Ontwikkeling van een draagbaar apparaat voor preventie van osteoporose en vermindering van het risico op fracturen bij vrouwen (Weapom)

HUIDIGE STATUS EN MOTIVERING VAN HET VOORSTEL Osteoporose is een belangrijk probleem voor de volksgezondheid en wordt gekenmerkt door de verslechtering van de microarchitectuur van botweefsel en een lage botmineraaldichtheid (BMD), wat leidt tot een vermindering van de botsterkte en het daaruit voortvloeiende verhoogde risico op botontkalking. skeletfracturen 1. Eén op de drie vrouwen zal tijdens haar leven een osteoporotische fractuur oplopen 2. Er wordt geschat dat meer dan 200 miljoen mensen aan osteoporose lijden en deze cijfers stijgen als gevolg van de vergrijzing van de bevolking en de verandering in levensstijl 3. Een recente systematische review verzamelde epidemiologische informatie over geselecteerde letsels aan het bewegingsapparaat en leverde gepoolde letselspecifieke incidentiecijfers op. De auteurs rapporteerden dat de meest voorkomende fracturen in de gehele volwassen bevolking op basis van de gepoolde incidentiecijfers distale radiusfracturen waren (212 per 100.000 persoonsjaren)4. Distale radiusfracturen zijn verantwoordelijk voor één op de vijf botletsels in zowel de eerste als de tweede lijn5. Volgens gegevens van de International Osteoporosis Foundation (IOF) zouden er in Spanje ruim 2,8 miljoen vrouwen ouder dan 50 jaar zijn met osteoporose, met meer dan 330.000 fragiliteitsfracturen per jaar. Volgens prognoses zullen deze cijfers in 2030 met 28,8% stijgen. 1. Bijgevolg is er een aanzienlijke economische last voor het gezondheidszorgsysteem voor patiënten die een osteoporose-gerelateerde fractuur ervaren. De directe kosten voor osteoporose, zoals medicijnen, bezigheidstherapieën en intramurale en poliklinische bezoeken, zullen naar verwachting stijgen tot 25 miljard dollar in 2025 naarmate de bevolking ouder wordt. Samen met de indirecte kosten, zoals productiviteitsverlies, zullen ze naar verwachting stijgen tot 25 miljard dollar. ruim 95 miljard dollar in 2040. 6. Osteoporose, en de 4,3 miljoen broosheidsfracturen die het veroorzaakt, kosten de gezondheidszorgsystemen van Europa jaarlijks ruim 56 miljard euro, gebaseerd op gegevens voor 2019 7. Alleen al in ons land bedragen de kosten die gepaard gaan met ziektedagen als gevolg van fragiliteitsfracturen jaarlijks €355.000. Alleen de directe en indirecte kosten die met deze fracturen gepaard gaan, zouden de 4,2 miljard euro overschrijden, met een verwachte stijging van 30,6% in 20301. Het zou ons daarom niet moeten verbazen dat bij postmenopauzale vrouwen de kosten van osteoporotische fracturen hoger zijn dan de jaarlijkse kosten voor borstkanker, myocardinfarct (MI) en beroerte 6.

Het verlies van het beschermende effect van oestrogenen op de skeletstructuur na de menopauze versterkt de afname van de botdichtheid als gevolg van een plotselinge onbalans tussen botvorming en botresorptie. Deze afname van oestrogenen (bijvoorbeeld estradiol) leidt tot een toename van de snelheid van botremodellering als gevolg van een toename van het aantal osteoblasten en osteoclasten; hoewel de door osteoclasten gemedieerde verwijdering van botmatrix veel groter is dan de botvorming door osteoblasten8. Daarom is het verlies aan BMD zeer duidelijk, vooral in de 3-5 jaar na de laatste menstruatie 9, met een verliespercentage van 2% per jaar 10. Parallel aan deze afname van de BMD is het gebruikelijk om een ​​afname van de spiermassa en -kracht te constateren, waarschijnlijk als gevolg van de afname tijdens de menopauze van bepaalde voorlopers (bijvoorbeeld insuline-achtige groeifactor type 1, -IGF-1-) 11. Het is belangrijk op te merken dat de botsterkte niet alleen wordt bepaald door de botmassa, maar ook door de grootte, vorm, structuur of eigenschappen van collageen 12. Omdat densitometrie (DEXA) alleen de botmassa vastlegt, is er een groeiende belangstelling voor het gebruik van andere driedimensionale beeldvormingsmodaliteiten, zoals kwantitatieve computertomografie (QCT) om de botsterkte te beoordelen. QCT kan helpen onderscheid te maken tussen de corticale en trabeculaire compartimenten van bot en hun relatieve bijdrage aan de botsterkte in vivo. Op vergelijkbare wijze zijn er verschillende biomarkers geïdentificeerd om de dynamiek van botremodellering te detecteren 13,14. De National Bone Health Alliance en de American Association for Clinical Chemistry hebben gesuggereerd dat de meest algemeen aanvaarde biomarkers voor de evaluatie van interventies bij osteoporose het C-terminale telopeptide van collageen type 1 -CTX-1- (botresorptie) en het aminozuur zijn. terminaal propeptide van procollageen type 1 -P1NP- (botvorming) 13,14.

Er zijn bekende beïnvloedbare en niet-aanpasbare risicofactoren voor osteoporose. Niet-aanpasbare items zijn onder meer leeftijd, familiegeschiedenis van fragiliteitsfracturen, diabetes type 1, reumatoïde artritis of kankerbehandeling (bijvoorbeeld aromataseremmers of chemotherapie). In de eerste groep kunnen roken, overmatig alcoholgebruik, het gebruik van corticosteroïden, onvoldoende calcium of vitamine D, een lage body mass index (BMI), een sedentaire levensstijl15 of het gebrek aan fysieke activiteit, een van de belangrijkste risicofactoren zijn. worden opgenomen. Botverlies kan echter klinisch stil blijven. Uit een recent retrospectief gezondheidszorgonderzoek is gebleken dat 79,4% van de patiënten twaalf maanden vóór de fractuur geen diagnose of behandeling voor osteoporose had. Het verbaast dat minder dan de helft van de vrouwen met een hoog risico op fracturen wordt behandeld ondanks de hoge kosten van fracturen en de beschikbaarheid van betaalbare medicijnen. osteoporose omdat veel vrouwen niet de aanbevolen diagnostische onderzoeken ondergaan of het risico op osteoporose bij aanvang niet inschatten 15.

Preventie moet de prioriteit zijn bij het nastreven van de vermindering van de last veroorzaakt door osteoporose16. Naast preventie moet ook de optimalisatie van het management, van eerste hulp tot rehabilitatie, goed worden overwogen om de overtollige kosten te verminderen. De aanpak bij deze bevolkingsgroep is veelal multimodaal en omvat zowel farmacologische als niet-farmacologische interventies. In Europa zijn de meest gebruikte geneesmiddelen voor osteoporose bisfosfonaten, raloxifene, parathyroïdhormoongeneesmiddelen en denosumab 17. Het wijdverbreide en langdurige gebruik van deze medicijnen is echter beperkt vanwege mogelijke bijwerkingen 18. Daarom zouden voeding en lichaamsbeweging, samen met andere omgevings- en levensstijlfactoren, de belangrijkste niet-farmacologische strategieën vormen voor de behandeling van deze pathologie. Hoewel fysieke activiteit een beïnvloedbare factor is die bijdraagt ​​aan de verbetering van de botmassa en -kracht, is ons begrip van hoe we de dimensies van fysieke activiteit die osteogeen zijn (inclusief frequentie, intensiteit, tijd en type) kunnen kwantificeren, onvolledig. Er bestaat geen twijfel dat om een ​​osteogene respons te initiëren, het bot moet worden onderworpen aan een stimulus die een drempel overschrijdt die wordt bepaald door het gebruikelijke vervormingsbereik in de overheersende belastingsrichting19. Juist de mechanische belasting waaraan oefening (impact en spiercontractie) het bot onderwerpt (bijv. spanning, compressie, hydrostatische druk) kunnen de osteogene differentiatie van mesenchymale stamcellen bevorderen, waardoor de osteoblastische regulatie via verschillende mechanismen toeneemt 20. Om de effectiviteit te vergroten moet de oefening: (i) dynamisch zijn, niet statisch; (ii) het overschrijden van een intensiteitsdrempel; (iii) het overschrijden van een rekfrequentiedrempel; (iv) relatief kort maar met tussenpozen zijn; (v) het opleggen van een ongebruikelijk belastingspatroon op de botten; (vi) zorgen voor voldoende beschikbaarheid van calcium en vitamine D 21. De optimale belastingspatronen van bot die klinisch significante voordelen opleveren, zijn tot nu toe echter niet duidelijk gedefinieerd, omdat het in klinische omgevingen niet mogelijk is geweest om de trainingsintensiteit eenvoudig te kwantificeren in termen van botbelastingskrachten22. Q1

Recente richtlijnen voor de preventie en behandeling van osteoporose door middel van lichaamsbeweging suggereren interventies die langer dan 8 maanden duren en die hoge impact en krachttraining met hoge intensiteit combineren. Interventies waarbij snel lopen (bijvoorbeeld > 6 km/u) wordt gecombineerd met activiteiten die een relatief kort aantal schokken bevatten (bijvoorbeeld 10-50 sprongen per dag), bij intensiteiten die groter zijn dan 2-4 maal het lichaamsgewicht (~ 3,9 G ), minstens vier sessies per week en het gebruik van multiaxiale oefeningen om een ​​ongebruikelijke belasting van de heup te genereren, kunnen postmenopauzale vrouwen helpen leeftijdsgebonden botverlies te compenseren 23. Dit zouden effectieve strategieën zijn om de BMD te behouden bij postmenopauzale vrouwen met een niveau van bewijskracht 1a24. Er is echter geen bewijs voor de effectiviteit ervan bij het voorkomen van distale radiusfracturen in het tweede kwartaal en ook de uitval bij dit soort programma’s is hoog25 en ondanks het bewijsmateriaal zijn deelnemers vaak terughoudend om te gaan sporten, waarbij ze barrières aanhalen als een slechte gezondheid, gebrek aan tijd als gevolg van gezinsverantwoordelijkheden, gebrek aan gezelschap of aanmoediging, gebrek aan toegang tot adequate faciliteiten of kansen, of kosten. Patiënten met osteoporose melden vaak een gebrek aan tijd en transportbeperkingen als de belangrijkste obstakels die hun deelname aan begeleide trainingsprogramma’s zouden beperken26. Om deze redenen is gesuggereerd dat interventieproeven instellingen moeten gebruiken die gemakkelijk toegankelijk zijn voor deelnemers en flexibele trainingsschema's moeten bieden 25.

In de literatuur wordt gesuggereerd dat het bij interventies gericht op de gezondheid van de botten bij jongvolwassen vrouwen van cruciaal belang is om de waargenomen tijdseisen (bijvoorbeeld korte en flexibele intervallen) en omgevingsbarrières die verband houden met het gemak en de toegankelijkheid van fysieke activiteit te minimaliseren. . Om de therapietrouw bij deze bevolkingsgroep te vergroten, worden daarom regelmatig contact met het onderzoekspersoneel, personalisatie van de voortgang en adequate monitoring van de oefeningen (vermijd veiligheidsproblemen en gebrek aan vertrouwen) aanbevolen. In een recent onderzoek van onze groep werd bewijs gevonden dat aantoonde dat oefenprogramma's zonder toezicht effectief zouden kunnen zijn om de BMD bij volwassen vrouwen te verbeteren. Er waren echter slechts vijf onderzoeken beschikbaar bij postmenopauzale vrouwen en over het geheel genomen werd een aanzienlijk percentage uitval geregistreerd (meer dan 40%) als gevolg van de onwil om door te gaan en ziekte als een van de belangrijkste redenen. Daarom werd de noodzaak benadrukt om de doeltreffendheid van op afstand/ondersteunende technologieën voor het leveren en monitoren van oefeninterventies zonder toezicht te onderzoeken. De vraag die gesteld moet worden is: op welke manier kunnen al deze kwesties worden beheerd, waardoor de monitoring van het programma wordt vergemakkelijkt en de geschetste barrières worden opgelost?

Mobiele en digitale technologieën (mHealth) maken het mogelijk om het oefenprogramma voor de behandeling van osteoporose aan te vullen door informatie te verstrekken over de skeletmechanica tijdens voortbeweging23. Maar hoewel draagbare activiteitstrackers potentieel bieden als een veelzijdige interventie om mensen te helpen actiever te worden, heeft geen enkele studie het nut van deze draagbare apparaten bij postmenopauzale vrouwen of in de bovenste ledematen onderzocht Q3. Het belang van het bereiken van een minimale stimulatiedrempel om botaanpassingen te verkrijgen is gerechtvaardigd, aangezien onvoldoende belasting niet het gewenste effect zou hebben. Om deze reden is nauwkeurige kwantificering van de mechanische belasting waaraan het bewegingsapparaat wordt blootgesteld noodzakelijk, wat zou kunnen zijn bereikt met bepaalde biosensoren28. Interventies gebaseerd op dit soort technologie gericht op het voorkomen van osteoporose zijn echter zeer schaars29, ook al zijn de auteurs het eens over hun potentieel, niet alleen om de voordelen van de interventies te vergroten, maar vooral om de therapietrouw ervan te verbeteren.

Samenvattend wordt de wetenschappelijke gemeenschap geconfronteerd met een groep vrouwen met een hoog risico op osteoporose (potentiële incidentie van fragiliteitsfracturen), met de daaruit voortvloeiende incidentie voor hun functionaliteit en kwaliteit van leven enerzijds, en voor het gezondheidszorgsysteem. aan de andere kant. De strategieën voor het managen van deze groep suggereren de integratie van activiteiten die impact- en krachttraining vereisen; Directe meting van botspanningen vereist echter invasieve chirurgische procedures en indirecte meting van grondreactiekrachten is beperkt tot een vaste plaats en tijd, en is dus onuitvoerbaar bij klinische metingen op de lange termijn. Het beoordelen van de effecten van dit soort interventies zou kunnen helpen variabelen vast te leggen die, na een goede analyse (bijvoorbeeld machinaal leren), de besluitvorming vergemakkelijken en het gebruik van middelen in het gezondheidszorgsysteem verminderen. De vragen die daarom opkomen zijn: kunnen indirecte surrogaten van botverrekkingen, die nu gemakkelijk meetbaar zijn met een nieuw, op accelerometers gebaseerd meetapparaat, worden gebruikt? ¿Kunnen deze draagbare apparaten worden gebruikt om het effect van door inspanning geïnduceerde impactbelasting op de botmineraaldichtheid, geometrie en metabolisme bij postmenopauzale vrouwen te onderzoeken, met de bedoeling de intensiteit en hoeveelheid impactbelasting te beoordelen die nodig is om adaptieve effecten op polsniveau te verkrijgen? Uitgangshypothese: De levensstijlinterventie die de intensiteit van de impact controleert en oefeningen met draagbare apparaten zullen de botsamenstelling en -structuur, de fysieke fitheid en de kwaliteit van leven bij postmenopauzale vrouwen verbeteren. Door het effect te evalueren van een op botten gericht trainingsprogramma op risicofactoren buiten het skelet van osteoporotische fracturen en fysieke prestatiewetenschappers zal een technologisch slim cloudplatform kunnen ontwerpen met digitale technologieën (kunstmatige intelligentie, een mobiele applicatie en wearables beheerd in de cloud) die kunnen worden geïmplementeerd (na de juiste identificatie van de sleutelfactoren voor de overdracht van onderzoeksresultaten verkregen in de experimentele fase) naar het publieke sociaal-gezondheidsstelsel, dragen bij aan de preventie van osteoporose en broosheidsfracturen.

Procedures

Doelstelling 1 Deelnemers krijgen drie dagen de tijd om het meetprotocol af te ronden. Op de eerste dag gaan ze naar het ziekenhuis en vullen ze de sociodemografische en klinische informatie in. Zij krijgen dan de versnellingsmeter en alle in te vullen vragenlijsten thuisgestuurd. Daarnaast worden de deelnemers vanuit het ziekenhuiscentrum nog een dag opgeroepen voor de biochemische analyse, QCT en densitometrie. Op een tweede dag worden de deelnemers naar het universitair laboratorium gestuurd om de versnellingsmeters en vragenlijsten in te leveren, en zullen ze de fysieke fitheidstests afleggen. Ten slotte worden de deelnemers tijdens een derde bezoek aan het laboratorium vertrouwd gemaakt met het gebruik van de draagbare opname. Ten slotte krijgen alle deelnemers dagelijks een vitamine D-supplement van 600 IE/dag. Als de serumwaarden onvoldoende zijn, wordt dit gedurende 4 maanden geleverd: 1 injectieflacon van 25.000 IE per maand als <20 ng/ml, 1 injectieflacon van 25.000 IE om de 15 dagen als <15 ng/ml, 1 injectieflacon van 25.000 IE elke week als < 10 ng/ml. De calciuminname wordt berekend op basis van de driedaagse terugroepactie en aangevuld tot 1200 mg per dag.

Leefstijlinterventie

A. Programma om de fysieke activiteit en impact te vergroten Voor de interventie zal een biosensor -draagbaar apparaat- (Fitbit Versa) worden gebruikt. Het apparaat is gekoppeld aan een app (Weapom) waarmee gebruikers het aantal stappen (inclusief het aantal stappen per minuut), de impact en de intensiteit ervan kunnen kwantificeren. Gebruikers krijgen vanuit de applicatie feedback over de mate waarin de in het impactprogramma (EV) voorgestelde doelstellingen zijn behaald. Er wordt voorgesteld om 50 verticale en multidirectionele sprongen per dag te maken (mijlpaal 1. Het aantal sprongen > 3,9 G per dag wordt geregistreerd 28, verdeeld over 3-5 sets van 10-20 herhalingen met minimaal 1-2 minuten rust tussen de sets. Er wordt gebruik gemaakt van een frequentie tussen de 4 en 7 dagen per week. Op dezelfde manier wordt aanbevolen om 10.000 stappen per dag te zetten (mijlpaal 2. Het aantal dagelijkse stappen wordt geregistreerd) en, voor zover mogelijk, in een snel tempo (mijlpaal 3. Het aantal dagelijkse minuten wandelen op een tempo van meer dan 110 stappen/minuut zal worden geregistreerd, aangezien dit wordt beschouwd als de drempel van matige tot krachtige intensiteit in deze leeftijdscategorie van 40 jaar. Daarom zal volgens de nieuwe WHO-richtlijnen 41 over fysieke activiteit en sedentair gedrag worden gekwantificeerd of 150 minuten per week matige tot krachtige fysieke activiteit worden bereikt. Daarnaast, en om specifiek te focussen op de kracht van de radius, zullen 50 (3 tot 5 cm) vallen met de armen volledig gestrekt geregistreerd zijn. Tegelijkertijd ontvangen de deelnemers in beide groepen via de app calciumrijke recepten en beschikken ze over een rekenmachine om de inname van calcium en andere micronutriënten via de voeding te berekenen. Ze zullen ook informatie ontvangen over osteoporose en strategieën voor de preventie ervan (bijvoorbeeld advies over blootstelling aan de zon).

B. Controlegroep Deelnemers die willekeurig zijn toegewezen aan CON zullen algemeen advies krijgen van medisch personeel over de positieve effecten van fysieke activiteit en voedingsaspecten voor de preventie van osteoporose. Deelnemers in deze groep dragen het apparaat bij zich, maar hebben geen toegang tot de Muvone App.

Doelstelling 2 Na plaatsing van de versnellingsmeters voltooiden de deelnemers een gestandaardiseerd inspanningsprotocol tijdens een laboratoriumgebaseerde activiteitensessie. Het oefenprotocol bestond uit vijf tegenbewegingssprongen (CMJ) met een rust van 30 seconden tussen elke sprong. De spronghoogte werd gemeten met een fotocelsysteem (OptoGait, Microgate, Bolzano, Italië). De deelnemers voerden vervolgens vier loopbandactiviteiten uit (HP-Cosmos®, Traunstein, Duitsland), waarbij ze liepen/hardden met een snelheid van 4,8, 6,4, 9,7 en 12 km·u-1. De duur van elke loopbandsessie was 2 minuten met een rustpauze van 1 minuut tussen elke loopband. voorwaarde. Deelnemers stonden stil tijdens rustpauzes en voltooiden elk oefenprotocol in willekeurige volgorde. Om spatio-temporele loopparameters tijdens het protocol te evalueren, werd een op de vloer gebaseerd fotocelsysteem (OptoGait, Microgate, Bolzano, Italië) gebruikt. Ten slotte krijgen de deelnemers de opdracht om hun schenen op een zacht kussen te bevestigen en hun knieën te strekken om naar voren te leunen. Het dijbeen wordt op 30° ten opzichte van de horizontaal geplaatst. Deelnemers worden opgetild om een ​​juiste hoogte vanaf de grond te bereiken (3 cm of 5 cm tussen de handpalm en de krachtplaten). De proefpersonen krijgen de instructie om hun ellebogen volledig gestrekt te houden (d.w.z. uitgestrekte handen) en de armhoek wordt ingesteld op 15° ten opzichte van de verticaal. Elke deelnemer voltooit tien proeven, waarvan vijf proeven bij h=3 cm, 15 minuten rust en vijf experimenten bij h=5 cm.

Om de intensiteit en de hoeveelheid impactbelasting te beoordelen, worden de piekwaarden van de verticale versnelling geregistreerd met een op een accelerometer gebaseerde bewegingsmonitor van het menselijk lichaam (Fitbit). De monitor werd om een ​​pols gedragen, 2 cm boven de mediale epicondylus. Voor de individuele kwantificering van hun dagelijkse fysieke activiteit wordt aan alle deelnemers gevraagd om de monitor gedurende 36 weken gedurende alle wakkere uren te dragen. Het aantal dagelijkse acceleratiepieken zal worden geregistreerd op 33 acceleratieniveaus van 0,3 tot 9,9 g. Voor de analyse wordt het individuele dagelijkse gemiddelde aantal pieken op elk versnellingsniveau berekend. Het aantal op verschillende versnellingsniveaus zal worden geanalyseerd om de intensiteit van de oefening te beschrijven. Eerder werd de betrouwbaarheid van de op een accelerometer gebaseerde methode met behulp van een driedimensionaal prototype getest. In dit project zullen echter de impacts op polsniveau gemeten worden. De piekwaarden werden voornamelijk onmiddellijk na hielcontact bij verschillende activiteiten verkregen; bovendien zullen de piekversnellingswaarden worden vergeleken met de waarden die gelijktijdig worden verkregen met behulp van een standaard optisch bewegingsanalysesysteem. Bovendien zullen de versnellingswaarden ook worden vergeleken met de GRF gemeten met een krachtplaat (Kistler 9287A, Kistler Instrument, Zwitserland), waarbij de versnellingswaarden worden vermenigvuldigd met het lichaamsgewicht.

Doelstelling 3 Om de belangrijkste factoren te identificeren voor de overdracht van onderzoeksresultaten verkregen in de experimentele fase naar het publieke sociaal-gezondheidszorgsysteem, zullen de resultaten in drie bijeenkomsten worden besproken door een groep experts in het gezondheidszorgsysteem (bijvoorbeeld een districtsbestuur). directeur van centra voor eerstelijnszorg of een politicus uit de gezondheidssector van de Junta de Andalucía, twee directeuren van centra voor eerstelijnszorg, een deskundige op het gebied van gezondheidsbevordering, een verpleegkundige die patiënten met osteoporose verzorgt, enz.). Er zullen verschillende modellen worden ontworpen met behulp van biochemische, beeld-, klinische en fysieke conditiegegevens die medisch personeel begeleiden bij de meest relevante factoren die de respons op dit type behandeling bepalen. Uit de hele reeks variabelen die in de elektronische gezondheidszorgdossiers zijn opgenomen, zal een nieuw medisch model worden ontworpen dat alleen de geselecteerde variabelen met hoge impact bevat (subdataset), berekend met machine learning-functieselectietechnieken. De gezondheidswinst (QUALY's) en kosten worden bepaald en tevens wordt de kosteneffectiviteitsratio (ICUR) berekend.