Identificação de sistemas fisiológicos : técnicas univariáveis e multivariáveis

Abstract

Aplicando técnicas de identificação de sistemas é possível construir modelos capazes de representar o sistema cardiorrespiratório. A análise desses modelos fornece informações importantes em relação ao desempenho do sistema nervoso autônomo (SNA). Neste trabalho, foram analisados dados da respiração, da pressão arterial e dos batimentos cardíacos de pacientes em duas bases de dados: a Apnea-ECG Database, focada em pacientes com e sem apneia obstrutiva do sono e a Fantasia Database, cujos sinais são distribuídos entre grupos de jovens e idosos. Estes sinais foram, então, utilizados para a obtenção de índices para caracterização do funcionamento do SNA. A primeira técnica implementada para avaliação do comportamento do SNA foi a análise da variabilidade da frequência cardíaca (VFC) a partir da densidade espectral de potência (DEP) do sinal de intervalos RR (RRI, do inglês R-R Interval) nas regiões de baixa (LF) e alta (HF) frequência. No entanto, a análise tradicional da VFC possui uma desvantagem: a influência da respiração sobre o RRI. Esta influência da respiração é independente da atividade do SNA, logo, pode prejudicar sua correta avaliação. Para contornar este problema, o sinal RRI foi decomposto em duas componentes, uma componente correlacionada a respiração e outra não correlacionada. A componente do RRI não correlacionada a respiração foi utilizada para análise da VFC. Além disso, também foram analisados os resultados para a resposta ao impulso de sistemas com a respiração ou a pressão arterial como entrada e com o RRI como saída (foram construídos sistemas com o RRI original como saída e também com o componente do RRI não correlacionado a respiração como saída). Ao contrário da análise VFC pela DEP, que envolve a análise de uma única variável, o RRI; a resposta ao impulso aplica um modelo multivariável que permite a estimação das relações dinâmicas que conectam alterações na respiração e na pressão a flutuações no RRI. Nesta técnica, foram obtidos os índices magnitude da resposta ao impulso (IRM) e ganhos dinâmicos na faixa de alta (HF) e baixa (LF) frequência. Os resultados da Apnea-ECG Database obtidos pelas análise da VFC não apontaram uma diferença estatística entre os grupos de estudo. Porém, o valor médio do parâmetro HF foi consideravelmente menor nos pacientes apneicos. Para esta base de dados, a remoção da influência da respiração sobre o RRI não alterou significativamente os resultados obtidos a partir da VFC. Já para a resposta ao impulso, no modelo LBF, percebeu-se uma diferença significativa entre os grupos ao analisar o parâmetro IRM. Porém, após a remoção da influência da respiração sobre o RRI, o IRM foi capaz de distinguir os grupos em todos os modelos. Este resultado sugere que os índices obtidos após a remoção da influência da respiração são mais sensíveis à detecção de alterações no SNA. Além disso, notou-se que a média do índice IRM foi menor no grupo de apneicos. Os valores reduzidos do IRM e HF em pacientes apneicos indicam uma atenuação na modulação vagal dos mesmos. Para os pacientes da Fantasia Database, os parâmetros HF e LF foram capazes de distinguir os pacientes jovens e idosos nos dois métodos utilizados, Welch e AR, para análise do VFC. Além disso, após a remoção da influência da respiração, a razão LF/HF também apresentou significância estatística com o uso do método Welch. Dos resultados obtidos, observa-se que os pacientes idosos apresentaram LF e HF menores que os pacientes jovens. Como o parâmetro HF está associado à atividade vagal, este resultado indica que os voluntários idosos apresentaram uma atividade vagal reduzida quando comparado aos voluntários jovens, isto pode ser um efeito natural do processo de envelhecimento, visto que todos os voluntários desta base são saudáveis. Além disso, como LF pode ser uma medida da atividade simpática, estes resultados sugerem que os idosos também apresentam uma atividade simpática reduzida quando comparado aos voluntários jovens. Na análise da resposta ao impulso dos pacientes da Fantasia Database, foram considerados dois sistemas, um com a respiração como entrada e outro em que a pressão arterial atua como entrada. Para estes sistemas, pelo menos um dos parâmetros IRM, DG-HF e DG-LF apontou diferenças estatisticamente significativas nos modelos discutidos. Ademais, os valores médios dos parâmetros IRM e DG-HF foram maiores no grupo de jovens nos dois sistemas simulados para esta base de dados. Estes resultados podem ser interpretados como uma indicação de maior atividade vagal em pacientes jovens.