Algoritmo para la detección temprana de alergias

Sistema electrónico para la detección temprana de reacciones alérgicas / UAH

La Universidad de Alcalá lidera una investigación para el desarrollo de un algoritmo para la detección temprana de alergias. 

 

Fuente: UAH

Esta investigación surge de un convenio entre la UAH y la University College Cork (UCC, Irlanda) en el que se incluyó el desarrollo de Joint PhDs (programa de doctorado internacional conjunto entre ambas instituciones). Raquel Gutiérrez Rivas, autora de este trabajo, ha desarrollado su tesis doctoral gracias a esta colaboración. La tesis ha sido co-dirigida por los doctores Juan Jesús García Domínguez (UAH) y Liam Marnane (UCC).

En esta entrevista, concedida a uah.esnoticia, Raquel nos comenta los entresijos de este trabajo de investigación que mediante el desarrollo de un algoritmo detecta las alergias de manera temprana. El estudio clínico de esta investigación se desarrolló en el Hospital Universitario de Guadalajara, bajo la supervisión de la doctora Arantza Vega Castro, Jefa del Servicio de Alergología.

 

¿Cómo se detecta la intolerancia a medicamentos gracias a este método? ¿Cuál ha sido el proceso de creación de este nuevo método de predicción de alergias?

Las pruebas de provocación a alergias (tanto alimentarias, como a medicamentos) consisten en proporcionarle al paciente dosis cada vez mayores del alérgeno del que se sospecha, dejando un tiempo determinado entre cada nueva dosis. Se busca, para confirmar la alergia, que el paciente sufra algún tipo de reacción. Las reacciones son muy variables en cuanto a cómo se manifiestan o su severidad; y no es posible establecer un patrón en función de las características de los pacientes, ni en cuanto al tipo de alérgeno.

Realizando pruebas de provocación de alergias alimentarias, se detectó una relación entre ciertas variaciones del ritmo cardíaco y la posterior aparición de reacciones alérgicas

En la universidad irlandesa de Cork (UCC), con la que colaboramos, se desarrolló una tesis doctoral (Niall Twomey, supervisada por el profesor Liam Marnane) en la que, con los datos de 24 pacientes pediátricos (menores de 12 años) realizando pruebas de provocación de alergias alimentarias, se detectó una relación entre ciertas variaciones del ritmo cardíaco y la posterior aparición de reacciones alérgicas.

Mi tesis doctoral, titulada ‘Real-Time Early Detection of Allergic Reactions based on the Heart Rate Variability‘, tenía como objetivo determinar la relación específica entre las variaciones del ritmo cardíaco con la posterior aparición de reacciones alérgicas y expresarla de una forma matemática, para intentar así detectar dichas reacciones a través de la señal electrocardiográfica.

A partir de la base de datos de la que disponíamos, y relacionando los resultados (positivo – negativo) de las pruebas de provocación con las características de los electrocardiogramas, pudimos establecer el patrón que seguía la variabilidad del ritmo cardíaco en la mayoría de los pacientes positivos, y que no se presentaba en el caso de los pacientes no alérgicos.

En primer lugar, ¿Podéis explicarnos cómo habéis realizado el proceso de colaboración y desarrollo del proyecto? ¿Cómo ha sido la colaboración con el Hospital de Guadalajara?

La base de datos obtenida en Irlanda nos sirvió para establecer un primer patrón, sin embargo, no era lo suficientemente extensa para continuar con el estudio, por lo que decidimos ponernos en contacto con la doctora Arantza Vega Castro, Jefa del servicio de Alergología del Hospital Universitario de Guadalajara.

Tras escuchar nuestra propuesta, no solo se mostró dispuesta a colaborar, sino que nos propuso extender el estudio en cuanto a los pacientes y al tipo de alérgeno, añadiendo adultos y alergias a medicamentos al estudio.

A partir de ahí, con la ayuda de las enfermeras del servicio de alergología, comenzamos una fase de adquisición de datos. Durante 2 años, obtuvimos más de 170 nuevas señales electrocardiográficas, lo que suma más de 630 horas de medida. Durante este tiempo, y a medida que adquiríamos nuevos datos, pudimos ir mejorando la detección y analizando en qué casos suponía una mejora y la magnitud de dicha mejora.

Descubrimos que en muchas de las pruebas el algoritmo detectaba las reacciones alérgicas incluso con dosis más bajas (en las primeras fases de la prueba), que las necesarias para que se manifestasen las reacciones alérgicas. Es decir, en dichos casos, se podrían haber reducido tanto el tiempo de la prueba, como la dosis de alérgeno proporcionada al paciente. Esto habría reducido el riesgo de reacciones severas, aumentando la seguridad de las provocaciones y la calidad de vida de los pacientes que se someten a ellas.

¿Cómo intervienen en este proceso los algoritmos matemáticos? ¿Por qué usar algoritmos para esta finalidad?

Una vez establecido el patrón que define la existencia de una posible reacción alérgica, el siguiente paso es detectarlo en nuevos pacientes y generar algún tipo de alarma o aviso.

Un algoritmo nos sirve para realizar esta búsqueda de forma automática, de manera que no sea necesario que haya una persona observando de manera continuada el ritmo cardiaco de cada paciente durante dichas pruebas. Hay que tener en cuenta que varios pacientes realizan estas pruebas de forma simultánea, y pueden llegar a durar hasta 5 horas.

El algoritmo definido puede programarse en un dispositivo inalámbrico portátil, de manera que, automática y continuamente, analice el electrocardiograma

El algoritmo definido puede programarse en un dispositivo inalámbrico portátil, de manera que, automática y continuamente, analice el electrocardiograma, obtenga el ritmo cardíaco y su variabilidad, y busque el patrón establecido. En caso de darse una detección, el propio dispositivo puede alertar al personal médico. Este proceso sería complementario al actual, ya que no interfiere en absoluto en el procedimiento usado actualmente en los hospitales.

Nuestra propuesta mejora la seguridad del paciente, puesto que como demuestra el estudio, estas detecciones pueden realizarse antes que con los medios tradicionales. Además, facilita la labor del personal médico, que disponen de una fuente adicional y objetiva de información y la posibilidad de recibir un aviso antes de que el paciente reaccione al alérgeno.

¿Cómo pueden ayudar las matemáticas a predecir las reacciones del cuerpo humano? Esta aplicación que sirve para detectar alergias a medicamentos, ¿Podría servir para detectar otro tipo de problemas de salud?

Todos los dispositivos que usamos hoy en día para medir parámetros fisiológicos (medidores de tensión arterial, termómetros, electrocardiógrafos, etc.) requieren de un procesado de señal basado en algoritmos matemáticos. Las comparaciones que hacemos entre parámetros de dos individuos diferentes o de dos estados diferentes del mismo individuo, se realizan de forma matemática.

El electrocardiograma se usa para detectar numerosas enfermedades (no solo cardíacas) o condiciones físicas determinadas. Puesto que está controlado por el sistema nervioso central, y este control se realiza en función de las necesidades corporales, es posible extraer una gran cantidad de información. A título de ejemplo, se puede detectar si una persona está sintiendo dolor, lo que es tremendamente útil en el caso de pacientes que no pueden expresarse (personas en coma, neonatos).

En nuestro caso, el algoritmo que hemos desarrollado es específico para la detección de reacciones alérgicas, y es necesario incrementar la base de datos y continuar con el estudio para que esta detección sea lo más precisa posible.

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