Desenvolvimento de um dispositivo vestível para prevenção da osteoporose e redução do risco de fraturas em mulheres (Weapom)

ESTADO ATUAL E JUSTIFICAÇÃO DA PROPOSTA A osteoporose é um importante problema de saúde pública e caracteriza-se pela deterioração da microarquitetura do tecido ósseo e por uma baixa densidade mineral óssea (DMO) que leva à redução da resistência óssea e ao consequente aumento do risco de fraturas esqueléticas 1. Uma em cada três mulheres sofrerá uma fractura osteoporótica durante a sua vida 2. De facto, estima-se que mais de 200 milhões de pessoas sofrem de osteoporose e estes números estão a aumentar devido ao envelhecimento da população e à mudança nos estilos de vida 3. Um estudo recente uma revisão sistemática reuniu informações epidemiológicas sobre lesões musculoesqueléticas selecionadas e forneceu taxas de incidência agrupadas específicas de lesões. Os autores relataram que as fraturas mais comuns em toda a população adulta com base nas taxas de incidência agrupadas foram as fraturas do rádio distal (212 por 100.000 pessoas-ano)4. As fraturas do rádio distal são responsáveis ​​por uma em cada cinco lesões ósseas tanto na atenção primária quanto na secundária5. Segundo dados da Fundação Internacional de Osteoporose (IOF), em Espanha existiriam mais de 2,8 milhões de mulheres com mais de 50 anos com osteoporose, com mais de 330.000 fraturas por fragilidade por ano e as projeções sugerem que até 2030 estes números aumentarão 28,8%. 1. Consequentemente, existe um fardo económico significativo para o sistema de saúde para os pacientes que sofrem uma fratura relacionada com a osteoporose. Espera-se que os custos diretos da osteoporose, como medicamentos, terapias ocupacionais e consultas hospitalares e ambulatoriais, aumentem para 25 mil milhões de dólares até 2025, à medida que a população envelhece 6 anos. mais de 95 mil milhões de dólares em 2040 6. A osteoporose e os 4,3 milhões de fracturas por fragilidade que provoca custam aos sistemas de saúde da Europa mais de 56 mil milhões de euros por ano, com base em dados de 2019 7. Só no nosso país estima-se que o custo associado às faltas por doença por fracturas por fragilidade ascende a 355.000€ por ano. Apenas os custos diretos e indiretos associados a estas fraturas ultrapassariam os 4,2 mil milhões de euros, com um aumento previsto de 30,6% até 2030 1. Não nos deveria surpreender, portanto, que nas mulheres pós-menopáusicas os custos das fracturas osteoporóticas excedam os custos anuais do cancro da mama, do enfarte do miocárdio (EM) e do acidente vascular cerebral 6.

A perda do efeito protetor dos estrogênios na estrutura esquelética após a menopausa intensifica a diminuição da densidade óssea como resultado de um desequilíbrio repentino entre a formação óssea e a reabsorção óssea. Esta diminuição dos estrogénios (por exemplo, estradiol) leva a um aumento na taxa de remodelação óssea devido a um aumento no número de osteoblastos e osteoclastos; embora a remoção da matriz óssea mediada por osteoclastos seja muito maior do que a formação óssea de osteoblastos8. Portanto, a perda da DMO é muito evidente, principalmente nos 3-5 anos seguintes à última menstruação 9, numa taxa de perda de 2% ao ano 10. Paralelamente a esta diminuição da DMO, é comum encontrar uma diminuição da massa e força muscular, provavelmente derivada da diminuição durante a menopausa de certos precursores (por exemplo, fator de crescimento semelhante à insulina tipo 1, -IGF-1-) 11. É importante observar que a resistência óssea é determinada não apenas pela massa óssea, mas também pelo tamanho, forma, estrutura ou propriedades do colágeno 12. Como a densitometria (DEXA) capta apenas a massa óssea, há um interesse crescente no uso de outras modalidades de imagem tridimensional, como a tomografia computadorizada quantitativa (QCT) para avaliar a resistência óssea. A QCT pode ajudar a diferenciar entre os compartimentos corticais e trabeculares do osso e sua contribuição relativa para a resistência óssea in vivo. Da mesma forma, vários biomarcadores foram identificados para detectar a dinâmica da remodelação óssea 13,14. A National Bone Health Alliance e a American Association for Clinical Chemistry sugeriram que os biomarcadores mais amplamente aceitos para a avaliação de intervenções na osteoporose são o telopeptídeo C-terminal do colágeno tipo 1 -CTX-1- (reabsorção óssea) e o amino- propeptídeo terminal do procolágeno tipo 1 -P1NP- (formação óssea) 13,14.

Existem fatores de risco modificáveis ​​e não modificáveis ​​bem conhecidos para a osteoporose. Os itens não modificáveis ​​incluiriam idade, história familiar de fraturas por fragilidade, diabetes tipo 1, artrite reumatóide ou tratamento de câncer (por exemplo, inibidores de aromatase ou quimioterapia). No primeiro grupo, o tabagismo, o consumo excessivo de álcool, o uso de corticosteróides, a insuficiência de cálcio ou vitamina D, o baixo índice de massa corporal (IMC), o sedentarismo15 ou a falta de atividade física, que seriam outro dos principais fatores de risco, podem ser incluído. No entanto, a perda óssea pode permanecer clinicamente silenciosa. Um recente estudo retrospectivo de saúde descobriu que 79,4% dos pacientes não tinham diagnóstico ou tratamento a bordo para osteoporose 12 meses antes da fratura 6. É surpreendente que menos de metade das mulheres com alto risco de fractura sejam tratadas, apesar do elevado custo das fracturas e da disponibilidade de medicamentos acessíveis 2. Consequentemente, de acordo com a IOF, existe uma grande necessidade não satisfeita no que diz respeito à prevenção de doenças pós-menopáusicas. osteoporose porque muitas mulheres não são submetidas aos exames de diagnóstico recomendados ou não avaliam o risco inicial de osteoporose 15.

A prevenção deve ser a prioridade na busca pela redução da carga causada pela osteoporose16. Além da prevenção, a otimização da gestão, desde os primeiros socorros até à reabilitação, deve ser bem considerada para reduzir custos excessivos. A abordagem neste grupo populacional é geralmente multimodal e inclui intervenções farmacológicas e não farmacológicas. Na Europa, os medicamentos mais utilizados para a osteoporose são os bifosfonatos, o raloxifeno, os medicamentos paratormônio e o denosumabe 17. Contudo, o uso generalizado e a longo prazo destas drogas é limitado devido a possíveis efeitos colaterais 18. Portanto, a dieta e o exercício físico, juntamente com outros fatores ambientais e de estilo de vida, constituiriam as principais estratégias não farmacológicas para o manejo desta patologia 19. No entanto, embora a actividade física seja um factor modificável que contribui para a melhoria da massa e força óssea, a nossa compreensão de como quantificar as dimensões da actividade física que são osteogénicas (incluindo frequência, intensidade, tempo e tipo) está incompleta. Não há dúvida de que para iniciar uma resposta osteogênica, o osso deve ser submetido a um estímulo que exceda um limiar determinado pela faixa usual de deformação na direção de carga predominante19. Precisamente, o estresse mecânico ao qual o exercício (impactos e contração muscular) submete o osso (por ex. tensão, compressão, pressão hidrostática) podem promover a diferenciação osteogênica de células-tronco mesenquimais, aumentando a regulação osteoblástica através de diferentes mecanismos 20. Para aumentar a eficácia, o exercício deve: (i) ser dinâmico e não estático; (ii) exceder um limite de intensidade; (iii) exceder um limite de frequência de deformação; (iv) ser relativamente curto, mas intermitente; (v) impor um padrão de carga incomum aos ossos; (vi) incluir disponibilidade adequada de cálcio e vitamina D 21. No entanto, os padrões ideais de carga óssea que produzem benefícios clinicamente significativos não foram claramente definidos até o momento, uma vez que não foi possível quantificar facilmente a intensidade do exercício em termos de forças de carga óssea em ambientes clínicos22. 1º trimestre

Diretrizes recentes para a prevenção e manejo da osteoporose por meio do exercício físico sugerem intervenções que durem mais de 8 meses e que combinem altos impactos e treinamento de força de alta intensidade. Intervenções nas quais a caminhada rápida (por exemplo, > 6 km/h) é combinada com atividades que incorporam um número relativamente curto de impactos (por exemplo, 10-50 saltos por dia), em intensidades superiores a 2-4 vezes o peso corporal (~ 3,9 G ), pelo menos 4 sessões por semana e o uso de exercícios multiaxiais para gerar uma carga incomum no quadril, podem ajudar mulheres na pós-menopausa a compensar a perda óssea relacionada à idade 23. Estas seriam estratégias eficazes para preservar a DMO em mulheres na pós-menopausa com nível de evidência 1a24. No entanto, não há evidências da sua eficácia na prevenção de fraturas do rádio distal Q2 e também as taxas de abandono nestes tipos de programas são elevadas25 e, apesar das evidências, os participantes são muitas vezes relutantes em praticar exercício, citando barreiras como problemas de saúde, falta de tempo devido a responsabilidades familiares, falta de companheirismo ou incentivo, falta de acesso a instalações ou oportunidades adequadas, ou custo. Pacientes com osteoporose frequentemente relatam falta de tempo e limitações de transporte como as principais barreiras que limitariam sua participação em programas de treinamento supervisionados 26. Por estas razões, foi sugerido que os ensaios de intervenção devem utilizar ambientes que sejam facilmente acessíveis aos participantes e que proporcionem horários de exercício flexíveis 25.

Na literatura, sugere-se que nas intervenções voltadas à saúde óssea em mulheres adultas jovens, é crucial minimizar as demandas percebidas de tempo (por exemplo, intervalos curtos e flexíveis) e as barreiras ambientais relacionadas à conveniência e acessibilidade da atividade física 25 . Portanto, para aumentar a adesão neste grupo populacional, sugere-se contato regular com a equipe do estudo, personalização da progressão e monitoramento adequado do exercício (evitar preocupações de segurança e falta de confiança). Em um estudo recente do nosso grupo, foram encontradas evidências mostrando que programas de exercícios não supervisionados poderiam ser eficazes para melhorar a DMO em mulheres adultas. No entanto, apenas cinco estudos estavam disponíveis em mulheres na pós-menopausa e, no geral, registaram uma taxa de abandono substancial (acima de 40%) devido à falta de vontade de continuar e à doença entre as principais razões. Portanto, foi destacada a necessidade de investigar a eficácia das tecnologias remotas/assistivas para a realização e monitoramento de intervenções de exercícios não supervisionados. A questão que se deve colocar é: de que forma todas estas questões podem ser geridas, facilitando o acompanhamento do programa e resolvendo as barreiras delineadas?

As tecnologias móveis e digitais (mHealth) permitem complementar a programação de exercícios para o manejo da osteoporose, fornecendo informações sobre a mecânica esquelética durante a locomoção23. No entanto, e embora os rastreadores de atividade vestíveis ofereçam potencial como uma intervenção multifacetada para ajudar as pessoas a se tornarem mais ativas, nenhum estudo examinou a utilidade desses dispositivos vestíveis em mulheres na pós-menopausa nem nas extremidades superiores. Q3. A importância de atingir um limiar mínimo de estimulação para obter adaptações ósseas tem sido justificada, uma vez que cargas insuficientes não surtiriam o efeito desejado, por isso é necessária a quantificação precisa das cargas mecânicas às quais o sistema musculoesquelético está submetido, o que poderia ser alcançado com certos biossensores28. Contudo, as intervenções baseadas neste tipo de tecnologia destinadas à prevenção da osteoporose são muito escassas29, embora os autores concordem com o seu potencial, não apenas para aumentar os benefícios das intervenções, mas principalmente para melhorar a adesão às mesmas.

Em síntese, a comunidade científica depara-se com um grupo de mulheres com elevado risco de sofrer de osteoporose (potencial incidência de fractura por fragilidade), com a consequente incidência para a sua funcionalidade e qualidade de vida, por um lado, e para o sistema de saúde, por outro. As estratégias de manejo desse grupo sugerem a incorporação de atividades que exijam treinamento de impacto e força; entretanto, a medição direta das deformações ósseas requer procedimentos cirúrgicos invasivos e a medição indireta das forças de reação do solo é limitada a um local e tempo fixos, sendo, portanto, impraticável em medições clínicas de longo prazo. Avaliar os efeitos deste tipo de intervenção poderia ajudar a registar variáveis ​​que, após análise adequada (por exemplo, aprendizagem automática), facilitam a tomada de decisões e reduzem a utilização de recursos no sistema de saúde. Portanto, as questões que surgem são: ¿pode ser usado um substituto indireto de deformações ósseas que agora são facilmente mensuráveis ​​com um novo dispositivo de medição baseado em acelerômetro? Esses dispositivos vestíveis podem ser usados ​​para investigar o efeito da carga de impacto induzida pelo exercício na densidade mineral óssea, geometria e metabolismo em mulheres na pós-menopausa com a intenção de avaliar a intensidade e a quantidade de carga de impacto necessária para obter efeitos adaptativos no nível do pulso? Hipótese inicial: A intervenção no estilo de vida que controla a intensidade do impacto e os exercícios com dispositivos vestíveis melhorarão a composição e estrutura óssea, a aptidão física e a qualidade de vida em mulheres na pós-menopausa. Avaliando o efeito de um programa de treinamento físico direcionado aos ossos nos fatores de risco extraesqueléticos de fraturas osteoporóticas e no desempenho físico, o cientista será capaz de projetar uma plataforma tecnológica inteligente em nuvem com tecnologias digitais (inteligência artificial, um aplicativo móvel e vestível gerenciado em nuvem) que possam ser implementadas (após a devida identificação dos fatores-chave para a transferência dos resultados das pesquisas obtidas na fase experimental) ao sistema sócio-saúde público contribuem na prevenção da osteoporose e das fraturas por fragilidade.

Procedimentos

Objetivo 1 Os participantes terão três dias agendados para completar o protocolo de medição. No primeiro dia, eles comparecerão ao hospital e preencherão as informações sociodemográficas e clínicas. Eles receberão então o acelerômetro e todos os questionários para serem preenchidos em casa. Além disso, a partir do centro hospitalar, os participantes serão encaminhados mais um dia para análises bioquímicas, QCT e densitometria. No segundo dia, os participantes serão encaminhados ao laboratório da universidade para devolução dos acelerômetros e questionários, e farão os testes de aptidão física. Por fim, numa terceira visita ao laboratório, os participantes serão familiarizados com a utilização do wearable de gravação. Por fim, todos os participantes receberão um suplemento diário de vitamina D de 600 UI/dia. Se os níveis séricos forem deficientes, será fornecido por 4 meses: 1 frasco de 25.000 UI por mês se <20ng/ml, 1 frasco de 25.000 UI a cada 15 dias se <15ng/ml, 1 frasco de 25.000 UI por semana se < 10ng/ml. A ingestão de cálcio será calculada usando o recordatório de 3 dias e suplementada até 1200 mg por dia.

Intervenção no estilo de vida

A. Programa para aumentar a atividade física e impactos Para a intervenção será utilizado um biossensor -dispositivo vestível- (Fitbit Versa). O dispositivo está vinculado a um App (Weapom) que permitirá aos usuários quantificar o número de passos (incluindo a taxa de passos por minuto), os impactos e sua intensidade. Os usuários receberão feedback do aplicativo sobre o nível de cumprimento dos objetivos propostos no programa de impacto (VE). Será proposto atingir 50 saltos verticais e multidirecionais por dia (marco 1. O número de saltos> 3,9 G por dia será registrado 28, divididos entre 3-5 séries de 10-20 repetições com descanso mínimo de 1-2 minutos entre as séries. Será usada uma frequência entre 4-7 dias por semana. Da mesma forma, será recomendado atingir 10.000 passos por dia (marco 2. O número de passos diários será registrado) e, na medida do possível, em ritmo rápido (marco 3. O número de minutos diários de caminhada em será registrado um ritmo superior a 110 passos/minuto, por ser considerado o limiar de intensidade moderada-vigorosa nesta faixa etária 40. Portanto, de acordo com as novas diretrizes da OMS 41 sobre atividade física e comportamento sedentário, será quantificado se são alcançados 150 minutos por semana de atividade física moderada a vigorosa. Além disso, e para focar especificamente na força do raio, serão registradas 50 (3 a 5 cm) quedas com os braços totalmente esticados. Paralelamente, os participantes de ambos os grupos receberão receitas ricas em cálcio pelo App e contarão com uma calculadora para calcular a ingestão de cálcio e outros micronutrientes por meio da dieta. Também receberão informações sobre a osteoporose e estratégias para a sua prevenção (por exemplo, aconselhamento sobre exposição solar).

B. Os participantes do grupo controle designados aleatoriamente para o CON receberão aconselhamento geral da equipe médica sobre os efeitos positivos da atividade física e aspectos nutricionais para a prevenção da osteoporose. Os participantes deste grupo portarão o aparelho, mas não terão acesso ao App Muvone.

Objetivo 2 Após a colocação dos acelerômetros, os participantes completaram um protocolo de exercícios padronizado durante uma sessão de atividades em laboratório. O protocolo de exercícios consistiu em cinco saltos com contramovimento (CMJ) com intervalo de 30 segundos entre cada salto. A altura do salto foi medida com sistema de barreira luminosa (OptoGait, Microgate, Bolzano, Itália). Os participantes então realizaram quatro atividades em esteira (HP-Cosmos®, Traunstein, Alemanha), caminhada/corrida a 4,8, 6,4, 9,7 e 12 km·h-1. A duração de cada sessão na esteira foi de 2 minutos com 1 minuto de descanso entre cada sessão. doença. Os participantes permaneceram imóveis durante os intervalos de descanso e completaram todos os protocolos de exercícios em ordem aleatória. Para avaliar os parâmetros espaço-temporais da marcha durante o protocolo, foi utilizado um sistema de fotocélulas baseado no piso (OptoGait, Microgate, Bolzano, Itália). Por fim, os participantes serão instruídos a fixar as canelas em um travesseiro macio e estender os joelhos para inclinar-se para frente. A coxa ficará posicionada a 30º da horizontal. Os participantes serão elevados até atingirem uma altura adequada do solo (3 cm ou 5 cm entre a palma da mão e as plataformas de força). Os sujeitos serão instruídos a manter os cotovelos totalmente estendidos (ou seja, mãos estendidas) e o ângulo do braço será ajustado em 15° com a vertical. Cada participante completará dez tentativas, que envolveram cinco tentativas em h=3 cm, 15 minutos de descanso e cinco experimentos em h=5 cm.

Para avaliar a intensidade e quantidade de carga de impacto, os valores de pico de aceleração vertical serão registrados com um monitor de movimento do corpo humano baseado em acelerômetro (Fitbit). O monitor foi colocado no pulso 2 cm acima do epicôndilo medial. Para a quantificação individual de sua atividade física diária, todos os participantes serão solicitados a carregar o monitor durante todas as horas de vigília durante 36 semanas. O número de picos de aceleração diários será registrado em 33 níveis de aceleração de 0,3 a 9,9 g. O número médio diário individual de picos em cada nível de aceleração será calculado para a análise. O número em diferentes níveis de aceleração será analisado para descrever a intensidade do exercício. Anteriormente, foi testada a confiabilidade do método baseado em acelerômetro usando um protótipo tridimensional. Porém, neste projeto serão medidos os impactos ao nível do pulso. Os valores de pico foram obtidos predominantemente imediatamente após o contato do calcanhar em diferentes atividades; além disso, os valores de pico de aceleração serão comparados com os valores obtidos simultaneamente usando um sistema padrão de análise de movimento óptico. Além disso, os valores de aceleração também serão comparados com a FRS medida com plataforma de força (Kistler 9287A, Kistler Instrument, Suíça), com os valores de aceleração multiplicados pelo peso corporal.

Objectivo 3 A fim de identificar os factores-chave para a transferência dos resultados da investigação obtidos na fase experimental para o sistema sócio-sanitário público, os resultados serão discutidos em 3 reuniões por um grupo de especialistas do sistema de saúde (por exemplo, um distrito diretor de centros de cuidados primários ou um político da área da saúde da Junta de Andaluzia, dois diretores de centros de cuidados primários, um especialista em promoção da saúde, uma enfermeira no atendimento de pacientes com osteoporose, etc.). Serão desenhados diferentes modelos a partir de dados bioquímicos, de imagem, clínicos e de condição física que orientarão o pessoal médico sobre os fatores mais relevantes que determinam a resposta a este tipo de tratamento. De todo o conjunto de variáveis ​​incluídas nos registros eletrônicos de saúde, será projetado um novo modelo médico incluindo apenas as variáveis ​​​​selecionadas de alto impacto (subconjunto de dados) calculadas com técnicas de seleção de recursos de aprendizado de máquina. Serão determinados o ganho em saúde (QUALYs) e os custos, e também será calculada a relação custo-efetividade (ICUR).