만성 호흡기 질환 환자에서 스마트폰 어플리케이션 기반 호흡 재활에 대한 연구

Abstract

Background: Pulmonary rehabilitation is well known to improve clinical symptoms including dyspnea, quality of life, and exercise capacity in patients with chronic respiratory disease. However, researchers have reported difficulties in practicing center-based pulmonary rehabilitation. Recently, smartphone application-based pulmonary rehabilitation has become available in clinical practice. We investigated the clinical outcomes of smartphone application-based pulmonary rehabilitation in patients with chronic respiratory disease through literature review and clinical trials.

Methods: A systematic search of the literature published between January 2007 and June 2023 was performed using the PubMed, Embase, Cochrane, and CINAHL databases to identify relevant randomized controlled trials involving patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD). Pulmonary rehabilitation program should provide exercise program on smartphone application. Study outcomes including exercise capacity, symptom score, quality of life, and hospitalization were evaluated. The meta-analysis evaluated mean differences (MDs) in the 6-minute walk test distance (6MWD), COPD Assessment Test (CAT) score, modified Medical Research Council (mMRC) dyspnea scale, St. George's Respiratory Questionnaire (SGRQ), and risk ratio (RR) of hospitalization from exacerbation. Afterward, we performed a single-center prospective single arm interventional study at Asan Medical Center in 2022. Participants underwent smartphone application-based pulmonary rehabilitation for 12 weeks. Clinical outcomes were compared between the baseline and the end of rehabilitation. The primary outcome was maximal oxygen consumption (VO2 max) measured by a cardiopulmonary exercise test. Subsequently, we performed a single-center based single-blind randomized controlled study which recruited 90 participants with chronic respiratory disease from Asan Medical Center in 2023. Participants were randomly allocated into the intervention and control group at the ratio of 2:1 (60 and 30 participants, respectively). The intervention group underwent smartphone application-based pulmonary rehabilitation for 12 weeks. The control group received usual outpatient medical treatment. The primary outcomes were VO2 max measures by a cardiopulmonary exercise test and the CAT score.

Results: Of the 1,173 screened studies, ten studies were included in the systematic review and nine in the meta-analysis. Six studies were multi-center studies. There were a total of 1,050 participants, and most were aged ≥ 65 years. There were discrepancies in the baseline participant characteristics, smartphone applications, interventions, and study outcomes among the included studies. In the meta- analysis, five studies assessed the 6MWD with an MD of 9.52 (95% confidence interval [CI] –3.05 to 22.08). Six studies assessed the CAT score with an MD of –1.29 (95% CI –2.39 to –0.20). Three studies assessed the mMRC dyspnea scale with an MD of –0.08 (95% CI –0.29 to 0.13). Two studies assessed the SGRQ with an MD of –3.62 (95% CI –9.62 to 2.38). Three studies assessed hospitalization from exacerbation with an RR of 0.65 (95% CI 0.27 to 1.53). These clinical parameters generally favored smartphone application-based pulmonary rehabilitation; however, a statistically significant difference was noted only for the CAT score. In the subsequent single arm study, a total of 48 participants were recruited, and 41 visited after rehabilitation. Their median age was 67.0 (interquartile range, 62.0–73.0) years, and 32 (78.0%) were men. For patients with chronic respiratory disease (n = 41), VO2max (median 13.7 to 15.4 ml/kg/min, P = 0.049), CAT score (median 14 to 6, P < 0.001), Euro-QoL 5-Dimension 5-Level (EQ-5D-5L) index (median 0.795 to 0.862, P = 0.001), and Health-related Quality of Life Instrument with 8 Items (HINT-8) index (median 0.784 to 0.855, P < 0.001) were significantly improved. In the subgroup analysis, we observed significant improvement in VO2max only in participants who were compliant to rehabilitation program (n = 17, 41.5%, P = 0.012). No participant experienced disease exacerbation or musculoskeletal injury related to rehabilitation activities during the study period. In the subsequent randomized controlled study, a total of 90 participants were recruited and 70 (46 intervention group and 24 control group) completed follow-up visits. Among the intervention group, 43 were included in the per protocol analysis. Their median age was 65.5 years and 48 (68.6%) were men. In the per protocol analysis, CAT score (median 7.0 vs 10.0, P = 0.039) and mMRC dyspnea scale (median 1.0 vs 2.0, P = 0.010) were lower and International Physical Activity Questionnaire score (median 1488.0 vs 1164.0, P = 0.037) was higher in the intervention group compared with the control group after rehabilitation. In the subgroup analysis, participants who were physically active or compliant to rehabilitation program showed improved clinical parameters. No participant experienced disease exacerbation or musculoskeletal injury related to rehabilitation activities during the study period.

Conclusions: In the systematic review, smartphone application-based pulmonary rehabilitation showed favorable outcomes in exercise capacity, symptom score, quality of life, and hospitalization compared with conventional pulmonary rehabilitation. In the meta-analysis, the CAT score was significantly lower in the smartphone application-based pulmonary rehabilitation group than that of the control group. In the subsequent clinical trials, the smartphone application-based pulmonary rehabilitation program improved clinical outcomes, including exercise capacity, physical activity, quality of life, and dyspnea symptom, in patients with chronic respiratory diseases. Particularly, participants who were physically active or compliant to exercise program, showed significant improvement in clinical parameters. Furthermore, older adult patients with chronic diseases could easily and safely perform smartphone application-based pulmonary rehabilitation. Therefore, in real- world practice, smartphone application-based pulmonary rehabilitation can be a useful treatment option for older adult patients with chronic respiratory diseases when center-based conventional pulmonary rehabilitation is not feasible.|연구 배경: 호흡 재활은 만성 호흡기 질환 환자의 호흡 곤란, 삶의 질 및 운동 능력을 포함한 임상 증상을 개선하는 것으로 잘 알려져 있다. 그러나 기관 기반 호흡 재활을 수행하는데 여러 어려움이 있음이 보고되었다. 최근에는 스마트폰 애플리케이션 기반 호흡 재활이 임상에서 사용할 수 있게 되었다. 본 연구에서는 선행 문헌 고찰 및 임상 시험을 통하여 만성 호흡기 질환 환자의 스마트폰 애플리케이션 기반 호흡 재활의 임상 결과를 연구하였다.

방법: PubMed, Embase, Cochrane 및 CINAHL 데이터베이스에서 2007년 1월부터 2023년 6월 사이에 발표된 문헌을 체계적으로 검색하여 COPD 환자에서 스마트 호흡 재활과 관련된 무작위 대조 연구를 탐색하였다. 호흡 재활 프로그램은 스마트폰 애플리케이션을 기반으로 하여 운동 프로그램을 제공하였다. 운동 능력, 증상 점수, 삶의 질 및 입원을 포함한 연구 결과를 평가하였다. 메타 분석에서는 6분 걷기 검사 거리 (6MWD), COPD 평가 테스트 (CAT) 점수, mMRC 호흡 곤란 척도, St. George's Respiratory Quality (SGRQ)의 mean difference (MD) 및 급성 악화로 인한 입원의 risk ratio (RR)을 평가하였다. 이후 연구자들은 2022년 서울아산병원에서 단일 기관 전향적 단일 군 중재 연구를 수행하였다. 참가자들은 12주 동안 스마트폰 애플리케이션 기반 호흡 재활을 받았고, 재활 전과 후의 임상 지표를 비교하였다. 일차 평가 변수는 심폐 운동 부하 검사에 의해 측정된 최대 산소 섭취량 (VO2max)였다. 그 후, 연구자들은 2023년 서울아산병원에서 만성 호흡기 질환 환자 90명을 대상으로 단일 기관 단일 맹검 무작위 대조 연구를 수행하였다. 참가자들은 2:1 (각각 60명과 30명의 참가자)의 비율로 중재와 대조군에 무작위로 할당되었다. 중재군은 12주 동안 스마트폰 애플리케이션 기반 호흡 재활을 받았고, 대조군은 통상의 외래 진료를 받았다. 일차 평가 변수는 심폐 운동 부하 검사에 의해 측정된 VO2max와 CAT이었다.

결과: 1,173개의 선별된 연구 중 10개의 연구가 체계적 문헌 고찰에 포함되었고 9개의 연구가 메타 분석에 포함되었다. 6개의 연구는 다기관 연구였다. 총 1,050명의 참가자가 있었고 대부분은 65세 이상의 고령이었다. 포함된 연구 간에 참가자의 기초 특성, 스마트폰 애플리케이션, 중재 및 평가 변수 등에 불일치가 있었다. 메타 분석에서는 5개의 연구에서 6MWD를 평가했고, MD 9.52m (95% 신뢰 구간 [CI] –3.05 ~ 22.08)였다. 6개의 연구에서 CAT 점수를 평가했고, MD –1.29 (95% CI –2.39 ~ –0.20)였다. 3개의 연구에서 mMRC 호흡 곤란 척도를 평가했고, MD –0.08 (95% CI –0.29 ~ 0.13)였다. 2개의 연구에서 SGRQ를 평가했고, MD –3.62 (95% CI –9.62 ~ 2.38)였다. 3개의 연구에서 급성 악화로 인한 입원을 평가했고, RR 0.65 (95% CI 0.27 ~ 1.53)였다. 이러한 임상 지표는 대체로 스마트폰 애플리케이션 기반 호흡 재활에서 우수하였으나, 통계적으로 유의한 차이는 CAT 점수에서만 나타났다. 후속 단일군 연구에서 총 48명의 참가자가 모집되었고 41명이 재활 후 방문하였다. 대상자들의 평균 연령은 67.0세 (interquartile range, 62.0–73.0)였으며 32명(78.0%)이 남성이었다. 임상 지표에서 VO2max (median 13.7~15.4ml/kg/min, P = 0.049), CAT 점수 (median 14~6, P < 0.001), Euro-QoL 5-Dimension 5-Level (EQ-5D-5L) index (median 0.795~0.862, P = 0.001), Health-related Quality of Life Instrument with 8 Items (HINT-8) index (median 0.784~0.855, P < 0.001)가 크게 개선되었다. 하위 분석에서는 재활 프로그램에 순응도 높은 참가자 (n = 17, 41.5%, P = 0.012)에서 VO2max가 유의하게 개선되었다. 연구 기간 동안 재활 활동과 관련된 질병 악화나 근골격계 부상을 경험한 참가자는 없었다. 후속 무작위 대조군 연구에서 총 90명의 참가자가 모집되었고, 70명 (중재군 46명, 대조군 24명)이 추적 방문을 완료하였다. 중재군 43명이 per protocol 분석에 포함되었다. 평균 연령은 65.5세였으며 48명(68.6%)이 남성이었다. 재활 후 CAT 점수 (median 7.0 vs. 10.0, P = 0.039)와 mMRC 호흡 곤란 척도 (median 1.0 vs. 2.0, P = 0.010)는 중재군에서 낮았고, 국제 신체 활동 설문지 점수(IPAQ) (median 1488.0 vs. 1164.0, P = 0.037)는 중재군에서 더 높았다. 하위 분석에서 신체 활동이 많거나, 재활 프로그램에 순응도가 높은 참가자에서 임상 지표 개선이 관찰되었다. 연구 기간 동안 재활 활동과 관련된 질병 악화 또는 근골격계 부상을 경험한 참가자는 없었다.

결론: 체계적 문헌 고찰에서 스마트폰 애플리케이션 기반 호흡 재활은 기존 기관 기반 호흡 재활에 비해 운동 능력, 증상 점수, 삶의 질 및 입원에서 유리한 결과를 보였다. 메타 분석에서 CAT 점수는 스마트폰 애플리케이션 기반 호흡 재활 그룹이 대조군보다 유의하게 낮았다. 이후 진행된 임상시험에서 스마트폰 애플리케이션 기반 호흡 재활 프로그램은 만성 호흡기 질환 환자의 운동 능력, 신체 활동, 삶의 질 및 호흡 곤란 증상을 포함한 임상 결과를 개선하였다. 특히 신체적으로 활동적이거나 운동 프로그램에 순응도가 높은 참가자에서 임상 지표의 유의한 개선을 보였다. 또한 만성 질환이 있는 고령의 환자들이 스마트폰 애플리케이션 기반 호흡 재활을 안전하게 수행할 수 있었다. 따라서 기존의 기관 기반 호흡 재활이 어려운 상황에서, 스마트폰 애플리케이션 기반 호흡 재활은 만성 호흡기 질환이 있는 고령의 환자에게 유용한 치료 대안이 될 수 있다.