Desarrollo de un dispositivo portátil para la prevención de la osteoporosis y la reducción del riesgo de fracturas en mujeres (Weapom)

ESTADO ACTUAL Y JUSTIFICACIÓN DE LA PROPUESTA La osteoporosis es un importante problema de salud pública y se caracteriza por el deterioro de la microarquitectura del tejido óseo y una baja densidad mineral ósea (DMO) que conlleva una reducción de la resistencia ósea y el consiguiente aumento del riesgo de Fracturas esqueléticas 1. Una de cada tres mujeres sufrirá una fractura osteoporótica a lo largo de su vida 2. De hecho, se estima que más de 200 millones de personas padecen osteoporosis y estas cifras van en aumento debido al envejecimiento de la población y al cambio de estilos de vida 3. Un estudio reciente Una revisión sistemática recopiló información epidemiológica sobre lesiones musculoesqueléticas seleccionadas y proporcionó tasas de incidencia agrupadas específicas de lesiones. Los autores informaron que las fracturas más comunes en toda la población adulta según las tasas de incidencia agrupadas fueron las fracturas del radio distal (212 por 100.000 personas-año)4. Las fracturas del radio distal representan una de cada cinco lesiones óseas tanto en atención primaria como secundaria5. Según datos de la Fundación Internacional de Osteoporosis (IOF), en España habría más de 2,8 millones de mujeres mayores de 50 años con osteoporosis, con más de 330.000 fracturas por fragilidad al año y las proyecciones apuntan a que en 2030 estas cifras aumentarán un 28,8% 1. En consecuencia, existe una carga económica significativa para el sistema sanitario para los pacientes que sufren una fractura relacionada con la osteoporosis. Se espera que los costos directos de la osteoporosis, como medicamentos, terapias ocupacionales y visitas a pacientes hospitalizados y ambulatorios, aumenten a $25 mil millones para 2025 a medida que la población envejezca 6 años. Junto con los costos indirectos, como la pérdida de productividad, se espera que aumenten a más de 95 mil millones de dólares en 2040 6. La osteoporosis y los 4,3 millones de fracturas por fragilidad que causa cuestan a los sistemas de atención sanitaria de Europa más de 56 mil millones de euros cada año. Basado en datos de 2019 7. Sólo en nuestro país se estima que el coste asociado a las bajas por fracturas por fragilidad asciende a 355.000€ cada año. Sólo los costes directos e indirectos asociados a estas fracturas superarían los 4.200 millones de euros, con un aumento previsto del 30,6% de aquí a 2030 1. Por lo tanto, no debería sorprendernos que en las mujeres posmenopáusicas los costos de las fracturas osteoporóticas excedan los costos anuales del cáncer de mama, el infarto de miocardio (IM) y el accidente cerebrovascular 6.

La pérdida del efecto protector de los estrógenos sobre la estructura esquelética después de la menopausia intensifica la disminución de la densidad ósea como resultado de un desequilibrio repentino entre la formación y la resorción ósea. Esta disminución de los estrógenos (p. ej., estradiol) conduce a un aumento en la tasa de remodelación ósea debido a un aumento en el número de osteoblastos y osteoclastos; aunque la eliminación de la matriz ósea mediada por osteoclastos es mucho mayor que la formación de hueso por osteoblastos8. Por tanto, la pérdida de DMO es muy evidente, especialmente en los 3-5 años siguientes al último período menstrual 9, en una tasa de pérdida del 2% por año 10. Paralelamente a esta disminución de la DMO, es común encontrar una disminución de la masa y la fuerza muscular, probablemente derivada de la disminución durante la menopausia de ciertos precursores (p. ej., factor de crecimiento similar a la insulina tipo 1, -IGF-1-) 11. Es importante señalar que la resistencia ósea está determinada no sólo por la masa ósea, sino también por el tamaño, la forma, la estructura o las propiedades del colágeno 12. Dado que la densitometría (DEXA) captura sólo la masa ósea, existe un interés creciente en el uso de otras modalidades de imágenes tridimensionales, como la tomografía computarizada cuantitativa (QCT) para evaluar la resistencia ósea. La QCT puede ayudar a diferenciar entre los compartimentos cortical y trabecular del hueso y su contribución relativa a la resistencia ósea in vivo. Asimismo, se han identificado diversos biomarcadores para detectar la dinámica del remodelado óseo 13,14. La National Bone Health Alliance y la American Association for Clinical Chemistry han sugerido que los biomarcadores más aceptados para la evaluación de intervenciones en osteoporosis son el telopéptido C-terminal del colágeno tipo 1 -CTX-1- (resorción ósea) y el amino- propéptido terminal del procolágeno tipo 1 -P1NP- (formación de hueso) 13,14.

Existen factores de riesgo modificables y no modificables bien conocidos para la osteoporosis. Los elementos no modificables incluirían edad, antecedentes familiares de fracturas por fragilidad, diabetes tipo 1, artritis reumatoide o tratamiento contra el cáncer (p. ej., inhibidores de la aromatasa o quimioterapia). En el primer grupo, el tabaquismo, el consumo excesivo de alcohol, el uso de corticoides, la insuficiencia de calcio o vitamina D, el bajo índice de masa corporal (IMC), el sedentarismo15 o la falta de actividad física, que sería otro de los principales factores de riesgo, pueden estar incluido. Sin embargo, la pérdida ósea puede permanecer clínicamente silenciosa. Un estudio sanitario retrospectivo reciente encontró que el 79,4% de los pacientes no tenían un diagnóstico o tratamiento para la osteoporosis 12 meses antes de la fractura 6. Sorprende que menos de la mitad de las mujeres con alto riesgo de fractura reciban tratamiento a pesar del alto costo de las fracturas y la disponibilidad de medicamentos asequibles 2. En consecuencia, según la IOF, existe una gran necesidad insatisfecha en lo que se refiere a la prevención de las fracturas posmenopáusicas. osteoporosis porque muchas mujeres no se someten a los exámenes de diagnóstico recomendados ni evalúan el riesgo inicial de osteoporosis 15.

La prevención debe ser la prioridad a la hora de perseguir la reducción de la carga que supone la osteoporosis16. Además de la prevención, se debe considerar bien la optimización de la gestión, desde los primeros auxilios hasta la rehabilitación, para reducir los costes excesivos. El enfoque en este grupo de población suele ser multimodal e incluye intervenciones tanto farmacológicas como no farmacológicas. En Europa, los fármacos más utilizados para la osteoporosis son los bifosfonatos, el raloxifeno, la hormona paratiroidea y el denosumab 17. Sin embargo, el uso generalizado y a largo plazo de estos medicamentos está limitado debido a posibles efectos secundarios 18. Por tanto, la dieta y el ejercicio físico, junto con otros factores ambientales y de estilo de vida, constituirían las principales estrategias no farmacológicas para el manejo de esta patología 19. Sin embargo, aunque la actividad física es un factor modificable que contribuye a la mejora de la masa y la fuerza ósea, nuestra comprensión sobre cómo cuantificar las dimensiones de la actividad física que son osteogénicas (incluidas la frecuencia, la intensidad, el tiempo y el tipo) es incompleta. No hay duda de que para iniciar una respuesta osteogénica, el hueso debe ser sometido a un estímulo que supere un umbral determinado por el rango habitual de deformación en la dirección de carga predominante19. Precisamente, el estrés mecánico al que el ejercicio (impactos y contracción muscular) somete al hueso (p.e. tensión, compresión, presión hidrostática) pueden promover la diferenciación osteogénica de las células madre mesenquimales, aumentando la regulación osteoblástica a través de diferentes mecanismos 20. Para aumentar la eficacia, el ejercicio debe: (i) ser dinámico, no estático; (ii) exceder un umbral de intensidad; (iii) exceder un umbral de frecuencia de deformación; (iv) ser relativamente breve pero intermitente; (v) imponer un patrón de carga inusual sobre los huesos; (vi) incluir una disponibilidad adecuada de calcio y vitamina D 21. Sin embargo, los patrones de carga ósea óptimos que producen beneficios clínicamente significativos no se han definido claramente hasta la fecha, ya que no ha sido posible cuantificar fácilmente la intensidad del ejercicio en términos de fuerzas de carga ósea en entornos clínicos22. Q1

Las guías recientes para la prevención y el tratamiento de la osteoporosis mediante el ejercicio físico sugieren intervenciones que duran más de 8 meses y que combinan altos impactos y entrenamiento de fuerza de alta intensidad. Intervenciones en las que se combina caminar rápido (p. ej., > 6 km/h) con actividades que incorporan un número relativamente corto de impactos (p. ej., 10 a 50 saltos por día), a intensidades que exceden de 2 a 4 veces el peso corporal (~ 3,9 G ), al menos 4 sesiones por semana y el uso de ejercicios multiaxiales para generar una carga inusual en la cadera, pueden ayudar a las mujeres posmenopáusicas a compensar la pérdida ósea relacionada con la edad 23. Estas serían estrategias efectivas para preservar la DMO en mujeres posmenopáusicas con un nivel de evidencia 1a24. Sin embargo, no hay evidencia de su efectividad para prevenir las fracturas del radio distal Q2 y además las tasas de abandono en este tipo de programas son altas25 y, a pesar de la evidencia, los participantes a menudo se muestran reacios a hacer ejercicio, citando barreras como mala salud, falta de tiempo debido a responsabilidades familiares, falta de compañía o estímulo, falta de acceso a instalaciones u oportunidades adecuadas, o costo. Los pacientes con osteoporosis a menudo refieren la falta de tiempo y las limitaciones de transporte como las principales barreras que limitarían su participación en programas de formación supervisados ​​26. Por estas razones, se ha sugerido que los ensayos de intervención deberían utilizar entornos que sean fácilmente accesibles para los participantes y proporcionen horarios de ejercicio flexibles 25.

En la literatura, se sugiere que en las intervenciones dirigidas a la salud ósea en mujeres adultas jóvenes, es crucial minimizar las demandas percibidas de tiempo (por ejemplo, intervalos cortos y flexibles) y las barreras ambientales relacionadas con la conveniencia y accesibilidad de la actividad física 25 . Por lo tanto, para aumentar la adherencia en este grupo de población, se sugiere el contacto regular con el personal del estudio, la personalización de la progresión y un seguimiento adecuado del ejercicio (evitar problemas de seguridad y falta de confianza). En un estudio reciente de nuestro grupo, se encontró evidencia que demuestra que los programas de ejercicio no supervisados ​​podrían ser efectivos para mejorar la DMO en mujeres adultas. Sin embargo, sólo cinco estudios estaban disponibles en mujeres posmenopáusicas y en general registraron una tasa de abandono sustancial (más del 40%) debido a la falta de voluntad para continuar y a la enfermedad entre las razones principales. Por lo tanto, se destacó la necesidad de investigar la eficacia de las tecnologías remotas/de asistencia para realizar y monitorear intervenciones de ejercicio no supervisadas. La pregunta que cabe hacerse es ¿de qué manera se pueden gestionar todas estas cuestiones, facilitando el seguimiento del programa y solucionando las barreras señaladas?

Las tecnologías móviles y digitales (mHealth) permiten complementar la programación de ejercicios para el manejo de la osteoporosis proporcionando información sobre la mecánica esquelética durante la locomoción23. Sin embargo, y aunque los rastreadores de actividad portátiles ofrecen potencial como intervención multifacética para ayudar a las personas a ser más activas, ningún estudio ha examinado la utilidad de estos dispositivos portátiles en mujeres posmenopáusicas ni en las extremidades superiores Q3. Se ha justificado la importancia de alcanzar un umbral mínimo de estimulación para obtener adaptaciones óseas, ya que cargas insuficientes no tendrían el efecto deseado, por ello es necesaria una cuantificación precisa de las cargas mecánicas a las que está sometido el sistema musculoesquelético, lo que podría ser conseguido con determinados biosensores28. Sin embargo, las intervenciones basadas en este tipo de tecnologías destinadas a prevenir la osteoporosis son muy escasas29, aunque los autores coinciden en su potencial, no sólo para aumentar los beneficios de las intervenciones, sino principalmente para mejorar la adherencia a las mismas.

En resumen, la comunidad científica se enfrenta a un grupo de mujeres con un alto riesgo de padecer osteoporosis (potencial incidencia de fractura por fragilidad), con la consiguiente incidencia para su funcionalidad y calidad de vida, por un lado, y para el sistema sanitario. por el otro. Las estrategias para el manejo de este grupo sugieren la incorporación de actividades que requieran entrenamiento de impacto y fuerza; sin embargo, la medición directa de las tensiones óseas requiere procedimientos quirúrgicos invasivos y la medición indirecta de las fuerzas de reacción del suelo se limita a un lugar y tiempo fijos, por lo que es impracticable en mediciones clínicas a largo plazo. Evaluar los efectos de este tipo de intervenciones podría ayudar a registrar variables que, tras un análisis adecuado (por ejemplo, aprendizaje automático), faciliten la toma de decisiones y reduzcan el uso de recursos en el sistema sanitario. Por lo tanto, las preguntas que surgen son: ¿se puede utilizar un sustituto indirecto de las deformaciones óseas que ahora son fácilmente medibles con un novedoso dispositivo de medición basado en un acelerómetro? ¿Se pueden utilizar estos dispositivos portátiles para investigar el efecto de la carga de impacto inducida por el ejercicio sobre la densidad mineral ósea, la geometría y el metabolismo en mujeres posmenopáusicas con la intención de evaluar la intensidad y cantidad de carga de impacto requerida para obtener efectos adaptativos a nivel de la muñeca? Hipótesis de partida: la intervención en el estilo de vida controlando la intensidad del impacto y los ejercicios con dispositivos portátiles mejorarán la composición y estructura ósea, la aptitud física y la calidad de vida en mujeres posmenopáusicas. Al evaluar el efecto de un programa de entrenamiento de ejercicios dirigido a los huesos sobre los factores de riesgo extraesqueléticos de fracturas osteoporóticas y el rendimiento físico, los científicos podrán diseñar una plataforma tecnológica inteligente en la nube con tecnologías digitales (inteligencia artificial, una aplicación móvil y un dispositivo portátil administrado en la nube) que podrían implementarse (tras la adecuada identificación de los factores clave para la transferencia de los resultados de la investigación obtenidos en la fase experimental) al sistema sociosanitario público contribuirían en la prevención de la osteoporosis y las fracturas por fragilidad.

Trámites

Objetivo 1 Los participantes tendrán una duración de tres días para completar el protocolo de medición. El primer día acudirán al hospital y completarán la información sociodemográfica y clínica. Luego recibirán el acelerómetro y todos los cuestionarios que deberán completar en casa. Además, desde el centro hospitalario, los participantes serán citados un día más para el análisis bioquímico, QCT y densitometría. En un segundo día, los participantes serán citados al laboratorio de la universidad para devolver los acelerómetros y cuestionarios, y realizarán las pruebas de aptitud física. Finalmente, en una tercera visita al laboratorio, los participantes se familiarizarán con el uso del wearable de grabación. Finalmente, todos los participantes recibirán un suplemento diario de vitamina D de 600 UI/día. Si los niveles séricos son deficientes se suministrará durante 4 meses: 1 vial de 25.000 UI al mes si <20ng/ml, 1 vial de 25.000 UI cada 15 días si <15ng/ml, 1 vial de 25.000 UI cada semana si < 10 ng/ml. La ingesta de calcio se calculará utilizando el retiro de 3 días y se complementará hasta 1200 mg por día.

Intervención en el estilo de vida

A. Programa de incremento de actividad física e impactos Para la intervención se utilizará un biosensor -dispositivo portátil- (Fitbit Versa). El dispositivo está vinculado a una App (Weapom) que permitirá a los usuarios cuantificar el número de pasos (incluido el ritmo de pasos por minuto), los impactos y su intensidad. Los usuarios recibirán retroalimentación desde la aplicación sobre el nivel de consecución de los objetivos propuestos en el programa de impacto (EV). Se propondrá alcanzar 50 saltos verticales y multidireccionales por día (hito 1. El número de saltos > 3,9 G por día se registrará 28, repartidos en 3-5 series de 10-20 repeticiones con un descanso mínimo de 1-2 minutos entre series. Se utilizará una frecuencia entre 4-7 días por semana. Del mismo modo, se recomendará alcanzar los 10.000 pasos diarios (hito 2. Se registrarán el número de pasos diarios) y, en la medida de lo posible, a un ritmo rápido (hito 3. El número de minutos diarios caminando a Se registrará un ritmo superior a 110 pasos/minuto, ya que se considera el umbral de intensidad moderada-vigorosa en este rango de edad de 40 años. Por tanto, según las nuevas directrices de la OMS 41 sobre actividad física y sedentarismo, se cuantificará si se consiguen 150 minutos semanales de actividad física moderada-vigorosa. Además, y para centrarnos específicamente en la fuerza del radio, se registrarán 50 caídas (3 a 5 cm) con los brazos completamente rectos. Paralelamente, los participantes de ambos grupos recibirán recetas ricas en calcio a través de la App y dispondrán de una calculadora para calcular la ingesta de calcio y otros micronutrientes a través de la dieta. También recibirán información sobre la osteoporosis y estrategias para su prevención (p. ej., consejos sobre exposición al sol).

B. Grupo de control Los participantes asignados aleatoriamente a CON recibirán asesoramiento general del personal médico sobre los efectos positivos de la actividad física y los aspectos nutricionales para la prevención de la osteoporosis. Los participantes de este grupo llevarán el dispositivo, pero no tendrán acceso a la aplicación Muvone.

Objetivo 2 Tras la colocación de los acelerómetros, los participantes completaron un protocolo de ejercicio estandarizado durante una sesión de actividad en el laboratorio. El protocolo de ejercicio consistió en cinco saltos con contramovimiento (CMJ) con un descanso de 30 s entre cada salto. La altura del salto se midió con un sistema de barrera luminosa (OptoGait, Microgate, Bolzano, Italia). Luego, los participantes realizaron cuatro actividades en cinta rodante (HP-Cosmos®, Traunstein, Alemania), caminando/corriendo a 4,8, 6,4, 9,7 y 12 km·h-1. La duración de cada serie en cinta rodante fue de 2 min con un descanso de 1 min entre cada una. condición. Los participantes permanecieron quietos durante los intervalos de descanso y completaron cada protocolo de ejercicio en orden aleatorio. Para evaluar los parámetros espacio-temporales de la marcha durante el protocolo, se utilizó un sistema de fotocélulas en el suelo (OptoGait, Microgate, Bolzano, Italia). Finalmente, se indicará a los participantes que fijen sus espinillas sobre una almohada suave y extiendan las rodillas para inclinarse hacia adelante. El muslo quedará colocado a 30º de la horizontal. Los participantes serán elevados hasta alcanzar una altura adecuada del suelo (3 cm o 5 cm entre la palma de la mano y las placas de fuerza). Se indicará a los sujetos que mantengan los codos completamente extendidos (es decir, manos extendidas) y el ángulo del brazo se establecerá en 15° con respecto a la vertical. Cada participante completará diez pruebas, que involucraron cinco pruebas a h=3 cm, 15 minutos de descanso y cinco experimentos a h=5 cm.

Para evaluar la intensidad y la cantidad de carga de impacto, los valores máximos de aceleración vertical se registrarán con un monitor de movimiento del cuerpo humano basado en acelerómetro (Fitbit). El monitor se colocó en la muñeca a 2 cm por encima del epicóndilo medial. Para la cuantificación individual de su actividad física diaria, se pedirá a todos los participantes que lleven el monitor durante todas las horas de vigilia durante 36 semanas. El número de picos de aceleración diarios se registrará en 33 niveles de aceleración de 0,3 a 9,9 g. Para el análisis se calculará el número promedio diario individual de picos en cada nivel de aceleración. Se analizará el número en diferentes niveles de aceleración para describir la intensidad del ejercicio. Anteriormente, se probó la confiabilidad del método basado en acelerómetro utilizando un prototipo tridimensional. Sin embargo, en este proyecto se medirán los impactos a nivel de la muñeca. Los valores máximos se obtuvieron predominantemente inmediatamente después del contacto con el talón en diferentes actividades; Además, los valores máximos de aceleración se compararán con los valores obtenidos simultáneamente utilizando un sistema de análisis de movimiento óptico estándar. Además, los valores de aceleración también se compararán con el GRF medido con una placa de fuerza (Kistler 9287A, Kistler Instrument, Suiza), multiplicando los valores de aceleración por el peso corporal.

Objetivo 3 Con el fin de identificar los factores clave para la transferencia de los resultados de la investigación obtenidos en la fase experimental al sistema público sociosanitario, los resultados serán discutidos en 3 reuniones por un grupo de expertos del sistema sanitario (p. ej., un distrito director de centros de Atención Primaria o un político del área de salud de la Junta de Andalucía, dos directores de centros de atención primaria, un experto en promoción de la salud, una enfermera en atención a pacientes con osteoporosis, etc.). Se diseñarán diferentes modelos utilizando datos bioquímicos, de imagen, clínicos y de condición física que orienten al personal médico sobre los factores más relevantes que determinan la respuesta a este tipo de tratamiento. A partir de todo el conjunto de variables incluidas en los registros sanitarios electrónicos, se diseñará un nuevo modelo médico que incluya solo las variables seleccionadas de alto impacto (subconjunto de datos) calculadas con técnicas de selección de funciones de aprendizaje automático. Se determinarán la ganancia en salud (QUALY) y los costos, y también se calculará la relación costo-efectividad (ICUR).