Combattere la disidratazione con un bracciale e i big data
La disidratazione è una delle cause più comuni di morte tra i bambini piccoli nei Paesi in via di sviluppo, soprattutto durante i caldi mesi estivi. I ricercatori guidati dal Fare'ETH Walter Karlen stanno quindi sviluppando un dispositivo mobile e poco costoso per trattare la disidratazione in modo più efficace con il supporto dei laici.
La ricerca di Walter Karlen parte da dove fa la differenza: dalla disidratazione causata dalla diarrea. Oltre alla polmonite, la diarrea e la conseguente disidratazione dell'organismo sono la causa più comune di morte in tutto il mondo per i bambini al di sotto dei cinque anni, prima ancora della malaria, dell'HIV o della tubercolosi. 1,3 milioni di persone sono morte per disidratazione nel 2013. Questo fenomeno colpisce soprattutto i bambini nelle regioni di grande povertà, dove le infezioni da diarrea sono comuni a causa della mancanza di igiene e dell'acqua potabile contaminata. "Molte di queste morti potrebbero essere evitate con la prevenzione e il trattamento tempestivo", spiega il professore del Laboratorio per i sistemi sanitari mobili dell'ETH di Zurigo.
Karlen ha vissuto in Sudafrica per due anni e ha condotto ricerche presso l'Università di Stellenbosch, vicino a Città del Capo. Conosce bene le condizioni dell'Africa rurale, dove la clinica più vicina con medici qualificati è spesso a centinaia di chilometri di distanza e i villaggi hanno solo stazioni sanitarie scarsamente attrezzate. Le condizioni sono peggiori nei mesi estivi, quando le condizioni sono ideali per la moltiplicazione di batteri e virus e la disidratazione progredisce più rapidamente a causa del calore.
"Se si sospetta una disidratazione nei bambini, il medico controlla l'umidità degli occhi e l'elasticità della pelle in modo puramente visivo. Con il dito controlla anche se le mucose della bocca sono asciutte", dice Karlen. Tuttavia, questo richiede molta esperienza ed è soggettivo. "Il risultato è "Ambica" (Accurate Model for Bio-Composition Analysis), un sistema per misurare il contenuto di acqua nei neonati. Il progetto è stato finanziato dalla Fondazione Sawiris per lo sviluppo sociale attraverso il programma ETH for Development.
Misurazioni oggettive
Il prototipo del dispositivo mobile è stato sviluppato da uno studente del Master ETH in ingegneria meccanica insieme a uno studente del Bachelor in design industriale dell'Università delle Arti di Zurigo (ZHdK). Questo come parte del progetto congiunto pagina esternaLaboratorio di design e tecnologia. Il dispositivo è stato esposto per la prima volta alla ZHdK a giugno: Due polsini blu identici per mano e piede, ciascuno con due elettrodi incorporati collegati da un cavo. Chi siamo applica al corpo un debole circuito elettrico e ne determina la resistenza.
L'impedenza bioelettrica così misurata consente di trarre conclusioni sulla concentrazione di acqua nel corpo. Un sensore sul bracciale utilizza linee rosse e verdi per segnalare se il contenuto di acqua nel corpo sta aumentando o diminuendo e suona l'allarme se la situazione diventa critica, ad esempio se si rende necessaria un'infusione.
"Il monitoraggio avviene in tempo reale e senza la necessità della presenza di personale medico", spiega Karlen. Il successo della terapia di reidratazione potrebbe quindi essere monitorato anche dai non addetti ai lavori, ad esempio i genitori o i parenti di un bambino. "Questo alleggerirebbe il carico del personale medico nei reparti e allo stesso tempo aumenterebbe le possibilità di sopravvivenza dei bambini disidratati".
Ambica è stato progettato appositamente per l'uso nei Paesi in via di sviluppo ed è intuitivo da usare. I bracciali sono realizzati in plastica EVA leggera, che si è affermata in ortopedia e potrebbe essere lavorata localmente. Mentre i contatti degli elettrodi devono essere sostituiti ogni volta che vengono utilizzati per motivi di igiene, il cavo è riutilizzabile. Questo è importante perché in campo medico i cavi vengono spesso sostituiti, anche se sono uno dei componenti più costosi di un dispositivo di misurazione. Karlen è convinto che Ambica potrebbe essere prodotto in serie a meno di cento franchi svizzeri.
Piattaforma per l'analisi dei dati
Il suo gruppo sta anche studiando una piattaforma con la quale i dati sanitari raccolti possano essere analizzati su larga scala. "I piccoli sensori dei bracciali sono piuttosto intelligenti", spiega Karlen. "Possono essere collegati per formare un 'Internet delle cose mediche'".
Il sensore può visualizzare, memorizzare e valutare i dati e inviarli ad altri dispositivi. Le analisi dei big data potrebbero essere utilizzate per determinare con precisione quando i casi di disidratazione aumentano significativamente in quali regioni. Sulla base di questi dati si potrebbero organizzare in modo più efficace campagne di informazione e di igiene. Con Ambica è anche possibile condurre studi epidemiologici a lungo termine.
Negli ultimi anni, Karlen ha acquisito molta esperienza con le applicazioni di salute mobile (mhealth) per i Paesi in via di sviluppo. Attualmente sta conducendo uno studio in Perù, in collaborazione con l'Istituto tropicale TPH di Basilea, sull'uso degli smartphone per la diagnosi della polmonite (vedi anche "Un'app che salva le vite dei bambini"). Continua a raccogliere Smartphone dismessi.
Mercato mancante
Ambica è attualmente ancora un prototipo. Il dispositivo presentato alla mostra dello ZHdK non era ancora pronto per l'uso perché il sensore non era della dimensione giusta. I bracciali sono stati testati con un sensore esterno più grande. Tuttavia, il primo studio sul campo è previsto per dicembre. Ambica sarà testato nella provincia di Western Cape in Sudafrica per un periodo di tre o quattro mesi durante la stagione calda.
Ma anche se lo studio è positivo, ci vorranno ancora anni prima che Ambica venga utilizzato su larga scala. "Sarà molto difficile trovare produttori per il dispositivo perché non esiste un mercato redditizio", afferma Karlen.
La disidratazione nei neonati è una rara causa di morte in Occidente. Tuttavia, con l'aumento delle ondate di calore a causa dei cambiamenti climatici, un sistema di allarme per la disidratazione potrebbe portare benefici salvavita anche alle persone anziane e smemorate dei Paesi del Nord. Tuttavia, Karlen vede un'applicazione di questo tipo solo dopo che il sistema si sarà affermato nei Paesi in via di sviluppo, dove i bisogni e i benefici sono maggiori.
Karlen spera attualmente che grandi fondazioni o organizzazioni non governative si facciano avanti per coprire i costi di sviluppo fino a quando il dispositivo non sarà pronto per la produzione, come parte del loro impegno umanitario. Questo potrebbe essere doppiamente salario: "Idealmente, i dispositivi potrebbero essere prodotti localmente. In questo modo, non solo potremmo salvare vite umane, ma anche creare posti di lavoro urgentemente necessari".