fundamental do tratamento para doentes com condições cardíacas e pulmonares crónicas. No entanto, exercitar-se em ambientes poluídos pode anular estes benefícios, particularmente em populações vulneráveis. Demonstrou-se que a exposição de curto prazo à poluição relacionada com o tráfego atenua os efeitos cardiopulmonares benéficos de caminhar, tanto em indivíduos saudáveis como naqueles com doença cardíaca isquémica e doença pulmonar obstrutiva crónica (DPOC) [3,4]. As partículas em suspensão (PM2,5, PM10) e o dióxido de azoto (NO2) induzem stress oxidativo e inflamação sistémica através de citocinas pró-inflamatórias elevadas, incluindo interleucina (IL)-1β, IL-6, IL-23 e fator de necrose tumoral alfa (TNF-α) [5,6]. Esta inflamação crónica de baixo grau aumenta o risco de doença cardiovascular [7], resistência à insulina [8] e outras doenças sistémicas [9].

Apesar destes riscos bem documentados, a integração de dados de qualidade do ar na prática clínica permanece limitada, particularmente no contexto dos programas de reabilitação cardíaca (RC) e reabilitação pulmonar (RP). Evidência meta-analítica indica que uma redução de 1,0 µg/m³ na exposição a PM2,5 está associada a uma redução de aproximadamente 0,5 mmHg na pressão arterial média, e os modos de deslocação ativa produzem uma redução de 50% nas exposições a NO2 e PM2,5 em comparação com a condução automóvel [10]. Estes achados sugerem que modificações comportamentais relativamente modestas, como ajustar o horário, localização ou rota do exercício, poderiam reduzir significativamente a exposição à poluição durante a reabilitação.

As tecnologias de saúde móvel (mHealth) integradas com dados de poluição atmosférica em tempo real e orientação estruturada de atividade física oferecem um veículo promissor para fornecer informação personalizada sobre exposição à poluição. Portanto, este estudo avaliará a viabilidade e a potencial eficácia deste método num cenário de reabilitação clínica.

O EPIC-AIR é um ensaio de viabilidade controlado, aleatorizado e cego, estratificado, com dois braços paralelos, realizado num único local (University Hospitals of Leicester NHS Trust). O estudo compreende um período de inscrição e recolha de dados basais de 1 semana, seguido de um período de intervenção de 12 semanas. Está planeada uma avaliação de seguimento aos 3 meses após a alocação.

Local Os participantes serão recrutados dos serviços de reabilitação cardíaca e pulmonar do University Hospitals of Leicester NHS Trust e da comunidade local em torno de Leicester, Reino Unido.

Critérios de elegibilidade Os participantes serão recrutados em duas coortes. A Coorte A compreende doentes com condições de longo prazo; a Coorte B compreende voluntários saudáveis.

Coorte A: Doentes com condições de longo prazo Os critérios de inclusão para a Coorte A são: adultos do sexo masculino ou feminino com idade ≥18 anos; diagnóstico clínico de uma ou mais das seguintes condições: asma, DPOC, doença pulmonar intersticial (DPI), doença cardíaca coronária (DCC) ou insuficiência cardíaca (IC), e autorizados para reabilitação com exercício por um clínico; posse de um smartphone com GPS e acesso à internet; capacidade de caminhar ao ar livre durante um mínimo de 5 minutos sem se sentir desconfortável ou instável; disponibilidade para completar a intervenção de 13 semanas dentro da janela de recrutamento (fevereiro-maio de 2026); vontade e capacidade para dar consentimento informado; e vontade de usar um dispositivo Fitbit durante >70% da duração do estudo.

Coorte B: Voluntários saudáveis Os critérios de inclusão para a Coorte B são idênticos aos da Coorte A, com a exceção de que os participantes não devem ter diagnóstico de asma, DPOC, DPI, DCC ou IC.

Critérios de exclusão (ambas as coortes) Os critérios de exclusão para ambas as coortes são: diagnóstico de demência, deficiência intelectual, perturbações graves de saúde mental (excluindo depressão ou ansiedade) ou epilepsia; receber cuidados paliativos; capacidade insuficiente na língua inglesa para compreender a documentação do estudo e usar a plataforma; ter sido aconselhado a não fazer exercício por um profissional de saúde nos últimos 12 meses; estar atualmente grávida; presença de dor torácica em repouso; e instabilidade acentuada ao estar de pé ou caminhar.

Recrutamento O recrutamento começará após a receção de todas as aprovações necessárias. Os participantes clínicos (doentes de reabilitação cardíaca e pulmonar) serão identificados através da revisão dos registos dos programas de reabilitação no University Hospitals of Leicester NHS Trust por membros da equipa clínica de cuidados existente dos doentes. Os voluntários saudáveis serão recrutados da comunidade local através de email, publicidade nas redes sociais e redes universitárias.

O estudo visa recrutar até 80 participantes para atingir um objetivo de 60 completadores (15 doentes de reabilitação cardíaca, 15 doentes de reabilitação pulmonar e 30 controlos saudáveis), considerando uma taxa de desistência antecipada de 25%.

Consentimento informado Os potenciais participantes receberão uma Folha de Informação para Participantes e terão pelo menos 24 horas para considerar a participação. O consentimento informado por escrito será obtido por membros da equipa de investigação adequadamente qualificados e autorizados antes de quaisquer atividades do estudo. Os participantes serão informados do seu direito de se retirar a qualquer momento sem prejuízo.

Aleatorização e cegamento Os participantes serão estratificados por condição de longo prazo (cardíaca versus pulmonar) e aleatorizados 1:1 usando uma sequência de alocação gerada por computador através de um sistema seguro baseado na web (Sealed Envelope Ltd). A aleatorização ocorrerá após confirmação de elegibilidade, consentimento, recolha de dados basais e configuração bem-sucedida da aplicação.

O estudo é cego: os participantes não estão cientes da sua alocação de grupo, os avaliadores de resultados estão cegos e o estatístico que realiza a análise usará identificadores de grupo codificados. O cegamento é mantido garantindo que a interface da plataforma aparece idêntica em ambos os braços, com a funcionalidade de qualidade do ar ativada ou desativada de acordo com a alocação. O código de alocação será quebrado no final do estudo após a recolha de dados e triagem preliminar.

Intervenções Todos os participantes receberão um monitor de atividade vestível Fitbit Charge 6 e iniciarão sessão na plataforma. Após um período de monitorização basal de 1 semana, os participantes receberão orientação progressiva para caminhada através da plataforma durante 12 semanas, adaptada aos níveis de atividade basal individuais, juntamente com mensagens motivacionais e lembretes via aplicação.

Além destes elementos comuns, os participantes aleatorizados para o braço de intervenção receberão informação de qualidade do ar em tempo real (níveis de PM2,5, PM10, NO2) através da plataforma, fornecida usando dados de localização baseados em GPS. A aplicação fornecerá orientação adaptativa baseada nos níveis atuais de poluição, incluindo sugestões para alterar rotas de caminhada, ajustar o horário da atividade ao ar livre ou reduzir a intensidade do exercício durante períodos de alta poluição.

Os participantes no braço de controlo usarão a plataforma com funcionalidades idênticas de orientação e monitorização de exercício, mas não receberão dados de qualidade do ar ou orientação relacionada com a poluição.

Resultados O resultado primário é a exposição pessoal à poluição (PM2,5, PM10 e NO2) durante a atividade física ao ar livre, inferida a partir de rotas de caminhada rastreadas por GPS e dados de qualidade do ar modelados via plataforma.

Os resultados secundários incluem: níveis de atividade física, medidos pelo Recent Physical Activity Questionnaire (RPAQ) e contagens de passos, frequência cardíaca e padrões de sono registados pelo Fitbit; qualidade de vida relacionada com a saúde, medida pelos escores sumários dos componentes físico e mental do SF-12 versão 2 (SF-12v2); biomarcadores cardiovasculares, incluindo perfil lipídico (colesterol total, HDL, LDL, triglicerídeos) e marcadores inflamatórios (proteína C-reativa e marcadores exploratórios de inflamação sistémica), medidos a partir de amostras de sangue venoso na linha de base e às 12 semanas; aptidão aeróbica, medida pelo Incremental Shuttle Walk Test (ISWT) na linha de base, às 12 semanas e aos 3 meses; autoeficácia para o exercício, medida pela Jenkins Self-Efficacy for Exercise Scale na linha de base, às 6 semanas, às 12 semanas e aos 3 meses; medidas clínicas (pressão arterial, altura e peso); e dados fisiológicos derivados do dispositivo vestível, incluindo frequência cardíaca, variabilidade da frequência cardíaca (RMSSD, rácio LF/HF), SpO2, frequência respiratória, temperatura da pele, e ECG e atividade eletrodérmica (EDA) mediante pedido via Fitbit Charge 6.

Os resultados de viabilidade incluem: taxa de recrutamento (número rastreado, elegível, que consentiu e aleatorizado), taxa de retenção (proporção que completa o estudo de 13 semanas), adesão (tempo de uso do Fitbit, métricas de envolvimento com a aplicação), usabilidade e aceitabilidade da plataforma, completude da recolha de dados de resultados, e taxas de eventos adversos e utilização de cuidados de saúde (visitas não rotineiras ao médico de família, hospitalizações inesperadas).

Calendário de recolha de dados Os dados serão recolhidos em cinco momentos: inscrição/linha de base (-2 semanas), alocação (semana 0), e pós-alocação às 6 semanas, 12 semanas e 3 meses, com recolha contínua e passiva de dados via plataforma e Fitbit durante todo o período do estudo.

Manuseamento de amostras Amostras de sangue venoso (EDTA, 6-8 mL) serão recolhidas na linha de base e às 12 semanas por enfermeiras de investigação clínica treinadas no Glenfield Hospital, University Hospitals of Leicester. As amostras serão etiquetadas com códigos pseudonimizados de participantes e processadas dentro de 2 horas após a recolha. O sangue total será centrifugado a 1.800 × g durante 10 minutos a 4°C. O plasma será alíquotado (≥2 × 0,5 mL) e armazenado a -80°C até análise em lote no University of Leicester Cardiovascular Research Centre (CVRC). Amostras com hemólise visível ou volume inadequado serão recolhidas novamente quando viável. As análises serão realizadas usando ensaios validados de acordo com os procedimentos operacionais padrão do CVRC.

Tamanho da amostra O tamanho da amostra foi informado por um cálculo de poder de teste t para duas amostras baseado em dados de um estudo anterior do nosso grupo [10], que demonstrou que a mudança de modos de condução para modos de viagem ativos produz reduções de aproximadamente 20-25% na exposição a poluentes. Para alcançar >80% de poder a um nível de significância de 5% requer ≥22 participantes por grupo a atingir o ponto final do estudo. Portanto, visamos 30 participantes por grupo (60 no total) para completar o estudo. Considerando uma taxa de desistência antecipada de 25%, o recrutamento alvo é de até 80 participantes (20 reabilitação cardíaca, 20 reabilitação pulmonar, 40 controlos saudáveis).

Análise estatística Todas as análises serão conduzidas de acordo com um plano de análise estatística pré-especificado. As características basais serão resumidas usando médias e desvios padrão (ou medianas e intervalos interquartis) para variáveis contínuas e contagens com percentagens para variáveis categóricas.

Análise primária: A exposição média à poluição (PM2,5, PM10, NO2) durante a atividade física será comparada entre os braços de intervenção e controlo usando testes t para amostras independentes ou testes U de Mann-Whitney, conforme apropriado.

Análises secundárias: Os escores sumários dos componentes físico e mental do SF-12v2 e os dados do RPAQ serão analisados para diferenças entre grupos em cada momento. As alterações nos biomarcadores cardiovasculares da linha de base para as 12 semanas serão comparadas entre grupos. As tendências de atividade serão reportadas graficamente ao longo do período de 13 semanas. A utilização de cuidados de saúde (visitas ao médico de família, hospitalizações) será resumida descritivamente.

Resultados de viabilidade: As taxas de recrutamento, elegibilidade, inscrição e retenção serão reportadas como contagens e proporções. Os dados de envolvimento com a aplicação serão resumidos usando estatísticas descritivas.

Dados em falta: Serão aplicadas diretrizes de pontuação específicas para cada questionário. A análise será baseada nos dados disponíveis até ao último seguimento completo de cada participante. Não estão planeadas análises interinas.

Gestão de dados Os dados dos participantes serão geridos usando o REDCap (Research Electronic Data Capture), uma aplicação segura baseada na web para administração de inquéritos e gestão de bases de dados. Cada participante receberá um identificador pseudonimizado único; uma lista de contactos separada e protegida por palavra-passe será mantida em segurança no UHL.

Os dados registados serão transmitidos para um servidor seguro da University of Leicester. O acesso é restrito a pessoal de investigação autorizado. Os dados do Fitbit serão recolhidos através de contas pré-registadas controladas pela equipa de investigação. Todos os dados serão armazenados no University of Leicester Research Filestore e analisados em dispositivos pertencentes à universidade, encriptados com BitLocker. Os dados serão arquivados por um mínimo de 6 anos após a conclusão do estudo, de acordo com os procedimentos operacionais padrão da University of Leicester.

Ética e divulgação Aprovação ética O estudo será conduzido em conformidade com a Declaração de Helsínquia (emenda de 2013), o UK Policy Framework for Health and Social Care Research (2017), as diretrizes ICH-GCP e os procedimentos operacionais padrão do promotor. A aprovação ética foi obtida do South Central - Oxford C Research Ethics Committee (referência: 26/SC/0048). A aprovação da HRA e da Health and Care Research Wales (HCRW) foi concedida a 3 de março de 2026 (ID do projeto IRAS: 348160; número do protocolo: 1058). O promotor do estudo é a University of Leicester Research & Enterprise Division, Research Governance Office.

Considerações de segurança A plataforma fornece apenas orientação e não é classificada como um dispositivo médico de acordo com a orientação da MHRA. Não são antecipados efeitos adversos graves. Aos participantes será aconselhado parar de usar a aplicação se se sentirem indispostos ou instáveis. Dados sobre visitas não rotineiras ao médico de família e hospitalizações inesperadas serão recolhidos durante todo o período do estudo. Todos os eventos adversos graves serão reportados ao promotor dentro de 24 horas, de acordo com os procedimentos operacionais padrão do promotor.

Proteção de dados Os dados pessoais serão processados em conformidade com o Data Protection Act 2018, o Regulamento Geral sobre a Proteção de Dados da UE e a ICH-GCP. A University of Leicester é a responsável pelo controlo dos dados. Os participantes que optaram por não partilhar dados através da opção de exclusão nacional de dados serão excluídos de quaisquer conjuntos de dados identificáveis, em colaboração com o Encarregado da Proteção de Dados do UHL.

Envolvimento do doente e do público Grupos de envolvimento do doente e do público (PPI) reviram os documentos do estudo e o percurso do participante durante o desenvolvimento do protocolo. O feedback do PPI informou várias decisões de desenho, incluindo a disponibilização de opções de descarregamento da aplicação com suporte, um guia de integração e uma linha de apoio dedicada ao estudo.

Divulgação Os resultados serão divulgados através de publicação em revistas com revisão por pares, apresentações em conferências, no website da coorte EXCEED e em eventos de divulgação para partes interessadas, independentemente do resultado. O estudo será reportado de acordo com a declaração CONSORT, adaptada para estudos de viabilidade. A autoria seguirá as diretrizes do ICMJE. Os participantes terão a oportunidade de receber um resumo dos achados. Os dados recolhidos sobre a usabilidade e aceitabilidade da aplicação serão usados para preencher os Digital Technology Assessment Criteria (DTAC) para apoiar uma potencial adoção pelo NHS.

Registo do ensaio O ensaio está registado em [TODO: ISRCTN/ClinicalTrials.gov] (número de registo: [TODO: number]). ID do projeto IRAS: 348160.

Discussão O EPIC-AIR aborda uma lacuna crítica na intersecção da saúde ambiental, tecnologia digital e reabilitação clínica com exercício. Embora os efeitos adversos da poluição atmosférica na saúde cardiovascular e respiratória estejam bem estabelecidos, a integração acionável de dados de poluição em tempo real nos percursos de cuidados ao doente permanece largamente inexplorada. Notavelmente, há evidência muito limitada sobre o impacto da poluição atmosférica em indivíduos que se exercitam ao ar livre, particularmente naqueles com doença cardiovascular ou respiratória pré-existente. Os estudos de Oxford Street [3,4] representam uma das muito poucas investigações que examinam a influência da poluição atmosférica no exercício em indivíduos com condições cardiorrespiratórias pré-existentes, e a maioria dos estudos de exposição baseados em câmara foram conduzidos em voluntários saudáveis ou naqueles com doença ligeira. O Committee on the Medical Effects of Air Pollutants (COMEAP) destacou esta lacuna de evidência e recomendou que mais investigação seja realizada como parte da revisão dos Air Quality Indicative Standards (AQIS) do Department for Environment, Food and Rural Affairs (Defra) [12]. Este estudo é, tanto quanto sabemos, o primeiro a avaliar se fornecer informação personalizada sobre qualidade do ar através de uma aplicação de smartphone pode reduzir a exposição à poluição durante programas de reabilitação estruturados para doentes cardíacos e pulmonares.

A plataforma proposta oferece uma intervenção escalável e de baixo custo que aproveita a tecnologia móvel existente e dados de qualidade do ar derivados de satélite. Ao fornecer informação de poluição específica da localização em tempo real e orientação de exercício adaptativa, a aplicação capacita os doentes a tomar decisões informadas sobre quando, onde e como se exercitar ao ar livre. Esta abordagem alinha-se com a ênfase crescente na medicina personalizada e na autogestão do doente nos cuidados de doenças crónicas.

Várias características de desenho fortalecem este protocolo. O desenho cego, aleatorizado com estratificação por condição de longo prazo minimiza o viés de alocação enquanto garante uma representação equilibrada de doentes cardíacos e pulmonares. A inclusão de voluntários saudáveis permite a comparação do envolvimento com a aplicação e respostas comportamentais entre estados de saúde. O uso de rotas de caminhada rastreadas por GPS fornece estimativas de exposição à poluição objetivas e espacialmente resolvidas, indo além da dependência de dados de estações de monitorização fixas.

Como estudo de viabilidade, o EPIC-AIR é desenhado para gerar a evidência necessária para informar um futuro ensaio definitivo. Incertezas-chave incluem a vontade do doente em envolver-se com dados de poluição juntamente com orientação de exercício, a fiabilidade técnica da entrega de qualidade do ar em tempo real em diversos ambientes urbanos e suburbanos, e se 12 semanas são suficientes para observar uma mudança comportamental significativa. Os resultados de viabilidade, incluindo recrutamento, retenção, adesão e usabilidade da aplicação, informarão diretamente o desenho, tamanho da amostra e entrega de um subsequente ensaio controlado aleatorizado totalmente dimensionado.

Limitações potenciais incluem o desenho de local único, que pode limitar a generalizabilidade, e a dependência de exposição pessoal à poluição modelada em vez de medida diretamente. A duração do estudo de 13 semanas, embora apropriada para avaliar a viabilidade, pode ser insuficiente para detetar resultados de saúde duradouros. Além disso, a consciência dos participantes de que estão num estudo envolvendo uma aplicação pode influenciar o comportamento independentemente da alocação de grupo (efeito Hawthorne), embora o cegamento quanto ao estado de alocação mitigue esta preocupação.

Se a intervenção se provar viável e mostrar sinais promissores de eficácia, os achados poderão informar o desenvolvimento de intervenções de saúde ambiental personalizadas integradas nos percursos de reabilitação do NHS, potencialmente estabelecendo novos padrões para incorporar considerações de qualidade do ar na prescrição clínica de exercício.

Referências

1. World Health Organization. Ambient (outdoor) air pollution. 2022. Disponível em: 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. Disponível em: 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