Summary of the II Brazilian Guideline Update on Acute Heart Failure 2009/2011

In the past two years we observed several changes in the diagnostic and therapeutic approach of patients with acute heart failure (acute HF), which led us to the need of performing a summary update of the II Brazilian Guidelines on Acute Heart Failure 2009. In the diagnostic evaluation, the diagnostic flowchart was simplified and the role of clinical assessment and echocardiography was enhanced. In the clinical-hemodynamic evaluation on admission, the hemodynamic echocardiography gained prominence as an aid to define this condition in patients with acute HF in the emergency room. In the prognostic evaluation, the role of biomarkers was better established and the criteria and prognostic value of the cardiorenal syndrome was better defined. The therapeutic approach flowcharts were revised, and are now simpler and more objective. Among the advances in drug therapy, the safety and importance of the maintenance or introduction of beta-blockers in the admission treatment are highlighted. Anticoagulation, according to new evidence, gained a wider range of indications. The presentation hemodynamic models of acute pulmonary edema were well established, with their different therapeutic approaches, as well as new levels of indication and evidence. In the surgical treatment of acute HF, CABG, the approach to mechanical lesions and heart transplantation were reviewed and updated. This update strengthens the II Brazilian Guidelines on Acute Heart Failure to keep it updated and refreshed. All clinical cardiologists who deal with patients with acute HF will find, in the guidelines and its summary, important tools to help them with the clinical practice for better diagnosis and treatment of their patients.

Comparison of two experimental models of pulmonary hypertension

Objective: To compare two models of pulmonary hypertension (monocrotaline and monocrotaline+pneumonectomy) regarding hemodynamic severity, structure of pulmonary arteries, inflammatory markers (IL-1 and PDGF), and 45-day survival. Methods: We used 80 Sprague-Dawley rats in two study protocols: structural analysis; and survival analysis. The rats were divided into four groups: control; monocrotaline (M), pneumonectomy (P), and monocrotaline+pneumonectomy (M+P). In the structural analysis protocol, 40 rats (10/group) were catheterized for the determination of hemodynamic variables, followed by euthanasia for the removal of heart and lung tissue. The right ventricle (RV) was dissected from the interventricular septum (IS), and the ratio between RV weight and the weight of the left ventricle (LV) plus IS (RV/LV+IS) was taken as the index of RV hypertrophy. In lung tissues, we performed histological analyses, as well as using ELISA to determine IL-1 and PDGF levels. In the survival protocol, 40 animals (10/group) were followed for 45 days. Results: The M and M+P rats developed pulmonary hypertension, whereas the control and P rats did not. The RV/LV+IS ratio was significantly higher in M+P rats than in M rats, as well as being significantly higher in M and M+P rats than in control and P rats. There were no significant differences between the M and M+P rats regarding the area of the medial layer of the pulmonary arteries; IL-1 and PDGF levels; or survival. Conclusions: On the basis of our results, we cannot conclude that the monocrotaline+pneumonectomy model is superior to the monocrotaline model.

Remodelamento miocárdico após grandes infartos converte potenciação pós-pausa em decaimento da força em ratos

FUNDAMENTO: A Contração Pós-Repouso (CPR) do músculo cardíaco fornece informações indiretas sobre a manipulação de cálcio intracelular. OBJETIVO: Nosso objetivo foi estudar o comportamento da CPR e seus mecanismos subjacentes em camundongos com infarto do miocárdio. MÉTODOS: Seis semanas após a oclusão coronariana, a contratilidade dos Músculos Papilares (MP) obtidos a partir de camundongos submetidos à cirurgia sham (C, n = 17), com infarto moderado (MMI, n = 10) e grande infarto (LMI, n = 14), foi avaliada após intervalos de repouso de 10 a 60 segundos antes e depois da incubação com cloreto de lítio (Li+) em substituição ao cloreto de sódio ou rianodina (Ry). A expressão proteica de SR Ca(2+)-ATPase (SERCA2), trocador Na+/Ca2+ (NCX), fosfolambam (PLB) e fosfo-Ser (16)-PLB foi analisada por Western blotting. RESULTADOS: Os camundongos MMI apresentaram potenciação de CPR reduzida em comparação aos camundongos C. Em oposição à potenciação normal para camundongos C, foram observadas degradações de força pós-repouso nos músculos de camundongos LMI. Além disso, a Ry bloqueou a degradação ou potenciação de PRC observada em camundongos LMI e C; o Li+ inibiu o NCX e converteu a degradação em potenciação de CPR em camundongos LMI. Embora os camundongos MMI e LMI tenham apresentado diminuição no SERCA2 (72 ± 7% e 47 ± 9% de camundongos controle, respectivamente) e expressão protéica de fosfo-Ser16-PLB (75 ± 5% e 46 ± 11%, respectivamente), a superexpressão do NCX (175 ± 20%) só foi observada nos músculos de camundongos LMI. CONCLUSÃO: Nossos resultados mostraram, pela primeira vez, que a remodelação miocárdica pós-IAM em camundongos pode mudar a potenciação regular para degradação pós-repouso, afetando as proteínas de manipulação de Ca(2+) em miócitos.

Utilidade clínica da angiografia coronariana em pacientes com disfunção ventricular esquerda

FUNDAMENTO: A realização da angiografia coronariana na insuficiência cardíaca sem etiologia definida é frequentemente justificada para avaliação diagnóstica de cardiopatia isquêmica. Porém, o benefício clínico dessa estratégia não é conhecido. OBJETIVO: Avaliar a prevalência de cardiopatia isquêmica mediante critérios angiográficos em pacientes com insuficiência cardíaca e fração de ejeção reduzida sem etiologia, assim como o seu impacto na decisão terapêutica. MÉTODOS: Foram avaliados pacientes ambulatoriais consecutivos com insuficiência cardíaca e disfunção sistólica, que tiveram a angiografia coronariana indicada para esclarecimento etiológico da cardiopatia, no período de 1º de janeiro de 2009 a 31 de dezembro de 2010. Os pacientes com diagnóstico de doença arterial coronariana, sorologia positiva para doença de Chagas, cardiopatia congênita, valvopatia grave ou pacientes submetidos a transplante cardíaco foram excluídos da análise. A amostra foi dividida em dois grupos conforme a indicação do cateterismo. Grupo-1: Sintomáticos em razão de angina ou insuficiência cardíaca refratária. Grupo-2: Presença de > 2 fatores de risco para doença arterial coronariana RESULTADOS: Cento e sete pacientes foram incluídos para análise, sendo 51 (47,7%) pacientes pertencentes ao Grupo-1 e 56 (52,3%), ao Grupo-2. A prevalência de cardiopatia isquêmica foi de 9,3% (10 pacientes), e todos pertenciam ao Grupo-1 (p = 0,0001). Durante o seguimento, apenas 4 (3,7%) tiveram indicação de revascularização miocárdica; 3 (2,8%) pacientes apresentaram complicações relacionadas ao procedimento. CONCLUSÃO: Em nosso trabalho, a realização da angiografia coronariana em pacientes com insuficiência cardíaca e disfunção sistólica sem etiologia, apesar de embasada pelas atuais diretrizes, não evidenciou benefício quando indicada apenas pela presença de fatores de risco para doença arterial coronariana.

Redução da densidade de extrassístoles e dos sintomas relacionados após administração de magnésio por via oral

FUNDAMENTO: As extrassístoles ventriculares e supraventriculares (EV e ESSV) são frequentes e muitas vezes sintomáticas. O íon magnésio (Mg) desempenha um papel importante na fisiologia do potencial de ação transmembrana celular e do ritmo cardíaco. OBJETIVO: Avaliar se a administração do pidolato de magnésio (PMg) em pacientes com EV e ESSV tem desempenho superior ao uso do placebo (P) na melhora dos sintomas e densidade das extrassístoles (DES). MÉTODOS: Estudo duplo-cego, randomizado, com 60 pacientes sintomáticos consecutivos, com mais de 240/EV ou ESSV ao Holter de 24 horas e selecionados para receber P ou PMg. Para avaliar a melhora da sintomatologia, foi feito um questionário categórico e específico de sintomas relacionados às extrassístoles. Após o tratamento, foi considerada significante uma redução de mais de 70% na DES por hora. A dose do PMg foi de 3,0 g/dia por 30 dias, equivalente a 260 mg do elemento Mg. Nenhum paciente tinha cardiopatia estrutural ou insuficiência renal. RESULTADOS: Dos 60 pacientes estudados, 33 eram do sexo feminino (55%). A faixa etária variou de 16 a 70 anos. No grupo PMg, 76,6% dos pacientes tiveram redução maior que 70%, 10% deles maior que 50% e somente 13,4% tiveram redução menor que 50% na DES. No grupo P, 40% dos pacientes tiveram melhora de apenas 30% na frequência de extrassístoles (p < 0,001). A melhora dos sintomas foi alcançada em 93,3% dos pacientes do grupo PMg, comparada com somente 16,7% do grupo P (p < 0,001). CONCLUSÃO: A suplementação de Mg via oral reduziu a DES, resultando em melhora dos sintomas.

Uso da monitorização hemodinâmica contínua não invasiva na insuficiência cardíaca descompensada

FUNDAMENTO: A avaliação clínico-hemodinâmica à beira do leito e o uso do cateter de artéria pulmonar para a estimativa de dados hemodinâmicos têm sido utilizados na insuficiência cardíaca descompensada. Entretanto, não existem dados com o uso da monitorização hemodinâmica contínua não invasiva. OBJETIVO: Comparar as medidas obtidas com a monitorização hemodinâmica não invasiva com as invasivas em pacientes com insuficiência cardíaca descompensada e refratária ao tratamento. MÉTODOS: As medidas hemodinâmicas não invasivas foram obtidas através da monitorização contínua da pressão arterial sistêmica pelo modelo de ondas de pulso (modelflow) e foram comparadas com as medidas obtidas pela passagem do cateter de artéria pulmonar, simultaneamente. RESULTADOS: Foram realizadas 56 medidas em 14 pacientes estudados em dias e horários diferentes. O índice de correlação entre as medidas da pressão arterial sistólica foi de r = 0,26 (IC 95% = 0,00 a 0,49, p = 0,0492) e da diastólica de r = 0,50 (IC 95% = 0,27 a 0,67, p < 0,0001). A correlação foi de r = 0,55 (IC 95% = 0,34 a 0,71, p 0,0001) para o índice cardíaco e de r = 0,32 (IC 95% = 0,06 a 0,53, p = 0,0178) para a resistência vascular sistêmica. CONCLUSÃO: Houve correlação entre as medidas hemodinâmicas não invasivas quando comparadas às medidas do cateter de artéria pulmonar. A monitorização hemodinâmica contínua não invasiva pode ser útil para pacientes internados com insuficiência cardíaca descompensada.

Programa de capacitação em ressuscitação cardiorrespiratória com uso do desfibrilador externo automático em uma universidade

A desfibrilação precoce na ressuscitação cardiopulmonar (RCP) recebe crescente destaque quanto à prioridade e rapidez. Este é um relato de experiência da implantação de um programa de capacitação em RCP, utilizando o desfibrilador em uma universidade privada. O programa em manobras básicas de RCP foi baseado nas diretrizes mundiais, envolvendo um curso teórico com demonstração prática das manobras de RCP com desfibrilador, treinamento prático individual, avaliação teórica e prática. Quanto ao desempenho dos alunos na avaliação prática, a média das pontuações obtidas pelos alunos na 1ª Etapa foi de 26,4 pontos e na 2ª Etapa a média aumentou para 252,8 pontos, já na Avaliação teórica na 1ª Etapa foi de 3,06 pontos e na 2ª Etapa a média aumentou para 9,0 pontos. A implantação desse tipo de programas contribui para a aquisição efetiva de conhecimento (teórico) e da habilidade (prática) nos atendimentos a vítimas de PCR.

Tratamento percutâneo vs. cirúrgico da persistência do canal arterial em crianças e adolescentes

INTRODUÇÃO: Estudos comparando os métodos percutâneo e cirúrgico no tratamento da persistência do canal arterial (PCA) são raros na literatura. Nosso objetivo foi realizar análise comparativa entre os dois métodos de tratamento da PCA, enfatizando os aspectos de eficácia e morbidade. MÉTODOS: Estudo observacional com 2 coortes de crianças e adolescentes > 5 kg e < 14 anos, portadores de PCA, tratados durante um projeto de avaliação de incorporação de novas tecnologias ao Sistema Único de Saúde (SUS), realizado em um hospital cardiológico de excelência, em parceria com o Ministério da Saúde do Brasil. Foi feita análise prospectiva no grupo percutâneo entre 2009 e 2011 e retrospectiva no grupo cirúrgico entre 2006 e 2011. RESULTADOS: Foram incluídos 80 pacientes no grupo percutâneo (60% do sexo feminino) e 39 no grupo cirúrgico (51% do sexo feminino; P = 0,37). A mediana de idade e de peso dos grupos percutâneo e cirúrgico foi de 39,4 meses vs. 25,5 meses (P = 0,04) e de 14 kg vs. 11,1 kg (P = 0,052), respectivamente. No grupo percutâneo, 78 pacientes (92%) tinham PCA do tipo A e o diâmetro mínimo do canal à angiografia foi de 2,5 ± 1,2 mm. As próteses mais utilizadas foram Amplatzer®, molas de Gianturco e CeraTM. A técnica cirúrgica mais utilizada foi a clipagem. A taxa de sucesso dos procedimentos foi de 100% nos dois grupos. O grupo cirúrgico apresentou maiores taxas de complicação, incluindo quilotórax, infecções, necessidade de hemoderivados, hipertensão arterial sistêmica e uso de opioides, como também maior necessidade de terapia intensiva. A mediana do tempo de internação foi de 1,3 dia no grupo percutâneo e de 7,9 dias no grupo cirúrgico (P < 0,01). À alta hospitalar, as taxas de oclusão foram semelhantes nos dois grupos (91% no grupo percutâneo e 87% no grupo cirúrgico; P = 0,71). CONCLUSÕES: Em decorrência da menor morbidade, do menor tempo de internação e da igual eficácia, o tratamento percutâneo da PCA deve ser considerado a modalidade terapêutica de escolha para pacientes selecionados.

Avaliação hemodinâmica de duas vias de reposição volêmica em um modelo de hemorragia da veia cava caudal em porcos

Introdução: A reposição volêmica em pacientes traumatizados tem sido controvérsa. O A.T.L.S. recomenda a infusão de um grande volume de fluidos na fase inicial de tratamento, enquanto outros autores recomendam a administração somente quando do controle da hemorragia. O acesso venoso femoral é contra indicado em pacientes com trauma abdominal por temor de aumento de hemorragia. A solução hipertônica de NaCl a 7,5% (SH) possui benefícios consideráveis de logística e de recuperação hemodinâmica com pequenos volumes de infusão, semelhante as vantagens das soluções padrões isotônicas na fase pré-hospitalar. Objetivos: Criar um modelo de choque hemorrágico induzido por trauma venoso. Avaliar a hemodinâmica e o volume de hemorragia abdominal nos animais submetidos a choque hemorrágico e tratados com SH via acesso femoral e jugular. Métodos: Em 18 porcos da raça landrace, divididos em 3 grupos de 6 animais (Controle, Jugular e Femoral), foi induzido um choque hipovolêmico não controlado pela ruptura da veia cava caudal. Os animais do grupo controle (GC) foram observados por 40 minutos quanto ao seu padrão hemodinâmico de Pressão de Artéria Pulmonar (PAP), Pressão Artérial Média (PAM), Débito Cardíaco (DC) e Fluxo de Veia Porta (FVP), porém sem reposição volêmica. Os animais dos grupos Femoral (GC) e Jugular (GJ) foram tratados com 4 ml/Kg de solução hipertônica de NaCl a 7,5% (SH) aos 20 minutos de experimento. Ao final do experimento, o volume de hemorragia abdominal foi mensurado.Resultados: O grupo controle (GC) apresentou queda dos valores hemodinâmicos aos 10 minutos e estes permaneceram estáveis até o final do experimento. Os animais dos grupos tratamento (GF e GJ) apresentaram melhora da hemodinâmica aos 30 minutos, sem aumento da hemorragia abdominal. Conclusão: A solução hipertônica de NaCl (SH) permitiu a melhora parcial da hemodinâmica no modelo de choque hipovolêmico, sem aumento da hemorragia, independentemente do acesso utilizada para a infusão.

Fibrilación auricular y terapéutica anticoagulante

La fibrilación auricular es la taquiarritmia más frecuente en la población general. La frecuencia de dicha arritmia aumenta con la edad, presentándose en un 1.5% de los 50 a 59 años a 8-10% de los 80 a 89 años. La fibrilación auricular incrementa el riesgo de sufrir un evento cerebrovascular isquémico cardioembólico en 5 veces y causa el 15% de todos los accidentes cerebrovasculares isquémicos. El manejo de la fibrilación auricular se enfoca, principalmente, en la prevención de los fenómenos tromboembólicos y en el control de la frecuencia y ritmo cardiaco. La anticoagulación, ha demostrado ser la principal herramienta en la prevención de eventos cardioembólicos. Aunque las complicaciones hemorrágicas por el tratamiento son esperables, y aumentan con la edad, sobrepasa por mucho, el beneficio de usar anticoagulación, al riesgo de sangrados. Precisamente debido a la heterogeneidad clínica de esta arritmia y a la dificultad de establecer un tratamiento adecuado para cada caso en particular, el American College of Cardiology, la American Heart Association, la European Society of Cardiology y el American College of Chest Physicians han establecido unas guías para mejorar el manejo de los pacientes. La revisión de esta patología y de estas directrices propuestas pueden facilitar y mejorar notablemente el tratamiento de los pacientes con fibrilación auricular.

Contribution towards intelligent service management in wearable and ubiquitous devices

Hoy en día asistimos a un creciente interés por parte de la sociedad hacia el cuidado de la salud. Esta afirmación viene apoyada por dos realidades. Por una parte, el aumento de las prácticas saludables (actividad deportiva, cuidado de la alimentación, etc.). De igual manera, el auge de los dispositivos inteligentes (relojes, móviles o pulseras) capaces de medir distintos parámetros físicos como el pulso cardíaco, el ritmo respiratorio, la distancia recorrida, las calorías consumidas, etc. Combinando ambos factores (interés por el estado de salud y disponibilidad comercial de dispositivos inteligentes) están surgiendo multitud de aplicaciones capaces no solo de controlar el estado actual de salud, también de recomendar al usuario cambios de hábitos que lleven hacia una mejora en su condición física. En este contexto, los llamados dispositivos llevables (weareables) unidos al paradigma de Internet de las cosas (IoT, del inglés Internet of Things) permiten la aparición de nuevos nichos de mercado para aplicaciones que no solo se centran en la mejora de la condición física, ya que van más allá proponiendo soluciones para el cuidado de pacientes enfermos, la vigilancia de niños o ancianos, la defensa y la seguridad, la monitorización de agentes de riesgo (como bomberos o policías) y un largo etcétera de aplicaciones por llegar. El paradigma de IoT se puede desarrollar basándose en las existentes redes de sensores inalámbricos (WSN, del inglés Wireless Sensor Network). La conexión de los ya mencionados dispositivos llevables a estas redes puede facilitar la transición de nuevos usuarios hacia aplicaciones IoT. Pero uno de los problemas intrínsecos a estas redes es su heterogeneidad. En efecto, existen multitud de sistemas operativos, protocolos de comunicación, plataformas de desarrollo, soluciones propietarias, etc. El principal objetivo de esta tesis es realizar aportaciones significativas para solucionar no solo el problema de la heterogeneidad, sino también de dotar de mecanismos de seguridad suficientes para salvaguardad la integridad de los datos intercambiados en este tipo de aplicaciones. Algo de suma importancia ya que los datos médicos y biométricos de los usuarios están protegidos por leyes nacionales y comunitarias. Para lograr dichos objetivos, se comenzó con la realización de un completo estudio del estado del arte en tecnologías relacionadas con el marco de investigación (plataformas y estándares para WSNs e IoT, plataformas de implementación distribuidas, dispositivos llevables y sistemas operativos y lenguajes de programación). Este estudio sirvió para tomar decisiones de diseño fundamentadas en las tres contribuciones principales de esta tesis: un bus de servicios para dispositivos llevables (WDSB, Wearable Device Service Bus) basado en tecnologías ya existentes tales como ESB, WWBAN, WSN e IoT); un protocolo de comunicaciones inter-dominio para dispositivos llevables (WIDP, Wearable Inter-Domain communication Protocol) que integra en una misma solución protocolos capaces de ser implementados en dispositivos de bajas capacidades (como lo son los dispositivos llevables y los que forman parte de WSNs); y finalmente, la tercera contribución relevante es una propuesta de seguridad para WSN basada en la aplicación de dominios de confianza. Aunque las contribuciones aquí recogidas son de aplicación genérica, para su validación se utilizó un escenario concreto de aplicación: una solución para control de parámetros físicos en entornos deportivos, desarrollada dentro del proyecto europeo de investigación “LifeWear”. En este escenario se desplegaron todos los elementos necesarios para validar las contribuciones principales de esta tesis y, además, se realizó una aplicación para dispositivos móviles por parte de uno de los socios del proyecto (lo que contribuyó con una validación externa de la solución). En este escenario se usaron dispositivos llevables tales como un reloj inteligente, un teléfono móvil con sistema operativo Android y un medidor del ritmo cardíaco inalámbrico capaz de obtener distintos parámetros fisiológicos del deportista. Sobre este escenario se realizaron diversas pruebas de validación mediante las cuales se obtuvieron resultados satisfactorios. ABSTRACT Nowadays, society is shifting towards a growing interest and concern on health care. This phenomenon can be acknowledged by two facts: first, the increasing number of people practising some kind of healthy activity (sports, balanced diet, etc.). Secondly, the growing number of commercial wearable smart devices (smartwatches or bands) able to measure physiological parameters such as heart rate, breathing rate, distance or consumed calories. A large number of applications combining both facts are appearing. These applications are not only able to monitor the health status of the user, but also to provide recommendations about routines in order to improve the mentioned health status. In this context, wearable devices merged with the Internet of Things (IoT) paradigm enable the proliferation of new market segments for these health wearablebased applications. Furthermore, these applications can provide solutions for the elderly or baby care, in-hospital or in-home patient monitoring, security and defence fields or an unforeseen number of future applications. The introduced IoT paradigm can be developed with the usage of existing Wireless Sensor Networks (WSNs) by connecting the novel wearable devices to them. In this way, the migration of new users and actors to the IoT environment will be eased. However, a major issue appears in this environment: heterogeneity. In fact, there is a large number of operating systems, hardware platforms, communication and application protocols or programming languages, each of them with unique features. The main objective of this thesis is defining and implementing a solution for the intelligent service management in wearable and ubiquitous devices so as to solve the heterogeneity issues that are presented when dealing with interoperability and interconnectivity of devices and software of different nature. Additionally, a security schema based on trust domains is proposed as a solution to the privacy problems arising when private data (e.g., biomedical parameters or user identification) is broadcasted in a wireless network. The proposal has been made after a comprehensive state-of-the-art analysis, and includes the design of a Wearable Device Service Bus (WDSB) including the technologies collected in the requirement analysis (ESB, WWBAN, WSN and IoT). Applications are able to access the WSN services regardless of the platform and operating system where they are running. Besides, this proposal also includes the design of a Wearable Inter-Domain communication Protocols set (WIDP) which integrates lightweight protocols suitable to be used in low-capacities devices (REST, JSON, AMQP, CoAP, etc...). Furthermore, a security solution for service management based on a trustworthy domains model to deploy security services in WSNs has been designed. Although the proposal is a generic framework for applications based on services provided by wearable devices, an application scenario for testing purposes has been included. In this validation scenario it has been presented an autonomous physical condition performance system, based on a WSN, bringing the possibility to include several elements in an IoT scenario: a smartwatch, a physiological monitoring device and a smartphone. In summary, the general objective of this thesis is solving the heterogeneity and security challenges arising when developing applications for WSNs and wearable devices. As it has been presented in the thesis, the solution proposed has been successfully validated in a real scenario and the obtained results were satisfactory.

Desarrollo de un sistema portátil de monitorización personal

Un sistema de monitorización personal está pensado para mantener un control constante de ciertos parámetros vitales, de forma que se pueda realizar un registro de los mismos o generar algún tipo de alarma si se salen fuera de sus parámetros habituales o alcanzan cotas de riesgo. En este aspecto, se convierten en una opción cada vez más atractiva cuanto menos invasivos son, de forma que el objetivo es conseguir un sistema que monitorice al paciente sin entorpecer sus acciones cotidianas. Por este motivo, los dispositivos wearables son una buena opción. Un reloj, un colgante o una pulsera son elementos que llevan muchas personas, y por tanto, susceptibles de incorporar un procesador y algunos sensores que realicen las medidas. En este Trabajo de Fin de Grado se pretende realizar un prototipo sencillo de un sistema de monitorización personal que ilustre el funcionamiento de una red de área personal (WBAN) a partir de una plataforma de desarrollo preexistente. La plataforma en cuestión es el eZ430-Chronos de Texas Instruments, un System on Chip que incorpora sensores de aceleración, temperatura y presión. El System on Chip se encapsula en la forma de un reloj de pulsera. Además, se dispone de una banda, fabricada por BM innovations, que permite medir el ritmo cardíaco. En primer lugar se hará un análisis del sistema disponible, por un lado de la arquitectura hardware y firmware del dispositivo, y por otro lado de la arquitectura del software del cliente para PC. El firmware disponible en un principio permite únicamente la captura y registro de algunos parámetros del entorno, así como de las pulsaciones. Adicionalmente, el eZ430-Chronos dispone de un cliente para PC que le permite descargar los datos almacenados en la memoria flash al PC, así como configurar ciertos valores. En una segunda fase, se modificará el firmware para convertirlo en un sistema de monitorización personal, en el que se le retira al usuario la capacidad de control sobre la ejecución y se automatizan los procesos de adquisición y descarga de datos. Además, se creará una aplicación para PC que tenga la misma funcionalidad que el software original, aparte de incluir algunas características adicionales.

Automatic physical activity pattern recognition and meal intake modelling in type 1 diabetes for their inclusion in artificial pancreas systems

La diabetes comprende un conjunto de enfermedades metabólicas que se caracterizan por concentraciones de glucosa en sangre anormalmente altas. En el caso de la diabetes tipo 1 (T1D, por sus siglas en inglés), esta situación es debida a una ausencia total de secreción endógena de insulina, lo que impide a la mayoría de tejidos usar la glucosa. En tales circunstancias, se hace necesario el suministro exógeno de insulina para preservar la vida del paciente; no obstante, siempre con la precaución de evitar caídas agudas de la glucemia por debajo de los niveles recomendados de seguridad. Además de la administración de insulina, las ingestas y la actividad física son factores fundamentales que influyen en la homeostasis de la glucosa. En consecuencia, una gestión apropiada de la T1D debería incorporar estos dos fenómenos fisiológicos, en base a una identificación y un modelado apropiado de los mismos y de sus sorrespondientes efectos en el balance glucosa-insulina. En particular, los sistemas de páncreas artificial –ideados para llevar a cabo un control automático de los niveles de glucemia del paciente– podrían beneficiarse de la integración de esta clase de información. La primera parte de esta tesis doctoral cubre la caracterización del efecto agudo de la actividad física en los perfiles de glucosa. Con este objetivo se ha llevado a cabo una revisión sistemática de la literatura y meta-análisis que determinen las respuestas ante varias modalidades de ejercicio para pacientes con T1D, abordando esta caracterización mediante unas magnitudes que cuantifican las tasas de cambio en la glucemia a lo largo del tiempo. Por otro lado, una identificación fiable de los periodos con actividad física es un requisito imprescindible para poder proveer de esa información a los sistemas de páncreas artificial en condiciones libres y ambulatorias. Por esta razón, la segunda parte de esta tesis está enfocada a la propuesta y evaluación de un sistema automático diseñado para reconocer periodos de actividad física, clasificando su nivel de intensidad (ligera, moderada o vigorosa); así como, en el caso de periodos vigorosos, identificando también la modalidad de ejercicio (aeróbica, mixta o de fuerza). En este sentido, ambos aspectos tienen una influencia específica en el mecanismo metabólico que suministra la energía para llevar a cabo el ejercicio y, por tanto, en las respuestas glucémicas en T1D. En este trabajo se aplican varias combinaciones de técnicas de aprendizaje máquina y reconocimiento de patrones sobre la fusión multimodal de señales de acelerometría y ritmo cardíaco, las cuales describen tanto aspectos mecánicos del movimiento como la respuesta fisiológica del sistema cardiovascular ante el ejercicio. Después del reconocimiento de patrones se incorpora también un módulo de filtrado temporal para sacar partido a la considerable coherencia temporal presente en los datos, una redundancia que se origina en el hecho de que en la práctica, las tendencias en cuanto a actividad física suelen mantenerse estables a lo largo de cierto tiempo, sin fluctuaciones rápidas y repetitivas. El tercer bloque de esta tesis doctoral aborda el tema de las ingestas en el ámbito de la T1D. En concreto, se propone una serie de modelos compartimentales y se evalúan éstos en función de su capacidad para describir matemáticamente el efecto remoto de las concetraciones plasmáticas de insulina exógena sobre las tasas de eleiminación de la glucosa atribuible a la ingesta; un aspecto hasta ahora no incorporado en los principales modelos de paciente para T1D existentes en la literatura. Los datos aquí utilizados se obtuvieron gracias a un experimento realizado por el Institute of Metabolic Science (Universidad de Cambridge, Reino Unido) con 16 pacientes jóvenes. En el experimento, de tipo ‘clamp’ con objetivo variable, se replicaron los perfiles individuales de glucosa, según lo observado durante una visita preliminar tras la ingesta de una cena con o bien alta carga glucémica, o bien baja. Los seis modelos mecanísticos evaluados constaban de: a) submodelos de doble compartimento para las masas de trazadores de glucosa, b) un submodelo de único compartimento para reflejar el efecto remoto de la insulina, c) dos tipos de activación de este mismo efecto remoto (bien lineal, bien con un punto de corte), y d) diversas condiciones iniciales. ABSTRACT Diabetes encompasses a series of metabolic diseases characterized by abnormally high blood glucose concentrations. In the case of type 1 diabetes (T1D), this situation is caused by a total absence of endogenous insulin secretion, which impedes the use of glucose by most tissues. In these circumstances, exogenous insulin supplies are necessary to maintain patient’s life; although caution is always needed to avoid acute decays in glycaemia below safe levels. In addition to insulin administrations, meal intakes and physical activity are fundamental factors influencing glucose homoeostasis. Consequently, a successful management of T1D should incorporate these two physiological phenomena, based on an appropriate identification and modelling of these events and their corresponding effect on the glucose-insulin balance. In particular, artificial pancreas systems –designed to perform an automated control of patient’s glycaemia levels– may benefit from the integration of this type of information. The first part of this PhD thesis covers the characterization of the acute effect of physical activity on glucose profiles. With this aim, a systematic review of literature and metaanalyses are conduced to determine responses to various exercise modalities in patients with T1D, assessed via rates-of-change magnitudes to quantify temporal variations in glycaemia. On the other hand, a reliable identification of physical activity periods is an essential prerequisite to feed artificial pancreas systems with information concerning exercise in ambulatory, free-living conditions. For this reason, the second part of this thesis focuses on the proposal and evaluation of an automatic system devised to recognize physical activity, classifying its intensity level (light, moderate or vigorous) and for vigorous periods, identifying also its exercise modality (aerobic, mixed or resistance); since both aspects have a distinctive influence on the predominant metabolic pathway involved in fuelling exercise, and therefore, in the glycaemic responses in T1D. Various combinations of machine learning and pattern recognition techniques are applied on the fusion of multi-modal signal sources, namely: accelerometry and heart rate measurements, which describe both mechanical aspects of movement and the physiological response of the cardiovascular system to exercise. An additional temporal filtering module is incorporated after recognition in order to exploit the considerable temporal coherence (i.e. redundancy) present in data, which stems from the fact that in practice, physical activity trends are often maintained stable along time, instead of fluctuating rapid and repeatedly. The third block of this PhD thesis addresses meal intakes in the context of T1D. In particular, a number of compartmental models are proposed and compared in terms of their ability to describe mathematically the remote effect of exogenous plasma insulin concentrations on the disposal rates of meal-attributable glucose, an aspect which had not yet been incorporated to the prevailing T1D patient models in literature. Data were acquired in an experiment conduced at the Institute of Metabolic Science (University of Cambridge, UK) on 16 young patients. A variable-target glucose clamp replicated their individual glucose profiles, observed during a preliminary visit after ingesting either a high glycaemic-load or a low glycaemic-load evening meal. The six mechanistic models under evaluation here comprised: a) two-compartmental submodels for glucose tracer masses, b) a single-compartmental submodel for insulin’s remote effect, c) two types of activations for this remote effect (either linear or with a ‘cut-off’ point), and d) diverse forms of initial conditions.

Papel do ecocardiograma transesofágico tridimensional na ótima seleção do dispositivo para o tratamento percutâneo da comunicação interatrial tipo ostium secundum

INTRODUCAO: A comunicação interatrial tipo \"ostium secundum\" é um defeito cardíaco congênito caracterizado pela deficiência parcial ou total da lâmina da fossa oval, também chamada de septo primo. Corresponde a 10 a 12% do total de cardiopatias congênitas, sendo a mais frequente na idade adulta. Atualmente a oclusão percutânea é o método terapêutico de escolha em defeitos com características anatômicas favoráveis para o implante de próteses na maioria dos grandes centros mundiais. A ecocardiografia transesofágica bidimensional com mapeamento de fluxo em cores é considerada a ferramenta padrão-ouro para a avaliação anatômica e monitoração durante do procedimento, sendo crucial para a ótima seleção do dispositivo. Neste sentido, um balão medidor é introduzido e insuflado através do defeito de forma a ocluí-lo temporariamente. A medida da cintura que se visualiza no balão (diâmetro estirado) é utilizada como referência para a escolha do tamanho da prótese. Recentemente a ecocardiografia tridimensional transesofágica em tempo real tem sido utilizada neste tipo de intervenção percutânea. Neste estudo avaliamos o papel da mesma na ótima seleção do dispositivo levando-se em consideração as dimensões e a geometria do defeito e a espessura das bordas do septo interatrial. METODO: Estudo observacional, prospectivo, não randomizado, de único braço, de uma coorte de 33 pacientes adultos portadores de comunicação interatrial submetidos a fechamento percutâneo utilizando dispositivo de nitinol autocentrável (Cera ®, Lifetech Scientific, Shenzhen, China). Foram analisadas as medidas do maior e menor diâmetro do defeito, sua área e as medidas do diâmetro estirado com balão medidor obtidas por meio das duas modalidades ecocardiográficas. Os defeitos foram considerados como elípticos ou circulares segundo a sua geometria; as bordas ao redor da comunicação foram consideradas espessas (>2 mm) ou finas. O dispositivo selecionado foi igual ou ate 2 mm maior que o diâmetro estirado na ecocardiografia transesofágica bidimensional (padrão-ouro). Na tentativa de identificar uma variável que pudesse substituir o diâmetro estirado do balão para a ótima escolha do dispositivo uma série de correlações lineares foram realizadas. RESULTADOS: A idade e peso médio foram de 42,1 ± 14,9 anos e 66,0 ± 9,4kg, respectivamente; sendo 22 de sexo feminino. Não houve diferenças estatísticas entre os diâmetros maior e menor ou no diâmetro estirado dos defeitos determinados por ambas as modalidades ecocardiográficas. A correlação entre as medidas obtidas com ambos os métodos foi ótima (r > 0,90). O maior diâmetro do defeito, obtido à ecoardiografia transesofágica tridimensional, foi a variável com melhor correlação com o tamanho do dispositivo selecionado no grupo como um todo (r= 0,89) e, especialmente, nos subgrupos com geometria elíptica (r= 0,96) e com bordas espessas ao redor do defeito (r= 0,96). CONCLUSÃO: Neste estudo em adultos com comunicações interatriais tipo ostium secundum submetidos à oclusão percutânea com a prótese Cera ®, a ótima seleção do dispositivo pôde ser realizada utilizando-se apenas a maior medida do defeito obtida na ecocardiografia transesofágica tridimensional em tempo real, especialmente nos pacientes com defeitos elípticos e com bordas espessas.