Udvikling af en bærbar enhed til forebyggelse af osteoporose og brudrisikoreduktion hos kvinder (Weapom)

NUVÆRENDE STATUS OG BEGRUNDELSE FOR FORSLAGET Osteoporose er et vigtigt folkesundhedsproblem, og det er karakteriseret ved forringelse af knoglevævets mikroarkitektur og en lav knoglemineraltæthed (BMD), der fører til en reduktion i knoglestyrken og den deraf følgende øgede risiko for skeletbrud 1. Hver tredje kvinde vil lide af en osteoporotisk fraktur i deres levetid 2. Faktisk anslås det, at mere end 200 millioner mennesker lider af osteoporose, og disse tal er stigende på grund af befolkningens aldring og ændringen i livsstil 3. En nylig systematisk gennemgang indsamlede epidemiologisk information om udvalgte muskuloskeletale skader og leverede samlede skadesspecifikke incidensrater. Forfattere rapporterede, at de mest almindelige frakturer i hele den voksne befolkning baseret på de samlede incidensrater var distale radiusfrakturer (212 pr. 100.000 personår)4. Distale radiusfrakturer tegner sig for hver femte knogleskader i både primær og sekundær pleje5. Ifølge data fra International Osteoporosis Foundation (IOF) vil der i Spanien være mere end 2,8 millioner kvinder over 50 år med osteoporose, med mere end 330.000 skrøbelighedsfrakturer om året, og fremskrivninger tyder på, at disse tal i 2030 vil stige med 28,8 % 1. Derfor er der en betydelig økonomisk belastning for sundhedsvæsenet for patienter, der oplever en osteoporose-relateret fraktur. Direkte omkostninger til knogleskørhed, såsom medicin, ergoterapi og indlagte og ambulante besøg, forventes at stige til 25 milliarder dollars i 2025, når befolkningen bliver 6 år. Sammen med de indirekte omkostninger, såsom tab af produktivitet, forventes det at stige til ca. mere end 95 milliarder dollars i 2040 6. Osteoporose og de 4,3 millioner skrøbelighedsfrakturer, som det årsager, koster sundhedssystemerne i Europa over 56 milliarder euro hvert år baseret på data for 2019 7. Kun i vores land anslås det, at omkostningerne forbundet med sygedage på grund af skrøbelige frakturer beløber sig til €355.000 hvert år. Kun de direkte og indirekte omkostninger forbundet med disse brud vil overstige 4,2 milliarder euro med en forventet stigning på 30,6 % i 2030 1. Det burde derfor ikke overraske os, at hos postmenopausale kvinder overstiger omkostningerne ved osteoporotiske frakturer de årlige omkostninger for brystkræft, myokardieinfarkt (MI) og slagtilfælde 6.

Tabet af østrogeners beskyttende virkning på skeletstrukturen efter overgangsalderen intensiverer faldet i knogletætheden som følge af en pludselig ubalance mellem knogledannelse og knogleresorption. Dette fald i østrogener (f.eks. østradiol) fører til en stigning i hastigheden af ​​knogleomdannelse på grund af en stigning i antallet af osteoblaster og osteoklaster; selvom osteoklastmedieret fjernelse af knoglematrix er meget større end osteoblastknogledannelse8. Derfor er tabet af BMD meget tydeligt, især i de 3-5 år efter den sidste menstruation 9, i en 2% tabsrate pr. år 10. Parallelt med dette fald i BMD er det almindeligt at finde et fald i muskelmasse og styrke, sandsynligvis afledt af faldet i overgangsalderen af ​​visse prækursorer (f.eks. insulinlignende vækstfaktor type 1, -IGF-1-) 11. Det er vigtigt at bemærke, at knoglestyrke ikke kun bestemmes af knoglemasse, men også af størrelse, form, struktur eller egenskaber af kollagen 12. Da densitometri (DEXA) kun fanger knoglemasse, er der stigende interesse for brugen af andre tredimensionelle billeddannelsesmodaliteter, såsom kvantitativ computertomografi (QCT) til vurdering af knoglestyrke. QCT kan hjælpe med at skelne mellem de kortikale og trabekulære rum i knogle og deres relative bidrag til knoglestyrken in vivo. Tilsvarende er forskellige biomarkører blevet identificeret til at detektere dynamikken i knogleombygning 13,14. National Bone Health Alliance og American Association for Clinical Chemistry har foreslået, at de mest almindeligt accepterede biomarkører til evaluering af interventioner i osteoporose er det C-terminale telopeptid af kollagen type 1 -CTX-1- (knogleresorption) og amino- terminalt propeptid af procollagen type 1 -P1NP- (knogledannelse) 13,14.

Der er velkendte modificerbare og ikke-modificerbare risikofaktorer for osteoporose. Ikke-modificerbare elementer vil omfatte alder, familiehistorie med skrøbelighedsfrakturer, type 1-diabetes, reumatoid arthritis eller kræftbehandling (f.eks. aromatasehæmmere eller kemoterapi). I den første gruppe kan rygning, overdrevent alkoholforbrug, brug af kortikosteroider, utilstrækkelig calcium eller D-vitamin, lavt kropsmasseindeks (BMI), stillesiddende livsstil15 eller mangel på fysisk aktivitet, hvilket ville være en anden af ​​de vigtigste risikofaktorer, indgå. Knogletab kan dog forblive klinisk tavs. En nylig retrospektiv sundhedsundersøgelse viste, at 79,4 % af patienterne ikke havde en diagnose eller behandling ombord for osteoporose 12 måneder før bruddet 6. Det overrasker, at mindre end halvdelen af ​​kvinder med høj risiko for fraktur bliver behandlet på trods af de høje omkostninger ved frakturer og tilgængeligheden af ​​medicin til en overkommelig pris 2. Som følge heraf er der ifølge IOF et stort udækket behov, når det vedrører forebyggelse af postmenopausal osteoporose, fordi mange kvinder ikke gennemgår de anbefalede diagnostiske screeninger eller vurderer baseline osteoporoserisiko 15.

Forebyggelse bør prioriteres højt, når man forfølger reduktionen af ​​byrden forårsaget af osteoporose16. Ud over forebyggelse bør optimering af ledelsen, fra førstehjælp til rehabilitering, overvejes for at reducere ekstraomkostninger. Tilgangen i denne befolkningsgruppe er normalt multimodal og omfatter både farmakologiske og ikke-farmakologiske interventioner. I Europa er de mest almindeligt anvendte lægemidler mod osteoporose bisfosfonater, raloxifen, lægemidler til parathyreoideahormoner og denosumab 17. Imidlertid er den udbredte og langvarige brug af disse lægemidler begrænset på grund af mulige bivirkninger 18. Derfor vil kost og fysisk træning sammen med andre miljø- og livsstilsfaktorer udgøre de vigtigste ikke-farmakologiske strategier til håndtering af denne patologi 19. Men selvom fysisk aktivitet er en modificerbar faktor, der bidrager til forbedring af knoglemasse og styrke, er vores forståelse af, hvordan man kan kvantificere dimensionerne af fysisk aktivitet, der er osteogene (herunder hyppighed, intensitet, tid og type), ufuldstændig. Der er ingen tvivl om, at for at igangsætte en osteogen reaktion skal knoglen udsættes for en stimulus, der overstiger en tærskel, der bestemmes af det sædvanlige deformationsområde i den overvejende belastningsretning19. Netop den mekaniske belastning, som træning (påvirkninger og muskelsammentrækning) udsætter knoglen for (f.eks. spænding, kompression, hydrostatisk tryk) kan fremme osteogen differentiering af mesenkymale stamceller, hvilket øger osteoblastisk regulering gennem forskellige mekanismer 20. For at øge effektiviteten skal øvelsen: (i) være dynamisk, ikke statisk; (ii) overskridelse af en intensitetstærskel; (iii) overskridelse af en belastningsfrekvenstærskel; (iv) være relativt kort, men intermitterende; (v) påføring af et usædvanligt belastningsmønster på knoglerne; (vi) omfatte tilstrækkelig tilgængelighed af calcium og vitamin D 21. Imidlertid er de optimale belastningsmønstre for knogler, der giver klinisk signifikante fordele, ikke været klart defineret til dato, da det ikke har været muligt let at kvantificere træningsintensiteten i form af knoglebelastningskræfter i kliniske omgivelser22. Q1

Nylige retningslinjer for forebyggelse og håndtering af osteoporose gennem fysisk træning foreslår interventioner, der varer længere end 8 måneder, og som kombinerer høj effekt og højintensiv styrketræning. Interventioner, hvor hurtig gang (f.eks. > 6 km/t) kombineres med aktiviteter, der inkorporerer et relativt kort antal påvirkninger (f.eks. 10-50 hop om dagen), ved intensiteter, der overstiger 2-4 gange kropsvægten (~ 3,9 G ), mindst 4 sessioner om ugen og brug af multiaksiale øvelser til at generere en usædvanlig belastning på hoften, kan hjælpe postmenopausale kvinder med at kompensere for aldersrelaterede knogletab 23. Disse ville være effektive strategier til at bevare BMD hos postmenopausale kvinder med et evidensniveau 1a24. Der er dog ingen evidens for dets effektivitet med hensyn til at forebygge distale radiusfrakturer Q2, og også frafaldsraterne i disse typer programmer er høje25, og på trods af evidensen er deltagerne ofte tilbageholdende med at dyrke motion, med henvisning til barrierer som dårligt helbred, mangel på tid pga. familieansvar, mangel på kammeratskab eller opmuntring, manglende adgang til passende faciliteter eller muligheder eller omkostninger. Patienter med osteoporose rapporterer ofte mangel på tid og transportbegrænsninger som de vigtigste barrierer, der ville begrænse deres deltagelse i overvågede træningsprogrammer 26. Af disse grunde er det blevet foreslået, at interventionsforsøg skal bruge indstillinger, der er let tilgængelige for deltagerne og giver fleksible træningsplaner 25.

I litteraturen foreslås det, at det i interventioner rettet mod knoglesundhed hos unge voksne kvinder er afgørende at minimere de opfattede krav om tid (f.eks. korte og fleksible intervaller) og miljømæssige barrierer relateret til bekvemmeligheden og tilgængeligheden af ​​fysisk aktivitet 25 . For at øge tilslutningen i denne befolkningsgruppe foreslås derfor regelmæssig kontakt med undersøgelsespersonale, personalisering af progression og passende træningsovervågning (undgå sikkerhedsproblemer og mangel på selvtillid). I en nylig undersøgelse fra vores gruppe blev der fundet beviser for, at ikke-overvågede træningsprogrammer kunne være effektive til at forbedre BMD hos voksne kvinder. Der var dog kun fem undersøgelser tilgængelige hos postmenopausale kvinder og registrerede samlet set et betydeligt frafald (over 40%) på grund af manglende vilje til at fortsætte og sygdom blandt hovedårsagerne. Derfor blev nødvendigheden af ​​at undersøge effektiviteten af ​​fjern-/hjælpeteknologier til levering og overvågning af ikke-overvågede træningsinterventioner fremhævet. Spørgsmålet, der bør stilles, er, på hvilken måde alle disse spørgsmål kan håndteres, lette overvågningen af ​​programmet og løse de skitserede barrierer?

Mobile og digitale teknologier (mHealth) gør det muligt at supplere træningsprogrammering til håndtering af osteoporose ved at give oplysninger om skeletmekanik under bevægelse23. Men, og selvom bærbare aktivitetsmålere tilbyder potentiale som en mangefacetteret intervention for at hjælpe folk med at blive mere aktive, har ingen undersøgelse undersøgt anvendeligheden af ​​disse bærbare enheder hos postmenopausale kvinder eller i de øvre ekstremiteter Q3. Vigtigheden af ​​at nå en minimumstærskel for stimulering for at opnå knogletilpasninger har været berettiget, da utilstrækkelige belastninger ikke ville have den ønskede effekt, af denne grund er det nødvendigt med en præcis kvantificering af de mekaniske belastninger, som bevægeapparatet udsættes for, hvad der evt. opnås med visse biosensorer28. Interventioner baseret på denne type teknologi rettet mod at forebygge osteoporose er imidlertid meget sparsomme29, selvom forfatterne er enige om deres potentiale, ikke kun for at øge fordelene ved interventionerne, men primært for at forbedre overholdelse af dem.

Sammenfattende står det videnskabelige samfund over for en gruppe kvinder med høj risiko for at lide af osteoporose (potentiel forekomst af skrøbelighedsfraktur), med den efterfølgende forekomst for deres funktionalitet og livskvalitet på den ene side og for sundhedssystemet. på den anden. Strategierne til styring af denne gruppe foreslår inkorporering af aktiviteter, der kræver effekt- og styrketræning; direkte måling af knoglebelastninger kræver imidlertid invasive kirurgiske procedurer, og indirekte måling af jordreaktionskræfter er begrænset til et fast sted og tidspunkt, og er derfor upraktisk i langsigtede kliniske målinger. Vurdering af effekterne af denne type intervention kan være med til at registrere variabler, der efter ordentlig analyse (f.eks. maskinlæring) letter beslutningstagning og reducerer brugen af ​​ressourcer i sundhedssystemet. Derfor er spørgsmålene, der opstår: ¿kan indirekte surrogat af knoglestammer, der nu let kan måles med et nyt accelerometer-baseret måleapparat, bruges? ¿Kan disse bærbare enheder bruges til at undersøge effekten af ​​træningsinduceret påvirkningsbelastning på knoglemineraltæthed, geometri og stofskifte hos kvinder i overgangsalderen med den hensigt at vurdere intensiteten og mængden af ​​stødbelastning, der kræves for at opnå adaptive effekter på håndledsniveau? Udgangshypotese: Livsstilsinterventionen, der kontrollerer intensiteten af ​​påvirkning og øvelser med bærbare enheder, vil forbedre knoglesammensætning og struktur, fysisk kondition og livskvalitet hos postmenopausale kvinder. Evaluering af effekten af ​​et knoglemålrettet træningsprogram på ekstraskeletale risikofaktorer for osteoporotiske frakturer og fysisk præstationsforsker vil være i stand til at designe en teknologisk smart cloud-platform med digitale teknologier (kunstig intelligens, en mobilbaseret applikation og wearable administreret i skyen), der kunne implementeres (efter den korrekte identifikation af nøglefaktorer for overførsel af forskningsresultater opnået i forsøgsfasen) til offentligheden Socio-sundhedssystemet bidrager til forebyggelsen af ​​osteoporose og skrøbelige frakturer.

Procedurer

Mål 1 Deltagerne vil blive planlagt til tre dage til at færdiggøre måleprotokollen. På den første dag vil de besøge hospitalet og udfylde den sociodemografiske og kliniske information. De vil derefter modtage accelerometeret og alle de spørgeskemaer, der skal udfyldes derhjemme. Derudover vil deltagerne fra hospitalscentret blive citeret en anden dag til den biokemiske analyse, QCT og densitometri. På en anden dag vil deltagerne blive citeret til universitetslaboratoriet for at returnere accelerometre og spørgeskemaer, og de vil tage de fysiske konditionstests. Endelig vil deltagerne ved et tredje besøg på laboratoriet blive fortrolige med brugen af ​​optagelsestøjet. Endelig vil alle deltagere få et dagligt D-vitamintilskud på 600 IE/dag. Hvis serumniveauet er mangelfuldt, vil det blive leveret i 4 måneder: 1 hætteglas med 25.000 IE pr. måned, hvis <20ng/ml, 1 hætteglas med 25.000 IE hver 15. dag, hvis <15ng/ml, 1 hætteglas med 25.000 IE hver uge, hvis < 10 ng/ml. Calciumindtaget vil blive beregnet ved hjælp af 3-dages tilbagekaldelse og suppleret med op til 1200 mg pr. dag.

Livsstilsintervention

A. Program til at øge fysisk aktivitet og påvirkninger Til interventionen vil en biosensor -bærbar enhed- (Fitbit Versa) blive brugt. Enheden er knyttet til en app (Weapom), som giver brugerne mulighed for at kvantificere antallet af skridt (inklusive hastigheden af ​​skridt i minuttet), påvirkningerne og deres intensitet. Brugerne vil blive givet feedback fra ansøgningen om niveauet for opnåelse af målene foreslået i effektprogrammet (EV). Det vil blive foreslået at opnå 50 lodrette og multidirektionelle spring om dagen (milepæl 1. Antallet af hop > 3,9 G pr. dag vil blive registreret 28, fordelt på 3-5 sæt af 10-20 gentagelser med minimum 1-2 minutters hvile mellem sættene. En frekvens mellem 4-7 dage om ugen vil blive brugt. På samme måde vil det blive anbefalet at nå 10.000 skridt om dagen (milepæl 2. Antallet af daglige skridt vil blive registreret) og så vidt muligt i højt tempo (milepæl 3. Antallet af daglige minutters gang kl. et tempo over 110 skridt/minut vil blive optaget, da dette betragtes som grænsen for moderat-kraftig intensitet i denne aldersgruppe 40. Derfor vil det ifølge WHOs nye retningslinjer 41 om fysisk aktivitet og stillesiddende adfærd blive kvantificeret, om der opnås 150 minutter om ugen med moderat kraftig fysisk aktivitet. Derudover, og for specifikt at fokusere på radiusstyrke, vil 50 (3 til 5 cm) fald med armene helt lige blive registreret. Sideløbende vil deltagerne i begge grupper modtage opskrifter rige på calcium gennem appen og vil have en lommeregner til at beregne indtaget af calcium og andre mikronæringsstoffer gennem kosten. De vil også modtage information om osteoporose og strategier til forebyggelse heraf (f.eks. råd om soleksponering).

B. Kontrolgruppe Deltagere tilfældigt tildelt CON vil modtage generel rådgivning fra medicinsk personale om de positive effekter af fysisk aktivitet og ernæringsaspekter til forebyggelse af osteoporose. Deltagere i denne gruppe vil bære enheden, men vil ikke have adgang til Muvone-appen.

Mål 2 Efter placeringen af ​​accelerometrene gennemførte deltagerne en standardiseret træningsprotokol under en laboratoriebaseret aktivitetssession. Træningsprotokollen bestod af fem modbevægelsesspring (CMJ) med 30 s pause mellem hvert hop. Springhøjden blev målt med et lysbarrieresystem (OptoGait, Microgate, Bolzano, Italien). Deltagerne udførte derefter fire løbebåndsaktiviteter (HP-Cosmos®, Traunstein, Tyskland), gang/løb ved 4,8, 6,4, 9,7 og 12 km·t-1. Varigheden af ​​hvert løbebåndskamp var 2 minutter med 1 min pause mellem hver tilstand. Deltagerne stod stille under hvileintervaller og gennemførte hver træningsprotokol i en randomiseret rækkefølge. For at evaluere spatio-temporale gangparametre under protokollen blev et gulvbaseret fotocellesystem (OptoGait, Microgate, Bolzano, Italien) brugt. Til sidst vil deltagerne blive instrueret i at fastgøre deres skinneben på en blød pude og forlænge deres knæ for at læne sig fremad. Låret indstilles til 30º fra vandret. Deltagerne hæves for at nå en passende højde fra jorden (3 cm eller 5 cm mellem håndfladen og kraftpladerne). Forsøgspersonerne vil blive instrueret i at holde deres albuer helt udstrakte (dvs. udstrakte hænder), og armvinklen indstilles til 15° i forhold til lodret. Hver deltager vil gennemføre ti forsøg, som involverede fem forsøg ved h=3 cm, 15 minutters hvile og fem eksperimenter ved h=5 cm.

For at vurdere intensiteten og mængden af ​​stødbelastning vil de vertikale accelerationsspidsværdier blive registreret med en accelerometer baseret menneskelig kropsbevægelsesmonitor (Fitbit). Monitoren blev båret på et håndled 2 cm over den mediale epikondyl. For den individuelle kvantificering af deres daglige fysiske aktivitet vil alle deltagere blive bedt om at bære monitoren i alle vågne timer i 36 uger. Antallet af daglige accelerationstoppe vil blive registreret ved 33 accelerationsniveauer fra 0,3 til 9,9 g. Det individuelle daglige gennemsnitlige antal toppe ved hvert accelerationsniveau vil blive beregnet til analysen. Antallet ved forskellige accelerationsniveauer vil blive analyseret for at beskrive intensiteten af ​​træningen. Tidligere blev pålideligheden af ​​den accelerometer-baserede metode ved brug af en tredimensionel prototype testet. Men i dette projekt vil påvirkningerne på håndledsniveau blive målt. Topværdierne blev overvejende opnået umiddelbart efter hælkontakt i forskellige aktiviteter; desuden vil topaccelerationsværdierne blive sammenlignet med værdierne opnået samtidigt ved brug af et standard optisk bevægelsesanalysesystem. Desuden vil accelerationsværdierne også blive sammenlignet med GRF målt med en kraftplade (Kistler 9287A, Kistler Instrument, Schweiz), med accelerationsværdierne ganget med kropsvægt.

Mål 3 For at identificere nøglefaktorerne for overførsel af forskningsresultater opnået i forsøgsfasen til det offentlige socio-sundhedssystem, vil resultaterne blive drøftet på 3 møder af en gruppe eksperter i sundhedssystemet (f.eks. et distrikt direktør for primære plejecentre eller en politiker fra sundhedsområdet i Junta de Andalucía, to direktører for primære plejecentre, en ekspert i sundhedsfremme, en sygeplejerske i pleje af patienter med osteoporose osv.). Forskellige modeller vil blive designet ved hjælp af biokemiske, billedmæssige, kliniske og fysiske tilstandsdata, der vejleder medicinsk personale om de mest relevante faktorer, der bestemmer responsen på denne type behandling. Ud af hele sættet af variabler, der er inkluderet i de elektroniske sundhedsjournaler, vil en ny medicinsk model, der kun inkluderer de udvalgte højeffektvariabler (sub-datasæt), beregnet med maskinlæringsfunktionsvalgsteknikker, blive designet. Sundhedsgevinsten (QUALYs) og omkostningerne vil blive fastlagt, og omkostningseffektivitetsforholdet (ICUR) vil også blive beregnet.