A avaliação das propriedades mecânicas do sistema respiratório é tipicamente realizada oscilando-se um fluxo nos pulmões através da traquéia, medindo-se a pressão resultante gerada na traquéia e relacionando-se os dois sinais em termos de alguns modelos matemáticos. Se o sinal de fluxo de perturbação tem seu espectro em banda larga e não apresenta uma amplitude muito elevada, assume-se que o sistema respiratório está se comportando de forma linear e calcula-se sua impedância de entrada. Alternativamente, alguns pesquisadores tem utilizado sinais de fluxo que apresentam um espectro em banda estreita, mas com altos valores de amplitude, e aplicam modelos paramétricos não-lineares para quantificar as relações entre fluxo e pressão. Pouco tem sido feito, entretanto, para considerar dados relativos ao sistema respiratório quando a excitação é de banda larga e o sistema reflete não-linearidades. Nesta pesquisa, esta categoria de dados foi considerada realizando-se experimentos com camundongos. Para interpretar estes dados, desenvolveu-se uma aproximação no domínio do tempo de um modelo muito empregado para descrever a impedância respiratória de entrada. Este modelo foi então estendido para incluir termos de resistência e elastância não-lineares. Descobriu-se que o modelo com termo de elastância não-linear estima melhor os dados experimentais quando amplitudes altas são utilizadas, relativamente ao modelo linear e ao modelo com termo resistivo não-linear. Este modelo pode também ser útil para detecção de hiperinsuflação dos pulmões durante a ventilação mecânica. / The assessment of the mechanical properties of the respiratory system is typically done by oscillating flow into the lungs via the trachea, measuring the resulting pressure generated at the trachea, and relating these two signals to each other in terms of some suitable mathematical model. If the perturbing flow signal is broadband and not too large in amplitude, linear behavior is usually assumed and the input impedance calculated. Alternatively, some researchers have used flow signals that are narrow band but large in amplitude, and invoked nonlinear lumped-parameter models to account for the relationship between flow and pressure. There has been little attempt, however, to deal with respiratory data that is both broadband and reflective of system nonlinearities. In the present study, it was collected such data from mice. To interpret these data, it was first developed a time-domain approximation to a widely used model of respiratory input impedance. It was then extended this model to include nonlinear resistive and elastic terms. It was found that the nonlinear elastic term fit the data better than the linear model or the nonlinear resistance model when amplitudes were large. This model may also be useful for detecting over inflation of the lung during mechanical ventilation.

A avaliação das propriedades mecânicas do sistema respiratório é tipicamente realizada oscilando-se um fluxo nos pulmões através da traquéia, medindo-se a pressão resultante gerada na traquéia e relacionando-se os dois sinais em termos de alguns modelos matemáticos. Se o sinal de fluxo de perturbação tem seu espectro em banda larga e não apresenta uma amplitude muito elevada, assume-se que o sistema respiratório está se comportando de forma linear e calcula-se sua impedância de entrada. Alternativamente, alguns pesquisadores tem utilizado sinais de fluxo que apresentam um espectro em banda estreita, mas com altos valores de amplitude, e aplicam modelos paramétricos não-lineares para quantificar as relações entre fluxo e pressão. Pouco tem sido feito, entretanto, para considerar dados relativos ao sistema respiratório quando a excitação é de banda larga e o sistema reflete não-linearidades. Nesta pesquisa, esta categoria de dados foi considerada realizando-se experimentos com camundongos. Para interpretar estes dados, desenvolveu-se uma aproximação no domínio do tempo de um modelo muito empregado para descrever a impedância respiratória de entrada. Este modelo foi então estendido para incluir termos de resistência e elastância não-lineares. Descobriu-se que o modelo com termo de elastância não-linear estima melhor os dados experimentais quando amplitudes altas são utilizadas, relativamente ao modelo linear e ao modelo com termo resistivo não-linear. Este modelo pode também ser útil para detecção de hiperinsuflação dos pulmões durante a ventilação mecânica. / The assessment of the mechanical properties of the respiratory system is typically done by oscillating flow into the lungs via the trachea, measuring the resulting pressure generated at the trachea, and relating these two signals to each other in terms of some suitable mathematical model. If the perturbing flow signal is broadband and not too large in amplitude, linear behavior is usually assumed and the input impedance calculated. Alternatively, some researchers have used flow signals that are narrow band but large in amplitude, and invoked nonlinear lumped-parameter models to account for the relationship between flow and pressure. There has been little attempt, however, to deal with respiratory data that is both broadband and reflective of system nonlinearities. In the present study, it was collected such data from mice. To interpret these data, it was first developed a time-domain approximation to a widely used model of respiratory input impedance. It was then extended this model to include nonlinear resistive and elastic terms. It was found that the nonlinear elastic term fit the data better than the linear model or the nonlinear resistance model when amplitudes were large. This model may also be useful for detecting over inflation of the lung during mechanical ventilation.

A avaliação da mecânica respiratória é realizada comumente por meio de modelagem matemática. Um modelo amplamente utilizado é o de fase constante que se ajusta à impedância respiratória. Uma das variáveis exibidas por equipamentos de ventilação que aplicam o modelo citado é o Coeficiente de Determinação (COD), um medidor do ajuste do modelo. Há algumas situações em que o COD pode apresentar-se baixo, como: sedação superficial, respiração espontânea, perturbações externas e não linearidade. Entretanto, apesar de os valores de COD estarem disponíveis em ventiladores que utilizam os modelos de fase constante, a literatura é escassa em trabalhos que o citem. O objetivo deste trabalho foi analisar o comportamento do COD em uma curva dose resposta de camundongos BALB/c divididos em um grupo controle e um grupo com modelo animal de asma (OVA) e propor uma alternativa caso o modelo de fase constate não possa ser aplicado. Foram encontrados piores ajustes nas doses mais altas, principalmente no grupo OVA. Foi encontrada uma associação entre parâmetros excluídos nas 5 primeiras medidas e doses (p=0,0026) no grupo OVA. Foram excluídas 11 mensurações na última dose enquanto na primeira ou segunda doses apenas 2. O risco relativo para apresentar medidas excluídas entre a última e primeira ou segunda doses foi: 5,5 e IC: 1,30 - 23,26. A problemática de ter-se encontrado diferenças nestes momentos é que estas são as medidas relacionadas aos maiores valores de parâmetros de cada dose e tradicionalmente são os valores apresentados em estudos científicos. Os valores de pressão traqueal máxima média e mínima comportaram-se de maneira similar em termos de discriminação intergrupos, apresentando diferença (p<0,05) nas doses de 0,3 e 1 mg/kg, assim como o Rn . Em termos de substituição, é possível optar pelo uso de valores de pressão traqueal em detrimento aos parâmetros modelados em momentos em que o modelo de fase constante não deveria ser aplicado, a exemplo de valores baixos de COD em momentos de extrema broncoconstrição. A utilização dos valores de pressão traqueal é viável, por não serem obtidos por meio de uma modelagem matemática e sim por mensuração. Portanto, como os parâmetros Rn G e H são obtidos por meio de modelagem matemática e não por mensuração direta, o mau ajuste do modelo significa que os parâmetros modelados não podem ser aplicados na análise da situação em questão. Ademais, como alternativa é possível utilizar valores de pressão mensurados como variável de resposta, ainda que estes não discriminem vias aéreas e parênquima. / Assessment of respiratory mechanics is commonly performed through the application of mathematical models. A widely applied model is the constant phase model, which fits the respiratory impedance. One of the variables presented by ventilators that apply this model is the Coefficient of Determination (COD), it is used to assess the goodness of fit of the model. There are situation where the COD value is low, such as: superficial sedation, spontaneous breathing, external disturbances and nonlinearity. However, despite the COD value are available for ventilators that apply the constant phase model, the literature is still scarce in studies that mention this coefficient. The aim of this study was to analyze the COD behavior in dose response curves of BALB/c mice divided into a control group and animal model of asthma (OVA) and offer an alternative for moments that the constant phase model should not be applied. It was found an association between parameters excluded in the first five measures and doses (p = 0.0026) in the OVA. Eleven measurements were excluded at the last dose while in the first or in the second doses, only two. The relative risk to present excluded measures between the last and first or second doses was 5.5 and CI: 1.30 to 23.26. The problem about the differences found in these moments is that these are the measures associated to higher model parameter\'s values for each dose and traditionally are the values shown in scientific studies. The minimum, mean and maximal values of tracheal pressure behaved similarly on a inter group matter, presenting differences (p<0,05) at these doses: 0.3 and 1 mg/kg. The same pattern was observed for Rn . It is possible to use values of tracheal pressure instead of modeled parameters in moments that the constant phase model should not be applied, like low COD in moments of severe bronchoconstriction. This replacement of parameters through tracheal pressure is possible because tracheal pressure is not obtained via mathematical models but through mensuration. Therefore, as the Rn G e H parameters are obtained through mathematical modeling and not via direct mensuration, the poor adjustment means that these parameters should not be applied on the moments presented on this study. In addition, as an alternative it is possible to use pressure values measured as a variable of response, even if the pressure values are not able to distinguish between airway and parenchyma.

A impedância respiratória de entrada pode ser obtida pela Técnica das Oscilações Forçadas (FOT) através de dois métodos diferentes: convencional e de wavetube. Nessa dissertação, primeiramente realizamos uma revisão bibliográfica com enfoque nos assuntos de interesse para esse trabalho, como definições e modelagem de impedância, descrições e bases teóricas para a realização dos dois métodos e descrição dos equipamentos utilizados por cada um dos métodos. A partir de dados experimentais da impedância, em camundongos machos do tipo BALB/c normais, obtidos em dois equipamentos diferentes fez-se uma comparação utilizando como base o Modelo de Fase Constante, analisando possíveis divergências e buscando compreender os motivos de eventuais discrepâncias. Um dos equipamentos (flexiVent, SCIREQ, Canadá) emprega o método convencional enquanto o outro equipamento foi desenvolvido pelo grupo do professor Zoltán Hantos, da Universidade de Szeged, Hungria, e se utiliza do método de wavetube. Tal trabalho foi motivado pela ausência de referências bibliográficas que comparam os dois métodos. A análise dos resultados experimentais nos sugere que os parâmetros obtidos para o Modelo de Fase Constante nos dois equipamentos são diferentes e não comparáveis. / The input respiratory impedance can be obtained by two different methods of performing the Forced Oscillations Technique (FOT): conventional and wavetube method. In this dissertation, first we made a literature review focusing on issues of interest to this work, as definitions and models of impedance, description and theoretical basis for the realization of the two methods and description of the equipments used by each method. Using experimental data of impedance in BALB/c male mice, from two different equipments a comparison was made based on the Constant Phase Model, analyzing possible differences between them and trying to understand the reasons for any discrepancies. The first equipment (flexiVent, SCIREQ, Canada) uses the conventional method while the second one, developed by the research group of Professor Zoltán Hantos of the University of Szeged, Hungary, uses the wavetube method. This work was motivated by the lack of literature references comparing the model parameters obtained by both methods. The analysis of experimental results suggests that the equipments are different and not comparable.

A avaliação da mecânica respiratória é realizada comumente por meio de modelagem matemática. Um modelo amplamente utilizado é o de fase constante que se ajusta à impedância respiratória. Uma das variáveis exibidas por equipamentos de ventilação que aplicam o modelo citado é o Coeficiente de Determinação (COD), um medidor do ajuste do modelo. Há algumas situações em que o COD pode apresentar-se baixo, como: sedação superficial, respiração espontânea, perturbações externas e não linearidade. Entretanto, apesar de os valores de COD estarem disponíveis em ventiladores que utilizam os modelos de fase constante, a literatura é escassa em trabalhos que o citem. O objetivo deste trabalho foi analisar o comportamento do COD em uma curva dose resposta de camundongos BALB/c divididos em um grupo controle e um grupo com modelo animal de asma (OVA) e propor uma alternativa caso o modelo de fase constate não possa ser aplicado. Foram encontrados piores ajustes nas doses mais altas, principalmente no grupo OVA. Foi encontrada uma associação entre parâmetros excluídos nas 5 primeiras medidas e doses (p=0,0026) no grupo OVA. Foram excluídas 11 mensurações na última dose enquanto na primeira ou segunda doses apenas 2. O risco relativo para apresentar medidas excluídas entre a última e primeira ou segunda doses foi: 5,5 e IC: 1,30 - 23,26. A problemática de ter-se encontrado diferenças nestes momentos é que estas são as medidas relacionadas aos maiores valores de parâmetros de cada dose e tradicionalmente são os valores apresentados em estudos científicos. Os valores de pressão traqueal máxima média e mínima comportaram-se de maneira similar em termos de discriminação intergrupos, apresentando diferença (p<0,05) nas doses de 0,3 e 1 mg/kg, assim como o Rn . Em termos de substituição, é possível optar pelo uso de valores de pressão traqueal em detrimento aos parâmetros modelados em momentos em que o modelo de fase constante não deveria ser aplicado, a exemplo de valores baixos de COD em momentos de extrema broncoconstrição. A utilização dos valores de pressão traqueal é viável, por não serem obtidos por meio de uma modelagem matemática e sim por mensuração. Portanto, como os parâmetros Rn G e H são obtidos por meio de modelagem matemática e não por mensuração direta, o mau ajuste do modelo significa que os parâmetros modelados não podem ser aplicados na análise da situação em questão. Ademais, como alternativa é possível utilizar valores de pressão mensurados como variável de resposta, ainda que estes não discriminem vias aéreas e parênquima. / Assessment of respiratory mechanics is commonly performed through the application of mathematical models. A widely applied model is the constant phase model, which fits the respiratory impedance. One of the variables presented by ventilators that apply this model is the Coefficient of Determination (COD), it is used to assess the goodness of fit of the model. There are situation where the COD value is low, such as: superficial sedation, spontaneous breathing, external disturbances and nonlinearity. However, despite the COD value are available for ventilators that apply the constant phase model, the literature is still scarce in studies that mention this coefficient. The aim of this study was to analyze the COD behavior in dose response curves of BALB/c mice divided into a control group and animal model of asthma (OVA) and offer an alternative for moments that the constant phase model should not be applied. It was found an association between parameters excluded in the first five measures and doses (p = 0.0026) in the OVA. Eleven measurements were excluded at the last dose while in the first or in the second doses, only two. The relative risk to present excluded measures between the last and first or second doses was 5.5 and CI: 1.30 to 23.26. The problem about the differences found in these moments is that these are the measures associated to higher model parameter\'s values for each dose and traditionally are the values shown in scientific studies. The minimum, mean and maximal values of tracheal pressure behaved similarly on a inter group matter, presenting differences (p<0,05) at these doses: 0.3 and 1 mg/kg. The same pattern was observed for Rn . It is possible to use values of tracheal pressure instead of modeled parameters in moments that the constant phase model should not be applied, like low COD in moments of severe bronchoconstriction. This replacement of parameters through tracheal pressure is possible because tracheal pressure is not obtained via mathematical models but through mensuration. Therefore, as the Rn G e H parameters are obtained through mathematical modeling and not via direct mensuration, the poor adjustment means that these parameters should not be applied on the moments presented on this study. In addition, as an alternative it is possible to use pressure values measured as a variable of response, even if the pressure values are not able to distinguish between airway and parenchyma.

A impedância respiratória de entrada pode ser obtida pela Técnica das Oscilações Forçadas (FOT) através de dois métodos diferentes: convencional e de wavetube. Nessa dissertação, primeiramente realizamos uma revisão bibliográfica com enfoque nos assuntos de interesse para esse trabalho, como definições e modelagem de impedância, descrições e bases teóricas para a realização dos dois métodos e descrição dos equipamentos utilizados por cada um dos métodos. A partir de dados experimentais da impedância, em camundongos machos do tipo BALB/c normais, obtidos em dois equipamentos diferentes fez-se uma comparação utilizando como base o Modelo de Fase Constante, analisando possíveis divergências e buscando compreender os motivos de eventuais discrepâncias. Um dos equipamentos (flexiVent, SCIREQ, Canadá) emprega o método convencional enquanto o outro equipamento foi desenvolvido pelo grupo do professor Zoltán Hantos, da Universidade de Szeged, Hungria, e se utiliza do método de wavetube. Tal trabalho foi motivado pela ausência de referências bibliográficas que comparam os dois métodos. A análise dos resultados experimentais nos sugere que os parâmetros obtidos para o Modelo de Fase Constante nos dois equipamentos são diferentes e não comparáveis. / The input respiratory impedance can be obtained by two different methods of performing the Forced Oscillations Technique (FOT): conventional and wavetube method. In this dissertation, first we made a literature review focusing on issues of interest to this work, as definitions and models of impedance, description and theoretical basis for the realization of the two methods and description of the equipments used by each method. Using experimental data of impedance in BALB/c male mice, from two different equipments a comparison was made based on the Constant Phase Model, analyzing possible differences between them and trying to understand the reasons for any discrepancies. The first equipment (flexiVent, SCIREQ, Canada) uses the conventional method while the second one, developed by the research group of Professor Zoltán Hantos of the University of Szeged, Hungary, uses the wavetube method. This work was motivated by the lack of literature references comparing the model parameters obtained by both methods. The analysis of experimental results suggests that the equipments are different and not comparable.