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Luis Antonio AguirreHomero Nogueira GuimarãesRicardo Hiroshi Caldeira TakahashiAntonio Luiz Pinho RibeiroJosé Wilson Magalhães BassaniAntonio Fernando Catelli InfantosiMurilo Eugenio Duarte Gomes2019-08-12T01:56:47Z2019-08-12T01:56:47Z2001-08-24http://hdl.handle.net/1843/BUOS-8CZHA5A variabilidade da freqüência cardíaca (VFC) é uma variável cardiovascular que já se estabeleceu como provedora de relevantes informações sobre os mecanismos de controle autonômico da atividade cardíaca. A complexidade do sinal de VFC sugere que fenômenos não-lineares podem ter um importante papel na modulação autonômica do marca passo cardíaco. De fato, a literatura tem mostrado resultados promissores no estudo de processos patofisiológicos associados à VFC quando índices derivados de sistemas dinâmicos não-lineares e caos determinísticos são usados na análise deste sinal. Entretanto, a interpretação destes resultados é mais difícil do que daqueles obtidos por métodos clássicos derivados de sistemas lineares. Com o objetivo de melhor caracterizar a dinâmica do sinal de VFC, o primeiro objetivo deste trabalho foi avaliar a presença de determinismo, sem assumir a presença de dinâmica caótica no sistema. Confirmada a presença de determinismo, fica clara a possibilidade de se usar ferramentas originadas na área de sistemas dinâmicos não-lineares no estudo dos mecanismos de controle do sistema cardiovascular. Este estudo foi conduzido com séries de VFC anteriormente obtidas de ratos Wistar submetidos a bloqueio autonômico farmacológico e de voluntários adultos sem evidência clínica de doença cardiovascular. A investigação do determinismo foi realizada por meio de um novo método proposto neste trabalho, o qual baseia-se em modelagem NARMA e predição livre. A partir das séries de VFC, seções estacionárias de curta duração (64s para ratos e 5 min para humanos) foram selecionadas e um coleção de surrogates foi gerada. Assume-se que as surrogates são séries temporais aleatórias por construção, e a sua predição não deve ser superior ao preditor trivial, isto é, à média. Os sinais de VFC e as respectivas surrogates foram submetidas à modelagem NARMA e predição. Os resultados monstraram que a predição das surrogates não foi superior à predição trivial da média, enquanto que a maioria das séries de VFC apresentaram um desempenho de predição superior (86% para ratos e 63% para humanos), sugerindo que as séries de VFC apresentam algum grau de determinismo em sua dinâmica. Foi também observado que, dentre as séries de VFC obtidas de ratos submetidos a bloqueio autonômico farmacológico, um número menor apresentou determinismo (25% para séries com bloqueio predominante do parassimpático e 40% com bloqueio predominante do simpático.) Embora a interpretação fisiológica destes resultados não seja óbvia, poderia ser especulado que o tônus vagal exerce um papel preponderante sobre a componente determinística inerente aos mecanismos de controle da atividade cardíaca. Este trabalho procurou também respondera questão pouco investigada na literatura: se as técnicas de pré-processamento, utilizadas para se gerar séries de VFC com intervalos de amostragem uniforme, alteram significativamente o determinismo e os principais índices de VFC derivados de sistemas dinâmicos lineares e não-lineares (teste t pareado, p < 0,05). Dois métodos de pré-processamento largamente empregados a literatura foram utilizados neste trabalho: o método baseado na convolução da série de VFC com uma janela retangular e o método de interpolação polinomial cúbica poderiam ser usadas em estudos mais recentes da VFC envolvendo técnicas não-lineares de análise. Após a investigação das características do sinal de VFC acima descrita, o terceiro objetivo deste trabalho foi decompor as séries de VFC em componentes possivelmente mais simples, que estivessem associadas a alguma propriedade fisiológica. Assim, o nível de determinismo e alguns índices de VFC poderiam ser calculados a partir destas componentes, para verificar se os resultados seriam mais sensíveis (índice de significância p menor) a alterações das atividades autonômicas a nível cardíaco. A transformada wavelet, baseada nas waveletes ortogonais de Daubechies, foi usada na decomposição dos sinais de VFC em escalas que foram associadas a faixas de frequências comumente referenciadas aos mecanismos de regulação autonômica do marca passo cardíaco. Os resultados mostraram que alguns índices de VFC calculados a partir de determinadas componentes wavelet foram mais sensíveis a mudanças do tônus autonômico, sugerindo que estas componentes podem ser úteis na caracterização da modulação autonômica. O grau de determinismo presente nas componentes foi consistente com os resultados obtidos da série inteira. Nenhum padrão relevante de distribuição de componentes determinísticas foi observado de forma que pudesse relacionar o determinismo com os eventuais mecanismos fisiológicos de regulação da freqüência cardíaca presentes nas diferentes componentes wavelet. Uma avaliação preliminar da aplicabilidade clínica do teste de determinismo proposto neste trabalho foi realizada através da análise de uma série de VFC obtida de um paciente que teve morte cardíaca súbita durante realização de exame Holter. Esta série foi dividida em segmentos supostamente estacionários de 5 min, que foram submetidos ao teste de determinismo. Foi mostrado que o grau de determinismo diminuiu à medida que o tempo evoluiu para o evento fatal, enquanto o grau de determinismo em séries de controle obtidas de voluntários normais permaneceu constante em média. Este resultado sugere que o método de investigação de determinismo tem potencialidade na clínica médica.The heart rate variability (HRV) is a cardiovascular variable that has already established itself as a provider of relevant information on the mechanisms of autonomic control of heart activity. The complexity of the HRV signal suggests that nonlinear phenomena may play an important role in autonomic modulation of cardiac pacemaker. In fact, the literature has shown promising results in the study of pathophysiological processes associated with HRV indices when derived from nonlinear dynamical systems and deterministic chaos are used in the analysis of this signal. However, interpretation of these results is more difficult than those obtained by classical methods derived from linear systems. Aiming to better characterize the dynamics of the HRV signal, the first objective was to evaluate the presence of determinism, without assuming the presence of chaotic dynamics in the system. Confirmed the presence of determinism, it is clear the ability to use tools that originate in the area of nonlinear dynamical systems to study the mechanisms of control of the cardiovascular system. This study was conducted with a series of HRV obtained from rats previously submitted to pharmacological autonomic blockade and adult volunteers without clinical evidence of cardiovascular disease. The investigation of determinism was carried out using a new method proposed in this work, which is based on modeling and prediction NARMA free. From the series of HRV, stationary sections of short duration (64s for 5 min for rats and humans) were selected and a collection of surrogates has been generated. It is assumed that the surrogates are by construction random time series, and his prediction should not be higher than the trivial predictor, ie the average. HRV signals and their surrogates underwent NARMA modeling and prediction. The results show that the prediction of surrogates was not trivial to predict higher than average, while most of the series of HRV had a higher predictive performance (86% to 63% for rats and humans), suggesting that the series of HRV have some degree of determinism in its dynamics. It was also noted that among the series of HRV obtained from mice submitted to pharmacological autonomic blockade, fewer showed determinism (25% in series with predominant parasympathetic blockade and 40% with predominant sympathetic blockade.) Although the physiological interpretation of these results is not obvious, it could be speculated that vagal tone plays a major role on the deterministic component inherent control mechanisms of cardiac activity. This study also sought to question responded poorly investigated in the literature: the techniques of pre-processing, used to generate series of HRV with uniform sampling intervals, significantly alter the determinism and the main indices of HRV derived from dynamical systems and nonlinear Linear (paired t test, p <0.05). Two methods of preprocessing widely used in literature were used in this paper: the method based on convolution of the series of HRV with a rectangular window and the cubic polynomial interpolation method could be used in more recent studies involving HRV nonlinear techniques of analysis . After the investigation of the characteristics of the HRV signal described above, the third objective was to decompose the series into components of HRV possibly simpler, they were associated with some physiological process. Thus, the level of determinism and some HRV indexes could be calculated from these components to see if the results are more sensitive index (p less significance) to changes in cardiac autonomic activity level. The wavelet transform based on Daubechies orthogonal wavelet was used in the decomposition of HRV signals on scales that were associated with frequency bands commonly referred to mechanisms of autonomic regulation of cardiac pacemaker. The results showed that some HRV indices calculated from certain wavelet components were more sensitive to changes in autonomic tone, suggesting that these components can be useful in the characterization of autonomic modulation. The degree of determinism in this component was consistent with the results of the entire series. No pattern of distribution of relevant deterministic components was observed so that he could relate determinism with any physiological mechanisms of regulation of heart rate observed in different wavelet components. A preliminary assessment of the clinical applicability of the determinism test proposed in this work was performed by analyzing a series of HRV obtained from a patient who had sudden cardiac death during Holter examination achievement. This series was divided into segments of 5 min supposedly stationary, which were submitted to analysis of determinism. It was shown that the degree of determinism decreased as time progressed to the fatal event, while the degree of determinism in a series of control obtained from normal volunteers remained constant on average. This result suggests that the method of investigating determinism has potential in clinical medicine.Universidade Federal de Minas GeraisUFMGEngenharia elétricaEngenharia ElétricaTécnicas de sistemas dinâmicos não-lineares na análise da modulação autonômica da variabilidade da freqüência cardíacainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFMGinstname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)instacron:UFMGORIGINALmurilo_eug_nio_duarte_gomes.pdfapplication/pdf2763756https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/BUOS-8CZHA5/1/murilo_eug_nio_duarte_gomes.pdf17024bb68d89b542c4fd4c9e152d6a44MD51TEXTmurilo_eug_nio_duarte_gomes.pdf.txtmurilo_eug_nio_duarte_gomes.pdf.txtExtracted texttext/plain495242https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/BUOS-8CZHA5/2/murilo_eug_nio_duarte_gomes.pdf.txte87773f558a6f7f94f6751b8cdcb107dMD521843/BUOS-8CZHA52019-11-14 10:26:06.433oai:repositorio.ufmg.br:1843/BUOS-8CZHA5Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufmg.br/oaiopendoar:2019-11-14T13:26:06Repositório Institucional da UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)false
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