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Titre: Quantificação da resposta do sistema nervoso autônomo a mudanças passivas na postura em indivíduos saudáveis
Auteur(s): Souza, Êmille Késsy Ferreira de
Orientador(es):: Oliveira, Flavia Maria Guerra de Sousa Aranha
Assunto:: Índices quantitativos
Frequência cardíaca
Sistema nervoso autônomo
Função cardíaca
Postura humana
Date de publication: 12-avr-2018
Data de defesa:: 11-déc-2017
Référence bibliographique: SOUZA, Êmille Késsy Ferreira de. Quantificação da resposta do sistema nervoso autônomo a mudanças passivas na postura em indivíduos saudáveis. 2017. xii, 69 f., il. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Sistemas Eletrônicos e Automação)—Universidade de Brasília, Brasília, 2017.
Résumé: A variabilidade da frequência cardíaca (VFC), que representa as flutuações nos intervalos entre batimentos cardíacos sucessivos, é comumente usada como uma medida não invasiva da regulação autonômica cardíaca. Os índices quantitativos obtidos a partir de sua análise no domínio da frequência são tradicionalmente baseados na densidade espectral de potência (PSD) de sinais de curta duração (5 minutos), devido à estacionariedade requisitada pela estimação espectral tradicional. Para analisar a regulação autonômica da função cardíaca em resposta a intervenções variantes no tempo, uma análise tempo-frequencial, que gera um espectro variante no tempo e, assim, índices espectrais variantes em função do tempo, é geralmente uma abordagem mais apropriada. A aplicação de um método estacionário e outros variantes no tempo ao sinal de VFC foi usada, de forma a comparar índices estáticos e variantes no tempo antes e após mudanças passivas posturais rápidas e lentas. Foram calculados os índices em baixa frequência (LF), alta frequência (HF), e a razão entre estes (LHR) para avaliar a resposta autonômica frente ao estímulo gravitacional. Os dados utilizados neste trabalho pertencem à base de dados Physiologic Response to Changes in Posture (PRCP), presente na plataforma Physionet. Esta base de dados é composta por dados de eletrocardiograma (ECG), pressão arterial (PA) e ângulo de dez voluntários saudáveis que foram submetidos a manobras passivas lentas (75º em 50 s) e rápidas (75º em 2 s). Os índices variantes no tempo foram obtidos a partir da aplicação dos métodos da transformada de Fourier de curto termo (STFT), e dos métodos Welch e autorregressivo (AR) com uma abordagem variante no tempo. A análise foi feita com base na média dos índices dentro do intervalo de 50 s antes da manobra postural e 135 s após a manobra. O método da transformada de Fourier tradicional foi aplicado a estes mesmos intervalos para estimação da PSD global. Os resultados mostraram uma redução significativa no índice HF e um aumento significativo no índice LHR após a mudança postural lenta, usando todas as abordagens citadas, indicando uma alteração da dominância vagal para a simpática, como era esperado. Os resultados estatísticos para o método STFT (LF: p = 0,770; HF: p = 0,006; LHR: p = 0,007), para o método Welch (LF: p = 0,770; HF: p = 0,020; LHR: p = 0,006) e para o método AR (LF: p = 0,770; HF: p = 0,023; LHR: p = 0,008) são concordantes. Os testes estatísticos realizados entre os índices calculados a partir da manobra rápida reportaram nenhuma diferença significativa antes e após esta transição. A saber: para o método STFT (LF: p = 0,999; HF: p = 0,131; LHR: p = 0,336), para o método Welch (LF: p = 0,927; HF: p = 0,116; LHR: p = 0,337) e para o método AR (LF: p = 0,890; HF: p = 0,139; LHR: p = 0,362). Este resultado sugere que a análise a partir das médias dos índices pode não ter isso apropriada para mensurar as adaptações autonômicas na transição rápida, visto que as mudanças mais acentuadas ocorrem nos primeiros 5 segundos, conforme estudos. Os resultados também mostraram uma correlação alta entre os índices correspondentes obtidos a partir do método estacionário da transformada de Fourier e do método STFT (estacionário X dinâmico), sugerindo que as adaptações autonômicas, nas condições de análise empregadas neste trabalho, podem ser mensuradas por ambas abordagens.
Abstract: The heart rate variability (HRV), which represents the fluctuations on the intervals between successive heart beats, is commonly used as a non-invasive measure of the cardiac autonomic regulation. The quantitative indices obtained from its analysis on the frequency domain are traditionally based on the power spectral density (PSD) of short-term signals (5 minutes), due to the stationarity required by the traditional spectral estimation. To analyze the autonomic regulation of the cardiac function in response to time-varying interventions, a time-frequency analyze, which generates a time-varying spectrum and, thus, time-varying spectral indices, is usually a more appropriate approach. The application of a stationary and time-varying methods to the HRV signal was used, in order to compare static and time-varying indices before and after slow and fast passive changes in posture. The low frequency indices (LF), the high frequency (HF) indices, and the ratio between them (LHR) were calculated to evaluate the autonomic response to the gravitational stimulus. The data used in this study belong to the database Physiologic Response to Changes in Posture (PRCP), available on the Physionet platform. This database is composed by electrocardiogram (ECG), blood pressure (BP) and angle recordings of ten healthy volunteers who were submitted to slow (75º over 50 s) and rapid (75º over 2 s) passive maneuvers. The time-varying indices were obtained from the application of the short time Fourier transfer (STFT) and of the Welch and autoregressive methods with a time-varying approach. The analysis was performed based on the average indices of the 50 s interval before the maneuver and of 135 s after the maneuver. The traditional method of Fourier transform was applied to the same intervals to estimate the global PSD. The results showed a significative decrease on the HF indices e a significative increase on the LHR indices after the slow tilt, using all the methods, indicating a shift from the vagal to sympathetic domain, as was expected. The statistical results for the STFT method (LF: p = 0,770; HF: p = 0,006; LHR: p = 0,007), for the Welch method (LF: p = 0,770; HF: p = 0,020; LHR: p = 0,006) and for the AR method (LF: p = 0,770; HF: p = 0,023; LHR: p = 0,008) are consistent. The statistical tests performed between the indices calculated for the rapid tilt reported no significative changes before and after this transition. For the STFT method: (LF: p = 0,999; HF: p = 0,131; LHR: p = 0,336), for the Welch method: (LF: p = 0,927; HF: p = 0,116; LHR: p = 0,337) and for the AR method: (LF: p = 0,890; HF: p = 0,139; LHR: p = 0,362). This result suggests that the analyze from the average indices could not have been appropriate to measure the autonomic adaptations to the rapid tilt, since the most expressive changes happen on the first 5 seconds after the tilt, as some studies reported. The results also showed highly correlation between the corresponding indices obtained from the stationary Fourier transform method and from STFT method (stationary X dynamic), suggesting that the autonomic adaptations, on the analyses conditions of this work, can be measured by both approaches.
Description: Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2017.
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Agência financiadora: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).
Collection(s) :ENE - Mestrado em Engenharia de Sistemas Eletrônicos e de Automação (Dissertações)

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