一种用于肠易激综合征患者疾病治疗的新型移动应用程序(Heali):随机对照试验

介绍

肠易激综合征(IBS)是最常见的功能性胃肠(GI)疾病之一，其特征是一系列症状，包括反复腹痛、排便习惯改变、腹胀和腹胀[1]。在美国，IBS影响了大约1500万人[2，3.]并导致每年的直接卫生保健费用在300亿至750亿美元之间[4，5]，而每年的间接成本估计为200亿美元。IBS患者通常会因为对病情缺乏清晰的了解而感到心理困扰和焦虑，被告知症状都是他们的幻觉，并且感觉没有人倾听，所有这些都进一步加剧了症状并影响了生活质量[1]。此外，受影响的个人花费大量时间寻求医疗支持，并进行各种各样的测试，所有这些都导致失去工作，残疾，缺乏生产力和死亡率增加[4，6]。此外，中心因素(如心理、认知和神经激素)和外围因素(如肠道菌群、遗传和饮食)已被证明随着时间的推移会加剧症状的严重程度[7，8]。

高含量的可发酵、寡糖、二糖、单糖和多元醇(FODMAPs)的饮食已被证明会加剧肠易激综合征的症状[9]，研究表明，坚持低FODMAP饮食(LFD)可以改善IBS症状[10-19]。因此，LFD已成为治疗IBS和IBS样症状的流行工具，其成功率与药物方法相当[20.]。然而，由于FODMAP化合物存在于各种水果、蔬菜、谷物、乳制品、肉类和调味品中，因此遵守LFD是很困难的。此外，接受LFD治疗的患者表示，医生提供的信息往往是泛化的和非特异性的，需要他们寻找补充信息以满足他们的个人需求[21]。多学科团队的支持已被证明可以减轻功能性肠病治疗的这些障碍[22];然而，当患者遇到额外的障碍时，包括提供额外支持所需的时间和资金，可及性就成为一个问题。

使用人工智能(AI)的移动应用程序与平台内的多学科团队合作，作为支持糖尿病和高血压等慢性疾病管理的有用工具，越来越受到关注。23-26]。但是，利用人工智能治疗肠易激综合征的应用程序尚未开发。在为IBS治疗开发的应用程序中，Constant-Care网络应用程序[27]，在饮食治疗研究中已被参与者成功地用于监测他们的肠易激综合征症状[10-12，27，28]。然而，该应用程序不是作为移动应用程序提供的，仅提供症状跟踪和监测方法，没有实时帮助患者提高LFD依从性。相反，LFD依从性的改善依赖于无法实时用于决策的面对面和在线教育模块[27]。迄今为止，还没有测试过一款使用人工智能来减少肠易激综合征症状和提高对LFD的依从性的应用程序。

Heali AI是一家个性化营养软件公司，由一群软件工程师和注册营养师于2018年在加州洛杉矶成立。Heali应用程序使用人工智能扫描菜单和条形码，根据用户特定的个性化饮食计划提供营养信息和建议。通常情况下，应用程序用户根据他们选择的饮食偏好使用红绿灯系统来匹配食物:绿色(符合饮食计划的食物)，黄色(可以适度食用的食物)，红色(完全避免的食物)。该应用程序可以被编程为专注于广泛的饮食偏好，包括微量和宏量营养素偏好，以及特定的预编程循证饮食，如低脂饮食、纯素饮食、无麸质饮食或生酮饮食。一旦编程完成，该应用程序就会帮助用户在外出、在杂货店或在家用餐时找到符合他们个性化饮食需求的食物，以提高饮食依从性、症状控制和生活质量。

这项按方案研究的目的是确定与使用30天后IBS或IBS样症状人群的标准在线饮食教育相比，新型AI饮食应用Heali是否通过提高对LFD的依从性来减轻IBS症状。据推测，与标准的在线教育相比，新型AI饮食应用程序将通过改善次要结局(包括坚持LFD和与LFD相关的饮食知识)来改善IBS症状严重程度和生活质量的主要结局。

方法

参与者

如果参与者根据IBS症状严重程度量表(IBS- sss)评分为175或更高，符合IBS的Rome IV标准，并且在过去3个月或更长时间内有IBS样症状，则他们有中度至重度IBS符合研究资格。29]。使用Rome IV标准的诊断还根据症状对患者进行分类:肠易激综合征合并便秘(IBS- c)，肠易激综合征合并腹泻(IBS- d)，肠易激综合征混合型(IBS- m)或肠易激综合征无亚型(IBS- u)。

参与资格还要求参与者年龄在18到65岁之间，并拥有一部手机。排除标准包括在过去6个月内使用饮食应用程序或消除饮食(例如，低脂饮食，特定碳水化合物，素食者，素食者，无麸质，无乳制品)，食物过敏(不包括食物不耐受)，吸烟习惯，胃肠道功能障碍以外的慢性疾病史(例如，糖尿病，心血管疾病，高血压，饮食失调，或肺，肾脏，肝脏或甲状腺疾病)，或营养专业学生或专业人士。

这项研究通过在线传单、社交媒体帖子(Facebook、Twitter、Instagram)、列表服务器和大学社区的招聘服务进行宣传。招募信息表明，参与者必须愿意参加为期30天的LFD干预，并有10天的试验前监测期。该信息还指出，从研究开始，参与者将被指示每两周完成一次在线调查问卷。参与者通过电子邮件提供同意，该研究由亚利桑那州立大学机构审查委员会批准。该研究已在ClinicalTrials.gov注册(NCT04256551)。

总共招募了58名参与者。根据先前的文献，每组20名受试者将提供80%的能力来检测组间IBS-SSS症状评分至少降低81分，α值为0.05 [10，16，18，30.]。因此，假设保留率为80%，每组至少需要25名参与者。

研究设计

这项为期40天的随机对照实验研究包括10天的基线监测期和30天的干预期。在干预开始之前，作者AJR使用在线随机数生成器将参与者按照他们参加研究的日期随机分为两组。各组的定义如下:实验组(APP)使用AI膳食手机APP并使用标准膳食教材;对照组(CON)仅使用标准膳食教材。研究人员和参与者都对干预类型不盲目。两组均接受密歇根大学开发的标准在线LFD干预资源[31]。在线教育提供了LFD的描述和遵守说明，FODMAP的高低指南，以及包含21样餐的LFD烹饪指南。APP组除了可以使用Heali移动应用程序外，还收到了相同的教育材料。向APP组和CON组发送了标准化的电子邮件，它们提供资源和问卷，以支持和跟踪参与情况。在研究完成后，参与者还获得了重新引入FODMAP的指南，这是低FODMAP饮食的最后阶段，他们可以根据自己的需要量身定制。那些成功完成干预的人能够在完成干预后的6个月内使用AI移动应用程序来支持他们的重新融入阶段。

Heali手机App

在这项研究中，APP参与者只能访问LFD，这意味着他们可以访问应用程序中的所有功能，除了进一步个性化他们在LFD之外的偏好的能力。他们还可以使用应用程序内的健康教练，该教练每周提醒参与者使用该应用程序，并回答参与者提出的问题。应用程序参与者被指示每天使用该应用程序。参与者通过手机登录进入应用程序，并收到PDF格式的标准使用教程。

措施

在10天的基线期之前和筛选过程中，参与者完成了3份问卷，包括人口统计筛选(纳入标准和共同变量，如身体活动[32]、吸烟和疾病史)，IBS-SSS诊断工具[33]，以及罗马四号筛选器[29]。所有问卷都通过谷歌表格发送，并通过电子邮件发送给参与者。一旦被纳入研究，所有参与者都被要求在30天的干预期开始和试验结束时完成5份问卷，其中包括Rome IV问卷、IBS-SSS诊断工具、低FODMAP饮食消耗(LFDA)问卷、低FODMAP饮食知识(LFDK)问卷和生活质量问卷。6项Rome IV问卷(1-2分钟完成)是目前由Rome基金会开发的标准诊断工具，用于确定胃肠道功能障碍的严重程度和诊断IBS [29]。5项IBS-SSS问卷(1-2分钟完成)是经Francis等人验证的500分症状严重程度筛选量表[33]。根据受访者的回答，将他们分为4类中的1类:<75，无症状;75 ~ <175，轻度IBS;175 ~ <300，中度IBS;≥300，为重度IBS [33]。在试验过程中，IBS-SSS也每10天完成一次。110项LFDA问卷(基于NHANES食品频率问卷)记录了受访者每天食用某些FODMAP项目的次数[34]。总评分范围为0-385,0表示上个月没有食用FODMAP, 385表示每个FODMAP每天食用2-3次或以上[34]。12项LFDK问卷量化了被调查者对LFD的认识。总分范围为0-60分，其中60分为最高知识分。该调查是根据Krause等人的12项验证工具进行修改的[35来评估FODMAP知识，而不是一般的营养知识。这些修改包括:“当我对FODMAP食品有疑问时，我知道在哪里可以找到有关该问题的信息”，其中“FODMAP食品”取代了本研究的“健康营养”。13项生活质量测量代表世界卫生组织(WHO)生活质量问卷的域1和域2，其中总得分范围为0-200，其中200为可能的最佳生活质量得分[36]。

统计分析

数据以均数(SD)表示。使用SPSS Statistics Version 26 (IBM Corp) for Windows (Microsoft Corp)进行分析。采用Spearman检验确定基线变量的相关性。使用Mann-Whitney U检验来确定组间差异。使用皮尔逊卡方检验来确定标称数据的差异。所有使用的检验都是双侧检验，aP值<。05被认为是显著的。

结果

参与者

我们招募了58名符合研究标准的成年人，20名参与者在10天的基线期失去了随访，38名参与者随机分为治疗组(APP, n=19)和对照组(CON, n=19;图1）.

‎ 查看此图

在干预期间，13名参与者因人员流失而流失，25名参与者完成了整体研究(CON, n=11;应用,n = 14)。正如答复反馈问卷的参与者所述，COVID-19大流行在干预期间加速，并造成了部分人员流失。完成研究的患者在干预阶段开始时的基线特征在CON组和APP组之间没有显著差异(表1）.

肠易激综合症的诊断

以Rome IV标准衡量的IBS诊断率在干预后两组均有所下降。在APP组中，14名参与者中有6名在干预完成后不再符合IBS诊断标准。在CON组，11名参与者中有5名在试验结束时不再符合肠易激综合征的诊断标准。IBS-D是研究结束时最常见的诊断(CON: IBS-D=2;应用:IBS-D = 5);IBS-C和IBS-M是研究结束时诊断最少的疾病(CON: IBS-C=2, IBS-M=2;App: ibs-c =2, ibs-m =1)。

IBS-SSS

在整个干预期间，整个样本的IBS症状总分有所改善;然而，两组之间的得分变化没有显著差异(CON: -138;应用:-170;P= .37点;表2）.在5个个体症状成分评分中，排便习惯不满意评分显示组间症状显著减少。与CON组相比，APP组的排便习惯评分提高了2倍(APP: -47;反对:-24;P= . 05;图2）.在30天的干预中，两组的其余4个成分得分均有显著改善，但这些变化在两组之间没有显著差异。

‎ 查看此图

低FODMAP饮食摄入知识

APP组和CON组的LFD知识得分随着时间的推移而提高，但两组之间的知识得分变化没有差异。在研究期间，两组的FODMAP摄入分数都有所下降，这表明对LFD的依从性得到了改善。然而，干预期后各组之间摄入得分的变化没有显著差异(表2）.

生活品质

与CON参与者相比，APP参与者的生活质量得分提高了更大程度(P= .04点;表2）.此外，APP组生活质量评分的改善与IBS症状评分的改善相关(r= -0.598;P=.02)，而CON组没有(r= -0.183;P= .59)。

讨论

主要结果

这些数据表明，通过AI饮食移动应用程序补充标准IBS饮食教育，根据特定用户的需求定制LFD，可以改善IBS患者的几种健康结果。具体来说，Heali移动应用程序帮助参与者改善了他们的生活质量和排便习惯症状。两组的生活质量得分都有所上升;然而，APP组的增幅是CON组的2.6倍。IBS患者的生活质量差是有据可查的，IBS症状的改善与生活质量的改善有关，如医疗费用的降低、缺勤天数的减少和控制感的增强[37]。

与前期工作比较

与本试验类似，Kortlever等[38最近的研究表明，IBS患者在坚持饮食6周后，采用LFD可改善胃肠道症状和生活质量。为了达到这些效果，患者向私人饮食中心的营养师咨询详细的饮食回顾和个性化的饮食咨询。本文的数据表明，通过移动应用程序可以实现类似的结果，因此可以消除某些障碍，例如时间投入、成本和获得卫生专业人员的机会，使大部分人群能够获得和方便地接受肠易激综合征治疗。尽管在应用程序组中发现了显著的生活质量改善，Pederson等[10发现IBS-D参与者对基于网络的治疗有更大的反应，特别是对生活质量的结果。在这项研究中，APP组的IBS-D参与者占57%，CON组占23%。虽然这项研究是一个试点，但未来的迭代应按IBS亚型分层，以均匀分布这一混杂因素。

值得注意的是，本文提出的两种治疗方法都改善了结果测量，包括饮食依从性;然而，手机应用的使用确实显示出了额外的好处。消费者越来越依赖智能手机获取新闻和信息，处理个人事务，包括管理自己的健康。提供准确、详细和个性化饮食信息的移动应用程序可以使个人有信心改变生活方式，改善健康。Heali通过个性化匹配评级(使用交通灯系统)提供基于证据的信息和关于食物选择的实时反馈，以支持用户坚持像LFD这样的困难饮食。

据我们所知，Heali是第一个使用人工智能来支持饮食遵守LFD和支持肠易激综合征症状治疗的移动应用程序。考虑到使用人工智能的同行评审移动应用程序能够优化对糖尿病等慢性病治疗的支持，这一点很重要[23，39]和高血压[25];然而，这些应用程序还没有在肠易激综合症等不太突出的情况下进行过测试。这种基于应用程序的干预尤其新颖，因为很少有研究探索人工智能提高饮食依从性的可能性，特别是对LFD的依从性[23，26，39]。这巩固了本研究在两个方面的新颖性:(1)使用人工智能改善IBS患者的生活质量;(2)使用人工智能改善IBS疾病结局。

优势与局限

本研究的优势包括将参与者随机分为干预组和对照组，这允许混淆变量在组间分散。此外，整个研究，从招募到实施和评估，都是在线完成的，允许广泛参与，不受地点限制。这项研究的在线性质也降低了研究成本，因为它只需要桌面支持来实施和完成。

本研究的局限性包括潜在的自我报告偏差，因为所有的调查都是在线进行的，同时也缺乏研究人员和参与者对研究组的盲目性。参与者通过随机数生成进行随机化，而不是根据严重程度或类型进行分层，在组间比较时可能存在偏倚。然而，直到研究第10天，也就是基线数据收集之后，参与者才被随机分组。虽然在基线时收集了人体测量数据(体重、身高)，但在试验结束时没有收集这些数据，体重的变化可能会影响结果变量。生活质量的改变与基线体重或BMI无关。该试点试验样本量小，限制了解释或将结果推广到其他患者群体的能力。最后，所有参与者在2020年COVID-19大流行的早期阶段完成了大部分干预，据报道，这影响了参与和保留。考虑到这是一项针对肠易激综合征参与者的饮食限制研究，重要的是要注意，在这段时间里，家庭用品(如不易腐烂的食物、蛋白质和卫生纸等纸制品)供应不足。因此，COVID-19对两组患者依从性的影响可能比参与者所说的还要大。COVID-19大流行也可能导致压力升高，这除了饮食不遵医嘱外，还会加剧肠易激综合征的症状[7，8，40，41]。因此，重要的是要考虑在本研究中报告的症状严重程度筛查、疾病进展和参与者的生活质量的结果可能受到COVID-19爆发的负面影响。

结论

这项试点研究提供了初步证据，证明Heali应用程序可能为IBS患者提供治疗益处。结果显示，Heali应用程序能够在30天的干预期内显著提高IBS参与者的生活质量。这些发现为进一步研究更大的样本量提供了依据。虽然这项研究的重点是肠易激综合征和LFD患者，但通过Heali应用程序提供的各种额外干预措施表明，通过治疗性饮食依从性减轻症状的其他疾病患者可能受益。