Evidence and clinical relevance of maternal-fetal cardiac coupling:A scoping review

BACKGROUND: Researchers have long suspected a mutual interaction between maternal and fetal heart rhythms, referred to as maternal-fetal cardiac coupling (MFCC). While several studies have been published on this phenomenon, they vary in terms of methodologies, populations assessed, and definitions of coupling. Moreover, a clear discussion of the potential clinical implications is often lacking. Subsequently, we perform a scoping review to map the current state of the research in this field and, by doing so, form a foundation for future clinically oriented research on this topic.METHODS: A literature search was performed in PubMed, Embase, and Cochrane. Filters were only set for language (English, Dutch, and German literature were included) and not for year of publication. After screening for the title and the abstract, a full-text evaluation of eligibility followed. All studies on MFCC were included which described coupling between heart rate measurements in both the mother and fetus, regardless of the coupling method used, gestational age, or the maternal or fetal health condition.RESULTS: 23 studies remained after a systematic evaluation of 6,672 studies. Of these, 21 studies found at least occasional instances of MFCC. Methods used to capture MFCC are synchrograms and corresponding phase coherence indices, cross-correlation, joint symbolic dynamics, transfer entropy, bivariate phase rectified signal averaging, and deep coherence. Physiological pathways regulating MFCC are suggested to exist either via the autonomic nervous system or due to the vibroacoustic effect, though neither of these suggested pathways has been verified. The strength and direction of MFCC are found to change with gestational age and with the rate of maternal breathing, while also being further altered in fetuses with cardiac abnormalities and during labor.CONCLUSION: From the synthesis of the available literature on MFCC presented in this scoping review, it seems evident that MFCC does indeed exist and may have clinical relevance in tracking fetal well-being and development during pregnancy.</p

A Comprehensive Review of Techniques for Processing and Analyzing Fetal Heart Rate Signals

The availability of standardized guidelines regarding the use of electronic fetal monitoring (EFM) in clinical practice has not effectively helped to solve the main drawbacks of fetal heart rate (FHR) surveillance methodology, which still presents inter- and intra-observer variability as well as uncertainty in the classification of unreassuring or risky FHR recordings. Given the clinical relevance of the interpretation of FHR traces as well as the role of FHR as a marker of fetal wellbeing autonomous nervous system development, many different approaches for computerized processing and analysis of FHR patterns have been proposed in the literature. The objective of this review is to describe the techniques, methodologies, and algorithms proposed in this field so far, reporting their main achievements and discussing the value they brought to the scientific and clinical community. The review explores the following two main approaches to the processing and analysis of FHR signals: traditional (or linear) methodologies, namely, time and frequency domain analysis, and less conventional (or nonlinear) techniques. In this scenario, the emerging role and the opportunities offered by Artificial Intelligence tools, representing the future direction of EFM, are also discussed with a specific focus on the use of Artificial Neural Networks, whose application to the analysis of accelerations in FHR signals is also examined in a case study conducted by the authors

Análisis del acoplamiento del ritmo cardiaco materno-fetal durante el tercer trimestre de embarazo y el trabajo de parto a través de la dinámica simbólica conjunta.

El embarazo se define como el estado fisiológico durante el cual el embrión se desarrolla y crece en el interior del cuerpo de la madre, inicia con la fecundación y termina al momento de parto, proceso por el cual el cuerpo materno impulsa al feto fuera del vientre mediante contracciones uterinas. Este proceso está dividido por diferentes etapas, las cuales son inicializadas por una variedad de factores que aún no están definidos en su totalidad. En particular, un fenómeno fisiológico de interés es el acoplamiento del ritmo cardiaco materno-fetal (ACM-F), definido como la influencia de la frecuencia cardiaca materna (FCm) sobre la frecuencia cardiaca fetal (FCf), proceso fisiológico poco explorado en el ámbito clínico. Una manera de cuantificar el acoplamiento entre señales fisiológicas es por medio del análisis simbólico conjunto (ASC), método que comprende la trasformación de las señales en tiempo continuo a un conjunto de símbolos discretizados que permiten obtener información del comportamiento dinámico del sistema. Este método se ha utilizado principalmente para la cuantificación del acoplamiento cardiorrespiratorio en humanos. Por lo tanto, el objetivo de esta investigación es analizar el acoplamiento del ritmo cardiaco materno-fetal durante el tercer trimestre de embarazo y el trabajo de parto mediante la utilización del algoritmo de análisis de la dinámica simbólica conjunta. La hipótesis que se considera es que al existir un ACM-F, este podría representar un parámetro que podría considerarse como un factor determinante en el inicio fisiológico del trabajo de parto. Para el desarrollo de esta investigación se estudiaron señales electrofisiológicas extraídas de una base de datos correspondiente a mujeres atendidas en el Centro de Investigación Materno Infantil del grupo de Estudios del Nacimiento (CIMIGEN), señales que fueron extraídas de registros bioeléctricos abdominales en dos periodos, con los cuales se conformaron los dos grupos de estudio, en tercer trimestre de gestación (TT) y el trabajo de parto a término (TP).El autor, UAE

Three-Dimensional Segmented Poincaré Plot Analyses SPPA3 Investigates Cardiovascular and Cardiorespiratory Couplings in Hypertensive Pregnancy Disorders

Hypertensive pregnancy disorders affect 6 to 8% of gestations representing the most common complication of pregnancy for both mother and fetus. The aim of this study was to introduce a new three-dimensional coupling analysis methods – the three-dimensional segmented Poincaré plot analyses (SPPA3) - to establish an effective approach for the detection of hypertensive pregnancy disorders and especially pre-eclampsia (PE). A cubic box model representing the three dimensional phase space is subdivided into 12x12x12 equal predefined cubelets according to the range of the standard deviations of each investigated signal. Additionally, we investigated the influence of rotating the cloud of points and the size of the cubelets (adapted or predefined). All single probabilities of occurring points in a specific cubelet related to the total number of points are calculated. From 10 healthy non-pregnant women, 66 healthy pregnant women and 56 hypertensive pregnant women suffering from chronic hypertension, pregnancy induced hypertension and PE 30 minutes of beat-to-beat intervals (BBI), respiration (RESP), non-invasive systolic (SBP) and diastolic blood pressure (DBP) were continuously recorded and analyzed. Non-rotated adapted SPPA3 seems to be the optimum method to discriminate between hypertensive pregnancy disorders and PE concerning coupling analysis of 2 or 3 different systems (BBI, DBP, RESP and BBI, SBP, DBP) reaching an accuracy of up to 82.9%. This could be increased to an accuracy of up to 91.2% applying multivariate analysis differentiating between all pregnant women and PE. In conclusion, SPPA3 could be a useful method for enhanced risk stratification in pregnant women

Symbolic Dynamics Analysis: a new methodology for foetal heart rate variability analysis

Cardiotocography (CTG) is a widespread foetal diagnostic methods. However, it lacks of objectivity and reproducibility since its dependence on observer's expertise. To overcome these limitations, more objective methods for CTG interpretation have been proposed. In particular, many developed techniques aim to assess the foetal heart rate variability (FHRV). Among them, some methodologies from nonlinear systems theory have been applied to the study of FHRV. All the techniques have proved to be helpful in specific cases. Nevertheless, none of them is more reliable than the others. Therefore, an in-depth study is necessary. The aim of this work is to deepen the FHRV analysis through the Symbolic Dynamics Analysis (SDA), a nonlinear technique already successfully employed for HRV analysis. Thanks to its simplicity of interpretation, it could be a useful tool for clinicians. We performed a literature study involving about 200 references on HRV and FHRV analysis; approximately 100 works were focused on non-linear techniques. Then, in order to compare linear and non-linear methods, we carried out a multiparametric study. 580 antepartum recordings of healthy fetuses were examined. Signals were processed using an updated software for CTG analysis and a new developed software for generating simulated CTG traces. Finally, statistical tests and regression analyses were carried out for estimating relationships among extracted indexes and other clinical information. Results confirm that none of the employed techniques is more reliable than the others. Moreover, in agreement with the literature, each analysis should take into account two relevant parameters, the foetal status and the week of gestation. Regarding the SDA, results show its promising capabilities in FHRV analysis. It allows recognizing foetal status, gestation week and global variability of FHR signals, even better than other methods. Nevertheless, further studies, which should involve even pathological cases, are necessary to establish its reliability.La Cardiotocografia (CTG) è una diffusa tecnica di diagnostica fetale. Nonostante ciò, la sua interpretazione soffre di forte variabilità intra- e inter- osservatore. Per superare tali limiti, sono stati proposti più oggettivi metodi di analisi. Particolare attenzione è stata rivolta alla variabilità della frequenza cardiaca fetale (FHRV). Nel presente lavoro abbiamo suddiviso le tecniche di analisi della FHRV in tradizionali, o lineari, e meno convenzionali, o non-lineari. Tutte si sono rivelate efficaci in casi specifici ma nessuna si è dimostrata più utile delle altre. Pertanto, abbiamo ritenuto necessario effettuare un’indagine più dettagliata. In particolare, scopo della tesi è stato approfondire una specifica metodologia non-lineare, la Symbolic Dynamics Analysis (SDA), data la sua notevole semplicità di interpretazione che la renderebbe un potenziale strumento di ausilio all’attività clinica. Sono stati esaminati all’incirca 200 riferimenti bibliografici sull’analisi di HRV e FHRV; di questi, circa 100 articoli specificamente incentrati sulle tecniche non-lineari. E’ stata condotta un’analisi multiparametrica su 580 tracciati CTG di feti sani per confrontare le metodologie adottate. Sono stati realizzati due software, uno per l’analisi dei segnali CTG reali e l’altro per la generazione di tracciati CTG simulati. Infine, sono state effettuate analisi statistiche e di regressione per esaminare le correlazioni tra indici calcolati e parametri di interesse clinico. I risultati dimostrano che nessuno degli indici calcolati risulta più vantaggioso rispetto agli altri. Inoltre, in accordo con la letteratura, lo stato del feto e le settimane di gestazione sono parametri di riferimento da tenere sempre in considerazione per ogni analisi effettuata. Riguardo la SDA, essa risulta utile all’analisi della FHRV, permettendo di distinguere – meglio o al pari di altre tecniche – lo stato del feto, la settimana di gestazione e la variabilità complessiva del segnale. Tuttavia, sono necessari ulteriori studi, che includano anche casi di feti patologici, per confermare queste evidenze

Electrocardiologic and related methods of non-invasive detection and risk stratification in myocardial ischemia: state of the art and perspectives

Background: Electrocardiographic methods still provide the bulk of cardiovascular diagnostics. Cardiac ischemia is associated with typical alterations in cardiac biosignals that have to be measured, analyzed by mathematical algorithms and allegorized for further clinical diagnostics. The fast growing fields of biomedical engineering and applied sciences are intensely focused on generating new approaches to cardiac biosignal analysis for diagnosis and risk stratification in myocardial ischemia

Autonomic nervous system biomarkers from multi-modal and model-based signal processing in mental health and illness

Esta tesis se centra en técnicas de procesado multimodal y basado en modelos de señales para derivar parámetros fisiológicos, es decir, biomarcadores, relacionados con el sistema nervioso autónomo (ANS). El desarrollo de nuevos métodos para derivar biomarcadores de ANS no invasivos en la salud y la enfermedad mental ofrece la posibilidad de mejorar la evaluación del estrés y la monitorización de la depresión. Para este fin, el presente documento se estructura en tres partes principales. En la Parte I, se proporciona unaintroducción a la salud y la enfermedad mental (Cap. 1). Además, se presenta un marco teórico para investigar la etiología de los trastornos mentales y el papel del estrés en la enfermedad mental (Cap. 2). También se destaca la importancia de los biomarcadores no invasivos para la evaluación del ANS, prestando especial atención en la depresión clínica (Cap. 3, 4). En la Parte II, se proporciona el marco metodológico para derivar biomarcadores del ANS. Las técnicas de procesado de señales incluyen el análisis conjunto de la variabilidad del rítmo cardíaco (HRV) y la señal respiratoria (Cap. 6), técnicas novedosas para derivar la señal respiratoria del electrocardiograma (ECG) (Cap. 7) y un análisis robusto que se basa en modelar la forma de ondas del pulso del fotopletismograma (PPG) (Ch. 8). En la Parte III, los biomarcadores del ANS se evalúan en la quantificacióndel estrés (Cap. 9) y en la monitorización de la depresión (Ch. 10).Parte I: La salud mental no solo está relacionada con ese estado positivo de bienestar, en el que un individuo puede enfrentar a las situaciones estresantes de la vida, sino también con la ausencia de enfermedad mental. La enfermedad o trastorno mental se puede definir como un trastorno emocional, cognitivo o conductual que causa un deterioro funcional sustancial en una o más actividades importantes de la vida. Los trastornos mentales más comunes, que muchas veces coexisten, son la ansiedad y el trastorno depresivo mayor (MDD). La enfermedad mental tiene un impacto negativo en la calidad de vida, ya que se asocia con pérdidas considerables en la salud y el funcionamiento, y aumenta ignificativamente el riesgo de una persona de padecer enfermedades ardiovasculares.Un instigador común que subyace a la comorbilidad entre el MDD, la patologíacardiovascular y la ansiedad es el estrés mental. El estrés es común en nuestra vida de rítmo rapido e influye en nuestra salud mental. A corto plazo, ANS controla la respuesta cardiovascular a estímulos estresantes. La regulación de parámetros fisiológicos, como el rítmo cardíaco, la frecuencia respiratoria y la presión arterial, permite que el organismo responda a cambios repentinos en el entorno. Sin embargo, la adaptación fisiológica a un fenómeno ambiental que ocurre regularmente altera los sistemas biológicos involucrados en la respuesta al estrés. Las alteraciones neurobiológicas en el cerebro pueden alterar lafunción del ANS. La disfunción del ANS y los cambios cerebrales estructurales tienen un impacto negativo en los procesos cognitivos, emocionales y conductuales, lo que conduce al desarrollo de una enfermedad mental.Parte II: El desarrollo de métodos novedosos para derivar biomarcadores del ANS no invasivos ofrece la posibilidad de mejorar la evaluacón del estrés en individuos sanos y la disfunción del ANS en pacientes con MDD. El análisis conjunto de varias bioseñales (enfoquemultimodal) permite la cuantificación de interacciones entre sistemas biológicos asociados con ANS, mientras que el modelado de bioseãles y el análisis posterior de los parámetros del modelo (enfoque basado en modelos) permite la cuantificación robusta de cambios en mecanismos fisiológicos relacionados con el ANS. Un método novedoso, quetiene en cuenta los fenómenos de acoplo de fase y frecuencia entre la respiración y las señales de HRV para evaluar el acoplo cardiorrespiratorio no lineal cuadrático se propone en el Cap. 6.3. En el Cap. 7 se proponen nuevas técnicas paramejorar lamonitorización de la respiración. En el Cap. 8, para aumentar la robustez de algunas medidas morfológicas que reflejan cambios en el tonno arterial, se considera el modelado del pulso PPG como una onda principal superpuesta con varias ondas reflejadas.Parte III: Los biomarcadores del ANS se evalúan en la cuantificación de diferentes tipos de estrés, ya sea fisiológico o psicológico, en individuos sanos, y luego, en la monitorización de la depresión. En presencia de estrés mental (Cap. 9.1), inducido por tareas cognitivas, los sujetos sanos muestran un incremento en la frecuencia respiratoria y un mayor número de interacciones no lineales entre la respiración y la seãl de HRV. Esto podría estar asociado con una activación simpática, pero también con una respiración menos regular. En presencia de estrés hemodinámico (Cap. 9.2), inducido por un cambio postural, los sujetos sanos muestran una reducción en el acoplo cardiorrespiratoriono lineal cuadrático, que podría estar relacionado con una retracción vagal. En presencia de estrés térmico (Cap. 9.3), inducido por la exposición a emperaturas ambientales elevadas, los sujetos sanos muestran un aumento del equilibrio simpatovagal. Esto demuestra que los biomarcadores ANS son capaces de evaluar diferentes tipos de estrés y pueden explorarse más en el contexto de la monitorización de la depresión. En el Cap. 10, se evalúan las diferencias en la función del ANS entre elMDD y los sujetos sanos durante un protocolo de estrés mental, no solo con los valores brutos de los biomarcadores del ANS, sino también con los índices de reactividad autónoma, que reflejan la capacidad deun individuo para afrontar con una situación desafiante. Los resultados muestran que la depresión se asocia con un desequilibrio autonómico, que se caracteriza por una mayor actividad simpática y una reducción de la distensibilidad arterial. Los índices de reactividad autónoma cuantificados por cambios, entre etapas de estrés y de recuperación, en los sustitutos de la rigidez arterial, como la pérdida de amplitud de PPG en las ondas reflejadas, muestran el mejor rendimiento en términos de correlación con el grado de la depresión, con un coeficiente de correlación r = −0.5. La correlación negativa implicaque un mayor grado de depresión se asocia con una disminución de la reactividadautónoma. El poder discriminativo de los biomarcadores del ANS se aprecia también por su alto rendimiento diagnóstico para clasificar a los sujetos como MDD o sanos, con una precisión de 80.0%. Por lo tanto, se puede concluir que los biomarcadores del ANS pueden usarse para evaluar el estrés y que la distensibilidad arterial deteriorada podría constituir un biomarcador de salud mental útil en el seguimiento de la depresión.This dissertation is focused on multi-modal and model-based signal processing techniques for deriving physiological parameters, i.e. biomarkers, related to the autonomic nervous system (ANS). The development of novel approaches for deriving noninvasive ANS biomarkers in mental health and illness offers the possibility to improve the assessment of stress and the monitoring of depression. For this purpose, the present document is structured in three main parts. In Part I, an introduction to mental health and illness is provided (Ch. 1). Moreover, a theoretical framework for investigating the etiology of mental disorders and the role of stress in mental illness is presented (Ch. 2). The importance of noninvasive biomarkers for ANS assessment, paying particular attention in clinical depression, is also highlighted (Ch. 3, 4). In Part II, themethodological framework for deriving ANS biomarkers is provided. Signal processing techniques include the joint analysis of heart rate variability (HRV) and respiratory signals (Ch. 6), novel techniques for deriving the respiratory signal from electrocardiogram (ECG) (Ch. 7), and a robust photoplethysmogram(PPG)waveform analysis based on amodel-based approach (Ch. 8). In Part III, ANS biomarkers are evaluated in stress assessment (Ch. 9) and in the monitoring of depression (Ch. 10). Part I:Mental health is not only related to that positive state ofwell-being, inwhich an individual can cope with the normal stresses of life, but also to the absence of mental illness. Mental illness or disorder can be defined as an emotional, cognitive, or behavioural disturbance that causes substantial functional impairment in one or more major life activities. The most common mental disorders, which are often co-occurring, are anxiety and major depressive disorder (MDD). Mental illness has a negative impact on the quality of life, since it is associated with considerable losses in health and functioning, and increases significantly a person’s risk for cardiovascular diseases. A common instigator underlying the co-morbidity between MDD, cardiovascular pathology, and anxiety is mental stress. Stress is common in our fast-paced society and strongly influences our mental health. In the short term, ANS controls the cardiovascular response to stressful stimuli. Regulation of physiological parameters, such as heart rate, respiratory rate, and blood pressure, allows the organism to respond to sudden changes in the environment. However, physiological adaptation to a regularly occurring environmental phenomenon alters biological systems involved in stress response. Neurobiological alterations in the brain can disrupt the function of the ANS. ANS dysfunction and structural brain changes have a negative impact on cognitive, emotional, and behavioral processes, thereby leading to development of mental illness. Part II: The development of novel approaches for deriving noninvasive ANS biomarkers offers the possibility to improve the assessment of stress in healthy individuals and ANS dysfunction in MDD patients. Joint analysis of various biosignals (multi-modal approach) allows for the quantification of interactions among biological systems associated with ANS, while the modeling of biosignals and subsequent analysis of the model’s parameters (model-based approach) allows for the robust quantification of changes in physiological mechanisms related to the ANS. A novel method, which takes into account both phase and frequency locking phenomena between respiration and HRV signals, for assessing quadratic nonlinear cardiorespiratory coupling is proposed in Ch. 6.3. Novel techniques for improving the monitoring of respiration are proposed in Ch. 7. In Ch. 8, to increase the robustness for some morphological measurements reflecting arterial tone changes, the modeling of the PPG pulse as amain wave superposed with several reflected waves is considered. Part III: ANS biomarkers are evaluated in the assessment of different types of stress, either physiological or psychological, in healthy individuals, and then, in the monitoring of depression. In the presence of mental stress (Ch. 9.1), induced by cognitive tasks, healthy subjects show an increment in the respiratory rate and higher number of nonlinear interactions between respiration and HRV signal, which might be associated with a sympathetic activation, but also with a less regular breathing. In the presence of hemodynamic stress (Ch. 9.2), induced by a postural change, healthy subjects show a reduction in strength of the quadratic nonlinear cardiorespiratory coupling, whichmight be related to a vagal withdrawal. In the presence of heat stress (Ch. 9.3), induced by exposure to elevated environmental temperatures, healthy subjects show an increased sympathovagal balance. This demonstrates that ANS biomarkers are able to assess different types of stress and they can be further explored in the context of depression monitoring. In Ch. 10, differences in ANS function between MDD and healthy subjects during a mental stress protocol are assessed, not only with the raw values of ANS biomarkers but also with autonomic reactivity indices, which reflect the ability of an individual to copewith a challenging situation. Results show that depression is associated with autonomic imbalance, characterized by increased sympathetic activity and reduced arterial compliance. Autonomic reactivity indices quantified by changes, from stress to recovery, in arterial stiffness surrogates, such as the PPG amplitude loss in wave reflections, show the best performance in terms of correlation with depression severity, yielding to correlation coefficient r = −0.5. The negative correlation implies that a higher degree of depression is associated with a decreased autonomic reactivity. The discriminative power of ANS biomarkers is supported by their high diagnostic performance for classifying subjects as having MDD or not, yielding to accuracy of 80.0%. Therefore, it can be concluded that ANS biomarkers can be used for assessing stress and that impaired arterial compliance might constitute a biomarker of mental health useful in the monitoring of depression.<br /

Novel Framework for Nonlinear HRV Analysis and its Physiological Interpretation

La inclusión de métodos no lineales aplicados a señales de variabilidad del ritmo cardiaco (HRV, del inglés Heart Rate Variability) proporciona una nueva visión en la caracterización de anomalías en el contexto de las enfermedades cardiacas o patologías como la insuficiencia cardiaca o la fibrilación auricular, por nombrar algunas. Se ha demostrado que alteraciones en el sistema nervioso autónomo (ANS, del inglés Autonomic Nervous System), el cuál modula el ritmo cardiaco, conllevan a cambios en los patrones no lineales de la HRV. Sin embargo, la incertidumbre, todavía presente, en los mecanismos que subyacen a variaciones fisiológicas o patofisiológicas en los índices no lineales de la HRV, junto con el alto tiempo que requieren los algoritmos para la estimación de estos índices, representan el cuello de botella para su aplicación en la práctica clínica.Después de una breve introducción sobre los temas abordados en esta la tesis en el capítulo 1, el segundo capítulo, el capítulo 2, está dedicado a la primera gran contribución de esta tesis, que consiste en la propuesta y desarrollo de una metodología con el fin de reducir el coste computacional asociado a la caracterización no lineal de la HRV. El esquema propuesto es muy eficaz, reduciendo el tiempo de cálculo a unos pocos segundos para el análisis no lineal de señales de HRV de corta longitud (5 minutos). Con respecto a la interpretación del análisis no lineal de la HRV, es importante señalar que hay una serie de factores que afectan a su cálculo y deben tenerse en cuenta al comparar diferentes estudios de la literatura. Las características de las series de HRV, como la frecuencia de muestreo, así como la selección de valores de parámetros en los métodos no lineales, tienen un impacto en los resultados de los índices no lineales de la HRV y, en algunas circunstancias, pueden dar lugar a interpretaciones erróneas. Uno de los principales objetivos del capítulo 3 es estudiar la influencia de la tasa de muestreo en los índices no lineales de la HRV y proponer alternativas para atenuar esta influencia. Los métodos propuestos incluyen, por una parte, la corrección de la frecuencia cardiaca de las estimaciones de la HRV mediante fórmulas de regresión individuales o basadas en la población y, por otra, el preprocesamiento de las series temporales de HRV mediante modelos de interpolación o de point-process. El capítulo 4 se centra en investigar el efecto de la selección del valor de los parámetros requeridos para el cálculo de ciertos índices no lineales de la HRV (por ejemplo, la entropía aproximada) y proponiendo un nuevo índice independiente de la definición del valor de éstos parámetros a-priori. Este novedoso índice se denomina entropía multidimensional aproximada. El análisis no lineal de la HRV, incluido el nuevo índice propuesto, se aplica al estudio de afecciones asociadas a alteraciones de la modulación cardiaca del ANS, como el envejecimiento y la insuficiencia cardiaca congestiva (CHF, del inglés Congestive Heart Failure). Por un lado, todos los índices no lineales de la HRV evaluados ven disminuidos significativamente sus valores en las personas mayores en comparación con los jóvenes ambos grupos en condiciones de reposo en posición de decubito supino. Por otro lado, los pacientes con insuficiencia cardiaca muestran valores más altos de los índices no lineales significativamente con respecto al grupo de sujetos sanos, en ambos casos analizando el período nocturno. Además, el análisis no lineal de la HRV es evaluada en respuesta a provocaciones simpáticas, inducidas por el cambio de la posición supina a la posición de pie o por la administración de atropina, donde se observa una disminución en todos los índicesno lineales estimados.El capítulo 5 está dedicado a la evaluación del rendimiento del análisis no lineal de la HRV en el triaje de la administración profiláctica con el fin de prevenir los episodios de hipotension causados por la anestesia espinal durante el parto por cesárea. El estudio se realiza en colaboración con el Servicio de Anestesia del Hospital Universitario Miguel Servet (Zaragoza, España). Debido a que la profilaxis puede producir efectos secundarios en el feto, el desafío consiste en predecir los casos normotensos para los cuales se puede prescindir del tratamiento profilactico. La hipótesis de esta tesis se basa en el hecho de que la alteración de la regulación del ANS causada por el último período de embarazo y la proximidad a la cirugía podría reflejarse en los índices no lineales de la HRV, lo que podría ayudar a predecir los casos que deriven en hipotension y normotension con mayor precisión que cuando se utilizan solamente variables demográficas. Es importante destacar que las propuestas metodológicas para el análisis no lineal de la HRV desarrolladas en la tesis se aplican en la caracterización de otras señales cardiovasculares, como la señal fotopletismografica de pulso. Las series temporales derivadas de esta señal, que incluyen información del sistema vascular periférico, se incorporan en un clasificador basado en la regresión logística junto con los índices no lineales de la HRV. El clasificador propuesto alcanza un 76,5% de sensibilidad y un 72,2% de precisión en la detección de los casos normotensos, proporcionando así información pertinente y objetiva respaldando la decisión final del equipo médico.En el capítulo 6 se presentan las principales conclusiones derivadas de la tesis y se consideran futuras ampliaciones en base a las investigaciones llevadas a cabo. Se hace hincapié en la contribución de la tesis al desarrollo de metodologías novedosas para caracterizar de manera más robusta los índices no lineales de la HRV e interpretar con fiabilidad los resultados correspondientes. Basándose en las metodologías desarrolladas, se investigan las condiciones o patologías asociadas con alteraciones en la modulación autonómica de la actividad cardiaca y se destaca la contribución del análisis no lineal de la HRV para su caracterización. En conclusión, entre los objetivos metodológicos desarrollados en esta tesis se encuentran: i) la propuesta de un esquema de trabajo para incrementar la fiabilidad de la estimación de la dimensión de correlación, usando un algoritmo que reduce la carga computacional, facilitando su aplicabilidad en la práctica clínica; ii) el desarrollo de métodos alternativos para atenuar la dependencia de los índices no lineales de la HRV con el ritmo cardiaco medio; iii) la propuesta de un índice no lineal de la HRV multidimensional independiente de la definición a priori de parámetros para su estimación. Además, los objetivos relacionados con la aplicación clínica de lascontribuciones metodológicas son: i) la caracterización del efecto del envejecimiento en los índices no lineales de la HRV; ii) la evaluación de la complejidad e irregularidad del ritmo cardiaco en pacientes que sufren de insuficiencia cardiaca comparada con sujetos sanos; iii) la mejora de la eficacia de la profilaxis para la prevención de eventos de hipotensión después de anestesia espinal durante parto programado por cesárea.<br /