女性の骨粗鬆症予防と骨折リスク軽減を目的としたウェアラブルデバイスの開発 (Weapom)

骨粗鬆症は重要な公衆衛生問題であり、骨組織の微細構造の劣化と、骨強度の低下とその結果としての骨密度の低下を引き起こす骨密度（BMD）の低下を特徴としています。骨格骨折 1． 女性の 3 人に 1 人が、一生のうちに骨粗鬆症による骨折を経験します 2。実際、2 億人以上が骨粗鬆症に苦しんでいると推定されており、この数字は人口の高齢化とライフスタイルの変化により増加しています 3。体系的レビューでは、選択された筋骨格損傷に関する疫学情報が収集され、統合された損傷固有の発生率が提供されました。 著者らは、統合された発生率に基づくと、成人人口全体で最も一般的な骨折は橈骨遠位端骨折（100,000人年あたり212件）であると報告しました4。 橈骨遠位端骨折は、一次治療と二次治療の両方で骨損傷の 5 件に 1 件を占めています5。 国際骨粗鬆症財団（IOF）のデータによると、スペインでは50歳以上の骨粗鬆症女性は280万人以上、脆弱性骨折は年間33万件以上発生しており、2030年までにこの数字は28.8％増加するとの予測もある。 1. その結果、骨粗鬆症に関連した骨折を経験した患者にとって、医療システムには重大な経済的負担が生じます。 投薬、作業療法、入院・外来受診などの骨粗鬆症の直接費用は、人口が6歳になる2025年までに250億ドルに増加すると予想されています。生産性の低下などの間接費用と合わせて、 6. 骨粗鬆症とそれが原因で発生する430万件の脆弱性骨折により、ヨーロッパの医療システムにかかる費用は超過する2019 年のデータに基づくと毎年 560 億ユーロ 7. わが国だけで、脆弱性骨折による病欠に伴う費用は年間 35 万 5,000 ユーロに上ると推定されています。 これらの骨折に関連する直接的および間接的な費用だけでも 42 億ユーロを超え、2030 年までに 30.6% 増加すると予測されています 1。 したがって、閉経後の女性では、骨粗鬆症による骨折のコストが、乳がん、心筋梗塞（MI）、脳卒中の年間コストを上回っていることは驚くべきことではありません6。

閉経後に骨格構造に対するエストロゲンの保護効果が失われると、骨形成と骨吸収の間の突然の不均衡が生じ、骨密度の減少が激化します。 エストロゲン（エストラジオールなど）のこの減少は、骨芽細胞と破骨細胞の数の増加による骨の再構築速度の増加につながります。ただし、破骨細胞を介した骨基質の除去は、骨芽細胞による骨形成よりもはるかに大きい8。 したがって、BMD の減少は非常に顕著で、特に最終月経後 3 ～ 5 年間 9、年間 2% の減少率 10 です。 この BMD の減少と並行して、筋肉量と筋力の減少が見られるのが一般的ですが、これはおそらく閉経期における特定の前駆物質 (例、インスリン様成長因子 1 型、-IGF-1-) の減少に由来すると考えられます 11。 骨の強度は骨量だけでなく、コラーゲン 12 のサイズ、形状、構造、または特性によっても決まることに注意することが重要です。デンシトメトリー (DEXA) は骨量のみを捕捉するため、デンシトメトリー (DEXA) の使用に対する関心が高まっています。骨の強度を評価するための定量的コンピュータ断層撮影法 (QCT) などの他の 3 次元画像診断法。 QCT は、骨の皮質区画と骨梁区画、および in vivo での骨強度に対するそれらの相対的な寄与を区別するのに役立ちます。 同様に、骨リモデリングの動態を検出するためのさまざまなバイオマーカーが同定されています 13,14。 National Bone Health Alliance と American Association for Clinical Chemistry は、骨粗鬆症への介入の評価に最も広く受け入れられているバイオマーカーは、1 型コラーゲンの C 末端テロペプチドである CTX-1- (骨吸収) とアミノ-プロコラーゲン 1 型末端プロペプチド -P1NP-（骨形成） 13,14。

骨粗鬆症には、修正可能な危険因子と修正不可能な危険因子がよく知られています。 変更不可能な項目には、年齢、脆弱性骨折の家族歴、1 型糖尿病、関節リウマチ、または癌治療 (アロマターゼ阻害剤や化学療法など) が含まれます。 最初のグループでは、喫煙、過度のアルコール摂取、コルチコステロイドの使用、カルシウムまたはビタミン D の不足、低い体格指数 (BMI)、座りっぱなしのライフスタイル 15、または身体活動の欠如が、もう 1 つの主な危険因子となります。含まれること。 ただし、臨床的には骨量減少が認められない場合もあります。 最近の遡及的医療研究では、患者の 79.4% が骨折の 12 か月前に機内で骨粗鬆症の診断も治療も受けていなかったことが判明しました 6。 骨折の費用が高く、手頃な価格の薬が利用できるにもかかわらず、骨折のリスクが高い女性の半数未満しか治療を受けていないのは驚くべきことである2。その結果、IOFによれば、閉経後の予防に関しては満たされていない大きなニーズがあるという。多くの女性が推奨される診断スクリーニングを受けていない、または骨粗鬆症のベースラインリスクを評価していないため、骨粗鬆症の可能性が高くなります15。

骨粗鬆症による負担の軽減を追求する場合は、予防を優先する必要があります16。 予防に加えて、過剰なコストを削減するために、応急処置からリハビリテーションに至るまでの管理の最適化を十分に考慮する必要があります。 この集団に対するアプローチは通常、多面的であり、薬理学的介入と非薬理学的介入の両方が含まれます。 ヨーロッパでは、骨粗鬆症に最も一般的に使用されている薬は、ビスホスホネート、ラロキシフェン、副甲状腺ホルモン薬、およびデノスマブ 17 です。 しかし、これらの薬剤の広範囲かつ長期的な使用は、副作用の可能性があるため制限されています18。 したがって、食事と運動は、他の環境要因やライフスタイル要因と合わせて、この病態を管理するための主要な非薬理学的戦略を構成すると考えられます 19。 しかし、身体活動は骨量と骨強度の改善に寄与する修正可能な要素ではありますが、骨形成に関わる身体活動の側面（頻度、強度、時間、種類を含む）を定量化する方法についての理解は不完全です。 骨形成反応を開始するには、主な荷重方向の通常の変形範囲によって決定される閾値を超える刺激を骨が受けなければならないことは疑いの余地がありません 19。 正確には、運動（衝撃や筋肉の収縮）によって機械的ストレスが骨（例：骨）に加わります。 張力、圧縮、静水圧など）は、間葉系幹細胞の骨形成分化を促進し、さまざまなメカニズムを通じて骨芽細胞の制御を増加させることができます20。 効果を高めるには、演習は次の条件を満たす必要があります。(i) 静的ではなく動的であること。 (ii) 強度閾値を超える。 (iii) ひずみ周波数閾値を超える。 (iv) 比較的短いが断続的であること。 (v) 骨に異常な負荷パターンを課す。 (vi) カルシウムとビタミン D 21 を十分に摂取できるようにすること。 しかし、臨床現場では骨負荷力という観点から運動強度を簡単に定量化することができないため、臨床的に重要な利益を生み出す最適な骨負荷パターンはこれまで明確に定義されていませんでした22。 Q1

身体運動による骨粗鬆症の予防と管理に関する最近のガイドラインでは、8 か月以上継続し、大きな衝撃と高強度の筋力トレーニングを組み合わせた介入が推奨されています。 早歩き（例：時速6km以上）と、体重の2～4倍（約3.9G）を超える強度で、比較的少ない回数の衝撃（例：1日10～50回のジャンプ）を組み込んだ活動を組み合わせる介入。 ）、週に少なくとも 4 回のセッションと多軸運動を使用して股関節に異常な負荷を与えることは、閉経後の女性が加齢に伴う骨量減少を補うのに役立ちます 23。 これらは、証拠レベル 1a24 で閉経後女性の BMD を維持するための効果的な戦略となるでしょう。 しかし、第 2 四半期の橈骨遠位端骨折の予防に有効であるという証拠はなく、また、この種のプログラムの脱落率も高く 25、証拠があるにもかかわらず、参加者は健康不良や運動による時間不足などの障壁を理由に、運動に消極的なことがよくあります。家族の責任、仲間や励ましの欠如、適切な施設や機会へのアクセス、あるいは費用の欠如。 骨粗鬆症の患者は、時間の不足と交通手段の制限が、監督付きトレーニングプログラムへの参加を制限する主な障壁であるとしばしば報告しています26。 これらの理由から、介入試験では参加者が簡単にアクセスでき、柔軟な運動スケジュールを提供できる設定を使用する必要があると提案されています 25。

文献では、若年成人女性の骨の健康を目的とした介入では、身体活動の利便性とアクセスのしやすさに関連する、時間の要求（例えば、短く柔軟な間隔）と環境の障壁を最小限に抑えることが重要であることが示唆されています25 。 したがって、この集団グループのアドヒアランスを高めるには、研究担当者との定期的な連絡、進行状況の個別化、および適切な運動モニタリング（安全性への懸念や自信の欠如を避ける）が推奨されます。 私たちのグループによる最近の研究では、成人女性のBMDを改善するために、教師なしの運動プログラムが効果的である可能性があることを示す証拠が見つかりました。 しかし、閉経後の女性を対象とした研究はわずか5件しかなく、全体としては、主な理由として継続意欲のなさや病気によるかなりのドロップアウト率（40％以上）が記録されている。 したがって、監視なしの運動介入を実施および監視するための遠隔/支援技術の有効性を調査する必要性が強調されました。 問われるべき問題は、これらすべての問題をどのように管理すれば、プログラムの監視を容易にし、概要を示した障壁を解決できるかということです。

モバイルおよびデジタル技術 (mHealth) は、移動中の骨格力学に関する情報を提供することで、骨粗鬆症の管理のための運動プログラムを補完することを可能にします23。 しかし、ウェアラブル活動量計は、人々がより活動的になるのを助ける多面的な介入としての可能性を秘めているにもかかわらず、閉経後の女性や上肢におけるこれらのウェアラブルデバイスの有用性を調査した研究はありません。 不十分な負荷では望ましい効果が得られないため、骨の適応を得るために刺激の最小閾値に達することの重要性は正当化されています。このため、筋骨格系が受ける機械的負荷の正確な定量化が必要です。特定のバイオセンサーで達成されます28。 しかし、骨粗鬆症の予防を目的としたこのタイプの技術に基づく介入は、介入の利点を高めるだけでなく、主に介入の遵守を改善する可能性について著者らが同意しているにもかかわらず、非常に稀である29。

要約すると、科学界は、骨粗鬆症（脆弱性骨折の潜在的発生率）に罹患するリスクが高い女性グループに直面しており、一方では、その後の罹患率が女性の機能性と生活の質に影響を及ぼし、一方では医療制度にも影響を及ぼしている。一方では。 このグループを管理する戦略では、インパクトと筋力トレーニングを必要とする活動を組み込むことが提案されています。しかし、骨ひずみの直接測定には侵襲的な外科的処置が必要であり、地面反力の間接測定は固定された場所と時間に限定されるため、長期にわたる臨床測定には実用的ではありません。 このタイプの介入の効果を評価することは、適切な分析（機械学習など）の後、意思決定を促進し、医療システム内のリソースの使用を削減する変数を記録するのに役立つ可能性があります。 したがって、生じる疑問は次のとおりです。現在、新しい加速度計ベースの測定デバイスで容易に測定できる骨の歪みの間接的な代用物を使用できるか? これらのウェアラブルデバイスは、手首レベルでの適応効果を得るために必要な衝撃負荷の強度と量を評価する目的で、閉経後の女性の骨密度、形状、代謝に対する運動誘発衝撃負荷の影響を調査するために使用できますか? 出発仮説：衝撃の強さを制御するライフスタイル介入とウェアラブルデバイスを使用した運動は、閉経後の女性の骨の組成と構造、体力、生活の質を改善します。 骨をターゲットとした運動トレーニング プログラムが、骨粗鬆症骨折の骨格外危険因子と身体パフォーマンスに及ぼす影響を評価することで、科学者は、デジタル テクノロジー (人工知能、モバイル ベースのアプリケーション、ウェアラブルで管理される) を使用した技術的なスマート クラウド プラットフォームを設計できるようになります。 （実験段階で得られた研究結果を移転するための重要な要素を適切に特定した後）骨粗鬆症と虚弱の予防に貢献する公共の社会健康システムに実装できるクラウド）骨折。

手順

目的 1 参加者は、測定プロトコルを完了するために 3 日間のスケジュールが設定されます。 初日に彼らは病院に行き、社会人口統計学的情報と臨床情報を記入します。 その後、加速度計とすべてのアンケートを自宅で受け取ります。 さらに、参加者は病院センターから生化学分析、QCT、濃度測定のために別の日に呼び出されます。 2 日目には、参加者は大学の研究室に連れて行かれ、加速度計とアンケートを返却し、体力テストを受けます。 最後に、研究室への 3 回目の訪問で、参加者は記録用ウェアラブルの使用方法に慣れます。 最後に、参加者全員は毎日 600 IU/日のビタミン D サプリメントを摂取します。 血清レベルが不足している場合は、4 か月間供給されます。<20ng/ml の場合は 1 か月あたり 25,000 IU の 1 バイアル、<15ng/ml の場合は 15 日ごとに 25,000 IU の 1 バイアル、<15 ng/ml の場合は毎週 25,000 IU の 1 バイアル10ng/ml。 カルシウム摂取量は 3 日間のリコールを使用して計算され、1 日あたり最大 1200 mg 補給されます。

ライフスタイル介入

A. 身体活動とその影響を高めるプログラム 介入には、バイオセンサー -ウェアラブルデバイス- (Fitbit Versa) が使用されます。 このデバイスはアプリ (Weapom) にリンクされており、ユーザーは歩数 (1 分あたりの歩数を含む)、影響、およびその強度を定量化できます。 ユーザーには、インパクト プログラム (EV) で提案された目標の達成レベルに関するフィードバックがアプリケーションから提供されます。 1 日あたり 50 回の垂直および多方向ジャンプを達成することが提案されます (マイルストーン 1. 1 日あたり 3.9 G を超えるジャンプ数は 28 回記録され、セット間に最低 1 ～ 2 分の休憩を挟みながら 10 ～ 20 回の繰り返しを 3 ～ 5 セットに分けます。 週に 4 ～ 7 日の頻度が使用されます。 同様に、1 日あたり 10,000 歩に到達し (マイルストーン 2. 毎日の歩数が記録されます)、できるだけ速いペースで (マイルストーン 3. 1 日の歩行時間の分数) を達成することが推奨されます。 110 歩/分を超えるペースが記録されます。これは、この年齢層 40 歳では中程度の強度の閾値と考えられています。 したがって、身体活動と座りっぱなしの行動に関する WHO の新しいガイドライン 41 に従って、週に 150 分間の中程度から激しい身体活動が達成されているかどうかが定量化されます。 さらに、半径の強度に特に焦点を当てるために、腕を完全に真っ直ぐにした状態で 50 回 (3 ～ 5 cm) の落下が記録されます。 並行して、両グループの参加者はアプリを通じてカルシウムが豊富なレシピを受け取り、食事によるカルシウムやその他の微量栄養素の摂取量を計算するための計算機を利用します。 また、骨粗鬆症に関する情報とその予防方法（日光への曝露に関するアドバイスなど）も提供されます。

B. 対照群 無作為に CON に割り当てられた参加者は、骨粗鬆症予防のための身体活動と栄養面のプラスの効果について、医療スタッフから一般的なアドバイスを受けます。 このグループの参加者はデバイスを持ち歩きますが、Muvone アプリにはアクセスできません。

目的 2 加速度計の設置後、参加者は実験室ベースのアクティビティ セッション中に標準化された運動プロトコルを完了しました。 運動プロトコルは、各ジャンプの間に 30 秒の休憩を挟んだ 5 つのカウンタームーブメント ジャンプ (CMJ) で構成されていました。 ジャンプの高さは、光バリア システム (OptoGait、Microgate、ボルツァーノ、イタリア) を使用して測定されました。 その後、参加者は 4 つのトレッドミル アクティビティ (HP-Cosmos®、トラウンシュタイン、ドイツ) を 4.8、6.4、9.7、12 km/h でウォーキング/ランニングしました。各トレッドミル アクティビティの継続時間は 2 分間で、各アクティビティの間に 1 分間の休憩を挟みました。状態。 参加者は休憩時間中に静止し、ランダムな順序ですべての運動プロトコルを完了しました。 プロトコル中の時空間歩行パラメータを評価するために、床ベースの光電池システム (OptoGait、Microgate、ボルツァーノ、イタリア) を使用しました。 最後に、参加者は柔らかい枕の上にすねを固定し、膝を伸ばして前傾するように指示されます。 大腿部は水平から30度の位置に設定します。 参加者は地面から適切な高さ（手のひらとフォースプレートの間が 3 cm または 5 cm）に達するまで持ち上げられます。 被験者は肘を完全に伸ばしたままにするように指示されます。 伸ばした手)、アームの角度は垂直に対して 15° に設定されます。 各参加者は、h=3 cm で 5 回の試行、15 分間の休憩、および h=5 cm での 5 回の実験を含む 10 回の試行を完了します。

衝撃荷重の強度と量を評価するために、加速度計ベースの人体動作モニター (Fitbit) を使用して垂直加速度のピーク値が記録されます。 モニターは手首の内側上顆から 2 cm 上に装着されました。 毎日の身体活動を個別に定量化するために、すべての参加者は 36 週間、起きているすべての時間にモニターを持ち歩くように求められます。 1 日あたりの加速度ピークの数は、0.3 ～ 9.9 g の 33 の加速度レベルで記録されます。 各加速レベルにおける個別の日次平均ピーク数が分析のために計算されます。 さまざまな加速レベルでの数値を分析して、運動の強度を説明します。 以前に、3 次元プロトタイプを使用した加速度計ベースの方法の信頼性がテストされました。 ただし、このプロジェクトでは手首レベルでの衝撃が測定されます。 ピーク値は主に、さまざまな活動においてかかとの接地直後に得られました。さらに、ピーク加速度値は、標準的な光学運動分析システムを使用して同時に取得された値と比較されます。 さらに、加速度値は、加速度値に体重を掛けて、フォースプレート（キスラー９２８７Ａ、キスラーインスツルメント、スイス）で測定されたＧＲＦとも比較される。

目標 3 実験段階で得られた研究結果を公共の社会保健システムに移すための重要な要素を特定するために、その結​​果は保健システムの専門家グループ (例: 地区) によって 3 回の会議で議論されます。プライマリ・ケア・センターの所長またはアンダルシア州の保健分野の政治家、プライマリ・ケア・センターの所長2名、健康増進の専門家、骨粗鬆症患者のケアをする看護師など）。 生化学、画像、臨床および身体状態のデータを使用してさまざまなモデルが設計され、この種の治療に対する反応を決定する最も関連性の高い要因について医療従事者をガイドします。 電子医療記録に含まれる変数セット全体のうち、機械学習特徴選択技術を用いて計算された、選択された影響度の高い変数（サブデータセット）のみを含む新しい医療モデルが設計されます。 健康増進 (QUALY) とコストが決定され、費用対効果比 (ICUR) も計算されます。