Título: | Investigação quantitativa dos efeitos do AVC no sistema nervoso autônomo |
Autor(es): | Cavalcanti, José Pedro de Menezes |
Orientador(es): | Oliveira, Flávia Maria Guerra de Sousa Aranha |
Assunto: | Frequência cardíaca Processamento de sinais - técnicas digitais |
Data de apresentação: | 20-Dez-2023 |
Data de publicação: | 28-Nov-2024 |
Referência: | CAVALCANTI, José Pedro de Menezes. Investigação quantitativa dos efeitos do AVC no sistema nervoso autônomo. 2023. 54 f., il. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Elétrica) — Universidade de Brasília, Brasília, 2023. |
Resumo: | O acidente vascular cerebral (AVC) é uma condição médica decorrente da interrupção ou
redução do suprimento de sangue para o cérebro. Por ser a principal causa de morbidade no
Brasil e a terceira maior causa de morte nos Estados Unidos, a problemática fundamental se
torna evidente: entender os impactos desta condição no sistema nervoso autônomo, ou ANS
(de "autonomous nervous system", em inglês) de indivíduos com histórico desta. A base de
dados utilizada abrange os sinais vitais referentes a batimentos cardíacos, pressão arterial
e fluxo respiratório, que foram coletados de voluntários com histórico de AVC, bem como
voluntários de controle, possibilitando, então, a investigação dos efeitos do AVC na resposta
do ANS a estímulos de natureza simpatovagal. A princípio, realizou-se a estimação do espec-
tro de potência dos sinais dos intervalos entre os picos R sucessivos do eletrocardiograma
(também conhecido como sinal RRI, abreviação em inglês de R-to-R interval), bem como
dos sinais de pressão sistólica por batimento (sinal SBP, sigla em inglês para systolic blood
pressure). A análise desses espectros nos fornece dados quantitativos valiosos a respeito do
desempenho do sistema nervoso autônomo. Uma segunda abordagem utilizada no presente
trabalho, para se avaliar o comportamento do sistema nervoso autônomo sobre o sistema
cardiovascular e respiratório, de maneira quantitativa, consistiu em uma metodologia cuja
base se dá na identificação de sistemas. Neste estudo, foi escolhido estimar a resposta ao
impulso do sistema utilizando como entrada o sinal de respiração (sinal de volume pulmonar
instantâneo, ILV, sigla em inglês para instantaneous lung volume) e/ou o sinal SBP, obtendo-se
como saída o sinal RRI. O objetivo foi utilizar diferentes parâmetros derivados da estimativa
da resposta ao impulso do sistema, para quantificar os mecanismos relacionados ao sistema
nervoso autônomo cardíaco. Os parâmetros obtidos a partir da análise dos espectros de
potência dos sinais RRI e SBP, apesar de não mostrarem uma diferença estatisticamente sig-
nificativa entre sujeitos com AVC e controle, mostram uma tendência no sentido de divisão
dos grupos por meio do índice quantitativo de baixa fequência (LF), que representa a banda
de baixa frequência do sinal RRI (entre 0,04 Hz e 0,15 Hz). Fisiologicamente, o resultado
sugere que sujeitos que já sofreram um AVC têm um reflexo da ativação simpática mais
lento que aqueles de controle. A abordagem baseda na estimação das respostas ao impulso,
apesar de também não ter mostrado diferenças significativas nos parâmetros associados ao
sistema nervoso autônomo, mostraram que os indivíduos com histórico de AVC apresentam
uma tendência a uma maior média da magnitude da resposta ao impulso do sistema cuja
entrada foi SBP e, a saída, RRI. Esse resultado se opõe ao que se pode encontrar na literatura,
o que pode se dar em virtude do espaço amostral limitado da base do presente trabalho. Para
trabalhos futuros, há um amplo espaço para desenvolvimento nesse campo de pesquisa, a
partir de um maior espaço amostral de análise, o que possibilitará conclusões mais assertivas
a respeito do comportamento do ANS de indivíduos que sofreram AVC. |
Abstract: | The stroke (cerebrovascular accident, CVA) is a medical condition resulting from the inter-
ruption or reduction of blood supply to the brain. As the leading cause of morbidity in Brazil
and the third leading cause of death in the United States, the fundamental issue becomes
evident: understanding the impacts of this condition on the autonomic nervous system
(ANS) of individuals with a history of stroke. The database used covers vital signs related to
heart rate, blood pressure, and respiratory flow, which were collected from volunteers with
a history of stroke and control volunteers. This allows for the investigation of the effects of
stroke on the ANS response to sympathovagal stimuli. Initially, power spectral estimation of
the signals from successive R-wave peak intervals in the electrocardiogram (also known as
RRI, an abbreviation of R-to-R interval in English) and systolic blood pressure signals per
beat (SBP, the English abbreviation for systolic blood pressure) was conducted. The analy-
sis of these spectra provides valuable quantitative data regarding the autonomic nervous
system’s performance. A second approach used in this study to quantitatively assess the
behavior of the autonomic nervous system on the cardiovascular and respiratory systems is
based on system identification. In this study, it was chosen to estimate the system’s impulse
response using the instantaneous lung volume (ILV) signal and/or the SBP signal as input,
resulting in the RRI signal as the output. The goal was to utilize different parameters derived
from estimating the system’s impulse response to quantify mechanisms related to the cardiac
autonomic nervous system. Parameters obtained from the power spectral analysis of RRI
and SBP signals, while not showing a statistically significant difference between subjects
with stroke and controls, show a tendency in terms of dividing the groups based on the
quantitative low-frequency (LF) index, which represents the low-frequency band of the RRI
signal (between 0.04 Hz and 0.15 Hz). Physiologically, the result suggests that individuals
who have experienced a stroke have a slower sympathetic activation reflex than those in
the control group. The impulse response-based approach, although not showing significant
differences in parameters associated with the autonomic nervous system, revealed that
individuals with a history of stroke tend to have a higher average magnitude of the system’s
impulse response when the input was SBP and the output was RRI. This result contradicts
what can be found in the literature, which may be due to the limited sample size of the
present study’s database. For future research, there is ample room for development in this
field, with a larger sample size for analysis, which will enable more definitive conclusions
regarding the behavior of the ANS in individuals who have had a stroke. |
Informações adicionais: | Trabalho de Conclusão de Curso (graduação) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, 2023. |
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