Cómo miden los wearables: del corazón a la respiración

La frecuencia cardiaca y la saturación de oxígeno en sangre son dos de los parámetros de mayor importancia para analizar nuestro estado de salud. Actualmente en el mercado se comercializan muchos dispositivos electrónicos capaces de medir ambos. Por eso, desde ViveLibre queremos centrarnos aquí en aquellos que podemos llevar puestos; es decir, los famosos “wearables” en forma de relojes inteligentes. Estos dispositivos realizan esta medida mediante luz en una técnica que se conoce como fotopletismografía, a la que nos referimos también por su acrónimo en inglés PPG.

Cómo se obtiene la frecuencia cardiaca

Básicamente, el wearable emite luz sobre una parte del cuerpo (dedo, muñeca, etc.) y la recibe una vez haya atravesado el cuerpo (por ejemplo, dispositivos con forma de pinza para el dedo) o recibe el reflejo rebotado mientras atraviesa el cuerpo (relojes smartwatch). Los tejidos del cuerpo absorben parte de esa luz o la reflejan, pero la parte correspondiente a la sangre lo hace de forma peculiar. El flujo de sangre por las venas se puede aproximar como constante en su vuelta al corazón, pero las arterias tienen una componente variable reflejando el latido del corazón (ver Ilustración 1)

Una vez medida la señal podemos usar un algoritmo que busque los máximos o picos de ésta y medir el tiempo entre estos. Tras unos cuantos máximos podremos dar una buena estimación de la frecuencia cardiaca.

Sin embargo, las cosas no son tan sencillas y el nivel de la señal es variable por varios factores tanto externos como propios del usuario. Por ejemplo, para los wearables de muñeca, el movimiento o la luz ambiental pueden producir artefactos en la señal que podríamos confundir con los picos del latido del corazón. Es por tanto muy importante identificar estos periodos donde no podemos fiarnos de la medida y quedarnos con aquellos en los que el usuario este en calma para realizar una buena estimación de la frecuencia cardiaca. (Si quieres una información más precisa sobre los errores que afectan a la señala de los wearables, puedes encontrarla en este artículo).

Cómo obtener la saturación de oxígeno en sangre

La hemoglobina es una proteína que contienen los glóbulos rojos de la sangre y es la encargada de transportar el oxígeno a las distintas partes del cuerpo. Cuando llega a los pulmones cada molécula de hemoglobina se carga de oxígeno pudiendo llevar hasta 4 moléculas de oxígeno. En este momento se conoce como oxihemoglobina. Ésta circula por las arterias hasta los distintos tejidos del cuerpo donde realiza el aporte de oxígeno necesario. Una vez descargada de oxígeno, vuelve a los pulmones cerrando el ciclo.

La saturación de oxígeno es el porcentaje de llenado de la hemoglobina tras salir de los pulmones. De forma que si toda la hemoglobina que sale del pulmón tiene todos sus huecos rellenos de oxígeno tendremos una saturación del 100%. Una baja saturación indica que algo está fallando en la respiración. Los niveles normales son de 95-100%, por debajo de 90% se considera baja saturación. Para medir algunos de estos datos se podían realizar tradicionalmente pruebas como la ergoespirometría.

Pero volviendo a nuestra molécula, las propiedades de ésta se ven alteradas según su carga de oxígeno. Esto hace que bajo distinto color de luz reflejen más o menos. Podemos tratar de entender esto con un símil: imaginemos que los empleados (hemoglobina) de una tienda de ropa están llevando jerséis naranjas (oxígeno) del almacén (pulmones) a los expositores (cuerpo). Los empleados van vestidos de rojo (hemoglobina sin oxígeno), cuando van al almacén los vemos rojos, cuando salen como llevan los jerséis, los vemos más naranjas (oxihemoglobina). Si los empleados salen del almacén con muchos jerséis (saturación 100%) veremos mucho naranja. Si están llevando menos jerséis de lo que pueden llevar, o sólo algunos empleados llevan, veremos menos naranja y más rojo.

Las PPG emiten en dos colores diferentes; uno en el que dominará la respuesta de la hemoglobina sin oxígeno y otro en el que dominará la oxihemoglobina.  Para asegurarnos de medir la saturación de oxígeno de las arterias no comparamos la intensidad de la señal de ambas luces directamente, sino que comparamos la ratio del tamaño de la oscilación (que estamos seguros es arterial) frente al nivel de base para los dos tipos de luz. De esta forma estimamos la saturación de oxígeno.

Conclusiones medibles

Existen en el mercado sensores y wearables capaces de medir la frecuencia cardiaca y la saturación de oxígeno en sangre con muy buena precisión. Hemos visto de forma intuitiva cómo extraer estas variables del análisis de una señal luminosa que atraviesa o se refleja en el cuerpo sin ningún riesgo para las personas.

Actualmente se están realizando investigaciones para extraer otros datos de esta señal que nos permita por sí misma o en combinación con otras medidas obtener la frecuencia de la respiración, la presión de la sangre, la rigidez arterial (como medida de envejecimiento), y un largo etcétera.

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