2 O CORAÇÃO E A ATIVIDADE ELÉTRICA CARDÍACA

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1 26 2 O CORAÇÃO E A ATIVIDADE ELÉTRICA CARDÍACA O coração normal (Figura 2), é um órgão predominantemente muscular que funciona como uma bomba de ejeção pulsante. A sua função é ejetar o sangue para o sistema circulatório. O coração normal de uma pessoa de 25 anos pesa em média 300 gramas, faz circular 5,5 litros por minuto, realizando mais de batimentos por dia. Os principais vasos sangüíneos encarregados da irrigação do coração são as artérias coronárias (Gittenberger, 1986), localizadas na superfície externa do coração. Figura 2.Visão frontal e posterior do coração. (Imagem: Cheida, Luiz Eduardo. Medicina Integrada. São Paulo, 1997)

2 27 O ciclo cardíaco consiste de um período de contração ventricular denominado de sístole que expele o sangue dos ventriculos, seguido de um período de relaxamento ventricular denominado de diástole, durante o qual os átrios se enchem de sangue. Uma onda de despolarização elétrica que se propaga por todo o coração precede e desencadeia cada contração mecânica. A despolarização começa no nódulo sinusal, ou nódulo sino-atrial de Keith Flack, depois se propaga pelo miocárdio de ambos os átrios, para atingir o nódulo átrio-ventricular de Tawara, localizado na região inferior do septo interatrial (Figura 3). Após ligeiro atraso no nódulo átrio-ventricular, a onda de despolarização se transmite através do feixe átrio-ventricular (feixe de HIS), e de seus ramos esquerdo e direito para as fibras de Purkinje, situadas abaixo do endocárdio, continuando-se com as fibras miocárdicas comuns. Figura 3.Esquema do sistema de condução intracardíaco. (Imagem: Cheida, Luiz Eduardo. Medicina Integrada. São Paulo, 1997)

3 28 À despolarização ventricular se segue a contração ventricular e, após um intervalo de 100 a 200 ms, os ventrículos retornam a seu estado original devido à repolarização elétrica. Os processos de despolarização e repolarização geram correntes elétricas que circundam as membranas das células miocárdicas. Essas correntes elétricas dentro do coração se fecham no volume condutor do tórax gerando um campo elétrico detectável na superfície corporal. Assim, o eletrocardiograma é um registro do potencial elétrico na superfície corporal, causado pelas correntes do volume condutor torácico que foram geradas pelas correntes elétricas do coração (visto nas seções seguintes). 2.1 Registro Eletrocardiográfico A eletrocardiografia (Seade, 2003) entrou para a prática médica há mais de um século, graças aos estudos de fisiologia relacionada à atividade elétrica do coração humano, realizados pelo médico e cientista holandês Willem Einthoven ( ), que era professor de fisiologia e histologia da Universidade de Leiden, uma das mais antigas universidades holandesas, fundada em Partindo do princípio de que o potencial elétrico gerado pela atividade cardíaca se propaga até a superfície do corpo, Einthoven escolheu as mãos e o pé esquerdo como pontos de contato com a pele para obtenção de sinais (Figura 4). Essas três extremidades (braço direito, braço esquerdo e perna esquerda) formam o chamado triângulo de Einthoven, em cujo centro se situa idealmente o coração, ilustrado na Figura 5.

4 29 Braço direito Braço esquerdo Perna esquerda Figura 4.Braços e perna esquerda imersa em solução concentrada de cloreto de sódio. Figura 5.Triangulo eqüilátero e eixo do coração de acordo com o desenho original de Einthoven. A escolha desses pontos gerou três combinações possíveis de registros elétricos, denominadas derivação I ou DI (as duas mãos), II ou DII (mão direita e pé esquerdo) e III ou DIII (mão esquerda e pé esquerdo), como ilustrado na Figura 6. Tais combinações, hoje conhecidas como derivações bipolares de membros de Einthoven, permitiram o registro de variações de tensão elétrica geradas pela atividade elétrica cardíaca, porque o sistema foi concebido de modo a fazer com que os eletrodos em contato com as extremidades fossem positivos ou negativos, dependendo da derivação que estava sendo analisada Derivações Eletrocardiográficas O eletrocardiógrafo registra a diferença de potencial elétrico entre as duas regiões às quais foram conectados eletrodos. Existem 12 derivações básicas (Figura 6) segundo as quais os sensores podem ser conectados. Essas ligações podem ser consideradas redundantes, no entanto auxiliam na redução de ruídos, bem como na análise de determinadas regiões específicas do coração. As conexões de ECG feitas em pacientes

5 30 podem ser chamadas de precordiais ou periféricas, dependendo do posicionamento dos eletrodos. RH D 1 Eletrodos Periféricos LH D 2 Eletrodos Precordiais LF E 1 E 2 E 3 E 4 E 5 E 6 E L E T R O C A R D I O G R A M A D 3 av R av L av F V 1 V 2 V 3 V 4 Derivações Periféricas Derivações Precordiais V 5 RF V 6 Figura 6.Derivações Básicas de um Eletrocardiograma (Periféricas, Precordiais, Esquemático). Abaixo são apresentadas as equações que definem as derivações periféricas: D I = LH RH D II = LF RH D III = LF LH LH + LF av R = RH 2 RH + LF av L = LH 2 LH + RH av F = LF 2 (1) Já para as derivações precordiais, valem as seguintes equações, apresentadas abaixo: (2) LH + RH + LF V n = E n, n = 1, 2 L 6 3 onde n é a derivação precordial desejada e as demais informações se encontram na Figura 6. Na Figura 7 é ilustrado um registro eletrocardiográfico utilizando as 12 derivações básicas.

6 31 Figura 7.Doze derivações básicas do ECG. ( No caso dessa dissertação, a derivação utilizada é uma modificação da DII denominada MLII (modified lead II). Essa derivação modificada é indicada para realizar leituras por longos períodos, principalmente em pacientes acamados ou submetidos a exames de holter (equipamento acoplado ao paciente durante um período de aproximadamente 24h, adquirindo sinais enquanto a pessoa tem uma vida normal ). A MLII é uma derivação bipolar paralela à derivação DII padrão. Quanto a seu posicionamento anatômico, um eletrodo é colocado na crista ilíaca esquerda, e o outro é posicionado na fossa infraclavicular, medial à borda do músculo deltóide, 2 cm abaixo da borda da clavícula direita. A MLII apresenta características típicas da derivação DII, portanto foram utilizados nessa dissertação os valores limites da DII, para definição da normalidade. Para melhor compreensão, nas seções seguintes são apresentadas as morfologias das derivações em estudo, bem como suas ondas componentes.

7 Morfologia do Sinal Eletrocardiográfico Uma condição cardíaca normal vai depender de um grande número de variáveis, onde um funcionamento considerado normal em uma pessoa pode não ser normal em outra. No entanto, existem alguns intervalos de valores que podem informar sua normalidade. Devem-se levar em consideração informações como idade, sexo, biotipo, condição clínica, uso de medicamentos, entre outras. A Figura 8 ilustra o registro elétrico de um ciclo cardíaco, com informações dos componentes analisados no ECG. Onda R Complexo QRS Intervalo PR Onda P Ponto J Onda T Onda Q Segmento ST Onda S Intervalo QT Figura 8.Componentes analisados no ECG (Sinal do MIT-BIH) A Onda P A onda P representa a despolarização atrial. A primeira parte da onda corresponde à despolarização do átrio direito e a parte final à despolarização do átrio esquerdo (Braunwald, 2000). A função da contração atrial é o enchimento final dos ventrículos com o sangue armazenado em seu interior. A repolarização atrial não é registrada no ECG,

8 33 porque ocorre simultaneamente à despolarização ventricular que tem maior amplitude devido à maior massa muscular dos ventrículos, sendo portanto um processo elétrico mais potente. Os valores informados abaixo variam conforme a derivação eletrocardiográfica analisada (Figura 7). Como características da onda P, destacam-se: Duração: varia conforme a idade e a freqüência cardíaca, sendo considerado normal, 0,05 s a 0,12 s em DI e DII, 0,12 s a 0,20 s em DIII, 0 s a 0,08 s em V 1 (Braunwald, 2000); Amplitude: a tensão máxima situa-se entre 0,02 mv e 0,10 mv em DI, 0,03 mv e 0,20 mv em DII, 0 mv e 0,20 mv em DIII, 0,005 mv e 0,080 mv em V 1 (Braunwald, 2000); O Intervalo PR O espaço compreendido desde o início da ativação atrial até o início da ativação ventricular é denominado intervalo PR, sendo que este varia de acordo com a idade do paciente e a freqüência cardíaca. De um modo geral, a normalidade varia entre 0,12 s e 0,20 s ou 0,22 s (Braunwald, 2000) O Complexo QRS O complexo QRS corresponde à despolarização total dos ventrículos, representando a maior onda do eletrocardiograma. Após a despolarização ventricular, o coração bombeia o sangue para a circulação sistêmica (ventrículo esquerdo, maior e com

9 34 paredes mais reforçadas) e para a circulação pulmonar (ventrículo direito). As principais características do complexo QRS são: Duração: o período de tempo durante o qual se apresenta o complexo QRS, vai desde o início da ativação septal (início da onda Q ) até o final da despolarização das porções basais do septo e dos ventrículos (fim da onda S ), com duração normal de 0,05 s a 0,10 s. Morfologia: é extremamente variável conforme a derivação avaliada. Amplitude: é muito variável. Os valores da tabela abaixo são apresentados em mv (Braunwald, 2000); Ondas DI DII DIII AV R AV L AV F V 1 V 5 V 6 Q 0 a 0,1 0 a 0,16 0 a 0,23-0 a 0,11 0 a 0, a 0,18 0 a 0,18 R 0,1 a 1,0 0,2 a 1.6 0,1 a 1,2 0 a 0,29 0 a 0,82 0 a 1,38 0,1 a 0,6 0,7 a 2,1 0,5 a 1,8 S 0 a 0,5 0 a 0,37 0 a 0,64 0,22 a 1,18 0 a 0,58-0,3 a 1,3 0 a 0,5 0 a 0,2 Tabela 1.Amplitudes das ondas do complexo QRS normal O Segmento ST O segmento ST corresponde ao intervalo entre o final do complexo QRS, também conhecido como ponto J, e o início da onda T. É normalmente isoelétrico (0 mv) e sua duração geralmente não é determinada, pois é avaliado englobado ao intervalo QT. Este segmento é avaliado em termos de seu desnivelamento em relação à linha isoelétrica de repouso na fase de diástole entre os ciclos cardíacos.

10 O Intervalo QT O Intervalo QT é medido do início do complexo QRS até o final da onda T, variando com a freqüência cardíaca (Braunwald, 2000), e sendo maior em mulheres. Esse intervalo corresponde à duração total da sístole ventricular. O QTc corresponde ao intervalo QT corrigido para a freqüência cardíaca de 60 bpm. O valor máximo para a normalidade no homem é de 0,39 s, e na mulher 0,44 s. Bazett (Bazett, 1920) propôs uma fórmula para a estimação adaptada à freqüência cardíaca: QT c QT = (3) R' R' ' onde QT corresponde à duração do intervalo QT e R R corresponde à distância entre os picos das ondas R consecutivas A Onda T A onda T é a primeira deflexão positiva, ou negativa, que surge após o segmento ST. Representa a repolarização ventricular, com voltagem menor que a do QRS. Como principais características da onda T, destacam-se: Duração: sua duração específica não é medida, e sim incluída na duração do intervalo QT ; Morfologia: a onda T normal é assimétrica, com o ramo ascendente lento e o descendente rápido; Amplitude: não existem critérios para a amplitude normal de T, geralmente se apresenta menor que o QRS, variando de 0,1 mv a 0,3 mv em DI, 0,1

11 36 mv a 0,2 mv em DII, -0,2 mv a 0,2 mv em DII, -0,1 mv a 0,2 mv em av l, 0 mv a 0,4 mv em av F, -0,02 mv a 0,2 mv em V 1, 0,2 mv a 0,7 mv em V 5, 0,1 mv a 0,4 mv em V 6 (Braunwald, 2000). 2.3 Patologias Cardíacas Existem inúmeras patologias cardíacas (Schomig, 2000; Sepulveda, 2002), no entanto, aqui somente serão tratadas algumas mais utilizadas na detecção por sistemas de reconhecimento de registro eletrocardiográfico. Nas próximas seções serão vistas as principais patologias cardíacas estudadas em análise automática de sinais eletrocardiográficos Arritmias Cardíacas Em condições normais o marca-passo dominante para a ativação elétrica do coração é o nódulo sinusal, localizado na porção alta do átrio direito, que dispara estímulos com uma freqüência entre 60 e 100 bpm. Através de uma série de feixes internodais o impulso elétrico propaga-se pelos átrios até o nódulo atrioventricular (AV) com freqüência de disparo de bpm, ilustrado na Figura 3. Após passar através do nódulo AV o estímulo elétrico penetra no feixe de His, localizado no septo interventricular, passa pelos ramos direito e esquerdo do feixe de His, pelas fibras de Purkinje e finalmente atinge o miocárdio ventricular. A junção Purkinje Músculo tem células marcapasso que disparam estímulos com freqüência cardíaca (FC) entre bpm.

12 37 Para a constatação da arritmia é muito importante analisar a freqüência cardíaca e a morfologia das ondas do registro eletrocardiográfico. Seguem alguns tipos de arritmias: Taquicardia sinusal: Precedidas por ondas P, FC acima de 100 bpm e em geral abaixo de 200 bpm, em repouso; Bradicardia sinusal: presença de FC abaixo de 60 bpm, tendo complexos QRS precedidos de onda P, com PR normal; Extra-sístoles supraventriculares: Estas extra-sístoles por definição são batimentos precoces (ou antecipados) que geram irregularidades no ritmo cardíaco, podendo ser atriais ou juncionais (disparo nascido no nódulo AV). Por serem supraventriculares em geral apresentam complexos QRS normais. As atriais são precedidas por onda P e as juncionais são batimentos precoces, com complexo QRS normal, não precedido de onda P ; Fibrilação atrial (FA): tipicamente caracteriza-se pela presença de intervalos R-R irregulares, ausência de ondas P, e irregularidades na linha de base, com freqüência atrial entre 400 a 600 bpm e freqüência ventricular variável. Dependente da capacidade de condução do nódo AV (FA com boa resposta tem FC média entre 60 a 130, chegando até a 140 bpm; baixa resposta tem FC abaixo de 60 bpm; e alta resposta tem FC acima de 140 bpm); Flutter atrial: taquicardia com intervalos R-R regulares, ondas F de flutter, com freqüência atrial de 300 bpm e tipicamente freqüência ventricular de 150 bpm. Quando a condução pelo nódulo AV está deprimida, a freqüência ventricular em geral é mais baixa, podendo inclusive os intervalos R-R ficarem irregulares;

13 38 Extra-sístoles ventriculares: são batimentos precoces, com complexos QRS tipicamente alargados, anormais, não precedidos por onda P. Fibrilação ventricular: ritmo com ausência de onda P e de complexos QRS, apenas com um ondulado irregular na linha de base, sendo essa com maior ou menor amplitude. É o ritmo encontrado em 85% dos ECG registrados durante parada cardíaca (Braunwald, 2000); BAV (Bloqueio Átrio Ventricular) Alterações do intervalo PR (duração maior que 0,20 s). BAV total: presença de freqüência ventricular lenta, com ondas P e complexos QRS presentes, porém em freqüências diferentes e totalmente dissociados (atividade atrial ocorrendo independente da atividade ventricular). Bloqueios de Ramo: Distúrbios da condução intraventricular do estímulo elétrico originado em região acima da bifurcação do feixe de His. A propagação elétrica pode estar prejudicada no ramo direito ou no ramo esquerdo do feixe de His. Determina alterações do complexo QRS, segmento ST e onda T Alterações eletrocardiográficas conseqüentes à redução da irrigação sangüínea do miocárdio A súbita redução ou interrupção do fluxo sangüíneo em algum ramo das artérias coronárias impede a nutrição adequada do tecido cardíaco. Esta região miocárdica que não recebe irrigação sanguínea adequada passa a apresentar alterações eletrofisiológicas devidas ao surgimento de zonas de isquemia, lesão ou mesmo de morte tecidual (infarto)

14 39 que se refletem em alterações no eletrocardiograma de superfície descritas a seguir (Guidugli, 1997). Um dos causadores de isquemias e infartos é a aterosclerose, que consiste em um acúmulo de gordura e posterior calcificação nas paredes internas dos vasos sangüíneos, causando uma perda de elasticidade e o endurecimento do local, ocupando a luz do vaso (espaço por onde o sangue é transportado), podendo levar à obstrução total das artérias. As principais características eletrocardiográficas são alterações da onda T (zona de isquemia); desnivelamento do segmento ST (zona de lesão); onda Q proeminente no complexo QRS (zona já infartada, com necrose celular). No próximo capítulo serão tratados assuntos voltados à inteligência computacional. Essas técnicas foram utilizadas para adquirir e interpretar várias informações relevantes a esse trabalho.