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 | +20 | 400 |
| 790 | −40 | 1.600 |
| 850 | +60 | 3.600 |
| 820 | −30 | 900 |
- Diferenças sucessivas. Subtraia cada intervalo do seguinte: +20, −40, +60, −30.
- 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.
- Média. Tire a média dos quadrados: 6.500 ÷ 4 = 1.625.
- 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
RMSSD destes 10 intervalos (ms): 26,9.
Passo 5 de 5
Passo 1 de 5 Comece pelos intervalos
Batimento 1 880 ms Batimento 2 826 ms Batimento 3 812 ms Batimento 4 823 ms Batimento 5 848 ms Batimento 6 877 ms Batimento 7 880 ms Batimento 8 866 ms Batimento 9 828 ms Batimento 10 815 ms 10 intervalos entre 11 batimentos, em milissegundos.
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.
Passo 3 de 5 Eleve cada diferença ao quadrado
Diferença 1 2916 Diferença 2 196 Diferença 3 121 Diferença 4 625 Diferença 5 841 Diferença 6 9 Diferença 7 196 Diferença 8 1444 Diferença 9 169 Soma 6517 Elevar ao quadrado deixa todos os valores positivos e dá mais peso às mudanças grandes.
Passo 4 de 5 Tire a média dos quadrados
6517 ÷ 9 724,11 Passo 5 de 5 Extraia a raiz quadrada
√724,11 26,9 ms RMSSD 26,9 ms
Com o JavaScript ativado, os passos aparecem um de cada vez e os batimentos podem ser alterados.
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.
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:
| Medida | Menor registro útil | Fonte |
|---|---|---|
| RMSSD | 10 segundos a 1 minuto; mais longo é mais estável | Munoz 2015; Nussinovitch 2011 |
| SDNN | Pelo menos 30 segundos, e só comparável com a mesma duração | Munoz 2015; Shaffer e Ginsberg 2017 |
| SDNN de longa duração | 24 horas | Shaffer 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.