Pracovní expozice celotělové vibraci u veteránů americké armády: Akutní a chronické příspěvky k muskuloskeletálním poruchám a bolesti v oblasti páteře

Poruchy pohybového aparátu (MSK) a bolest související s páteří jsou mezi veterány významnými zdravotními problémy. Bolest v dolní části zad je nejčastějším chronickým bolestivým stavem mezi veterány a významně přispívá k využívání zdravotní péče a rostoucím nákladům na léčbu v rámci Správy zdravotní péče pro veterány (VHA). Vzhledem k tomu, že výdaje VHA na komunitní péči se mezi lety 2017 a 2021 více než zdvojnásobily, rostoucí poptávka po službách pro chronickou bolest zdůrazňuje potřebu lepšího pochopení mechanismů, které přispívají k degeneraci páteře v této populaci. Existují důkazy, že pracovní expozice vibracím celého těla (WBV) je spojena se zvýšeným rizikem řady negativních zdravotních výsledků, včetně bolesti MSK v zádech a krku. Přes rozsáhlý výzkum etiologie bolesti dolní části zad a degenerace plotének však stále přetrvávají velké mezery v oblasti časné detekce degenerace koncových plotének a dopadu akutní nebo chronické expozice WBV na zdraví meziobratlové ploténky.

Všudypřítomná povaha bolesti v dolní části zad u široké veřejnosti, ale zejména u veteránů, ukazuje, že existuje silná lékařská potřeba lepšího pochopení biomechaniky zdraví páteře. Tato studie může pomoci klinické praxi identifikací biomarkerů časné detekce pomocí neinvazivních technik MRI a zkoumání hydratace jako ochranného mechanismu.

Problém bolesti v dolní části zad a zdraví páteře je u veteránů obzvláště relevantní, protože zatímco jsou příslušníci ozbrojených sil obecně zdravější než typický dospělý v USA podobného věku v době nástupu do služby (kvůli přísným fyzickým a psychickým screeningovým požadavkům pro vstup do armády, pokračujícím standardům kondice a přístupu ke komplexní zdravotní péči), výzkum ukázal, že veteráni mají horší celkovou kvalitu života související se zdravím než neveteráni a vysokou prevalenci stavů souvisejících s bolestí zad. Veteráni byli často během své vojenské kariéry vystaveni WBV, když byli v obrněných nebo těžkých vozidlech nebo v letadlech. Mnoho veteránů je také i po vojenské kariéře stále vystaveno WBV, přičemž 28,5 % pracuje v přírodních zdrojích, stavebnictví a údržbě nebo výrobě, dopravě a manipulaci s materiálem. Tato zaměstnání a mnoho dalších může vystavit pracovníky WBV při obsluze vozidel (kamiony, stavební a těžké stroje) nebo při práci s nástroji, kde je amplituda vibrací dostatečně velká, aby se přenášela do těla. Tato expozice WBV během jejich vojenské kariéry a po ní nese zvýšené riziko negativních zdravotních výsledků, včetně bolesti MSK v zádech a krku.

I když víme, že mnoho veteránů je těmto podmínkám vystaveno a jsou spojeny se zvýšeným rizikem bolesti MSK, pochopení biomechaniky pomůže pochopit, jak těmto dlouhodobým nebo chronickým zraněním předcházet a léčit je. Toto jsou znalostní mezery, které jsme identifikovali ve vztahu ke zdraví meziobratlové ploténky a expozici WBV:

1. Segmentová a regionálně specifická dynamika tekutin v ploténkách při WBV je málo prozkoumána.

   Zatímco byly zdokumentovány denní vzorce migrace tekutin v ploténkách, dopad akutní nebo chronické WBV na distribuci tekutin v nucleus pulposus a anulus fibrosus, zejména napříč bederními úrovněmi, zůstává neznámý.

2. Časnou degeneraci koncových plotének nelze v současné době neinvazivně detekovat. Modické změny kostní dřeně pozorovatelné pomocí MRI postrádají citlivost a odrážejí pozdní fázi patologie. Žádná klinická zobrazovací metoda spolehlivě neidentifikuje časné degenerativní změny chrupavčitých nebo kostěných koncových plotének.

3. Vztah mezi zdravím koncové ploténky a transportem tekutin v ploténkách při expozici WBV není jasný.

   Degenerace koncové ploténky pravděpodobně narušuje regionální výměnu tekutin a může vést k segmentově závislé náchylnosti k poškození ploténky vyvolanému WBV.

4. Žádné předchozí studie neintegrovaly pokročilé kvantitativní techniky MRI k vyhodnocení perfuze koncové ploténky, pohybu tekutin v ploténkách a odpovědi na WBV.

Ačkoli dynamická kontrastem zvýrazněná MRI může měřit perfuzi koncové ploténky, obavy z retence gadolinia omezují její použití. Bezkontrastní alternativy, jako je arteriální spinové značení (ASL), nebyly aplikovány na hodnocení koncové ploténky.

Tato studie tyto mezery vyplní kombinací multi-parametrické MRI a skupin vybraných pro akutní i dlouhodobou pracovní expozici WBV za účelem vyhodnocení transportu tekutin v meziobratlové ploténce a zdraví koncové ploténky. Vyřešením těchto mezer tato studie posune porozumění biomechanickým a fyziologickým dopadům WBV na zdraví páteře.

Snažíme se pochopit souvislost mezi expozicí WBV a zdravím páteře porovnáním skupin veteránů s anamnézou nebo probíhající expozicí WBV a použitím pokročilých technik MRI ke studiu zdraví meziobratlové ploténky (IVD) a koncové ploténky obratle. Také se snažíme studovat akutní změny v biologii IVD a koncové ploténky obratle před a po expozici WBV a zda individuální stav hydratace ovlivňuje dynamiku vody v IVD.

Konkrétní cíle jsou:

Cíl 1: Určit dopad akutní a dlouhodobé WBV na zdraví koncové ploténky bederní páteře.

Cíl 2: Určit, jak jsou segmentální bederní a regionální distribuce a transport tekutin v IVD akutně ovlivněny WBV, a určit, zda existují korelace se zdravím koncové ploténky.

Cíl 3: Určit, zda individuální stav hydratace ovlivňuje dynamiku vody v IVD po akutní vibrační expozici.

Předpokládáme následující

Hypotéza 1 pro specifický cíl 1: Multi-parametrická MRI odhalí, že veteráni s předchozí vojenskou expozicí WBV mají více degenerativních markerů koncové ploténky ve srovnání s veterány bez pracovní expozice WBV.

Hypotéza 2: Multi-parametrická MRI u veteránů s aktuální pracovní expozicí WBV, ale bez předchozí vojenské expozice WBV, bude mít dřívější projev degenerativních markerů koncové ploténky ve srovnání s veterány bez expozice WBV.

Hypotéza 3: Rychlost změn degenerativních markerů koncové ploténky během čtyřletého trvání studie bude větší u veteránů s aktuální pracovní expozicí WBV než u veteránů, kteří měli předchozí vojenskou pracovní expozici WBV.

Hypotéza 1 pro specifický cíl 2: Veteráni, kteří rutinně zažívají pracovní WBV, budou vykazovat menší regionální distribuci tekutin v IVD před a po experimentální WBV, zatímco ti bez denní WBV budou mít větší změny v regionální distribuci tekutin v IVD po experimentální WBV, s pohybem vody z NP do AF nebo z ploténky ven.

Hypotéza 2: Veteráni, kteří rutinně zažívají pracovní WBV, budou vykazovat kraniokaudální pokles transportu vody a také pokles bazální distribuce vody.

Hypotéza 3: Degenerativní zdraví koncové ploténky bude korelováno se sníženou distribucí a transportem vody v bederní páteři.

Hypotéza 1 pro specifický cíl 3: Účastníci ve stavu nízké hydratace budou vykazovat větší snížení obsahu vody v meziobratlové ploténce (IVD) a změněné metriky transportu tekutin po 30 minutách kontrolované vibrace vsedě než účastníci v normálním/vysokém stavu hydratace.

Tento výzkum je relevantní pro VA, protože přibližně 50 % veteránů zažívá chronickou bolest, přičemž bolest v dolní části zad je nejčastějším typem chronické bolesti. To je jeden z nejčastějších důvodů pro vyhledání péče v rámci VHA a to vytváří významnou finanční zátěž pro Správu zdravotní péče pro veterány. Existují také údaje, které ukazují, že navzdory tomu, že jsou příslušníci ozbrojených sil při nástupu do služby obecně zdravější než typický dospělý v USA, je mezi nimi vysoký výskyt bolesti v dolní části zad a že veteráni mají horší celkovou kvalitu života související se zdravím než neveteráni. Pracovní expozice vibracím je spojena se zvýšeným rizikem řady negativních zdravotních výsledků, včetně bolesti MSK v zádech a krku.

Design studie:

Tato studie bude zkoumat akutní a chronické účinky pracovní vibrace celého těla na zdraví koncových plotének bederní páteře a meziobratlových plotének studiem veteránů, kteří měli pracovní expozici WBV ve své vojenské profesi, a veteránů s aktuální civilní profesí zahrnující WBV. Přibližný časový harmonogram studie, jak je nastíněn v návrhu grantu, je uveden níže. Charakteristiky koncových plotének bederní páteře a perfuze a hydratace meziobratlových plotének v obou studijních skupinách budou porovnány s věkově a pohlavě odpovídajícími veteránskými kontrolami bez anamnézy pracovní expozice WBV. Dobrovolnická populace bude vybrána tak, aby reprezentovala etnické a pohlavní rozložení pacientů Lékařského centra pro veterány Zablocki. Aktuální a vojenské profese budou vybrány tak, aby maximalizovaly konzistenci charakteristik WBV. Například populace pacientů ZVAMC zahrnuje jak řidiče kamionů, tak obsluhy těžkých strojů. Avšak vzhledem k tomu, že charakteristiky WBV (např. frekvence a velikost vibrací) mezi těmito profesemi jsou různé, což bude pravděpodobně mít různé akutní a chronické účinky na páteř, bude v rámci výzkumné populace upřednostněno maximalizování konzistence prostředí WBV napříč výzkumnou subjektovou populací. Budeme postupovat podobně při výběru veteránů s vojenskou pracovní expozicí WBV. Profese specifické pro armádu, jako je letecký personál vrtulníků, budou mít prioritu, i když další profese, jako jsou řidiči kamionů atd., budou cíleny, pokud nebudeme schopni zapsat dostatečný počet veteránů s předchozí vojenskou profesí vrtulníků. Počáteční dotazník bude také zahrnovat Oswestry Disability Index (ODI), který poskytne informace o dopadu bolesti v dolní části zad na denní aktivity a funkci každého potenciálního subjektu. ODI bude také použit při výběru subjektů pro MRI část studie, aby byl zajištěn konzistentní vzorek. Všichni zájemci z řad veteránů budou informováni a zapsáni do studie před předvýběrovým rozhovorem a veteráni, kteří spadají do vybraných skupin pro MRI studii, obdrží samostatné pozvání k účasti v této části studie. Níže je popsáno pět skupin veteránů, které budou potřebné k dokončení této studie.

• Aktuální skupina WBV (Skupina 1) se bude skládat z veteránů bez anamnézy expozice WBV během aktivní služby, ale s civilní pracovní expozicí WBV jako veterán. Tito jedinci budou mladší 45 let a budou mít méně než 5 let civilní pracovní expozice WBV. Tato skupina prokáže účinky civilní pracovní expozice WBV na degeneraci koncové ploténky, dynamiku tekutin v IVD a metriky strukturální degenerace páteře. Tři multi-parametrické MRI skeny získané v průběhu tohoto čtyřletého protokolu (cíl 1) umožní sledování zdraví koncové ploténky a identifikaci progresivních změn ve strukturálních charakteristikách páteře, jako je bederní Cobbův úhel, rozměry ploténky/foraminy, degenerace koncové ploténky a perfuze a hydratace meziobratlové ploténky. Tyto změny budou korelovány se záznamy o WBV, které si povede každý zapsaný subjekt a které poskytnou týdenní odhady typu a trvání pracovní expozice po dobu trvání studie. Experimentální protokol akutní WBV (cíl 2) nastíní akutní reakci koncových plotének bederní páteře a meziobratlových plotének na WBV. Tento protokol se bude skládat z výchozího MRI skenu ve stoje ráno, 30 minut experimentální WBV a druhého MRI skenu ve stoje odpoledne po WBV. Subjekty budou vybrány pro účast v MRI části studie, aby byla zajištěna konzistence charakteristik pracovní WBV (např. obsluha těžkých strojů versus dálkoví řidiči kamionů) a délka zaměstnání, aby se snížila variabilita probíhající pracovní WBV, která může ovlivnit aktuální zdraví páteře v době zápisu.
• Vojenská skupina WBV (Skupina 2) se bude skládat z veteránů s alespoň 6 lety expozice WBV během aktivní služby (např. obsluha těžkých strojů, piloti vrtulníků, obsluha malých plavidel). Tito jedinci budou mladší 45 let a nebudou mít civilní pracovní expozici WBV. Tato skupina podstoupí dvě série multi-parametrických MRI skenů vleže na začátku a na konci studie (cíl 1) a experimentální protokol akutní WBV, jak je popsáno výše (cíl 2). Náš předvýběrový proces nám umožní vybrat skupinu jedinců, kteří měli podobné charakteristiky WBV během aktivní služby z hlediska typu a délky zaměstnání. Subjekty budou vybrány pro účast v MRI části studie, aby byla zajištěna konzistence charakteristik vojenské WBV (např. piloti vrtulníků versus řidiči rychlých člunů) a délka vojenského zaměstnání, aby se snížila variabilita anamnézy WBV, která může ovlivnit aktuální zdraví páteře v době zápisu.
• Skupina bez WBV (Kontrolní skupina) (Skupina 3) se bude skládat z veteránů bez anamnézy expozice WBV během aktivní služby nebo civilní pracovní expozice WBV. Tito jedinci budou věkově a pohlavně spárováni se skupinami Aktuální WBV a Vojenská WBV a nebudou podstupovat žádná omezení tekutin. Tato skupina podstoupí stejné postupy jako skupina Aktuální WBV, včetně tří multi-parametrických MRI skenů (cíl 1) a jedné expozice protokolu akutní WBV (cíl 2).
• Hydratovaná skupina (Skupina 4). Skupina bez WBV z cílů 1 a 2 studie se zúčastní cíle 3, podstoupí multi-parametrické MRI skeny v dobře hydratovaném stavu i v dehydratovaném stavu. Po souhlasu bude veden 3denní záznam o příjmu tekutin, který poskytne výchozí linii příjmu tekutin. Tři dny před příjezdem budou účastníci požádáni, aby konzumovali alespoň 2,7 litru (11 šálků) tekutin denně pro ženy a alespoň 3,7 litru (16 šálků) pro muže. Stav hydratace bude potvrzen měřením hodnoty specifické hmotnosti moči nižší než 1,010. Den před multi-parametrickým MRI skenováním budou účastníci požádáni, aby se vyhnuli namáhavému cvičení. Tato skupina se zúčastní hydratovaného MRI protokolu během 3. roku studie.
• Dehydratovaná skupina (Skupina 5). Skupina bez WBV z cílů 1 a 2 studie se zúčastní cíle 3, podstoupí multi-parametrické MRI skeny v dobře hydratovaném stavu i v dehydratovaném stavu. Po souhlasu bude veden 3denní záznam o příjmu tekutin, který poskytne výchozí linii příjmu tekutin. Tři dny před příjezdem budou účastníci požádáni, aby konzumovali přibližně 1,3 litru (5,5 šálků) tekutin denně pro ženy a přibližně 1,8 litru (8 šálků) pro muže. Stav hydratace bude potvrzen měřením hodnoty specifické hmotnosti moči vyšší než 1,020. Den před multi-parametrickým MRI skenováním budou účastníci požádáni, aby se vyhnuli namáhavému cvičení. Tato skupina se zúčastní dehydratovaného MRI protokolu během 4. roku studie.

Veteránům vybraným pro MRI část studie bude toto rozhodnutí oznámeno dopisem, který popíše jejich studijní skupinu, MRI postupy, kterých se budou účastnit, jejich studijní specifické číslo subjektu a jejich odměnu za účast. Poté musí souhlasit s účastí podpisem a vrácením přiloženého formuláře souhlasu studijnímu týmu. Poté, co souhlasí s účastí v MRI části studie, bude s nimi pracovat člen studijního týmu na naplánování jejich MRI skenu/skenů buď v MCW Center for Imaging Research (skeny vleže) nebo v Upright MRI of Deerfield (skeny ve stoje), v závislosti na jejich studijní skupině. Veteránům pak budou poskytnuty informace o datu/času jejich skenu, kdy mají přijít, umístění zařízení a parkoviště (včetně mapy), jak dlouho sken potrvá, co by měli nosit, a případná omezení tekutin, pokud je to nutné. Bude jim sděleno, že člen studijního týmu se s nimi setká na místě skenu před jejich skenem a provede je celým procesem. Veteránům bude také sděleno, že jim bylo přiděleno studijně specifické anonymizované číslo subjektu, aby byla zajištěna jejich soukromí, a že toto číslo mohou použít k identifikaci u člena studijního týmu a zařízení MRI při příjezdu.

Veteráni budou zodpovědní za vlastní dopravu do zařízení MRI. Po příjezdu je v zařízení přivítá člen studijního týmu. Člen studijního týmu potvrdí jejich studijně specifické číslo subjektu, popíše postupy, které se budou konat, jak dlouho bude celý proces trvat, a zodpoví případné dotazy, které by veterán mohl mít. Veteráni budou požádáni, aby dorazili do zařízení MRI přibližně 30 minut před časem jejich MRI skenu. Pokud veterán nemá vhodné oblečení pro MRI, bude odveden do převlékárny, kde se může převléknout do chirurgických oděvů poskytovaných zařízením. Před skenováním budou veteráni požádáni, aby vyplnili screeningový formulář MRI, který bude obsahovat otázky relevantní pro MRI týkající se implantátů a zdravotních stavů. Screeningový formulář MRI je součástí této IRB žádosti.

Každý MRI sken bude trvat maximálně 60 minut. Účast v cíli 1 bude zahrnovat celkem tři MRI skeny; první MRI sken v 1. roce studie, druhý ve 2. nebo 3. roce a třetí ve 4. roce. Účast v cílech 2 a 3 bude zahrnovat 2 MRI skeny a jeden protokol vibrace celého těla ve stejný den. Protokol vibrace celého těla se bude skládat z následujícího. Akutní vibrace celého těla budou dodávány prostřednictvím nízkého křesla namontovaného na kontrolované vibrační platformě. Účastníci zažijí 30minutovou vertikální vibrační seanci o frekvenci 5 Hz s amplitudou špička-špička 3 mm a špičkovým zrychlením 2 m/s². Tato expozice byla použita dříve, byla určena jako bezpečná pro účastníky a bylo prokázáno, že má měřitelný účinek na denní změny výšky [Sullivan Spine 1990].

Vzorky moči budou odebrány před MRI skeny pro hydratované a dehydratované skupiny v cíli 3. Po příjezdu do zařízení MRI obdrží každý subjekt od člena studijního týmu nádobu na odběr moči, který popíše metodu „čistého odběru“ pro sběr. Tato metoda zahrnuje zahájení močení, zastavení, odběr moči uprostřed proudu do nádoby a dokončení močení na toaletě. Subjekt pak vrátí nádobu členovi studijního týmu, který ji umístí do chlazené nádoby. Po MRI skenu člen studijního týmu vrátí stejnou do našich laboratoří v ZVAMC a analyzuje specifickou hmotnost vzorku pomocí refraktometru.

Nábor pro cíl 1 má celkem 3 experimentální skupiny (Aktuální WBV, Vojenská WBV a Bez WBV) a tři MRI na subjekt. Je potřeba 39 subjektů (13 na skupinu), kteří podstoupí celkem 117 MRI skenů vleže.

Cíl 2 má celkem 3 experimentální skupiny (Aktuální WBV, Vojenská WBV a Bez WBV) a dva MRI skeny ve stoje na subjekt. Je potřeba 39 subjektů (13 na skupinu), pro celkem 78 MRI skenů ve stoje. Domníváme se však, že velikost účinku pro tento experiment bude vyšší než velikost účinku v předběžných datech, protože navrhovaný experiment bude měřit akutní mechanicky vyvolané změny v hydrataci ploténky po WBV, zatímco rozdíly mezi skupinami v našich předběžných datech byly výsledkem chronických degenerativních změn v hydrataci ploténky.

Proto předpokládáme, že budeme mít schopnost detekovat statisticky významné a vhodně silné rozdíly mezi skupinami během tohoto experimentu, i s menšími velikostmi skupin.

Cíl 3 má celkem 2 experimentální skupiny (hydratovaná a dehydratovaná) a dva MRI skeny na subjekt. Je potřeba 34 subjektů (17 na skupinu), kteří podstoupí celkem 68 MRI skenů.

Potenciální výzkumní subjekty budou identifikováni pomocí VA Informatics and Computing Infrastructure (VINCI). Všem potenciálním subjektům bude dopisem oznámeno, že splňují předběžné požadavky pro zařazení do výzkumné studie prováděné výzkumníky v ZVAMC. Bude jim řečeno, aby odpověděli telefonicky nebo e-mailem, pokud mají zájem, a bude jim oznámeno, že je zkontaktujeme telefonicky přibližně dva týdny po datu dopisu, abychom potvrdili, zda se chtějí účastnit. Tento protokol je běžný pro další lidské studie v ZVAMC a je používán naší Jednotkou translací výzkumu (TRU) roky. Všichni zájemci z řad veteránů budou v čase dle jejich volby pohovorováni telefonicky nebo osobně, aby bylo určeno, zda jsou vhodní pro zařazení do této studie.

Veteránům, kteří souhlasí s počátečním zápisem, budou poskytnuty výchozí dotazníky o vojenské službě, aktuální a předchozí expozici vibracím celého těla, intenzitě bolesti, postižení souvisejícím s bolestí a modifikátorech bolesti, pomocí dotazníků uvedených níže. Členové studijního týmu budou průběžně přezkoumávat seznam veteránů, kteří souhlasili s počátečním zápisem. Přestaneme zapisovat nové subjekty, když získáme dostatečný počet pro spárované kohorty pro každou experimentální skupinu na základě podobnosti věku, charakteristik vibrací celého těla a profilu bolesti.

Subjekty z každé spárované kohorty budou požádány o účast v cílech 1 a 2 (Skupiny 1, 2 a 3) nebo v cíli 3 (dodatečný zápis Skupiny 3). Cíle 1 a 2 zapíší 39 subjektů (13 na skupinu pro Skupiny 1, 2 a 3), kteří obdrží celkem 5 MRI skenů (3 v MCW a 2 v Upright MRI of Deerfield). Cíl 3 zapíše dalších 34 subjektů (17 na skupinu x 2 skupiny), z nichž každý obdrží 2 MRI skeny v MCW. To povede k minimálně 73 veteránům ZVAMC (13 na skupinu x 3 skupiny pro cíle 1 a 2; 17 na skupinu x 2 skupiny pro cíl 3) zapsaných do studie. Předpokládáme však, že někteří subjekty nemusí být ochotni účastnit se více částí studie. Protože každý cíl zahrnuje opakovaná měření, aby subjekty mohly být použity jako vlastní kontroly, studijní protokol umožní, aby byly do každého cíle zapsány samostatné kohorty veteránů. Proto by maximální počet zápisů do studie, pokud bychom měli samostatné kohorty pro každý cíl, byl 112 veteránů (39 pro cíl 1, 39 pro cíl 2, 34 pro cíl 3).