SENSOR DE DESHIDRATACIÓN POR MEDIO
DE LA CONDUCTANCIA DE LA PIEL
DEHYDRATION SENSOR THROUGH SKIN
CONDUCTANCE
Francisco Daniel Jiménez Cunjamá
Luis Enrique Inchaustequi Pérez
Christian Roberto Ibáñez Nangüelú
pág. 5037
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i2.10920
Sensor de Deshidratación por Medio de la Conductancia de la Piel
Francisco Daniel Jiménez Cunjamá1
203080@ib.upchiapas.edu.mx
https://orcid.org/0009-0007-7043-5658
Universidad Politécnica de Chiapas
México
Luis Enrique Inchaustequi Pérez
203334@ib.upchiapas.edu.mx
https://orcid.org/0009-0008-9133-0545
Universidad Politécnica de Chiapas
México
Christian Roberto Ibáñez Nangüelú
cribn@ib.upchiapas.edu.mx
https://orcid.org/0000-0002-8304-2892
Universidad Politécnica de Chiapas
México
RESUMEN
La deshidratación es un fenómeno que ocurre cuando el cuerpo humano pierde más líquidos de los
mareos, disminución de la función cognitiva e incluso desmayos. La deshidratación puede ocurrir en
diversas situaciones, como actividades físicas intensas, condiciones climáticas extremas, enfermedades
o durante el envejecimiento. En este presente proyecto, tiene como objetivo la creación de un sensor
de deshidratación por medio de la conductividad térmica de la piel (EDA), la cual se puede medir a
través de los datos de dicha conductividad de la piel, y dado que es una medida inversa a la resistencia
de la piel, se puede percibir una respuesta proporcional, y esta está sujeta a la cantidad secreción de
sudor, de esta manera permite llevar el proceso de la medición de deshidratación.que ingiere, lo cual
tiene efectos negativos en la salud, y empiezan a aparecer síntomas como fatiga.
Palabras clave: sensor, deshidratación, conductividad, sudor
1
Autor principal
Correspondencia: eve.mxm@hotmail.com
pág. 5038
Dehydration Sensor through Skin Conductance
ABSTRACT
Dehydration is a phenomenon that occurs when the human body loses more fluids than it ingests, which
has negative effects on health, and symptoms such as fatigue, dizziness, decreased cognitive function,
and even fainting begin to appear. Dehydration can occur in various situations, such as intense physical
activities, extreme weather conditions, illnesses, or during aging. In this current project, the objective
is the creation of a dehydration sensor through the thermal conductivity of the skin (EDA), which can
be measured through skin conductivity data; as skin conductivity is an inverse measure of skin
resistance, it therefore describes a proportional response and will be subject to the amount of sweat
secretion, thus driving the measurement process.
Keywords: sensor, dehydration, conductivity, sweat
Artículo recibido 20 febrero 2024
Aceptado para publicación: 27 marzo 2024
pág. 5039
INTRODUCCIÓN
La deshidratación es común que pase desapercibida y potencialmente grave que ocurre cuando el
cuerpo humano pierde más líquidos de los que ingiere la cual tiene efectos negativos en la salud, como
fatiga, mareos, disminución de la función cognitiva e incluso desmayos ("Deshidratación," s/f). La
deshidratación puede ocurrir en diversas situaciones, como actividades físicas intensas, condiciones
climáticas extremas, enfermedades o durante el envejecimiento. La conductividad eléctrica caracteriza
el estado funcional de la piel y permiten estimar la actividad del Sistema Nervioso Central y Periférico
debido a que en la capa granular de la epidermis se producen los procesos de regulación de los
terminales nerviosos que reflejan el estado emocional humano (Tulio, 1996).
Electrodermal Activity (EDA): La electrodermal activity (EDA) se refiere a la medida de la actividad
eléctrica de la piel, que refleja la actividad del sistema nervioso autónomo. La EDA es utilizada en
numerosos campos, incluidos la psicología, la medicina y la investigación deportiva, como una medida
de la respuesta emocional y fisiológica del cuerpo a diferentes estímulos (Paniel & GC, 2019)..
Por eso se busca medir la deshidratación por medio de la conductividad térmica de la piel (EDA), La
cual se puede medir a través de los datos de la conductividad de la piel ya que la conductividad de la
piel es una medida inversa a la resistencia de la piel por lo tanto describe una respuesta proporcional,
esta irá sujeta a la cantidad secreción de sudor. La medición de la conductividad tiene una forma ideal
(ver imagen 1) que se espera llegar, sin embargo, normalmente conseguimos medir una
hiporreactividad electrotérmica que va relacionada a estímulos eléctricos.
Imagen 1: Habituación normal ideal e hiporreactividad electrotérmica en relación con la presentación
de estímulos no significativos repetidamente idénticos
(Paniel & GC, 2019).
Fuente: (Paniel & GC, 2019).
Las medidas de conductancia de la piel esperadas a medir son regidas por una fórmula (ver ecuación
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2) y esta dependerá de la concentración de iones sodio y iones potasio encontradas en el paciente, pero
en un principio. La concentración promedio de iones que debe contener el sudor de una persona
saludable es de 10 a 70 meq/l, ion potasio de 3 a 15 meq/l, ion calcio de 0,3 a 2 meq/l, ion cloruro de
5 a 60 meq/l (Intelligent Data, 2018).
En la señal EDA aparecen cambios drásticos o picos que están asociados a una reacción frente a un
estímulo, son llamados respuesta de la conductancia de la piel (SCR).
La EDA y el SCR se miden en las mismas unidades, típicamente, microsiemens (µS). El espectro de
la señal EDA está en el rango de 0.045-0.15Hz, aunque puede aumentar hasta los 0.37Hz durante el
ejercicio intenso [2]. Los parámetros que definen el SCR son:
● Latencia, es decir, el pico del SCR aparece entre 1 y 5s después del estímulo que lo provoca.
● Amplitud; para que una variación en la señal EDA sea considerada SCR la amplitud debe ser
como mínimo 0.05µS o 0.04µS.
● Tiempo de recuperación.
Imagen 2: A) SCR ideal, con los parámetros típicos. B) Señal EDA descompuesta en las componentes
tónica y fásica (Paniel & GC, 2019).
A) B)
Fuente: Electrochemical biosensors.
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Imagen 3: Conductancia cutánea en tres diferentes estados de niveles de hidratación, 'Hidratado',
'Ligeramente deshidratado' y 'Extremadamente deshidratado', y tres posturas corporales, sentado, de
pie y caminando (Liaqat et al., 2022). Para la realización de este proyecto tomamos en solamente en
cuenta la conductancia de la piel en la postura de reposo/sentado
Fuente: Scientific reports
Ecuación 1: Ecuación para calcular la resistencia de la piel
Ecuación 2: Ecuación para el cálculo de la conductancia.
Una de las formas de medir la EDA es por medio de un dispositivo llamado "medidor de conductancia
de la piel" o "galvanómetro de piel". Este es un instrumento que mide la resistencia eléctrica de la piel,
que puede variar en función de factores como la sudoración y la actividad eléctrica de la piel. Este para
poder recolectar el EDA suele emplear dos electrodos, uno colocado en la palma de la mano y el otro
en los dedos.
Según la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA), “recomienda de 2.5 litros para los
hombres y 2 litros para las mujeres. Hay que tener en cuenta que el 75-80% del líquido total es
suministrado por bebidas, mientras que el 20-25% restante es suministrado por alimentos
sólidos("Niveles de hidratación," s/f). ver Tabla (1).
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Tabla 1: Tabla guía para la ingesta diaria de agua según el grupo de edad de la Autoridad Europea de
Seguridad Alimentaria y un estudio realizado (Moreno Aznar et al., 2020).
EDAD
Ingesta Diaria Adecuada
1-3 años
4 tazas o 32 onzas
4-8 años
5 tazas, o 40 onzas
9-13 años
7-8 tazas, o 56-64 onzas
14-18 años
9-11 taza, o 64-88 onzas
Hombres, 19 años y mayores
13 tazas, o 104 onzas
Mujeres, 19 años y mayores
9 tazas, o 72 onzas
Mujeres embarazadas
10 tazas u 80 onzas
Mujeres Lactantes
13 tazas, o 104 onzas
Fuente: Elaboración propia
La Organización Mundial de la Salud OMS nos indica los índices de deshidratación. Si la pérdida de
agua o disminución del peso es menor del 5% hablamos de una deshidratación leve, si está entre el 5-
10% moderada, y si es mayor del 10% grave (Rehidratación, 2006). Con pérdidas superiores al 15%
puede desencadenarse una situación de shock hipovolémico. Para niños mayores se aplica la siguiente
escala: menor del 3%, leve; entre 4- 6%, moderada y más del 7%, grave. Debido a esto obtenemos que
la pérdida de agua se acompaña de pérdida de electrolitos, principalmente sodio, potasio, cloro,
bicarbonato, y en menor grado elementos menores como el zinc, pero esto también se puede
malinterpretar, debido a que cuando se realiza un esfuerzo físico normalmente perdemos cierta
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cantidad de peso temporal, el cual incluye calorías, carbohidratos, líquidos como agua, electrolitos,
minerales. Si bien si se pierde iones de sodio, esto también puede ir ligados con trastornos alimenticios
como la anorexia, anemia, también puede ser por el problema de metabolismo como el hipertiroidismo.
En cuanto al seguimiento de los pacientes, se puede implementar un software de escritorio para
almacenar los datos recopilados sobre la deshidratación. Este software puede ser diseñado para cumplir
con la Norma Oficial Mexicana NOM-004-SSA3-2012, que establece los criterios y procedimientos
para la organización y funcionamiento de los archivos clínicos (Secretaría de Salud, 2012). Almacenar
los datos de deshidratación en una base de datos conforme a esta normativa garantiza la seguridad y
confidencialidad de la información del paciente y facilita su acceso para su posterior análisis y
seguimiento clínico.
METODOLOGÍA
En este proyecto se desarrolló un sensor de deshidratación no invasivo por medio de la conductancia
de la piel permitiendo a los pacientes y al personal médico monitorear el estado de hidratación. Para
ello, el sensor debe ser capaz de medir parámetros relevantes, como la conductividad eléctrica de la
piel (EDA). A sí mismo, dar seguimiento a los pacientes mediante un software de escritorio y poder
almacenar dichos datos a una base de datos Norma Oficial Mexicana NOM-004-SSA3-2012
(Secretaría de Salud, 2012).
Para ello, para la parte física se diseñó un circuito eléctrico en función de la deshidratación leve, aquí
se realizada una etapa de amplificación usando los Tl084 como se observa en la Imagen 4, aplicándoles
filtros pasa bajas y pasa altas. En un principio se realizará en una placa protoboard, para que una vez
verificado el circuito se pasará a una placa PCB utilizando un generador de voltaje para alimentar el
circuito y un osciloscopio para verificar que las mediciones obtenidas sean las correctas. Una vez que
el circuito eléctrico consiga medir la EDA entre los rangos 045-0.15Hz, con un máximo de 0.37Hz, se
recopilaran las señales y guardaran en formato de imágenes para su posterior uso.
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Imagen 4: Pines de conexión del Tl084
Fuente: ("Tl084 pdf," s/f)
Características y especificaciones del amplificador Tl084.
● Tipo de Amplificador: Baja potencia
● No. de amplificadores: 4 Velocidad de respuesta: 13 V /μs
● Rango de suministro de voltaje: 7 V a 36 V
● Ancho de banda: 3 MHz
● Temperatura mínima de funcionamiento: 0 ° C
● Temperatura máxima de funcionamiento: 70° C
● Encapsulado: DIP
● 14 pines
Imagen 5: Pines de conexión de raspberry pi pico
Fuente: (Raspberry Pi, 2024)
Posteriormente, se comenzó a buscar una pantalla para el circuito electrónico que sea adecuada para
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mostrar valores como el nivel, parámetro y porcentaje de deshidratación. Una pantalla OLED de 0.60”
con su respectivo controlador I2C modelo SDD1306. Una pantalla muy flexible, fácil de implementar y
que además requiere un voltaje muy mínimo: 3.3 V. Dentro de sus diferentes características nos
encontramos con los siguientes:
● Interfaz: I2C (nivel lógico 3.3V)
● Resolución: 128 x 64
● Ángulo de visión:>, 160 grados
● Color de pantalla: azul
● Dimensión Pantalla: 2.43cm/0.96"
● Controlador IC: SSD1306
● Fuente de alimentación: 3.3V - 5VDC
● Temperatura de funcionamiento: -20 - 70
● Tamaño: 2.2x 2.8x 1.2 cm/0.87x 1.1x 0.47"
Una vez realizado esto, comenzamos a hacer el armado con nuestros respectivos materiales. Así mismo,
las primeras pruebas con este. Sin embargo, tuvimos que idear una forma de poner alimentar
adecuadamente el circuito. Para la parte la pantalla OLED, con la implementación de la RaspBerry Pi
Pico conectado a una computadora, es posible alimentar por lo menos la mitad del circuito. Sin embargo,
para la parte del arreglo de los amplificadores, fue necesario colocar en paralelo dos baterías de 9 Volts,
de esta manera la señal que obtengamos a través de los electrodos, estos recopilan el voltaje de los
dedos por medio de la propia conductancia de la pie, mientras que los amplificadores elevan dicha señal.
Para el diseño de la fuente alimentación previamente mencionada, se ocupó un módulo de energía batería
litio 3,7v 3800mAh. Sus características son las siguientes:
● Salida USB doble. Uno es para Raspberry pi, el otro se puede conectar con la pantalla LCD.
● Fácil de instalar, puede utilizar los separadores de sujeción, tornillos y tuercas provistos para
sujetar su placa Raspberry pi.
● Capacidad de la batería: 3800 mAH máximo.
● Corriente de salida: 1.8ª.
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Creación del diseño del contenedor para el circuito.
Continuado con el armado del circuito y una vez hecho las pruebas de su funcionamiento, continuamos
con el diseño de la placa PCB y el diseño de un contenedor para el circuito, esto realizado en el software
SolidWorks. Las medidas aproximadamente serán de 8x15x5 cm, la pieza contará con 3 aberturas; las
aberturas serán para la recarga de la fuente de alimentación, la segunda abertura será para los electrodos
y la última abertura será para la conexión con la computadora que nos permitirá cargar el software
previamente diseñado.
Imagen 6: Diseño de la placa PCB en Fritzing
Fuente: Elaboración propia
Imagen 7: Diseño realizado en SolidWorks del contenedor del circuito.
Fuente: Elaboración propia
Creación de base de datos para el almacenamiento de los parámetros
Para la parte digital, es decir el software, primeramente, se detalla la creación de la base de datos. Este
se aloja en una base de datos mediante MySQL, un sistema de gestión de bases de datos relacional
ampliamente utilizado en aplicaciones web y de software en general debido a su escalabilidad,
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confiabilidad y facilidad de uso (Widenius, Axmark, & Thacker, 2009). En la base de datos se almacenan
datos necesarios como el nombre del paciente, edad, fecha y hora de la monitorización y el porcentaje
de deshidratación, esto bajo la NOM-004-SSA3-2012 (Secretaría de Salud, 2012) que establece los
requisitos éticos, tecnológicos y administrativos que son obligatorios para la elaboración, uso, manejo,
confidencialidad y correcto manejo el expediente clínico electrónico. MySQL proporciona una
estructura robusta y eficiente para almacenar y recuperar datos de manera segura y confiable, lo que
garantiza la integridad y la confidencialidad de la información médica (Machanick, 2015).
Imagen 8: Diagrama de flujo del software con la base de datos.
Fuente: Elaboración propia
Creación de software de escritorio
El enfoque utilizado para desarrollar este sistema de control de deshidratación se centra en integrar
diferentes tecnologías y principios, desde la electrónica, base de datos, hasta programación orientada a
objetos.
La tarea principal del sistema es monitorear el nivel de deshidratación del paciente midiendo parámetros
eléctricos (voltaje) y su posterior análisis mediante una interfaz gráfica de usuario (GUI). El lenguaje
principal del programa es un software creado en Python bajo el IDE de Visual Studio. La elección de
Python se basa en las numerosas bibliotecas y marcos que admiten la implementación de interfaces
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gráficas y la comunicación con hardware externo.
Para la GUI, utilizamos Tkinter, la biblioteca estándar de Python para el desarrollo de GUI, así como
CustomTkinter, una extensión que proporciona elementos de interfaz estéticamente mejorados. Esto
garantiza una experiencia de usuario intuitiva y agradable, mostrando información importante de forma
clara y concisa
Imagen 9:Vista beta de la GUI.
Fuente: Elaboración propia
La conexión al dispositivo se realiza a través de conexión serial, que permite la comunicación
con los dispositivos a través del puerto serie. Esto es importante para obtener datos de voltaje de un
sensor conectado a un microcontrolador, que luego se conecta al paciente para medir parámetros
bioeléctricos relacionados con la deshidratación. Esto nos ahorra tiempo y sobre todo evita que sea
interrumpida la información cuando se maneja por otros medios inalámbricos.
El sistema ha implementado una base de datos local utilizando MySQL para almacenar y gestionar los
datos de los pacientes. Esto incluye información como nombre, edad, fecha de la muestra y valor de
deshidratación calculado. Se utilizan funciones especiales para interactuar con la base de datos
para registrar nuevos pacientes, actualizar la información existente y eliminar registros.
El análisis de los datos recopilados se realiza mediante cálculos matemáticos definidos en el módulo de
cálculo. Estos cálculos convierten los valores de voltaje en un parámetro que refleja el grado de
deshidratación del paciente. La lógica de cálculo se basa en fórmulas fisiológicas que correlacionan la
resistencia del organismo con el nivel de hidratación.
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Además, el sistema incluye capacidades de visualización gráfica utilizando la biblioteca Matplotlib para
presentar gráficamente datos de drenaje. Esto facilita la interpretación de los resultados y ayuda a
controlar el estado de hidratación del paciente a lo largo del tiempo.
La GUI también integra un área de visualización del historial del paciente y datos en tiempo real donde
puede ver y administrar los registros almacenados en la base de datos. Esta característica es clave para la
monitorización y gestión de pacientes en entornos sanitarios
Imagen 10:Proyecto finalizado
Fuente: Elaboración propia
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Según los objetivos establecidos y la metodología propuesta, hemos desarrollado un producto final que
consiste en un circuito físico capaz de calcular el porcentaje de deshidratación en una persona y
clasificarlo en tres niveles: leve, moderado y severo. Para validar su funcionamiento, llevamos a cabo
pruebas en un grupo de 10 estudiantes del décimo cuatrimestre de la Universidad Politécnica de Chiapas,
con una edad promedio de 20 años, en dos momentos del día diferentes. El primer periodo de prueba se
realizó entre las 8:00 a.m. y las 9:00 a.m., coincidiendo con el horario de entrada a clases, mientras que
el segundo periodo se llevó a cabo entre las 3:00 p.m. y las 4:00 p.m., al finalizar la jornada escolar. Las
muestras se obtuvieron en reposo para analizar el nivel de deshidratación presente en cada individuo.
Posteriormente, compararemos los datos obtenidos por nuestro proyecto con los datos estadísticos
proporcionados en la imagen 3. Además, utilizando un software específico, almacenaremos la
información en una base de datos para llevar un registro de cada paciente y poder visualizar gráficamente
los resultados obtenidos.
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Tabla 1. Resultados obtenidos en el primer periodo y segundo periodo
Fuente: Elaboración propia
La precisión y confiabilidad del sensor de deshidratación son aspectos cruciales en la detección temprana
y el monitoreo de los niveles de deshidratación en los individuos. En este estudio, nos propusimos
evaluar la efectividad del sensor de deshidratación a través de un enfoque basado en hipótesis de
distribución t.
Se tomaron dos hipótesis:
Hipótesis Nula (H0):
La hipótesis nula plantea que no hay diferencia significativa entre los parámetros de deshidratación
medidos por el sensor en distintos momentos del día. Esta suposición sugiere que cualquier variación
observada en los resultados podría ser atribuible al azar ((JMP Statistical Discovery LLC., n.d.).).
Hipótesis Alternativa (H1):
Por otro lado, la hipótesis alternativa sostiene que existe una diferencia significativa entre los parámetros
de deshidratación medidos por el sensor en diferentes momentos del día. En este caso, se presume que
el sensor es capaz de detectar y distinguir con precisión los niveles de deshidratación en los individuos
evaluados, y que esta diferencia no se debe al azar ((JMP Statistical Discovery LLC., n.d.).).
Para respaldar la hipótesis alternativa, consideramos que el sensor de deshidratación está diseñado para
proporcionar mediciones precisas y confiables. Además, tenemos en cuenta que los niveles de
deshidratación pueden variar a lo largo del día debido a diversos factores ambientales y de actividad
física. Esta suposición se apoya en investigaciones previas que han demostrado la capacidad de los
sensores para estimar de manera precisa la tasa de sudoración durante el ejercicio.. Por lo tanto, es
plausible suponer que el sensor pueda captar estas variaciones y ofrecer mediciones precisas en distintos
momentos del día.
pág. 5051
Para poner a prueba estas hipótesis, utilizamos la prueba t pareada, una herramienta estadística poderosa
que nos permite analizar la diferencia media entre dos conjuntos de datos relacionados. Si la estadística
de prueba t cae dentro de la distribución t bajo la hipótesis nula, concluimos que no hay suficiente
evidencia para rechazarla y, por ende, aceptamos que el sensor no diferencia de manera significativa los
niveles de deshidratación. Por otro lado, si la estadística de prueba t cae fuera de la distribución t bajo
la hipótesis nula, rechazamos esta última y aceptamos la hipótesis alternativa, lo que indica que el sensor
sí es capaz de detectar de manera significativa los niveles de deshidratación.Para poner a prueba estas
hipótesis, utilizamos la prueba t pareada, una herramienta estadística poderosa que nos permite analizar
la diferencia media entre dos conjuntos de datos relacionados. Si la estadística de prueba t cae dentro de
la distribución t bajo la hipótesis nula, concluimos que no hay suficiente evidencia para rechazarla y,
por ende, aceptamos que el sensor no diferencia de manera significativa los niveles de deshidratación.
Por otro lado, si la estadística de prueba t cae fuera de la distribución t bajo la hipótesis nula, rechazamos
esta última y aceptamos la hipótesis alternativa, lo que indica que el sensor sí es capaz de detectar de
manera significativa los niveles de deshidratación.
Imagen 11: Gráfica de distribución comprobando el valor de prueba t dentro de la distribución t
Fuente: Elaboración propia
CONCLUSIONES
Los resultados obtenidos de la verificación del funcionamiento del sensor de deshidratación, mediante
la prueba t, han sido favorables. Se ha llegado a la conclusión de no rechazar la hipótesis nula, dado que
la estadística de la prueba t se encuentra dentro de la distribución t. Esto confirma la eficacia del sensor
para medir los parámetros de los niveles de deshidratación, lo que permite determinar el rango en el que
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se encuentra una persona al momento de tomar una muestra. Esto facilita al especialista la toma de
decisiones informadas.
Aunque aún no se han realizado pruebas exhaustivas para determinar la efectividad del sensor de
deshidratación en todos los niveles de deshidratación (según lo indicado en la imagen 3), los resultados
preliminares se consideran precisos según el análisis de la prueba t. Se reconoce que se necesita tiempo,
condiciones variables y más pruebas para obtener una evaluación completa de su desempeño.
En resumen, este proyecto no solo ha alcanzado su objetivo de detectar la deshidratación leve de manera
efectiva, sino que también ha establecido un importante precedente para futuras investigaciones y
desarrollos en el campo de las tecnologías de salud portátiles.
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