Non-linear analysis for the assessment of physiological oscillators interaction in the cardiovascular system
Authors:   , Miranda Hurtado Martín Alexis 
Published: June 2024

El estudio del control cardiovascular es un fenómeno con grandes brechas de conocimiento, a pesar de los avances de las últimas décadas. Diversas patologías afectan seriamente a la población y sus mecanismos fisiopatológicos aún no se conocen completamente. Tal es el caso de la hipertensión gestacional y el síncope vasovagal. Ambas alteraciones/patologías ocultan cambios en el control cardiovascular que siguen desafiando el conocimiento científico debido, en parte, a las dificultades inherentes de su estudio. En el caso de la hipertensión en el embarazo,, representa un riesgo significativo tanto para la madre como para el feto en desarrollo, y es un factor importante en problemas de salud y mortalidad en mujeres embarazadas, con un aumento del 10% de incidencia en la ultimas dos décadas. Por otro lado, el síncope vasovagal recurrente se asocia con una menor calidad de vida y mayores costos para el sistema de salud. Además, este trastorno puede considerarse como el perfecto ejemplo de la falta de conocimiento del control cardiovascular a corto plazo. Los métodos convencionales utilizados para estudiar las señales cardiovasculares a menudo tienen limitaciones al intentar evaluar los mecanismos que hay detrás del mal funcionamiento de los sistemas involucrados en los procesos fisiopatológicos. Por otra parte, se ha prestado poca atención a la interacción de los sistemas nervioso, respiratorio y cardiovascular en sujetos saludables y aquellos con enfermedad. Este trabajo utilizó análisis de señales y modelamiento matemático para comprender el cambio en la adaptación del sistema cardiovascular a factores estresantes, de manera de encontrar nuevos marcadores para el diagnóstico y mostrar nuevas perspectivas sobre los mecanismos fisiopatológicos. El estudio de coherencia de fase de las señales fisiológicas contribuyó a mostrar que las mujeres embarazadas normotensas muestran un aumento en la modulación parasimpática cardíaca y la modulación inducida por la respiración de la actividad nerviosa simpática muscular y la presión arterial, lo cual podría compensar potencialmente el efecto de la actividad simpática aumentada. Una alteració n en esta característica emergente podría expresarse en niveles elevados de presión arterial, como se observa en mujeres embarazadas con hipertensión. Por otro lado, se observó una disminución en la coherencia de fase entre las señales cardiovasculares durante el estrés ortostático, lo que muestra su sensibilidad para detectar la inestabilidad cardiovascular. Luego, al implementar una serie de pruebas autonómicas en el laboratorio, encontramos que los sujetos con susceptibilidad a la hipotensión mostraron una actividad simpática aumentada en comparación con sujetos sanos. Sin embargo, esta respuesta simpática aumentada se vuelve menos eficiente cuando se enfrenta a factores estresantes prolongados e intensos. Finalmente, se desarrolló un modelo matemático que utiliza ecuaciones diferenciales ordinarias para simular las interacciones dentro del sistema cardiovascular, el cual incluye 15 variables de estado que representan venas, arterias y cavidades cardíacas, e incorpora explícitamente las ramas parasimpática y simpática, así como barorreceptores de alta y baja presión para capturar el control autonómico. Se emplearon análisis de sensibilidad, selección de parámetros y técnicas de optimización para determinar parámetros específicos del paciente relacionados con el rendimiento autonómico. En resumen, esta investigación arroja luz sobre los mecanismos complejos que subyacen a la hipertensión gestacional y el síncope vasovagal mediante el uso de análisis de señales, modelado matemático y pruebas de laboratorio. Los hallazgos contribuyen a la identificación de nuevos marcadores diagnósticos y proporcionan conocimientos valiosos sobre los procesos fisiopatológicos involucrados en estos trastornos.