Creating Biomedical Technologies to Improve Health

Monitoreando el Sueño Ronquido a Ronquido

Friday, June 27, 2008

El buen dormir te hace sentir mejor durante el día, ayuda a tu cerebro a realizar tareas mentales más ágilmente, y optimiza al sistema inmunológico para combatir enfermedades. Pero para los casi 70 millones de americanos que sufren de desórdenes de sueño, su dormir ofrece poca esperanza de soñar. La falta y los desórdenes de sueño conllevan un precio de más de $100 billones de dólares anuales en pérdida de productividad, gastos médicos, licencia por enfermedad, y daños a propiedad, en los Estados Unidos. La Administración Nacional de Tráfico y Seguridad de Caminos estima que cada año 71,000 personas resultan heridas a causa de automovilistas adormilados.

Dormir mal se debe con frecuencia a la apnea del sueño – una condición en la que las personas dejan de respirar por cortos periodos de tiempo durante la noche. Los investigadores del sueño están muy atentos a cómo y por qué ocurre esta condición. De acuerdo a la Asociación Americana de la Apnea del Sueño, la apnea del sueño es tan común como la diabetes adulta, con 12 millones de casos diagnosticados en los Estados Unidos. Muchos casos más no so diagnosticados ni tratados.

Este espectrograma del sueño se produjo utilizando un novedoso programa de análisis de la calidad del sueño. La parte superior de la figura muestra dos vistas de apnea de sueño central durante una sola noche. El ritmo cardiaco cambia y la respiración se alinea en una sola fila, como una banda marcial tocando a una sola nota. Este patrón, llamado acoplamiento de "Banda estrecha", advierte que el tratamiento de presión positiva continua en el canal de aire (CPAP, en inglés) está en alto riesgo de fallar. La parte inferior de la figura muestra dos vistas de relativamente pura apnea obstructiva durante una sola noche. Los acoplamientos de corazón/pulmón tienen un patrón más variable o de “Banda amplia”. Muy probablemente la presión positiva continua del canal de aire funcionará bien.

This sleep spectrogram was produced using novel sleep quality analysis software. The upper part of the figure shows two views of central sleep apnea during a single night. The heart rate changes and breathing line up in single file, like a one-note marching band. This pattern, called "narrowband" coupling, predicts that continuous positive airway pressure treatment is at high risk of failing. The lower part of the figure shows two views of relatively pure obstructive apnea during a single night. The heart/lung couplings have a more "broadband" or variable pattern. Continuous positive airway pressure will likely work well.

Tal vez el evaluar individuos que sufren de mal dormir se facilite en los próximos años al irse utilizando, en laboratorios del sueño y consultorios médicos, un nuevo aparato basado en tecnología desarrollada por investigadores del Centro Médico Beth Israel Deaconess en Boston. Este nuevo aparato, diseñado por Embla Systems, una empresa de equipos de diagnóstico de sueño basada en Denver, tal vez ayude también a los cardiólogos a monitorear con mejor precisión las insuficiencias cardiacas y las terapias que reducen su impacto, ya que la insuficiencia cardiaca se asocia con frecuencia al mal dormir. Debido a su pequeño tamaño y a su portabilidad, tal vez este aparato permita también el monitoreo en casa de la calidad del sueño.

 

La Conexión entre el Corazón, los Pulmones, y el Sueñon

Cuando los pacientes tienen problemas para dormir, la primera pregunta que les hacen los médicos es con frecuencia “¿Cómo se siente?”. Este enfoque no es necesariamente el más preciso ya que muchos pacientes que sufren de mal dormir pueden acostumbrarse a sentirse fatigados. El siguiente paso podría ser iniciar un estudio del sueño, el cual requiere que los pacientes vayan a un laboratorio especial del sueño en donde pasan la noche. Toma cerca de media hora el poder conectar al paciente a los 16 a 20 electrodos. Se le colocan sensores en su cabeza, cara, mentón, torso, y piernas. Se le amarran cinturones alrededor del pecho y abdomen con tubos colocados en los orificios nasales del paciente, y un sensor conectado a su dedo. Se pueden colocar sensores adicionales en la nariz, el labio superior, y el cuello.

“Los estudios del sueño son invasivos y no se desarrollan en el ambiente natural del paciente”, dice Ary Goldberger, un cardiólogo y co-desarrollador de esta nueva tecnología. “El costo de los estudios también es un problema”. Un estudio inicial conlleva un precio de hasta $2,500. Para abarcar una mayor población, el equipo de Goldberger — incluyendo a Joseph Mietus, un bioingeniero, a Chung-Kang Peng, un físico estadístico, y a Robert Thomas, un investigador del sueño — quiso desarrollar un aparato de punto de atención que pudiera trasladarse fácilmente del consultorio médico a la casa del paciente.

Al trabajar con Embla Systems, el equipo redujo el número de sensores que se conectan al pecho del paciente a sólo tres, necesarios para obtener un electrocardiograma continuo y de una sola línea que mide la actividad eléctrica del corazón. Un algoritmo (un conjunto de ecuaciones matemáticas) desarrollado por el equipo de Goldberger, analiza la información transmitida desde el cuerpo y provee una gráfica tridimensional, llamada espectrograma del sueño, mostrando fluctuaciones cardiacas y ritmos respiratorios, y cómo se comunican entre sí el corazón y los pulmones durante el sueño. “Cuando se analizan de esta forma podemos descubrir la fisiología del sueño”, dice Goldberger.

Cuando dormimos, alternamos entre periodos de sueño estable e inestable. Estos estados corresponden a cambios en los patrones respiratorios y el ritmo cardiaco. Al capturar la relación dinámica entre la respiración y el ritmo cardiaco, llamada acoplamiento cardiopulmonar (CPC, en inglés), los investigadores crean un mapa del sueño durante la noche, en vez de sólo contar cuántas veces para de respirar el paciente. “El espectrograma del sueño muestra el sueño inestable o mal dormir y el sueño estable o buen dormir, y nos permite examinar diferentes causas de apneas [que ocurren durante el sueño inestable]”, explica Goldberger. El sueño estable o buen dormir está asociado con acoplamiento de alta-frecuencia entre el corazón y los pulmones, en donde los latidos del corazón están en sincronía con cada respiración. El sueño inestable o mal dormir está asociado con acoplamiento de baja-frecuencia, en el que ocurre acoplamiento de respiración y ritmo cardiaco durante periodos de 20 a 50 segundos.

Los investigadores dicen que el análisis automatizado provee “neutralidad brutal” cuando se trata de evaluar el sueño. Los estudios tradicionales del sueño monitorean dichos parámetros del sueño tales como cuándo se durmió el paciente, el número de veces que se interrumpió la respiración, qué tan seguido se despertó el paciente, y cuándo pasó el paciente a un sueño profundo. La información del sueño es clasificada después por un técnico del sueño. “Si usted tuviera siete técnicos diferentes, usted obtendría siete análisis diferentes”, dice David Baker, Presidente de Embla Systems. Goldberger, Thomas y Baker mencionan que el nuevo aparato no está diseñado para reemplazar, sino para complementar, los estudios convencionales del sueño.

 

Monitoreando la Insuficiencia Cardiaca

Existen tres tipos de apnea del sueño: obstructiva – causada por obstrucción (generalmente de tejido blando que se colapsa en la garganta); central – que ocurre cuando el cerebro falla en avisar a los músculos que respiren (asociada con condiciones como la insuficiencia cardiaca); y mixta o compleja – una combinación de las dos. Con la habilidad de poder detectar las tres, Goldberger y Thomas han ampliado sus estudios para examinar el impacto de medicamentos y terapias alternativas para la insuficiencia cardiaca, una condición progresiva en la que disminuye la habilidad del corazón para bombear sangre a través del cuerpo.

No existe hoy en día ningún método para monitorear el sueño de pacientes con insuficiencia cardiaca, pero Goldberger piensa que el sueño es una valiosa oportunidad para observar si un medicamento ayuda o perjudica la condición de un paciente. “La cantidad de buen dormir se reduce para cualquiera que tenga insuficiencia cardiaca”, comenta él. “Este enfoque te permite tratar al paciente [o cambiar terapias de medicamento] antes de que termine en la sala de emergencias o en la unidad de cuidados intensivos”, explica Golberger.

Un estudio recién completado por Goldberger, Thomas, Gloria Yeh, y colegas, evaluó los efectos de un programa de ejercicio Tai Chi de 12 semanas en la calidad del sueño de pacientes con insuficiencia cardiaca. Utilizando espectrogramas de sueño, los investigadores encontraron que el programa de ejercicio mejoró la estabilidad del sueño y que un sueño más estable podría tener un impacto positivo en la presión sanguínea y otras funciones cardiacas. “Esta tecnología nos da una manera de cuantificar lo que ocurre fisiológicamente entre el corazón y los pulmones a través de la ventana del sueño”, dice Thomas.

 

Más Allá del Uso Clínico

El nuevo aparato, que se estrenará en la conferencia del Sueño 2008 en Baltimore, será entregado a laboratorios del sueño, médicos del sueño, y médicos de atención primaria en los Estados Unidos, para finales de este año. El aparato, actualmente del tamaño de un teléfono celular, podrá incluir memoria de datos de manera que la información tomada durante la noche pueda ser transmitida al consultorio médico. Esto será de gran utilidad para los 13 millones de pacientes en los Estados Unidos que deben usar mascarillas sujetas a máquinas de presión positiva continua en el canal de aire, que soplan aire por el canal de aire del paciente. El aumento o baja de peso a lo largo del tiempo puede alterar los requerimientos de presión. El nuevo aparato permitirá a los médicos monitorear remotamente la calidad del sueño de dichos pacientes y cambiar su presión según sea necesario, en lugar de pedir a los pacientes que regresen a un laboratorio del sueño para ser examinados. Baker espera que haya cobertura de seguro médico para el uso en casa de este aparato. También ve la oportunidad de usarlo en los deportes. Los equipos podrían monitorear qué tan bien duerme el equipo o los jugadores estrella, y así manejar sus agendas para un desempeño óptimo. “Estamos creando un cambio ejemplar en cómo se realiza el manejo del sueño” dice Baker. “Todo el mundo duerme. ¿No le gustaría conocer la calidad de esa parte de su vida?”

Este trabajo está apoyado en parte por el Instituto Nacional de Bioingeniería e Imágenes Biomédicas.

 

Referencias

Thomas RJ, Mietus JE, Peng C-K, Gilmartin G, Daly RW, Goldberger AL, Gottlieb DJ. Differentiating obstructive from central and complex sleep apnea using an automated electrocardiogram-based method. Sleep. 2007;30(12):1756-69.

Yeh GY, Mietus JE, Peng C-K, Phillips RS, Davis RB, Wayne PM, Goldberger AL, Thomas RJ. Enhancement of sleep stability with Tai Chi exercise in chronic heart failure: Preliminary findings using an ECG-based spectrogram method. Sleep Med. 2007 Available online Aug 3.