Evaluación de la oximetría nocturna portátil como método simplificado de ayuda al diagnóstico del síndrome de apnea-hipopnea del sueño en pacientes con enfermedad pulmonar obstructiva crónica

Résumé

La Enfermedad Pulmonar Obstructiva Crónica (EPOC) es una enfermedad frecuente, prevenible y tratable, caracterizada por una limitación persistente al flujo aéreo, que usualmente es progresiva y se asocia con una respuesta anormal inflamatoria en las vías aéreas y en los pulmones a partículas nocivas o gases. Los trastornos del sueño son frecuentes en pacientes con EPOC, principalmente el Síndrome de Apnea-Hipopnea del Sueño (SAHS), el insomnio y el movimiento periódico de piernas. El SAHS consiste en la aparición de episodios recurrentes de limitación del flujo aéreo durante el sueño, provocando descensos de la saturación de oxihemoglobina y microdespertares que dan lugar a un sueño no reparador, somnolencia diurna excesiva, trastornos neuropsiquiátricos, respiratorios y cardíacos. Tanto el SAHS como la EPOC son dos enfermedades muy prevalentes en la práctica clínica. Ambas presentan una elevada morbilidad y su asociación conlleva importantes consecuencias sociosanitarias, especialmente en el ámbito de las enfermedades cardiovasculares, así como un aumento del coste anual de la enfermedad. Por todo ello, es esencial un diagnóstico precoz que permita instaurar un tratamiento y disminuir la morbimortalidad de estos pacientes. El método de diagnóstico estándar del SAHS es la polisomnografía (PSG) nocturna en una unidad del sueño especializada. Aunque la PSG es una prueba efectiva, presenta numerosas limitaciones en cuanto a disponibilidad, complejidad, tiempo y coste. Estos inconvenientes han generado grandes listas de espera que retrasan significativamente el diagnóstico y tratamiento de la enfermedad. Esta situación ha puesto de manifiesto la necesidad de nuevas metodologías diagnósticas que permitan reducir la complejidad en el proceso de detección de esta patología. Una de estas alternativas ha sido la realización de estudios poligráficos respiratorios en el domicilio del paciente, si bien deben cumplir la condición de realizarse en pacientes con sospecha clínica elevada y en ausencia de enfermedades asociadas, como podría ser la EPOC. Buscando mayor simplificación, la saturación de oxígeno en sangre (SpO2) procedente de la pulsioximetría nocturna se ha convertido en una de las principales alternativas a la PSG debido a su sencillez, disponibilidad, portabilidad y bajo coste. Por otro lado, la aplicación de nuevos métodos automáticos de procesado de la señal de SpO2 puede contribuir a maximizar la capacidad diagnóstica de esta señal, aportando información relevante en la ayuda a la detección del SAHS. En este sentido, las redes neuronales artificiales (RN) han demostrado una gran utilidad en numerosas aplicaciones dentro de la medicina en general y del contexto del diagnóstico del SAHS en particular. Las redes neuronales son modelos matemáticos inspirados en las capacidades de almacenamiento y procesado de información del cerebro, permitiendo analizar gran cantidad de datos de forma paralela. Las estrategias simplificadas basadas en la adquisición de un único registro biomédico mono-canal pueden realizarse en el propio domicilio del paciente, lo que contribuye a aumentar la accesibilidad a los recursos diagnósticos y la comodidad del paciente, así como a reducir el coste económico de la prueba. Sin embargo, no hay estudios que hayan validado exhaustivamente el rendimiento de técnicas automáticas aplicadas sobre señales adquiridas en el domicilio de pacientes con EPOC y sospecha de SAHS. Esto es especialmente relevante en el caso de las estrategias basadas en el procesado de la señal de oximetría, puesto que los frecuentes episodios de desaturación nocturna característicos de la EPOC pueden incrementar el número de errores diagnósticos de las técnicas de detección de SAHS. Esta necesidad justifica el diseño y evaluación de técnicas automáticas de procesado de la señal de oximetría domiciliaria para la detección de SAHS en pacientes con EPOC, que por sus características pueden beneficiarse de un tratamiento precoz con terapia de presión positiva continua en la vía aérea (CPAP). La presente Tesis Doctoral se ha desarrollado bajo la hipótesis de que el empleo de una RN basada en la información procedente de la oximetría nocturna portátil puede ser de utilidad para el diagnóstico del SAHS independientemente de la presencia de EPOC. Por ello, el objetivo principal de este estudio consiste en analizar la utilidad de una RN de detección de SAHS basada en la oximetría nocturna portátil, evaluando exhaustivamente cómo influye en su rendimiento diagnóstico la presencia de una EPOC asociada. En el estudio se incluyen 3 grupos de sujetos: en primer lugar, un conjunto compuesto por 193 sujetos con sospecha clínica moderada-alta de SAHS remitidos consecutivamente a la Unidad del Sueño, el cual incluía pacientes con y sin EPOC; un segundo grupo compuesto por 110 pacientes remitidos a la Unidad del Sueño por sospecha clínica de SAHS que no presentaban EPOC asociada; y un tercer grupo formado por 68 pacientes vistos en consulta de neumología por EPOC que presentaban sospecha clínica de SAHS. Todos los participantes realizaron simultáneamente una PSG estándar y una pulsioximetría portátil supervisada en el hospital. Además, de forma randomizada (antes o después de la PSG) también realizaron un estudio pulsioximétrico en el domicilio. Los primeros 193 sujetos fueron asignados al grupo de entrenamiento con objeto de diseñar y optimizar la RN. Una vez construida, el algoritmo fue aplicado a las poblaciones de test con EPOC (110 sujetos) y sin EPOC (68 pacientes) con objeto de valorar su generalización. El diseño y optimización de la metodología de procesado automático de la señal de SpO2 se dividió en 4 etapas consecutivas: (I) preprocesado, para eliminar los artefactos presentes en la señal; (II) extracción de características, con el objetivo de obtener la mayor cantidad posible de información del registro portátil de oximetría; (III) selección de características, para componer un subconjunto óptimo de características relevantes y no redundantes y (IV) reconocimiento de patrones, orientada a estimar el índice de apnea-hipopnea (IAH) mediante una RN perceptrón multicapa (MLP) de regresión. Concretamente, se diseñaron 2 RN MLP a partir de la información derivada de las señales de SpO2: una basada en la oximetría supervisada en el hospital (RN MLP-H) y otra basada en la oximetría domiciliaria (RN MLP-D). La RN MLP-H alcanzó un coeficiente de correlación intra-clase (ICC) entre el IAH estimado y el IAH de la PSG en el grupo de pacientes de test NO EPOC de 0.937 (IC95% 0.909, 0.956). Igualmente, esta misma red alcanzó un ICC entre el IAH estimado y el IAH real de 0.936 (IC95% 0.899, 0.960) en el grupo de test de pacientes con EPOC. En el domicilio, la RN MLP-D alcanzó valores de ICC entre el IAH estimado y el IAH real de 0.731 (IC95% 0.631, 0.808) en el grupo NO EPOC y de 0.788 (IC95% 0.678, 0.864) en el grupo EPOC. En todos los casos, la concordancia entre el IAH estimado por la RN MLP y el IAH de la PSG fue significativamente mayor que la alcanzada por los índices de desaturación de oxígeno convencionales del 3% (ODI3) y del 4% (ODI4). En términos de rendimiento diagnóstico, la red MLP hospitalaria presentó un comportamiento similar en ambas poblaciones de test NO EPOC y EPOC para diferentes puntos de corte de SAHS, con precisiones del 87.27% (IC95% 80.0, 92.7) y 86.76% (IC95% 76.5, 94.1) para un IAH ≥15 eventos/h y de 92.73% (86.4, 96.4) y 91.18% (IC95% 80.9, 95.6) para un IAH ≥30 eventos/h, respectivamente. La principal diferencia se encuentra en una menor especificidad en el grupo EPOC y, como consecuencia, un par sensibilidad-especificidad más desbalanceado, especialmente para los puntos de corte más bajos. En la red neuronal MLP entrenada con los registros de oximetría portátil en domicilio, de forma global, se produjo un descenso en la precisión diagnóstica respecto de la red hospitalaria, así como un mayor desbalanceo en el par sensibilidad-especificidad. Sin embargo, es importante destacar que, de nuevo, se alcanzaron precisiones diagnósticas muy similares en ambas poblaciones de test sin y con EPOC, especialmente para los umbrales clínicos de mayor severidad: 78.18% (IC95% 69.1, 84.6) y 75.00% (IC95% 63.2, 83.8) para un IAH ≥15 eventos/h y de 76.36% (IC95% 67.3, 83.6) y 77.94% (IC95% 67.0, 86.8) para un IAH ≥30 eventos/h, respectivamente. De forma global, en términos de precisión diagnóstica, el IAH estimado por la RN presentó un comportamiento más estable que ODI3 y ODI4 entre los grupos NO EPOC y EPOC para todos los puntos de corte, especialmente en la detección de los grupos de mayor gravedad de SAHS, tanto en el hospital como en el domicilio. En cuanto a la correlación entre la oximetría domiciliaria y la hospitalaria, la RN MLP alcanzó una elevada concordancia, con valores de ICC de 0.774 (IC95% 0.686, 0.839) en el grupo NO EPOC y 0.829 (IC95% 0.737, 0.891) en el grupo EPOC, mostrando un sesgo mucho menor que los índices de oximetría clásicos. Los resultados alcanzados en la presente Tesis Doctoral sugieren que el IAH estimado mediante una RN MLP basada en la oximetría portátil alcanza una elevada concordancia con la PSG, independientemente de la presencia o no de EPOC. Por tanto, es posible concluir que esta técnica simplificada podría emplearse como método automático de exploración en el diagnóstico de SAHS moderado-a-severo también en pacientes con EPOC.