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 100.000 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)

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)

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 (1860-1927), que era

professor de fisiologia e histologia da Universidade de Leiden, uma das mais antigas

universidades holandesas, fundada em 1575.

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.

29

Figura 4.Braços e perna esquerda imersa em

solução concentrada de cloreto de sódio.

Braçodireito

Braçoesquerdo

P erna esquerda

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.

2.1.1 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

30

podem ser chamadas de precordiais ou periféricas, dependendo do posicionamento dos

eletrodos.

Figura 6.Derivações Básicas de um Eletrocardiograma (Periféricas, Precordiais, Esquemático).

Abaixo são apresentadas as equações que definem as derivações periféricas:

(1)

Já para as derivações precordiais, valem as seguintes equações, apresentadas abaixo:

(2)

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.

RHLHDI −=

2LFLHRHaVR

+−=

RHLFDII −=

2LFRHLHaVL

+−=

LHLFDIII −=

2RHLHLFaVF

+−=

62,1,3

L=++−= nLFRHLHEV nn

RH

LH

LF

E1

E2

E3

E4

E5

E6

RF

aVR

aVL

aVF

V1

V2

V3

V4

V5

V6

D1

D2

D3ELETROCARDIOGRAMA

EletrodosPeriféricos

EletrodosPrecordiais

DerivaçõesPeriféricas

DerivaçõesPrecordiais

31

Figura 7.Doze derivações básicas do ECG.

(http://www.emedicinehealth.com/articles/10973-8.asp)

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.

32

2.2 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.

Figura 8.Componentes analisados no ECG (Sinal do MIT-BIH).

2.2.1 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,

Onda �P�

Complexo �QRS�

Onda �T�

Onda �R�

Segmento ST

Ponto J

Intervalo QT

Intervalo �PR�

Onda �S�

Onda �Q�

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

V1 (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

V1 (Braunwald, 2000);

2.2.2 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).

2.2.3 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

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 AVR AVL AVF V1 V5 V6 Q 0 a 0,1 0 a 0,16 0 a 0,23 - 0 a 0,11 0 a 0,17 0 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.

2.2.4 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.

35

2.2.5 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:

''' RRQTQTc −

= (3)

onde QT corresponde à duração do intervalo QT e R� � R�� corresponde à distância entre os

picos das ondas �R� consecutivas.

2.2.6 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

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 aVl,

0 mV a 0,4 mV em aVF, -0,02 mV a 0,2 mV em V1, 0,2 mV a 0,7 mV em V5,

0,1 mV a 0,4 mV em V6 (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.

2.3.1 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 40-60 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 20-40 bpm.

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;

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.

2.3.2 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)

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.