La enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) es una enfermedad común que se presenta en adultos y se caracteriza por problemas respiratorios y flujo de aire deficiente. Es la quinta principal causa de muerte en todo el mundo y una de las principales causas de morbilidad crónica y mortalidad. Actualmente, para evaluar la función pulmonar, los pacientes se someten a pruebas que se basan en maniobras físicas y en un aumento del esfuerzo inspiratorio global necesario para respirar con el fin de cuantificar el nivel de limitación del flujo aéreo. Además, para evaluar al paciente en su totalidad, el resultado de las pruebas debe completarse con información de cuestionarios, lo que incluye un cierto grado de subjetividad y datos no cuantificables que dificultan una evaluación objetiva.
El equipo de investigadores liderado por Raimon Jané, investigador principal del CIBER-BBN, líder del Grupo de Procesado e Interpretación de Señales Biomédicos (BIOSPIN) del IBEC y profesor de la UPC, en colaboración con investigadores del imec de los Países Bajos y Bélgica (prof. Francky Catthoor), y el Ziekenhuis Oost –Limburg Hospital en Bélgica, publica en el IEEE Transactions on Biomedical Engineering Journal, un nuevo enfoque para evaluar la EPOC. La nueva metodología, no invasiva y cuantificable, se aplicó a pacientes con EPOC y se basa en la combinación de bioimpedancia y señales miográficas para medir la contribución de la actividad de los músculos inspiratorios a la ventilación pulmonar. Esta propuesta es uno de los resultados relevantes del proyecto conjunto “Evaluación de índices no invasivos para monitorización respiratoria, con foco en la aplicabilidad en el hogar” del IBEC e imec, y del proyecto “Ecosistema de salud inteligente (herramientas, aplicaciones y dispositivos) para la Medicina Personalizada y el Cuidado de la Salud en Enfermedades Respiratorias y Trastornos del Sueño” (SappHiRES), liderado por el prof. Jané.
La disfunción de los músculos respiratorios ocurre con mucha frecuencia en pacientes con EPOC y contribuye a su sensación de falta de aire. Esta disfunción se mide por la actividad de los músculos inspiratorios y el gasto respiratorio global, y los datos se comparan con personas sanas para evaluar la efectividad de los músculos respiratorios en la ventilación. Un ejemplo de un procedimiento actual para evaluar la disfunción de los músculos respiratorios es una medición invasiva del esfuerzo respiratorio neural de la parte crural del diafragma mediante un catéter, que resulta incómodo para el paciente, requiere una asistencia clínica especializada y representa una limitación para el seguimiento sistemático de enfermedades.
Algunos procedimientos no invasivos para evaluar la disfunción pulmonar incluyen la medición de señales fisiológicas mediante sensores de superficie adheridos a la piel del paciente, como bioimpedancia y señales miográficas. Por un lado, la bioimpedancia mide la capacidad de un tejido biológico para impedir una corriente eléctrica. Por otro lado, las señales electromiográficas (EMG) y mecanomiográficas (MMG) miden la actividad eléctrica y mecánica de los músculos respectivamente, en el caso de este estudio, la pared torácica inferior. Se ha demostrado que estas tres medidas no invasivas son capaces de evaluar la respiración de forma independiente, pero nunca se habían combinado para ofrecer una imagen más amplia de las disfunciones pulmonares.
Dolores Blanco-Almazán, primera autora del trabajo, apunta que "la novedad del enfoque presentado en este trabajo se basa en las mediciones simultáneas y no invasivas de bioimpedancia y señales musculares eléctricas y mecánicas de los espacios intercostales inferiores, para investigar las respuestas ventilatorias durante la respiración de los pacientes con EPOC".
En este estudio, las señales de bioimpedancia, EMG y MMG se adquirieron utilizando un dispositivo de investigación portátil y un sistema de adquisición estándar cableado. Las señales de bioimpedancia y EMG fueron capturadas por electrodos de superficie, mientras que las señales de MMG fueron registradas por un acelerómetro, todos fijados adhesivamente en la región torácica de los pacientes que permanecieron cómodamente sentados en posición erguida durante todo el procedimiento. La nueva versión del sistema de adquisición utilizado, un sistema en chip (SoC), permite la grabación simultánea de bioimpedancia, EMG y MMG aplicando un enfoque multimodal para reducir la intrusión, lo que refuerza la idea de una monitorización de la respiración cómoda para el paciente y su potencial uso ambulatorio o domiciliario.
Los investigadores proponen dos nuevos índices para cuantificar la disfunción de los músculos respiratorios en pacientes con EPOC: los coeficientes BEr y BMr. Evalúan la variación de la bioimpedancia y la actividad eléctrica y mecánica durante cada ciclo respiratorio y cuantifican la contribución de la activación de los músculos inspiratorios de la pared torácica inferior a la ventilación, es decir, la relación entre la bioimpedancia y la EMG (BEr) y la MMG (BMr).
Estos nuevos índices consideran diferentes parámetros relacionados con el patrón respiratorio y mostraron diferencias significativas entre los pacientes con EPOC leve y severa, presentando los pacientes leves una mayor contribución de los músculos inspiratorios a la ventilación respiratoria global que los severos, es decir, los pacientes con EPOC severa necesitan significativamente mayores niveles de actividad eléctrica y mecánica de los músculos para respirar. Por tanto, tanto la bioimpedancia como las señales miográficas son alternativas potenciales a los métodos invasivos y molestos tradicionales usados para caracterizar las enfermedades respiratorias.
“Este trabajo evalúa la contribución de la actividad muscular a la ventilación respiratoria global mediante el uso de dos nuevos índices y valida el uso combinado de bioimpedancia y señales miográficas para proporcionar parámetros útiles para evaluar la EPOC de forma no invasiva” explica Raimon Jané.
El nuevo procedimiento propuesto en este estudio abre las puertas a reforzar la combinación de bioimpedancia y señales miográficas para monitorizar enfermedades respiratorias de forma no invasiva y totalmente cuantificable, ayudando a evaluar la mejoría o deterioro de la disfunción pulmonar en pacientes con EPOC.
Artículo de referencia: Dolores Blanco-Almazán, Willemijn Groenendaal, Manuel Lozano-García, Luis Estrada-Petrocelli, Lien Lijnen, Christophe Smeets, David Ruttens, Francky Catthoor and Raimon Jané. Combining Bioimpedance and Myographic Signals for the Assessment of COPD during Loaded Breathing. IEEE Transactions on Biomedical Engineering (2021), 68 (1), 298-307.
Blanco-Almazán, M. Lozano-García, L. Estrada-Petrocelli y R. Jané son miembros del BIOSPIN (IBEC) y del Centro de Investigación Biomédica en Red –Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER- BBN).
