Variabilidad de la frecuencia de pulso mediante análisis no lineal en pacientes con síndrome de apnea del sueño y enfermedad pulmonar obstructiva crónica (epoc)

  1. Ana Mª de los Angeles Sánchez García
Supervised by:
  1. Daniel Álvarez González Director
  2. Félix del Campo Matías Director

Defence university: Universidad de Valladolid

Fecha de defensa: 21 January 2020

Committee:
  1. Miguel Barrueco Ferrero Chair
  2. José Luis Pérez Castrillón Secretary
  3. Jesús R. Hernández Hernández Committee member
Department:
  1. Signal and Communications Theory and Tel

Type: Thesis

Teseo: 606694 DIALNET lock_openTESEO editor

Abstract

Antecedentes. La enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) se caracteriza por una limitación al flujo aéreo persistente y comúnmente progresiva como consecuencia de una respuesta inflamatoria anormal del tejido pulmonar y de la vía aérea a partículas nocivas o gases. La EPOC es una de las enfermedades pulmonares más comunes, con una prevalencia estimada del 9%, convirtiéndose en un importante problema de salud a nivel mundial. Los pacientes con EPOC muestran una importante disfunción en la modulación autonómica cardiaca debido a una hipoxemia sostenida, lo que ha sido relacionado significativamente con un mayor riesgo de enfermedad cardiovascular. Un número elevado de pacientes con EPOC presentan comorbilidades asociadas, dando lugar a un peor estado de salud y disminución de la calidad de vida. En este sentido, los trastornos respiratorios del sueño y fundamentalmente el síndrome de apnea hipopnea del sueño (SAHS) son frecuentes en los pacientes con EPOC. Diferentes estudios han demostrado que presentar simultáneamente EPOC y SAHS, el denominado síndrome overlap, se asocia a una mayor morbi-mortalidad, principalmente en el contexto de la afectación cardiovascular. Los pacientes con ambas patologías presentan un desbalance significativo en la modulación autonómica cardiaca comparado con aquellos sujetos con EPOC o SAHS de forma aislada. La variabilidad de la frecuencia cardiaca (HRV) ha demostrado ser útil para evaluar los cambios en la función autonómica cardiaca bajo diferentes condiciones clínicas. El análisis tradicional de los registros de HRV ha mostrado que los pacientes con síndrome overlap se caracterizan por una menor variabilidad en reposo, lo que se ha relacionado con un mayor riesgo de enfermedad cardiaca. Sin embargo, todavía hay escasas evidencias científicas sobre la magnitud de los cambios en la dinámica cardiovascular provocados por la combinación de ambos trastornos respiratorios, principalmente durante el sueño, cuando se producen los eventos apneicos. Dada la naturaleza de la señal de HRV, los métodos no lineales podrían aportar nueva información sobre los cambios en la función autonómica cardiaca de estos pacientes. Hipótesis y objetivos. La presente Tesis Doctoral se plantea bajo una doble hipótesis. En primer lugar, se espera que los pacientes con EPOC y SAHS simultáneamente presenten cambios más significativos en la dinámica de la modulación autonómica cardiaca que los pacientes que padecen estas enfermedades de forma individual. En segundo lugar, se considera que el análisis no lineal podría complementar a las técnicas de análisis convencional en la caracterización de los cambios de larga duración producidos en la dinámica cardiovascular nocturna en pacientes con EPOC debidos a la presencia de SAHS moderado-a-severo. De acuerdo con ello, el estudio desarrollado tiene como objetivo evaluar la utilidad de la entropía muestral (SampEn) en la detección de los cambios en el registro nocturno de variabilidad de frecuencia de pulso (PRV) en tres grupos de pacientes: (1) pacientes con EPOC sin presencia de SAHS moderada o severa; (2) pacientes con SAHS moderado-a-severo sin antecedentes previos de EPOC en su historia clínica; y (3) pacientes con EPOC y que asocian un SAHS moderado-a-severo (síndrome overlap). Material y métodos. Para alcanzar el objetivo propuesto en la Tesis Doctoral, se estudiaron un total de 297 pacientes: 22 solo con EPOC, 213 solo con SAHS moderado-a-severo y 62 diagnosticados tanto de EPOC como de SAHS moderado-a-severo simultáneamente. Todos los pacientes mostraron sospecha clínica moderada-alta de padecer un trastorno del sueño. La polisomnografía hospitalaria se empleó como método de referencia para confirmar/descartar la presencia de un SAHS de acuerdo al índice de apnea-hipopnea (IAH). Un IAH ≥15 eventos/h se consideró como SAHS moderado-a-severo. La dinámica cardiovascular se analizó a través del registro nocturno de PRV obtenido mediante pulsioximetría no supervisada realizada en el domicilio del paciente. Se realizó un análisis convencional de la señal de PRV en los dominios del tiempo y de la frecuencia para caracterizar la activación simpática y parasimpática del sistema nervioso, mientras que la SampEn se empleó para evaluar los cambios de larga duración en la PRV. En relación a la caracterización en el dominio del tiempo, se calculó la media del intervalo pulso-a-pulso (AVNN), la desviación estándar del intervalo pulso-a-pulso (SDNN) y el valor cuadrático medio de las diferencias entre intervalos consecutivos (RMSSD). En el dominio de la frecuencia, se calculó la potencia en las bandas espectrales clásicas: potencia a muy bajas frecuencias (VLF), potencia a bajas frecuencias (LF), potencia a altas frecuencias (HF) y la relación entre la potencia a bajas y altas frecuencias (LF/HF). Además, también se calculó la potencia espectral en la banda de frecuencias 0.014 – 0.033 Hz, relacionada con la recurrencia de los eventos apneicos. En el contexto del análisis no lineal, se calculó la entropía muestral para cuantificar la irregularidad de los registros nocturnos de PRV. El test no paramétrico de Kruskall-Wallis se empleó para buscar diferencias significativas entre los grupos bajo estudio. Se aplicó el procedimiento de las diferencias menos significativas de Fisher para corregir el umbral de significación estadística en los casos de múltiples comparaciones. Los p-valores <0.05 se consideraron estadísticamente significativos. La relación lineal entre las variables de estudio se analizó mediante la correlación no paramétrica de Spearman. Resultados. Los pacientes con SAHS (grupos SAHS y EPOC+SAHS) mostraron un IAH significativamente mayor, así como mayor número de desaturaciones superiores al 3% por hora de sueño (ODI3) que los pacientes con solo EPOC. Los pacientes en el grupo EPOC+SAHS mostraron valores del tiempo con una saturación inferior al 90% (CT90) significativamente mayores que los pacientes con EPOC y SAHS de forma aislada, así como una menor saturación nocturna media y mínima. En relación a la función pulmonar, no se encontraron diferencias significativas entre los pacientes con EPOC con y sin SAHS en términos de la mejora del volumen espiratorio forzado en un segundo (FEV1), mejora de la capacidad vital forzada (FVC) y en el ratio FEV1/FVC tras la espirometría post-broncodilatadora. Se encontraron correlaciones significativas pero débiles entre el IAH de la PSG y las variables HF, LF y LF/HF. Por el contrario, no se encontraron diferencias significativas entre SampEn y las variables derivadas de la PSG. En relación a la función pulmonar, solo el ratio FEV1/FVC mostró una correlación significativa aunque débil entre las variables SAHSF y AVNN, mientras que la entropía no mostró una asociación significativa con las variables derivadas de la espirometría. De forma global, SampEn se correlacionó significativamente con SDNN (rho = -0.219; p-valor <0.05), RMSSD (rho = 0.304; p-valor <0.05), VLF (rho = -0.276; p-valor <0.05) y SAHSF (rho = 0.135; p-valor <0.05). Además, SampEn se mostró fuertemente correlacionada con RMSSD (rho = 0.630; p-valor <0.05), VLF (rho = -0.594; p-valor <0.05) y LF/HF (rho = 0.574; p-valor <0.05) en pacientes con EPOC sin SAHS moderado-a-severo. Los resultados obtenidos con la metodología propuesta revelaron que los registros nocturnos de PRV de pacientes en el grupo EPOC+SAHS (síndrome overlap) fueron significativamente más irregulares (mayor SampEn) que aquellos pertenecientes a pacientes con solo EPOC (0.267 [0.210–0.407] vs. 0.212 [0.151–0.267]; p-valor <0.05) debido a los recurrentes eventos de apnea durante la noche. De forma similar, los pacientes con EPOC+SAHS también mostraron una irregularidad en los registros nocturnos de PRV significativamente mayor que la de los sujetos con SAHS de forma aislada (0.267 [0.210–0.407] vs. 0.241 [0.189–0.325]; p-valor = 0.05), lo que sugiere que el efecto acumulativo de ambas patologías incrementa el grado de desorganización de la frecuencia de pulso durante el sueño. Por otro lado, no se encontraron diferencias estadísticamente significativas entre los pacientes de los grupos EPOC y EPOC+SAHS empleando las bandas tradicionales de frecuencia. Conclusión. El análisis no lineal mediante entropía muestral ha aportado un mayor conocimiento sobre las diferencias en los registros nocturnos de PRV entre los pacientes de EPOC sin y con SAHS (síndrome overlap). Las medidas espectrales en las bandas de frecuencia tradicionales LF y HF no permiten capturar estos cambios en la dinámica nocturna del PRV asociados a los eventos de apnea durante el sueño en pacientes con EPOC. Por el contrario, los pacientes con EPOC y SAHS simultáneamente muestran un incremento significativo de SampEn (mayor irregularidad) que los pacientes con solo EPOC o SAHS de forma aislada. Estos hallazgos sugieren que existe un efecto acumulativo de la EPOC y el SAHS hacia una mayor disfunción cardiovascular durante el sueño. De acuerdo con los resultados obtenidos en la presente Tesis Doctoral, podemos concluir que SampEn es capaz de cuantificar apropiadamente los cambios en la dinámica nocturna de la señal de PRV en pacientes con síndrome overlap, lo que podría resultar útil a la hora de evaluar una potencial afectación cardiovascular en los pacientes con EPOC y presencia de SAHS concomitante.