Catela, D., Branco, M., Fernandes, M., Seabra, A. (2012). Recorrência e determinismo na frequência cardíaca de crianças durante respiração yin (Chi Kung) (Recurrence and determinism in heart rate frequency of children during yin breath (Chi Kung). In Estudos em Desenvolvimento Motor da Criança V (pp. 135 – 139). ISBN: 978-972-95072-9-8. Coimbra: Escola Superior de Educação.
RECORRÊNCIA E DETERMINISMO NA FREQUÊNCIA CARDÍACA DE CRIANÇAS DURANTE RESPIRAÇÃO YIN (CHI KUNG)
David Catela, Marco Branco, Maria Fernandes& Ana Paula Seabra Escola Superior de Desporto de Rio Maior - Instituto Politécnico de Santarém
Resumo
Os ciclos da respiração e do batimento do coração estão neurofisiologicamente associados por um fenómeno designado arritmia sinusoidal respiratória. A análise da recorrência e do determinismo permitem detetar qualitativa e quantitativamente a dinâmica de um qualquer sistema complexo. Fomos verificar se há alteração do ritmo da frequência cardíaca durante a respiração yin, do Chi Kung, caraterizável como profunda e lenta, em crianças de 5-6, 9-10, e 14-15 anos de idade, comparativamente com uma respiração normal. Os resultados revelam que com o aumento da idade, para a respiração yin, a série temporal torna-se mais periódica, com um aumento de determinismo e uma redução de entropia. A respiração yin alterou a dinâmica da frequência cardíaca, a qual se tornou mais caótica, com expressão mais estacionária num comportamento periódico.
Palavras-chave
Arritmia sinusoidal respiratória; recorrência; determinismo; crianças.
Abstract
Respiratory and cardiac frequencies are neurophysiologically connected by a phenomenon designated respiratory sinus arrhythmia. The analysis of recurrence and determinism allow to detect qualitatively and quantitatively the dynamics of a system. We went to verify if there was alteration of the rhythm of the cardiac frequency during yin respiration, from Chi Kung, characterized by slow and profound breathing, in children of 5-6, 9-10 and 14-15 years of age,
comparatively with rest respiration. The results revealed that with aging, for yin breathing, the temporal series became more periodic, there was an enhancement of determinism, with reduction of entropy. The yin breathing altered the dynamics of the cardiac frequency, which became more chaotic, with a more stationary expression in a periodic behavior.
Key-words
Respiratory sinus arrhythmia; recurrence; determinism; children.
INTRODUÇÃO
A arritmia sinusoidal respiratória é um fenómeno cardiorrespiratório nos mamíferos caracterizado por flutuações da frequência cardíaca ou do intervalo RR, que estão em fase com a inspiração e a expiração. Tipicamente, a frequência cardíaca acelera durante a inspiração e abranda durante a expiração (Eckberg, 1983). A amplitude destas flutuações rítmicas da frequência cardíaca (i.e., a amplitude da arritmia sinusoidal respiratória) está muito dependente tanto da frequência respiratória como da profundidade da ventilação (i.e., do volume corrente) (Hirsch & Bishop, 1981). Neste sentido, uma respiração lenta e profunda produzirá níveis de arritmia sinusoidal respiratória máximos (Grossman & Taylor, 2007). O controlo da frequência cardíaca decorre do equilíbrio da atividade entre os ramos simpático e parassimpático do sistema nervoso autónomo. O aumento de atividade do sistema nervoso simpático ou a diminuição da atividade do sistema nervoso parassimpático resulta numa aceleração cardíaca. Inversamente, uma atividade baixa do sistema nervoso simpático ou uma atividade elevada do sistema nervoso parassimpático causa uma desaceleração cardíaca. É possível representar a sequência da frequência cardíaca num gráfico de séries temporais e quantificar a frequência com que determinados valores se repetem. Um gráfico de séries temporais não é mais que a sequência de dados recolhidos. Se há repetição de determinados valores, ao longo do tempo, esta pode ser representada num gráfico de recorrências. Este gráfico possui uma linha diagonal, que é a repetição do próprio dado, e pode revelar determinados comportamentos de um sistema, como por exemplo, periodicidade, através de longas linhas diagonais, paralelas à grande diagonal, e que reflete uma estrutura rítmica nos dados. Pequenos segmentos de linhas diagonais, paralelas à grande diagonal, revelam
repetições sistemáticas de segmentos da série temporal e são indiciadoras de determinismo. Em termos de dinâmica do atractor, significa que o sistema revisita a mesma região do atractor em momentos diferentes (Riley, Balasubramaniam, & Turvey, 1999). A quantificação destas recorrências permite várias medições: i) percentagem de determinismo – percentagem de pontos recorrentes adjacentes que repetidamente revisitam a mesma região do atractor, que é o que essencialmente determinismo significa; ii) entropia – probabilidade de frequência de linhas diagonais com certos comprimentos para lá do expectável; quanto mais periódico o sistema for menor será o valor de entropia; iii) tendência – quantificação do empalidecer progressivo de pontos em relação à grande diagonal; valores (habitualmente negativos) próximos de zero significam estacionaridade (Webber & Zbilut, 1994).
Neste estudo questionámo-nos se crianças revelariam alteração do padrão de recorrência em função do controlo voluntário do tipo de respiração, através de uma técnica respiratória do Chi Kung.
METODOLOGIA Amostra
A amostra de conveniência compôs-se de 8 crianças (N=2, 5,50±0,71 anos de idade; N=3, 9,33±0,58 anos de idade, N=3, 14,33±0,58 anos de idade). Foi obtido consentimento informado dos encarregados de educação e assentimento por parte das crianças.
Tarefas
Para a estimação da frequência cardíaca de repouso, foi solicitado às crianças que deitadas se descontraíssem como se estivessem a descansar, durante 2mn. Para estimação da influência do tipo de respiração voluntária na frequência cardíaca, foi ensinada uma técnica respiratória do Chi Kung, o yin, que consiste numa respiração lenta e profunda. Esta técnica é realizada de pé, com determinados ajustamentos posturais.
Instrumentação e Procedimentos
Os dados foram recolhidos através de um cardiofrequencímetro de marca Polar, modelo RX800, que permite registos da frequência cardíaca em intervalos que variam entre 500ms e 800ms. Os dados foram transferidos para computador, mediante software próprio.
Foi obtido consentimento informado dos parentes. As crianças foram informadas que não estavam a ser testadas, foi-lhes dito que iriam experimentar uma maneira de respirar e que iriam ter uma banda colocada no peito, para registo dos batimentos do coração. Após seu assentimento, foi-lhes colocada a banda do cardiofrequencímetro e uma instrutora especialista explicou e demonstrou as tarefas, em particular, o modo de realização da técnica de respiração Chi Kung.
Tratamento dos Dados e Protocolo
Os dados foram tratados através de rotinas de MATLAB, para análise dos gráficos de série temporal e de recorrências, e para determinação dos parâmetros: percentagem de determinismo, entropia, entropia relativa, comprimento máximo e médio da linha, e tendência. Foram respeitados os seguintes critérios: i) dimensão de embedding 6; ii) reescalonamento médio da distância raio; iii) seleção de percentagem de raio com pelo menos 1% de recorrência (Eckmann, Kamphorst, & Ruelle, 1987; Riley, Balasubramaniam, & Turvey, 1999). Por grupo etário, foi calculada a média de valores obtida em cada parâmetro analisado.
ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
Para a respiração yin, os gráficos de séries temporais revelam que com o aumento da idade há uma acentuação da periodicidade da curva (Figura 1).
Figura 1: Gráficos de séries temporais de criança de 5 anos (esquerda) e 15 anos de idade (direita), durante respiração normal (cima) e respiração yin (baixo).
Concomitantemente, os gráficos de recorrências revelam uma maior expressão de linhas diagonais aquando da respiração yin (Figura 2).
Figura 2: Gráficos de recorrências das mesmas crianças, de 5 anos (esquerda) e 15 anos de idade (direita), durante respiração normal (cima) e respiração yin (baixo).
A análise da quantificação da recorrência revela que para a respiração yin, com a idade, há um aumento de percentagem de determinismo, uma redução da entropia, e, também para os mais novos, uma redução do comprimento máximo e médio da linha e da tendência (Tabela 1).
Tabela 1: Valores médios, por grupo etário, de quantificação da recorrência relativamente a percentagem de determinismo (%DET), entropia (ENT), comprimento máximo da linha (LMAX) e médio (LMEAN), e tendência (TREND), nas duas condições de respiração (repouso, yin).
Condição Grupo Etário %DET ENT LMAX LMEAN TREND
5-6 25,21 1,01 4,00 ,53 33,89 Repouso 9-10 24,06 1,45 5,67 ,17 11,99 14-15 23,01 1,23 4,67 ,31 32,76 5-6 18,47 1,44 4,00 ,28 20,73 Yin 9-10 30,11 ,57 3,67 ,13 3,58 14-15 45,49 ,80 3,67 ,14 10,43
Este conjunto de resultados permite afirmar que nas idades estudadas a respiração yin promoveu adaptação cardíaca diferenciada. A periodicidade emergente prova que a respiração yin promoveu uma maior expressão da arritmia sinusoidal respiratória. A respiração yin alterou a dinâmica da frequência cardíaca, a qual se tornou mais caótica, com expressão mais estacionária, num comportamento periódico. Este conjunto de resultados sustenta a hipótese de ativação predominante do sistema nervoso parassimpático na regulação da frequência cardíaca durante este tipo de respiração, voluntariamente lenta e profunda (e.g., Acharya, Joseph, Kannathal, Lim, & Suri, 2006).
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Acharya, U.R., Joseph, Æ.K.P., Kannathal, Æ.N., Lim, Æ.C.M., & Suri, Æ.J.S. (2006). Heart rate variability: a review. Med Bio Eng Comput, 44:1031–1051.
Eckberg, D.L. (1983). Human sinus arrhythmia as an index of vagal cardiac outflow. Journal of Applied Physiology, 54 (4), 961–966.
Eckmann, J.-P., Kamphorst, S.O., & Ruelle, D. (1987). Recurrence plots of dynamical systems. Europhys. Lett., 4, 973–977.
Grossman, P., & Taylor, E.W. (2007). Toward understanding respiratory sinus arrhythmia: Relations to cardiac vagal tone, evolution and biobehavioral functions. Biological Psychology, 74 , 263–285.
Hirsch, J.A., & Bishop, B. (1981). Respiratory sinus arrhythmia in humans: how breathing pattern modulates heart rate. American Journal of Physiology, 241(4), H620–H629.
Riley, M.A., Balasubramaniam, R., & Turvey, M.T. (1999). Recurrence quantification analysis of postural fluctuations. Gait and Posture, 9:65–78.
Webber, C.L. Jr., & Zbilut, J.P. (1994). Dynamical assessment of physiological systems and states using recurrence plot strategies. Journal of Applied Physiology, 76:965–973.
