Acoplamiento inter-frecuencia en fotopletismografía como potencial

JAVIER VELEZ; FLAVIA GESUALDI; OSVALDO VELARDE; EUGENIO URDAPILLETA; DAMIÁN DELLAVALE

La plata

Congreso; 102a Reunión Nacional de la Asociación Física Argentina (AFA); 2017; 2017

ASOCIACIÓN DE FÍSICA ARGENTINA (AFA)

El acoplamiento inter-frecuencia (CFC: Cross-Frequency Coupling) se refiere a la correlaci´on entre un par´ametro(fase, amplitud o frecuencia), que caracteriza a una banda de alta frecuencia, con respecto a un par´ametro quecaracteriza a una banda de baja frecuencia. El fen´omeno de CFC puede ocurrir entre bandas de frecuenciapertenecientes a una misma se~nal o extra´ıdas de distintas se~nales. La interacci´on no lineal entre bandas defrecuencia en la forma de CFC ha sido observada en una variedad de sistemas f´ısicos: ondas s´ısmicas, fluctuacionesburs´atiles, secreci´on pulsada de hormonas y en la actividad el´ectrica cerebral de animales y humanos.En este trabajo se analizan los fen´omenos CFC en relaci´on a la t´ecnica de fotopletismograf´ıa por reflexi´on.Mediante esta t´ecnica, se obtiene una secuencia temporal, denominada se~nal PPG (Photoplethysmography),constituida por la intensidad de luz reflejada por el tejido vivo.La f´ısica subyacente a la conformaci´on de la se~nal PPG no ha sido totalmente comprendida. No obstante,la evidencia experimental reportada sugiere que la se~nal PPG es, en t´erminos fisiol´ogicos, el resultado de lainteracci´on entre la luz incidente y los sistemas cardiovascular, respiratorio y nervioso aut´onomo del individuo bajoestudio. Los fen´omenos de CFC est´an asociados a la din´amica intr´ınseca que conforma la se~nal PPG y podr´ıareportar informaci´on relevante para la determinaci´on de las interacciones subyacentes. Adem´as, constituyen unaherramienta para el an´alisis de la interacci´on entre diversos sistemas del paciente bajo condiciones fisiol´ogicas ypatol´ogicas. En consecuencia, el estudio de CFC resulta relevante para comprender la g´enesis de la se~nal PPGcomo as´ı tambi´en, para la identificaci´on de biomarcadores con aplicaciones m´edicas.Espec´ıficamente, se realizaron mediciones sobre sujetos en estado de reposo iluminando la regi´on de la palmade la mano ubicada sobre el m´usculo flexor corto del pulgar. Se utilizaron fuentes de luz en el rango visible einfrarrojo cercano. Luego, la luz reflejada por el tejido vivo fue colectada por una c´amara de video (sensor CMOS,OmniVision OV5647) o un espectr´ometro (Ocean Optics HR4000). El arreglo experimental basado en la c´amara devideo permiti´o resolver la se~nal PPG en tiempo y espacio. Por otra parte, el arreglo experimental implementado conel espectr´ometro permiti´o resolver la se~nal PPG en tiempo y longitudes de onda en forma simult´anea. Las se~nalesPPG obtenidas fueron analizadas utilizando algoritmos especializados para la cuantificaci´on de acoplamiento interfrecuencia y sincronizaci´on de fase. Se realiz´o adem´as el an´alisis de la significancia estad´ıstica de la modulaci´onobservada.A partir de las se~nales PPG registradas, se estudiaron las componentes fisiol´ogica y espuria de distintos tipos deacoplamiento inter-frecuencia, principalmente, acoplamiento fase-frecuencia y fase-amplitud. El an´alisis realizadosobre las se~nales PPG permiti´o identificar la presencia de acoplamiento fase-frecuencia asociado a lo que se conoceen el ´area cl´ınica como arritmia sinusal respiratoria (RSA: Respiratory Sinus Arrhythmia). La RSA es un fen´omenofisiol´ogico (no patol´ogico) referido a la modulaci´on de la frecuencia del ritmo card´ıaco en forma sincronizada conla fase del ritmo respiratorio. Como consecuencia de la RSA, se observa taquicardia inspiratoria y bradicardiaespiratoria, es decir, la frecuencia del ritmo card´ıaco aumenta en la inspiraci´on y disminuye en la espiraci´on. Losresultados presentados constituyen evidencia experimental novedosa y relevante respecto a: 1) la capacidad dela t´ecnica PPG por reflexi´on para la detecci´on de la interacci´on entre los sistemas cardiovascular, respiratorio ynervioso aut´onomo, 2) la identificaci´on de las componentes fisiol´ogica y espuria de distintos tipos de acoplamientointer-frecuencia y 3) el potencial de los fen´omenos CFC como biomarcadores capaces de proporcionar informaci´oncl´ınicamente relevante sobre la interacci´on entre diversos sistemas fisiol´ogicos del individuo bajo estudio.