Estudio del grado de acoplamiento del registro electromiográfico de los distintos músculos deglutorios mediante el análisis de causalidad de Granger

Abstract

[ES] La disfagia es la dificultad o la incapacidad para deglutir los alimentos o bebidas y puede ser de origen muscular o neurológico. Una de cada 17 personas durante el transcurso de su vida presentará alguna forma de disfagia con posibles consecuencias como la desnutrición, la aspiración pulmonar, la mortalidad y la mala calidad de vida. La electromiografía de superficie (sEMG) se ha propuesto como herramienta prometedora para evaluar la fisiología de la deglución. Tradicionalmente su estudio se ha centrado en el análisis temporal y espectral. En este trabajo se estudió el grado de acoplamiento del registro sEMG de tres pares de músculos deglutorios (maseteros, suprahioideos, infrahioideos) de sujetos sanos y patológicos mediante el análisis de la causalidad de Granger (GC) durante la ingesta de saliva, agua 10 mL y yogur 10 mL. Se computó GC en ventanas móviles de 0.5y 1s, quedando cada registro caracterizado por su valor máximo. Se determinaron los pares musculares con mayor acoplamiento y se estudiaron mediante pruebas estadísticas las diferencias significativas de GC entre los sujetos sanos y patológicos, el efecto del bolo y de la direccionalidad de las conexiones. Los resultados muestran un alto grado de acoplamiento en conexiones horizontales (lados del mismo músculo) tanto en sujetos sanos como en patológicos. Las conexiones verticales ipsilaterales son moderadas, encontrando pérdida de coordinación en sujetos patológicos que parece compensada por una elevada GC en las conexiones horizontales. Las conexiones verticales contralaterales son débiles sujetos sanos y patológicos. En el análisis del efecto del bolo se encontraron diferencias significativas en las conexiones verticales ipsilaterales izquierdas en sujetos patológicos. El análisis de la direccionalidad muestra pérdida de asimetría en los músculos suprahioideos-infrahioideos. Estos aspectos ayudarán a identificar futuros biomarcadores basados en las conexiones musculares para el diagnóstico precoz de la disfagia y la evaluación de su progreso.

[EN] Dysphagia is the difficulty or inability to swallow food or drink and can be muscular or neurological in its origin. One in 17 people in their lifetime will experience some form of dysphagia with possible consequences such as malnutrition, pulmonary aspiration, mortality and poor quality of life. Surface electromyography (sEMG) has been proposed as a promising tool to assess swallowing physiology. Traditionally, its study has focused on temporal and spectral analysis. In this work the degree of coupling of the sEMG recording of three pairs of swallowing muscles (masseter, suprahyoid, infrahyoid) from healthy and pathological subjects was studied using Granger causality (GC) analysis during the swallowing of saliva, 10 mL water and 10 mL yoghurt. GC was computed in moving windows of 0.5 and 1s, with each recording characterised by its maximum value. The muscle pairs with the highest coupling were determined and significant differences in GC between healthy and pathological subjects, the effect of the bolus and the directionality of the connections were studied by statistical tests. The results show a high degree of coupling in horizontal connections (sides of the same muscle) in both healthy and pathological subjects. Ipsilateral vertical connections are moderate, finding a loss of coordination in pathological subjects that seems to be compensated by a high GC in horizontal connections. Contralateral vertical connections are weak in healthy and pathological subjects. In the bolus effect analysis, significant differences were found in left ipsilateral vertical connections in pathological subjects. Directionality analysis shows loss of asymmetry in the suprahyoid-infrahyoid muscles. These aspects will help to identify future biomarkers based on muscle connections for early diagnosis of dysphagia and assessment of its progression.

[CA] La disfàgia és la dificultat o la incapacitat per a deglutir els aliments o begudes i pot ser d'origen muscular o neurològic. Una de cada 17 persones durant el transcurs de la seua vida presentarà alguna forma de disfàgia amb possibles conseqüències com la desnutrició, l'aspiració pulmonar, la mortalitat i la mala qualitat de vida. L'electromiografia de superfície (sEMG) s'ha proposat com a eina prometedora per a avaluar la fisiologia de la deglució. Tradicionalment el seu estudi s'ha centrat en l'anàlisi temporal i espectral. En aquest treball es va estudiar el grau d'acoblament del registre sEMG de tres parells de músculs deglutorios (masseters, suprahioidals, infrahioidals) de subjectes sans i patològics mitjançant l'anàlisi de la causalitat de Granger (GC) durant la ingesta de saliva, aigua 10 mL i iogurt 10 mL. Es va computar GC en finestres mòbils de 0.5 y 1s, quedant cada registre caracteritzat pel seu valor màxim. Es van determinar els parells musculars amb major acoblament i es van estudiar mitjançant proves estadístiques les diferències significatives de GC entre els subjectes sans i patològics, l'efecte del bol alimentari i de la direccionalitat de les connexions. Els resultats mostren un alt grau d'acoblament en connexions horitzontals (costats del mateix múscul) tant en subjectes sans com en patològics. Les connexions verticals ipsilaterales són moderades, trobant pèrdua de coordinació en subjectes patològics que sembla compensada per una elevada GC en les connexions horitzontals. Les connexions verticals contralaterales són febles per a subjectes sans i patològics. En l'anàlisi de l'efecte del bol es van trobar diferències significatives en les connexions verticals ipsilaterales esquerres en subjectes patològics. L'anàlisi de la direccionalitat mostra pèrdua d'asimetria en els músculs suprahioidals-infrahioidals. Aquests aspectes ajudaran a identificar futurs biomarcadores basats en les connexions musculars per al diagnòstic precoç de la disfàgia i l'avaluació del seu progrés.