여성의 골다공증 예방 및 골절 위험 감소를 위한 웨어러블 디바이스 개발 (Weapom)

골다공증은 중요한 공중 보건 문제이며 뼈 조직의 미세구조의 악화와 낮은 골밀도(BMD)로 인해 뼈 강도가 감소하고 결과적으로 골다공증 위험이 증가하는 것이 특징입니다. 뼈 골절 1. 여성 3명 중 1명은 일생 동안 골다공증성 골절을 겪게 된다 2. 실제로 골다공증 환자는 2억 명 이상인 것으로 추산되며, 인구 노령화와 생활방식의 변화로 그 수치가 계속 늘어나고 있다 3. 최근 체계적인 검토를 통해 선택된 근골격 부상에 대한 역학 정보를 수집하고 통합된 부상별 발생률을 제공했습니다. 저자들은 통합된 발생률을 기준으로 전체 성인 인구에서 가장 흔한 골절은 원위 요골 골절(100,000인년당 212건)이라고 보고했습니다4. 원위 요골 골절은 1차 진료와 2차 진료 모두에서 뼈 부상 5분의 1을 차지합니다5. 국제 골다공증 재단(IOF)의 데이터에 따르면 스페인에는 골다공증을 앓고 있는 50세 이상의 여성이 280만 명 이상 있을 것이며 연간 취약 골절이 330,000건 이상 발생할 것이며 2030년까지 이 수치는 28.8% 증가할 것으로 예상됩니다. 1. 결과적으로, 골다공증 관련 골절을 경험한 환자의 의료 시스템에는 상당한 경제적 부담이 있습니다. 약물, 작업치료, 입원 및 외래 방문 등 골다공증에 대한 직접 비용은 인구가 6세로 증가함에 따라 2025년까지 250억 달러로 증가할 것으로 예상됩니다. 생산성 손실과 같은 간접 비용과 함께 2025년까지 증가할 것으로 예상됩니다. 2040년에는 950억 달러 이상 6. 골다공증과 이로 인한 430만 건의 취약 골절로 인해 유럽의 의료 시스템 비용은 각각 560억 유로 이상 2019년 데이터 기준 7. 우리나라에서만 취약성 골절로 인한 병가와 관련된 비용이 매년 €355,000에 달하는 것으로 추산됩니다. 이러한 균열과 관련된 직간접 비용만 42억 유로를 초과하며 2030년까지 30.6% 증가할 것으로 예상됩니다 1. 따라서 폐경 후 여성의 골다공증 골절 비용이 유방암, 심근경색(MI), 뇌졸중 6에 대한 연간 비용을 초과한다는 사실은 놀랄 일이 아닙니다.

폐경 후 골격 구조에 대한 에스트로겐의 보호 효과 상실은 뼈 형성과 뼈 흡수 사이의 갑작스러운 불균형으로 인해 골밀도 감소를 심화시킵니다. 에스트로겐(예: 에스트라디올)의 이러한 감소는 조골세포 및 파골세포 수의 증가로 인해 뼈 재형성 속도의 증가로 이어집니다. 파골세포에 의한 뼈 기질 제거는 조골세포 뼈 형성보다 훨씬 더 큽니다8. 따라서 BMD의 손실은 특히 마지막 월경 이후 3~5년 동안 매우 뚜렷하며, 10년당 2%의 손실률로 나타납니다. 이러한 BMD 감소와 병행하여 근육량과 근력의 감소를 발견하는 것이 일반적이며, 이는 아마도 폐경기 동안 특정 전구체(예: 인슐린 유사 성장 인자 1형, -IGF-1-)의 감소로 인해 발생하는 것 같습니다11. 뼈의 강도는 뼈의 질량뿐만 아니라 콜라겐 12의 크기, 모양, 구조 또는 특성에 의해서도 결정된다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 농도계(DEXA)는 뼈의 질량만 포착하므로, 다음의 사용에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 뼈의 강도를 평가하기 위한 정량적 컴퓨터 단층촬영(QCT)과 같은 기타 3차원 영상 기법. QCT는 뼈의 피질 및 섬유주 구획과 생체 내 뼈 강도에 대한 상대적인 기여를 구별하는 데 도움이 될 수 있습니다. 마찬가지로, 뼈 리모델링의 역학을 감지하기 위해 다양한 바이오마커가 확인되었습니다13,14. 국립 뼈 건강 연합(National Bone Health Alliance)과 미국 임상 화학 협회(American Association for Clinical Chemistry)는 골다공증 치료 평가를 위해 가장 널리 받아들여지는 바이오마커는 콜라겐 1형 CTX-1-(뼈 흡수)의 C-말단 텔로펩타이드와 아미노- 프로콜라겐 1형 -P1NP-의 말단 프로펩타이드(뼈 형성) 13,14.

골다공증에는 수정 가능한 위험 요인과 수정 불가능한 위험 요인이 잘 알려져 있습니다. 수정할 수 없는 항목에는 나이, 취약 골절의 가족력, 제1형 당뇨병, 류마티스 관절염 또는 암 치료(예: 아로마타제 억제제 또는 화학 요법)가 포함됩니다. 첫 번째 그룹에서는 흡연, 과도한 음주, 코르티코스테로이드 사용, 칼슘 또는 비타민 D 부족, 낮은 체질량 지수(BMI), 앉아서 생활하는 생활 방식15 또는 신체 활동 부족이 주요 위험 요인 중 하나일 수 있습니다. 포함됩니다. 그러나 뼈 손실은 임상적으로 나타나지 않을 수 있습니다. 최근 후향적 의료 연구에 따르면 환자의 79.4%가 골절 전 12개월 동안 기내에서 골다공증 진단이나 치료를 받지 않은 것으로 나타났습니다6. 높은 골절 비용과 저렴한 약물의 가용성에도 불구하고 골절 위험이 높은 여성 중 절반 미만이 치료를 받고 있다는 사실은 놀랍습니다. 2 결과적으로 IOF에 따르면 폐경 후 예방과 관련하여 충족되지 않은 수요가 많습니다. 많은 여성들이 권장되는 진단 검사를 받지 않거나 기본 골다공증 위험을 평가하지 않기 때문에 골다공증 15.

골다공증으로 인한 부담 경감을 추구할 때에는 예방이 최우선이 되어야 한다16. 예방과 더불어 응급처치부터 재활까지 관리의 최적화도 잘 고려하여 초과비용을 줄여야 한다. 이 인구 그룹의 접근 방식은 일반적으로 복합적이며 약리학적 및 비약리학적 개입을 모두 포함합니다. 유럽에서 골다공증에 가장 일반적으로 사용되는 약물은 비스포스포네이트, 랄록시펜, 부갑상선 호르몬 약물 및 데노수맙 17입니다. 그러나 이러한 약물의 광범위하고 장기적인 사용은 부작용 가능성으로 인해 제한됩니다. 그러므로 다른 환경 및 생활방식 요인과 함께 식이요법 및 신체 운동이 이 병리학 관리를 위한 주요 비약리학적 전략을 구성할 것입니다19. 그러나 신체 활동은 골량과 강도의 향상에 기여하는 수정 가능한 요소이지만 골형성적인 신체 활동의 차원(빈도, 강도, 시간 및 유형 포함)을 정량화하는 방법에 대한 우리의 이해는 불완전합니다. 골형성 반응을 시작하려면 뼈가 주요 하중 방향의 일반적인 변형 범위에 의해 결정된 임계값을 초과하는 자극을 받아야 한다는 것은 의심의 여지가 없습니다. 정확하게 말하면 운동(충격 및 근육 수축)으로 인해 뼈에 가해지는 기계적 스트레스(예: 장력, 압축, 정수압)은 중간엽 줄기세포의 골형성 분화를 촉진하여 다양한 메커니즘을 통해 조골세포 조절을 증가시킬 수 있습니다. 효율성을 높이려면 운동이 다음과 같아야 합니다. (i) 정적이 아닌 동적이어야 합니다. (ii) 강도 임계값을 초과하는 경우; (iii) 변형 주파수 임계값을 초과함; (iv) 상대적으로 짧지만 간헐적입니다. (v) 뼈에 비정상적인 하중 패턴을 부과하는 것; (vi) 칼슘과 비타민 D21의 적절한 가용성을 포함합니다. 그러나 임상적으로 중요한 이점을 제공하는 최적의 뼈 부하 패턴은 현재까지 명확하게 정의되지 않았습니다. 임상 환경에서 뼈 부하력 측면에서 운동 강도를 쉽게 정량화하는 것이 불가능했기 때문입니다22. 1분기

신체 운동을 통한 골다공증 예방 및 관리에 대한 최근 지침은 8개월 이상 지속되고 높은 충격과 고강도 근력 훈련을 결합한 중재를 제안합니다. 빠른 걷기(예: > 6km/h)가 체중의 2~4배(~3.9G)를 초과하는 강도에서 상대적으로 짧은 횟수의 충격(예: 하루 10~50회 점프)을 포함하는 활동과 결합되는 중재 ), 일주일에 최소 4회 세션과 다축 운동을 사용하여 엉덩이에 비정상적인 부하를 생성하는 것은 폐경 후 여성이 연령 관련 뼈 손실을 보상하는 데 도움이 될 수 있습니다23. 이는 근거 수준 1a24에 따라 폐경기 여성의 골밀도를 보존하는 효과적인 전략이 될 것입니다. 그러나 Q2 원위 요골 골절 예방에 대한 효과에 대한 증거는 없으며 이러한 유형의 프로그램에서 중퇴율도 높습니다25. 증거에도 불구하고 참가자들은 종종 운동을 꺼려하며 건강이 좋지 않고 시간이 부족하다는 이유로 운동을 꺼립니다. 가족에 대한 책임, 동료애나 격려의 부족, 적절한 시설이나 기회에 대한 접근성 부족, 비용. 골다공증 환자는 감독 훈련 프로그램에 참여하는 것을 제한하는 주요 장벽으로 시간 부족과 교통 제한을 종종 보고합니다 26. 이러한 이유로 중재 시험에서는 참가자가 쉽게 접근할 수 있고 유연한 운동 일정을 제공하는 설정을 사용해야 한다고 제안되었습니다 25.

문헌에서는 젊은 성인 여성의 뼈 건강을 목표로 하는 중재에서 신체 활동의 편리성과 접근성과 관련된 시간적 요구(예: 짧고 유연한 간격)와 환경적 장벽을 최소화하는 것이 중요하다고 제안합니다 25 . 따라서 이 인구 그룹의 순응도를 높이려면 연구 담당자와의 정기적인 접촉, 진행 개인화 및 적절한 운동 모니터링(안전 문제 및 자신감 부족 방지)이 제안됩니다. 우리 그룹의 최근 연구에서는 감독되지 않은 운동 프로그램이 성인 여성의 골밀도 개선에 효과적일 수 있음을 보여주는 증거가 발견되었습니다. 그러나 폐경 후 여성을 대상으로 한 연구는 5개에 불과했으며, 전반적인 중단률이 상당한 것으로 나타났습니다(40% 이상). 주된 이유 중 하나는 질병을 지속하려는 의지가 없기 때문입니다. 따라서 감독되지 않은 운동 중재를 제공하고 모니터링하기 위한 원격/보조 기술의 효능을 조사할 필요성이 강조되었습니다. 질문해야 할 질문은 이러한 모든 문제를 어떤 방식으로 관리하여 프로그램 모니터링을 촉진하고 설명된 장벽을 해결할 수 있는가 하는 것입니다.

모바일 및 디지털 기술(mHealth)을 사용하면 운동 중 골격 역학에 대한 정보를 제공하여 골다공증 관리를 위한 운동 프로그래밍을 보완할 수 있습니다23. 그러나 웨어러블 활동 추적기가 사람들의 활동성을 높이는 데 도움이 되는 다각적인 개입으로서의 잠재력을 제공하더라도 폐경 후 여성이나 상지에서 이러한 웨어러블 장치의 유용성을 조사한 연구는 없습니다. Q3. 뼈의 적응을 얻기 위해 자극의 최소 역치에 도달하는 것의 중요성은 정당화되었습니다. 부하가 부족하면 원하는 효과를 얻을 수 없기 때문입니다. 이러한 이유로 근골격계에 가해지는 기계적 부하의 정확한 정량화가 필요합니다. 특정 바이오센서28로 달성됩니다. 그러나 골다공증 예방을 목적으로 하는 이러한 유형의 기술을 기반으로 한 중재는 저자들이 중재의 이점을 증가시킬 뿐만 아니라 주로 중재 준수를 향상시키는 잠재력에 동의하더라도 매우 드물습니다29.

요약하면, 과학계는 골다공증(취약성 골절 발생 가능성)으로 고통받을 위험이 높은 여성 그룹에 직면해 있으며, 한편으로는 기능성과 삶의 질, 그리고 건강 시스템에 대한 발생률도 증가하고 있습니다. 다른 한편으로는. 이 그룹을 관리하기 위한 전략은 충격 및 근력 훈련이 필요한 활동의 ​​통합을 제안합니다. 그러나 뼈 변형을 직접 측정하려면 침습적 수술이 필요하고 지면 반력의 간접 측정은 고정된 장소와 시간으로 제한되므로 장기적인 임상 측정에서는 실행 불가능합니다. 이러한 유형의 개입의 효과를 평가하면 적절한 분석(예: 기계 학습) 후 의사 결정을 촉진하고 의료 시스템의 자원 사용을 줄이는 변수를 기록하는 데 도움이 될 수 있습니다. 따라서 발생하는 질문은 다음과 같습니다. 이제 새로운 가속도계 기반 측정 장치로 쉽게 측정할 수 있는 뼈 변형의 간접적인 대용물을 사용할 수 있습니까? ¿ 이러한 웨어러블 장치를 사용하여 손목 수준에서 적응 효과를 얻는 데 필요한 충격 부하의 강도와 양을 평가할 목적으로 폐경기 여성의 골밀도, 형상 및 신진 대사에 대한 운동 유발 충격 부하의 효과를 조사할 수 있습니까? 시작 가설: 웨어러블 장치를 사용하여 충격과 운동의 강도를 조절하는 생활 방식 중재는 폐경기 여성의 뼈 구성과 구조, 체력 및 삶의 질을 향상시킬 것입니다. 골다공증성 골절의 골격 외 위험 요소와 신체적 성능에 대한 뼈 표적 운동 훈련 프로그램의 효과 평가 과학자는 디지털 기술(인공 지능, 모바일 기반 애플리케이션 및 웨어러블 관리)을 통해 기술적인 스마트 클라우드 플랫폼을 설계할 수 있습니다. (실험 단계에서 얻은 연구 결과를 전송하기 위한 핵심 요소를 적절하게 식별한 후) 공공 사회 건강 시스템에 구현될 수 있는 클라우드)는 골다공증 및 노쇠 골절 예방에 기여합니다.

절차

목표 1 참가자는 측정 프로토콜을 완료하기 위해 3일 동안 일정을 잡습니다. 첫날에는 병원에 방문하여 사회인구학적, 임상적 정보를 작성하게 됩니다. 그런 다음 가속도계와 모든 설문지를 집에서 작성하게 됩니다. 또한, 병원 센터에서 참가자들은 생화학적 분석, QCT 및 밀도 측정을 위해 다른 날에 소환될 것입니다. 둘째 날에는 참가자들은 가속도계와 설문지를 반납하기 위해 대학 연구실에 호출되고 체력 테스트를 받게 됩니다. 마지막으로, 세 번째 실험실 방문에서 참가자들은 녹음 웨어러블 사용에 익숙해질 것입니다. 마지막으로 모든 참가자에게는 하루 600IU의 비타민 D 보충제가 제공됩니다. 혈청 농도가 부족한 경우 4개월 동안 공급됩니다. <20ng/ml인 경우 매월 25,000IU 1병, <15ng/ml인 경우 15일마다 25,000IU 1병, <인 경우 매주 25,000IU 1병 10ng/ml. 칼슘 섭취량은 3일 회상을 사용하여 계산되며 하루 최대 1200mg까지 보충됩니다.

생활방식 개입

A. 신체 활동 및 영향을 증가시키는 프로그램 개입을 위해 바이오 센서 -웨어러블 장치-(Fitbit Versa)가 사용됩니다. 이 장치는 사용자가 걸음 수(분당 걸음 수 포함), 충격 및 강도를 정량화할 수 있는 앱(Weapom)에 연결되어 있습니다. 사용자는 영향 프로그램(EV)에서 제안된 목표 달성 수준에 대해 애플리케이션으로부터 피드백을 받게 됩니다. 하루에 50회의 수직 및 다방향 점프를 달성하는 것이 제안될 것입니다(마일스톤 1. 하루에 3.9G 이상의 점프 횟수는 28회로 기록되며, 10~20회 반복의 3~5세트로 나누어 세트 간 최소 1~2분의 휴식을 취합니다. 일주일에 4~7일의 빈도가 사용됩니다. 같은 방법으로 하루 10,000보(마일스톤 2. 일일 걸음 수가 기록됨)에 도달하고, 가능한 한 빠른 속도로(마일스톤 3. 매일 걷는 시간(분))에 도달하는 것이 좋습니다. 110걸음/분 이상의 속도가 기록됩니다. 이는 40세 연령 범위에서 보통-강력한 강도의 임계값으로 간주되기 때문입니다. 따라서 신체 활동 및 좌식 행동에 관한 새로운 WHO 지침 41에 따라 일주일에 150분의 중간 강도의 신체 활동이 달성되는지 여부가 정량화됩니다. 또한 반경 강도에 특히 초점을 맞추기 위해 팔을 완전히 편 상태에서 50(3~5cm) 방울을 기록합니다. 동시에, 두 그룹의 참가자는 앱을 통해 칼슘이 풍부한 레시피를 받게 되며, 식단을 통해 칼슘 및 기타 미량 영양소 섭취량을 계산할 수 있는 계산기를 갖게 됩니다. 또한 골다공증에 대한 정보와 예방 전략(예: 햇빛 노출에 대한 조언)도 받게 됩니다.

B. 대조군 CON에 무작위로 배정된 참가자는 의료진으로부터 골다공증 예방을 위한 신체 활동 및 영양 측면의 긍정적인 효과에 대한 일반적인 조언을 받게 됩니다. 이 그룹의 참가자는 장치를 휴대하지만 Muvone 앱에 액세스할 수는 없습니다.

목표 2 가속도계를 배치한 후 참가자들은 실험실 기반 활동 세션 동안 표준화된 운동 프로토콜을 완료했습니다. 운동 프로토콜은 5개의 반동 점프(CMJ)로 구성되었으며 각 점프 사이에 30초의 휴식 시간이 있었습니다. 점프 높이는 광 배리어 시스템(OptoGait, Microgate, Bolzano, Italy)을 사용하여 측정되었습니다. 그런 다음 참가자들은 4.8, 6.4, 9.7 및 12km·h-1의 속도로 걷기/달리기의 4가지 트레드밀 활동(HP-Cosmos®, 독일 Traunstein)을 수행했습니다. 각 트레드밀 시합 기간은 2분이었고 각 활동 사이에 1분의 휴식을 취했습니다. 상태. 참가자들은 휴식 시간 동안 가만히 서서 모든 운동 프로토콜을 무작위 순서로 완료했습니다. 프로토콜 동안 시공간 보행 매개변수를 평가하기 위해 바닥 기반 광전지 시스템(OptoGait, Microgate, Microgate, Italy)을 사용했습니다. 마지막으로 참가자들은 부드러운 베개에 정강이를 고정하고 무릎을 펴서 앞으로 몸을 숙이도록 지시받습니다. 허벅지는 수평에서 30°로 설정됩니다. 참가자는지면에서 적절한 높이 (손바닥과 힘판 사이 3cm 또는 5cm)에 도달하도록 들어 올려집니다. 피험자에게 팔꿈치를 완전히 펴도록 지시합니다(예: 손을 뻗은 상태) 팔 각도는 수직에 대해 15°로 설정됩니다. 각 참가자는 h=3cm에서 5번의 시도, 15분의 휴식, h=5cm에서 5번의 실험을 포함한 10번의 시도를 완료합니다.

충격 하중의 강도와 양을 평가하기 위해 수직 가속도 최고 값은 가속도계 기반 인체 움직임 모니터(Fitbit)를 사용하여 기록됩니다. 모니터는 내상과 위 2cm 손목에 착용되었습니다. 일일 신체 활동을 개별적으로 정량화하기 위해 모든 참가자는 36주 동안 깨어 있는 시간 동안 모니터를 휴대해야 합니다. 일일 가속 피크 수는 0.3~9.9g의 33가지 가속 수준에서 기록됩니다. 분석을 위해 각 가속 수준의 개별 일일 평균 피크 수가 계산됩니다. 운동 강도를 설명하기 위해 다양한 가속 수준의 숫자를 분석합니다. 이전에는 3차원 프로토타입을 이용한 가속도계 기반 방법의 신뢰성을 테스트한 바 있다. 그러나 이 프로젝트에서는 손목 수준의 영향을 측정합니다. 피크 값은 주로 다양한 활동에서 발뒤꿈치 접촉 직후에 얻어졌습니다. 또한 최대 가속도 값은 표준 광학 모션 분석 ​​시스템을 사용하여 동시에 얻은 값과 비교됩니다. 또한, 가속도 값은 힘판(Kistler 9287A, Kistler Instrument, Switzerland)을 사용하여 측정한 GRF와도 가속도 값에 체중을 곱하여 비교됩니다.

목표 3 실험 단계에서 얻은 연구 결과를 공공 사회 보건 시스템으로 이전하기 위한 핵심 요소를 식별하기 위해 보건 시스템 전문가 그룹(예: 지역)이 3회의 회의에서 결과를 논의합니다. 1차 진료 센터의 책임자 또는 Junta de Andalucía 보건 지역의 정치인, 1차 진료 센터의 2명의 책임자, 건강 증진 전문가, 골다공증 환자를 돌보는 간호사 등). 다양한 모델은 이러한 유형의 치료에 대한 반응을 결정하는 가장 관련성 있는 요소에 대해 의료진을 안내하는 생화학적, 영상, 임상 및 신체 상태 데이터를 사용하여 설계됩니다. 전자의료기록에 포함된 전체 변수 세트 중 머신러닝 특징 선택 기법을 통해 계산된 영향력이 큰 변수(하위 데이터 세트)만을 선별하여 포함하는 새로운 의료 모델을 설계합니다. 건강 증진(QUALY)과 비용이 결정되고 비용 효율성 비율(ICUR)도 계산됩니다.