Aula 5 de 20 · Nível 1: Fundamentos

Como a VFC é medida: dos batimentos a um número

Todo número de variabilidade da frequência cardíaca (VFC) é obtido nos mesmos quatro passos: encontrar cada batimento, medir os intervalos entre eles, descartar os batimentos ruins e transformar os intervalos restantes em um número. Esta aula percorre cada passo, com um cálculo que você pode fazer no papel.

Nesta página 6 seções

Pontos principais

  • Todo número de VFC vem dos intervalos entre os batimentos, medidos por um sensor que faz muitas amostras por segundo.
  • Uma taxa de amostragem baixa, como a de uma câmera de 25 Hz, cria saltos falsos que elevam o RMSSD.
  • Primeiro é preciso encontrar os batimentos ruins e apagá-los ou preenchê-los; corrigir mais de cerca de 5% deles é sinal de alerta.
  • O RMSSD se estabiliza em no máximo um ou dois minutos; o SDNN continua crescendo com a duração do registro; por isso, durações diferentes não podem ser misturadas.
Ao final desta aula, você será capaz de
  • Descrever como uma cinta peitoral (ECG) e um relógio ou anel (PPG) encontram cada batimento.
  • Calcular o RMSSD à mão a partir de cinco intervalos entre batimentos.
  • Explicar como a taxa de amostragem e a correção de batimentos mudam o resultado.
  • Dizer que duração de registro cada medida exige e por que não se devem misturar durações diferentes.

Todo número de variabilidade da frequência cardíaca (VFC) é obtido nos mesmos quatro passos: encontrar cada batimento, medir os intervalos entre eles, descartar os batimentos ruins e transformar os intervalos restantes em um único número. Esta aula percorre cada passo, com um cálculo que você pode fazer no papel.

Na aula 2, você viu a imagem por trás da VFC: uma linha de intervalos entre batimentos que ondula para cima e para baixo. Na aula 4, viu como um único batimento ruim pode distorcer o número. Agora você vai ver como um dispositivo chega do batimento cardíaco ao número que aparece na tela.

Passo 1: encontrar cada batimento

Primeiro, o dispositivo precisa saber exatamente quando acontece cada batimento. Há duas maneiras principais de fazer isso.

ECG ECG Um registro da atividade elétrica do coração, feito com eletrodos na pele. Os intervalos RR obtidos por ECG são o padrão de referência para medir a VFC. Mais sobre ECG (cintas peitorais e ECGs médicos). Eletrodos na pele captam o sinal elétrico do coração. Cada batimento produz um pico alto e agudo, chamado de onda R. Como o pico é tão agudo, o software consegue marcar o momento dele com muita precisão. Por isso o ECG é o padrão-ouro da VFC.

PPG PPG Método óptico que emite luz sobre a pele e registra a pulsação do sangue a cada batimento. A maioria dos relógios, anéis e aplicativos que medem pela câmera do celular usa esse método para estimar a VFC. Mais sobre PPG (relógios, anéis e câmeras de celular). Um sensor óptico emite luz sobre a pele e mede quanto dela volta. A cada batimento, um pulso de sangue passa sob o sensor e altera o sinal. O dispositivo marca o momento de cada onda de pulso, e não o de cada batimento elétrico.

A onda de pulso chega ao punho ou ao dedo um instante depois de o coração bater. Por isso, a rigor, os dispositivos ópticos medem a variabilidade da frequência de pulso Variabilidade da frequência de pulso Variação do tempo entre as pulsações, medida de forma óptica por relógios, anéis e câmeras de celular. Acompanha de perto a VFC em repouso, mas se afasta dela durante o movimento. Mais sobre Variabilidade da frequência de pulso (PRV, na sigla em inglês), e não a variabilidade da frequência cardíaca. Em repouso, as duas concordam o bastante para a maioria dos usos. As medições ópticas tendem a mostrar um pouco mais de variabilidade de curto prazo que o ECG, em parte porque a respiração afeta a onda de pulso no caminho até a pele. A concordância piora muito quando você se mexe. Os aplicativos que usam a câmera do celular funcionam com o mesmo princípio; veja A câmera do celular consegue medir a VFC?

De quanto em quanto tempo o sensor olha

Um sensor não observa o coração o tempo todo. Ele tira instantâneos, muitas vezes por segundo. O número de instantâneos por segundo é a taxa de amostragem Taxa de amostragem Quantas vezes por segundo um sensor mede o sinal, em hertz (Hz). Define a precisão com que cada batimento é marcado: cerca de ±1 ms a 1.000 Hz, ±4 ms a 250 Hz e ±20 ms em uma câmera de 25 Hz. Mais sobre Taxa de amostragem , em hertz (Hz). O dispositivo só pode situar um batimento em um dos instantâneos; por isso, o momento do batimento é arredondado para o mais próximo.

Arredondar para o instantâneo mais próximo desloca um batimento em no máximo metade do intervalo entre instantâneos. A 1.000 Hz, os instantâneos ficam a 1 ms um do outro; assim, o batimento fica a no máximo 0,5 ms do momento real; a 250 Hz, a no máximo 2 ms. Uma câmera de celular tira de 25 a 30 imagens por segundo; por isso, cada batimento pode ter um erro de até 20 ms. As diretrizes de pesquisa de 2024 citam um valor mais cauteloso, um intervalo inteiro (±1 ms a 1.000 Hz, ±4 ms a 250 Hz), e recomendam 1.000 Hz (Quigley e colaboradores, 2024).

Isso pesa mais no RMSSD RMSSD Raiz quadrada da média dos quadrados das diferenças sucessivas: medida de VFC calculada a partir de quanto cada intervalo entre batimentos difere do seguinte, em milissegundos. Reflete principalmente a atividade vagal. Mais sobre RMSSD . O RMSSD mede a mudança de um intervalo para o seguinte, e os erros de arredondamento se parecem exatamente com essas mudanças. Se cada batimento do registro de exemplo de cinco minutos deste curso for marcado na mais próxima de 25 imagens por segundo, o RMSSD sai 31% acima do real, cerca de um terço. O software consegue recuperar boa parte disso estimando onde o pico do pulso caiu entre duas imagens. Na aula 16, Do eletrodo ao número: a cadeia do sinal, do nível Analista, você pode testar cada taxa de amostragem.

Passo 2: medir os intervalos

Em seguida, o dispositivo mede o tempo de cada batimento até o seguinte, em milissegundos (ms). São os intervalos RR Intervalo RR O tempo de um batimento cardíaco ao seguinte, medido em milissegundos entre os picos R de um ECG. A VFC é calculada a partir de uma série desses intervalos. Mais sobre Intervalo RR que você conheceu na aula 1. Uma lista curta pode ser assim:

810, 830, 790, 850, 820 ms

São cinco intervalos entre seis batimentos. O intervalo médio é de 820 ms, o que dá cerca de 73 batimentos por minuto (bpm).

Passo 3: limpar a lista

Registros reais nunca são perfeitos. Um dispositivo pode:

  • perder um batimento (um intervalo parece ter o dobro da duração que deveria)
  • contar um batimento que não existiu (um intervalo se divide em dois curtos)
  • captar um batimento extra Batimento ectópico Batimento que se origina fora do marca-passo natural do coração e costuma chegar antes da hora. É comum, mas distorce a VFC se não for removido ou corrigido. Mais sobre Batimento ectópico real, vindo de fora do marca-passo natural do coração Nó sinusal O marca-passo natural do coração, um pequeno grupo de células que dá início a cada batimento normal. Sozinho, dispara cerca de 100 vezes por minuto; em repouso, o nervo vago o mantém mais lento. Mais sobre Nó sinusal : um batimento ectópico
  • captar ruído causado por movimento ou por uma cinta mal ajustada

Cada um desses problemas cria um salto falso entre intervalos vizinhos. Como você viu na aula 4, um único salto desses pode multiplicar o RMSSD várias vezes. Em registros curtos, mesmo alguns batimentos editados (menos de 5% deles) podem mudar o resultado.

Por isso, antes de calcular, o software limpa a lista em duas etapas. Os intervalos que restam, entre batimentos normais, são chamados de intervalos NN Intervalo NN Um intervalo RR entre dois batimentos normais, em milissegundos, depois de removidos os batimentos extras e os erros de medição. A maioria das medidas de VFC é calculada a partir de intervalos NN. Mais sobre Intervalo NN (“normal a normal”).

Primeiro, encontrar os intervalos ruins. A regra mais comum compara cada intervalo com os vizinhos e marca os que diferem deles em mais do que um valor definido. Uma regra rígida pega erros pequenos, mas passa a marcar batimentos verdadeiros; uma regra frouxa deixa erros passarem.

Depois, corrigi-los. O software apaga o intervalo ruim ou o preenche com um valor calculado a partir dos bons intervalos ao redor. Preencher mantém o registro alinhado no tempo, o que importa para algumas medidas; apagar é mais simples (Peltola, 2012).

Quanto de correção é demais? Mesmo editar menos de 5% dos intervalos pode mudar os resultados de curto prazo, e muitos estudos descartam um registro com menos de 80% de batimentos normais (Peltola, 2012). O guia do Kubios, programa de pesquisa muito usado, recomenda manter os batimentos corrigidos abaixo de 5% (Alcantara e colaboradores, 2020).

A aula 16 nomeia os métodos de limpeza, compara-os em um registro de cinco minutos e permite que você insira um batimento ruim e o limpe.

Você nunca vê esta etapa. O aplicativo a faz em silêncio, com método e limite próprios. Esse é um dos motivos pelos quais dois dispositivos podem dar números diferentes para a mesma noite.

Passo 4: transformar os intervalos em um número

Agora, as contas. A principal medida de VFC de curta duração é o RMSSD, sigla em inglês de “root mean square of successive differences”, ou seja, raiz quadrada da média dos quadrados das diferenças sucessivas. O nome parece difícil, mas são só quatro passos pequenos, feitos na ordem inversa das palavras da sigla em inglês.

Pegue os cinco intervalos do exemplo:

Intervalo (ms)Diferença em relação ao intervalo anterior (ms)Diferença ao quadrado
810
830+20400
790−401.600
850+603.600
820−30900
  1. Diferenças sucessivas. Subtraia cada intervalo do seguinte: +20, −40, +60, −30.
  2. Quadrado. Multiplique cada diferença por ela mesma: 400, 1.600, 3.600, 900. Elevar ao quadrado deixa todos os valores positivos, por isso uma queda conta tanto quanto uma alta. Também dá peso extra aos saltos grandes.
  3. Média. Tire a média dos quadrados: 6.500 ÷ 4 = 1.625.
  4. Raiz. Extraia a raiz quadrada: √1.625 ≈ 40.

O RMSSD desses cinco intervalos é de cerca de 40 ms. Em palavras simples, de um batimento para o seguinte, o intervalo mudou cerca de 40 ms em um passo típico.

Agora experimente com uma lista mais longa. O gráfico interativo abaixo calcula o RMSSD passo a passo, com dez batimentos do registro de exemplo do site. Avance pelos passos com o botão “Próximo” ou altere qualquer batimento e veja todos os passos se atualizarem.

RMSSD passo a passo

Dez batimentos, todos os números à mostra

Os dez intervalos, em ms (300 a 2.000)

RMSSD destes 10 intervalos (ms): 26,9.

Passo 5 de 5

  1. Passo 1 de 5 Comece pelos intervalos

    Batimento 1880 ms
    Batimento 2826 ms
    Batimento 3812 ms
    Batimento 4823 ms
    Batimento 5848 ms
    Batimento 6877 ms
    Batimento 7880 ms
    Batimento 8866 ms
    Batimento 9828 ms
    Batimento 10815 ms

    10 intervalos entre 11 batimentos, em milissegundos.

  2. Passo 2 de 5 Subtraia cada intervalo do seguinte

    Batimento 2 − batimento 1−54 ms
    Batimento 3 − batimento 2−14 ms
    Batimento 4 − batimento 3+11 ms
    Batimento 5 − batimento 4+25 ms
    Batimento 6 − batimento 5+29 ms
    Batimento 7 − batimento 6+3 ms
    Batimento 8 − batimento 7−14 ms
    Batimento 9 − batimento 8−38 ms
    Batimento 10 − batimento 9−13 ms

    Um valor positivo significa que o coração desacelerou naquele batimento; um negativo, que acelerou.

  3. Passo 3 de 5 Eleve cada diferença ao quadrado

    Diferença 12916
    Diferença 2196
    Diferença 3121
    Diferença 4625
    Diferença 5841
    Diferença 69
    Diferença 7196
    Diferença 81444
    Diferença 9169
    Soma6517

    Elevar ao quadrado deixa todos os valores positivos e dá mais peso às mudanças grandes.

  4. Passo 4 de 5 Tire a média dos quadrados

    6517 ÷ 9724,11
  5. Passo 5 de 5 Extraia a raiz quadrada

    √724,1126,9 ms

    RMSSD 26,9 ms

Com o JavaScript ativado, os passos aparecem um de cada vez e os batimentos podem ser alterados.

RMSSD: o cálculo com dez batimentos do registro de exemplo, um passo de cada vez. Mude qualquer batimento e todos os passos se atualizam.

Uma linha de dez intervalos entre batimentos editáveis, em milissegundos, e depois o cálculo de RMSSD em passos numerados: Comece pelos intervalos; Subtraia cada intervalo do seguinte; Eleve cada diferença ao quadrado; Tire a média dos quadrados; Extraia a raiz quadrada. O último passo mostra RMSSD 26,9 ms. Os botões Voltar e Próximo percorrem os passos.

Muitas vezes você verá, ao lado dele, uma segunda medida: o SDNN SDNN O desvio padrão de todos os intervalos NN de um registro, em milissegundos. Mede a variabilidade global, e o valor depende muito da duração do registro. Mais sobre SDNN . É o desvio padrão de todos os intervalos, que mostra quanto eles se dispersam em torno da média. Para esses cinco intervalos, o SDNN é de cerca de 22 ms. A aula 6 compara as duas medidas.

Para saber mais A fórmula do RMSSD em símbolos

Escreva os intervalos como RR₁, RR₂, … RRₙ. As diferenças sucessivas são dᵢ = RRᵢ₊₁ − RRᵢ, e há n − 1 delas.

RMSSD = √( (d₁² + d₂² + … + dₙ₋₁²) ÷ (n − 1) )

Com os cinco intervalos do exemplo, n − 1 = 4 diferenças; por isso, dividimos a soma dos quadrados (6.500) por 4. O software real aplica isso a intervalos NN já limpos, com limpeza e cálculo de média próprios, e por isso o resultado pode não coincidir exatamente com o de um cálculo à mão.

O SDNN usa, em vez disso, a distância de cada intervalo até o intervalo médio: eleve cada distância ao quadrado, some tudo, divida por n − 1 e extraia a raiz quadrada. Para 810, 830, 790, 850 e 820, as distâncias até 820 são −10, +10, −30, +30 e 0. Os quadrados somam 2.000, e √(2.000 ÷ 4) ≈ 22 ms.

Por quanto tempo registrar

Até agora usamos cinco intervalos. Registros reais têm muitos mais, e a duração importa.

Em pesquisas, o padrão habitual para um registro de VFC de curta duração é de 5 minutos. Registros mais curtos são chamados de ultracurtos. Os registros de 24 horas são o padrão da VFC de longa duração, usada sobretudo em pesquisas médicas.

O RMSSD continua confiável em registros curtos. Em um estudo com 70 adultos saudáveis, o RMSSD de apenas 1 minuto, ou até de 10 segundos, concordou bem com o valor de 5 minutos. O SDNN, não. Um estudo bem maior, com 3.387 adultos, encontrou o mesmo: um único ECG de 10 segundos deu um RMSSD válido, a média de três trechos de 10 segundos foi melhor, e 2 minutos concordaram quase perfeitamente com um registro de 4 a 5 minutos.

O SDNN se comporta de outra forma porque mede a dispersão de todos os intervalos, inclusive as mudanças lentas. Um registro mais longo incorpora ritmos mais lentos, da postura e da atividade ao ciclo dia-noite, e por isso o SDNN continua crescendo com a duração. Arraste a janela abaixo de 5 minutos a 24 horas em um dia simulado: o RMSSD quase não muda, e o SDNN quase triplica.

Por quanto tempo registrar?

Um dia simulado, não uma pessoa

RMSSD
37,2 ms
SDNN
29,7 ms
Batimentos na janela
327

Em 5 min, o RMSSD é 37,2 ms e o SDNN, 29,7 ms. Este é o padrão de curta duração.

O controle deslizante funciona quando o JavaScript está ativado.

RMSSD e SDNN em janelas de 10 segundos a 24 horas de um dia simulado, todas começando às 7:00. O RMSSD se estabiliza em um ou dois minutos; o SDNN continua crescendo porque janelas mais longas contêm ritmos mais lentos. Daí vem a regra da Task Force: medidas de registros de durações diferentes não são comparáveis.

Um gráfico do RMSSD e do SDNN em função da duração do registro, em eixo logarítmico de 10 segundos a 24 horas. A linha do RMSSD fica perto de 37 ms em todas as durações. A linha do SDNN fica perto de 30 ms até alguns minutos e sobe até cerca de 84 ms em 24 horas. Marcas tracejadas indicam as durações mínimas: 1 minuto para a banda HF, 2 minutos para a LF, 5 minutos para o padrão de curta duração e a banda VLF, 20 minutos para a DFA α2 e 24 horas para a ULF e o SDNN de longa duração. Um controle deslizante escolhe a duração da janela, e indicadores mostram o RMSSD, o SDNN e o número de batimentos na janela.

Cada medida exige uma duração mínima:

MedidaMenor registro útilFonte
RMSSD10 segundos a 1 minuto; mais longo é mais estávelMunoz 2015; Nussinovitch 2011
SDNNPelo menos 30 segundos, e só comparável com a mesma duraçãoMunoz 2015; Shaffer e Ginsberg 2017
SDNN de longa duração24 horasShaffer e Ginsberg 2017

As medidas que dividem a VFC em ritmos lentos e rápidos exigem registros mais longos, e as fontes divergem sobre quanto mais. A aula 18 apresenta as regras e os pontos em que elas divergem.

Números de registros de durações diferentes não devem ser comparados. Um SDNN de 24 horas traz informações sobre o risco cardíaco que um SDNN de 5 minutos não traz (Shaffer e Ginsberg, 2017).

Anéis e relógios que medem durante o sono escolhem, cada um, as próprias janelas de registro e a própria forma de combiná-las. Esse é mais um motivo para os números diferirem, assunto da aula 8.

Onde os erros aparecem

Os problemas abaixo surgem no passo 1 ou no passo 3:

  • Movimento. Acrescenta ruído tanto ao ECG quanto à PPG, e prejudica mais a PPG.
  • Mau contato. Uma cinta ou um eletrodo frouxos, ou um anel que escorrega, podem perder batimentos.
  • Batimentos extras. Se a limpeza não os pegar, o RMSSD dispara.
  • Tipo de sensor. Os sensores ópticos medem o pulso, e não o batimento elétrico, e por isso se afastam mais do ECG durante a atividade.

Para comparar dispositivos, leia O pulso mede a VFC tão bem quanto a cinta peitoral? Para uma visão mais ampla de métodos e dispositivos, veja Como medir a VFC: sensores, momento e precisão.

Isso conclui o Nível 1. Na próxima aula, RMSSD, SDNN e lnRMSSD explicados, você vai comparar as principais medidas de VFC e descobrir qual delas o aplicativo provavelmente mostra.

Exercício prático

Use estes seis intervalos entre batimentos: 900, 950, 880, 940, 910 e 930 ms. Calcule o RMSSD no papel, com os quatro passos desta aula. (Resposta: cerca de 50 ms. As diferenças são +50, −70, +60, −30 e +20.)

Verifique o que você aprendeu

Acerte 3 de 5 (60%) para passar no quiz e marcar esta aula como concluída. Você pode tentar quantas vezes quiser; as opções são embaralhadas a cada tentativa e a melhor pontuação fica salva.

As perguntas abaixo podem ser lidas sem JavaScript. Para conferir as respostas, é preciso ativar o JavaScript.

Pergunta 1 O que o sensor óptico na parte de trás de um relógio ou anel detecta, de fato?
Pergunta 2 Por que os aplicativos removem alguns batimentos antes de calcular a VFC?
Pergunta 3 As diferenças entre intervalos vizinhos são +10, −20 e +10 ms. Qual é o RMSSD?
Pergunta 4 Qual é a duração padrão de um registro curto de VFC em pesquisas?
Pergunta 5 Uma câmera de celular registra 25 imagens por segundo. O que isso faz com o RMSSD se nada corrigir o efeito?

Mapa do curso

Fontes

  1. Publication guidelines for human heart rate and heart rate variability studies in psychophysiology—Part 1: Physiological underpinnings and foundations of measurement Psychophysiology, 2024
  2. Impact of Using Different Levels of Threshold-Based Artefact Correction on the Quantification of Heart Rate Variability in Three Independent Human Cohorts Journal of Clinical Medicine, 2020
  3. Heart rate variability and cardiac vagal tone in psychophysiological research: recommendations for experiment planning, data analysis, and data reporting Frontiers in Psychology, 2017
  4. Heart rate variability: standards of measurement, physiological interpretation and clinical use Circulation (Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing and Electrophysiology), 1996
  5. An Overview of Heart Rate Variability Metrics and Norms Frontiers in Public Health, 2017
  6. Role of editing of R–R intervals in the analysis of heart rate variability Frontiers in Physiology, 2012
  7. How accurate is pulse rate variability as an estimate of heart rate variability? A review on studies comparing photoplethysmographic technology with an electrocardiogram International Journal of Cardiology, 2013
  8. Reliability of Ultra-Short ECG Indices for Heart Rate Variability Annals of Noninvasive Electrocardiology, 2011
  9. Validity of (Ultra-)Short Recordings for Heart Rate Variability Measurements PLOS ONE, 2015