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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.5.2017.tde-01032017-123807
Document
Author
Full name
Andrea Fonseca da Cruz
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2016
Supervisor
Committee
Carvalho, Carlos Roberto Ribeiro de (President)
Rodrigues, Silvia Carla Sousa
Silva, José Felício da
Albuquerque, André Luiz Pereira de
Title in Portuguese
Desenvolvimento de um sistema FOT (Técnica de Oscilações Forçadas) e sua aplicação na avaliação da mecânica respiratória
Keywords in Portuguese
Complacência pulmonar
Mecânica respiratória
Oscilometria
Resistência das vias respiratórias
Respiração artificial
Abstract in Portuguese
INTRODUÇÃO: A avaliação da mecânica respiratória descreve as propriedades mecânicas do sistema respiratório (SR) através da determinação de índices úteis para avaliar a função pulmonar. Nos pacientes em ventilação mecânica, os métodos mais utilizados são o estático, por meio de pausas em que a resistência inspiratória (RINS) e a elastância estática (EST) são calculadas, e o dinâmico, onde a aplicação da equação do movimento (EM) dos gases estima a resistência (REM) e a elastância (EEM) do SR. Já nos indivíduos atentos e respirando espontaneamente, a espirometria e a pletismografia são as técnicas mais empregadas e a EM também é uma opção. A técnica de oscilação forçada (FOT) possibilita a medição da impedância mecânica do SR e seus componentes resistivos (RFOT), elásticos (EFOT) e inerciais, que têm sido utilizados na avaliação da mecânica respiratória. OBJETIVOS: Desenvolver um sistema FOT e avaliar sua aplicabilidade na monitorização da mecânica respiratória nos pacientes em ventilação mecânica e nos indivíduos em ventilação espontânea. MÉTODOS: Um sistema FOT composto de oscilador, módulo de sinais e softwares de aquisição e processamento foi desenvolvido e validado utilizando modelos mecânicos. Em suínos sob ventilação mecânica, o sistema FOT foi utilizado durante a titulação decrescente da pressão positiva ao final da expiração (PEEP) e a RFOT e EFOT em cada PEEP foi comparada com a REM e EEM. Em pacientes intubados e sob ventilação mecânica, o sistema FOT foi utilizado na PEEP, na pressão média e na pressão de platô do ciclo ventilatório. Nos pacientes a RFOT e EFOT, foram comparadas com a REM e EEM e também com a RINS e a EEST. Nos voluntários, a FOT foi superimposta à respiração espontânea e a RFOT e EFOT foi comparada com a REM e EEM obtidas por meio da pressão transpulmonar. RESULTADOS: A validação do sistema FOT nos modelos mecânicos foi bem-sucedida e resultou em valores próximos dos esperados. Nos seis suínos analisados, as diferenças encontradas entre a FOT e a EM tiveram origem principalmente na variabilidade de cenários e nos valores dos parâmetros fluxo, volume e pressão empregados em cada método. Nos quatro pacientes, as características dos métodos e a variabilidade dos parâmetros ventilatórios explicaram a maior parte das diferenças observadas. Nos quatro voluntários, assim como na literatura, os dados da FOT apresentaram valores maiores que os dados EM, porém, as causas ainda não foram totalmente esclarecidas. CONCLUSÕES: O sistema FOT foi desenvolvido conforme os requisitos de segurança, portabilidade e usabilidade. A impedância mecânica e seus componentes podem ser utilizados na avaliação da mecânica respiratória, mas sua comparação direta com outros métodos não é possível devido as diferenças intrínsecas dos métodos e principalmente pelos distintos valores de fluxo, volume e pressão encontrados em cada um dos métodos
Title in English
Development of a FOT system (Forced Oscillation Technique) and its application in evaluation of respiratory mechanics
Keywords in English
Airway resistance
Artificial respiration
Lung compliance
Oscillometry
Respiratory mechanics
Abstract in English
INTRODUCTION: The evaluation of respiratory mechanics describes the mechanical properties of the respiratory system (SR) through the determination of useful indexes to assess lung function. In mechanically ventilated patients, the most commonly used methods are: 1) static, through end-inspiratory and end-expiratory hold maneuvers, the resistance (RINS) and static elastance (EEST) are calculated; 2) dynamic, where the application of the equation of motion (EM) estimates the resistance (REM) and the elastance (EEM) of the SR. In spontaneously breathing individuals, spirometry and plethysmography are the most used techniques and EM is also an option. The forced oscillation technique (FOT) enables the measurement of the mechanical impedance of the SR and its resistive (RFOT), elastic (EFOT) and inertial components that have been used to assess respiratory mechanics. OBJECTIVES: Develop a FOT system and to evaluate its effectiveness in monitoring respiratory mechanics in mechanically ventilated patients and individuals in spontaneous ventilation. METHODS: A FOT system comprising the oscillator, the signal module and software for acquisition and processing were developed and validated using mechanical models. In pigs under mechanical ventilation, the FOT system was used during the positive end-expiratory pressure (PEEP) titration and RFOT and EFOT in each PEEP was compared with REM and EEM. In intubated and mechanically ventilated patients, the FOT system was used at the PEEP, mean pressure and plateau pressure of the ventilatory cycle. In patients, RFOT and EFOT were compared with REM and EEM and also with the RINS and EEST. In volunteers, the FOT was superimposed to the spontaneous breathing and RFOT and EFOT were compared with REM and EEM obtained with the transpulmonary pressure. RESULTS: The validation of the FOT system in the mechanical models was successful and resulted in values close to those expected. In the six pigs tested, the differences between the FOT and EM were due to the variability in the scenarios and in the values of the parameters flow, volume and pressure used in each method. In four patients evaluated, the characteristics of the methods and the variability of ventilatory parameters explained most of the differences observed. In our four volunteers, as well as in literature, the FOT data showed higher values that EM data, however, the causes have not yet been fully clarified. CONCLUSIONS: The FOT system was developed according to the safety, usability and portability requirements. The mechanical impedance and its components can be used to evaluate the respiratory mechanics, but its direct comparison to other methods is not possible due to intrinsic differences between methods and mainly by different values of flow, volume and pressure found in each method
 
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Publishing Date
2017-03-01
 
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