Introdução: A poluição do ar é resultado de complexas interações que envolvem emissões de poluentes atmosféricos e que sabidamente causam consequências negativas para a saúde humana. De acordo com alguns estudos, a exposição à poluição, durante a gestação, pode afetar o peso ao nascimento, contudo, não há ainda conhecimento sedimentado sobre as janelas críticas de exposição à poluição durante a gestação e quais os efeitos no crescimento fetal e no fluxo placentário. Objetivos: Visando investigar, mais profundamente, o impacto da poluição na vida intrauterina, o objetivo deste estudo foi avaliar a influência da exposição à poluição, nos três trimestres da gestação, no crescimento fetal e na hemodinâmica feto-placentária avaliados no terceiro trimestre da gestação. Métodos: Foi realizado um estudo prospectivo com 386 gestantes, na cidade de São Paulo, intitulado ProcriAR. Os poluentes dióxido de nitrogênio (NO2) e ozônio (O3) foram medidos durante cada trimestre da gestação por meio da utilização de amostradores passivos individuais. No terceiro trimestre, foi realizada ultrassonografia fetal na qual foram avaliados: o diâmetro biparietal, a circunferência craniana, a circunferência abdominal, o comprimento do fêmur, o peso fetal, o índice de líquido amniótico e os índices de pulsatilidade (IP) de sonograma das artérias umbilical, cerebral média e uterinas. Foi realizada análise multivariada, controlada por idade materna, no momento da concepção, índice de massa corporal (IMC), paridade, tabagismo, consumo de álcool, cor, nível de escolaridade, estado civil, idade gestacional no momento do exame e sexo fetal. Resultados: Menor circunferência cefálica foi associada com a exposição ao O3 no primeiro trimestre (p = 0,012; beta = -0,005; intervalo de confiança de 95% (IC 95%), - 0,008, -0,001), e maior circunferência cefálica foi associada com a exposição ao NO2 no primeiro trimestre (p = 0,033; beta = 2,5 x 10-4; IC 95%, 2 x 10-5, 4,8 x 10-4). A exposição ao O3 no segundo trimestre foi associada a maiores valores de IP da artéria umbilical (p = 0,006; beta = 0,018; IC 95%, 0,005, 0,030), porém a exposição ao O3 no terceiro trimestre foi associada a menores valores de IP da umbilical (p = 0,004; beta = - 0,022; IC 95%, -0,037, - 0,007). Conclusão: Nossos resultados sugerem que, no ambiente de São Paulo, o O3 pode interferir no crescimento do polo cefálico e na resistência vascular placentária / Background: Air pollution may influence fetal growth and placental flow according to trimester-specific exposure. Objectives: To determine the influence of maternal air pollution exposure during each trimester of pregnancy on fetal growth and fetoplacental hemodynamics. Methods: ProcriAR, a prospective cohort study of 386 pregnant women, was conducted in the city of São Paulo. Nitrogen dioxide (NO2) and ozone (O3) were measured during each trimester using passive personal monitors. In trimester 3, we evaluated the biparietal diameter, head circumference, abdominal circumference, femur length, fetal weight, amniotic fluid index and Doppler velocimetry data of the umbilical, middle cerebral and uterine arteries. Multivariate analysis was performed, controlling for maternal age at conception, body mass index, parity, smoking, alcohol consumption, race, highest education level completed, and marital status and the fetus\'s gestational age and sex. Results: Reduced head circumference was associated with O3 exposure in trimester 1 (p = 0.012; beta = -0.005; 95% confidence interval (CI), -0.008, -0.001), and increased head circumference was associated with NO2 exposure in trimester 1 (p = 0.033; beta = 2.5 x 10-4; 95% CI, 2 x 10-5, 4.8 x 10-4). Exposure to O3 during the second and third trimesters was associated with higher (p = 0.006; beta = 0.018; 95% CI, 0.005, 0.030) and lower (p = 0.004; beta = -0.022; 95% CI, -0.037, -0.007) umbilical artery pulsatility values, respectively. Conclusion: Our results suggest that in the environment of São Paulo, O3 may interfere with fetal growth and vascular resistance

Introdução e Objetivos: A craniectomia descompressiva com duroplastia (CDD) reduz a mortalidade e melhora o prognóstico funcional em doentes com acidente vascular encefálico isquêmico (AVEi) hemisférico e proporciona a redução da pressão intracraniana. Entretanto, pouco se sabe sobre sua repercussão na hemodinâmica cerebral. O objetivo do presente trabalho é o de avaliar com a tomografia computadorizada com estudo de perfusão (TCP) as alterações hemodinâmicas nos doentes com AVEi após a CDD e identificar possíveis marcadores prognósticos substitutos. Métodos: Foram avaliados 27 doentes com AVEi com indicação de CDD. Os parâmetros hemodinâmicos da TCP estudados no período pré-operatório e em até 24h após a cirurgia foram: duração média de trânsito (DMT), volume sanguíneo encefálico (VSE) e fluxo sanguíneo encefálico (FSE). O desfecho primário utilizado foi a melhora ou a ausência de melhora hemodinâmica. Os desfechos secundários foram a escala de Rankin modificada em seis meses, dicotomizada como favorável (0-3) ou desfavorável (4-6); casos fatais em um mês e em seis meses. Resultados: 18 (70,3%) doentes eram do sexo feminino e 12 (44,4%) tinham idade superior a 55 anos. Houve melhora da DMT (queda de 8,74 para 8,24, p=0,01) e tendência a melhora do FSE (aumento de 22,37 para 25,26, p=0,06) após a CDD. Não houve diferença estatística em relação ao VSC (aumento de 2,14 para 2,26, p=0,33). A idade superior a 55 anos foi o preditor independente de prognóstico desfavorável (p=0,03) e a DMT pré-operatória, foi preditora hemodinâmica para mortalidade em seis meses (8,20 vs 9,23, p=0,04). Conclusões: A craniectomia descompressiva com expansão dural determinou melhora hemodinâmica na maioria dos doentes com AVEi hemisférico. A DTM préoperatória é um bom marcador substituto para a possibilidade de óbito em seis meses / Background and Objectives: Decompressive craniectomy (DC) reduces the mortality and improves the functional outcome in patients with malignant cerebral infarction (MCI). This procedure causes a decrease of the intracranial pressure, however, little is known about its impact in brain hemodynamics. Therefore, our goal is to study through CT perfusion the hemodynamics changes that may occur in patients with MCI after the DC. Methods: 27 patients with MCI treated with DC were studied. The CT perfusion hemodynamic parameters - the mean transit time (MTT), the cerebral blood volume (CBV) and cerebral blood flow (CBF) - were evaluated preoperatively and within the first 24 hours after the DC. The primary outcome measure was improvement or lack of improvement in cerebral hemodynamics. Secondary outcomes were the modified Rankin scale in 6 months, classified as favorable (0-3) and unfavorable (4-6); and, fatal cases at 1 month and 6 months. Results: 18 (70.3%) patients were female and 12 (44.4%) were older than 55 years. There was improvement of MTT (decrease from 8.74 to 8.24, p = 0.01) and a trend towards improvement of the CBF (increase from 22.37 to 25.26, p = 0.06) after DC. There was no statistical difference in the CBV before and after DC (increase from 2.14 to 2.26, p = 0.33). Patients over 55 years had poorer prognosis (p=0.03) and preoperative MTT was an independent hemodynamic predictor of mortality at 6 months (8.20 vs 9.23, p=0.04). Conclusions: DC improved cerebral hemodynamics in most patients with malignant ischemic stroke. Preoperative MTT seems to be a good marker for case fatality in 6 months

Introdução: Os anestésicos inalatórios empregados atualmente na prática clinica (isoflurano, sevoflurano e desflurano) possuem propriedades farmacocinéticas que favorecem rápida recuperação da anestesia, porém seu uso pode causar instabilidade hemodinâmica dose-dependente, relacionado à depressão direta da contratilidade miocárdica ou à hipovolemia relativa, derivado de um sequestro de sangue devido à vasodilatação do leito vascular periférico. Este estudo visa avaliar o comportamento da VPP durante a anestesia inalatória. Para tanto se utilizou três diferentes agentes inalatórios (isoflurano, sevoflurano e desflurano) em diferentes concentrações inaladas. Métodos: Foram utilizados 25 suínos divididos aleatoriamente em três grupos. Os animais foram submetidos à anestesia com o anestésico do respectivo grupo. Imediatamente após a determinação da CAM individual do agente inalatório em cada animal, ocorreu a primeira coleta de dados. O animal foi, então, exposto a diferentes níveis de CAM (1,0 CAM; 1,25 CAM) seguido por uma exposição decrescente de CAM (1,0 CAM); provocou-se então uma hemorragia correspondente a 30% da volemia e exposição a dois níveis de CAM (1,0 e 1,25), com 20 minutos em cada exposição. Ao final de cada período os valores ecocardiográficos e do VPP foram mensurados. A análise estatística foi realizada através de provas paramétricas empregando-se o método de comparações múltiplas para análise de variância com medidas repetidas (ANOVA). O grau de significância foi de 5% (p < 0,05). Resultados: Há aumento na variação de pressão de pulso com incremento de 25% na CAM dos anestésicos inalatórios (de 8±1 para 11±3% no grupo DESF, de 7±2 para 9±2 no grupo SEVO e de 9±4 para 10±3% no grupo ISO) sem diferença estatística entre os anestésicos. Apesar deste aumento na CAM e significativa hipotensão e queda no débito cardíaco, o aumento na VPP não torna o paciente responsivo a infusão de fluidos (o VPP permaneceu abaixo de 13%). Há pequena queda na PAM quando se eleva a CAM dos anestésicos em 25%, porém só há queda estatisticamente significativa no grupo DESF (de 84±7 para 68±12 mmHg). Não foram observadas alterações importantes em relação à contratilidade miocárdica. Conclusão: Observou-se que a VPP não é influenciada como o uso dos diferentes anestésicos inalatórios e apesar dos efeitos cardiovasculares esperados destes agentes, mantem-se a capacidade de demonstrar alterações de pré-carga mesmo em concentrações correspondentes a 1,25 CAM / Background: Inhalant anesthetics, such as isoflurane, sevoflurane and desflurane are widely used in daily clinical practice due to its pharmacological properties allowing a rapid recovery from anesthesia. Nevertheless, its use can lead to dose-dependent hemodynamic instability related to direct depression in myocardial contractility or to a relative hypovolemia caused by vasodilation of peripheral capillary bed. This study aims to evaluate the behavior of PPV during inhalant anesthesia. For this, three different anesthetics were used (isoflurane, sevoflurane and desflurane) with different inhaled concentrations. Methods: 25 young pigs were randomly assigned into three groups. Animals were anesthetized with its correspondent agent according to its group. After individual determination of minimal alveolar concentration (MAC), first data collection occurred. Pigs were then exposed to different MAC (1MAC and 1,25 MAC) followed by a decrease in MAC (1 MAC). At this point a 30% of estimated volemia hemorrhage was caused and pigs were exposed to a period of 1 MAC and after that 1,25 MAC. Each period lasted 20 minutes. At the end of each period, hemodynamic parameters and echocardiography were collected. Data were submitted to analysis of variance for repeated measures (ANOVA). P<0,05 was considered statistically significant. Results: There was an increase in PPV when with 1,25 MAC of all anesthetics. (from 8±1 to 11±3% in group DESF, from 7±2 to 9±2 in group SEVO and from 9±4 to 10±3% in group ISO), but without statistical difference among groups. Although there was an increase in PPV, followed by hypotension and drop in cardiac index, patients werent fluid responsive with a 25% increase in MAC, since PPV was lower than 13%. The decrease in blood pressure followed by 1,25MAC was only significant in DESF group (from 84±7 to 68±12 mmHg). No important alterations related to myocardial contractility were observed. Conclusion: PPV is not influenced by the use of different inhalant anesthetics and although there are cardiovascular effects of these agents which are expected, and were able to demonstrate alterations in preload even in concentration of 1,25 MAC

Made available in DSpace on 2016-08-10T10:57:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Edison Nunes Pereira.pdf: 2680988 bytes, checksum: 2c09ac181f36ff093474c57fcd59da95 (MD5) Previous issue date: 2015-08-11 / In Goiás, the Ecological walk takes place annually and is an unique event for its distance (310km) and dynamics of performance (average of 62km-day for 5 days, average speed 7.6Km-h). Although the beneficial effects of moderate exercise are well known, the effects of intense exercise with long duration, as the Ecological walk, have not been well studied. This study aimed to verify the effects of prolonged exercise in central blood pressure and the correlation of these parameters with age. A total of 25 men were included in the study. The central blood pressure was measure datbaseline (A0), on the 2nd (A2), 3rd (A3) and 4th (A4) days of walk after the daily stop for night rest. The following parameters were measured: peripheral and central systolic and diastolic blood pressure, peripheral and central pulse pressure, pulse pressure amplified, 75% augmentation index, pulse wave velocity and vascular resistance. An oscillometric device from Mobil The Graphi® (IEM Stolber, Germany) was used. To compare the parameters between the daily measurements we used ANOVA for repeated measures followed by Bonferrroni post hoc and Pearson test for correlation. We considered significant p<0.05. We assessed 25 athletes with mean age 45.3±9.1.Central systolic blood pressure, reduced from A0 (113.8±2.1mmHg) to A3 (105.7±1.6mmHg) (p=0.035) and increased from A3 (105.7±1.6mmHg) to A4 (111.5±1.6mmHg) (p=0.006). The central diastolic blood pressure reduced from A0 (80.3±1.9mmHg) to A3 (74.3±1.5mmHg) (p=0.018)and A2 (78.6±1) to A3 (74.3±1.5mmHg) (p=0.036) and increased from A3 (74.3±1.5mmHg) for A4 (78.6±1.7mmHg) (p=0.014). The peripheral systemic blood pressure decreased from A0 (127.9±2.6 mmHg) to A2 (115.6±1.9mmHg) (p=0.002); to A3 (115.6±1.7mmHg) (p=0.003) and A4 (118.6±1.5mmHg) (p=0.007). The peripheral diastolic blood pressure reduced from A0 (78.7±1.9mmHg); from A3 (73.0±1.4mmHg) (p=0.018); A2 (77.4±1.1mmHg) to A3 (73.00±1.4mmHg) (p=0.040); and increased from A3 (73.0±1.4mmHg) to A4 (77.4±1.6mmHg) (p=0.010). The variables correlated with age were the central systemic blood pressure (A0), Peripheral pulse pressure (A3) and pulse wave velocity. Blood pressure decreased in the early days of walking, returning close to baseline at the end of the competition. Pulse wave velocity was strongly correlated with age. / Em Goiás, a caminhada Ecológica ocorre anualmente e é um evento único por sua distância (310 km) e dinâmica de realização (média de 62km-dia em 5 dias, média de 7,6 km-h). Apesar de os efeitos benéficos do exercício moderado serem bem conhecidos, os resultados de exercícios intensos e de longa duração, como a Caminhada Ecológica, ainda não foram muito estudados. O presente estudo teve o objetivo de verificar os efeitos do exercício físico prolongado nos parâmetros da medida central da pressão arterial e correlacionar esses parâmetros com a idade. Participaram do estudo 25 homens. Foi efetuada a medida central da pressão arterial para avaliar a participação (A0), nos 2º (A2), 3º (A3) e 4º (A4) dias de caminhada, após a parada diária para descanso noturno. Com essa medida foram obtidos os seguintes parâmetros: pressão arterial sistólica e diastólica periférica e central, pressão de pulso periférica e central, pressão de pulso amplificada, augmentation índex 75%, velocidade de onda de pulso e resistência vascular. Foi utilizado o dispositivo oscilométrico Mobil O Graphi® (IEM, Stolber, Alemanha). Para a comparação dos parâmetros entre os dias avaliados, foi usada a ANOVA para medidas repetidas, seguida de post hoc de Bonferrroni e para a correlação foi aplicado o teste de Pearson. Considerou-se como significativo p<0,05. Foram considerados 25 atletas com idade média de 45,3±9,1 anos. A medida central da pressão arterial sistólica reduziu de A0 (113,8±2,1mmHg) para A3 (105,7±1,6mmHg) (p=0,035) e aumentou de A3 (105,7±1,6mmHg) para A4 (111,5±1,6mmHg) (p=0,006). A medida central da pressão arterial diastólica diminuiu de A0 (80,3±1,9 mmHg) para A3 (74,2±1,0mmHg)(p=0,018) e A2 (78,2±1,9) para A3 (74,3±1,5mmHg) (p=0,036) e aumentou da A3 (74,3±1,5mmHg) para A4 (78,6±1,7mmHg) (p=0,014). A medida da pressão arterial sistólica periférica apresentou redução de A0 (127,9±2,6mmHg) para A2 (115,6±1,9mmHg) (p=0,002) para A3 (115,6±1,7mmHg) (p=0,003) e para A4 (118,6±1,5mmHg) (p=0,007). A medida periférica da pressão arterial diastólica reduziu de A0 (78,7±1,9mmHg) para A3 (73,0±1,4mmHg) (p=0,018); de A2 (77,4±1,1mmHg) para A3 (73,00±1,4mmHg) (p=0,040) e aumentou de A3 (73,0±1,4mmHg) para A4 (77,4±1,6mmHg) (p=0,010). As variáveis que apresentaram correlação com a idade foram a pressão arterial sistólica central (A0), a pressão de pulso periférica (A3) e a velocidade de onda de pulso. A pressão arterial teve queda nos primeiros dias de caminhada, retornando próxima aos valores basais no final do percurso. A velocidade de onda de pulso correlacionou-se fortemente com a idade.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:51:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissertationDRGolbert_versao_final.pdf: 9706339 bytes, checksum: 45a86747e8469ad89e82dc19d8322037 (MD5) Previous issue date: 2009-03-25 / Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / The goal of this work is to study de modeling of incompressible fluid flows through the Lattice-Boltzmann method (LBM). In this class of methods the equations based on mesoscopic kinetics allow us to model the macro-continuum behavior of the fluid dynamics. Therefore, a theoretical study of the LBM is performed including the analyses of different equilibrium distributions, lattice models, its relationships with the Boltzmann equation as well as its asymptotic approximation to the Navier-Stokes equations. On the other hand, aspects related to the imposition of boundary conditions are also studied, identifying adequate procedures to the problems here presented. Posteriorly, a detailed study of numerical nature about the performance of the LBM in the computational simulation of fluid flows is developed, involving stationary and transient problems, for cases in 2D and 3D. Once we have insight on the main characteristics of the model, techniques for the tuning of LBM's parameters are introduced with the purpose of attaining consistent and reliable results, according to the physical conditions of the problems under consideration. These techniques are employed with emphasis in 3D time dependent problems, whose characteristics are similar to those found in the blood flow modeling in arteries. / O objetivo deste trabalho é estudar a modelagem do escoamento de fluidos incompressíveis mediante o método de Lattice-Boltzmann (LBM). Nesta classe de métodos as equações baseadas na cinética mesoscópica nos permitem modelar o comportamento macro-contínuo da dinâmica de fluidos. Desta forma, realiza-se um estudo teórico do LBM incluindo a análise de diferentes distribuições de equilíbrio, modelos de lattice, suas relações com a equação de Boltzmann assim como sua aproximação assintótica às equações de Navier-Stokes. Por outro lado, estudam-se os aspectos relacionados à imposição de condições de contorno identificando procedimentos adequados para os problemas aqui tratados. Posteriormente, realiza-se um estudo detalhado de caráter numérico sobre o desempenho do LBM na simulação computacional de escoamentos de fluidos, envolvendo problemas estacionários e transientes, para casos em 2D e 3D. A partir do conhecimento das características do modelo, desenvolvem-se técnicas para efetuar a calibração dos parâmetros do LBM visando à obtenção de resultados coerentes e confiáveis de acordo às condições físicas do problema. Estas técnicas são empregadas com ênfase em problemas 3D dependentes do tempo, e cujas características são similares às encontradas na modelagem do escoamento sanguíneo em artérias.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:57:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese part1.pdf: 16560182 bytes, checksum: b1b85ba9cf99cc97cd1daa82ff037abf (MD5) Previous issue date: 2013-05-10 / This work presents an anatomically detailed arterial network model denoted by the acronym ADAN. The ADAN is a computational model of the human arterial system provided by an unprecedented anatomically detailed arterial network in cardiovascular research and carried out in order to simulate blood flow. This work is focused in two main points: (1) the complexity of the arterial network on top of which a one-dimensional mathematical model is used to perform blood flow simulations and (2) the boundary conditions of the one-dimensional model for which criteria and methodologies were developed to define and impose an effective blood flow distribution. With regard to topologial aspects, the anatomically-based arterial network comprises almost all arteries reported in the medical literature. In other words, this is the most complete human arterial model developed up to date. The ADAN model includes 2142 vessels from the vasculatures of the the head, trunk, limbs, abdominal organs, brain an heart. The develpment of this detailed arterial network needed the anatomical literature approved by the medical comunity and practices of anatomy by means of dissections of real specimens as well. The blood flow is modeled as flow of an incompressible fluid through compliant vessels. A one-dimensional approximation of blood flow is adopted in order to describe the flow rate, pressure and arterial lumen through the arterial tree in a distributed way. In order to deal with the boundaries conditions at the end points where the network was truncated, an innovative approach based on the Vascular Territories Theory was developed taking into account stringent physiological and anatomical criteria. Moreover, an algorithm for indetification of vascular territories resistances was also developed. Those two main points provided such a model of the arterial system able to simulate and to predict hemodynamics results at impossible placements through the existing models up to now. Besides, as result of an comprehensive research to find geometrical parameters of the model, the present work provides an wide morphometrical database of the human arterial system. The ADAN model can be used by medical doctors, physiologists, biomedical engineers and cardiovascular researchers as a computational hemodinamics laboratory of the entire human arterial tree. In addition, almost as a corollary, the ADAN model can also be explored for medical educational purposes. / Este trabalho apresenta um modelo anatomicamente detalhado da rede arterial humana denominado pelo acrônimo ADAN. O ADAN é um modelo computacional do sistema arterial provido de um detalhamento anatômico sem precedentes na área da pesquisa em modelagem cardiovascular, desenvolvido para fins de simulações hemodinâmicas. O foco do trabalho está: (1) na complexidade da rede arterial sobre a qual se utiliza um modelo matemático unidimensional para simular o escoamento sanguíneo e (2) na modelagem das condições de contorno do problema de forma a prover critérios e metodologias para definir e impor uma dada distribuição efetiva do fluxo de sangue. Para tratar o aspecto da topologia, foi desenvolvida uma rede arterial com base na anatomia descritiva contendo a quase totalidade das artérias conhecidas e catalogadas na literatura médica, o que implica no modelo arterial humano mais completo já desenvolvido. Isto inclui 2.142 vasos que abrangem desde a vascularização da cabeça, tronco e membros até a rede arterial dos órgãos abdominais, cérebro e coronárias. No desenvolvimento desta rede arterial detalhada foram empregadas as referências anatômicas mais recomendadas e adotadas pela comunidade médica, assim como foram realizadas sessões práticas de estudos da anatomia humana em espécimes reais. O escoamento sanguíneo é modelado como o fluxo de um fluido incompressível em vasos complacentes. Uma aproximação de escoamento unidimensional é adotada, o que permite descrever de forma distribuída o fluxo, pressão e lumem arterial ao longo de toda a árvore. Para tratar o aspecto das condições de contorno em segmentos terminais onde a rede foi truncada, foi desenvolvida uma metodologia inovadora com base na Teoria dos Territórios Vasculares, levando em conta rigorosos critérios da anatomia vascular periférica e da fisiologia. Além disso, foi desenvolvido um procedimento algorítmico para a identificação dos parâmetros resistivos do modelo Windkessel para os leitos periféricos. Assim, estes dois aspectos citados conduziram a um modelo do sistema arterial capaz de simular, descrever e predizer resultados hemodinâmicos em regiões anatômicas antes impossíveis pelos modelos existentes. Além disso, como resultado de uma extensa pesquisa no processo de calibração geométrica do modelo, o trabalho disponibiliza uma ampla base de dados morfométricos da rede arterial humana, cujas informações, até o momento, somente eram encontradas em publicações dispersas tanto da literatura médica quanto da modelagem do sistema cardiovascular. O modelo ADAN da rede arterial humana pode ser utilizado com um laboratório de hemodinâmica computacional com um nível de abrangência tal que possa ser empregado por médicos, fisiologistas, engenheiros biomédicos ou outros profissionais envolvidos com a pesquisa cardiovascular. Além disso, quase como um corolário, o modelo ADAN presta-se, ainda, para finalidades didáticas na formação de recursos humanos em medicina, uma vez que possui características de um atlas tridimensional interativo e provido de modelo matemático-computacional da rede arterial humana.

Submitted by Maria Cristina (library@lncc.br) on 2016-07-28T15:01:01Z No. of bitstreams: 1 ThesisGAresFrente.pdf: 14194206 bytes, checksum: 2e35ae71aaffd676ba8015d68298aca6 (MD5) / Approved for entry into archive by Maria Cristina (library@lncc.br) on 2016-07-28T15:01:19Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ThesisGAresFrente.pdf: 14194206 bytes, checksum: 2e35ae71aaffd676ba8015d68298aca6 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-28T15:01:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ThesisGAresFrente.pdf: 14194206 bytes, checksum: 2e35ae71aaffd676ba8015d68298aca6 (MD5) Previous issue date: 2016-04-11 / Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (FAPERJ) / This thesis is concerned with two major problems arising in the modeling of the cardiovascular system. The first topic consists in a comprehensive approach for the simulation of arterial blood flow and its effect on the stress state of the arterial wall, and the second topic is concerned with the in-vivo characterization of residual deformations in arterial wall tissues, based on data provided by medical images. Specifically, regarding the first topic, an original modeling framework is proposed for the treatment of hemodynamic problems with increased realism, featuring a combination of several modeling techniques in order to account for i) the fact that the initial (image-based) geometry corresponds to a configuration which is at equilibrium with an internal pressure acting over the lumen, and with tethering forces located at the artificial (axial) boundaries delimiting the arterial region of interest; ii) the fluid-structure interaction problem; iii) the complex constitutive behavior of the arterial wall; iv) the influence of surrounding tissues; v) the interaction of the vessel with the rest of the cardiovascular system; and iv) the influence of residual stresses. In order to tackle the issues described above, the preload mechanical problem is solved in a first stage, finding the zero-load material configuration which is employed to define suitable constitutive equations. This is performed by finding the solution for the mechanical equilibrium of the given image configuration considering the vessel at this state to be loaded by an internal baseline pressure and an axial traction (caused by tethering forces) at the artificial boundaries. It is worthwhile to mention that this axial traction is such that a previously defined pre-stretch level is considered on the equilibrium image configuration. Once the reference configuration is obtained, the complete 3D fluid-structure interaction simulation is carried out, coupled with a dimensionally reduced 1D model of the rest of the cardiovascular system. Strong coupling via fixed-point iterations is achieved for the fluid-structure interaction, while the dimensionally heterogeneous coupling is achieved through a Broyden method. Regarding the constitutive modeling, a fiber-reinforced hyperelastic constitutive law is considered. Furthermore, through the analysis of several numerical examples, the sensitivity with respect to the existence of the preload stresses is assessed to quantify the importance of this issue. These results indicate that the stress state of the arterial wall is strongly influenced by the existence of preload. Therefore, the consideration of such preload state is mandatory for the prediction of stresses in arterial tissue. For the second topic, a conceptual framework is presented for the in-vivo estimation of residual deformations and stresses. As a given data, a set of known configurations for an arterial segment is considered, which can potentially be obtained from medical imaging techniques. The mechanical equilibrium equations corresponding to such configurations are introduced through a variational approach, highlighting the role of the residual deformations and associated stresses. In this context, a cost functional is proposed to measure the imbalance of the mechanical setting arising from the consideration of inconsistent residual deformations, based on the generalized residuals of the associated variational equations. Then, the characterization of residual deformations becomes an optimization problem, focused on the minimization of this cost functional. For this purpose, a simple gradient descent method and an interior-point algorithm for constrained optimization are explored in this work. The proposed methodology is tested using three numerical examples based on manufactured solutions, a simple clamped bar, a thick-walled cylinder and a three-layered aorta artery. The obtained results are promising and suggest that the present method (or variants based on the present ideas), when coupled with adequate image acquisition techniques, could successfully lead to the in-vivo identification of residual deformations. / Esta tese aborda dois problemas de relevância na modelagem do sistema cardiovascular humano. O primeiro tema consiste no desenvolvimento de um enfoque abrangente para a simulação do escoamento sanguíneo e sua interação com a parede arterial, e o segundo tópico é a caracterização in-vivo de tensões e deformações residuais na parede arterial baseada em dados fornecidos por imagens médicas. De maneira específica, em relação ao primeiro tópico, um marco de modelagem é proposto para o tratamento de problemas hemodinâmicos com um alto grau de realismo, apresentando uma combinação de diferentes técnicas de modelagem para levar em conta i) o fato que as geometrias iniciais obtidas a partir de imagens médicas são correspondentes a um sistema de carregamentos não nulos, definido pela existência da pressão interna no lumen e de tensões axiais localizadas nos contornos artificiais do segmento arterial; ii) o problema de interação fluido-estrutura; iii) o complexo comportamento constitutivo da parede arterial; iv) a interação do segmento de interesse com o resto do sistema cardiovascular; e v) a influência dos tecidos circundantes; e vi) a existência de tensões residuais. Para a abordagem das questões descritas acima, o problema mecânico de precarregamento é resolvido em uma primeira etapa, encontrando a configuração material de carregamento nulo onde as equações constitutivas são usualmente definidas. Isto é realizado encontrando a solução do problema de equilíbrio mecânico da estrutura arterial dada, considerando que o vaso está submetido a um nível de pressão de base e uma tração axial nos contornos artificiais. Vale a pena ressaltar que esta tração axial é correspondente a um nível de pre-estiramento previamente definido. Uma vez que a configuração de referência é obtida, a simulação fluido-estrutura 3D é realizada, acoplada com um modelo dimensionalmente reduzido do resto do sistema cardiovascular. Um acoplamento forte através de iterações de ponto fixo é empregado para representar a interação fluido-estrutura, equanto o acoplamento entre modelos dimensionalmente heterogêneos é conseguido usando um método tipo Broyden. Em relação à modelagem constitutiva, um modelo hyperelástico reforçado com fibras é considerado. Além disso, através da análise de vários exemplos numéricos, a sensibilidade com relação à existência de precarregamentos é quantificada para remarcar a relevância desta questão. Tais resultados indicam que o estado de tensão da parede arterial é fortemente influenciado pela existência de precarregamentos. Assim sendo, levar em consideração esse estado de precarga é fundamental para a predição de tensões no tecido arterial. Em relação ao segundo tópico, um marco conceptual é apresentado para estimação de tensões e deformações residuais. Consideramos que os dados são um conjunto de configurações de um segmento arterial, as quais poderiam ser obtidas a partir do uso de técnicas de adquisição e , processamento e segmentação de imagens. Utilizando um enfoque variacional, são apresentadas as equações de equilíbrio mecânico para as configurações conhecidas, acentuando o papel desempenhado pelas deformações residuais. Neste contexto, apresenta-se um funcional custo que mede o desbalance mecânico que é originado se um campo de deformações residuais inconsistente é admitido. Este funcional custo está baseado no resíduo generalizado das equações variacionais previamente mencionadas. Como consequência, o problema de estimação de deformações residuais é transformado em um problema de otimização, no qual se procura minimizar o funcional custo proposto. Com este objetivo, neste trabalho de tese são considerados dois métodos, um método de gradiente e um algoritmo de ponto interior para problemas que apresentam restrições. A metodologia proposta é testada em três exemplos numéricos baseados em soluções manufaturadas: um barra engastada, um cilindro de parede grossa, e uma artéria aorta composta por três camadas. Os resultados obtidos são promissores e sugerem que o método apresentado (ou variantes baseadas nas ideias aqui mostradas) junto com técnicas adequadas para a adquisição de imagens podem conduzir à identificação in-vivo de deformações residuais.

A hipertensão arterial pulmonar (HAP) é uma doença que acomete o território vascular pulmonar, gerando incapacidade funcional e falência cardíaca progressiva. Diversos marcadores de resposta têm sido desenvolvidos para a avaliação dos pacientes com HAP frente às novas modalidades terapêuticas desenvolvidas nos últimos anos, entre os quais o teste de caminhada de seis minutos é o mais utilizado. Embora seja simples, possui algumas limitações inerentes à técnica padrão, como por exemplo a necessidade de espaço físico adequado para sua realização. O objetivo deste trabalho foi elaborar e validar um protocolo de caminhada na esteira para a avaliação de pacientes com HAP. Os resultados mostraram correlação da distância caminhada em esteira com os dados hemodinâmicos, assim como com a classificação funcional e com a distância caminhada no solo. Além disso, a distância percorrida no teste em esteira apresentou correlação significativa com a sobrevida, confirmando portanto, sua correlação com a gravidade da doença. A inalação de óxido nítrico(NO) durante o teste de caminhada levou a variações compatíveis com as variações hemodinâmicas frente à mesma dose de NO, sugerindo que o protocolo em questão possa refletir intervenções terapêuticas. Conclui-se que o protocolo de caminhada na esteira é um marcador funcional e prognóstico para pacientes com HAP, constituindo-se em um instrumento útil na avaliação de rotina de pacientes com HAP. / Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a disease affecting the pulmonary arterial territory leading to progressive functional impairment and heart failure. Many different surrogate markers have been studied to evaluate PAH patients under the different treatment strategies that have been developed during the last decade. Among these markers, the six-minute walk test is the most used one. Although simple, many limitations exist mainly related to the need of appropriate physical area to perform the test properly. The aim of this study was to develop and validate a treadmill six-minute walk test for PAH patients evaluation. The developed protocol well correlated with other markers of disease severity as invasive hemodynamic data, functional class and even the distance walk at the hallway six minute walk test. Furthermore, the treadmill walked distance was associated to survival thus strengthening its ability to reflect disease severity. Nitric oxide (NO) inhalation during the treadmill walk test led to a variation in the walked distance proportional to the hemodynamic changes induced by the same dose of inhaled NO, suggesting that the developed protocol may be able to reflect at least acute therapeutical interventions. We conclude that the treadmill six minute walk test is a useful prognostic and functional marker for the routine evaluation of PAH patients.

Objetivo: Determinar a relação entre a &#916;PP e a responsividade à expansão volêmica em equinos anestesiados com isoflurano e mecanicamente ventilados. Método: Em estudo prospectivo, oito cavalos Árabes saudáveis (366,5 &#177; 22,7kg) foram anestesiados. Todos os animais foram aleatoriamente alocados em dois grupos: (I) restrição hídrica de 14h; (II) restrição hídrica de 14h mais pneumoperitôneo de 12mmHg. Anestesia foi induzida com detomidina, diazepam e cetamina e mantida com isoflurano a 1,6% (I) e 1,3 % (II) em todos os animais mecanicamente ventilados (VTexp 14mL/kg) e posicionados em decúbito dorsal. I - Após 30 minutos da indução anestésica foi coletado os parâmetros basais (TBasal) e os animais submetidos a desafio volêmico (DV) com Ringer com Lactato de sódio (15 mL/kg, 15 min) (T1). Animais responsivos (DC > 15%) receberam até dois DV adicionais (T2 e T3, respectivamente). Caso considerado não responsivo, foi administrada dobutamina titulada para PAM 65-75 mmHg por 15 minutos (T4) e após foi realizado novo DV (T5). II Ídem acima, porém após TBasal foi instituído pneumoperitônio (12mmHg) por 15 minutos (PNP) e os desafios realizados com pneumoperitônio. Após (T5), foi descontinuada a hiperdistenção abdominal e coletado os valores (T6). Resultados: FaseI: Não houve aumento significativo no IC em T1 e T4. Porém, houve aumento de 16,5% após novo DV (T5). Não houve aumento significativo na PAM em T1. Porém houve aumento em T4, sem aumento adicional após novo DV (T5). Os valores de &#916;PP e &#916;PS reduziram em T4, T5 e em T1, T4 e T5, respectivamente, em relação ao valor basal. Porém não houve diferença estatística quando comparados animais responsivos dos não responsivos. Houve aumento de 293% da PVC em T1, mantendo se acima do valor basal por todos os demais momentos. A AUC obtida através da curva ROC foi de 0,83, 0,83 e 0,40 para &#916;PP, PAM e PVC, respectivamente para T1 e T2; e 0,55, 0,69 e 0,65 incluíndo T5. FaseII: Não houve alteração significativa no IC e &#916;PP em todos os tempos observados. Houve aumento significativo na PAM em relação a Tbasal após DV sob pneumoperitônio (T1). Aumento adicional foi observado após novo desafio volêmico (T5). Os valores de PS reduziram somente após descontinuado pneumoperitônio (T6). Porém não houve diferença estatística quando comparados animais responsivos dos não responsivos. Houve aumento de 363% da PVC após pneumoperitônio (PNP), com aumento adicional de 189% após DV em T1, mantendo se acima do valor basal por todos os demais momentos. Novo aumento foi observado em T5, retornando para valores similares a PNP em T6. A AUC obtida através da curva ROC foi de 0,64, 0,50 e 0,29 para &#916;PP, PAM e PVC, respectivamente para T1 e T2; e 0,71, 0,64 e 0,61 incluíndo T5. Conclusão: Utilizando a metodologia empregada, o &#916;PP não mostrou ser índice preditivo de responsividade volêmica em equinos anestesiados com isoflurano e mecanicamente ventilados, ocorrendo piora quando empregado pneumoperitônio de 12 mmHg. O emprego da dobutamina também reduziu a sensibilidade/especificidade deste índice. Portanto, acredita-se que o uso desta ferramenta seja limitado na espécie equina / Objective: To determine the relationship between &#916;PP and fluid responsiveness in mechanically ventilated isoflurane anesthetizes horses. Method: In a prospective study, 8 adult healthy Arabian horses (366.5 &#177; 22.7kg) were anesthetized. All animals were randomly submitted in two groups: (I) 14h of water restriction; (II) 14 h of water restriction associated with 12mmHg of pneumoperitoneum. Anesthesia was induced with detomidine, diazepam and ketamine and maintained with 1.6% (I) or 1.3% (II) end-tidal concentration of isoflurane and all animals were placed dorsal recubency and mechanically ventilated (VTexp 14mL / kg). I - Baseline parameters was collected (TBasal) after 30 minutes of anesthetic induction and animals subjected to blood fluid challenge (VE) with lactate Ringer solution (15 mL / kg, 15 min) (T1). Responsive animals (DC> 15%) received up to two additional VE (T2 and T3, respectively). Dobutamine was given titrated to achieve PAM 65-75 mmHg for 15 minutes (T4) if animals were considered unresponsive. After was submitted to a new VE (T5). II - As described above, with difference after TBasal was established pneumoperitoneum (12 mmHg) for 15 minutes (PNP) and the challenges were realized in animals with pneumoperitoneum. After (T5) abdominal distension was discontinued and collected all values (T6). Results: Phase I: There was no significant increase in CI at T1 and T4. However an increase of 16.5% after new VE (T5). There was no significant increase in MAP at T1. But there was an increase at T4 with no further increase after new VE (T5). &#916;PP and &#916;PS values decreased compared to TBasal at T4, T5 and T1, T4 and T5, respectively. But there was no statistical difference when compared responsive with unresponsive animals. There was an 293% increase of PVC at T1, keeping above the baseline for all other times. The AUC obtained from ROC curve was 0.83, 0.83 and 0.40 for &#916;PP, PVC and CVP respectively for T1 and T2; and 0.55, 0.69 and 0.65 including T5. Phase II: No significant change in CI and &#916;PP in all observed times. Significant increase in MAP compared with Tbasal after DV under pneumoperitoneum (T1) was observed. With additional increase after new VE (T5). &#916;PS values reduced only after discontinued pneumoperitoneum (T6). However there was no statistical difference when compared responsive with unresponsive animals. There was an 363% increase of PVC after pneumoperitoneum (PNP), with an additional increase of 189% after DV at T1, keeping above the baseline for all other times. Further increase was observed in T5, returning to values similar to PNP at T6. The AUC obtained from the ROC curve was 0.64, 0.50 and 0.29 for &#916;PP, PVC and &#916;PS respectively for T1 and T2; and 0.71, 0.64 and 0.61 including T5. Conclusion: With the methodology employed, the PP not shown to be a predictor of responsiveness volume in horses anesthetized with isoflurane and mechanically ventilated, occurring worsening when used pneumoperitoneum 12 mmHg. The use of dobutamine also reduced the sensitivity / specificity of this index. Therefore the use of this this tool appears limited in horses

O treinamento de caminhada (TC) é recomendado para o tratamento de indivíduos com claudicação intermitente (CI) porque melhora a capacidade de caminhada. Além disso, seria interessante que o TC também promovesse modificações benéficas no sistema cardiovascular, pois os eventos cardiovasculares são a principal causa de morte nestes indivíduos. No entanto, os efeitos cardiovasculares do TC em indivíduos com CI foi pouco estudado. Assim, o objetivo deste estudo foi verificar o efeito do TC sobre o risco, a função e a regulação cardiovasculares em indivíduos com CI. Quarenta e dois indivíduos com CI foram divididos de forma aleatória em 2 grupos: controle (GC, n=20, sessões de 30 min de alongamento) e treinamento de caminhada (GT, n=22, 15 séries de 2 min de caminhada em intensidade correspondente à frequência cardíaca (FC) do limiar de dor intercalados por 2 min de repouso passivo). Nos dois grupos, a intervenção foi realizada 2 vezes/semana durante 12 semanas consecutivas. No início e ao final do estudo, os indivíduos realizaram as seguintes avaliações: glicemia e perfil lipídico de jejum; índice de massa corporal; capacidade de caminhada; consumo de oxigênio no 1º estágio e no pico do teste de esforço; índice tornozelo-braço (ITB) de repouso; janela isquêmica após teste ergoespirométrico; pressão arterial (PA) em repouso (auscultatória) e de 24 horas (oscilométrica); débito cardíaco (DC - reinalação de CO2); FC (ECG); volume sistólico (VS); resistência vascular (RV) sistêmica, do antebraço e da perna (plestismografia); componentes de alta (AF) e baixa (BF) frequência da variabilidade da FC; e sensibilidade barorreflexa espontânea (SBR). Mudanças significantes (P<0,05) ao longo do tempo e entre os grupos foram verificadas pela análise de variância ANOVA de dois fatores para medidas repetidas. O TC aumentou significantemente a capacidade de caminhada (&Delta;=+302±85m) e a SBR (&Delta;=+2.13±1.07 ms/mmHg), e diminuiu o VO2) no 1º estágio do teste (&Delta;=-1,8±0,4ml.kg-1.min-1), a janela isquêmica (&Delta;=- 0,40±0,38mmHg.min.m-1), a PA média (&Delta;=-5±2mmHg), a variabilidade da PA média de 24h (&Delta;=-0,8±0,2mmHg), o DC (&Delta;=-0.37±0.24L/min), a FC (&Delta;=- 4±2bpm), a RV do antebraço (&Delta;=-8.5±2.8 U) e a razão BF/AF (&Delta;=-1.24±0.99). A glicemia, o perfil lipídico, o índice de massa corporal, o VO2) pico, o ITB de repouso e a RV sistêmica e da perna não foram modificadas pelo TC. Não houve mudança em nenhuma variável no GC. Em conclusão, o TC melhorou a capacidade de caminhada, a economia de caminhada e a janela isquêmica. Além disso, o TC melhorou a função (PA, DC, FC e RV antebraço) e a regulação (BF/AF e SBR) cardiovasculares em indivíduos com CI. Estas alterações fornecem suporte adicional para a utilização do TC no tratamento de indivíduos com CI / Walking training (WT) is recommended for the treatment of patients with intermittent claudication (IC) because it improves walking capacity. Moreover, it would be interesting that WT also promotes beneficial changes on cardiovascular system, since cardiovascular events are the main causes of death in these patients. Nevertheless, the effects of WT on cardiovascular system in patients with IC have been poorly studied. Thus, the objective of this study was to investigate the effects of WT on cardiovascular risk, function and regulation in patients with IC. Forty-two IC patients were randomly divided into 2 groups: Control (CG, n=20, 30 min of stretching exercises) and walking training (TG, n=22, 15 sets of 2:2-min walk:rest at the heart rate (HR) of pain threshold). In both groups, the intervention was performed twice/week for 12 consecutive weeks. At the beginning and end of the study, the following measured were done: fasting glycemia and lipid profile; body mass index; walking capacity; VO2 at the first stage and the peak of a treadmill test; ankle brachial index (ABI); ischemic window after maximal test; resting (auscultatory) and 24-hour (oscillometric) blood pressure (BP); cardiac output (CO - CO2 rebreathing); heart rate (HR - ECG); stroke volume (SV); systemic, forearm and leg vascular resistance (VR - plethysmography); low- (LF) and high-frequency (HF) components of HR variability; and spontaneous baroreflex sensitivity (SBS). Significant changes (P<0.05) over time and between groups were assessed by 2-way ANOVA for repeated measures. WT significantly increased walking capacity (&Delta;=+302±85m) and SBS (&Delta;=+2.13±1.07 ms/mmHg), and decreased VO2 at the first stage of treadmill test (&Delta;=-1.8±0.4ml.kg-1.min-1), ischemic window (&Delta;=-0.40±0.38mmHg.min.m-1), mean BP (&Delta;=-5±2mmHg), ambulatory mean BP variability (&Delta;=-0,8±0,2 mmHg), CO (&Delta;=-0.37±0.24 L/min), HR (&Delta;=- 4±2bpm), forearm VR (&Delta;=-8.5±2.8 U) and LF/HF (&Delta;=-1.24±0.99). Glycemia, lipid profile, body mass index, VO2 peak, ABI, systemic and leg VR were unchanged following WT. There was no significant change for any variable in CG. In conclusion, WT enhanced walking capacity, walking economy and ischemic window. In addition, WT improved cardiovascular function (BP, CO, HR and forearm VR) and autonomic regulation (LF/HF, SBS) in patients with IC. These changes provide further support for the use of regular WT in treating patients with IC