Cuando se produce una afección potencialmente mortal, como una insuficiencia cardíaca, el corazón pierde gradualmente la capacidad de suministrar a otros órganos la sangre y los nutrientes suficientes para que puedan funcionar.
Recientemente, investigadores del MIT y de la Facultad de Medicina de Harvard publicaron un artículo de acceso abierto en Nature Communications Medicine , en el que presentan un enfoque de aprendizaje profundo no invasivo que analiza las señales del electrocardiograma (ECG) para predecir con precisión el riesgo de un paciente de desarrollar insuficiencia cardíaca.
En un ensayo clínico, el modelo mostró resultados con una precisión comparable a los procedimientos de referencia, pero más invasivos, lo que da esperanza a quienes corren riesgo de sufrir insuficiencia cardíaca.
La enfermedad ha experimentado recientemente un marcado aumento de la mortalidad, en particular entre los adultos jóvenes, probablemente, debido a la creciente prevalencia de la obesidad y la diabetes.
“Este artículo es la culminación de comentarios realizados en otros foros durante varios años”, afirma el autor principal del artículo, Collin Stultz, director del Programa de Ciencias de la Salud y Tecnología de Harvard-MIT y afiliado de la Clínica Abdul Latif Jameel del MIT para el Aprendizaje Automático en Salud (Clínica Jameel).
“El objetivo de este trabajo es identificar a quienes están empezando a enfermarse, incluso antes de que presenten síntomas, permitiendo intervenir de manera temprana como para evitar la hospitalización”.
De las cuatro cámaras del corazón, dos son aurículas y dos son ventrículos (el lado derecho del corazón tiene una aurícula y un ventrículo, y viceversa).
En un corazón humano sano, estas cámaras funcionan en sincronía rítmica: la sangre pobre en oxígeno fluye hacia el corazón a través de la aurícula derecha.
La aurícula derecha se contrae y la presión generada empuja la sangre hacia el ventrículo derecho, desde donde es bombeada hacia los pulmones para oxigenarse.
La sangre rica en oxígeno de los pulmones drena hacia la aurícula izquierda, que se contrae, bombeando la sangre hacia el ventrículo izquierdo.
A continuación, se produce otra contracción y la sangre es expulsada desde el ventrículo izquierdo a través de la aorta, fluyendo hacia las venas, ramificándose hacia el resto del cuerpo.
“Cuando la presión en la aurícula izquierda aumenta, el drenaje de sangre desde los pulmones hacia la aurícula izquierda se ve obstaculizado, porque se trata de un sistema de mayor presión”, explica Stultz.
Además de ser profesor de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación, Stultz también es cardiólogo en ejercicio en el Mass General Hospital (MGH).
“Cuanto mayor sea la presión en la aurícula izquierda, más síntomas pulmonares se desarrollan, como por ejemplo: dificultad para respirar, etc.
Debido a que el lado derecho del corazón bombea sangre a través de la vasculatura pulmonar hacia los pulmones, las presiones elevadas en la aurícula izquierda se traducen en presiones elevadas en la vasculatura pulmonar”.
El método de referencia actual para medir la presión auricular izquierda es el cateterismo cardíaco derecho (CDR), un procedimiento invasivo que requiere la inserción de un tubo delgado (el catéter) conectado a un transmisor de presión en las arterias cardíaca y pulmonar derechas.
Los médicos suelen preferir evaluar el riesgo de forma no invasiva antes de recurrir al CDR, examinando el peso, la presión arterial y la frecuencia cardíaca del paciente.
Pero, en opinión de Stultz, estas medidas son burdas, como lo demuestra el hecho de que uno de cada cuatro pacientes con insuficiencia cardíaca es readmitido en el hospital en un plazo de 30 días .
“Lo que buscamos es algo que proporcione información como la de un dispositivo invasivo, en lugar de una simple báscula”, afirma Stultz.
Para obtener información más completa sobre el estado cardíaco de un paciente, los médicos suelen utilizar un ECG de 12 derivaciones, en el que se adhieren al paciente 10 parches adhesivos que se conectan a una máquina que produce información desde 12 ángulos diferentes del corazón.
Sin embargo, las máquinas de ECG de 12 derivaciones solo son accesibles en entornos clínicos y no se suelen utilizar para evaluar el riesgo de insuficiencia cardíaca.
En cambio, lo que Stultz y otros investigadores proponen es un sistema de monitoreo de inteligencia artificial para hemodinámica cardíaca (CHAIS), una red neuronal profunda capaz de analizar datos de ECG de una sola derivación.
El paciente solo necesita tener un único parche adhesivo en su pecho, , disponible comercialmente, que puede usar fuera del hospital, sin estar conectado a una máquina.
El modelo se desarrolló y evaluó internamente utilizando una cohorte de 6739 muestras del Hospital General de Massachusetts (MGH) y se validó externamente en una cohorte de 4620 muestras de una segunda institución.
Estos resultados demuestran la utilidad y el potencial de la monitorización hemodinámica cardíaca ambulatoria con monitores de parche de electrocardiograma.
Para comparar el CHAIS con el actual método de referencia, el RHC, los investigadores seleccionaron a pacientes que ya tenían programada una cateterización y les pidieron que llevaran el parche entre 24 y 48 horas antes del procedimiento, aunque se les pidió a los pacientes que se lo quitaran antes de que se realizara la cateterización.
“Cuando se llega a una hora y media [antes del procedimiento], es de 0,875, por lo que es muy bueno”, explica Stultz.
“Por lo tanto, una medición del dispositivo es equivalente y te da la misma información que si te cateterizaran en la hora y media siguiente”.
“Todos los cardiólogos comprenden el valor de las mediciones de la presión auricular izquierda para caracterizar la función cardíaca y optimizar las estrategias de tratamiento para pacientes con insuficiencia cardíaca”, afirma Aaron Aguirre, cardiólogo y médico de cuidados intensivos en MGH.
“Este trabajo es importante porque ofrece un enfoque no invasivo para estimar este parámetro clínico esencial utilizando un monitor cardíaco ampliamente disponible”.
Aguirre, que completó un doctorado en ingeniería médica y física médica en el MIT, espera que CHAIS sea útil en dos áreas clave: primero, ayudará a seleccionar a los pacientes que se beneficiarán más de pruebas cardíacas más invasivas a través del RHC; y segundo, la tecnología podría permitir la monitorización y el seguimiento en serie de la presión auricular izquierda en pacientes con enfermedades cardíacas.
«Un método no invasivo y cuantitativo puede ayudar a optimizar las estrategias de tratamiento en pacientes en el hogar o en el hospital», dice Aguirre.
Pero los beneficios no se limitan sólo a los pacientes con insuficiencia cardíaca difícil de controlar. Se convierte en un desafío evitar que sean readmitidos en el hospital sin un implante permanente, lo que ocupa más espacio y más tiempo de una fuerza laboral médica ya asediada y con poco personal .
Los investigadores tienen otro ensayo clínico en curso utilizando CHAIS con MGH y Boston Medical Center que esperan concluir pronto para comenzar el análisis de datos.
“En mi opinión, la verdadera promesa de la IA en el ámbito de la atención sanitaria es brindar una atención equitativa y de vanguardia a todos, independientemente de su situación socioeconómica, su origen y el lugar donde vivan”, afirma Stultz.
“Este trabajo es un paso hacia la consecución de este objetivo”.
Los resultados obtenidos demuestran la utilidad y el potencial de la monitorización hemodinámica cardíaca ambulatoria con monitores de parche de electrocardiograma.
La capacidad de medir de forma no invasiva la presión auricular izquierda facilitaría la identificación de pacientes con riesgo de congestión pulmonar y orientaría la atención proactiva de la insuficiencia cardíaca.
Los monitores cardíacos portátiles, que registran datos de electrocardiogramas de una sola derivación, brindan información que se puede aprovechar para inferir las presiones auriculares izquierdas.
