Historias de cuarentena

Ingenieros sanjuaninos desarrollaron un sistema para controlar el brote de COVID-19

Se basa en generar una secuencia del distanciamiento y el confinamiento social con lo que se busca evitar el colapso del sistema sanitario. Contempla la intervención de la política de los gobiernos y el comportamiento de la gente.
jueves, 30 de julio de 2020 00:00

La pandemia del COVID-19 significó un verdadero desafío para la comunidad científica que buscó colaborar con propuestas interdisciplinarias para generar estrategias y modelos útiles para la sociedad, en medio de un escenario muy cambiante.

San Juan no fue indiferente a ello y el Dr. Daniel Patiño junto al Dr. Santiago Tossetti, profesionales del Instituto de Automática de la Facultad de Ingeniería de la UNSJ, trabajaron en base a un llamado internacional y en sólo dos meses generaron una propuesta desde la mirada y las herramientas de la Ingeniería de Control. Sí, aunque parece lejana del mundo de sistema sanitario, tienen interesantes puntos de conexión.

Los ingenieros sanjuaninos desarrollaron y probaron en simulaciones un sistema que permite generar una secuencia de distanciamiento y confinamiento social y así controlar el brote de COVID-19, lo que evita el colapso de la disponibilidad del sistema sanitario y evita la saturación de Unidades de Terapia Intensiva. Esto tiene incidencia directa en bajar o eliminar el número fallecidos por no tener atención médica en áreas críticas.

“Las acciones consisten en 5 fases de aislamiento y confinamiento social, con un período de anuncio de una o dos semanas; más o menos lo que se realiza actualmente. La efectividad del sistema dependerá tanto del gobierno sobre las medidas que decida y en cuanto a la efectividad de su implementación como de la disciplina y comportamiento de la sociedad”, destacó el Dr. Patiño a Diario La Provincia SJ.

Este sistema, que demandó un intenso trabajo, permite, además, simular políticas propias en un sistema interactivo. “Lo pensamos como una herramienta para que el Gobierno pueda ensayar cuál es la mejor estrategia y ver cómo se comporta la dinámica del virus. Con este trabajo, hemos podido reaccionar en tiempo y forma al llamado de la Comunidad Internacional de Control Automático, que se hizo en abril. Es decir que nosotros en dos meses hemos desarrollado este trabajo y lo enviamos para que sea evaluado en el Annual Reviews in Control. Es que las ciencias exactas están colaborando activamente en lo referido a la pandemia en la comunidad internacional”, puso en valor.

Ingeniería de control, en el frente de batalla

“Les llamará la atención de cómo es que estamos investigando este tema que "aparentemente" es netamente sanitario. Es verdad, pero también es un problema de ingeniería de control y logística. Ya en el pasado hay muchos antecedentes de cómo la "matemática" ayudó a mitigar las pandemias y a validar científicamente las acciones que se tomaron en la antigüedad llamando a las "cuarentenas" como mitigación no farmacéutica de una pandemia”, explicó Patiño dejando en evidencia la gran utilidad de esta rama de la ingeniería. 

El equipo, por tanto aborda dos frentes: por una parte, siguiendo estadísticamente la evolución de la pandemia a nivel nacional con los datos oficiales obtenidos de una página internacional.

Por otra, “trabajamos sobre los modelos matemáticos de pandemia, en particular la del COVID-19, con el objetivo de controlar el "brote" de contagios a través del diseño de estrategias de mitigación no farmacéuticas (distanciamiento y confinamiento social y testeo de la población) basadas en la ingeniería de control”.

Remarca que el distanciamiento social y el confinamiento dependen de la política de cada gobierno y de la disciplina de la población “ya que pone en juego tres valores de la sociedad: el bien común, la solidaridad y el valor de la vida sobre la economía. Esto deja al descubierto la llamada “cultura del descarte de la sociedad”, que comprende a un 2 o 5% de la población. También, vale decir que lo que estamos viendo es que aunque se priorice la economía en medio de esta pandemia, no aplicando políticas desde lo sanitario, igual cae”.

Por tanto, explica que lo que genera la mitigación en la dinámica de la evolución de la pandemia es un achatamiento de la curva epidemiológica de infectados y expuestos y que no se colapsen las terapias intensivas. En el análisis del material de estudios internacionales y sobre lo que pasó en países como Brasil y EE.UU. es que si los gobiernos no se preocupan por implementar el distanciamiento y el confinamiento, el COVID dispara la curva de contagios por al menos dos meses.

“La dinámica del virus marca que en muy poco tiempo colapsa el sistema y no todos los infectados tendrán acceso al sistema de salud. Más de ese 90% va a fallecer. Estudios de la Universidad de Stanford, California y del Imperial College muestran que un distanciamiento prolongado (de abril del 2020 a enero del 2021, por ejemplo) achata la curva y desde enero ya se aplana, prácticamente. Podríamos decir que se extiende. En China se hizo de manera extrema pero esto no quita que al regresar un infectado a una ciudad, haya brote otra vez. También se habla de un distanciamiento de 5 meses o de 10 meses, pero no sabemos si toda sociedad estará dispuesta a hacerlo”, expresó.

Patiño y Tossetti notaron que en ninguno de los trabajos que analizaron existía el patrón de la secuencia de distanciamiento y confinamiento social que debería ejecutarse y por cuánto tiempo. “Son cuestiones que preguntan los medios y la sociedad en general. ¿Hasta cuándo el distanciamiento? ¿Retrocedemos o avanzamos? La comunidad científica puede ofrecer respuestas”, aseguró.

Se contactaron con el Dr. Dumont, de la University of British Columbia en el mes de marzo, y tomamos como referencia uno de los trabajos realizados. También consultamos trabajos del Imperial College COVID-19 y de Stanford.

“Entonces hicimos un trabajo formulando un problema desde el área de Control. Queríamos estimar el número máximo de casos por día de COVID-19 que podría manejar un sistema de salud de una región, con una dada capacidad disponible de atención aguda, de atención crítica y con requerimiento de respiradores artificiales. Nos basamos en una curva típica de cómo funciona una pandemia con los infectados y la capacidad típica (marcada con una línea azul y estimada en 100 pacientes) que se tiene tanto en infraestructura como en recursos humanos capacitados. Eso es finito”, señaló.

“Lo que vemos es que si no hay distanciamiento y confinamiento se disparan los contagios, se genera un rebase de gente que no se puede atender y hay muchos fallecidos. Lo vemos en Chile, Brasil y en EEUU por colapsos en el sistema de salud. Partiendo de esto, en la formulación del problema desde la ingeniería de control asumimos que un porcentaje del total de personas infectadas requerirán de cuidados agudos, un 20% de todos los COVID infectados en un día. Esto representa un estimativo de las camas requeridas por cuidados agudos, críticos y UCI con respiradores”, explicó.

Qué se propone

Los profesionales sanjuaninos generaron un sistema de control del brote de COVID de lazo cerrado, con una retroalimentación negativa. En el esquema, explicados en orden, “tenemos la disponibilidad del sistema sanitario de una región, un controlador y 5 niveles de confinamiento, similar a las fases que implementó nuestro país con acciones definidas. La decisión de implementarlas depende de la autoridad pública y esa política va a la sociedad que responderá o no a esas decisiones. De ahí, se miden los infectados que requerirán de camas y se retroalimenta el sistema para evitar el error. Eso es que nunca lleguemos a sobrepasar las unidades de terapia intensiva. Hacemos eso para que la economía se vea afectada lo menos posible en la acciones de confinamiento y distanciamiento social”.

En el sistema de control está involucrado el gobierno que debe implementar las medidas y el lazo de control también está la sociedad con su grado de comportamiento y acatamiento de las medidas sanitarias, como uso del barbijo y evitar aglomeraciones en lugares abiertos y cerrados.

Para ello apelaron a un modelo matemático epidemiológico (SEIRD) con un agregado. Cada letra, en inglés, se refiere a las personas susceptibles, expuestas, infectadas, recuperadas y muertas. “Es muy manejado por la comunidad científica y los equipos interdisciplinarios en los que hay epidemiólogos y médicos. Se usa para explicar la dinámica de la pandemia y lo único que hay que ajustar en estos modelos son algunos parámetros como el período de incubación del virus a 14 días, la velocidad de propagación que es superior a 3, la cantidad de población y de recuperados. Es un sistema no lineal e invariable en el tiempo. A través del modelo realimentamos la señal con la cantidad de pacientes para hacer simulaciones pero se puede hacer en tiempo real si tuviéramos la cantidad de pacientes y camas ocupadas. Con ello, se puede decidir la política de confinamiento que hay que llevar adelante”, dice.

Y aporta un dato importante: “la pandemia no tiene una duración infinita sino que tiene su período de incubación, una curva de crecimiento exponencial que es la que se debe achatar y dura meses. En Europa en general y en EEUU, se calcula en 100 días”.

“En nuestro controlador propuesto (controlador PID), tenemos las 5 fases de aislamiento y propusimos que el Gobierno tome decisiones cada una semana o 15 días. Esto funcionó en Alemania donde fueron muy obedientes a las acciones de gobierno. Se hizo una simulación computacional con el virus circulante, como en Ciudad de Buenos Aires y con la dinámica de decisiones no se satura el sistema de salud pero se necesita un período de tiempo con 2 a 3 meses en fase 0 a 1. Así, la dinámica del virus baja, y uno puede abrir actividades. En confinamiento baja la actividad económica  y mejora con la apertura. Un rebrote afecta a personas que no se enfermaron antes y en el relajamiento, se multiplican los casos y se debe actuar rápidamente”, afirmó.

El modelo de los sanjuaninos, que usa algoritmos especiales, fue probado con un 10% de incertidumbre y contempla también qué pasa con un 35% de desobediencia social. “Se colapsa el sistema, sobrepasa la capacidad, aumentan los muertos, aunque el Gobierno tome las medidas adecuadas”, marcó.

En las simulaciones, la curva roja no debe superar la demanda del sistema sanitario. La curva azul marca los períodos de confinamiento en el tiempo y el último esquema, cómo reacciona la economía.

Un modelo prometedor

Los resultados de esta última investigación fueron enviados a una revista internacional. “El título lo dice casi todo: "Control of COVID-19 Outbreak for Preventing Collapse of Healthcare Capacity" , control del brote del Covid-19 para prevenir el colapso de la capacidad sanitaria. Además, algunos resultados fueron enviados a asesores del gobierno de la provincia de Bs. As”, cuenta Patiño.

Lejos de sentarse a esperar resultados, siguen generando propuestas en la UNSJ. “En estos momentos estamos trabajando en incluir en el modelo la otra herramienta de mitigación que es el testeo de la población. Ya es sabido que hasta tanto no se disponga de una cura o vacuna para esta enfermedad la única manera de evitar los fallecimientos por falta de unidades de terapia intensiva es el confinamiento y distanciamiento social además del testeo masivo para detectar y asilar”. 

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