Exposición Ocupacional a Vibración de Cuerpo Entero entre Veteranos Militares de EE.UU.: Contribuciones Agudas y Crónicas a Trastornos Musculoesqueléticos y Dolor en la Zona de la Columna

Los trastornos musculoesqueléticos (TME) y el dolor relacionado con la columna vertebral son problemas de salud importantes entre los veteranos. El dolor lumbar es la afección de dolor crónico más común entre los Veteranos, contribuyendo significativamente a la utilización de la atención médica y al aumento de los costos de tratamiento dentro de la Administración de Salud de Veteranos (VHA, por sus siglas en inglés). A medida que los gastos de atención comunitaria de la VHA se duplicaron con creces entre 2017 y 2021, la creciente demanda de servicios para el dolor crónico subraya la necesidad de una mejor comprensión de los mecanismos que contribuyen a la degeneración espinal en esta población. Existe evidencia de que la exposición ocupacional a la vibración de cuerpo entero (VCE) está asociada con un mayor riesgo de una multitud de resultados negativos para la salud, incluido el dolor TME en la espalda y el cuello. Sin embargo, a pesar de la extensa investigación sobre la etiología del dolor lumbar y la degeneración discal, persisten importantes lagunas en torno a la detección temprana de la degeneración de la placa terminal y el impacto de la exposición aguda o crónica a la VCE en la salud del disco intervertebral (DIV).

La naturaleza ubicua del dolor lumbar en el público en general, pero especialmente en los veteranos, muestra que existe una fuerte necesidad médica de comprender mejor la biomecánica de la salud de la columna vertebral. Este estudio puede ayudar a la práctica clínica mediante la identificación de biomarcadores de detección temprana con técnicas de resonancia magnética no invasivas y la investigación de la hidratación como mecanismo protector.

El problema del dolor lumbar y la salud de la columna vertebral es especialmente relevante entre los veteranos porque, si bien los miembros del servicio generalmente son más saludables que el adulto estadounidense típico de edad similar en el momento de ingresar al servicio (debido a los rigurosos requisitos de evaluación física y mental para unirse a las fuerzas armadas, los continuos estándares de aptitud física y el acceso a una atención médica integral), la investigación ha demostrado que los Veteranos tienen una peor calidad de vida general relacionada con la salud que los no veteranos y una alta prevalencia de afecciones relacionadas con el dolor de espalda. Los veteranos a menudo han estado expuestos a la VCE durante su carrera militar mientras estaban en vehículos blindados o pesados o en aeronaves. Muchos veteranos también continúan expuestos a la VCE en sus carreras posteriores al servicio militar, con un 28.5% trabajando en recursos naturales, construcción y mantenimiento o producción, transporte y movimiento de materiales. Estos trabajos y muchos otros pueden exponer a los trabajadores a la VCE mientras operan vehículos (camiones, maquinaria de construcción y pesada), o mientras operan herramientas donde la amplitud de vibración es lo suficientemente grande como para transmitirse al cuerpo. Estas exposiciones a la VCE durante su carrera militar y posterior carrera militar conllevan un mayor riesgo de resultados negativos para la salud, incluido el dolor TME en la espalda y el cuello.

Si bien sabemos que muchos veteranos están expuestos a estas condiciones y que están asociadas con un mayor riesgo de dolor TME, comprender la biomecánica ayudará a entender cómo prevenir y tratar esas lesiones a largo plazo o crónicas. Estas son lagunas de conocimiento que hemos identificado en relación con la salud del disco intervertebral y la exposición a la VCE:

1. La dinámica de fluidos discales específica por segmento y región bajo VCE es poco conocida. Si bien se han documentado los patrones de migración diurna de fluidos discales, el impacto de la VCE aguda o crónica en la distribución de fluidos del núcleo pulposo y del anillo fibroso, especialmente a través de los niveles lumbares, sigue siendo desconocido.

2. Actualmente no se puede detectar de forma no invasiva la degeneración temprana de la placa terminal. Los cambios en la médula ósea de Modic observables con resonancia magnética carecen de sensibilidad y reflejan patología en etapa tardía. Ningún método de imagen clínica identifica de manera fiable las alteraciones degenerativas tempranas de las placas terminales cartilaginosas u óseas.

3. La relación entre la salud de la placa terminal y el transporte de fluidos discales bajo exposición a VCE no está clara. La degeneración de la placa terminal probablemente interrumpe el intercambio regional de fluidos y puede impulsar una susceptibilidad dependiente del segmento a las lesiones discales inducidas por VCE.

4. Ningún estudio previo ha integrado técnicas avanzadas de resonancia magnética cuantitativa para evaluar la perfusión de la placa terminal, el movimiento de fluidos discales y la respuesta a la VCE.

Aunque la resonancia magnética dinámica con contraste puede medir la perfusión de la placa terminal, las preocupaciones sobre la retención de gadolinio limitan su uso. Las alternativas sin contraste, como el marcaje de espín arterial (ASL, por sus siglas en inglés), no se han aplicado a la evaluación de la placa terminal.

Este estudio abordará esas lagunas combinando resonancia magnética multiparamétrica y grupos seleccionados por exposición ocupacional tanto aguda como longitudinal a la VCE para evaluar el transporte de fluidos del DIV y la salud de la placa terminal. Al abordar estas lagunas, este estudio avanzará en la comprensión de los impactos biomecánicos y fisiológicos de la VCE en la salud de la columna vertebral.

Buscamos comprender la conexión entre la exposición a la VCE y la salud de la columna vertebral comparando grupos de veteranos con antecedentes de o exposición continua a la VCE y utilizando técnicas avanzadas de resonancia magnética para estudiar la salud del disco intervertebral (DIV) y de la placa terminal vertebral. También buscamos estudiar los cambios agudos en la biología del DIV y de la placa terminal vertebral antes y después de la exposición a la VCE y si el estado de hidratación individual influye en la dinámica del agua del DIV.

Los objetivos específicos son:

Objetivo 1: Determinar el impacto de la VCE aguda y longitudinal en la salud de la placa terminal de la columna lumbar.

Objetivo 2: Determinar cómo la distribución y el transporte segmentario lumbar y regional de fluidos del DIV se ven afectados agudamente por la VCE y determinar si existen correlaciones con la salud de la placa terminal.

Objetivo 3: Determinar si el estado de hidratación individual influye en la dinámica del agua del DIV tras una exposición vibratoria aguda.

Hipotetizamos lo siguiente:

Hipótesis 1 del Objetivo Específico 1: La resonancia magnética multiparamétrica revelará que los Veteranos con exposición previa a la VCE militar tienen más marcadores degenerativos de la placa terminal en comparación con los Veteranos sin exposición ocupacional a la VCE.

Hipótesis 2: La resonancia magnética multiparamétrica en Veteranos con exposición ocupacional actual a la VCE, pero sin exposición previa a la VCE militar, mostrará una expresión más temprana de marcadores degenerativos de la placa terminal en comparación con los Veteranos sin exposición a la VCE.

Hipótesis 3: La tasa de cambio para los marcadores degenerativos de la placa terminal durante los cuatro años de duración del estudio será mayor para los Veteranos con exposición ocupacional actual a la VCE que para los Veteranos que tuvieron exposición ocupacional militar previa a la VCE.

Hipótesis 1 del Objetivo Específico 2: Los Veteranos que experimentan rutinariamente VCE ocupacional exhibirán una menor distribución regional de fluidos del DIV antes y después de la VCE experimental, mientras que aquellos sin VCE diaria tendrán mayores cambios en la distribución regional de fluidos del DIV después de la VCE experimental, con agua moviéndose desde el NP hacia el AF o fuera del disco.

Hipótesis 2: Los Veteranos que experimentan rutinariamente VCE ocupacional exhibirán una disminución craneocaudal en el transporte de agua, así como una disminución en la distribución basal de agua.

Hipótesis 3: La salud degenerativa de la placa terminal se correlacionará con una disminución en la distribución y transporte de agua en la columna lumbar.

Hipótesis 1 del Objetivo Específico 3: Los participantes en un estado de baja hidratación exhibirán una mayor reducción en el contenido de agua del disco intervertebral (DIV) y métricas alteradas de transporte de fluidos después de 30 minutos de vibración sentada controlada que los participantes en un estado de hidratación normal/alta.

Esta investigación es relevante para la VA debido a que aproximadamente el 50% de los veteranos experimentan dolor crónico, siendo el dolor lumbar el tipo más común de dolor crónico. Esta es una de las razones más comunes para buscar atención dentro de la VHA y esto crea una carga financiera significativa para la Administración de Salud de Veteranos. También hay datos que muestran que, a pesar de que los miembros del servicio generalmente son más saludables que el adulto estadounidense típico al ingresar al servicio, existe una alta incidencia de dolor lumbar entre los miembros del servicio y que los veteranos tienen una peor calidad de vida general relacionada con la salud que los no veteranos. La exposición ocupacional a la vibración está asociada con un mayor riesgo de una multitud de resultados negativos para la salud, incluido el dolor TME en la espalda y el cuello.

Diseño del Estudio:

Este estudio investigará los efectos agudos y crónicos de la vibración de cuerpo entero ocupacional en la salud de las placas terminales lumbares y los discos intervertebrales estudiando a Veteranos que tuvieron exposición ocupacional a la VCE en su ocupación militar y Veteranos con ocupaciones civiles actuales que involucran VCE. El cronograma aproximado del estudio, según se describe en la propuesta de subvención, se muestra a continuación. Las características de la placa terminal lumbar y la perfusión e hidratación del disco intervertebral en ambos grupos de estudio se compararán con controles de Veteranos emparejados por edad y sexo sin antecedentes de VCE ocupacional. La población de voluntarios se elegirá para representar la distribución étnica y sexual de la población de pacientes del Centro Médico de Asuntos de Veteranos Zablocki (ZVAMC, por sus siglas en inglés). Las ocupaciones actuales y militares se seleccionarán para maximizar la consistencia en las características de la VCE. Por ejemplo, la población de pacientes del ZVAMC incluye tanto conductores de camiones como operadores de equipo pesado. Sin embargo, dado que las características de la VCE (por ejemplo, frecuencia y magnitud de la vibración) entre esas ocupaciones son diferentes, lo que probablemente tendrá diferentes efectos agudos y crónicos en la columna vertebral, se dará preferencia en la población de investigación para maximizar la consistencia en el entorno de VCE en toda la población de sujetos de investigación. Seguiremos un procedimiento similar para elegir Veteranos con VCE ocupacional militar. Ocupaciones únicas del ejército, como la tripulación aérea de helicópteros, tendrán prioridad, aunque otras ocupaciones como conductores de camiones, etc., serán objetivo si no podemos reclutar suficientes Veteranos con ocupación militar previa en helicópteros. El cuestionario inicial también incluirá el Índice de Discapacidad de Oswestry (ODI, por sus siglas en inglés), que proporcionará información sobre el impacto del dolor lumbar en las actividades y funciones diarias de cada sujeto prospectivo. El ODI también se utilizará en la selección de sujetos para el brazo de resonancia magnética del estudio para asegurar una muestra consistente. Todos los Veteranos interesados serán informados e inscritos en el estudio antes de la entrevista de preselección, y los Veteranos que encajen en los grupos seleccionados para el estudio de resonancia magnética recibirán una invitación por separado para participar en ese brazo del estudio. Los cinco grupos de Veteranos que se requerirán para completar este estudio se describen a continuación.

• Grupo de VCE Actual (Grupo 1) consistirá en Veteranos sin antecedentes de exposición ocupacional a la VCE en servicio activo, pero con exposición ocupacional civil a la VCE como Veterano. Estos individuos tendrán menos de 45 años y menos de 5 años de exposición ocupacional civil a la VCE. Este grupo demostrará los efectos de la exposición ocupacional civil a la VCE en la degeneración de la placa terminal, la dinámica de fluidos del DIV y las métricas de degeneración estructural de la columna. Tres escaneos de resonancia magnética multiparamétrica obtenidos en el transcurso de este protocolo de cuatro años (objetivo 1) permitirán el seguimiento de la salud de la placa terminal y la identificación de cambios progresivos en las características estructurales de la columna, como el ángulo de Cobb lumbar, las dimensiones discales/foraminales, la degeneración de la placa terminal y la perfusión e hidratación del disco intervertebral. Estos cambios se correlacionarán con los registros de VCE mantenidos por cada sujeto inscrito que proporcionarán estimaciones semanales del tipo y duración de la exposición ocupacional durante la duración del estudio. Un protocolo experimental de VCE aguda (objetivo 2) describirá la respuesta aguda de las placas terminales lumbares y los discos intervertebrales a la VCE. Este protocolo consistirá en un escaneo de resonancia magnética en posición vertical basal por la mañana, 30 minutos de VCE experimental y un segundo escaneo de resonancia magnética en posición vertical posterior a la VCE por la tarde. Los sujetos serán seleccionados para participar en el brazo de resonancia magnética del estudio para asegurar consistencia en las características de la VCE ocupacional (por ejemplo, operadores de equipo pesado versus conductores de camiones de larga distancia) y duración de la ocupación para reducir la variabilidad en la VCE ocupacional en curso que pueda influir en la salud actual de la columna en el momento de la inscripción.
• Grupo de VCE Militar (Grupo 2) consistirá en Veteranos con al menos 6 años de exposición a la VCE en servicio activo (por ejemplo, operadores de equipo pesado, pilotos de helicóptero, operadores de embarcaciones pequeñas). Estos individuos tendrán menos de 45 años y no tendrán exposición ocupacional civil a la VCE. Este grupo se someterá a dos series de escaneos de resonancia magnética multiparamétrica en decúbito supino al inicio y al final del estudio (objetivo 1) y al protocolo experimental de VCE aguda como se describió anteriormente (objetivo 2). Nuestro proceso de preselección nos permitirá seleccionar un grupo de individuos que tuvieron características similares de VCE en servicio activo en términos de tipo y duración de la ocupación. Los sujetos serán seleccionados para participar en el brazo de resonancia magnética del estudio para asegurar consistencia en las características de la VCE Militar (por ejemplo, pilotos de helicóptero versus conductores de botes rápidos) y duración de la ocupación militar para reducir la variabilidad en el historial de VCE que pueda influir en la salud actual de la columna en el momento de la inscripción.
• Grupo Sin VCE (Grupo Control) (Grupo 3) consistirá en Veteranos sin antecedentes de exposición ocupacional a la VCE en servicio activo o civil. Estos individuos serán emparejados por edad y sexo con los Grupos de VCE Actual y VCE Militar y no experimentarán ninguna restricción de fluidos. Este grupo se someterá a los mismos procedimientos que el Grupo de VCE Actual, incluyendo tres escaneos de resonancia magnética multiparamétrica (objetivo 1) y una exposición al protocolo de VCE aguda (objetivo 2).
• Grupo Hidratado (Grupo 4). El Grupo Sin VCE de los objetivos 1 y 2 del estudio participará en el objetivo 3, participando en escaneos de resonancia magnética multiparamétrica tanto en un estado bien hidratado como en un estado deshidratado. Se mantendrá un registro de fluidos de 3 días después del consentimiento para proporcionar una línea base de ingesta de fluidos. Los 3 días previos a su llegada, se pedirá a los participantes que consuman al menos 2.7 litros (11 tazas) de fluidos por día para las participantes femeninas, y al menos 3.7 litros (16 tazas) para los participantes masculinos. El estado de hidratación se confirmará con mediciones de valores de gravedad específica de la orina inferiores a 1.010. El día anterior al escaneo de resonancia magnética multiparamétrica, se pedirá a los participantes que se abstengan de ejercicio riguroso. Este grupo participará en el protocolo de resonancia magnética Hidratado durante el Año 3 del estudio.
• Grupo Deshidratado (Grupo 5). El Grupo Sin VCE de los objetivos 1 y 2 del estudio participará en el objetivo 3, participando en escaneos de resonancia magnética multiparamétrica tanto en un estado bien hidratado como en un estado deshidratado. Se mantendrá un registro de fluidos de 3 días después del consentimiento para proporcionar una línea base de ingesta de fluidos. Los 3 días previos a su llegada, se pedirá a los participantes que consuman aproximadamente 1.3 litros (5.5 tazas) de fluidos por día para las participantes femeninas, y aproximadamente 1.8 litros (8 tazas) para los participantes masculinos. El estado de hidratación se confirmará con mediciones de valores de gravedad específica de la orina superiores a 1.020. El día anterior al escaneo de resonancia magnética multiparamétrica, se pedirá a los participantes que se abstengan de ejercicio riguroso. Este grupo participará en el protocolo de resonancia magnética Deshidratado durante el Año 4 del estudio.

Los Veteranos seleccionados para el brazo de resonancia magnética del estudio serán informados de esta decisión mediante una carta que describirá su grupo de estudio, los procedimientos de resonancia magnética en los que se les pedirá que participen, su número de sujeto específico del estudio y su estipendio por participación. Luego deben aceptar participar firmando y devolviendo un formulario de consentimiento incluido al equipo del estudio. Después de haber acordado participar en el brazo de resonancia magnética del estudio, un miembro del equipo del estudio trabajará con ellos para programar su(s) escaneo(s) de resonancia magnética en el Centro de Investigación en Imágenes de MCW (escaneos en decúbito supino) o en Upright MRI of Deerfield (escaneos en posición vertical), dependiendo de su grupo de estudio. Luego se proporcionará a los Veteranos información sobre la fecha/hora de su escaneo, cuándo llegar, ubicaciones de la instalación y estacionamiento (incluyendo mapa), cuánto tiempo durará el escaneo, qué deben usar y cualquier restricción de fluidos si es necesario. Se les informará que un miembro del equipo del estudio los recibirá en la ubicación del escaneo, antes de su escaneo, y los guiará a través del proceso. También se informará a los Veteranos que se les ha dado un número de sujeto desidentificado específico del estudio para asegurar su privacidad y que pueden usar ese número para identificarse ante el miembro del equipo del estudio y la instalación de resonancia magnética a su llegada.

Los Veteranos serán responsables de su propio transporte a la instalación de resonancia magnética. A su llegada, serán recibidos en la instalación por un miembro del equipo del estudio. El miembro del equipo del estudio confirmará su número de sujeto específico del estudio, describirá los procedimientos que ocurrirán, cuánto tiempo tomará todo el proceso y responderá cualquier pregunta que el Veterano pueda tener. Se pedirá a los Veteranos que lleguen a la instalación de resonancia magnética aproximadamente 30 minutos antes de la hora de su escaneo de resonancia magnética. Si el Veterano no está usando ropa apropiada para resonancia magnética, será guiado a un vestuario donde puede cambiarse a una bata quirúrgica proporcionada por la instalación. Antes del escaneo, se pedirá a los Veteranos que completen un formulario de selección para resonancia magnética que hará preguntas relevantes para la resonancia magnética sobre implantes y condiciones médicas. El formulario de selección para resonancia magnética se incluye como parte de esta presentación al IRB.

Cada escaneo de resonancia magnética durará no más de 60 minutos. La participación en el Objetivo 1 incluirá un total de tres escaneos de resonancia magnética; el primer escaneo de resonancia magnética en el Año 1 del estudio, el segundo en los Años 2 o 3, y el tercero en el año 4. La participación en los Objetivos 2 y 3 incluirá 2 escaneos de resonancia magnética y un protocolo de vibración de cuerpo entero el mismo día. El protocolo de vibración de cuerpo entero consistirá en lo siguiente. La vibración de cuerpo entero aguda se entregará a través de una silla de respaldo bajo montada en una plataforma vibratoria controlada. Los participantes experimentarán una sesión de vibración vertical de 30 minutos de 5 Hz con una amplitud pico a pico de 3 mm y una aceleración pico de 2 m/s². Esta exposición se usó previamente, se determinó que era segura para los participantes y se demostró que tenía un efecto medible en los cambios de altura diurna [Sullivan Spine 1990].

Se recolectarán muestras de orina antes de los escaneos de resonancia magnética para los grupos Hidratado y Deshidratado en el Objetivo 3. A su llegada a la instalación de resonancia magnética, a cada sujeto se le proporcionará un recipiente de recolección de orina por parte del miembro del Equipo del Estudio, quien describirá el método de "captura limpia" para la recolección. Ese método implica comenzar a orinar, detenerse, recolectar orina a mitad del chorro en el recipiente, luego terminar de orinar en el inodoro. El sujeto luego le devolverá el recipiente al miembro del Equipo del Estudio, quien lo colocará en un contenedor refrigerado. Después del escaneo de resonancia magnética, el miembro del Equipo del Estudio devolverá la muestra a nuestros laboratorios en el ZVAMC y analizará la gravedad específica de la muestra usando un refractómetro.

El reclutamiento para el Objetivo 1 tiene un total de 3 grupos experimentales (VCE Actual, VCE Militar y Sin VCE), y tres resonancias magnéticas por sujeto. Se requieren 39 sujetos (13 por grupo), que se someterán a un total de 117 resonancias magnéticas en decúbito supino.

El Objetivo 2 tiene un total de 3 grupos experimentales (VCE Actual, VCE Militar y Sin VCE), y dos resonancias magnéticas en posición vertical por sujeto. Se requieren 39 sujetos (13 por grupo), para un total de 78 resonancias magnéticas en posición vertical. Sin embargo, creemos que el tamaño del efecto para este experimento será mayor que el tamaño del efecto en los datos preliminares, ya que el experimento propuesto medirá cambios agudos inducidos mecánicamente en la hidratación discal después de la VCE, mientras que las diferencias grupales en nuestros datos preliminares fueron el resultado de cambios degenerativos crónicos en la hidratación discal.

Por lo tanto, anticipamos tener la capacidad de detectar diferencias grupales estadísticamente significativas y adecuadamente potenciadas durante este experimento, incluso con tamaños de grupo más pequeños.

El Objetivo 3 tiene un total de 2 grupos experimentales (hidratado y deshidratado), y dos resonancias magnéticas por sujeto. Se requieren 34 sujetos (17 por grupo), que se someterán a un total de 68 resonancias magnéticas.

Los posibles sujetos de investigación serán identificados utilizando la Infraestructura de Informática y Computación de la VA (VINCI, por sus siglas en inglés). Todos los posibles sujetos serán notificados por carta de que cumplen con los requisitos preliminares para la inclusión en un estudio de investigación realizado por Investigadores en el ZVAMC. Se les pedirá que respondan por teléfono o correo electrónico si están interesados y se les notificará que los contactaremos por teléfono aproximadamente dos semanas después de la fecha de la carta para confirmar si les gustaría participar. Este protocolo es común para otros estudios en humanos en el ZVAMC y ha sido utilizado por nuestra Unidad de Investigación Traslacional (TRU, por sus siglas en inglés) durante años. Todos los Veteranos interesados serán entrevistados en un momento de su elección por teléfono o en entrevistas personales para determinar su idoneidad para la inclusión en este estudio.

A los Veteranos que den su consentimiento para la inscripción inicial se les proporcionarán cuestionarios de línea base sobre el servicio militar, la exposición actual y previa a la vibración de cuerpo entero, la intensidad del dolor, la discapacidad relacionada con el dolor y los modificadores del dolor, utilizando los cuestionarios que se enumeran a continuación. Los miembros del equipo del estudio revisarán la lista de Veteranos que han aceptado la inscripción inicial de manera continua. Dejaremos de inscribir nuevos sujetos cuando hayamos obtenido un número suficiente para cohortes emparejadas para cada grupo experimental basándonos en la similitud en edad, características de la vibración de cuerpo entero y perfil de dolor.

A los sujetos de cada cohorte emparejada se les pedirá que participen en los Objetivos 1 y 2 (Grupos 1, 2 y 3) o en el Objetivo 3 (inscripción adicional del Grupo 3). Los Objetivos 1 y 2 inscribirán a 39 sujetos (13 por grupo para los Grupos 1, 2 y 3) que recibirán un total de 5 escaneos de resonancia magnética (3 en MCW y 2 en Upright MRI of Deerfield). El Objetivo 3 inscribirá a 34 sujetos adicionales (17 por grupo x 2 grupos) que recibirán cada uno 2 escaneos de resonancia magnética en MCW. Esto resultará en un mínimo de 73 Veteranos del ZVAMC (13 por grupo x 3 grupos para los Objetivos 1 y 2; 17 por grupo x 2 grupos para el Objetivo 3) inscritos en el estudio. Sin embargo, anticipamos que algunos sujetos pueden no estar dispuestos a participar en múltiples brazos del estudio. Dado que cada Objetivo incluye mediciones repetidas para que los sujetos puedan usarse como sus propios controles, el protocolo del estudio permitirá que se inscriban cohortes separadas de Veteranos en cada Objetivo. Por lo tanto, la inscripción máxima para el estudio, si tuviéramos cohortes separadas para cada Objetivo, sería de 112 Veteranos (39 para el Objetivo 1, 39 para el Objetivo 2, 34 para el Objetivo 3).