Ronald Palacios Castrillo
Los sensores corporales, desde dispositivos implantables hasta monitores de actividad física que se llevan en la muñeca, se utilizan desde hace muchas décadas.
Los dispositivos implantables, como los desfibriladores automáticos y los marcapasos, se han visto favorecidos para aplicaciones de soporte vital porque los dispositivos que se usan externamente pueden retirarse o sufrir una falta de cumplimiento.
Sin embargo, los dispositivos implantables tienen una disponibilidad limitada debido al costo y a lo invasivo del procedimiento de implantación. Los dispositivos ingeribles tienen el potencial de proporcionar una alternativa accesible a los dispositivos implantables al proporcionar un alto cumplimiento con una invasividad y un costo mucho menores.
En este trabajo, Traverso ,et,al., (DEVICE. DOI:https://doi.org/10.1016/j.device.2023.100125) publica sobre la primera experiencia humana con un monitor balístico ingerible que puede medir la respiración y la actividad cardíaca. Traverso y colegas han demostrado que el sensor ingerible tiene el potencial de reemplazar sensores intrusivos usados externamente para estudios del sueño y que podría servir como base para un dispositivo autónomo que salve vidas para rescatar a personas de una sobredosis accidental de opioides.
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La electrónica ingerible puede transformar la forma en que se diagnostica y trata a los pacientes en muchas afecciones.
Traverso y colegas desarrollaron una píldora ingerible para el control de los signos vitales (píldora VM) capaz de controlar los signos vitales, incluida la frecuencia respiratoria y cardíaca. El rendimiento de la píldora VM se evaluó en un modelo porcino de sobredosis de opiáceos y en un ensayo en humanos de pacientes en un laboratorio del sueño. Los estudios del sueño implican el ingreso a un centro, la colocación de múltiples sensores cutáneos y la observación nocturna.
La hipótesis de Traverso y colegas es que la píldora VM podría diagnosticar cambios clínicamente significativos en el estado respiratorio, como la apnea, de manera discreta. La píldora VM se evaluó en 10 sujetos humanos sin eventos adversos. Los flujos de datos capturados por la píldora VM lograron una alta concordancia con las métricas estándar de los estudios del sueño.
Los monitores de signos vitales ingeribles pueden transformar el diagnóstico de trastornos respiratorios relacionados con el sueño y capturar eventos potencialmente mortales como la apnea o la sobredosis de opioides.
La electrónica ingerible se introdujo por primera vez en la década de 1950 con ensayos clínicos de prueba de concepto que respaldaban la capacidad de evaluar el pH, la temperatura y la presión.
Un mayor desarrollo en las décadas de 1980 y 1990 condujo a los primeros sensores ingeribles para la evaluación de la temperatura, que pronto siguieron por el sistema de videocápsula endoscópica.
Los dispositivos electrónicos ingeribles han seguido desarrollándose y siguen siendo un área activa de investigación.
Los signos vitales representan las señales centrales que informan la toma de decisiones clínicas en una variedad de condiciones. En este documento, los investigadores informan el desarrollo de una píldora de monitoreo de signos vitales (píldora VM; Figura 1) que puede evaluar la frecuencia respiratoria (RR) y la frecuencia cardíaca (FC). Reconociendo la capacidad de detectar estos parámetros, lo aplicaron en dos casos de uso que representan desafíos clínicos importantes, específicamente las evaluaciones de depresión respiratoria inducida por opioides (OIRD) y polisomnografía (PSG; estudio del sueño).
Recientemente se informó que las muertes por drogas en EEUU alcanzaron un nuevo récord en 2022: según datos preliminares publicados por los CDC, 109.680 personas han muerto a medida que la crisis del fentanilo continúa profundizándose.
El número de muertes por drogas ha aumentado constantemente a pesar de la publicación de una orden ejecutiva que estableció la Comisión Presidencial para Combatir la Adicción a las Drogas y la Crisis de Opioides en 2017.
En 2017, el Centro Nacional de Estadísticas de Salud de los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC) informó que en 2015 se habían producido 33.091 sobredosis de opioides trágicas e innecesarias y dijo que la crisis de sobredosis había alcanzado proporciones epidémicas.
Este informe finalmente resultó en la creación de la Comisión Presidencial antes mencionada y de la Comisión Stanford-Lancet en 2021.
Ambas comisiones pidieron el desarrollo de un sistema que pueda administrar de forma autónoma un antagonista de opioides al detectar OIRD en un paciente. Un aspecto importante de la sobredosis de opioides es que el 63% ocurre cuando el individuo está solo.
La sobredosis de opioides provoca OIRD, que puede ser fatal o estar asociada con complicaciones relacionadas con la hipoxia, como daño al sistema de órganos, paro cardíaco, accidente cerebrovascular o psicosis. Los antagonistas de opioides son el estándar de atención para revertir la OIRD.
Si bien un mayor acceso a los antagonistas de los opioides ha reducido las muertes relacionadas con los opioides, muchas personas desconocen su riesgo individual de sobredosis y el 70% cree incorrectamente que su riesgo está por debajo del promedio. Como resultado, además de las sobredosis fatales, hay más de 300,000 sobredosis de opioides no fatales por año porque los pacientes, sus cuidadores y los proveedores de atención médica a menudo no saben cuándo una persona está experimentando OIRD cuando está fuera de un centro de atención médica.
Tener una sobredosis no fatal aumenta el riesgo de tener sobredosis posteriores, tanto no fatales como fatales. Se reconoce que la intervención temprana aumenta las oportunidades de intervención con antagonistas de opiáceos con mejoras en la supervivencia. El desarrollo reciente de algoritmos en dispositivos portátiles y portátiles puede ayudar a respaldar la detección más temprana de cambios en la respiración.
La apnea obstructiva del sueño (AOS) implica una obstrucción parcial (hipopnea) o completa (apnea) de las vías respiratorias superiores. El diagnóstico de AOS se puede realizar con una evaluación de laboratorio o con un seguimiento en el hogar, los cuales implican la aplicación de sensores de flujo de aire, esfuerzo respiratorio torácico y abdominal y hemoglobina de oxígeno.
Se estima que la AOS leve afecta al 17,4% de las mujeres y al 33,9% de los hombres en los EE. UU. entre 30 y 70 años y puede tratarse mediante la implementación de tratamientos conductuales, dispositivos médicos y cirugía. Teniendo en cuenta estos requisitos, el rendimiento de la evaluación sigue siendo limitado y puede resultar oneroso para los sujetos evaluados.
La evaluación en el hogar todavía requiere usar y estar conectado a dispositivos de monitoreo en el hogar. A pesar de los avances en la evaluación en el hogar, más del 80% de los casos de AOS de moderada a grave siguen sin diagnosticarse. Una revisión de Tran et al. de la literatura sobre dispositivos portátiles para la evaluación de la AOS en el hogar identificó un desafío clave en el sentido de que los estudios del sueño en el hogar (HST) existentes tienen partes móviles complicadas, como bombas, electrodos y paneles de control.
Tal configuración puede no ser adecuada para pacientes con enfermedad pulmonar obstructiva crónica, insuficiencia cardíaca congestiva o enfermedad neuromuscular.
Para comodidad y adherencia del paciente, la configuración del sistema debe ser más sencilla y cómoda. Además, Rodríguez-Villegas et al. identificaron que las técnicas actuales para monitorear pacientes en busca de apnea usando dispositivos portátiles sufren de limitaciones significativas, incluida la disponibilidad insuficiente para satisfacer las necesidades de diagnóstico, el costo, la precisión de los resultados en presencia de artefactos y la dificultad de uso en condiciones sin supervisión. Por lo tanto, contar con herramientas que no sean intrusivas y que puedan admitir la evaluación remota podría transformar el acceso para la evaluación y el diagnóstico de la AOS.
Para abordar estas necesidades urgentes, Traverso,et.al., reportan sobre el desarrollo de un dispositivo ingerible inalámbrico que es capaz de medir la respiración y otros signos vitales desde el tracto gastrointestinal humano, validado mediante una demostración preclínica en cerdos y la primera demostración clínica en sujetos humanos.
Específicamente, plantearon la hipótesis de que un dispositivo electrónico ingerible capaz de capturar señales multimodales podría respaldar el diagnóstico y la monitorización precisos de una variedad de afecciones que afectan los sistemas respiratorio y cardiovascular (Figura 1).
En este artículo, presentan una primera demostración en humanos de la medición de múltiples signos vitales desde el interior del tracto gastrointestinal utilizando una versión de investigación de un dispositivo ingerible inalámbrico. La precisión de la FR y la FC medidas con la píldora VM fue comparable a la de los dispositivos de monitorización de signos vitales clínicamente utilizados. Una versión comercial de la píldora VM mejoraría los factores humanos, incluido hacer el dispositivo más pequeño y agregar tecnología de residencia gástrica, lo que permitiría que el dispositivo permanezca en el estómago durante todo el tiempo de funcionamiento (que se espera sea de 1 semana), por lo que solo requeriría cargas semanales de los datos.
Si bien las aplicaciones de esta tecnología de monitoreo ingerible podrían tener un amplio alcance, un área de particular interés es la detección de OIRD.
Se planteó la hipótesis de que los pacientes con apnea central del sueño proporcionarían un modelo análogo útil a la OIRD, dado que un evento de apnea central del sueño es fisiológicamente muy similar a la depresión respiratoria causada por una sobredosis de opioides. Es importante destacar que la apnea central del sueño es de interés debido a la falta del impulso del sistema nervioso central para respirar. Esto es diferente a la AOS, en la que el impulso central y el movimiento abdominal están presentes pero el flujo de aire está obstruido en las vías respiratorias superiores.
Los datos recopilados en este primer estudio de investigación en humanos presentan un primer paso hacia la validación de la capacidad de un acelerómetro para medir señales respiratorias y cardíacas desde el tracto gastrointestinal.
Además, los estudios preclínicos preliminares en animales demostraron la capacidad de un acelerómetro en el estómago para detectar OIRD. Además, evaluaron el rendimiento del dispositivo en un laboratorio del sueño y demostraron la capacidad del dispositivo para detectar RR y HR en presencia de CPAP y, lo que es más importante, incluida la capacidad de detectar eventos de apnea. De cara al futuro caso de uso clínico de la detección de depresión respiratoria en tiempo real (OIRD), será necesario el uso de técnicas en el dominio del tiempo similares a las empleadas en los desfibriladores implantables, que necesitan diagnosticar la muerte cardíaca súbita en tan solo unos segundos.
El tiempo de detección de OIRD, en comparación con la muerte súbita cardíaca, es más largo (casi un minuto), ya que la frecuencia de corte clínicamente aceptada para OIRD es de 8 a 10 respiraciones por minuto.
La recopilación de datos como parte de un estudio del sueño (es decir, PSG) presentó ventajas y desventajas. Por un lado, permitió la comparación directa de sensores de medición fisiológicos portátiles clínicos de referencia (por ejemplo, sensores de flujo de aire y PPG) con la píldora VM, lo cual fue fundamental para validar la sensibilidad de la tecnología.
Por otro lado, el entorno de uso se limitó a sujetos durmiendo o en reposo en cama. Se justifica un mayor desarrollo del dispositivo para mejorar los factores humanos y realizar estudios para evaluar la capacidad de un dispositivo ingerible para medir los signos vitales en un entorno de uso más natural. El modelo de sobredosis animal también estaba limitado porque los animales ya estaban anestesiados antes de la administración de opioides.
Este dispositivo se basa en sistemas informados anteriormente que requieren que se use un componente externo en el cuerpo, lo cual no es práctico durante largos períodos de tiempo. Los dispositivos ingeribles pueden diseñarse para residir en el tracto gastrointestinal durante períodos prolongados de tiempo donde No son visibles y son completamente discretos, lo que permite un uso continuo.
Sin embargo, hasta ahora no se sabía si un dispositivo ingerido podría monitorear con precisión la respiración en humanos. Como se ha demostrado ahora, permite la posibilidad de utilizar una plataforma ingerible para proteger instantáneamente contra sobredosis accidentales de opioides y proporciona posibles intervenciones discretas para el diagnóstico de AOS.
Anticipamos que el trabajo futuro incluirá la incorporación de tecnología de residencia gástrica para mantener el dispositivo en el estómago durante una semana, así como sistemas de circuito cerrado capaces no solo de detectar episodios de apnea sino también de incorporar un sistema de liberación de fármacos bajo demanda que permitirá que la tecnología plataforma para detectar y revertir automáticamente una sobredosis de opioides, reduciendo así los daños y salvando vidas.
Figura 1 Casos de uso y aplicación de la píldora de monitoreo de signos vitales (píldora VM)