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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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