Diseño de un generador de patrones respiratorios visuales para la evaluación de la arritmia sinusal respiratoria - Chávez Calderón, Armando (Universidad Autónoma Metropolitana, 2015)
El control de la respiración se ha usado exhaustivamente en muchas investigaciones en el mundo como modulador de las ramas nerviosas simpática y parasimpática con el fin de caracterizar la Arritmia Sinusal Respiratoria. El Laboratorio de Fisiología Médica de la Universidad Autónoma Metropolitana Iztapalapa ha utilizado algunas tecnologías para el control respiratorio, como lo son marcadores de tiempo audibles, marcadores de tiempo visuales con columnas de LED y por visualización de patrones en una pantalla; en el caso de los marcadores por tonos audibles quedaron descartados ya que presentaban errores absolutos grandes en frecuencia de ±0.19 Hz, los dispositivos por columna de LED fueron validados como aceptables, sin embargo carecen de la posibilidad de generar patrones con barridos en frecuencia y amplitud, carecen de portabilidad y no tienen entrada analógica para el seguimiento de los sujetos en tiempo real; por otro lado el método por computadora con seguimiento visual de los patrones en una pantalla LCD se encuentra sujeto a un hardware excesivo, consumo de energía de aproximadamente de 120W por computadora, limitado en movimiento y costoso por el uso de licencias diversas de software; de esta manera surgió la necesidad de diseñar un nuevo instrumento visual con columnas de LED con ventajas como generación por software de diversos patrones respiratorios con frecuencias y amplitudes fijas y variables (barridos en frecuencia y amplitud), hardware portable, consumo bajo de energía, modos de ahorro de energía (estado en espera cada que termina un protocolo), controlado remotamente hasta una distancia de 10 m por medio de un control remoto infrarrojo y no tiene costos de licencias. Los objetivos de esta tesis se centraron en tener un instrumento capaz de generar patrones respiratorios con amplitudes y frecuencias fijas así como amplitudes y frecuencias variables pero con su correspondiente calibración en cada patrón con lo que se obtuvieron cifras de mérito aceptables de 0.992 para precisión, 0.985 para exactitud y 0.998 para certeza respecto de la variable frecuencia, con respecto a la amplitud se obtuvieron cifras de mérito aceptables de 0.991 para precisión, 0.986 para exactitud y 0.996 para certeza; y su correspondiente validación que sustentó su utilidad fisiológica por medio de un diseño experimental donde se aplicó un protocolo de esfuerzo respiratorio a 11 sujetos de genero indistinto con tres patrones de respiración con duración de 1 minuto: Amplitud Constante Frecuencia Constante (1 litro, 0.2 Hz), Amplitud Constante Frecuencia Variable en incremento (1 litro, barrido en frecuencia lineal de 0.15 a 0.6 Hz), Amplitud Variable en incremento Frecuencia Constante (barrido en amplitud de 0.2 a 2 litros, 0.2 Hz). Para cada patrón respiratorio se midieron los errores absolutos de amplitud y frecuencia, de respiración a respiración entre el Generador de Patrones Respiratorios Visuales (GPRV) y el patrón III generado en MatLab y entre un método comprobado, por computadora con visualización en pantalla TFT y el patrón generado en MatLab. Las mediciones demostraron que los valores medios del error absoluto de las variables amplitud del volumen respiratorio y frecuencia respiratoria entre el método de referencia y el Generador de Patrones Respiratorios Visuales fueron no significativos: en la comparación entre el Generador de Patrones Respiratorios Visuales y la computadora respecto del patrón generado en MatLab se encontró para el patrón Amplitud Constante Frecuencia Constante (error GPRV 0.02 Hz ±0.03, error computadora 0.03 Hz ±0.03; error GPRV 42 ml ±46 ml, error computadora 34 ml ±30 ml); para el patrón Amplitud Constante Frecuencia Variable en incremento (error GPRV 0.08 Hz, error computadora 0.08 Hz; error GPRV 77 ml ±62ml, error computadora 57 ml ±45 ml); para el patrón Amplitud Variable en incremento Frecuencia Constante (error GPRV 0.02 Hz, error computadora 0.03 Hz; error GPRV 84ml ±75 ml, error computadora 57 ml ±62 ml). En el análisis los valores medios de la ASR fueron muy similares entre las tres maniobras: para el patrón Amplitud Constante Frecuencia Constante (GPRV 145±63, computadora 146±42); para el patrón Amplitud Constante Frecuencia Variable en incremento (GPRV 87±28, computadora 86±33) y para el patrón Amplitud Variable en incremento Frecuencia Constante (GPRV 132±56, computadora 141±45). Los resultados de esta tesis indican que el Generador de Patrones Respiratorios Visuales, logró reproducir adecuadamente patrones respiratorios en amplitud y frecuencia tanto constantes como variables, además mostró ser adecuado al incrementar o decrementar la función de la rama vagal cardiaca. Palabras clave: Generador de Patrones Respiratorios Visuales (GPRV). Arritmia Sinusal Respiratoria (ASR). Sistema embebido. Convertidor analógico digital CAD. Control de la respiración. Variabilidad de la frecuencia cardiaca (VFC). Amplitud del volumen de la respiración (AVOR). Sistema Nervioso Autónomo (SNA). Núcleos Generadores de Patrones respiratorios (NGPR). Núcleos Nerviosos Vagales (NNV). Baro receptores (BARORx). Volumen corriente (VC). Número de respiraciones por minuto (Nrpm). Amplitud Constante Frecuencia Constante (ACFC). Amplitud Variable en incremento Frecuencia Constante (AViFC). Amplitud Constante Frecuencia Variable en incremento (ACFVi).