Electroencephalographic and electrocardiographic synchronic activation during sleep apneas detected using coherence wavelet method

Abstract

OBJECTIVE: Breath perturbations associated with sleep are accompanied by cortical micro-awakenings. Seventy per cent of them are visible by direct observation on the polysomnographic study. The remaining may be evaluated using techniques such as neural networks or by spectral analysis using Fourier's method. The objective was to establish whether the application of a dynamic mathematical method for polysomnographic tracing enables the identification of an association frequency of the electroencephalogram and the electrocardiogram as a response to breathing events. METHODS: Polysomnographs of 22 patients (14 males and 8 females) with sleep disordered breathing (SDB) and 3 normal subjects (2 males and 1 female). In order to establish the relationship between cortical activation (micro-awakening) and the electrocardiographic (ECG), both signals were analyzed. The mathematical method used consisted of a wavelet band decomposition of the electroencephalographic (EEG) and the ECG signals together with wavelet coherence. RESULTS: The most evident synchronisation pattern occurred between the ECG band corresponding to the high frequencies QRS complex and the EEG alpha band. A correlation was found between the micro-awakening frequency and the frequency of the maximum values of the correlation between the EEG alpha band and the ECG fast band. These frequencies represent synchronization times between 1.5 and 2.8 seconds. CONCLUSION: Above a cut point of 40 micro-awakenings/hour, the population with a significant myocardial activity was grouped showing a significant autonomic activity detectable in the polysomnographic tracing. When sleep fragmentation level is high, a significant myocardial activation appears.

OBJETIVOS: Perturbações respiratórias associadas ao sono são acompanhadas de microdespertares corticais. Setenta por cento destes são visíveis em observação direta no estudo polissonográfico. Os restantes devem ser avaliados por meio de técnicas como redes neurais ou análises espectrais que utilizem o método de Fourier. O objetivo deste estudo foi estabelecer se a aplicação de um método matemático dinâmico para análise do traçado polissonográfico possibilita a identificação da frequência de associação do eletroencefalograma e eletrocardiograma como resposta a eventos respiratórios. MÉTODOS: Polissonografias de 22 pacientes (14 homens e 8 mulheres) portadores de distúrbios respiratórios de sono e 3 indivíduos hígidos (2 homens e 1 mulher). Para estabelecer a relação entre ativação cortical (microdespertares) e eletrocardiograma, ambos os sinais foram analisados. O método matemático usado consiste de uma decomposição de banda wavelet dos sinais eletroencefalográficos e eletrocardiográficos juntos com coerência wavelet. RESULTADOS: O padrão de sincronização mais evidente foi observado entre a banda eletrocardiográfica correspondente aos complexos QRS de alta frequência e as bandas eletroencefalográficas alfa. A correlação foi encontrada entre a frequência de microdespertares e a frequência dos valores máximos da correlação entre banda eletroencefalográfica alfa e banda eletrocardiográfica rápida. Essas frequências representam tempos de sincronização entre 1,5 e 2,8 segundos. CONCLUSÃO: Acima do ponto de corte de 40 microdespertares por hora, a população que apresenta significante atividade miocárdica foi agrupada demonstrando significante atividade autonômica, detectada no traçado polissonográfico. Quando o nível de fragmentação do sono é alto, uma ativação miocárdica significante torna-se evidente.