Utvikling av en bærbar enhet for osteoporoseforebygging og bruddrisikoreduksjon hos kvinner (Weapom)

NÅVÆRENDE STATUS OG BEGRUNDELSE AV FORSLAGET Osteoporose er et viktig folkehelseproblem, og det kjennetegnes av forringelse av mikroarkitekturen til beinvev og en lav benmineraltetthet (BMD) som fører til en reduksjon i beinstyrke og den påfølgende økte risikoen for skjelettbrudd 1. En av tre kvinner vil lide av et osteoporotisk brudd i løpet av livet 2. Faktisk er det anslått at mer enn 200 millioner mennesker lider av osteoporose, og disse tallene øker på grunn av befolkningens aldring og endringen i livsstil 3. En nylig systematisk gjennomgang samlet epidemiologisk informasjon om utvalgte muskel- og skjelettskader og ga sammenslåtte skadespesifikke insidensrater. Forfattere rapporterte at de vanligste bruddene i hele den voksne befolkningen basert på de samlede insidensratene var frakturer med distale radius (212 per 100 000 personår)4. Distale radiusfrakturer står for én av fem beinskader i både primær- og sekundæromsorgen5. I følge data fra International Osteoporosis Foundation (IOF) vil det i Spania være mer enn 2,8 millioner kvinner over 50 år med osteoporose, med mer enn 330 000 skjørhetsfrakturer per år, og anslag antyder at innen 2030 vil disse tallene øke med 28,8 % 1. Følgelig er det en betydelig økonomisk belastning for helsevesenet for pasienter som opplever et osteoporose-relatert brudd. Direkte kostnader for osteoporose, som medisiner, ergoterapi og innleggelse og polikliniske besøk, forventes å øke til 25 milliarder dollar innen 2025 ettersom befolkningen eldes 6. Sammen med de indirekte kostnadene, som tap av produktivitet, forventes det å stige til mer enn 95 milliarder dollar i 2040 6. Osteoporose og de 4,3 millioner skjørhetsbruddene som det årsaker, koster helsevesenet i Europa over 56 milliarder euro hvert år basert på data for 2019 7. Bare i vårt land er det anslått at kostnadene forbundet med sykedager på grunn av skjøre brudd utgjør €355 000 hvert år. Bare de direkte og indirekte kostnadene forbundet med disse bruddene vil overstige 4,2 milliarder euro, med en anslått økning på 30,6 % innen 2030 1. Det burde derfor ikke overraske oss at hos postmenopausale kvinner overstiger kostnadene for osteoporotiske brudd de årlige kostnadene for brystkreft, hjerteinfarkt (MI) og hjerneslag 6.

Tapet av den beskyttende effekten av østrogener på skjelettstrukturen etter overgangsalderen forsterker reduksjonen i bentetthet som følge av en plutselig ubalanse mellom bendannelse og benresorpsjon. Denne reduksjonen i østrogener (f.eks. østradiol) fører til en økning i frekvensen av beinremodellering på grunn av en økning i antall osteoblaster og osteoklaster; selv om osteoklastmediert fjerning av benmatrise er mye større enn osteoblastbeindannelse8. Derfor er tapet av BMD veldig tydelig, spesielt i de 3-5 årene etter siste menstruasjon 9, i en tapsrate på 2 % per år 10. Parallelt med denne reduksjonen i BMD er det vanlig å finne en reduksjon i muskelmasse og styrke, sannsynligvis avledet fra reduksjonen i overgangsalderen av visse forløpere (f.eks. insulinlignende vekstfaktor type 1, -IGF-1-) 11. Det er viktig å merke seg at beinstyrken ikke bare bestemmes av benmassen, men også av størrelsen, formen, strukturen eller egenskapene til kollagen 12. Siden densitometri (DEXA) kun fanger opp benmasse, er det økende interesse for bruk av andre tredimensjonale bildemodaliteter, for eksempel kvantitativ computertomografi (QCT) for å vurdere beinstyrke. QCT kan bidra til å skille mellom de kortikale og trabekulære delene av bein og deres relative bidrag til beinstyrken in vivo. Tilsvarende har forskjellige biomarkører blitt identifisert for å oppdage dynamikken til beinremodellering 13,14. National Bone Health Alliance og American Association for Clinical Chemistry har antydet at de mest aksepterte biomarkørene for evaluering av intervensjoner i osteoporose er det C-terminale telopeptidet av kollagen type 1 -CTX-1- (benresorpsjon) og amino- terminalt propeptid av prokollagen type 1 -P1NP- (beindannelse) 13,14.

Det er velkjente modifiserbare og ikke-modifiserbare risikofaktorer for osteoporose. Ikke-modifiserbare elementer vil inkludere alder, familiehistorie med skjørhetsfrakturer, type 1 diabetes, revmatoid artritt eller kreftbehandling (f.eks. aromatasehemmere eller kjemoterapi). I den første gruppen kan røyking, overdreven alkoholforbruk, bruk av kortikosteroider, utilstrekkelig kalsium eller vitamin D, lav kroppsmasseindeks (BMI), stillesittende livsstil15 eller mangel på fysisk aktivitet, som kan være en annen av de viktigste risikofaktorene. inkluderes. Imidlertid kan bentap forbli klinisk stille. En nylig retrospektiv helseundersøkelse fant at 79,4 % av pasientene ikke hadde en diagnose eller behandling om bord for osteoporose 12 måneder før bruddet 6. Det overrasker at mindre enn halvparten av kvinnene med høy risiko for brudd blir behandlet til tross for de høye kostnadene ved brudd og tilgjengeligheten av rimelige medisiner 2. Følgelig er det ifølge IOF et stort udekket behov når det gjelder forebygging av postmenopausal osteoporose fordi mange kvinner ikke gjennomgår de anbefalte diagnostiske screeningene eller vurderer baseline osteoporoserisiko 15.

Forebygging bør prioriteres i arbeidet med å redusere belastningen forårsaket av osteoporose16. I tillegg til forebygging bør optimalisering av ledelsen, fra førstehjelp til rehabilitering, vurderes godt for å redusere merkostnader. Tilnærmingen i denne befolkningsgruppen er vanligvis multimodal og inkluderer både farmakologiske og ikke-farmakologiske intervensjoner. I Europa er de mest brukte legemidlene for osteoporose bisfosfonater, raloksifen, parathyroidhormonmedisiner og denosumab 17. Imidlertid er den utbredte og langvarige bruken av disse legemidlene begrenset på grunn av mulige bivirkninger 18. Derfor vil kosthold og fysisk trening, sammen med andre miljø- og livsstilsfaktorer, utgjøre de viktigste ikke-farmakologiske strategiene for håndtering av denne patologien 19. Men selv om fysisk aktivitet er en modifiserbar faktor som bidrar til forbedring av beinmasse og styrke, er vår forståelse av hvordan man kan kvantifisere dimensjonene av fysisk aktivitet som er osteogene (inkludert frekvens, intensitet, tid og type) ufullstendig. Det er ingen tvil om at for å initiere en osteogen respons, må beinet utsettes for en stimulus som overskrider en terskel som bestemmes av det vanlige området for deformasjon i den dominerende belastningsretningen19. Nettopp det mekaniske stresset som trening (påvirkning og muskelsammentrekning) utsetter beinet for (f.eks. spenning, kompresjon, hydrostatisk trykk) kan fremme osteogen differensiering av mesenkymale stamceller, øke osteoblastisk regulering gjennom forskjellige mekanismer 20. For å øke effektiviteten må øvelsen: (i) være dynamisk, ikke statisk; (ii) overskridelse av en intensitetsterskel; (iii) overskridelse av en tøyningsfrekvensterskel; (iv) være relativt kort, men intermitterende; (v) å påføre et uvanlig belastningsmønster på beinene; (vi) inkludere tilstrekkelig tilgjengelighet av kalsium og vitamin D 21. Imidlertid har de optimale belastningsmønstrene for bein som gir klinisk signifikante fordeler ikke vært klart definert til dags dato, siden det ikke har vært mulig å enkelt kvantifisere treningsintensiteten i form av beinbelastningskrefter i kliniske omgivelser22. Q1

Nyere retningslinjer for forebygging og behandling av osteoporose gjennom fysisk trening foreslår intervensjoner som varer lenger enn 8 måneder og som kombinerer høy effekt og høyintensiv styrketrening. Intervensjoner der rask gange (f.eks. > 6 km/t) kombineres med aktiviteter som inkluderer et relativt kort antall påvirkninger (f.eks. 10-50 hopp per dag), ved intensiteter over 2-4 ganger kroppsvekten (~ 3,9 G ), minst 4 økter i uken og bruk av multiaksiale øvelser for å generere en uvanlig belastning på hoften, kan hjelpe postmenopausale kvinner å kompensere for aldersrelatert bentap 23. Dette ville være effektive strategier for å bevare BMD hos postmenopausale kvinner med et bevisnivå 1a24. Det er imidlertid ingen bevis for effektiviteten i å forhindre distale radiusfrakturer Q2, og også frafallet i denne typen programmer er høy25, og til tross for bevis er deltakerne ofte motvillige til å trene, med henvisning til barrierer som dårlig helse, mangel på tid pga. familieansvar, mangel på samvær eller oppmuntring, mangel på tilgang til tilstrekkelige fasiliteter eller muligheter, eller kostnader. Pasienter med osteoporose rapporterer ofte mangel på tid og transportbegrensninger som de viktigste barrierene som vil begrense deres deltakelse i veiledede treningsprogrammer 26. Av disse grunnene har det blitt foreslått at intervensjonsforsøk bør bruke innstillinger som er lett tilgjengelige for deltakerne og gir fleksible treningsplaner 25.

I litteraturen antydes det at i intervensjoner rettet mot beinhelse hos unge voksne kvinner, er det avgjørende å minimere de opplevde kravene til tid (f.eks. korte og fleksible intervaller) og miljøbarrierer knyttet til bekvemmeligheten og tilgjengeligheten av fysisk aktivitet 25 . For å øke tilslutningen i denne befolkningsgruppen, foreslås det regelmessig kontakt med studiepersonell, personalisering av progresjon og adekvat treningsovervåking (unngå sikkerhetsbekymringer og mangel på selvtillit). I en fersk studie fra vår gruppe ble det funnet bevis som viser at ikke-overvåket treningsprogrammer kan være effektive for å forbedre BMD hos voksne kvinner. Imidlertid var bare fem studier tilgjengelige hos postmenopausale kvinner og registrerte totalt sett et betydelig frafall (over 40 %) på grunn av manglende vilje til å fortsette og sykdom blant hovedårsakene. Derfor ble nødvendigheten av å undersøke effektiviteten av fjern-/hjelpeteknologier for å levere og overvåke ikke-overvåkede treningsintervensjoner fremhevet. Spørsmålet som bør stilles er, på hvilken måte alle disse problemene kan håndteres, forenkle overvåkingen av programmet og løse de skisserte barrierene?

Mobile og digitale teknologier (mHealth) gjør det mulig å komplementere treningsprogrammering for behandling av osteoporose ved å gi informasjon om skjelettmekanikk under bevegelse23. Imidlertid, og selv om bærbare aktivitetsmålere tilbyr potensiale som en mangefasettert intervensjon for å hjelpe folk til å bli mer aktive, har ingen studie undersøkt nytten av disse bærbare enhetene hos postmenopausale kvinner eller i de øvre ekstremiteter Q3. Betydningen av å nå en minimumsterskel for stimulering for å oppnå bentilpasninger har vært begrunnet, siden utilstrekkelig belastning ikke ville ha ønsket effekt, av denne grunn er det nødvendig med nøyaktig kvantifisering av de mekaniske belastningene som muskel- og skjelettsystemet utsettes for, hva kan være oppnås med visse biosensorer28. Intervensjoner basert på denne typen teknologi rettet mot å forebygge osteoporose er imidlertid svært sjeldne29, selv om forfatterne er enige om deres potensial, ikke bare for å øke fordelene med intervensjonene, men hovedsakelig for å forbedre etterlevelsen av dem.

Oppsummert står det vitenskapelige miljøet overfor en gruppe kvinner med høy risiko for å lide av osteoporose (potensiell forekomst av skjørhetsbrudd), med påfølgende forekomst for deres funksjonalitet og livskvalitet, på den ene siden, og for helsesystemet, på den andre. Strategiene for å administrere denne gruppen foreslår inkorporering av aktiviteter som krever effekt- og styrketrening; direkte måling av beinbelastninger krever imidlertid invasive kirurgiske prosedyrer, og indirekte måling av bakkereaksjonskrefter er begrenset til et bestemt sted og tidspunkt, og er derfor upraktisk i langsiktige kliniske målinger. Å vurdere effekten av denne typen intervensjon kan bidra til å registrere variabler som, etter riktig analyse (f.eks. maskinlæring), letter beslutningstaking og reduserer ressursbruken i helsesystemet. Derfor er spørsmålene som dukker opp: ¿kan indirekte surrogat av beinbelastninger som nå er lett målbare med en ny akselerometerbasert måleenhet brukes? ¿Kan disse bærbare enhetene brukes til å undersøke effekten av treningsindusert slagbelastning på beinmineraltetthet, geometri og metabolisme hos kvinner i overgangsalderen med den hensikt å vurdere intensiteten og mengden av slagbelastningen som kreves for å oppnå adaptive effekter på håndleddsnivå? Utgangshypotesen: Livsstilsintervensjonen som kontrollerer intensiteten av påvirkning og øvelser med bærbare enheter vil forbedre beinsammensetning og struktur, fysisk form og livskvalitet hos postmenopausale kvinner. Evaluering av effekten av et bein-målrettet treningsprogram på ekstra-skjelettrisikofaktorer for osteoporotiske frakturer og fysisk ytelse vil forskere kunne designe en teknologisk smart skyplattform med digitale teknologier (kunstig intelligens, en mobilbasert applikasjon og wearable administrert i skyen) som kan implementeres (etter riktig identifisering av nøkkelfaktorer for overføring av forskningsresultater oppnådd i den eksperimentelle fasen) til publikum Sosio-helsesystemet bidrar til å forebygge osteoporose og skrøpelighetsfrakturer.

Prosedyrer

Mål 1-deltakere vil bli satt i tre dager for å fullføre måleprotokollen. Den første dagen vil de gå på sykehuset og fullføre sosiodemografisk og klinisk informasjon. De vil da motta akselerometeret og alle spørreskjemaene som skal fylles ut hjemme. I tillegg vil deltakerne fra sykehussenteret bli sitert en annen dag for biokjemisk analyse, QCT og densitometri. På en andre dag vil deltakerne bli sitert til universitetslaboratoriet for å returnere akselerometrene og spørreskjemaene, og de vil ta de fysiske kondisjonstestene. Til slutt, i et tredje besøk på laboratoriet, vil deltakerne bli kjent med bruken av opptaksutstyret. Til slutt vil alle deltakerne få et daglig vitamin D-tilskudd på 600 IE/dag. Hvis serumnivået er mangelfullt, vil det leveres i 4 måneder: 1 hetteglass med 25 000 IE per måned hvis <20ng/ml, 1 hetteglass med 25000 IE hver 15. dag hvis <15ng/ml, 1 hetteglass med 25 000 IE hver uke hvis < 10 ng/ml. Kalsiuminntak vil bli beregnet ved hjelp av 3-dagers tilbakekalling og supplert med opptil 1200 mg per dag.

Livsstilsintervensjon

A. Program for å øke fysisk aktivitet og påvirkning For intervensjonen vil en biosensor -bærbar enhet- (Fitbit Versa) bli brukt. Enheten er koblet til en app (Weapom) som lar brukere kvantifisere antall trinn (inkludert hastigheten på trinn per minutt), påvirkningene og intensiteten deres. Brukerne vil få tilbakemelding fra søknaden om graden av oppnåelse av målene foreslått i effektprogrammet (EV). Det vil bli foreslått å oppnå 50 vertikale og flerretningshopp per dag (milepæl 1. Antall hopp > 3,9 G per dag vil bli registrert 28, fordelt på 3-5 sett med 10-20 repetisjoner med minimum 1-2 minutters hvile mellom settene. En frekvens mellom 4-7 dager per uke vil bli brukt. På samme måte vil det bli anbefalt å nå 10 000 skritt per dag (milepæl 2. Antall daglige skritt vil bli registrert) og så langt det er mulig i raskt tempo (milepæl 3. Antall daglige minutters gange kl. et tempo over 110 skritt/minutt vil bli registrert, da dette regnes som terskelen for moderat-kraftig intensitet i denne aldersgruppen 40. Derfor vil det, i henhold til de nye WHO-retningslinjene 41 om fysisk aktivitet og stillesittende atferd, kvantifiseres om det oppnås 150 minutter i uken med moderat kraftig fysisk aktivitet. I tillegg, og for å spesifikt fokusere på radiusstyrke, vil 50 (3 til 5 cm) fall med armene helt rette bli registrert. Parallelt vil deltakerne i begge gruppene få oppskrifter rike på kalsium gjennom Appen og vil ha en kalkulator for å beregne inntaket av kalsium og andre mikronæringsstoffer gjennom kosten. De vil også motta informasjon om osteoporose og strategier for forebygging av den (f.eks. råd om soleksponering).

B. Kontrollgruppe Deltakere tilfeldig tildelt CON vil motta generelle råd fra medisinsk personell om de positive effektene av fysisk aktivitet og ernæringsaspekter for forebygging av osteoporose. Deltakere i denne gruppen vil bære enheten, men vil ikke ha tilgang til Muvone-appen.

Mål 2 Ved plassering av akselerometrene fullførte deltakerne en standardisert treningsprotokoll under en laboratoriebasert aktivitetsøkt. Treningsprotokollen besto av fem motbevegelseshopp (CMJ) med 30 s hvile mellom hvert hopp. Hopphøyden ble målt med et lysbarrieresystem (OptoGait, Microgate, Bolzano, Italia). Deltakerne utførte deretter fire tredemølleaktiviteter (HP-Cosmos®, Traunstein, Tyskland), gå/løpe på 4,8, 6,4, 9,7 og 12 km·t-1. Varigheten av hver tredemøllekamp var 2 minutter med 1 min hvile mellom hver betingelse. Deltakerne sto stille under hvileintervaller og fullførte hver treningsprotokoll i en randomisert rekkefølge. For å evaluere spatio-temporal gangparametere under protokollen, ble et gulvbasert fotocellesystem (OptoGait, Microgate, Bolzano, Italia) brukt. Til slutt vil deltakerne bli bedt om å feste leggen på en myk pute og strekke ut knærne for å lene seg fremover. Låret vil bli satt til 30º fra horisontalen. Deltakerne vil bli hevet for å nå en riktig høyde fra bakken (3 cm eller 5 cm mellom håndflaten og kraftplatene). Forsøkspersonene vil bli bedt om å holde albuene helt utstrakt (dvs. utstrakte hender) og armvinkelen settes til 15° mot vertikalen. Hver deltaker vil gjennomføre ti forsøk, som innebar fem forsøk ved h=3 cm, 15 minutters hvile og fem eksperimenter ved h=5 cm.

For å vurdere intensiteten og mengden av støtbelastning, vil toppverdiene for vertikal akselerasjon bli registrert med en akselerometerbasert menneskelig kroppsbevegelsesmonitor (Fitbit). Monitoren ble båret på et håndledd 2 cm over den mediale epikondylen. For individuell kvantifisering av deres daglige fysiske aktivitet, vil alle deltakere bli bedt om å bære monitoren i alle våkne timer i 36 uker. Antall daglige akselerasjonstopper vil bli registrert ved 33 akselerasjonsnivåer fra 0,3 til 9,9 g. Det individuelle daglige gjennomsnittlige antall topper på hvert akselerasjonsnivå vil bli beregnet for analysen. Tallet ved forskjellige akselerasjonsnivåer vil bli analysert for å beskrive treningsintensiteten. Tidligere ble påliteligheten til den akselerometerbaserte metoden ved bruk av en tredimensjonal prototype testet. I dette prosjektet vil imidlertid virkningene på håndleddsnivå bli målt. Toppverdiene ble overveiende oppnådd umiddelbart etter hælkontakt i forskjellige aktiviteter; videre vil toppakselerasjonsverdiene sammenlignes med verdiene oppnådd samtidig ved bruk av et standard optisk bevegelsesanalysesystem. Dessuten vil akselerasjonsverdiene også sammenlignes med GRF målt med en kraftplate (Kistler 9287A, Kistler Instrument, Sveits), med akselerasjonsverdiene multiplisert med kroppsvekt.

Mål 3 For å identifisere nøkkelfaktorene for overføring av forskningsresultater oppnådd i forsøksfasen til det offentlige sosio-helsesystemet, vil resultatene bli diskutert i 3 møter av en gruppe eksperter i helsesystemet (f.eks. et distrikt) direktør for primæromsorgssentre eller en politiker fra helseområdet Junta de Andalucía, to direktører for primæromsorgssentre, en ekspert på helsefremmende arbeid, en sykepleier i omsorg for pasienter med osteoporose osv.). Ulike modeller vil bli utformet ved å bruke biokjemiske, bilde-, kliniske og fysiske tilstandsdata som veileder medisinsk personell om de mest relevante faktorene som bestemmer responsen på denne typen behandling. Ut av hele settet med variabler som er inkludert i de elektroniske helsejournalene, vil en ny medisinsk modell som bare inkluderer de utvalgte høyeffektvariablene (underdatasettet) beregnet med teknikker for valg av maskinlæringsfunksjoner, bli designet. Helsegevinsten (QUALYs) og kostnadene vil bli bestemt, og kostnadseffektivitetsforholdet (ICUR) vil også bli beregnet.