Micro sueño y accidentes automovilísticos su detección y prevención mediante sensores y

dispositivos electromecánicos

Andrés Salazar LópezAndrés Mauricio oliveros

INTRODUCCIONNos centraremos en tres puntos los cuales describen de una manera general el problema de accidentes automovilísticos por causa del micro sueño y su posible solución estos tres puntos se refieren a el estudio del micro sueño como tal, el como detectar este micro sueño, y como prevenir los accidentes mediante dispositivos electromecánicos.

PALABRAS CLAVE:Micro Sueño/Narcolepsia/insomnio/Hipersomnia/Electromiografía/Tono muscular/Adormecimiento

MICRO SUEÑO

Conocemos por experiencia la importancia de un sueño normal y que tanto su exceso como déficit tienen considerables repercusiones

en la vida diaria, con consecuencias tanto personales Como comunitarias.

El sueño es una necesidad vital y por tanto inevitable, lo que explica que aparezca incluso en condiciones de riesgo. El grado de vigilancia no es parejo a lo largo del día y, durante él, los seres humanos estamos propensos a dormir especialmente en dos períodos: entre las 2 y 6 de la mañana y entre 2 a 4 de la tarde, el período de la siesta. Se desprende que la aparición de somnolencia no solamente depende del tiempo que la persona lleva sin dormir (“carga de sueño”), sino que también de un ritmo intrínseco, el circadiano (ciclo sueño-vigilia), que determina cambios periódicos en el nivel de alerta . Esto explica que quien ha trasnochado tiene al día siguiente oscilaciones en el nivel de vigilancia y no una somnolencia progresiva, como esperaríamos encontrar si el grado de alerta dependiera sólo de la privación de sueño en la noche anterior. Consecuentemente, los accidentes de tránsito producto de somnolencia se presentan con clara mayor frecuencia durante estos dos períodos, particularmente en el nocturno.

En el mundo moderno la principal causa de somnolencia diurna es la privación parcial de sueño crónica. Se estima que hoy la población duerme una hora menos que hace un siglo. Esta situación se explica por el advenimiento de la luz eléctrica, que nos permite determinar la duración y hora de inicio de nuestro sueño. Así disponemos de actividades de entretención las 24 horas del día (televisión, internet, juegos electrónicos, etc.), alargar o combinar jornadas laborales, estudiar de noche, etc. Además, un importante número de trabajadores funciona con sistemas de turnos nocturnos, constituyendo hasta el 20% de la

fuerza laboral en países desarrollados. Muchos de estos trabajos nocturnos incluyen tareas que involucran riesgos personales o para terceras personas, como es el caso de médicos y personal de la salud en general, choferes, pilotos de aviación, personal de urgencia de fábricas, guardias de seguridad, carabineros, bomberos, etc.

Además de la privación de sueño crónica o aguda, otras causas de somnolencia diurna excesiva son los trastornos de sueño, entre ellos el síndrome de apnea del sueño (el más prevalente) y lanarcolepsia, ambas condiciones ligadas a aumento de los accidentes de tránsito. Aproximadamente la mitad de los pacientes con hipersomnia que acude a los centros de sueño ha sufrido un accidente de tránsito, y un porcentaje aun mayor, accidentes laborales.

El insomnio crónico también se asocia a mayor morbimortalidad y a elevados costos socio-económicos por accidentabilidad y ausentismo laboral debido a sus repercusiones diurnas, como fallas de memoria, disminución del rendimiento y de la concentración, fatigabilidad y somnolencia diurna. Esto último presente, al menos, en un subgrupo de los insomnes. El tratamiento de esta condición con inductores de sueño, por lo tanto, debe considerar que pueden ser causa de sedación matinal, y trastornos cognitivos y de la destreza motora. Estos efectos son dosis dependiente y especialmente notorios en benzodiazepínicos de vida media más prolongada .

La somnolencia diurna excesiva produce disminución de la atención, afectando la capacidad de reaccionar rápida y eficazmente ante situaciones inesperadas. Compromete además la calidad devida y altera el rendimiento laboral y académico. Es un síntoma subvalorado y muchas veces confundido con trastornos del ánimo, fatigabilidad y cansancio, por lo que debe ser buscado específicamente. Muchos de los grandes accidentes catastróficos en los que se estima errores humanos (Chernobyl, Exxon Valdez, Challenger, etc.) han sido atribuidos a somnolencia secundaria a privación crónica de sueño.

La magnitud de la somnolencia se establece en relación con su interferencia en las actividades de la vida diaria. Leve es aquélla presente sólo en reposo o en situaciones monótonas que requierenpoca atención (p. ej., mirar TV, yendo como pasajero en un vehículo, etc.) y que tiene escasa repercusión laboral, académica o social, mientras que se considera moderada cuando aparece en

situaciones que requieren mayor atención, es de presentación diaria y con repercusión también moderada en las actividades de la vida diaria (p. ej., durante una conversación, en una reuniónimportante, etc.). Se cataloga como severa cuando, además de presentarse a diario, aparece incluso en situaciones que requieren niveles altos de atención y concentración (p. ej., manejar, comer, etc.) y condiciona acentuada interferencia en las actividades de la vida diaria y marcado compromiso del rendimiento.

Pertinen encontró que hasta un tercio de los jóvenes y el 7% de los adultos presentan hipersomnia secundaria a trastornos de sueño y un 2% atribuible a trabajos con la modalidad de turnos nocturnos.

El análisis de las distintas causas de accidentes de tránsito, incluida la somnolencia, no es fácil puesto que están involucrados múltiples factores: del conductor (respeto de las normas de tránsito, habilidades personales, grado de alerta, consumo de alcohol, drogas, etc.), hora del accidente, estado de la calzada (curvas, pavimento en malas condiciones, camino de tierra, etc.),condiciones climáticas (lluvia, nieve, hielo, visibilidad disminuida por neblina, etc.), factores mecánicos (falla de frenos, neumáticos, etc.) o mezcla de todos ellos.

En general, se asume que la somnolencia puede ser causa del accidente, en ausencia de factores tales como fallas mecánicas, condiciones climáticas adversas o mal estado de la calzada.Corresponden a accidentes difícilmente explicables (p. ej., en una línea recta con excelente visibilidad y pavimento en perfectas condiciones), en los que habitualmente se constata ausencia de maniobras evasivas para evitar el choque, como frenar u otros intentos por controlar el vehículo; en este sentido, la información aportada por las investigaciones técnicas es decisiva.

Otro trastorno del sueño causa de somnolencia diurna y accidentes de tránsito es la narcolepsia, un trastorno del sueño REM, relativamente poco frecuente, con una prevalencia de 0,067%. Tradicionalmente se ha descrito una tétrada diagnóstica que incluye:

1) hipersomnia, requisito para el diagnóstico, habitualmente descrita como “ataques de sueño”, aunque también puede presentarse de modo similar a la somnolencia observada en laapnea del sueño;

2) catalepsia (hipotonía o atonía episódica no asociada a alteraciones de conciencia, de segundos a minutos de duración inducida frecuentemente por emociones, p. ej: risa);3) alucinaciones oníricas, que corresponden a onirismo estando el paciente aún despierto, especialmente en períodos interfacitos sueño/vigilia; y,

4) parálisis del sueño (incapacidad para moverse voluntaria-mente al despertar o iniciar el sueño, de segundos a minutos de duración).

Existen, por lo tanto, en esta enfermedad dos condiciones que predisponen a mayor accidentabilidad, cuales son la hipersomnia diurna y la pérdida súbita del tono muscular(catalepsia) evocada por una emoción intensa, que actuaría como agravante en términos de impedir un rápido accionar ante situaciones inesperadas.

Sobre lo visto anterior mente se puede decir que:

1) La tasa de accidentes de tránsito en hipersomnias es varias veces mayor que en la población general.

2) La hipersomnia diurna (disminución del alerta) puede ser secundaria a diversas causas, que incluyen privación crónica de sueño, trabajo en turnos excesivos y trastornos del sueño y seasocia a mayor frecuencia de accidentes de tránsito en comparación con la población general.

3) Los accidentes de tránsito secundarios a hipersomnia tienen el doble de mortalidad comparados con otros accidentes.

4) La hipersomnia se potencia si hay ingesta de alcohol asociada.

5) Los accidentes de tránsito causados por somnolencia diurna excesiva tienen un claro ritmo circadiano, con un aumento significativo durante la madrugada, respecto de los valores de referencia. Hay otro peak de menor intensidad durante la hora de la siesta.

6) Los accidentes de tránsito no atribuibles directamente a somnolencia presentan este mismo patrón horario, lo que sugiere que también en ellos puede ser un factor contribuyente.

DETECCION DEL MICROSUEÑO

Ya hemos visto con de talle lo que es el sueño y sus posibles trastornos también junto con esto los riesgos al conducir ahora para poder detectar este estado debemos saber los cambios fisiológicos que suceden cuando estamos somnolientos o estamos entrando en este estado nos interesan aquellos cambios que pueden ser detectados fácilmente y con sensores no invasivos no nos sirve de nada entrar a estudiar por ejemplo el cambio de las las hondas celébrales a medida que la persona entra en sueño puesto que sería bastante complicado esto para lo que queremos desarrollar, el conductor no querrá ir haciendo su trabajo con varios diodos pegados a su cabeza.

En cualquiera de los casos necesitamos comparar cambios fisiológicos que suceden al estar cansado y somnoliento como por ejemplo el tono muscular, respiración, detección del movimiento ocular, movimiento corporal.

Debemos asegurar a partir de el resultado de la detección de todos estos para metros que la persona que está conduciendo en esos momentos si este en una verdadera situación de riesgo debido a su estado de cansancio estrés y por lo tanto somnolencia. Acá el principal inconveniente es la sensibilidad que deben tener los dispositivos pues es de vida o muerte literalmente el rápido y veraz resultado, el sistema debe ser capaz de relacionar todas estos para metros y dar un resultado a su vez decidir si la persona se encuentra en un estado de cansancio extremo o somnolencia.

Respiración, tono muscular, movimiento facial, deben estar presentes a la hora de detectar el estado de la persona pues sacar conclusiones a partir de una sola variable puede no ser efectivo.

Comodidad factor muy importante como se ha dicho anteriormente la persona que esta conduciendo no querrá tener diodos o cosas pegadas a su cuerpo para detectar su estado por tanto se requieren implementar sensores no invasivos pero a su vez igual de efectivos que los que los que si lo son.

Tono muscular

 Electromiografia de Superficie (EMGS)

 La información bioeléctrica muscular es abordable con técnicas de electromiografía de superficie (EMGS).

 Se disponen de equipos que reconocen valores electromiográficos entre 1 y 20.000 microvoltios, con amplificadores de alta tecnología, a la vez que se

eliminan de forma eficaz los fenómenos parasitarios, tomando la señal con gran precisión en una banda de frecuencia útil entre 20 y 500 hertzios, sin que los resultados sufran distorsión

 Tales sistemas de análisis muscular se fundamentan en procedimientos de electromiografía de superficie (EMGS), con tratamiento de la señal mediante modernos ordenadores con la introducción de coprocesadores matemáticos de alta velocidad.

 Electromiograficamente, la fatiga de un músculo esquelético se puede definir como "la imposibilidad por parte del músculo para mantener una tarea determinada sin modificar  su nivel de actividad eléctrica".

En este terreno de la investigación se han desarrollado software  para el tratamiento de la señal electromiográfica. Con sensores de superficie se capta la respuesta muscular y luego se interpreta, pudiendo incluso comparar  los valores obtenidos recurriendo a un banco de datos previamente elaborado. Tales  pruebas son  de realización fácil, incruenta, sin  coste económico en la práctica.

Respiración

Durante la contracción muscular, además de acortamiento y/o fuerza, se produce un movimiento transversal, es decir, perpendicular a la dirección de las fibras musculares. Este movimiento es causado

por la expansión lateral de las fibras musculares activas durante la contracción, y puede descomponerse en dos partes, en función del tipo de

movimiento: un movimiento de gran amplitud que se produce sobretodo al inicio y al final de la contracción en contracciones isométricas, y en general durante toda la contracción en contracciones dinámicas (componente MOV), (2) un movimiento de pequeña amplitud consistente en pequeñas oscilaciones o vibraciones que se producen a lo largo de toda la contracción (componente VIB); este segundo tipo de movimiento o vibración suele denominarse mecanomiograma (MMG) .

Ambos movimientos pueden ser registrados mediante el uso de micrófonos de acoplamiento de aire, sensores piezoeléctricos de contacto o acelerómetros, fijados sobre la superficie de la piel en la parte central del músculo. El segundo tipo de movimiento puede ser analizado de forma aislada mediante el estudio de contracciones isométricas de larga duración . Durante contracciones dinámicas ambas señales se registran simultáneamente, siendo la contribución de cada una dependiente del tipo de contracción, músculo estudiado y sensor utilizado para su registro.

Movimiento facial y ocular

Existen multitud de estudios relacionados con este campo la mayoría de los cuales se basan en sistemas de reconocimiento facial para determinar la posición de la cabeza del conductor, la frecuencia de parpadeo.

La frecuencia del parpadeo así como el grado de apertura de los parpados son buenos indicadores del nivel de cansancio del conductor. En una situación normal un conductor parpadea y mueve los ojos de forma rápida y constante manteniendo una separación entre párpados grande. En un estado de somnolencia podemos apreciar que la velocidad de parpadeo y la apertura disminuyen.

Respecto al ángulo que forma la cabeza en una situación sin somnolencia el conductor mantiene una posición erguida y sólo realiza los movimientos normales relativos a la conducción. Al entrar en un estado de somnolencia se detectan cambios frecuentes en la postura de la cabeza y cabeceos.

Cuando el adormecimiento es profundo se observa que el parpadeo es extremadamente lento y la cabeza queda completamente relajada.

En general, la gente tiende a tener diferente expresión según el nivel de alerta que presentan esto también puede ser medible y seria un aporte mas para darle mas factibilidad a el hecho en si del estado del conductor según el resultado que arroja el sistema.

CONCLUSIONES

La fisiología del sueño tiene varios aspectos y el detectar este estado no se hace posible con analizar un solo uno de ellos es necesario entonces aprovechar toda la información corporal que se dispone cuando se esta entrando en este estado expresiones faciales, oculares, respiración, tono muscular para así obtener un resultado mas veraz y confiable porque de este resultado depende la vida del conductor.

REFERENCIAS

Driver performance in the moments surrounding a micro sleep Linda Ng

Boyle ,Jon Tippin b, Amit Paul, Matthew Rizzo

Sistema detector de fatiga en la conducción J. L. García, E. Rogado, R. Barea, L.

M. Bergasa, E. López, M. Ocaña and D. Schleiche

Evaluación no invasiva del esfuerzo respiratorio mediante la utilización de sensores de superficie Abel Torres ,Bachi Galdiz ,Joaquín Gea Departamento de

Neumología, Hospital del Mar, Barcelona, España

Sensores y señales para la detección del sueño Juan L. Rojas, Luis F. Crespo,

Daniel Sánchez Morillo Dep. Ingeniería de Sistemas y Automática. Grupo de Investigación GAPSIS. E.S. Ingeniería. Universidad de Cádiz.

Trastornos del sueño . Iriarte, J. Artieda Servicio de Neurofisiología Clínica. Área de

Neurociencias. Clínica Universitaria y CIMA. Universidad de Navarra.