Inclusión de la información respiratoria en el análisis de la variabilidad del ritmo cardiaco para la identificación de estrés

Hernando Sanz, Alberto
Bailón Luesma, Raquel (dir.)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2015
Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones, Área de Teoría de la Señal y Comunicaciones

Máster Universitario en Ingeniería Biomédica

Resumen: Se define el estrés como una respuesta fisiológica ante una amenaza. Sin embargo, si la respuesta ante el estrés se mantiene durante mucho tiempo o se inicia muy continuamente desemboca en una situación no saludable para el sujeto. Los problemas sociales y médicos asociados al estrés están creciendo claramente y afectando seriamente tanto a adultos como a niños, siendo considerado el estrés como la epidemia del siglo XXI. El principal problema del estrés es la no existencia de una medida objetiva del mismo. Éste es el objetivo del proyecto ES3, el estudio de señales fisiológicas, de marcadores bioquímicos y de cuestionarios psicométricos para analizar la respuesta del organismo ante el estrés. La variabilidad del ritmo cardiaco (HRV) es considerada una medida no invasiva de la regulación del Sistema Nervioso Autonomo (ANS) sobre el corazón, por lo que es ampliamente usada para caracterizar la respuesta al estrés. La respiración también varía ante estrés mental y tareas que requieren atención. Dentro del proyecto ES3, este trabajo se centra en el análisis de la respiración y de la variabilidad del ritmo cardiaco ante estrés emocional agudo. La primera parte de este trabajo comprende la grabación de la base de datos de voluntarios jóvenes y sanos sometidos a un protocolo destinado a originar estrés emocional agudo. Varias señales fisiológicas, incluídas la señal del ECG y la señal respiratoria, han sido grabadas. La segunda parte del trabajo ha includo el análisis espectral de la HRV en las bandas de frecuencia clásicas, asociadas comúnmente con los sistemas simpático y parasimpático. Se realiza la representacion tiempo-frecuencia de la señal moduladora que contiene la información del ANS y se definen las siguientes bandas frecuenciales: baja frecuencia (LF, de 0.04 a 0.15 Hz) y alta frecuencia (HF, de 0.15 a 0.4 Hz). Varios índices, que se usan como medidas del balance simpato-vagal, han sido extraídos para estudiar su capacidad de discriminar si el sujeto está estresado o no. Los índices del dominio frecuencial de la HRV, calculados segun los términos clásicos, apenas muestran diferencias signicativas con la presencia de estrés. La tercera parte del proyecto se ha centrado en el análisis de la información respiratoria, específicamente en su estabilidad y su frecuencia. En este trabajo, la estabilidad respiratoria es medida como la picudez del espectro respiratorio, que se calcula como el porcentaje de potencia alrededor del pico máximo respecto a la potencia del espectro total. Los resultados muestran mayor potencia discriminativa considerando la información de la frecuencia respiratoria, sugiriendo que puede ser un marcador para discriminar la presencia de estrés entre las distintas etapas de la prueba. Esto, sin embargo, se consigue a costa de perder algunas excepciones donde no se puede estimar la frecuencia respiratoria. La útlima parte considera el análisis de la HRV teniendo en cuenta la información respiratoria. La frecuencia respiratoria se usa para definir la banda de HF y evitar la medida de potencia en ambas bandas cuando la frecuencia respiratoria es tan baja que cae dentro de la banda de LF. Esto evita la sobresestimación de la actividad simpática y la infraestimación de la actividad parasimpática que ocurre cuando la frecuencia respiratoria cae en la banda de baja frecuencia. La combinación de los análisis de la HRV y la respiración aumenta el poder discriminativo entre las diferentes etapas del test, mostrando una mayor dominancia simpática cuando se está en una situación de estrés.

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Master