Exposição Ocupacional a Vibração de Corpo Inteiro em Veteranos Militares dos EUA: Contribuições Agudas e Crónicas para Distúrbios Musculoesqueléticos e Dor na Área da Coluna Vertebral

As perturbações musculoesqueléticas (MSK) e a dor relacionada com a coluna vertebral são grandes preocupações de saúde entre os veteranos. A dor lombar é a condição de dor crónica mais comum entre os Veteranos, contribuindo significativamente para a utilização dos cuidados de saúde e para o aumento dos custos de tratamento dentro da Administração de Saúde dos Veteranos (VHA). Como as despesas com cuidados comunitários da VHA mais do que duplicaram entre 2017 e 2021, a crescente procura de serviços para a dor crónica sublinha a necessidade de uma melhor compreensão dos mecanismos que contribuem para a degeneração da coluna vertebral nesta população. Existem evidências de que a exposição ocupacional à vibração de corpo inteiro (WBV) está associada a um risco aumentado de uma série de resultados negativos para a saúde, incluindo dor MSK nas costas e no pescoço. No entanto, apesar de uma extensa investigação sobre a etiologia da dor lombar e a degeneração do disco, persistem grandes lacunas em torno da deteção precoce da degeneração da placa terminal e do impacto da exposição aguda ou crónica à WBV na saúde do disco intervertebral (IVD).

A natureza ubíqua da dor lombar no público em geral, mas especialmente nos veteranos, mostra que existe uma forte necessidade médica de uma melhor compreensão da biomecânica da saúde da coluna vertebral. Este estudo pode ajudar a prática clínica identificando biomarcadores de deteção precoce com técnicas de ressonância magnética (RM) não invasivas e investigando a hidratação como um mecanismo de proteção.

O problema da dor lombar e da saúde da coluna vertebral é especialmente relevante nos veteranos porque, embora os membros do serviço sejam geralmente mais saudáveis do que o adulto típico dos EUA de idade semelhante no momento em que ingressam no serviço (devido aos rigorosos requisitos de rastreio físico e mental para ingressar nas forças armadas, aos padrões contínuos de aptidão física e ao acesso a cuidados de saúde abrangentes), a investigação mostrou que os Veteranos têm uma qualidade de vida geral relacionada com a saúde mais pobre do que os não-veteranos e uma alta prevalência de condições relacionadas com dor nas costas. Os veteranos foram frequentemente expostos à WBV durante a sua carreira militar enquanto estavam em veículos blindados ou pesados ou em aeronaves. Muitos veteranos também continuam a ser expostos à WBV nas suas carreiras pós-militares, com 28,5% a trabalhar em recursos naturais, construção e manutenção ou produção, transporte e movimentação de materiais. Estes empregos e muitos outros podem expor os trabalhadores à WBV ao operar veículos (camiões, construção e maquinaria pesada), ou ao operar ferramentas onde a amplitude de vibração é suficientemente grande para se transmitir ao corpo. Estas exposições à WBV durante a sua carreira militar e pós-militar acarretam um risco aumentado de resultados negativos para a saúde, incluindo dor MSK nas costas e no pescoço.

Embora saibamos que muitos veteranos são expostos a estas condições e que estas estão associadas a um risco aumentado de dor MSK, compreender a biomecânica ajudará a entender como prevenir e tratar essas lesões de longo prazo ou crónicas. Estas são lacunas de conhecimento que identificámos em relação à saúde do disco intervertebral e à exposição à WBV:

1. A dinâmica de fluidos do disco específica do segmento e da região sob WBV é pouco compreendida.

   Embora os padrões de migração diurna de fluidos do disco tenham sido documentados, o impacto da WBV aguda ou crónica na distribuição de fluidos do núcleo pulposo e do anel fibroso, especialmente ao longo dos níveis lombares, permanece desconhecido.

2. A degeneração precoce da placa terminal não pode atualmente ser detetada de forma não invasiva. As alterações da medula óssea de Modic observáveis com RM carecem de sensibilidade e refletem patologia em estágio tardio. Nenhum método de imagem clínica identifica de forma fiável alterações degenerativas precoces das placas terminais cartilaginosas ou ósseas.

3. A relação entre a saúde da placa terminal e o transporte de fluidos do disco sob exposição à WBV não é clara.

   A degeneração da placa terminal provavelmente perturba a troca regional de fluidos e pode conduzir a uma suscetibilidade dependente do segmento a lesões do disco induzidas pela WBV.

4. Nenhum estudo anterior integrou técnicas avançadas de RM quantitativa para avaliar a perfusão da placa terminal, o movimento de fluidos do disco e a resposta à WBV.

Embora a RM dinâmica com contraste possa medir a perfusão da placa terminal, preocupações com a retenção de gadolínio limitam o seu uso. Alternativas sem contraste, como o arterial spin labeling (ASL), não foram aplicadas à avaliação da placa terminal.

Este estudo abordará essas lacunas combinando RM multi-paramétrica e grupos selecionados para exposição ocupacional aguda e longitudinal à WBV para avaliar o transporte de fluidos do IVD e a saúde da placa terminal. Ao abordar estas lacunas, este estudo avançará na compreensão dos impactos biomecânicos e fisiológicos da WBV na saúde da coluna vertebral.

Pretendemos compreender a ligação entre a exposição à WBV e a saúde da coluna vertebral comparando grupos de veteranos com histórico ou exposição contínua à WBV e usando técnicas avançadas de RM para estudar a saúde do disco intervertebral (IVD) e da placa terminal vertebral. Também pretendemos estudar as alterações agudas na biologia do IVD e da placa terminal vertebral antes e depois da exposição à WBV e se o estado de hidratação individual influencia a dinâmica da água no IVD.

Os objetivos específicos são:

Objetivo 1: Determinar o impacto da WBV aguda e longitudinal na saúde da placa terminal da coluna lombar.

Objetivo 2: Determinar como a distribuição e o transporte segmentar lombar e regional de fluidos do IVD são afetados agudamente pela WBV e determinar se existem correlações com a saúde da placa terminal.

Objetivo 3: Determinar se o estado de hidratação individual influencia a dinâmica da água no IVD após exposição vibracional aguda.

Hipotetizamos o seguinte

Hipótese 1 do Objetivo Específico 1: A RM multi-paramétrica revelará que Veteranos com exposição prévia à WBV militar têm mais marcadores degenerativos da placa terminal quando comparados com Veteranos sem exposição ocupacional à WBV.

Hipótese 2: A RM multi-paramétrica em Veteranos com exposição ocupacional atual à WBV, mas sem exposição prévia à WBV militar, terá uma expressão mais precoce de marcadores degenerativos da placa terminal quando comparados com Veteranos sem exposição à WBV.

Hipótese 3: A taxa de mudança para os marcadores degenerativos da placa terminal ao longo dos quatro anos de duração do estudo será maior para Veteranos com exposição ocupacional atual à WBV do que para Veteranos que tiveram exposição ocupacional militar prévia à WBV.

Hipótese 1 do Objetivo Específico 2: Veteranos que experienciam rotineiramente WBV ocupacional exibirão menos distribuição regional de fluidos do IVD antes e depois da WBV experimental, enquanto aqueles sem WBV diária terão maiores alterações na distribuição regional de fluidos do IVD após a WBV experimental, com a água a mover-se do NP para o AF ou para fora do disco.

Hipótese 2: Veteranos que experienciam rotineiramente WBV ocupacional exibirão uma diminuição cranial para caudal no transporte de água, bem como uma diminuição na distribuição basal de água.

Hipótese 3: A saúde degenerativa da placa terminal estará correlacionada com a diminuição da distribuição e transporte de água na coluna lombar.

Hipótese 1 do Objetivo Específico 3: Os participantes num estado de baixa hidratação exibirão uma redução maior no conteúdo de água do disco intervertebral (IVD) e métricas de transporte de fluidos alteradas após 30 minutos de vibração sentada controlada do que os participantes num estado de hidratação normal/alta.

Esta investigação é relevante para o VA devido a aproximadamente 50% dos veteranos experienciarem dor crónica, sendo a dor lombar o tipo mais comum de dor crónica. Esta é uma das razões mais comuns para procurar cuidados dentro da VHA e isto cria um fardo financeiro significativo na Administração de Saúde dos Veteranos. Há também dados que mostram que, apesar de os membros do serviço serem geralmente mais saudáveis do que o adulto típico dos EUA ao ingressar no serviço, há uma alta incidência de dor lombar entre os membros do serviço e que os veteranos têm uma qualidade de vida geral relacionada com a saúde mais pobre do que os não-veteranos. A exposição ocupacional à vibração está associada a um risco aumentado de uma série de resultados negativos para a saúde, incluindo dor MSK nas costas e no pescoço.

Desenho do Estudo:

Este estudo investigará os efeitos agudos e crónicos da vibração de corpo inteiro ocupacional na saúde das placas terminais da coluna lombar e dos discos intervertebrais, estudando Veteranos que tiveram exposição ocupacional à WBV na sua ocupação militar e Veteranos com ocupações civis atuais que envolvem WBV. O cronograma aproximado do estudo, conforme delineado na proposta de subsídio, é mostrado abaixo. As características da placa terminal da coluna lombar e a perfusão e hidratação do disco intervertebral em ambos os grupos de estudo serão comparadas com controlos Veteranos emparelhados por idade e sexo sem histórico de WBV ocupacional. A população de voluntários será escolhida para representar a distribuição étnica e sexual da população de pacientes do Centro Médico de Assuntos dos Veteranos Zablocki (ZVAMC). As ocupações atuais e militares serão selecionadas para maximizar a consistência nas características da WBV. Por exemplo, a população de pacientes do ZVAMC inclui tanto condutores de camiões como operadores de equipamento pesado. No entanto, dado que as características da WBV (por exemplo, frequência e magnitude da vibração) entre essas ocupações são diferentes, o que provavelmente terá efeitos agudos e crónicos diferentes na coluna vertebral, a preferência na população de investigação será dada para maximizar a consistência no ambiente de WBV em toda a população de sujeitos de investigação. Seguiremos um procedimento semelhante para escolher Veteranos com WBV ocupacional militar. Ocupações exclusivas das forças armadas, como tripulação aérea de helicópteros, terão prioridade, embora outras ocupações, como condutores de camiões, etc., sejam visadas se não formos capazes de inscrever Veteranos com ocupação militar prévia em helicóptero em número suficiente. O questionário inicial também incluirá o Índice de Incapacidade de Oswestry (ODI), que fornecerá informações sobre o impacto da dor lombar nas atividades diárias e função de cada sujeito potencial. O ODI também será usado na seleção de sujeitos para o braço de RM do estudo para garantir uma amostra consistente. Todos os Veteranos interessados serão consentidos e inscritos no estudo antes da entrevista de pré-triagem e os Veteranos que se enquadrarem nos grupos selecionados para o estudo de RM receberão um convite separado para participar nesse braço do estudo. Os cinco grupos de Veteranos que serão necessários para completar este estudo são descritos abaixo.

• Grupo WBV Atual (Grupo 1) consistirá de Veteranos sem histórico de exposição ocupacional à WBV em serviço ativo, mas com exposição ocupacional civil à WBV como Veterano. Estes indivíduos terão menos de 45 anos e menos de 5 anos de exposição ocupacional civil à WBV. Este grupo demonstrará os efeitos da exposição ocupacional civil à WBV na degeneração da placa terminal, na dinâmica de fluidos do IVD e nas métricas de degeneração estrutural da coluna. Três exames de RM multi-paramétrica obtidos ao longo deste protocolo de quatro anos (objetivo 1) permitirão o rastreio da saúde da placa terminal e a identificação de mudanças progressivas nas características estruturais da coluna, como o ângulo de Cobb lombar, dimensões do disco/foraminal, degeneração da placa terminal e perfusão e hidratação do disco intervertebral. Estas mudanças serão correlacionadas com registos de WBV mantidos por cada sujeito inscrito que fornecerão estimativas semanais do tipo e duração da exposição ocupacional ao longo da duração do estudo. Um protocolo experimental de WBV aguda (objetivo 2) delineará a resposta aguda das placas terminais da coluna lombar e dos discos intervertebrais à WBV. Este protocolo consistirá num exame de RM de base em posição vertical de manhã, 30 minutos de WBV experimental e um segundo exame de RM pós-WBV em posição vertical à tarde. Os sujeitos serão selecionados para participação no braço de RM do estudo para garantir consistência nas características da WBV ocupacional (por exemplo, operadores de equipamento pesado versus camionistas de longo curso) e duração da ocupação para reduzir a variabilidade na WBV ocupacional em curso que pode influenciar a saúde atual da coluna no momento da inscrição.
• Grupo WBV Militar (Grupo 2) consistirá de Veteranos com pelo menos 6 anos de exposição à WBV em serviço ativo (ex. operadores de equipamento pesado, pilotos de helicóptero, operadores de embarcações pequenas). Estes indivíduos terão menos de 45 anos e não terão exposição ocupacional civil à WBV. Este grupo realizará duas séries de exames de RM multi-paramétrica em decúbito dorsal no início e no final do estudo (objetivo 1) e o protocolo experimental de WBV aguda conforme descrito acima (objetivo 2). O nosso processo de pré-triagem permitir-nos-á selecionar um grupo de indivíduos que tiveram características semelhantes de WBV em serviço ativo em termos de tipo e duração da ocupação. Os sujeitos serão selecionados para participação no braço de RM do estudo para garantir consistência nas características da WBV Militar (por exemplo, pilotos de helicóptero versus condutores de barcos rápidos) e duração da ocupação militar para reduzir a variabilidade no histórico de WBV que pode influenciar a saúde atual da coluna no momento da inscrição.
• Grupo Sem WBV (Grupo Controlo) (Grupo 3) consistirá de Veteranos sem histórico de exposição ocupacional à WBV em serviço ativo ou civil. Estes indivíduos serão emparelhados por idade e sexo com os Grupos WBV Atual e WBV Militar e não experienciarão qualquer restrição de fluidos. Este grupo realizará os mesmos procedimentos que o Grupo WBV Atual, incluindo três exames de RM multi-paramétrica (objetivo 1) e uma exposição ao protocolo de WBV aguda (objetivo 2).
• Grupo Hidratado (Grupo 4). O Grupo Sem WBV dos objetivos 1 e 2 do estudo participará no objetivo 3, participando em exames de RM multi-paramétrica tanto num estado bem hidratado como num estado desidratado. Um registo de fluidos de 3 dias será mantido após o consentimento para fornecer uma linha de base de ingestão de fluidos. Nos 3 dias anteriores à sua chegada, será pedido aos participantes que consumam pelo menos 2,7 litros (11 chávenas) de fluidos por dia para participantes do sexo feminino, e pelo menos 3,7 litros (16 chávenas) para participantes do sexo masculino. O estado de hidratação será confirmado com medições de valores de gravidade específica da urina inferiores a 1,010. No dia anterior ao exame de RM multi-paramétrica, será pedido aos participantes que se abstenham de exercício rigoroso. Este grupo participará no protocolo de RM Hidratado durante o Ano 3 do estudo.
• Grupo Desidratado (Grupo 5). O Grupo Sem WBV dos objetivos 1 e 2 do estudo participará no objetivo 3, participando em exames de RM multi-paramétrica tanto num estado bem hidratado como num estado desidratado. Um registo de fluidos de 3 dias será mantido após o consentimento para fornecer uma linha de base de ingestão de fluidos. Nos 3 dias anteriores à sua chegada, será pedido aos participantes que consumam cerca de 1,3 litros (5,5 chávenas) de fluidos por dia para participantes do sexo feminino, e cerca de 1,8 litros (8 chávenas) para participantes do sexo masculino. O estado de hidratação será confirmado com medições de valores de gravidade específica da urina superiores a 1,020. No dia anterior ao exame de RM multi-paramétrica, será pedido aos participantes que se abstenham de exercício rigoroso. Este grupo participará no protocolo de RM Desidratado durante o Ano 4 do estudo.

Os Veteranos selecionados para o braço de RM do estudo serão informados desta decisão através de uma carta que descreverá o seu grupo de estudo, os procedimentos de RM nos quais serão convidados a participar, o seu número de sujeito específico do estudo e o seu estipêndio pela participação. Eles devem então concordar em participar assinando e devolvendo um formulário de consentimento incluído à equipa do estudo. Depois de concordarem em participar no braço de RM do estudo, um membro da equipa do estudo trabalhará com eles para agendar o(s) seu(s) exame(s) de RM no MCW Center for Imaging Research (exames em decúbito dorsal) ou no Upright MRI of Deerfield (exames em posição vertical), dependendo do seu grupo de estudo. Aos Veteranos serão então fornecidas informações sobre a data/hora do seu exame, quando chegar, localização das instalações e estacionamento (incluindo mapa), quanto tempo o exame levará, o que devem vestir e quaisquer restrições de fluidos, se necessário. Ser-lhes-á informado que um membro da equipa do estudo os encontrará no local do exame, antes do seu exame, e os guiará através do processo. Aos Veteranos também será informado que lhes foi dado um número de sujeito desidentificado específico do estudo para garantir a sua privacidade e que podem usar esse número para se identificarem ao membro da equipa do estudo e à instalação de RM à chegada.

Os Veteranos serão responsáveis pelo seu próprio transporte para a instalação de RM. À chegada, serão recebidos na instalação por um membro da equipa do estudo. O membro da equipa do estudo confirmará o seu número de sujeito específico do estudo, descreverá os procedimentos que ocorrerão, quanto tempo todo o processo levará e responderá a quaisquer perguntas que o Veterano possa ter. Será pedido aos Veteranos que cheguem à instalação de RM aproximadamente 30 minutos antes da hora do seu exame de RM. Se o Veterano não estiver a usar roupa apropriada para RM, será guiado para um vestiário onde pode mudar para roupas de cirurgia fornecidas pela instalação. Antes do exame, será pedido aos Veteranos que preencham um formulário de rastreio de RM que fará perguntas relevantes para RM sobre implantes e condições médicas. O formulário de rastreio de RM está incluído como parte desta submissão ao IRB.

Cada exame de RM durará no máximo 60 minutos. A participação no Objetivo 1 incluirá um total de três exames de RM; o primeiro exame de RM no Ano 1 do estudo, o segundo nos Anos 2 ou 3, e o terceiro no ano 4. A participação nos Objetivos 2 e 3 incluirá 2 exames de RM e um protocolo de vibração de corpo inteiro no mesmo dia. O protocolo de vibração de corpo inteiro consistirá no seguinte. A vibração de corpo inteiro aguda será entregue através de uma cadeira de costas baixas montada numa plataforma vibratória controlada. Os participantes experienciarão uma sessão de vibração vertical de 30 minutos a 5 Hz com uma amplitude pico a pico de 3 mm e uma aceleração de pico de 2 m/s2. Esta exposição foi usada anteriormente, determinada como segura para participantes, e mostrou ter um efeito mensurável nas mudanças diurnas de altura [Sullivan Spine 1990].

Amostras de urina serão recolhidas antes dos exames de RM para os grupos Hidratado e Desidratado no Objetivo 3. À chegada à instalação de RM, cada sujeito será fornecido com um recipiente de recolha de urina pelo membro da Equipa do Estudo, que descreverá o método de "colheita limpa" para recolha. Esse método envolve começar a urinar, parar, recolher urina a meio do fluxo no recipiente, depois terminar a micção na sanita. O sujeito então devolverá o recipiente ao membro da Equipa do Estudo, que o colocará num recipiente refrigerado. Após o exame de RM, o membro da Equipa do Estudo devolverá o mesmo aos nossos laboratórios no ZVAMC e analisará a gravidade específica da amostra usando um refratómetro.

O Recrutamento para o Objetivo 1 tem um total de 3 grupos experimentais (WBV Atual, WBV Militar e Sem WBV) e três RMs por sujeito. São necessários 39 sujeitos (13 por grupo), que realizarão um total de 117 RMs em decúbito dorsal.

O Objetivo 2 tem um total de 3 grupos experimentais (WBV Atual, WBV Militar e Sem WBV) e duas RMs em posição vertical por sujeito. São necessários 39 sujeitos (13 por grupo), para um total de 78 RMs em posição vertical. No entanto, sentimos que o tamanho do efeito para esta experiência será maior do que o tamanho do efeito nos dados preliminares, uma vez que a experiência proposta medirá mudanças agudas mecanicamente induzidas na hidratação do disco após WBV, enquanto as diferenças entre grupos nos nossos dados preliminares foram o resultado de mudanças degenerativas crónicas na hidratação do disco.

Portanto, antecipamos ter a capacidade de detetar diferenças estatisticamente significativas e adequadamente dimensionadas entre grupos durante esta experiência, mesmo com tamanhos de grupo menores.

O Objetivo 3 tem um total de 2 grupos experimentais (hidratado e desidratado) e duas RMs por sujeito. São necessários 34 sujeitos (17 por grupo), que realizarão um total de 68 RMs.

Os potenciais sujeitos de investigação serão identificados usando a Infraestrutura de Informática e Computação do VA (VINCI). Todos os potenciais sujeitos serão notificados por carta de que cumprem os requisitos preliminares para inclusão num estudo de investigação realizado por Investigadores no ZVAMC. Ser-lhes-á pedido para responder por telefone ou email se estiverem interessados e notificados de que faremos um acompanhamento com uma chamada telefónica aproximadamente duas semanas após a data da carta para confirmar se gostariam de participar. Este protocolo é comum para outros estudos humanos no ZVAMC e tem sido usado pela nossa Unidade de Investigação Translacional (TRU) há anos. Todos os Veteranos interessados serão entrevistados num momento à sua escolha através de entrevistas telefónicas ou presenciais para determinar a sua adequação para inclusão neste estudo.

Aos Veteranos que consentirem para a inscrição inicial serão fornecidos questionários de base sobre serviço militar, exposição atual e prévia à vibração de corpo inteiro, intensidade da dor, incapacidade relacionada com a dor e modificadores da dor, usando os questionários listados abaixo. Os membros da equipa do estudo reverão a lista de Veteranos que concordaram com a inscrição inicial de forma contínua. Pararemos de inscrever novos sujeitos quando obtivermos um número suficiente para coortes emparelhadas para cada grupo experimental com base na semelhança em idade, características de vibração de corpo inteiro e perfil de dor.

Aos sujeitos de cada coorte emparelhada será pedido para participar nos Objetivos 1 e 2 (Grupos 1, 2 e 3) ou no Objetivo 3 (inscrição adicional do Grupo 3). Os Objetivos 1 e 2 inscreverão 39 sujeitos (13 por grupo para os Grupos 1, 2 e 3) que receberão um total de 5 exames de RM (3 no MCW e 2 no Upright MRI of Deerfield). O Objetivo 3 inscreverá mais 34 sujeitos (17 por grupo x 2 grupos) que cada um receberá 2 exames de RM no MCW. Isto resultará num mínimo de 73 Veteranos do ZVAMC (13 por grupo x 3 grupos para os Objetivos 1 e 2; 17 por grupo x 2 grupos para o Objetivo 3) inscritos no estudo. No entanto, antecipamos que alguns sujeitos podem não estar dispostos a participar em múltiplos braços do estudo. Uma vez que cada Objetivo inclui medições repetidas para que os sujeitos possam ser usados como seus próprios controlos, o protocolo do estudo permitirá que coortes separadas de Veteranos sejam inscritas em cada Objetivo. Portanto, a inscrição máxima para o estudo, se tivéssemos coortes separadas para cada Objetivo, seria de 112 Veteranos (39 para o Objetivo 1, 39 para o Objetivo 2, 34 para o Objetivo 3).