Développement d'un appareil portable pour la prévention de l'ostéoporose et la réduction du risque de fracture chez les femmes (Weapom)

ÉTAT ACTUEL ET JUSTIFICATION DE LA PROPOSITION L'ostéoporose est un problème de santé publique important et se caractérise par la détérioration de la microarchitecture du tissu osseux et une faible densité minérale osseuse (DMO) qui entraîne une réduction de la résistance osseuse et, par conséquent, un risque accru de fractures du squelette 1. Une femme sur trois souffrira d'une fracture ostéoporotique au cours de sa vie 2. En effet, on estime que plus de 200 millions de personnes souffrent d'ostéoporose et ces chiffres augmentent en raison du vieillissement de la population et de l'évolution des modes de vie 3. Une étude récente une revue systématique a rassemblé des informations épidémiologiques sur certaines blessures musculo-squelettiques et a fourni des taux d'incidence regroupés par blessure. Les auteurs ont rapporté que les fractures les plus courantes dans l'ensemble de la population adulte, sur la base des taux d'incidence regroupés, étaient les fractures du radius distal (212 pour 100 000 années-personnes)4. Les fractures du radius distal représentent une blessure osseuse sur cinq en soins primaires et secondaires5. Selon les données de la Fondation Internationale contre l'Ostéoporose (IOF), en Espagne, il y aurait plus de 2,8 millions de femmes de plus de 50 ans souffrant d'ostéoporose, avec plus de 330 000 fractures de fragilité par an et les projections suggèrent que d'ici 2030, ces chiffres augmenteront de 28,8 %. 1. Par conséquent, le système de santé représente un fardeau économique important pour les patients souffrant d’une fracture liée à l’ostéoporose. Les coûts directs liés à l'ostéoporose, tels que les médicaments, les ergothérapies et les visites de patients hospitalisés et ambulatoires, devraient augmenter jusqu'à 25 milliards de dollars d'ici 2025, à mesure que la population vieillira de 6 ans. Si l'on y ajoute les coûts indirects, tels que la perte de productivité, ils devraient atteindre 25 milliards de dollars d'ici 2025. plus de 95 milliards de dollars en 2040 6. L'ostéoporose et les 4,3 millions de fractures de fragilité qu'elle provoque coûtent chacune aux systèmes de santé européens plus de 56 milliards d'euros. année sur la base des données de 2019 7. Rien que dans notre pays, on estime que le coût des arrêts de travail dus à des fractures de fragilité s'élève à 355 000 € chaque année. Seuls les coûts directs et indirects associés à ces fractures dépasseraient 4,2 milliards d’euros, avec une augmentation projetée de 30,6 % d’ici 2030 1. Il ne faut donc pas nous surprendre que chez les femmes ménopausées, les coûts des fractures ostéoporotiques dépassent les coûts annuels du cancer du sein, de l'infarctus du myocarde (IM) et de l'accident vasculaire cérébral 6.

La perte de l'effet protecteur des œstrogènes sur la structure squelettique après la ménopause intensifie la diminution de la densité osseuse en raison d'un déséquilibre soudain entre la formation osseuse et la résorption osseuse. Cette diminution des œstrogènes (par exemple l'estradiol) entraîne une augmentation du taux de remodelage osseux due à une augmentation du nombre d'ostéoblastes et d'ostéoclastes ; bien que l'élimination de la matrice osseuse médiée par les ostéoclastes soit bien plus importante que la formation osseuse des ostéoblastes8. Par conséquent, la perte de DMO est très évidente, en particulier dans les 3 à 5 ans qui suivent les dernières règles 9, avec un taux de perte de 2 % par an 10. Parallèlement à cette diminution de la DMO, il est courant de constater une diminution de la masse et de la force musculaire, probablement dérivée de la diminution au cours de la ménopause de certains précurseurs (par exemple, l'insuline-like Growth Factor de type 1, -IGF-1-) 11. Il est important de noter que la solidité des os est déterminée non seulement par la masse osseuse, mais également par la taille, la forme, la structure ou les propriétés du collagène 12. Puisque la densitométrie (DEXA) capture uniquement la masse osseuse, l’utilisation de la densitométrie (DEXA) suscite un intérêt croissant. d'autres modalités d'imagerie tridimensionnelle, telles que la tomodensitométrie quantitative (QCT) pour évaluer la solidité des os. La QCT peut aider à différencier les compartiments corticaux et trabéculaires de l’os et leur contribution relative à la solidité osseuse in vivo. De même, divers biomarqueurs ont été identifiés pour détecter la dynamique du remodelage osseux 13,14. La National Bone Health Alliance et l'American Association for Clinical Chemistry ont suggéré que les biomarqueurs les plus largement acceptés pour l'évaluation des interventions contre l'ostéoporose sont le télopeptide C-terminal du collagène de type 1 -CTX-1- (résorption osseuse) et l'amino- propeptide terminal du procollagène de type 1 -P1NP- (formation osseuse) 13,14.

Il existe des facteurs de risque modifiables et non modifiables bien connus pour l’ostéoporose. Les éléments non modifiables incluraient l'âge, les antécédents familiaux de fractures de fragilité, le diabète de type 1, la polyarthrite rhumatoïde ou le traitement contre le cancer (par exemple, inhibiteurs de l'aromatase ou chimiothérapie). Dans le premier groupe, le tabagisme, la consommation excessive d'alcool, l'utilisation de corticostéroïdes, une insuffisance de calcium ou de vitamine D, un faible indice de masse corporelle (IMC), un mode de vie sédentaire15 ou le manque d'activité physique, qui seraient un autre des principaux facteurs de risque, peuvent être inclus. Cependant, la perte osseuse peut rester cliniquement silencieuse. Une étude rétrospective récente sur les soins de santé a révélé que 79,4 % des patients n'avaient pas de diagnostic ou de traitement pour l'ostéoporose 12 mois avant la fracture 6. Il est surprenant que moins de la moitié des femmes présentant un risque élevé de fracture soient traitées malgré le coût élevé des fractures et la disponibilité de médicaments abordables. 2. Par conséquent, selon l'IOF, il existe un important besoin non satisfait en matière de prévention de la ménopause. l’ostéoporose, car de nombreuses femmes ne subissent pas les examens diagnostiques recommandés ou n’évaluent pas le risque initial d’ostéoporose 15.

La prévention devrait être la priorité lorsque l’on cherche à réduire le fardeau causé par l’ostéoporose16. Outre la prévention, l'optimisation de la prise en charge, des premiers secours jusqu'à la rééducation, doit être bien pensée pour réduire les surcoûts. L'approche dans ce groupe de population est généralement multimodale et comprend des interventions pharmacologiques et non pharmacologiques. En Europe, les médicaments les plus couramment utilisés contre l'ostéoporose sont les bisphosphonates, le raloxifène, les hormones parathyroïdiennes et le dénosumab 17. Cependant, l’utilisation généralisée et à long terme de ces médicaments est limitée en raison d’effets secondaires possibles18. Par conséquent, l’alimentation et l’exercice physique, ainsi que d’autres facteurs environnementaux et liés au mode de vie, constitueraient les principales stratégies non pharmacologiques pour la prise en charge de cette pathologie 19. Cependant, bien que l’activité physique soit un facteur modifiable qui contribue à l’amélioration de la masse et de la force osseuses, notre compréhension de la manière de quantifier les dimensions ostéogéniques de l’activité physique (y compris la fréquence, l’intensité, la durée et le type) est incomplète. Il ne fait aucun doute que pour initier une réponse ostéogénique, l’os doit être soumis à un stimulus dépassant un seuil déterminé par la plage habituelle de déformation dans la direction de charge prédominante19. Justement, les contraintes mécaniques auxquelles l'exercice (chocs et contractions musculaires) soumet l'os (par ex. tension, compression, pression hydrostatique) peuvent favoriser la différenciation ostéogénique des cellules souches mésenchymateuses, augmentant ainsi la régulation ostéoblastique par différents mécanismes 20. Pour accroître l’efficacité, l’exercice doit : (i) être dynamique et non statique ; (ii) le dépassement d'un seuil d'intensité ; (iii) dépasser un seuil de fréquence de déformation ; (iv) être relativement bref mais intermittent ; (v) imposer un modèle de charge inhabituel sur les os ; (vi) inclure une disponibilité adéquate de calcium et de vitamine D 21. Cependant, les schémas de charge osseuse optimaux qui produisent des bénéfices cliniquement significatifs n’ont pas été clairement définis à ce jour, car il n’a pas été possible de quantifier facilement l’intensité de l’exercice en termes de forces de charge osseuse en milieu clinique22. T1

Des lignes directrices récentes pour la prévention et la gestion de l'ostéoporose par l'exercice physique suggèrent des interventions qui durent plus de 8 mois et qui combinent des impacts élevés et un entraînement en force de haute intensité. Interventions dans lesquelles la marche rapide (par exemple > 6 km/h) est combinée à des activités qui intègrent un nombre relativement court d'impacts (par exemple 10 à 50 sauts par jour), à des intensités dépassant 2 à 4 fois le poids corporel (~ 3,9 G ), au moins 4 séances par semaine et en utilisant des exercices multiaxiaux pour générer une charge inhabituelle sur la hanche, peuvent aider les femmes ménopausées à compenser la perte osseuse liée à l'âge 23. Il s’agirait de stratégies efficaces pour préserver la DMO chez les femmes ménopausées avec un niveau de preuve 1a24. Cependant, il n'existe aucune preuve de son efficacité dans la prévention des fractures du radius distal au deuxième trimestre et les taux d'abandon dans ces types de programmes sont également élevés25 et, malgré les preuves, les participants sont souvent réticents à faire de l'exercice, citant des obstacles tels qu'une mauvaise santé, le manque de temps dû à responsabilités familiales, manque de compagnie ou d'encouragement, manque d'accès à des installations ou des opportunités adéquates, ou coût. Les patients atteints d'ostéoporose signalent souvent le manque de temps et les contraintes de transport comme les principaux obstacles qui limiteraient leur participation à des programmes de formation supervisés 26. Pour ces raisons, il a été suggéré que les essais d'intervention devraient utiliser des environnements facilement accessibles aux participants et proposer des programmes d'exercices flexibles 25.

Dans la littérature, il est suggéré que dans les interventions visant la santé osseuse chez les jeunes femmes adultes, il est crucial de minimiser les exigences de temps perçues (par exemple, intervalles courts et flexibles) et les obstacles environnementaux liés à la commodité et à l'accessibilité de l'activité physique.25 . Par conséquent, pour augmenter l'observance dans ce groupe de population, un contact régulier avec le personnel de l'étude, une personnalisation de la progression et une surveillance adéquate de l'exercice (éviter les problèmes de sécurité et le manque de confiance) sont suggérés. Dans une étude récente de notre groupe, des preuves montrant que des programmes d'exercices non supervisés pourraient être efficaces pour améliorer la DMO chez les femmes adultes ont été trouvées. Cependant, seules cinq études étaient disponibles chez les femmes ménopausées et, dans l'ensemble, elles ont enregistré un taux d'abandon important (supérieur à 40 %) en raison du refus de continuer et de la maladie parmi les principales raisons. Par conséquent, la nécessité d'étudier l'efficacité des technologies d'assistance/à distance pour la prestation et le suivi d'interventions d'exercices non supervisés a été soulignée. La question qu’il convient de se poser est la suivante : de quelle manière tous ces problèmes peuvent-ils être gérés, en facilitant le suivi du programme et en résolvant les obstacles évoqués ?

Les technologies mobiles et numériques (mHealth) permettent de compléter la programmation d'exercices pour la prise en charge de l'ostéoporose en fournissant des informations sur la mécanique squelettique lors de la locomotion23. Cependant, et même si les trackers d'activité portables offrent un potentiel d'intervention multiforme pour aider les gens à devenir plus actifs, aucune étude n'a examiné l'utilité de ces appareils portables chez les femmes ménopausées ni dans les membres supérieurs Q3. L'importance d'atteindre un seuil minimum de stimulation pour obtenir des adaptations osseuses a été justifiée, puisque des charges insuffisantes n'auraient pas l'effet souhaité, pour cette raison, une quantification précise des charges mécaniques auxquelles le système musculo-squelettique est soumis est nécessaire, ce qui pourrait être obtenus avec certains biocapteurs28. Cependant, les interventions basées sur ce type de technologie visant à prévenir l'ostéoporose sont très rares29, même si les auteurs s'accordent sur leur potentiel, non seulement pour augmenter les bénéfices des interventions, mais surtout pour en améliorer l'observance.

En résumé, la communauté scientifique est confrontée à un groupe de femmes présentant un risque élevé de souffrir d'ostéoporose (incidence potentielle de fracture de fragilité), avec l'incidence ultérieure sur leur fonctionnalité et leur qualité de vie, d'une part, et sur le système de santé, de l'autre. Les stratégies de gestion de ce groupe suggèrent l'incorporation d'activités qui nécessitent un entraînement d'impact et de force ; cependant, la mesure directe des contraintes osseuses nécessite des procédures chirurgicales invasives et la mesure indirecte des forces de réaction du sol est limitée à un lieu et un temps fixes, ce qui est donc impraticable dans les mesures cliniques à long terme. L'évaluation des effets de ce type d'intervention pourrait aider à enregistrer des variables qui, après une analyse appropriée (par exemple, l'apprentissage automatique), facilitent la prise de décision et réduisent l'utilisation des ressources du système de santé. Par conséquent, les questions qui se posent sont les suivantes : peut-on utiliser un substitut indirect des contraintes osseuses qui sont désormais facilement mesurables avec un nouveau dispositif de mesure basé sur un accéléromètre ? Ces appareils portables peuvent-ils être utilisés pour étudier l'effet de la charge d'impact induite par l'exercice sur la densité minérale osseuse, la géométrie et le métabolisme chez les femmes ménopausées dans le but d'évaluer l'intensité et la quantité de charge d'impact nécessaire pour obtenir des effets adaptatifs au niveau du poignet ? Hypothèse de départ : l'intervention sur le mode de vie contrôlant l'intensité de l'impact et les exercices avec des appareils portables amélioreront la composition et la structure osseuses, la forme physique et la qualité de vie des femmes ménopausées. En évaluant l'effet d'un programme d'entraînement physique ciblé sur les os sur les facteurs de risque extra-squelettiques de fractures ostéoporotiques et sur la performance physique, le scientifique sera en mesure de concevoir une plateforme technologique cloud intelligente avec des technologies numériques (intelligence artificielle, application mobile et portable géré dans le cloud) qui pourraient être mis en œuvre (après la bonne identification des facteurs clés pour le transfert des résultats de recherche obtenus en phase expérimentale) au système public socio-sanitaire contribuent à la prévention de l'ostéoporose et des fractures de fragilité.

Procédures

Objectif 1 Les participants disposeront de trois jours pour terminer le protocole de mesure. Le premier jour, ils se rendront à l'hôpital et compléteront les informations sociodémographiques et cliniques. Ils recevront ensuite l'accéléromètre et tous les questionnaires à remplir à domicile. De plus, depuis le centre hospitalier, les participants seront cités un autre jour pour l'analyse biochimique, QCT et densitométrie. Un deuxième jour, les participants seront cités au laboratoire universitaire pour rendre les accéléromètres et les questionnaires, et ils passeront les tests de condition physique. Enfin, lors d'une troisième visite au laboratoire, les participants seront familiarisés avec l'utilisation du portable d'enregistrement. Enfin, tous les participants recevront un supplément quotidien de vitamine D de 600 UI/jour. Si les taux sériques sont déficients, il sera administré pendant 4 mois : 1 flacon de 25 000 UI par mois si < 20 ng/ml, 1 flacon de 25 000 UI tous les 15 jours si < 15 ng/ml, 1 flacon de 25 000 UI chaque semaine si < 10 ng/ml. L'apport en calcium sera calculé à l'aide du rappel de 3 jours et complété jusqu'à 1 200 mg par jour.

Intervention sur le mode de vie

A. Programme visant à augmenter l'activité physique et les impacts Pour l'intervention, un biocapteur -appareil portable- (Fitbit Versa) sera utilisé. L'appareil est relié à une application (Weapom) qui permettra aux utilisateurs de quantifier le nombre de pas (y compris la cadence de pas par minute), les impacts et leur intensité. Les utilisateurs recevront un feedback de l'application sur le niveau d'atteinte des objectifs proposés dans le programme d'impact (EV). Il sera proposé de réaliser 50 sauts verticaux et multidirectionnels par jour (jalon 1. Le nombre de sauts > 3,9 G par jour sera enregistré 28, répartis entre 3 à 5 séries de 10 à 20 répétitions avec un minimum de 1 à 2 minutes de repos entre les séries. Une fréquence comprise entre 4 et 7 jours par semaine sera utilisée. De la même manière, il sera recommandé d'atteindre 10 000 pas par jour (jalon 2. Le nombre de pas quotidiens sera enregistré) et, dans la mesure du possible, à un rythme rapide (jalon 3. Le nombre de minutes de marche quotidiennes à un rythme supérieur à 110 pas/minute sera enregistré, car ceci est considéré comme le seuil d'intensité modérée-vigoureuse dans cette tranche d'âge de 40 ans. Par conséquent, selon les nouvelles lignes directrices de l'OMS 41 sur l'activité physique et le comportement sédentaire, il sera quantifié si 150 minutes par semaine d'activité physique modérée à vigoureuse sont atteintes. De plus, et afin de se concentrer spécifiquement sur la force du rayon, 50 (3 à 5 cm) chutes avec les bras complètement tendus seront enregistrées. En parallèle, les participants des deux groupes recevront des recettes riches en calcium via l'application et disposeront d'une calculatrice pour calculer l'apport en calcium et autres micronutriments via l'alimentation. Ils recevront également de l'information sur l'ostéoporose et les stratégies de prévention (ex. : conseils sur l'exposition au soleil).

B. Groupe témoin Les participants assignés au hasard au CON recevront des conseils généraux du personnel médical sur les effets positifs de l'activité physique et les aspects nutritionnels pour la prévention de l'ostéoporose. Les participants de ce groupe porteront l'appareil, mais n'auront pas accès à l'application Muvone.

Objectif 2 Une fois les accéléromètres placés, les participants ont suivi un protocole d'exercice standardisé lors d'une séance d'activités en laboratoire. Le protocole d'exercices consistait en cinq sauts à contre-mouvement (CMJ) avec un repos de 30 secondes entre chaque saut. La hauteur de saut a été mesurée avec un système de barrière lumineuse (OptoGait, Microgate, Bolzano, Italie). Les participants ont ensuite effectué quatre activités sur tapis roulant (HP-Cosmos®, Traunstein, Allemagne), en marchant/course à 4,8, 6,4, 9,7 et 12 km·h-1. La durée de chaque séance sur tapis roulant était de 2 minutes avec une minute de repos entre chaque condition. Les participants restaient immobiles pendant les intervalles de repos et effectuaient chaque protocole d'exercice dans un ordre aléatoire. Pour évaluer les paramètres spatio-temporels de la marche au cours du protocole, un système de photocellules au sol (OptoGait, Microgate, Bolzano, Italie) a été utilisé. Enfin, les participants seront invités à fixer leurs tibias sur un oreiller moelleux et à étendre leurs genoux pour se pencher en avant. La cuisse sera placée à 30º par rapport à l'horizontale. Les participants seront surélevés pour atteindre une hauteur appropriée par rapport au sol (3 cm ou 5 cm entre la paume de la main et les plaques de force). Les sujets devront garder leurs coudes complètement étendus (c'est-à-dire mains tendues) et l'angle des bras sera réglé à 15° par rapport à la verticale. Chaque participant effectuera dix essais, qui impliquaient cinq essais à h=3 cm, 15 minutes de repos et cinq expériences à h=5 cm.

Pour évaluer l'intensité et la quantité de charge d'impact, les valeurs de pointe d'accélération verticale seront enregistrées avec un moniteur de mouvement du corps humain basé sur un accéléromètre (Fitbit). Le moniteur était porté au poignet à 2 cm au-dessus de l'épicondyle médial. Pour la quantification individuelle de leur activité physique quotidienne, tous les participants seront invités à porter le moniteur pendant toutes les heures d'éveil pendant 36 semaines. Le nombre de pics d'accélération quotidiens sera enregistré à 33 niveaux d'accélération de 0,3 à 9,9 g. Le nombre quotidien moyen individuel de pics à chaque niveau d'accélération sera calculé pour l'analyse. Le nombre à différents niveaux d'accélération sera analysé pour décrire l'intensité de l'exercice. Auparavant, la fiabilité de la méthode basée sur un accéléromètre utilisant un prototype tridimensionnel avait été testée. Cependant, dans ce projet, les impacts au niveau du poignet seront mesurés. Les valeurs maximales ont été principalement obtenues immédiatement après le contact du talon dans différentes activités ; de plus, les valeurs d'accélération maximales seront comparées aux valeurs obtenues simultanément à l'aide d'un système d'analyse de mouvement optique standard. De plus, les valeurs d'accélération seront également comparées au GRF mesuré avec une plaque de force (Kistler 9287A, Kistler Instrument, Suisse), avec les valeurs d'accélération multipliées par le poids corporel.

Objectif 3 Afin d'identifier les facteurs clés du transfert des résultats de recherche obtenus en phase expérimentale vers le système public socio-sanitaire, les résultats seront discutés lors de 3 réunions par un groupe d'experts du système de santé (ex. : un district directeur de centres de soins primaires ou un homme politique de la zone sanitaire de la Junta de Andalucía, deux directeurs de centres de soins primaires, un expert en promotion de la santé, une infirmière soignant des patients souffrant d'ostéoporose, etc.). Différents modèles seront conçus à partir de données biochimiques, d'images, de condition clinique et physique qui guideront le personnel médical sur les facteurs les plus pertinents qui déterminent la réponse à ce type de traitement. Sur l'ensemble des variables incluses dans les dossiers de santé électroniques, un nouveau modèle médical comprenant uniquement les variables sélectionnées à fort impact (sous-ensemble de données) calculées avec des techniques de sélection de fonctionnalités d'apprentissage automatique sera conçu. Le gain de santé (QUALY) et les coûts seront déterminés, et le rapport coût-efficacité (ICUR) sera également calculé.