Análisis de la cardiotocografía anteparto mediante las relaciones S/k y la probabilidad en 20 minutos

Resumo

Objetivos:

aunque se ha logrado reducir considerablemente la mortalidad y asfixia perinatal en neonatos, aún hay deficiencias en los métodos de tamizaje y diagnóstico del bienestar fetal intraparto que detecten sus alteraciones tempranas. Por lo anterior, el propósito de esta investigación fue aplicar una metodología basada en la probabilidad y la entropía y confirmar su capacidad para diagnosticar la dinámica cardíaca fetal normal de la anormal a partir de trazados cardiotocográficos de 20 minutos.

Métodos:

se recolectaron 80 trazados cardiotocográficos de gestantes en el último trimestre, de los cuales se evaluaron frecuencia cardíaca fetal mínima y máxima cada 10 segundos al igual que sus repeticiones, su probabilidad y la proporción S/k diagnóstica. Finalmente, se realizó un análisis estadístico para establecer la capacidad diagnóstica del método con respecto a la interpretación el trazado cardiotocográfico y la evaluación clínica, tomadas como Gold Standard.

Resultados:

se confirmó que los valores de la proporción S/k diferenciaron las dinámicas cardíacas fetales normales de las anormales con valores de sensibilidad y especificidad del 100% y un coeficiente Kappa de 1.

Conclusión:

se confirmó la aplicabilidad de un método matemático diagnóstico de la cardiotocografía, lo cual sugiere que su implementación en la clínica para detectar alteraciones del bienestar fetal en 20 minutos.

Abstract

Objectives:

although mortality and perinatal asphyxia in newborns have been considerably reduced, there are still deficiencies in screening and diagnosis methods for intrapartum fetal well being that aim to detect its early alterations. Therefore, the purpose of this research was to apply a methodology based on probability and entropy and confirm its capacity to detect normal and abnormal fetal cardiac dynamics from 20-minute cardiotocographic tracings.

Methods:

80 cardiotocographic tracings of pregnant women in the last trimester were collected, of which the minimum and maximum fetal heart rate were evaluated every 10 seconds, as well as its repetitions along with their probability and the diagnostic S/k ratio. Finally, the statistical analysis was carried out to establish the diagnostic capacity of the method concerning the clinical evaluation and interpretation of the cardiotocographic tracing, taken as the Gold Standard.

Results:

it was confirmed that S/k ratio values differentiated normal from abnormal fetal cardiac dynamics with sensitivity and specificity values of 100% and a Kappa coefficient of 1.

Conclusion:

the applicability of a diagnostic mathematical method of cardiotocography was confirmed, which suggests its implementation in the clinical context to detect alterations in fetal well-being in 20 minutes.

Key words:
Cardiotocography; Probability; Diagnosis

Introducción

Aproximadamente 4 millones de nacidos anuales presentan asfixia perinatal, de los cuales casi 900.000 mueren por esta causa. Son varias las mediciones que se realizan en el contexto clínico como el perfil biofísico, el perfil biofísico modificado, la medición del índice del líquido amniótico y el Doppler de la arteria umbilical, entre otros, que sirven para evaluar el bienestar fetal y por lo tanto, potencialmente pueden evitar la aparición de este desenlace al detectar alteraciones tempranas que puedan ser intervenidas oportunamente. Sin embargo, es la cardiotocografía la que se utiliza en la admisión de gestantes en los servicios de urgencias de los hospitales del mundo.¹

El monitoreo cardiotocográfico es un examen aceptado en la práctica obstétrica que consiste en el registro continuo impreso o electrónico de la frecuencia cardíaca fetal y las contracciones uterinas maternas mediante un monitor dispuesto sobre la pared abdominal de la madre, el cual acopla mediciones de presión y de transmisión ultrasónica para detectar las contracciones y la frecuencia cardíaca fetal, respectivamente.² El análisis de este examen típicamente involucra la observación de parámetros del trazado cardiotocográfico como la línea de base o la presencia de aceleraciones y desaceleraciones que en conjunto brindan una base para clasificar los registros como normales, sospechosos o anormales, aunque los términos y criterios varían entre las instituciones médicas que establecen lineamientos para la interpretación de la cardiotocografía.³,⁴

Se considera que este examen proporciona información importante sobre la función neurológica y miocárdica del feto durante la vigilancia intraparto y anteparto, sin embargo, la implementación de este examen en sus modalidades intermitente y continua en la práctica clínica ha generado el aumento de las intervenciones obstétricas que no necesariamente han llevado a la disminución de la morbimortalidad fetal, pues existe poca correlación entre los desenlaces desfavorables y la frecuencia cardiaca fetal, como se ha evidenciado en la ausencia de diferencias entre los neonatos que mueren durante o después de un término cercano al parto, al igual que no hay diferencias con respecto a la tasa de presentación de parálisis cerebral o presencia de acidosis detectada por sangre de cordón umbilical.⁵

Además, se han observado que existen pobres valores de sensibilidad y especificidad asociados a este examen, que no hay beneficio del uso de la cardiotocografía en mujeres de bajo riesgo y el aumento de al menos el 20 % de la realización de cesáreas entre las gestantes. Así, esto ha llevado a cuestionar la utilidad real del monitoreo cardiotocográfico en mujeres que se encuentran en trabajo de parto.⁶,⁷,⁸,⁹,¹⁰

Aunado a lo anterior, un factor que debe considerarse es la falta de reproducibilidad en el diagnóstico tradicional de la cardiotocografía fetal debido a que depende de la inspección visual de los clínicos y su experiencia, al igual que el análisis de los factores que clínicamente se traducen en alteraciones de la fisiología cardíaca fetal. Esta limitación comprende una de las dificultades más sobresalientes en el campo de la obstetricia, por lo cual se requieren otros enfoques que permitan diagnosticar con mayor precisión el bienestar fetal.¹¹,¹²,¹³

La evaluación tradicional del comportamiento cardiaco en la cardiotocografía se enfoca desde una concepción homeostática, en la cual el funcionamiento del corazón sano está asociado a un comportamiento periódico de la frecuencia cardiaca en el tiempo.¹⁴ Sin embargo, las investigaciones de las últimas décadas han encontrado que tanto la excesiva periodicidad como la aleatoriedad están asociadas a la enfermedad, mientras que un comportamiento intermedio, corresponde a la salud. Esta conclusión también es aplicable a la obstetricia, pues se ha evidenciado que los patrones senoidales en la cardiotocografía se asocian a enfermedad fetal, aunque controvertidamente.¹⁵,¹⁶

A partir de la teoría de la probabilidad, que se ha formalizado por medio de tres axiomas que estableció Kolmogorov, se pueden establecer medidas matemáticas adimensionales que posibilitan la cuantificación de la posible ocurrencia futura de un evento. Por otro lado, la entropía,¹⁷,¹⁸,¹⁹ que se ha ido reinterpretando a lo largo del tiempo en los contextos de la teoría cinética de los gases, la mecánica estadística y la teoría de la información,²⁰,²¹,²² permite evaluar sistemas complejos y establecer cuantificaciones de los cambios que los sistemas puedan tener en el tiempo, entre otras.

A partir de estas dos teorías se ha desarrollado una metodología que logra hacer distinciones entre trazados cardiotocográficos normales de enfermos, así como en evolución entre ambos estados, al considerar la dinámica cardíaca fetal como un sistema probabilista, donde la relación S/k de la entropía permite evaluar la auto-organización de la distribución de probabilidades de dichos sistemas.²³,²⁴ Sin embargo, este método debe ser validado con mayor extensión poblacional para confirmar que los parámetros diagnósticos de este método se conservan y son aplicables clínicamente.

El propósito de esta investigación consiste en aplicar una metodología matemática diagnóstica basada en la probabilidad y la relación S/k para confirmar su aplicabilidad clínica, para lo cual se analizaron 80 registros de cardiotocografía de mujeres gestantes en el último trimestre y se evaluó el bienestar fetal diagnosticado con este método con respecto a la interpretación clínica tradicional mediante un estudio ciego para cuantificar su precisión y acuerdo diagnóstico.

Métodos

Se tomaron 80 registros de cardiotocografía analizados en esta investigación, los cuales fueron tomados de las bases de datos del grupo Insight en Bogotá, Colombia y la Clínica San Luis de Bucaramanga, Colombia. Los registros fueron recolectados entre 2019 a 2020. Estos registros provenían de mujeres gestantes previamente sanas mayores de 21 años, a las cuales se realizó una cardiotocografía en el último trimestre y que consistían en el trazado impreso cardiotocográfico realizado por indicación médica junto con datos relacionados con el diagnóstico médico. La interpretación clínica de los trazados fue establecida como reactiva y no reactiva coincidentes con el diagnóstico de normalidad y anormalidad con base al examen clínico y paraclínico de un especialista en obstetricia.

El tratamiento de los datos consistió, inicialmente, en ocultar los diagnósticos clínicos de los registros de cardiotocografía para realizar un estudio ciego. Aquellos trazados considerados como no reactivos y que tras la evaluación clínica se diagnosticó la normalidad fetal, fueron descartados. Complementariamente, los trazados que no cumplieran con la calidad mínima necesaria para ser interpretados por el experto clínico en obstetricia, no fueron tomados en cuenta. Tras esto, se analizaron 80 registros cardiotocográficos, los cuales se tomaron individualmente y se discriminaron los valores de la frecuencia cardiaca fetal mínima y máxima cada 10 segundos durante los 20 minutos de trazado de los registros mediante la inspección visual de los registros en acuerdo con la visualización del experto clínico. A partir de esto, se compilaron todos los valores de frecuencia cardíaca y se calculó la probabilidad del número de veces que una determinada frecuencia se repitió en los intervalos de 10 segundos aplicando la Ecuación 1 manualmente, así:

Ecuación 1 $P_n=\frac{\text{Frecuencia de ocurrencia de frecuencias cardiacas}}{\text{Total de frecuencias cardiacas en todo el trazado}}$

Posteriormente, se sumaron todas las frecuencias de cada registro, su probabilidad y se obtuvo la probabilidad máxima del trazado de la cardiotocografía completa. Luego, se calculó la entropía del trazado cardiotocográfico mediante la Ecuación 2:

Ecuación 2 $S=-k{\displaystyle \sum _{n-0}^N{P}_{n}Ln\left(P_n\right)}$

Donde S es la entropía de la monitoria y k es la constante de Boltzmann, 1.38x10-²³ Joules/kelvin.

La ecuación 2 fue despejada en términos de la proporción S/k, obteniendo así la Ecuación 3 para así emitir un diagnóstico matemático:

Ecuación 3 $\frac{S}{k}=-{\displaystyle \sum _{n-0}^N{P}_{n}ln\left(P_n\right)}$

Con respecto al análisis estadístico, los diagnósticos clínicos de reactividad y no reactividad de cada registro de cardiotocografía, establecidos a partir de los parámetros clínicos como el patrón de oro, fueron revelados y comparados con respecto al diagnóstico matemático, que abarca la normalidad, la evolución a la enfermedad y la anormalidad. Con base a esto, se calculó la sensibilidad, especificidad y el acuerdo diagnóstico del método matemático para diagnosticar normalidad y anormalidad con relación al diagnóstico clínico de reactividad y no reactividad, respectivamente, excluyendo los casos matemáticos de evolución.

De acuerdo con el artículo 11 de la resolución 008430 de 1993 del Ministerio de Salud,²⁵ esta investigación se considera sin riesgo, dado que se realizaron cálculos matemáticos sobre exámenes diagnósticos no invasivos previamente solicitados y compilados en bases de datos, manteniendo así el anonimato e integridad de los sujetos de los cuales se obtuvieron los datos.

Resultados

Los valores de probabilidad obtenidos mediante la Ecuación 1 de la dinámica cardíaca fetal de la totalidad de los registros oscilaron entre 0 a 0,883, donde los valores de los registros reactivos se encontraron entre 0 a 0,383 mientras que los registros no reactivos se encontraron entre 0 a 0,683 (Tabla 1).

Tabla 1
Valores de probabilidad de las frecuencias cardíacas.

	Número de caso
Rango de frecuencia cardíacas	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
70	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
75	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
80	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
85	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
90	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
95	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
100	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
105	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
110	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
115	0	0,008	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
120	0,008	0,017	0,017	0,050	0,017	0	0	0,008	0,067	0,042	0	0
125	0,058	0,050	0,033	0,033	0,033	0,017	0	0,142	0,683	0,558	0,008	0,033
130	0,092	0,058	0,042	0,125	0,125	0,017	0,092	0,150	0,042	0,100	0,033	0,050
135	0,150	0,250	0,108	0,358	0,208	0,133	0,025	0,417	0,108	0,117	0,050	0,050
140	0,200	0,192	0,158	0,108	0,225	0,292	0,050	0,125	0,033	0,133	0,425	0,333
145	0,133	0,283	0,350	0,158	0,175	0,167	0,192	0,067	0,042	0,017	0,100	0,125
150	0,158	0,033	0,083	0,058	0,067	0,008	0,083	0,042	0,017	0,017	0,083	0,058
155	0,167	0,058	0,192	0,100	0,133	0,325	0,067	0,050	0,008	0,008	0,133	0,025
160	0,017	0,033	0,017	0,008	0,008	0,042	0,025	0	0	0,008	0,150	0,092
165	0,008	0,017	0	0	0,008	0	0,083	0	0	0	0,017	0,058
170	0	0	0	0	0	0	0,133	0	0	0	0	0,142
175	0,008	0	0	0	0	0	0,125	0	0	0	0	0,025
180	0	0	0	0	0	0	0,033	0	0	0	0	0,008
185	0	0	0	0	0	0	0,083	0	0	0	0	0
190	0	0	0	0	0	0	0,008	0	0	0	0	0
195	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
200	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0

• La tabla indica los valores de probabilidad que se obtuvieron por cada rango de frecuencia cardíaca de 5 latidos.

Por su parte, los valores de la relación S/k de la dinámica cardíaca fetal de la totalidad de los registros obtenidos mediante la Ecuación 3 oscilaron entre -2,35 a -0,98 donde los valores de los registros normales se encontraron entre -1,99 a -1,71, mientras que los registros anormales variaron entre -2,35 a -0,98. Los valores de los casos diagnosticados matemáticamente como en “evolución a la enfermedad” oscilaron entre -2,01 a -1,68 (Tabla 2). Como se observa en la Figura 1, los valores que corresponden a la normalidad se encuentran entre los extremos de la evolución a la enfermedad y la anormalidad, sin llegarse a superponer entre ellos, lo cual permite visualizar que las cuantificaciones de la metodología lograr establecer estas diferencias.

Tabla 2
Valores de la proporción S/k y su interpretación.

No	S/k	Max P	Dx matemático	Dx convencional	Interpretación
1	-1,9984	0,200	Normal	Normal	R
2	-1,7968	0,283	Normal	Normal	R
3	-1,7378	0,350	Normal	Normal	R
4	-1,7096	0,358	Normal	Normal	R
5	-1,8697	0,225	Normal	Normal	R
6	-1,6007	0,325	Anormal	Ruptura prematura de membranas	NR
7	-2,3535	0,192	Anormal	Hipertensión arterial materna	NR
8	-1,6489	0,417	Anormal	Intento de aborto	NR
9	-0,9873	0,683	Anormal	Amenaza de parto prematuro	NR
10	-1,2912	0,558	Anormal	Riesgo de Pérdida de bienestar fetal	NR
11	-1,6856	0,425	Evolución	Normal	R
12	-2,0908	0,333	Evolución	Actividad Uterina irregular	R

• S/k = relación S/k; P = probabilidad; Dx = diagnóstico; NR = no reactivo; R = Reactivo.

Figura 1
Representación del espectro de los valores de la proporción S/k.

Los resultados anteriores indican que matemáticamente (Tabla 2), hubo una correspondencia del diagnóstico matemático de normalidad con respecto al clínico; tal observación también es compatible con el diagnóstico matemático de anormalidad con respecto a la no reactividad clínica. Complementariamente, los casos matemáticamente diagnosticados “en evolución a la enfermedad” comprendieron la reactividad y no reactividad, lo cual sugiere que el método detecta, para el primer caso, alteraciones subdiagnosticadas y para el segundo, la mejoría del estado clínico desde la enfermedad, respectivamente.

Los valores de sensibilidad y especificidad de la metodología matemática con respecto al diagnóstico clínico para discriminar la normalidad y la anormalidad fueron del 100% y 100% respectivamente. El coeficiente kappa obtenido fue de 1. En el análisis estadístico no se incluyeron aquellos casos compatibles con evolución hacia normalidad o anormalidad, debido a que se buscó comprobar la capacidad del método para diagnosticar solo estos dos estados y no las variaciones intermedias. En la Figura 2, se evidencian los resultados de la curva ROC de esta metodología diagnóstica.

Figura 2
Curva ROC de la metodología diagnóstica.

Discusión

Esta es la primera investigación en la cual se aplica una metodología basada en la relación S/k de la entropía y la teoría de la probabilidad para confirmar su aplicabilidad diagnóstica para diferenciar normalidad de anormalidad a partir de los valores de la frecuencia cardíaca fetal, al evaluar 80 trazados cardiotocográficos durante 20 minutos. Igualmente, por el carácter objetivo y reproducible de la metodología, al ser netamente cuantitativa y que no depende de la interpretación médica para diagnosticar normalidad o detectar alteraciones de la dinámica cardíaca, los resultados de este estudio sugieren que este método puede ser automatizado e incorporado en cardiotocógrafos, pudiendo facilitar el diagnóstico del bienestar fetal con mayor seguridad.

El sufrimiento fetal agudo se refiere a la de hipoxia severa con alta probabilidad de asfixia fetal y se diagnostica mediante el análisis de los cambios en la dinámica cardiaca y el equilibrio ácido base.²⁶ Sin embargo, la precisión de este diagnóstico intraparto puede verse entorpecida por la dificultad de obtener o interpretar la cardiotocografía, la evaluación de pH en el cuero cabelludo fetal, la pulsioximetría y el monitoreo del segmento ST intraparto.⁵,¹¹

La exactitud de estos métodos puede ser baja el evaluarse de manera independiente, además de que indican el estado fetal sólo para un corte de tiempo y no indican su evolución prospectivamente, por lo cual debe contemplarse usar varios métodos diagnósticos para aumentar la seguridad del diagnóstico clínico.²⁶ Además, la falta de criterios precisos diagnósticos entorpece aún más la correlación de los resultados de las pruebas complementarias entre los escenarios clínicos, dependiendo así de la experiencia del clínico para determinar el diagnóstico.²⁷ Estas consideraciones invitan a plantear el desarrollo de nuevas metodologías o reinterpretar desde otra perspectiva las herramientas diagnósticas actuales.

Es importante destacar que los casos de evolución hacia la enfermedad fueron excluidos del análisis estadístico, debido a que con este estudio se buscó comprobar la capacidad del método para diagnosticar la normalidad y la anormalidad, no los estados intermedios. Sin embargo, es importante recalcar que la obtención de un diagnóstico matemático compatible como en evolución hacia la enfermedad pero con una interpretación clínica de reactividad, sugiere una alteración subdiagnosticada que requiere mayor atención. En el caso contrario, es decir, los casos diagnosticados clínicamente como anormales pero matemáticamente en evolución hacia la enfermedad, sugiere que pueda darse una mejoría del estado clínico. Estas consideraciones serán analizadas en futuros estudios que permitan confirmar estas observaciones.

Así, en investigaciones anteriores basadas en la perspectiva teórica de la física y la matemática,²⁸ junto con las nuevas concepciones de los procesos de normalidad y anormalidad en salud, se han desarrollado otros métodos como uno basado en la ley de Zipf/Mandelbrot en obstetricia que ha probado su utilidad para detectar alteraciones de la dinámica cardíaca fetal a partir de registros cardiotocográficos.²⁹ Estos métodos también son independientes de los criterios cualitativos y de la experiencia del evaluador, demostrando su posible aplicación en los escenarios clínicos reales.

Igualmente, siguiendo este mismo pensamiento teórico de la física contemporánea,²² se han generado nuevos métodos diagnósticos en cardiología y oncología al igual que otros métodos predictivos³⁰,³¹ que sugieren que este enfoque es adecuado para reevaluar la utilidad de la física y la matemática en los fenómenos biomédicos.

Agradecimientos

Este producto hace parte del proyecto INV-2811, financiado por la Universidad Cooperativa de Colombia, a quienes agradecemos por su apoyo a nuestras investigaciones, especialmente a la Vicerrectoría de investigaciones.

Igualmente, agradecemos a Insight Research Group SAS por su apoyo a nuestras investigaciones.

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Fechas de Publicación

• Publicación en esta colección
  05 Ago 2022
• Fecha del número
  Apr-Jun 2022

Histórico

• Recibido
  02 Jul 2021
• Revisado
  20 Ene 2022
• Acepto
  07 Mar 2022