Con series de tiempo, Rubén Fossion analiza variables vitales para la salud

Típicamente, el diagnóstico médico de enfermedades cardiovasculares, diabetes o glaucoma, se basa en medir una sola variable fisiológica que es vital para el buen funcionamiento de esos sistemas. Pero la propuesta del investigador Rubén Fossion es estudiar esos padecimientos como sistemas complejos y monitorear varias variables fisiológicas involucradas en su regulación con el fin de tener diagnósticos más precisos.

Fossion es investigador del Instituto de Ciencias Nucleares y del Centro de Ciencias de la Complejidad de la UNAM, donde construye series de tiempo a partir de monitorear los cambios que tienen ciertas variables fisiológicas de diferentes personas a través del tiempo.

Rubén Fossion en el seminario Manuel Sandoval Vallarta del Instituto de Física. Foto: Yanine Quiroz /Unidad de Comunicación UCIF.Con estas series de tiempo, Fossion puede saber qué variables necesitan mantenerse constantes para el buen funcionamiento del organismo y cuáles mecanismos las regulan. “Nuestro organismo necesita que ciertas variables se mantengan en un valor promedio, por ejemplo, nuestra temperatura interna debe ser de 37ºC, porque de lo contrario sufriríamos daños fisiológicos graves”, mencionó el físico de origen belga durante el seminario Manuel Sandoval Vallarta del Instituto de Física (IF).

Pero estudiar una sola variable no es suficiente para entender muchos de nuestros procesos fisiológicos. “Las ciencias fisiológicas tienen un comportamiento complejo, pero la literatura médica actual lo estudia de manera reduccionista: solo analiza una variable en un grupo de población durante un periodo corto de tiempo”, dijo Fossion. Por ejemplo, tener una elevada presión en el ojo puede causar glaucoma. Pero para él, pueden haber muchas más variables implicadas en la enfermedad.

“El diagnóstico médico se basa en variables promedio de series de tiempo fisiológicas, que indican el resultado final de los procesos regulatorios. Pero los físicos vemos los cambios en esa variabilidad, es decir, observamos la dinámica o eficiencia de los procesos regulatorios, lo que podría ayudar a los médicos a predecir riesgos de salud”, finalizó.

Estadísticas de las series de tiempo. Aunque los mecanismos regulatorios cardiovasculares y termorreguladores son diferentes, sus estadísticas son muy parecidas, lo que indica que existen variables que se adaptan al ambiente para mantener constante a otra variable clave. Con ello, Fossion puede predecir cómo se degeneran diferentes variables fisiológicas en condiciones adversas, como el envejecimiento. Imagen: Physiological Measurement.En 2018, Fossion probó algunas de sus hipótesis con un artículo publicado en Physiological Measurement. En el trabajo, el investigador examinó 5 variables fisiológicas (actividad física, presión arterial, frecuencia cardíaca, temperatura interna y temperatura de la piel) en un paciente.

Para ello, le colocó en una de sus extremidades (brazo o pierna) un oxímetro, que es un dispositivo portátil, parecido a un reloj con un sensor, que mide variables vitales como la presión arterial y la temperatura interna del cuerpo. Durante 7 días consecutivos, Fossion midió cómo cambiaban las variables fisiológicas de ese individuo.

En ese mismo estudio discute mediciones de dos variables: frecuencia cardíaca y presión arterial, por 5 minutos en 3 grupos de poblaciones: poblaciones de controles sanos, pacientes con diabetes temprana y pacientes con diabetes de larga duración. Cada grupo se integró por 20 individuos.

Series de tiempo de variables fisiológicas en un individuo sano durante 7 días consecutivos. La gráfica superior muestra el número de movimientos por minuto; la gráfica en medio, la presión arterial y frecuencia cardíaca; y la gráfica inferior, la temperatura interna y externa. Imagen: Physiological Measurement.Lo que encontró fue que distintas variables tuvieron diferentes papeles en los mecanismos regulatorios. Él observó que la presión arterial es una variable que necesita mantenerse constante con un valor promedio de día y noche; mientras que la frecuencia cardiaca tiene una variabilidad más grande y su papel es adaptarse a condiciones cambiantes del ambiente con el fin de regular la presión arterial. Lo mismo ocurrió con la temperatura interna, que es una variable regulada por la temperatura de la piel.

“Me interesa estudiar la estadística de estas series de tiempo, pues nos dicen algo sobre los mecanismos regulatorios de las variables y aunque no podamos ver esos mecanismos, esas estadísticas podrían contarnos lo que está pasando”, dijo Fossion, ganador del premio Jorge Lomnitz 2016 que otorga el IF y la Academia Mexicana de Ciencias a jóvenes científicos.

Analizar al ser humano desde su complejidad

Los sistemas complejos se componen de un conjunto de elementos que están conectados entre sí. La ciencia que se encarga de estudiarlos busca entender los vínculos que existen entre esos elementos y generar así nueva información acerca de ese sistema.

“Por primera vez en la historia tenemos dispositivos como sensores, satélites, computadoras, relojes y teléfonos inteligentes que nos brindan una gran cantidad de datos. Pero en el ámbito científico el entendimiento de la información acerca de interacciones entre componentes de un sistema complejo está todavía en estudio y no tenemos teorías que lo expliquen”, indicó Rubén Fossion.

A pesar de ello, añadió, las series de tiempo pueden proporcionar algo de conocimiento acerca de los sistemas complejos. Las estadísticas que él ha obtenido le han permitido saber que cada variable tiene una función determinada en un sistema y que en condiciones adversas, como las enfermedades o el envejecimiento, estas variables se degeneran o deterioran. ¿Cómo sucede esto? En el cerebro, ejemplificó, tenemos neuronas que reducen sus ramificaciones debido al envejecimiento y eso podría conducir a trastornos neurológicos.

Fossion ha estudiado otros padecimientos utilizando series de tiempo. Por ejemplo, ha encontrado que la diabetes hace que las personas pierdan la variabilidad de la presión arterial, lo que ocasiona que ésta se descontrole. También en el caso del glaucoma, que es un tipo de ceguera asintomática, investiga la relación entre este padecimiento y la presión intraocular, pues una elevada presión del ojo puede ser, en algunos casos, la causante de la pérdida visual.

El objetivo final de Rubén Fossion es obtener información más sofisticada de las enfermedades desde una perspectiva menos simplista. “Es más fascinante encontrar universalidades que nos expliquen el comportamiento general de varias variables y ese es uno de mis objetivos”.

La hipótesis de Fossion se confirma en las poblaciones de controles sanos, pacientes con diabetes de recién diagnóstico y diabetes de larga duración. Imagen: Physiological Measurement.