Эффективность мониторинга загрязнения в клинической реабилитации с физическими упражнениями (EPIC-AIR)

Загрязнение воздуха представляет собой глобальный кризис общественного здравоохранения, ежегодно способствуя приблизительно 4,2 миллионам преждевременных смертей от инсульта, сердечных заболеваний, рака легких и хронических респираторных заболеваний [1]. В Великобритании загрязнение атмосферного воздуха, по оценкам, способствует 30 000–40 000 преждевременных смертей в год [2]. Для лиц с уже существующими сердечными и легочными заболеваниями воздействие загрязненного воздуха может усугубить симптомы, спровоцировать острые события и снизить эффективность программ реабилитации [3,4].

Физическая активность приносит хорошо установленные сердечно-сосудистые и респираторные преимущества, а реабилитация на основе упражнений является краеугольным камнем ведения пациентов с хроническими сердечными и легочными заболеваниями. Однако занятия спортом в загрязненной среде могут нивелировать эти преимущества, особенно среди уязвимых групп населения. Было показано, что кратковременное воздействие загрязнения, связанного с дорожным движением, ослабляет благотворные кардиопульмональные эффекты ходьбы как у здоровых людей, так и у лиц с ишемической болезнью сердца и хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ) [3,4]. Взвешенные частицы (PM2,5, PM10) и диоксид азота (NO2) вызывают окислительный стресс и системное воспаление через повышенные провоспалительные цитокины, включая интерлейкин (IL)-1β, IL-6, IL-23 и фактор некроза опухоли альфа (TNF-α) [5,6]. Это хроническое слабовыраженное воспаление увеличивает риск сердечно-сосудистых заболеваний [7], инсулинорезистентности [8] и других системных нарушений [9].

Несмотря на эти хорошо документированные риски, интеграция данных о качестве воздуха в клиническую практику остается ограниченной, особенно в контексте программ кардиологической реабилитации (КР) и легочной реабилитации (ЛР). Мета-аналитические данные указывают, что снижение воздействия PM2,5 на 1,0 мкг/м³ связано с приблизительным снижением среднего артериального давления на 0,5 мм рт. ст., а активные способы передвижения приводят к снижению воздействия NO2 и PM2,5 на 50% по сравнению с вождением автомобиля [10]. Эти данные позволяют предположить, что относительно скромные поведенческие изменения, такие как корректировка времени, места или маршрута занятий, могут существенно снизить воздействие загрязнения во время реабилитации.

Мобильные технологии здравоохранения (mHealth), интегрированные с данными о загрязнении воздуха в реальном времени и структурированными рекомендациями по физической активности, предлагают многообещающий инструмент для предоставления персонализированной информации о воздействии загрязнения. Следовательно, данное исследование оценит осуществимость и потенциальную эффективность этого метода в условиях клинической реабилитации.

EPIC-AIR — это стратифицированное, слепое, рандомизированное контролируемое исследование осуществимости с двумя параллельными группами, проводимое на одной площадке (University Hospitals of Leicester NHS Trust). Исследование включает 1-недельный период набора и сбора исходных данных, за которым следует 12-недельный период вмешательства. Планируется оценка через 3 месяца после распределения.

Место проведения Участники будут набираться из служб кардиологической и легочной реабилитации University Hospitals of Leicester NHS Trust, а также из местного сообщества в окрестностях Лестера, Великобритания.

Критерии отбора Участники будут набираться в две когорты. Когорта A включает пациентов с хроническими заболеваниями; Когорта B включает здоровых добровольцев.

Когорта A: Пациенты с хроническими заболеваниями Критерии включения для Когорты A: взрослые мужчины или женщины в возрасте ≥18 лет; клинический диагноз одного или нескольких из следующих состояний: астма, ХОБЛ, интерстициальная болезнь легких (ИБЛ), ишемическая болезнь сердца (ИБС) или сердечная недостаточность (СН), и разрешение на реабилитацию с помощью упражнений от клинициста; владение смартфоном с поддержкой GPS и доступом в интернет; способность ходить на улице не менее 5 минут без ощущения дискомфорта или неустойчивости; возможность завершить 13-недельное вмешательство в период набора (февраль-май 2026 г.); готовность и способность дать информированное согласие; и готовность носить устройство Fitbit >70% продолжительности исследования.

Когорта B: Здоровые добровольцы Критерии включения для Когорты B идентичны Когорте A, за исключением того, что участники не должны иметь диагноза астмы, ХОБЛ, ИБЛ, ИБС или СН.

Критерии исключения (обе когорты) Критерии исключения для обеих когорт: диагноз деменции, нарушения обучаемости, тяжелых психических расстройств (за исключением депрессии или тревоги) или эпилепсии; получение паллиативной помощи; недостаточное знание английского языка для понимания документов исследования и использования платформы; получение рекомендации от медицинского работника не заниматься спортом в течение последних 12 месяцев; текущая беременность; наличие боли в груди в покое; и выраженная неустойчивость при стоянии или ходьбе.

Набор Набор начнется после получения всех необходимых разрешений. Клинические участники (пациенты кардиологической и легочной реабилитации) будут выявляться путем просмотра записей программ реабилитации в University Hospitals of Leicester NHS Trust членами существующей клинической команды по уходу за пациентами. Здоровые добровольцы будут набираться из местного сообщества по электронной почте, через рекламу в социальных сетях и университетские сети.

Исследование направлено на набор до 80 участников для достижения целевого показателя в 60 завершивших исследование (15 пациентов кардиологической реабилитации, 15 пациентов легочной реабилитации и 30 здоровых лиц контрольной группы), с учетом ожидаемого 25% уровня отсева.

Информированное согласие Потенциальные участники получат Информационный лист для участника и им будет предоставлено не менее 24 часов на обдумывание участия. Письменное информированное согласие будет получено надлежащим образом квалифицированными и уполномоченными членами исследовательской группы до начала любых исследовательских мероприятий. Участники будут проинформированы о своем праве отказаться от участия в любое время без каких-либо последствий.

Рандомизация и ослепление Участники будут стратифицированы по хроническому заболеванию (сердечное против легочного) и рандомизированы в соотношении 1:1 с использованием компьютерно-генерируемой последовательности распределения через защищенную веб-систему (Sealed Envelope Ltd). Рандомизация произойдет после подтверждения соответствия критериям, получения согласия, сбора исходных данных и успешной настройки приложения.

Исследование является слепым: участники не знают о своей групповой принадлежности, оценщики исходов ослеплены, а статистик, выполняющий анализ, будет использовать закодированные групповые идентификаторы. Ослепление поддерживается за счет того, что интерфейс платформы выглядит идентично в обеих группах, при этом функция качества воздуха либо включена, либо отключена в соответствии с распределением. Код распределения будет раскрыт в конце исследования после сбора данных и предварительного скрининга.

Вмешательства Все участники получат носимый монитор активности Fitbit Charge 6 и войдут в платформу. После 1-недельного периода базового мониторинга участники в течение 12 недель будут получать через платформу прогрессивные рекомендации по ходьбе, адаптированные к индивидуальному исходному уровню активности, а также мотивационные сообщения и напоминания через приложение.

В дополнение к этим общим элементам, участники, рандомизированные в группу вмешательства, будут получать информацию о качестве воздуха в реальном времени (уровни PM2,5, PM10, NO2) через платформу, предоставляемую с использованием данных о местоположении на основе GPS. Приложение будет предоставлять адаптивные рекомендации на основе текущих уровней загрязнения, включая предложения изменить маршрут ходьбы, скорректировать время активности на открытом воздухе или снизить интенсивность упражнений в периоды высокого загрязнения.

Участники в контрольной группе будут использовать платформу с идентичными функциями рекомендаций по упражнениям и отслеживания, но не будут получать данные о качестве воздуха или рекомендации, связанные с загрязнением.

Исходы Первичный исход — личное воздействие загрязнения (PM2,5, PM10 и NO2) во время физической активности на открытом воздухе, выводимое из маршрутов ходьбы, отслеживаемых по GPS, и смоделированных данных о качестве воздуха через платформу.

Вторичные исходы включают уровни физической активности, измеряемые с помощью Опросника недавней физической активности (RPAQ) и зарегистрированных Fitbit подсчетов шагов, частоты сердечных сокращений и паттернов сна; качество жизни, связанное со здоровьем, измеряемое с помощью краткой формы опросника SF-12 версии 2 (SF-12v2) по физическому и психическому компонентам; сердечно-сосудистые биомаркеры, включая липидный профиль (общий холестерин, ЛПВП, ЛПНП, триглицериды) и маркеры воспаления (C-реактивный белок и исследовательские маркеры системного воспаления), измеренные по образцам венозной крови на исходном уровне и через 12 недель; аэробная выносливость, измеряемая с помощью постепенного шаттл-теста ходьбы (ISWT) на исходном уровне, через 12 недель и 3 месяца; самоэффективность в выполнении упражнений, измеряемая с помощью Шкалы самоэффективности Дженкинса для упражнений на исходном уровне, через 6 недель, 12 недель и 3 месяца; клинические показатели (артериальное давление, рост и вес); и физиологические данные, полученные с носимых устройств, включая частоту сердечных сокращений, вариабельность сердечного ритма (RMSSD, соотношение LF/HF), SpO2, частоту дыхания, температуру кожи, а также ЭКГ и электродермальную активность (EDA) по запросу через Fitbit Charge 6.

Исходы осуществимости включают скорость набора (количество прошедших скрининг, соответствующих критериям, давших согласие и рандомизированных), уровень удержания (доля завершивших 13-недельное исследование), приверженность (время ношения Fitbit, показатели вовлеченности в приложение), удобство использования и приемлемость платформы, полноту сбора данных об исходах, а также частоту нежелательных явлений и использования медицинской помощи (ненапланированные визиты к терапевту, неожиданные госпитализации).

График сбора данных Данные будут собираться в пять временных точек: набор/исходный уровень (-2 недели), распределение (неделя 0) и после распределения через 6 недель, 12 недель и 3 месяца, с непрерывным пассивным сбором данных через платформу и Fitbit на протяжении всего периода исследования.

Обработка образцов Образцы венозной крови (ЭДТА, 6-8 мл) будут собираться на исходном уровне и через 12 недель обученными клиническими исследовательскими медсестрами в больнице Гленфилд, University Hospitals of Leicester. Образцы будут помечены псевдонимизированными кодами участников и обработаны в течение 2 часов после забора. Цельная кровь будет центрифугирована при 1,800 × g в течение 10 минут при 4°C. Плазма будет разлита по аликвотам (≥2 × 0,5 мл) и храниться при -80°C до пакетного анализа в Центре сердечно-сосудистых исследований (CVRC) Университета Лестера. Образцы с видимым гемолизом или недостаточным объемом будут повторно собраны, где это возможно. Анализы будут проводиться с использованием валидированных методов в соответствии со стандартными операционными процедурами CVRC.

Размер выборки Размер выборки был определен на основе расчета мощности для t-критерия для двух выборок, основанного на данных предыдущего исследования нашей группы [10], которое показало, что переход от вождения к активным способам передвижения приводит к снижению воздействия загрязнителей примерно на 20-25%. Для достижения мощности >80% при уровне значимости 5% требуется ≥22 участника на группу, достигших конечной точки исследования. Следовательно, мы стремимся к тому, чтобы 30 участников на группу (60 всего) завершили исследование. С учетом ожидаемого 25% уровня отсева целевой набор составляет до 80 участников (20 кардиологической реабилитации, 20 легочной реабилитации, 40 здоровых лиц контрольной группы).

Статистический анализ Все анализы будут проводиться в соответствии с заранее определенным планом статистического анализа. Исходные характеристики будут обобщены с использованием средних значений и стандартных отклонений (или медиан и межквартильных размахов) для непрерывных переменных и количеств с процентами для категориальных переменных.

Первичный анализ: Среднее воздействие загрязнения (PM2,5, PM10, NO2) во время физической активности будет сравниваться между группами вмешательства и контроля с использованием t-критерия для независимых выборок или U-критерия Манна-Уитни, в зависимости от ситуации.

Вторичные анализы: Показатели SF-12v2 по физическому и психическому компонентам и данные RPAQ будут анализироваться на предмет межгрупповых различий в каждой временной точке. Изменения сердечно-сосудистых биомаркеров с исходного уровня до 12 недель будут сравниваться между группами. Тенденции активности будут представлены графически за 13-недельный период. Использование медицинской помощи (визиты к терапевту, госпитализации) будет описательно обобщено.

Исходы осуществимости: Скорость набора, соответствия критериям, включения и удержания будут представлены в виде количеств и пропорций. Данные о вовлеченности в приложение будут обобщены с использованием описательной статистики.

Пропущенные данные: Будут применяться руководства по оценке, специфичные для каждого опросника. Анализ будет основан на доступных данных до последнего завершенного наблюдения каждого участника. Промежуточные анализы не планируются.

Управление данными Данные участников будут управляться с использованием REDCap (Research Electronic Data Capture), защищенного веб-приложения для проведения опросов и управления базами данных. Каждому участнику будет присвоен уникальный псевдонимизированный идентификатор; отдельный защищенный паролем список контактов будет надежно храниться в UHL.

Записанные данные будут передаваться на защищенный сервер Университета Лестера. Доступ ограничен для авторизованного исследовательского персонала. Данные Fitbit будут собираться через предварительно зарегистрированные учетные записи, контролируемые исследовательской группой. Все данные будут храниться на исследовательском файловом хранилище Университета Лестера и анализироваться на университетских устройствах, зашифрованных с помощью BitLocker. Данные будут архивироваться как минимум в течение 6 лет после завершения исследования в соответствии со стандартными операционными процедурами Университета Лестера.

Этика и распространение Этическое одобрение Исследование будет проводиться в соответствии с Хельсинкской декларацией (поправка 2013 г.), Политической основой Великобритании для исследований в области здравоохранения и социальной помощи (2017 г.), руководствами ICH-GCP и стандартными операционными процедурами спонсора. Этическое одобрение получено от Комитета по этике исследований Южного Центрального округа - Оксфорд C (ссылка: 26/SC/0048). Одобрение HRA и Health and Care Research Wales (HCRW) было предоставлено 3 марта 2026 г. (ID проекта IRAS: 348160; номер протокола: 1058). Спонсором исследования является Отдел управления исследованиями, Офис управления исследованиями Университета Лестера.

Соображения безопасности Платформа предоставляет только рекомендации и не классифицируется как медицинское изделие согласно руководству MHRA. Серьезных побочных эффектов не ожидается. Участникам будет рекомендовано прекратить использование приложения, если они почувствуют недомогание или неустойчивость. Данные о ненапланированных визитах к терапевту и неожиданных госпитализациях будут собираться на протяжении всего периода исследования. Все серьезные нежелательные явления будут сообщены спонсору в течение 24 часов в соответствии со стандартными операционными процедурами спонсора.

Защита данных Персональные данные будут обрабатываться в соответствии с Законом о защите данных 2018 г., Общим регламентом ЕС о защите данных и ICH-GCP. Университет Лестера является контролером данных. Участники, отказавшиеся от обмена данными через национальный механизм отказа от обмена данными, будут исключены из любых идентифицируемых наборов данных во взаимодействии с офицером по защите данных UHL.

Участие пациентов и общественности Группы по участию пациентов и общественности (PPI) рассмотрели документы исследования и путь участника во время разработки протокола. Отзывы PPI повлияли на несколько дизайнерских решений, включая предоставление вариантов загрузки приложения с поддержкой, руководства по началу работы и выделенной справочной линии поддержки исследования.

Распространение Результаты будут распространены через рецензируемые публикации, презентации на конференциях, веб-сайт когорты EXCEED и мероприятия по распространению среди заинтересованных сторон, независимо от исхода. Исследование будет отражено в соответствии с заявлением CONSORT, адаптированным для исследований осуществимости. Авторство будет следовать руководствам ICMJE. Участники получат возможность получить краткое изложение результатов. Данные об удобстве использования и приемлемости приложения будут использованы для заполнения Критериев оценки цифровых технологий (DTAC) для поддержки потенциального внедрения в NHS.

Регистрация исследования Исследование зарегистрировано на [TODO: ISRCTN/ClinicalTrials.gov] (регистрационный номер: [TODO: номер]). ID проекта IRAS: 348160.

Обсуждение EPIC-AIR устраняет критический пробел на стыке гигиены окружающей среды, цифровых технологий и клинической реабилитации с помощью упражнений. Хотя неблагоприятные эффекты загрязнения воздуха на сердечно-сосудистое и респираторное здоровье хорошо установлены, практическая интеграция данных о загрязнении в реальном времени в пути оказания помощи пациентам остается в значительной степени неисследованной. Примечательно, что существует очень ограниченное количество доказательств о влиянии загрязнения воздуха на людей, занимающихся спортом на открытом воздухе, особенно на лиц с уже существующими сердечно-сосудистыми или респираторными заболеваниями. Исследования на Оксфорд-стрит [3,4] представляют собой одно из очень немногих исследований, изучающих влияние загрязнения воздуха на физические упражнения у лиц с уже существующими кардиореспираторными состояниями, и большинство исследований воздействия в камерах проводилось на здоровых добровольцах или лицах с легкими заболеваниями. Комитет по медицинским аспектам загрязнения воздуха (COMEAP) подчеркнул этот пробел в доказательствах и рекомендовал провести дальнейшие исследования в рамках пересмотра Индикативных стандартов качества воздуха (AQIS) Департамента окружающей среды, продовольствия и сельского хозяйства (Defra) [12]. Насколько нам известно, это исследование является первым, в котором оценивается, может ли предоставление персонализированной информации о качестве воздуха через приложение для смартфона снизить воздействие загрязнения во время структурированных программ реабилитации для кардиологических и легочных пациентов.

Предлагаемая платформа предлагает масштабируемое, недорогое вмешательство, которое использует существующие мобильные технологии и данные о качестве воздуха, полученные со спутников. Предоставляя информацию о загрязнении в реальном времени, специфичную для местоположения, и адаптивные рекомендации по упражнениям, приложение дает пациентам возможность принимать обоснованные решения о том, когда, где и как заниматься на открытом воздухе. Этот подход соответствует растущему акценту на персонализированной медицине и самоуправлении пациентов в лечении хронических заболеваний.

Несколько особенностей дизайна усиливают этот протокол. Слепой, рандомизированный дизайн со стратификацией по хроническому заболеванию минимизирует систематическую ошибку распределения, обеспечивая при этом сбалансированное представление кардиологических и легочных пациентов. Включение здоровых добровольцев позволяет сравнить вовлеченность в приложение и поведенческие реакции в разных состояниях здоровья. Использование маршрутов ходьбы, отслеживаемых по GPS, обеспечивает объективные, пространственно разрешенные оценки воздействия загрязнения, выходящие за рамки зависимости от данных стационарных мониторинговых станций.

Как исследование осуществимости, EPIC-AIR предназначено для получения доказательств, необходимых для информирования будущего окончательного испытания. Ключевые неопределенности включают готовность пациентов взаимодействовать с данными о загрязнении наряду с рекомендациями по упражнениям, техническую надежность предоставления данных о качестве воздуха в реальном времени в различных городских и пригородных условиях, и достаточно ли 12 недель для наблюдения значимых поведенческих изменений. Исходы осуществимости, включая набор, удержание, приверженность и удобство использования приложения, будут непосредственно информировать дизайн, размер выборки и проведение последующего полностью мощного рандомизированного контролируемого исследования.

Потенциальные ограничения включают дизайн с одной площадкой, который может ограничить обобщаемость, и зависимость от смоделированного, а не непосредственно измеренного личного воздействия загрязнения. Продолжительность исследования в 13 недель, хотя и подходящая для оценки осуществимости, может быть недостаточной для выявления долгосрочных результатов для здоровья. Кроме того, осведомленность участников о том, что они участвуют в исследовании с использованием приложения, может влиять на поведение независимо от групповой принадлежности (эффект Хоторна), хотя ослепление в отношении статуса распределения смягчает эту проблему.

Если вмешательство окажется осуществимым и покажет многообещающие признаки эффективности, результаты могут послужить основой для разработки персонализированных вмешательств в области гигиены окружающей среды, интегрированных в пути реабилитации NHS, потенциально устанавливая новые стандарты для включения соображений качества воздуха в клиническое назначение физических упражнений.

Ссылки

1. Всемирная организация здравоохранения. Загрязнение атмосферного (наружного) воздуха. 2022. Доступно по адресу: https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/ambient-(outdoor)-air-quality-and-health
2. Королевская коллегия врачей. Каждый наш вдох: пожизненное воздействие загрязнения воздуха. Лондон: Королевская коллегия врачей; 2016.
3. Sinharay R, Gong J, Barratt B, и др. Респираторные и сердечно-сосудистые реакции на ходьбу по дороге, загрязненной транспортом, по сравнению с ходьбой в зоне, свободной от транспорта, у участников в возрасте 60 лет и старше с хроническими заболеваниями легких или сердца и здоровых лиц контрольной группы соответствующего возраста: рандомизированное перекрестное исследование. Lancet 2018;391(10118):339-349.
4. McCreanor J, Cullinan P, Nieuwenhuijsen MJ, и др. Респираторные эффекты воздействия дизельного транспорта у лиц с астмой. N Engl J Med 2007;357(23):2348-2358.
5. Cheng H, Saffari A, Sioutas C, и др. Наноразмерные взвешенные частицы от городского транспорта быстро вызывают окислительный стресс и воспаление в обонятельном эпителии с сопутствующими эффектами на мозг. Environ Health Perspect 2016;124(10):1537-1546.
6. Chuang GC, Yang Z, Westbrook DG, и др. Воздействие озона на легкие вызывает сосудистую дисфункцию, повреждение митохондрий и атерогенез. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 2009;297(2):L209-L216.
7. Chen S-Y, Chan C-C, Su T-C. Взвешенные и газообразные загрязнители на воспаление, тромбоз и вегетативный дисбаланс у субъектов с риском сердечно-сосудистых заболеваний. Environ Pollut 2017;223:403-408.
8. Kim JS, Chen Z, Alderete TL, и др. Связь загрязнения воздуха, ожирения и кардиометаболического здоровья у молодых взрослых: исследование Meta-AIR. Environ Int 2019;133(Pt A):105180.
9. Buoli M, Grassi S, Caldiroli A, и др. Существует ли связь между загрязнением воздуха и психическими расстройствами? Environ Int 2018;118:154-168.
10. Panchal R, и др. Воздействие загрязнения воздуха во время активного передвижения. J Transp Health 2022;26:101365.
11. Chan A-W, Tetzlaff JM, Altman DG, и др. Заявление SPIRIT 2013: определение стандартных пунктов протокола для клинических испытаний. Ann Intern Med 2013;158(3):200-207.
12. Комитет по медицинским аспектам загрязнения воздуха (COMEAP). Заявление: обзор рекомендаций, предоставленных руководящей группе по пересмотру Информационной системы качества воздуха (AQIS). Лондон: COMEAP; 2024. Доступно по адресу: 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