Estudio del cambio en repositorios de señales biomédicas de medicina espacial

Abstract

[ES] A principios de 2021 tres naves espaciales, el Hope Orbiter, el Tianwen-1 y el Perseverance, han llegado a Marte con la esperanza de llevar a cabo misiones específicas para estudiar su atmósfera y su superficie con el objetivo concreto de detectar signos claros de vida. Los tres vuelos espaciales son misiones de exploración basadas en la tecnología de los instrumentos y la robótica, pero aún no ha sido la ventana orbital para la exploración humana de Marte, aunque las grandes agencias aeroespaciales ya tienen fecha para ello, especialmente la NASA para 2030. La adaptación de los sistemas de soporte vital y de salud a las condiciones espaciales de largas misiones de exploración suponen un reto para las tecnologías aún no resueltas. Los experimentos llevados a cabo en la Estación Espacial Internacional demuestran importantes diferencias en la fisiología humana debido a la microgravedad, el aumento de radiación y el aislamiento. Esto junto con el aumento en los viajes espaciales turísticos y la exploración de otros cuerpos celestes en las próximas décadas, hacen que sea hoy más importante que nunca avanzar en el desarrollo de los sistemas de ayuda a la decisión médica que puedan aportar conocimiento en situaciones críticas para la vida humana. Es este proyecto hemos estudiado los tipos de cambio que se han producido en señales biomédicas de seres humanos como el índice de repolarización ventricular o el ritmo cardiaco, al ser expuestos a condiciones de microgravedad con respecto a los estándares en la tierra. Este estudio se realiza con el objetivo de dilucidar si se produce un cambio significativo en los patrones de las señales biomédicas de los sujetos una vez han sido expuestos a estas condiciones especiales. Como datos de entrada se han utilizado los resultados de un test de inclinación HDBR o head-down tilt bed rest, una prueba ampliamente extendida para simular los efectos de la microgravedad en el cuerpo humano. Para analizar este conjunto de datos, se ha agrupado a los sujetos en conjuntos reducidos mediante técnicas de clustering jerárquico, esperando que estos pudieran explicar patrones de cambio en sus señales biomédicas. Los resultados obtenidos demuestran que existen ciertas diferencias, aunque no todas significativas, entre los valores previos al experimento y los que se tomaron después, indicando que la condición de microgravedad sí produce un cambio en las constantes estudiadas. Sin embargo, no se ha encontrado, posiblemente debido a la poca cantidad de datos disponibles, un valor predictivo entre los marcadores estudiados y el desarrollo de latidos prematuros o síncopes que pudiera indicar una predisposición patológica.

[CA] A principis de 2021 tres naus espacials, el Hope Orbiter, el Tianwen-1 i el Perseverance, arribaran a Mart amb l’esperança de dur a terme missions específiques per a estudiar la seva atmosfera i la seva superfície amb l’objectiu concret de detectar signes clars de vida. Els tres vols espacials són missions d’exploració basades en la tecnologia dels instruments i la robòtica, però encara no ha estat la finestra orbital per a l’exploració humana de Mart, encara que les grans companyies aeroespacials ja tenen una data fixa per a eixe moment, especialment la NASA per al 2030. L’adaptació dels sistemes de suport vital i de salut a les condicions espacials de llargues missions d’exploració suposen un repte per a les tecnologies encara no resoltes. Els experiments duts a terme a l’Estació Espacial Internacional demostren importants diferències en la fisiologia humana a causa de la microgravetat, l’augment de radiació i l’aïllament. Açò, juntament amb un l’augment dels viatges espacials turístics i la exploració d’altres cossos en les pròximes dècades, fan que siga hui més important que mai avançar cap al desenvolupament de sistemes d’ajuda a la decisió mèdica que puguen aportar coneixement en situacions crítiques per a la vida humana. En aquest projecte hem estudiat els tipus de canvi que s’han produït als senyals biomèdics d’éssers humans com l’índex de repolarització periòdica ventricular o el ritme cardíac al ser exposats a condicions de microgravetat amb respecte als estàndards de la terra. Aquest estudi es realitza amb l’objectiu de concloure si es produeix un canvi significatiu en els patrons dels senyals biomèdics dels pacients una vegada han estat sotmesos a estes condicions especials. Com a dades d’entrada s’ha utilitzat els resultats d’una prova d’inclinació HDBR o head-down tilt bed rest, una prova àmpliament utilitzada per simular els efectes de la microgravetat en el cos humà. Per a analitzar aquest conjunts de dades, s’ha agrupat les mostres en conjunts reduïts mitjançant tècniques de clustering, esperant que aquests pugueren explicar certes patrons de canvi en els senyals biomèdics. Els resultats que s’han obtingut demostren l’existència de certes diferències, encara que no totes significatives, entre els valors previs a l’experiment i els que es van mesurar després, indicant que la condició de microgravetat sí produeix un canvi en les constants estudiades. Tot i això, no s’ha trobat, possiblement degut a la poca quantitat de dades disponibles, un valor predictiu entre els marcadors estudiats i el desenvolupament de batecs prematurs o síncopes que pugueren indicar una predisposició patològica.

[EN] On early 2021 three spacecrafts, the Hope Orbiter, Tianwen-1 and Perseverance, will hopefully arrive to Mars carrying out with specific missions to study its atmosphere and surface with the specific objective of detecting clear sign of life. The three spaceflights are exploration missions based on instruments and robotics technology, but it was not the orbital window for human exploration of Mars yet, but the biggest aerospace companies have already a date for that to happen, especially NASA by 2030. Adapting the life support and healthcare systems to the space conditions of long exploration missions suppose a challenge for unresolved technologies yet. The experiments carried out on the International Space Station demonstrate important differences in human physiology due to microgravity, increased radiation, and isolation. These factors, together with the important increase in touristic spatial flights and the exploration of other satellites, makes today more important than ever the need of developing clinical decision support systems that are able to offer knowledge in important situations where human lives are in danger. In this project we have studied the rates of change that have occurred in human biomedical signals like the periodic repolarization index or the heart rate variability when they are exposed to microgravity conditions with respect to standards on earth. This study is aimed to prove if a change in the pattern of the biomedical signals is produced once the subjects have been exposed to these special conditions. As input data, we have used the results of head-down tilt bed rest test (HDBR), a test broadly used to simulate the effects of microgravity on the human body. To analyse these data, several groupings were made using hierarchical clustering techniques, hoping that they could explain patterns of change in their biomedical signals. The results show that there exist in fact some differences, although not all are significant, between the values previous to the experiment and those taken afterwards, indicating that microgravity induces a change in the pattern of the studied constants. Nevertheless, we could not find, probably due to the low quantity of data, any predictive value among the studied constants and the development of ventricular premature beats or syncope, that could show any pathological predisposition.