Monitorización de los ritmos circadianos desde su temporalizador inteligente – ScienceDaily

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Los relojes inteligentes son dispositivos útiles que permiten a las personas rastrear la cantidad de pasos que dan por día o rastrear el tiempo invertido en millas corriendo. Pero también son oportunidades para que los científicos comprendan los procesos fisiológicos de las personas durante su vida diaria.

En particular, los científicos están interesados ​​en monitorear los ritmos circadianos de las personas a través de datos biológicos recopilados por sus relojes inteligentes, especialmente su frecuencia cardíaca. Esto permitiría a las personas conocer los mejores momentos del día para dormir, comer, hacer ejercicio o tomar medicamentos.

Por la noche, la frecuencia cardíaca de una persona disminuye para ahorrar energía. Durante el período de vigilia de una persona, su frecuencia cardíaca se acelera en anticipación a la actividad. Pero el desafío fue encontrar una manera de encontrar la guía de frecuencia cardíaca de una persona de todas las formas en que varía a lo largo del día, dice Daniel Forger, profesor de matemáticas en la Universidad de Michigan.

Ahora, Forger y sus colegas han desarrollado un método estadístico que tiene en cuenta todo el “ruido” que podría afectar la frecuencia cardíaca de una persona y extrae el ritmo circadiano de una persona basándose en los datos de frecuencia cardíaca proporcionados por su reloj inteligente.

El ritmo circadiano es un reloj interno que sincroniza todas las funciones fisiológicas del cuerpo. El reloj maestro, ubicado en el hipotálamo del cerebro, supervisa todos los millones de otros relojes internos del cuerpo: cada célula tiene un reloj interno, al igual que el corazón, el hígado y el cerebro. En individuos sanos, estos relojes están todos sincronizados. Pero estudiar este reloj maestro es difícil, especialmente fuera de un entorno de laboratorio.

“Creo que una gran pregunta fue: ¿podemos medir los ritmos circadianos con dispositivos portátiles y cómo podemos hacer eso?” dijo Forger, también profesor de medicina computacional y bioinformática en Michigan Medicine. “Tu frecuencia cardíaca en sí tiene un ritmo circadiano, pero se complica por muchas cosas diferentes: te acuestas y te duermes, y tu frecuencia cardíaca baja. Sal a correr y tu frecuencia cardíaca aumenta mucho.

“La pregunta difícil era, ¿cómo extraemos esa señal de temporización interna para saber a qué hora del día cree tu cuerpo que es de todas esas otras señales?”

El algoritmo del grupo funciona descartando los datos recopilados durante el sueño y centrándose en los datos recopilados durante el período de vigilia de una persona. Luego, el algoritmo, desarrollado por el coautor del estudio y ex investigador postdoctoral de la UM Clark Bowman, toma en consideración si la frecuencia cardíaca de una persona se ve afectada por la actividad de la persona o el cortisol debido al ejercicio, la postura o las comidas. El resultado es la señal de sincronización diaria subyacente que monitorea la frecuencia cardíaca.

Para probar si este método estadístico funcionaba, el grupo utilizó un conjunto de datos de un estudio en curso de pasantes médicos, llamado Intern Health Study. El estudio proporciona más de 130.000 días de datos de 900 pasantes que continuamente usaban dispositivos de monitoreo del sueño en la muñeca que recopilan datos de movimiento y frecuencia cardíaca. Los pasantes médicos son buenos sujetos para usar en este tipo de investigación porque son trabajadores por turnos, lo que significa que a veces sus turnos de trabajo cambian de día a noche de semana a semana.

“Los relojes inteligentes recopilan datos de frecuencia cardíaca mediante sensores ópticos, que no son muy precisos, y hay tantas cosas que afectan la frecuencia cardíaca a lo largo del día que las mediciones tienden a estar por todas partes, por lo que es un gran logro poder identificar un ritmo circadiano en ese tipo de datos ”, dijo Bowman, ahora profesor de matemáticas y estadística en Hamilton College.

“Solo es posible porque los relojes inteligentes toman medidas con tanta frecuencia y brindan información de actividad para ayudar a dar cuenta de la demanda cardíaca. La enorme cantidad de datos es apenas suficiente para ver la tendencia de fondo de la frecuencia cardíaca ligeramente por debajo. Aumentando y disminuyendo con el tiempo con un reloj circadiano. “

En un ejemplo del estudio, los patrones de sueño y vigilia de una persona, como lo demuestra la frecuencia cardíaca, se adaptan rápidamente a los horarios de trabajo cambiantes. Esto significa que su ritmo circadiano pudo adaptarse rápidamente a la hora de acostarse y a la hora de estar despierto, casi lo contrario de lo que habían experimentado anteriormente.

Los datos de otro individuo, sin embargo, mostraron una historia diferente. Su ritmo circadiano se retrasó con respecto a su horario de sueño regulado, lo que probablemente significa que se sintieron bastante lentos durante el tiempo que se estaban adaptando a su nuevo horario de vigilia.

Esta lentitud es el mismo efecto que aquellos con experiencia de jet lag. El desfase horario puede ocurrir cuando la frecuencia cardíaca de una persona no está sincronizada con el período de vigilia. Una frecuencia cardíaca más lenta puede hacer que una persona se sienta somnolienta o perezosa.

Forger dice que la fuerza de usar datos de dispositivos portátiles significa que los científicos, así como la persona que usa el reloj, pueden estudiar el ritmo circadiano de una persona basándose en influencias del mundo real, lo que tiene algunas ventajas sobre él. Para medir el ritmo circadiano en un laboratorio. . El ensayo clínico estándar de oro para estudiar el ritmo circadiano sería medir los niveles de melatonina de una persona durante un período de seis a 40 horas en un laboratorio oscuro.

“Hemos demostrado que puede tomar una señal portátil y medir directamente los ritmos circadianos en el mundo real, y el mundo real tiene tantas cosas que afectan los ritmos circadianos que no podrá medir en el laboratorio”, dijo Forger. , explicando que algunos de los datos a partir de los que el equipo ha tenido que tener en cuenta son largos periodos de intensa actividad (un ciclista semiprofesional, por ejemplo). El método tampoco tiene en cuenta los efectos de la frecuencia cardíaca como la cafeína, el estrés psicológico, los productos farmacéuticos y las enfermedades.

“Hay algunos escenarios con los que siempre hay que tener un poco más de cuidado, utilizando datos del mundo real”, dijo. “Pero una vez más, recopilaremos otras cosas que quizás no experimente en un laboratorio”.

Los investigadores también desarrollaron la aplicación Social Rhythms, disponible para iPhone y dispositivos Android, donde puede cargar sus datos portátiles y recibir un informe sobre cómo ha cambiado recientemente su reloj circadiano interno.

“Medir esa señal no solo proporciona información sobre los tiempos circadianos del cuerpo, sino que también caracteriza el comportamiento de la frecuencia cardíaca de cada individuo”, dijo Bowman. “Podemos usar esta información para rastrear cómo el cuerpo se adapta a los nuevos horarios, estudiar cómo la actividad física afecta la frecuencia cardíaca de cada individuo de manera ligeramente diferente e incluso cuantificar el efecto de estar activo en diferentes momentos del día en el reloj interno del cuerpo.

“Los usuarios de relojes inteligentes podrían tener información en tiempo real sobre su reloj circadiano para ayudar a adaptarse al desfase horario o al trabajo por turnos, controlar los trastornos circadianos o identificar anomalías en la frecuencia cardíaca que podrían presentar riesgos para la salud”.

Los coautores del estudio incluyen a Yitong Huang de Dartmouth College y los investigadores de la UM Olivia Walch, Yu Fang, Elena Frank, Jonathan Tyler, Caleb Mayer, Christopher Stockbridge, Cathy Goldstein y Srijan Sen.

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