Aplicaciones de la Teoría del caos en medicina

La Teoría del Caos surgió relacionada con las ciencias naturales, pero en la actualidad su campo de aplicación es cada vez más amplio porque el pensamiento complejo ha ofrecido solución a numerosos sistemas en la naturaleza, la biología y otras muy diversas esferas de la vida, como la economía y la lingüística, entre otras. En este artículo se pretende ofrecer una panorámica sobre las principales aplicaciones del caos en medicina, dado que muchos procesos en medicina manifiestan aparente desorden, complejidad y caos. Se analizarán, en particular, las opiniones existentes entre los investigadores sobre la presencia y significado del caos en los procesos metabólicos, las enfermedades cardíacas y la actividad cerebral, ya que son las áreas médicas que expresan los comportamientos más complejos. También se expondrán los resultados de la aplicación de las matemáticas del caos en la epidemiología. Es importante apropiarse de este nuevo enfoque porque comprender el caos confiere al hombre, en cualquier campo que se desempeñe, una visión más clara de la realidad. El abordaje científico aplicando la teoría del caos, conlleva la creación de un equipo multidisciplinario, que enfrente la complejidad desde todas las aristas posibles y del que puedan surgir ideas que rebasen las fronteras del paradigma científico tradicional. Según los expertos sobre el tema, la Teoría del Caos seguirá teniendo un espacio importante en el futuro. Es un reto, una necesidad y un deber para los investigadores de las diferentes ramas y especialidades, estar preparados.

Chaos Theory arose in connection with the natural sciences, but today its field of application is increasingly broad because complex thinking has offered solutions to numerous systems in nature, biology and other very diverse spheres of life, such as economics and linguistics, among others. This article aims to offer an overview of the main applications of chaos in medicine, given that many processes in medicine show apparent disorder, complexity and chaos. In particular, the existing opinions among researchers about the presence and meaning of chaos in metabolic processes, heart disease and brain activity will be analyzed, since these are the medical areas that express the most complex behaviors. The results of the application of the mathematics of chaos in epidemiology will also be presented. It is important to appropriate this new approach because understanding chaos gives man, in whatever field he works, a clearer vision of reality. The scientific approach applying chaos theory entails the creation of a multidisciplinary team that faces complexity from all possible angles and from which ideas can arise that go beyond the borders of the traditional scientific paradigm. According to experts on the subject, Chaos Theory will continue having an important space in the future. It is a challenge, a necessity and a duty for researchers from different branches and specialties to be prepared.

Cultura del caos / Chaos Culture

La Teoría del Caos, considerada la tercera revolución de la física, se ha convertido en un método científico para abordar sistemas complejos que no pueden ser explicados por los recursos tradicionales de la ciencia. Su campo de aplicación es cada vez más amplio, porque el pensamiento complejo ha ofrecido solución a numerosos sistemas en la naturaleza, la biología y muy diversas esferas de la vida. El objetivo de este trabajo es ofrecer una panorámica general sobre el tema, desde una postura no estrictamente matemática. Se realizó una revisión en la literatura y se expone el conocimiento sedimentado en el tiempo, por los estudiosos y expertos en la materia. Se ofrece una visión general de la Teoría del Caos, las condiciones para su surgimiento, así como sus aspectos y propiedades generales expresadas en sus dos dimensiones: tiempo (sistemas dinámicos) y espacio (fractales). Se hacen explícitos en cada caso, los conceptos y definiciones necesarias para entender y hablar de Caos. En un segundo artículo se expondrán las principales aplicaciones de esta teoría en la medicina y en particular en el campo de las neurociencias. Para los profesionales del sector salud, resulta un reto necesario familiarizarse con este nuevo enfoque, entender su esencia, principios y conceptos, para adquirir una cultura del Caos(AU)

Chaos Theory, considered the third revolution in physics, has become a scientific method to address complex systems that cannot be explained by the traditional resources of science. Its field of application is increasingly wide, because complex thinking has offered solutions to numerous systems in nature, biology and very diverse spheres of life. The objective of this work is to offer a general overview of the subject, from a non-strictly mathematical position. A literature review was carried out and the knowledge settled over time, by scholars and experts in the field, is exposed. An overview of Chaos Theory is offered, the conditions for its emergence, as well as its aspects and general properties expressed in its two dimensions: time (dynamic systems) and space (fractals). The concepts and definitions necessary to understand and speak of Chaos are made explicit in each case. In a second article, the main applications of this theory in medicine and in particular in the field of neurosciences will be exposed. For professionals in the health sector, it is a necessary challenge to become familiar with this new approach, understand its essence, principles and concepts, to acquire a culture of Chaos(AU)

Diagnóstico matemático del infarto agudo de miocardio y de la falla cardiaca mediante la entropía proporcional / Mathematical Diagnosis of Acute Myocardial Infarction and Failure Using Proportional Entropy

Introducción: Las teorías físicas y matemáticas han permitido el desarrollo de nuevas metodologías diagnósticas de la dinámica cardiaca. Entre estas se encuentra la evaluación de las proporciones de la entropía proporcional para diferenciar la normalidad de la enfermedad cardiaca, aunque su capacidad diagnóstica debe comprobarse en escenarios clínicos críticos específicos, como en la falla cardiaca y el infarto agudo de miocardio. Objetivo: Describir evaluaciones diagnósticas de la dinámica cardiaca en pacientes con infarto agudo de miocardio o falla cardiaca aguda. Métodos: En un estudio a doble ciegos con 20 Holter, 5 normales, 8 con falla cardiaca aguda y 7 con infarto agudo de miocardio, se aplicó un método fundamentado en las proporciones de la entropía tomando los valores máximos y mínimos de la frecuencia cardiaca y el número total de latidos por hora, en un mínimo de 18 horas, generando un atractor numérico. Se evaluó cada dinámica con base en la entropía y sus proporciones. Finalmente, se comparó la precisión diagnóstica del método matemático con respecto al diagnóstico clínico convencional. Resultados: Se diferenciaron matemáticamente los casos normales y patológicos mediante la evaluación en 18 horas con el método descrito, encontrando valores de sensibilidad y especificidad del 100 por ciento y un coeficiente Kappa de uno, indicando una concordancia diagnóstica perfecta del método matemático con respecto al diagnóstico clínico. Conclusiones: Las proporciones de la entropía permiten establecer diagnósticos objetivos de la dinámica cardiaca, diferenciando matemáticamente dinámicas normales de aquellas que presentan infarto agudo de miocardio y falla cardiaca aguda(CU)

Introduction: Physical and mathematical theories have allowed the development of new diagnostic methodologies of cardiac dynamics, as one based on the evaluation of entropy proportions to differentiate normality from cardiac disease, although its diagnostic capacity must be yet determined in specific critical scenarios as acute heart failure and acute myocardial infarction Objective: To describe diagnostic evaluations of cardiac dynamics in patients diagnosed with acute myocardial infarction or acute heart failure. Methods: A blind study was developed with 20 Holter registries; 5 normal, 8 with acute cardiac failure and 7 with acute myocardial infarction. Then, a method based on the proportions of the entropy of the numerical attractors was applied. The maximum and minimum values of the heart rate and the total number of beats per hour were taken for at least 18 hours, with which numerical attractors were generated, which measure the probability of consecutive heart rate pairs. An evaluation of all dynamics was made based on the entropy and its proportions. Finally, a comparison between the diagnostic precision of the mathematical method with respect to the conventional clinical diagnosis was performed. Results: Normal cases were mathematically differentiated from the pathological ones through the evaluation of Holter registries for 18 hours, achieving values of sensitivity and specificity of 100 percent as well as a Kappa coefficient of 1, indicating a perfect diagnostic concordance between the mathematical method to diagnose the cardiac dynamics with respect to the clinical diagnosis. Conclusions: The proportions of entropy allow to establish objective diagnoses of cardiac dynamics, mathematically differentiating normal dynamics from those with acute myocardial infarction and with acute cardiac failure(AU)

Evaluación de la dinámica cardíaca durante 16 horas mediante una ley matemática exponencial

Marco teórico. Con base en la teoría de los sistemas dinámicos, fue establecida una ley matemática exponencial que al ser aplicada a los sistemas cardíacos caóticos, permitió cuantificar estados de normalidad y enfermedad, siendo también posible encontrar el número total de dinámicas cardíacas a partir de esta comprensión matemática del fenómeno. En este estudio se evaluó la aplicabilidad clínica y utilidad diagnóstica de la ley exponencial en 300 registros electrocardiográficos continuos y estudios Holter, en 16 horas. Material y métodos. A partir de 300 registros electrocardiográficos continuos y estudios Holter, dentro de los cuales 50 presentaban diagnóstico convencional de normalidad y los restantes 250 algún tipo de patología, se construyeron los mapas de retardo para cada dinámica cardíaca. Seguidamente, se calculó la dimensión fractal y los espacios de ocupación de los atractores. Se realizó la evaluación matemática en 16 y 21 horas, mediante la ley exponencial, y se llevó a cabo la validación estadística. Resultados. Se obtuvo que los valores para la rejilla Kp entre 203 y 346 correspondían a normalidad, mientras que valores entre 35 y 197 correspondían a enfermedad, en 16 horas. El valor encontrado para el coeficiente Kappa fue de 1, la sensibilidad y especificidad fueron de 100%. Conclusiones. Se logró establecer que la metodología matemática permite realizar diagnósticos certeros en 16 horas, comprobándose su aplicabilidad en 300 registros electrocardiográficos.

Background. Based on the theory of dynamic systems, an exponential mathematical law was established that, when applied to chaotic cardiac systems, allowed to quantify states of normality and disease, being also possible to find the total number of cardiac dynamics from This mathematical understanding of the phenomenon, in this study, evaluated the clinical applicability and diagnostic utility of the exponential law in 300 continuous electrocardiographic records and Holter tests, in 16 hours. Methods. With 300 continuous electrocardiographic registers and Holter tests, of which 50 presented conventional diagnosis of normality and the remaining 250 some type of pathology, the delay maps were constructed for each cardiac dynamics. Next, the fractal dimension and the spaces of occupation of the attractors were calculated. It was made the mathematical evaluation in 16 and 21 hours, using the exponential law and the statistical validation was performed. Results. It was obtained that the values for the grid Kp between 203 and 346 corresponded to normality, whereas values between 35 and 197 corresponded to disease, in 16 hours. The value found for the Kappa coefficient was 1; the sensitivity and specificity were 100%. Conclusion. It was possible to establish that the mathematical methodology allows to make accurate diagnoses in 16 hours, being proved its applicability in 300 electrocardiographic registers.

Introdução. Com base na teoria de sistemas dinâmicos, foi criada uma lei matemática exponencial que quando aplicada a sistemas cardíacos caóticos permitidos estados Quantificar de normalidade e doença, também é possível encontrar o número total de dinâmica cardíaca de Essa compreensão matemática do fenômeno, neste estudo, avaliou a aplicabilidade clínica e a utilidade diagnóstica da lei exponencial em 300 registros eletrocardiográficos contínuos e estudos Holter, em 16 horas. Material e métodos. A partir de 300 registros eletrocardiográficos contínuos e estudos Holter, dentre os quais 50 apresentaram diagnóstico normal de normalidade e os demais 250 algum tipo de patologia, os mapas de atraso para cada dinâmica cardíaca foram construídos. Em seguida, calculou-se a dimensão fractal e os espaços de ocupação dos atratores. A avaliação matemática foi realizada às 16 e 21 horas, por meio da lei exponencial, e a validação estatística foi realizada. Resultados. Obteve-se que os valores da malha do Kp entre 203 e 346 correspondiam à normalidade, enquanto os valores entre 35 e 197 correspondiam à doença, em 16 horas. O valor encontrado para o coeficiente Kappa foi de 1, a sensibilidade e especificidade foram de 100%. Conclusões. Estabeleceu-se que a metodologia matemática permite realizar diagnósticos precisos em 16 horas, verificando sua aplicabilidade em 300 registros eletrocardiográficos.