Heart rate variability (HRV), the changes in the beat-to-beat heart rate calculated from the electrocardiogram (ECG), is a key indicator of an individual's cardiovascular condition. Assessment of HRV has been shown to aid clinical diagnosis and intervention strategies. However, the variety of HRV estimation methods and contradictory reports in this field indicate that there is a need for a more rigorous investigation of these methods as aids to clinical evaluation. This thesis investigates the development of appropriate HRV signal processing techniques in the context of pilot studies in two fields of potential application, sleep and head-up tilting (HUT). A novel method for characterising normality in the ECG using both timing information and morphological characteristics is presented. A neural network, used to learn the beat-to-beat variations in ECG waveform morphology, is shown to provide a highly sensitive technique for identifying normal beats. Fast Fourier Transform (FFT) based frequency-domain HRV techniques, which require re-sampling of the inherently unevenly sampled heart beat time-series (RR tachogram) to produce an evenly sampled time series, are then explored using a new method for producing an artificial RR tachogram. Re-sampling is shown to produce a significant error in the estimation of an (entirely specified) artificial RR tachogram. The Lomb periodogram, a method which requires no re-sampling and is applicable to the unevenly sampled nature of the signal is investigated. Experiments demonstrate that the Lomb periodogram is superior to the FFT for evaluating HRV measured by the LF/HF-ratio, a ratio of the low to high frequency power in the RR tachogram within a specified band (0.04-0.4 Hz). The effect of adding artificial ectopic beats in the RR tachogram is then considered and it is shown that ectopic beats significantly alter the spectrum and therefore must be removed or replaced. Replacing ectopic beats by phantom beats is compared to the case of ectopic-realted RR interval removal for the FFT and Lomb methods for varying levels of ectopy. The Lomb periodogram is shown to provide a signficantly better estimate of the LF/HF- ratio under these conditions and is a robust method for measuring the LF/HF-ratio in the presence of (a possibly unknown number of) ectpoic beats or artefacts. The Lomb peridogram and FFT-based techniques are applied to a database of sleep apnoeic and normal subjects. A new method of assessing HRV during sleep is proposed to minimise the confounding effects on HRV of changes due to changing mental activity. Estimation of LF/HF-ratio using the Lomb technique is shown to separate these two patient groups more effectively than with FFT-based techniques. Results are also presented for the application of these methods to controlled (HUT) studies on subjects with syncope, an autonomic nervous system problem, which indicate that the techniques developed in this thesis may provide a method for differentiating between sub-classes of syncope.

Base teórica: Na apneia obstrutiva do sono (AOS) ocorrem obstruções totais ou subtotais da faringe, levando a despertares e/ou hipoxemia. Atinge principalmente pessoas acima de 70 anos. Causa despertares que contribuem para sonolência e diminuição da qualidade de vida. Nos despertares, ocorrem mudanças no controle autonômico. Indivíduos com dor possuem uma estimulação simpática constante durante o sono e episódios frequentes de excitação e despertar. Pacientes com dor e apneia apresentam redução da modulação vagal. O presente estudo avalia a atividade do sistema nervoso autonômico por meio de parâmetros cardíacos, sonolência, dimensões de dor com gravidade da apneia obstrutiva do sono em idosos. Métodos: Estudo transversal com indivíduos de ambos os sexos, com idade entre 65 a 80 anos, fisicamente independentes, com e sem dor crônica. A amostra foi dividida em dois grupos de acordo com a gravidade da AOS determinada pelo índice de apneiahipopneia (IAH) obtido por polissonografia portátil (IAH <15 / hora e IAH> 15 / hora). Questionários validados foram empregados para avaliar a dor e sonolência. Para avaliar a modulação simpática, utilizou-se análise espectral, avaliada durante 10 minutos de descanso, seguidos por 10 minutos de estimulação simpática com Stroop Color test. Resultados: Cinquenta e oito indivíduos, com idades entre 71 ± 4 anos, 40% homens, foram incluídos. Não foram observadas diferenças significativas em qualquer escala de dor ou sonolência entre grupos de gravidade da AOS. Os indivíduos com IAH> 15 mostraram atenuada resposta simpática ao estresse em comparação a indivíduos com IAH <15, apenas na presença de presença de dor crônica. Indivíduos com queixa de dor, mas com IAH <15 tiveram uma resposta simpática normal. Conclusão: Idosos com apneia, moderada a grave possuem atenuada reatividade simpática ao estresse mental na presença de dor crônica. / Background: In obstructive sleep apnea (OSA) occurs total or subtotal obstruction of the pharynx, leading to arousals and / or hypoxemia. Mainly affects people over 70 years. Awakenings contributing to cause drowsiness and decreased quality of life. In awakenings, changes occur in the autonomic control. People with pain have a constant sympathetic stimulation during sleep and frequent episodes of excitement and awakening. Patients with pain and apnea have reduced vagal modulation. This study evaluates the activity of the autonomic nervous system, drowsiness, score dimensions with severity of obstructive sleep apnea in the elderly. Methods: This cross-sectional study included individuals of both sexes, aged 65 to 80 years, physically independent, with and without chronic pain. The sample was divided in two groups according to OSA severity determined by the apnea-hypopnea index (AHI) obtained by out-of-center polysomnography (AHI< 15/hour and AHI>15/hour). Validated questionnaires were employed to assess pain and sleepiness. To assess sympathetic modulation, heart rate spectral analysis was evaluated during 10 minutes of rest, followed by 10 minutes of sympathetic stimulation with the Stroop Color Test. Results: Fifty-eight subjects, aged 71±4 years, 40% men, were included. No significant differences were seen in any scale of pain or sleepiness between OSA severity groups. Individuals with AHI>15 showed attenuated sympathetic response to stress compared to individuals with AHI<15, only in the presence of presence of chronic pain. Individuals reporting pain but with AHI<15 had a normal sympathetic response. Conclusion: Elderly subjects with moderate to severe sleep apnea present attenuated sympathetic reactivity to mental stress in the presence of chronic pain.

Les fonctions cardiovasculaires doivent répondre à des stimulations physiologiques importantes et différentes lors de l'exercice physique, de l'exposition à la haute altitude ou de tests de stimulation spécifiques du système nerveux autonome. Nous avons dans ce travail de thèse, étudié les modulations autonomiques consécutives à l'exercice (entraînements / compétition ou réentraînement), à l'hypoxie ou à des tests de stimulation adrénergiques afin de faire le lien avec la fatigue et/ou la limitation à l'effort. Le suivi de coureurs à pieds séniors nous a permis d'observer une majoration de l'activité sympathique ainsi qu'une diminution du tonus parasympathique sous l'effet de l'entraînement, et plus encore de la compétition. Dans un second temps, nous avons analysé les réponses adaptatives de sujets exposés à une hypoxie brutale par le biais de tests d'orthostatisme, et mis en évidence une dysautonomie transitoire les deux premiers jours d'exposition à l'altitude, suivie d'un retour vers des valeurs basales le quatrième jour. Notre troisième protocole a montré que les fibromyalgiques présentent une qualité de vie et une capacité d'exercice altérées ainsi que des réponses autonomiques à l'orthostatisme émoussées comparées à des sujets témoins. Cependant, un entraînement en endurance de 12 semaines à intensité modérée, semble bénéfique sur la qualité de vie des patientes, et améliore les paramètres d'exercice et de modulation de l'activité du système nerveux. Enfin, nous avons confirmé que les sujets trisomiques présentaient une capacité d'exercice ainsi qu'une fonction cardio-respiratoire altérées par rapport à des sujets contrôles appariés en âge. Les tests de stimulations du système nerveux autonome montrent aussi une dysautonomie marquée, avec des réponses autonomiques émoussées qui peuvent être mises en lien avec une capacité d'effort limitée et/ou l'apparition d'une fatigue précoce à l'effort chez les trisomiques 21. Notre travail, par l'analyse de la variabilité cardiaque, a donc permis de mettre en évidence des altérations de l'activité autonomique qui peuvent être durables ou transitoires, selon l'environnement, selon le niveau d'activité ou l'existence de pathologies. / Cardiovascular functions have to answer to important physiological stimulations during physical activity, high altitude exposure, or specific stimulation tests of the autonomic nervous system. In this thesis work, we studied autonomic modulations after exercise (training/competition or retraining), hypoxia or adrenergic stimulation tests in order to link them with fatigue and/or effort limitation. Senior runners' follow-up allowed us to observe an increase in sympathetic activity and also a decrease in parasympathetic tone with training and particularly competition. In a second time, we analyzed the adaptive responses of subjects exposed to rough hypoxia through orthostatic tests and we highlighted a transitional dysautonomia during the first two days of altitude exposure followed by a return to basal values on the fourth day. Our third protocol has demonstrated that fibromyalgic patients show altered life quality and exercise capacity and also blunted autonomic responses to orthostatism compared to control subjects. However, twelve weeks of endurance training in moderate intensity seems to be beneficial on patients' life quality and improves exercise parameters and modulation of the activity of the nervous system. Finally, we have confirmed that subjects with Down syndrome showed altered exercise capacity and cardio-respiratory function in comparison to aged matched control subjects. Stimulation tests of the autonomic nervous system also show a marked dysautonomia with blunted autonomic responses, which can be linked to a limited effort capacity and/or to the appearance of an early fatigue to exercise in subjects with Down syndrome. Our work, thanks to cardiac variability analysis highlighted alterations in autonomic activity, which could be lasting or transient, depending on the environment, the activity level or the existence of pathologies.

Embora amplamente utilizados no monitoramento durante o tratamento odontológico, pesquisas questionam a sensibilidade de medidas como da Pressão Arterial e Frequência Cardíaca na detecção precoce de anormalidades cardiocirculatórias iniciais e, sobretudo, das respostas autonômicas ao estresse mental e às drogas administradas durante procedimentos cirúrgicos. A Variabilidade da Frequência Cardíaca (VFC), isto é, a variação do intervalo RR batimento-a-batimento, é reconhecida como uma sensível preditora de eventos cardiovasculares graves como arritmias, isquemia miocárdica e morte súbita, além de trazer informações sobre a atividade do sistema nervoso autônomo. O objetivo deste estudo foi avaliar a aplicabilidade da análise da VFC (obtida a partir da utilização de frequencímetro portátil) na mensuração de respostas fisiológicas durante cirurgias odontológicas. 33 pacientes, ASA 1, com indicação de extração de terceiros molares inferiores foram avaliados em 3 momentos: entrevista, cirurgia e pós-operatório, com intervalos de uma semana. Também foi avaliada a ansiedade ao tratamento odontológico e relato de evento traumático prévio. A VFC foi obtida após processamento dos intervalos RR registrados com o frequencímetro Polar RS800. Foram analisadas as variáveis do domínio tempo (SDNN e rMSSD) e frequência (razão LF/HF). Concomitantemente foram medidas Pressão Arterial Sistólica (PAS), Diastólica (PAD), Média (PAM), Frequência Cardíaca (FC) e variáveis eletrocardiográficas. Nesta amostra de voluntários saudáveis, a ansiedade ao tratamento odontológico e o antecedente de experiências traumáticas não se mostraram correlacionados à maior intensidade de dor pós-operatória. Não foram observadas alterações da PAS, PAD, PAM, FC, tampouco alterações eletrocardiográficas relevantes ao longo das fases cirúrgicas. Com relação à VFC, houve redução do SDNN entre a fase basal e a fase anestesia. Gênero, idade, ansiedade e tabagismo passivo não determinaram comportamentos diferentes nas variáveis estudadas. O presente estudo demonstrou viabilidade da inclusão do estudo da VFC em protocolos clínicos de avaliação do comportamento do aparelho cardiovascular em procedimentos odontológicos. O estudo da VFC através de frequencímetros de pulso, instrumentos de baixo custo, ampla disponibilidade e fácil manuseio, pode prestar-se como uma ferramenta útil em estudos de segurança cardiovascular de novos fármacos e procedimentos. / Although widely used in monitoring during dental treatment, researches question the sensitivity measures such as Blood Pressure and Heart Rate (HR) in the early detection of cardiovascular abnormalities early and especially of autonomic responses to mental stress and drugs administered during surgical procedures. The Heart Rate Variability (HRV), the variation of the RR interval beat-to-beat, is recognized as a significant predictor of serious cardiovascular events such as arrhythmias, myocardial ischemia and sudden death, in addition to providing information about the activity of autonomic nervous system. The aim of this study was to evaluate the applicability of HRV analysis (obtained from the use of portable frequency meter) in measuring physiological responses during dental surgery. 33 patients, ASA 1, indicating the extraction of third molars were evaluated in three stages: interview, surgery and postoperatively at intervals of a week. Was also assessed anxiety during dental treatment and reported prior traumatic event. HRV was obtained after processing of RR intervals recorded with the frequency meter Polar RS800. The variables analyzed were in the time domain (SDNN and rMSSD) and frequency (LF / HF ratio). Concomitantly were measured systolic blood pressure (SBP), diastolic (DBP), Medium (PAM), HR and electrocardiographic variables. In this sample of healthy volunteers, anxiety during dental treatment and previous traumatic experiences were not correlated to the intensity of postoperative pain. No changes were observed in SBP, DBP, MAP, HR, nor relevant electrocardiographic changes along the surgical stages. Regarding to HRV, the SDNN decreased between the baseline phase and phase anesthesia. Gender, age, anxiety, and passive smoking didnt determine different behaviors in studied variables. The present study demonstrated feasibility of including the study of HRV in clinical protocols for assessing the behavior of the cardiovascular system in dental procedures. The study of HRV by pulse frequency meters, instruments low cost, wide availability and easy handling, it may lend itself as a useful tool in studies of cardiovascular safety of new drugs and procedures.

Submitted by Viviane Lima da Cunha (viviane@biblioteca.ufpb.br) on 2016-09-15T13:23:02Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1285773 bytes, checksum: 51b25a35f59ede195761958907637109 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-15T13:23:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1285773 bytes, checksum: 51b25a35f59ede195761958907637109 (MD5) Previous issue date: 2016-02-29 / Fibromyalgia (FM) is a syndrome characterized by chronic widespread pain that predominantly affects women between 40-55 years of age. The presence of tender points, fatigue, changes in sleep quality, cognitive deficits, autonomic dysfunction, anxiety and depression are commonly associated with the disease. These changes may affect the processing of information and recognition of facial expressions of emotion. Objective: To evaluate the Reaction Time (RT) responses to dynamic facial expressions of happiness and pain and Heart Rate Variability (HRV) in women with FM, controls and students. The perception of pain, symptoms of depression and anxiety, attention span and mental flexibility were also assessed. Methods: 90 subjects participated in the study, 30 patients with FM, 28 adult women without chronic pain (control group) and 32 university students. We used the E-Prime software program to present happy and painful faces (4 female and 4 male), and we registered responses using a response box (SRBox) with lateralized keys. Each subject performed four blocks counterbalanced with 16 training stimuli and 80 faces each, identifying the expression of each face (happy or pain). Pain intensity was assessed by Visual Analogue Scale (VAS), depression and anxiety by BDI and BAI (Beck Depression Inventory and Beck Anxiety Inventory) and attention by the Trail Making Test (TMT). For the measurement of HRV, we used a Polar RS800CX heart rate monitor, captured by Polar Pro Trainer 5 software and evaluated with the Kubios program. Results: ANOVA for repeated measures and post hoc Bonferroni analysis showed that the fibromyalgia group had greater TR compared to other groups (p <0.001). Control groups and students were not different (p = 0.112). There was no difference between the emotions of happy and pain. Regarding female faces, they took longer (M = 718 ms) to be recognized when compared to male faces (M = 705 ms). There was also interaction between the type of face and the gender of faces (p <0.001), and the male faces had pain identified more quickly than female pain. TR was positively correlated with TMT in FM and control group. There was no correlation between TR and HRV in the three groups (p> 0.05). HRV was not different between FM and controls, but measures of RMSSD, SD1, SD2 and LF were lower in FM than in the students’ group (p <0.05). HRV was negatively correlated with the VAS when the groups were analyzed together. Conclusion: cognitive deficits related to reduced ability to maintain attention can reduce the motor front response to facial expressions. Male faces with pain facilitate motor behavior, perhaps, could be considered potentially threatening situations. The lower the perception of pain intensity was, the more efficient autonomic regulation was, as indicated by heart rate variability indices. Other studies, however, are needed to better understand the assessment of pain and changes in HRV in patients with chronic pain, especially for those with fibromyalgia. / A fibromialgia (FM) é uma síndrome caracterizada por dor generalizada crônica que afeta predominantemente mulheres entre 40 a 55 anos. A presença de pontos dolorosos, fadiga, alteração na qualidade do sono, déficits cognitivos, disfunção autonômica, ansiedade e depressão estão comumente associadas à doença. Essas alterações podem afetar o processamento de informações e o reconhecimento de expressões faciais da emoção. Objetivo: avaliar o Tempo de Reação Manual (TRM) diante de expressões faciais dinâmicas de alegria e dor e a Variabilidade da Frequência Cardíaca (VFC) em mulheres com FM, controles e estudantes. Também foram avaliadas a percepção da dor, sintomas de depressão e ansiedade, capacidade de atenção e flexibilidade cognitiva. Método: participaram do estudo 90 mulheres, sendo 30 pacientes com FM, 28 mulheres adultas sem dor crônica (grupo controle) e 32 estudantes universitárias. Para registro do TRM foram utilizados o software E-Prime para apresentação central das faces de alegria e dor (4 femininas e 4 masculinas) e uma caixa de resposta (SRBox) com teclas lateralizadas. Cada participante realizou 4 blocos contrabalanceados com 16 estímulos de treino e 80 faces cada, identificando a expressão de cada face (alegria ou dor). A intensidade de dor foi avaliada pela Escala Visual Analógica (EVA), depressão e ansiedade pelo BDI e BAI (Beck Depression Inventory e Beck Anxiety Inventory) e a atenção pelo Trail Making Test (TMT). Para a mensuração da VFC foi utilizado um cardiofrequencímetro da marca Polar, modelo RS800CX, cujo sinal foi captado pelo software Polar Pro Trainer 5 e avaliado com o programa Kubios. Resultados: a ANOVA para medidas repetidas e a análise post hoc de Bonferroni mostrou que as fibromiálgicas apresentaram maior TRM em relação aos demais grupos (p < 0,001). Os grupos controle e estudantes não foram diferentes (p = 0,112). Não houve diferença entre as emoções de alegria e dor. Já as faces femininas levaram maior tempo (M = 718 ms) para serem reconhecidas quando comparadas às faces masculinas (M = 705ms). Houve ainda interação entre tipo de face e sexo das faces (p < 0,001), sendo as masculinas de dor identificadas mais rapidamente do que as femininas de dor. O TRM foi correlacionado positivamente com TMT no grupo de FM e controle. Não houve correlação entre TRM e VFC nos três grupos avaliados (p > 0,05). A VFC não foi diferente entre FM e controles, mas as medidas de RMSSD, SD1, SD2 e LF foram menores em FM do que nos estudantes (p < 0,05). A VFC correlacionou-se negativamente com a EVA quando os grupos foram analisados juntamente. Conclusão: déficits cognitivos relacionados à menor capacidade de manter a atenção podem reduzir a resposta motora diante de expressões faciais. Faces masculinas de dor facilitam o comportamento motor por, talvez, serem consideradas situações potencialmente ameaçadoras. Quanto menor a percepção da intensidade de dor, mais eficiente foi a regulação autonômica, indicada pelos índices de VFC. Outros estudos, no entanto, são necessários para melhor compreender a avaliação da dor e as mudanças na VFC em indivíduos com dor crônica, especialmente em fibromiálgicos.

Submitted by Marina Zuanazzi Cruz null (marinazc@hotmail.com) on 2016-09-21T14:18:58Z No. of bitstreams: 1 Tese - Marina Z. Cruz - final.pdf: 1398751 bytes, checksum: c4afab40b411c2d5066794106ac0d9a5 (MD5) / Approved for entry into archive by Juliano Benedito Ferreira (julianoferreira@reitoria.unesp.br) on 2016-09-26T19:08:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 cruz_mz_dr_bot.pdf: 1398751 bytes, checksum: c4afab40b411c2d5066794106ac0d9a5 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-26T19:08:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 cruz_mz_dr_bot.pdf: 1398751 bytes, checksum: c4afab40b411c2d5066794106ac0d9a5 (MD5) Previous issue date: 2016-08-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / INTRODUÇÃO: O aprendizado de habilidades de autorregulação contribui para um adequado desenvolvimento neurobiológico e psicossocial na infância. Neste estudo, investigamos a respiração como ferramenta para promover a autorregulação em crianças em idade pré-escolar. A modulação respiratória tem sido utilizada como técnica na promoção da regulação psicofisiológica, devido à sua ação benéfica sobre o funcionamento do sistema nervoso autônomo (SNA), ao seu importante papel na regulação do metabolismo e por promover o alinhamento de sistemas oscilatórios do corpo. O estudo teve como objetivos avaliar a capacidade de aprendizagem de uma técnica de respiração em crianças pré-escolares, contribuir para o entendimento de como a modulação respiratória atua sobre suas fisiologias e apoiar o desenvolvimento de estratégias educacionais e programas de intervenção em saúde que adotem a respiração como um método para promover a autorregulação psicofisiológica em crianças. MÉTODOS: Participaram do estudo 42 crianças na faixa etária entre cinco e seis anos. Todas receberam um treinamento diário, com duração de oito semanas, para a prática de uma técnica respiratória (respiração lenta, profunda, com tempos iguais de inspiração e expiração). Para a avaliação dos efeitos da respiração sobre o SNA, foram feitas análises da variabilidade da frequência cardíaca (VFC) nos domínios da coerência cardiorrespiratória, do tempo, da geometria, da frequência e do caos (não-linearidade). Dados da VFC (intervalos de tempo de batimento a batimento) foram coletados em dois momentos, com duração de cinco minutos cada: primeiro com as crianças em repouso e com respiração espontânea, depois durante a prática da técnica respiratória. Dados foram coletados ao final da primeira, da quarta e da oitava semana do treinamento. RESULTADOS: Houve um aumento significativo e progressivo da coerência cardiorrespiratória, com elevação expressiva na porcentagem de alta coerência (p < 0,0001), o que indica maior sincronização da função autonômica. Índices do domínio do tempo (Mean RR, SDNN, RMSSD, pNN50) e geométrico (SD1) apontaram para uma significante redução da VFC e da atividade parassimpática. Não foram observadas alterações significantes no domínio da frequência. No domínio da não-linearidade, houve alterações significantes em alguns índices específicos (ApEn, MSE área 1_5, DFAαl, ShanEnt e Lmean) indicando ganho de complexidade, otimização da fractabilidade e afastamento da linearidade, tudo isso representativo de melhora da saúde cardíaca. O grupo controle não apresentou diferenças significantes entre os dois momentos, exceto para um aumento da frequência cardíaca no segundo momento. CONCLUSÃO: A melhora progressiva da coerência cardiorrespiratória gerada por meio de autoaplicação da técnica de respiração, mostra que houve aprendizado, o que indica que crianças em idade pré-escolar são capazes de se autorregularem através de exercícios respiratórios. Isso torna a respiração uma estratégia promissora na promoção da autorregulação psicofisiológica em crianças. A respiração lenta e ritmada também mostrou efeitos fisiológicos bastante contundentes nas crianças. As análises mostraram redução da VFC e do tônus parassimpático associada a uma maior coerência cardiorrespiratória e ao aumento da complexidade do sistema cardíaco. Os resultados encontrados neste estudo contribuíram para o levantamento de uma nova hipótese: a de que a respiração lenta age seletivamente na regulação do SNA, aumentando ou reduzindo o tônus vagal, a depender do estado fisiológico inicial. Estudos futuros são necessários para testar e validar esta hipótese. / INTRODUCTION: Learning self-regulation skills contributes for proper neurobiological and psychosocial development in childhood. In this study, we investigated the role of breathing as a tool to promote self-regulation in preschool-aged children. Respiratory modulation has been used as a technique in promoting psychophysiological regulation, due to its beneficial effect on the functioning of the autonomic nervous system (ANS), to its important role in the regulation of metabolism, and for promoting the entrainment of all the oscillatory systems in the body. The study aimed to evaluate the capacity of preschool children to learn a breathing technique for self-regulation, to contribute to the understanding of how the respiratory modulation acts on their physiology, and to support the development of educational strategies and health intervention programs that adopt breathing as a method to promote psychophysiological self-regulation in children. METHODS: The study included 42 children aged between five and six years. All received a daily training, with eight weeks duration, for practicing a breathing technique (slow breathing with equal times of inhalation and exhalation). For the assessment of the effects of breathing on the ANS, analyses of heart rate variability (HRV) were made in cardiorespiratory coherence and in the time, geometry, frequency, and chaos (nonlinearity) domains. HRV data (the beat-to-beat intervals) were collected in two phases, lasting five minutes each: first with the children at rest with spontaneous breathing, then during the practice of the breathing technique. Data were collected at the end of the first, fourth, and eighth weeks of training. RESULTS: There was a significant and progressive increase in the cardiorespiratory coherence, with a remarkable increase in the percentage of high coherence (p < 0.0001), indicating greater synchronization of the autonomic function. Time domain (Mean RR, SDNN, RMSSD, pNN50), and geometric domain (SD1) indices pointed to a reduction in HRV and parasympathetic activity. There were no significant changes in the frequency domain. In the area of nonlinearity, there were significant changes in some specific indices (ApEn, MSE area 1_5, DFAαl, ShanEnt and Lmean) indicating gain in complexity, optimized fractability, and departure from linearity, all representative of improved heart health. The control group showed no significant differences between the two moments, except for an increase in heart rate in the second moment. CONCLUSION: The progressive improvement in the levels of heart rate coherence, generated by self-application of the breathing technique, shows that there was learning, which indicates that pre-school aged children are able to self-regulate through breathing exercises. This makes breathing a promising strategy in promoting psychophysiological self-regulation in children. The slow and paced breathing also showed quite compelling physiological effects in the children. The analyses showed reductions in the HRV and in the parasympathetic tone associated with a higher cardiorespiratory coherence and an increased complexity of the cardiac system. The results of this study contributed to the rise of a new hypothesis: that slow breathing acts selectively in the regulation of ANS, increasing or reducing the vagal tone, depending on the initial physiological state. Future studies are needed to test and validate this hypothesis.

Base teórica: Na apneia obstrutiva do sono (AOS) ocorrem obstruções totais ou subtotais da faringe, levando a despertares e/ou hipoxemia. Atinge principalmente pessoas acima de 70 anos. Causa despertares que contribuem para sonolência e diminuição da qualidade de vida. Nos despertares, ocorrem mudanças no controle autonômico. Indivíduos com dor possuem uma estimulação simpática constante durante o sono e episódios frequentes de excitação e despertar. Pacientes com dor e apneia apresentam redução da modulação vagal. O presente estudo avalia a atividade do sistema nervoso autonômico por meio de parâmetros cardíacos, sonolência, dimensões de dor com gravidade da apneia obstrutiva do sono em idosos. Métodos: Estudo transversal com indivíduos de ambos os sexos, com idade entre 65 a 80 anos, fisicamente independentes, com e sem dor crônica. A amostra foi dividida em dois grupos de acordo com a gravidade da AOS determinada pelo índice de apneiahipopneia (IAH) obtido por polissonografia portátil (IAH <15 / hora e IAH> 15 / hora). Questionários validados foram empregados para avaliar a dor e sonolência. Para avaliar a modulação simpática, utilizou-se análise espectral, avaliada durante 10 minutos de descanso, seguidos por 10 minutos de estimulação simpática com Stroop Color test. Resultados: Cinquenta e oito indivíduos, com idades entre 71 ± 4 anos, 40% homens, foram incluídos. Não foram observadas diferenças significativas em qualquer escala de dor ou sonolência entre grupos de gravidade da AOS. Os indivíduos com IAH> 15 mostraram atenuada resposta simpática ao estresse em comparação a indivíduos com IAH <15, apenas na presença de presença de dor crônica. Indivíduos com queixa de dor, mas com IAH <15 tiveram uma resposta simpática normal. Conclusão: Idosos com apneia, moderada a grave possuem atenuada reatividade simpática ao estresse mental na presença de dor crônica. / Background: In obstructive sleep apnea (OSA) occurs total or subtotal obstruction of the pharynx, leading to arousals and / or hypoxemia. Mainly affects people over 70 years. Awakenings contributing to cause drowsiness and decreased quality of life. In awakenings, changes occur in the autonomic control. People with pain have a constant sympathetic stimulation during sleep and frequent episodes of excitement and awakening. Patients with pain and apnea have reduced vagal modulation. This study evaluates the activity of the autonomic nervous system, drowsiness, score dimensions with severity of obstructive sleep apnea in the elderly. Methods: This cross-sectional study included individuals of both sexes, aged 65 to 80 years, physically independent, with and without chronic pain. The sample was divided in two groups according to OSA severity determined by the apnea-hypopnea index (AHI) obtained by out-of-center polysomnography (AHI< 15/hour and AHI>15/hour). Validated questionnaires were employed to assess pain and sleepiness. To assess sympathetic modulation, heart rate spectral analysis was evaluated during 10 minutes of rest, followed by 10 minutes of sympathetic stimulation with the Stroop Color Test. Results: Fifty-eight subjects, aged 71±4 years, 40% men, were included. No significant differences were seen in any scale of pain or sleepiness between OSA severity groups. Individuals with AHI>15 showed attenuated sympathetic response to stress compared to individuals with AHI<15, only in the presence of presence of chronic pain. Individuals reporting pain but with AHI<15 had a normal sympathetic response. Conclusion: Elderly subjects with moderate to severe sleep apnea present attenuated sympathetic reactivity to mental stress in the presence of chronic pain.

As oscilações dos intervalos entre batimentos cardíacos consecutivos, denominadas variabilidade da frequência cardíaca (VFC), são um fenômeno esperado durante a realização de exercícios físicos, cuja relação com o sistema nervoso autônomo permite estimar correlações entre o sistema respiratório e circulatório. O objetivo desse trabalho é verificar as possíveis correlações entre os limiares obtidos pelo ergoespirômetro (LV1 e LV2) e a variabilidade da frequência cardíaca, através do gráfico de Poincaré no domínio do tempo e do modelo Autorregressivo no domínio tempo-frequencial, durante a realização de exercício físico progressivo máximo. Foram coletados os volumes expirados (?V CO2, ?V O2 e ?VE) e também os intervalos R-R de 17 corredores, divididos em treinamento regular (9 indivíduos; idade: 33, 3±10, 0 anos; peso: 72, 7±6, 3 kg; altura: 177, 2±7, 0 cm; vel. treino: 4, 3±0, 6 min/km) e em treinamento irregular (8 indivíduos; idade: 34, 6 ± 9, 0 anos; peso: 72, 6 ± 10, 0 kg; altura: 170, 6 ± 9.9 cm; vel. treino: 5, 3 ± 0, 6 min/km). A série R-R foi filtrada para retirar batimentos ectópicos e, para a análise autorregressiva, foram reamostradas (4 Hz) e suavizadas (Butterworth 4a ordem, passa-banda). Para o Gráfico de Poincaré, três critérios foram avaliados: Crit. 1 - SD1 < 3 ms em cada estágio de velocidade, com valores obtidos a cada 4 min; Crit. 2 - SD1 < 3 ms ao longo de todo exercício, com valores obtidos a cada 1 min; Crit. 3 - diferença entre dois valores consecutivos de SD1, em cada estágio de velocidade, menor do que 1 ms. Os três critérios apresentaram dispersões razoáveis quando comparados ao LV1, porém o grupo de treinamento irregular demonstrou diferenças mais significativas que o grupo regular quando avaliados para (%V O2)E. No modelo autorregressivo, os parâmetros Low Frequency (LF) e High Frequency (HF) diminuíram consideravelmente após o início do exercício, sendo que a LF possui valores superiores. A análise tempo-frequencial ainda é um tópico pouco estudado na área de exercícios físicos, mas demonstra grande potencial para se obter correlações entre os limiares ventilatórios e a variabilidade, uma vez que pode-se representar a potência das bandas de frequência ao longo do tempo através do espectrograma. Conclui-se que a VFC é uma técnica promissora, mas necessita de maiores estudos quanto à regulação do sistema nervoso autônomo frente a resposta cardíaca, quando colocado em uma situação de estresse como o exercício físico. / Fluctuations of the intervals between consecutive heart beats, called heart rate variability (HRV), are an expected phenomenon during physical exercises, whose relationship with the autonomic nervous system allows to estimate correlations between the respiratory and circulatory systems. The aim of this study is to assess the possible correlations between the ventilatory thresholds obtained by ergospirometer (LV1 and LV2) with the heart rate variability, through the Poincaré plot in the time domain and Autoregressive model in the time-frequency domain during maximal progressive exercise. The expired volumes (?V CO2, ?V O2 e ?VE) and the R-R intervals were collected for 17 runners, divided into regular training (9 subjects; age: 33, 3±10, 0 years; weight: 72, 7±6, 3 kg; height: 177, 2±7, 0 cm; training speed: 4, 3±0, 6 min/km) and irregular training (8 subjects; age: 34, 6±9, 0 years; weight: 72, 6 ± 10, 0 kg; height: 170, 6 ± 9.9 cm; training speed: 5, 3 ± 0, 6 min/km). The R-R series was filtered to remove ectopic beats and, for autoregressive analysis, were re-sampled (4 Hz) and smoothed (Butterworths 4a order, bandpass). For the Poincaré plot, three criteria were evaluated: Crit. 1 - SD1 < 3 ms at each stage of velocity, with values obtained every 4 min; Crit. 2 - SD1 < 3 ms throughout the exercise, with values obtained every 1 min; Crit. 3 - difference between two consecutive values of SD1, at each speed stage, less than 1 ms. The three criteria presented reasonable dispersions when compared to LV1, but the irregular training group showed more significant differences than the regular group when evaluated for (%V O2)E. In the autoregressive model, the Low Frequency (LF) and High Frequency (HF) parameters decreased considerably after the beginning of the exercise, and the LF had higher values. The time-frequency analysis is still a understudied topic in the of physical exercises, but it shows great potential to obtain correlations between ventilatory thresholds and variability, since it is possible to represent the power of the frequency bands over time through the spectrogram. It is concluded that HRV is a promising technique, but it needs more studies regarding the regulation of the autonomic nervous system against the cardiac response when placed in a stress situation such as physical exercise.

Base teórica: Na apneia obstrutiva do sono (AOS) ocorrem obstruções totais ou subtotais da faringe, levando a despertares e/ou hipoxemia. Atinge principalmente pessoas acima de 70 anos. Causa despertares que contribuem para sonolência e diminuição da qualidade de vida. Nos despertares, ocorrem mudanças no controle autonômico. Indivíduos com dor possuem uma estimulação simpática constante durante o sono e episódios frequentes de excitação e despertar. Pacientes com dor e apneia apresentam redução da modulação vagal. O presente estudo avalia a atividade do sistema nervoso autonômico por meio de parâmetros cardíacos, sonolência, dimensões de dor com gravidade da apneia obstrutiva do sono em idosos. Métodos: Estudo transversal com indivíduos de ambos os sexos, com idade entre 65 a 80 anos, fisicamente independentes, com e sem dor crônica. A amostra foi dividida em dois grupos de acordo com a gravidade da AOS determinada pelo índice de apneiahipopneia (IAH) obtido por polissonografia portátil (IAH <15 / hora e IAH> 15 / hora). Questionários validados foram empregados para avaliar a dor e sonolência. Para avaliar a modulação simpática, utilizou-se análise espectral, avaliada durante 10 minutos de descanso, seguidos por 10 minutos de estimulação simpática com Stroop Color test. Resultados: Cinquenta e oito indivíduos, com idades entre 71 ± 4 anos, 40% homens, foram incluídos. Não foram observadas diferenças significativas em qualquer escala de dor ou sonolência entre grupos de gravidade da AOS. Os indivíduos com IAH> 15 mostraram atenuada resposta simpática ao estresse em comparação a indivíduos com IAH <15, apenas na presença de presença de dor crônica. Indivíduos com queixa de dor, mas com IAH <15 tiveram uma resposta simpática normal. Conclusão: Idosos com apneia, moderada a grave possuem atenuada reatividade simpática ao estresse mental na presença de dor crônica. / Background: In obstructive sleep apnea (OSA) occurs total or subtotal obstruction of the pharynx, leading to arousals and / or hypoxemia. Mainly affects people over 70 years. Awakenings contributing to cause drowsiness and decreased quality of life. In awakenings, changes occur in the autonomic control. People with pain have a constant sympathetic stimulation during sleep and frequent episodes of excitement and awakening. Patients with pain and apnea have reduced vagal modulation. This study evaluates the activity of the autonomic nervous system, drowsiness, score dimensions with severity of obstructive sleep apnea in the elderly. Methods: This cross-sectional study included individuals of both sexes, aged 65 to 80 years, physically independent, with and without chronic pain. The sample was divided in two groups according to OSA severity determined by the apnea-hypopnea index (AHI) obtained by out-of-center polysomnography (AHI< 15/hour and AHI>15/hour). Validated questionnaires were employed to assess pain and sleepiness. To assess sympathetic modulation, heart rate spectral analysis was evaluated during 10 minutes of rest, followed by 10 minutes of sympathetic stimulation with the Stroop Color Test. Results: Fifty-eight subjects, aged 71±4 years, 40% men, were included. No significant differences were seen in any scale of pain or sleepiness between OSA severity groups. Individuals with AHI>15 showed attenuated sympathetic response to stress compared to individuals with AHI<15, only in the presence of presence of chronic pain. Individuals reporting pain but with AHI<15 had a normal sympathetic response. Conclusion: Elderly subjects with moderate to severe sleep apnea present attenuated sympathetic reactivity to mental stress in the presence of chronic pain.

O corpo humano é um sistema complexo composto por vários subsistemas interdependentes, que interagem entre si em várias escalas. Sabe-se que essa complexidade fisiológica tende a diminuir com a presença de doenças e com o avanço da idade, reduzindo a capacidade de adaptação dos indivíduos. No sistema cardiovascular, uma das maneira de se avaliar sua dinâmica regulatória é através da análise da variabilidade da frequência cardíaca (VFC). Os métodos clássicos de análise da VFC são baseados em modelos lineares, como é o caso da análise espectral. Contudo, como os mecanismos fisiológicos de regulação cardíaca apresentam características não lineares, as análises utilizando tais modelos podem ser limitadas. Nos últimos tempos, várias propostas de métodos não lineares têm surgido. Porém, não se sabe de uma medida consistente com o conceito de complexidade fisiológica, onde tanto os regimes periódicos como aleatórios são caracterizados como perda de complexidade. Baseado no conceito de complexidade fisiológica, esta tese propõe novos métodos de análise não lineares para séries de VFC. Os métodos consistem da generalização de medidas de entropia já existentes, utilizando a mecânica estatística não aditiva de Tsallis e a técnica de geração de dados substitutos. Foi definido um método, chamado de qSDiff, que calcula a diferença entre a entropia de um sinal e a entropia média de suas séries substitutas. O método de entropia utilizado consiste de uma generalização da entropia amostral (SampEn), utilizando o paradigma não aditivo. Das séries qSDiff foram extraídos três atributos, que foram avaliados como possíveis índices de complexidade fisiológica. A entropia multiescala (MSE) também foi generalizada seguindo o paradigma não aditivo, e os mesmos atributos foram calculados em várias escalas. Os métodos foram aplicados em séries reais de VFC de humanos e de ratos, bem como em um conjunto de sinais simulados, formado por ruídos e mapas, este último em regimes caótico e periódico. O atributo qSDiffmax demonstrou ser consistente para baixas escalas ao passo que os atributos qmax e qzero para escalas maiores, separando e classificando os grupos quanto à complexidade fisiológica. Observou-se ainda uma possível relação entre estes q-atributos com a presença de caos, que precisa ser melhor estudada. Os resultados ainda apontam a possibilidade de que, na insuficiência cardíaca, ocorre maior degradação nos mecanismos de baixa escala, de curto período, ao passo que na fibrilação atrial o prejuízo se estenderia para escalas maiores. As medidas baseadas em entropia propostas são capazes de extrair informações importantes das séries de VFC, sendo mais consistentes com o conceito de complexidade fisiológica do que a SampEn (clássica). Reforçou-se a hipótese de que a complexidade se revela em múltiplas escalas de um sinal. Acreditamos que os métodos propostos podem contribuir bastante na análise da VFC e também de outros sinais biomédicos. / Human body is a complex system composed of several interdependent subsystems, interacting at various scales. It is known that physiological complexity tends to decrease with disease and aging, reducing the adaptative capabilities of the individual. In the cardiovascular system, one way to evaluate its regulatory dynamics is through the analysis of heart rate variability (HRV). Classical methods of HRV analysis are based on linear models, such as spectral analysis. However, as the physiological mechanisms regulating heart rate exhibit nonlinear characteristics, analyzes using such models may be limited. In the last years, several proposals nonlinear methods have emerged. Nevertheless, no one is known to be consistent with the physiological complexity theory, where both periodic and random regimes are characterized as complexity loss. Based on physiological complexity theory, this thesis proposes new methods for nonlinear HRV series analysis. The methods are generalization of existing entropy measures, through Tsallis nonadditive statistical mechanics and surrogate data. We defined a method, called qSDiff, which calculates the difference between the entropy of a signal and its surrogate data average entropy. The entropy method used is a generalization of sample entropy (SampEn), through nonadditive paradigm. From qSDiff we extracted three attributes, which were evaluated as potential physiological complexity indexes. Multiscale entropy (MSE) was also generalized following nonadditive paradigm, and the same attributes were calculated at various scales. The methods were applied to real human and rats HRV series, as well as to a set of simulated signals, consisting of noises and maps, the latter in chaotic and periodic regimes. qSDiffmax attribute proved to be consistent for low scales while qmax and qzero attributes to larger scales, separating and ranking groups in terms of physiological complexity. There was also found a possible relationship between these q-attributes with the presence of chaos, which must be further investigated. The results also suggested the possibility that, in congestive heart failure, degradation occurs rather at small scales or short time mechanisms, while in atrial fibrillation, damage would extend to larger scales. The proposed entropy based measures are able to extract important information of HRV series, being more consistent with physiological complexity theory than SampEn (classical). Results strengthened the hypothesis that complexity is revealed at multiple scales. We believe that the proposed methods can contribute to HRV as well as to other biomedical signals analysis.