Personlig modellering og simuleringer for differensialdiagnose av dynapeni: Studie på pasienter med slitasjegikt (ForceLoss II)

ForceLoss-studien har som mål å utvikle personaliserte modellerings- og simuleringsprosedyrer for å muliggjøre differensialdiagnosen for tap av muskelkraft, nemlig dynapeni. De primære årsakene til dynapeni kan identifiseres i en diffus eller selektiv sarkopeni, mangel på aktivering (inhibering) eller suboptimal motorisk kontroll. Hver av disse årsakene krever ulike intervensjoner, men en pålitelig differensialdiagnose er foreløpig umulig. Mens biomedisinske instrumenter og verktøy kan gi verdifull informasjon, overlates det ofte til den enkelte klinikers erfaring å integrere slik informasjon i et fullstendig diagnostisk bilde. En nøyaktig diagnose for dynapeni er viktig for en rekke patologier, inkludert nevrologiske sykdommer, aldersrelatert skrøpelighet, diabetes og ortopediske tilstander.

Hypotesen er at bruk av mekanistiske, fagspesifikke modeller (digitale tvillinger) for å simulere en maksimal isometrisk kneforlengelsesoppgave, informert av eksperimentelle tiltak, kan brukes for å utføre en robust differensialdiagnose for dynapeni.

I denne studien, på pasienter som er kandidater for kneartroplastikk, vil etterforskerne utvide (i) den eksperimentelle protokollen som tidligere er utviklet og testet på friske frivillige med et mål på ufrivillig muskelkontraksjon (overlappet nevromuskulær elektrisk stimulering, SNMES), en håndgrepstest, mål på bioimpedans og kliniske spørreskjemaer, og (ii) modellerings- og simuleringsrammeverket for å inkludere ett ekstra trinn (for å sjekke for muskelhemming).

Medisinsk avbildning, elektromyografi (EMG) og dynamometridata vil bli samlet inn og kombinert for å informere en digital tvilling om hver deltaker. Biomekaniske datasimuleringer av en oppgave med maksimal frivillig isometrisk kontraktion (MVIC) vil deretter bli utført. Ved å sammenligne modellenes estimater med in vivo dynamometrimålinger og EMG-data, vil etterforskerne teste en etter en de tre mulige årsakene til dynapeni, og gjennom en prosess med hypotesefalsifisering vil de ekskludere de som ikke forklarer det observerte tapet av muskelkraft.