Introdução: As bronquiectasias são caracterizadas patologicamente pela dilatação anormal e permanente dos brônquios, causadas, principalmente, pela perpetuação de processos inflamatórios e prejuízo da remoção de secreções. A fisioterapia é parte fundamental do tratamento destes pacientes, utilizando-se de suas diversas técnicas e dispositivas. Objetivo: Avaliar o efeito das técnicas flutter e compressão torácica sobre a remoção de secreção e alterações na resistência total do sistema respiratório em indivíduos com bronquiectasias. Métodos: Em estudo cruzado, randomizado e cego, indivíduos com bronquiectasias e saudáveis foram avaliados antes e após sessões de controle, exercícios com flutter, ou manobras de compressão torácica (CT). Foram avaliados o peso seco, peso total, adesividade e purulência das secreções expectoradas. Para impedância do sistema respiratório foi utilizado a oscilometria de impulso, que analisou a resistência a 5Hz (R5), reactância a 5Hz (X5) e frequência de ressonância (Fres). Adicionalmente, foram avaliados escala de dispneia do Medical Research Council (MRC); escala de aceitabilidade e tolerância; oximetria de pulso; dificuldade de expectoração e Índice de Severidade de Bronquiectasias (BSI). Resultados: Flutter e CT foram eficazes para remoção de secreção comparada a controle (p>0,05). A variação da resistência total do sistema respiratório foi favorável para técnica flutter no grupo bronquiectasias quando comparada ao grupo controle (p< 0,05). Ambas as técnicas foram bem aceitas pelos participantes. Conclusão: Os resultados sugerem que as técnicas flutter e compressão torácica são eficazes para a remoção de secreção, seguras e bem toleradas por pacientes com bronquiectasias, com efeito agudo na resistência total do sistema respiratório favorável à técnica flutter. / INTRODUCTION: Bronchiectasis is characterized by abnormal and permanent bronchi dilatation, mainly caused by the progression of inflammatory processes and loss of the ability to clear mucus. Physical therapy is a fundamental part of these patients\' treatment. In this study we aimed to evaluate the effects of the flutter technique and thoracic compression on the mucus clearance and alterations in the total impedance of the respiratory system in individuals with bronchiectasis. METHODS: In a crossover randomized blinded study, subjects with bronchiectasis and healthy (control) ones were evaluated before and after control sections, flutter exercises, or thoracic compression (TC) manoeuvres. Dry and total weights, adhesiveness, and purulence of the expectorated mucus secretions were evaluated. For respiratory system impedance measurements, impulse oscillometry was used to evaluate the resistance at 5Hz, reactance at 5Hz, and resonant frequency. Additional factors that were evaluated included the dyspnoea scale of the Medical Research Council, acceptability and tolerance scale, pulse oximetry, expectoration difficulty, and bronchiectasis severity index. RESULTS: The flutter technique and TC were efficient for mucus clearance when compared with control (p <0.05). Acute total respiratory system resistance variation responded more favourably to the flutter technique in the bronchiectasis group when compared to the control group (p <0.05). Both techniques were well tolerated by the participants. CONCLUSION: Results suggest that the flutter technique and thoracic compression are efficient methods for removal of mucus secretions. They are safe and well tolerated by patients; acute effects in the total respiratory system resistance respond favourably to the flutter technique.

The purpose of this study was to define a lower standard cuff occlusion time to induce reactive hyperemia in assessing endothelial dysfunction. In this study, strong evidence was found by a novel technique that used oscillometric methods, which supported that 3 minute reactive hyperemia was sufficient to elicit a significant difference in arterial compliance from baseline. Twenty healthy Cal Poly students were assessed, (n=12 female, n=8 male) aged 22 years old with a standard deviation of 2.04 years. Arterial compliance was estimated by measuring the peak-to-peak oscillations for baseline, 3 minute reactive hyperemia, and 5 minute reactive hyperemia tests, with the result being statistical evidence of an increase in arterial compliance after 3 minutes of cuff occlusion compared to baseline. The peak-to-peak mean for the 3 minute reactive hyperemia test was significantly greater than the baseline peak-to-peak mean with p-values less than 0.0001. These results support that 3 minute reactive hyperemia is sufficient to assess endothelial dysfunction using oscillometry techniques. Endothelial dysfunction is the most significant predictor of a major adverse cardiovascular event, so this test can be used as an early detection tool for cardiovascular disease and allow patients to find treatment before irreversible damage is done to the body. Implementing this test into routine doctor checkups has the potential to have a significant effect on cardiovascular disease, which is the leading cause of death globally. The currently accepted clinical benchmark performed in hospitals uses high-frequency ultrasound with a standard cuff occlusion time of 5 minutes. Although noninvasive, 5 minutes of cuff occlusion causes slight discomfort to the patient and is not desirable. This test was improved and shortened by using a system based on the oscillometric method of blood pressure measurement. By reducing the duration of the test from 5 minute reactive hyperemia to 3 minute reactive hyperemia, this will make the procedure practical for an increased number of patients, providing a noninvasive option to regularly check for early symptoms of cardiovascular disease.

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京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第17779号 / 医博第3805号 / 新制||医||999(附属図書館) / 30586 / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 川上 浩司, 教授 伊達 洋至, 教授 三森 経世 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

A surrogate arm model was created that is capable of being used for oscillometry. This model is capable of being used as a bench top model for blood pressure cuff devices. The arm consists of endplates and internal supports that are 3D printed with ABS, a silicone rubber outer sleeve, and interchangeable arteries made from two silicone rubber strips glued together at the edges. The interchangeable arteries have varying compliances that can be used as different inputs for oscillometric testing. A process was established to measure the artery compliances with a curve fit correlation of 0.95. However, testing revealed that this artery compliance relationship might not be an accurate representation of the artery compliance while it is in the surrogate arm system. A blood pressure cuff was also used with the surrogate arm model to measure changes in artery volume. Testing with the surrogate arm revealed a blood pressure cuff was capable of measuring artery volume changes of 2mL to 8mL consistently within 3.28% error. Volume changes of 1mL were unable to be repeatable measured accurately with a blood pressure cuff.

A study was performed on a recently developed prototype of the Yong-Geddes surrogate arm design to collect compliance data of the various system components and determine the accuracy of measurements made through the bench top model. The study was performed to perceive the effectiveness of the model as a tool for validating non-invasive blood pressure detection monitors. Three stages of testing were performed to gather pressure and volume data from an artificial artery component, a sphygmomanometer, and the surrogate arm system to produce compliance estimations. Mathematical equations from supported arterial hemodynamics studies and clinical trials were applied to the pressure and volume data. Dr. Drzewiecki’s equation for arterial compliance was capable of predicting the region of the highest compliance of the artificial artery and produced an overall value of 38.81% for the data. A second degree inverse polynomial was developed and modeled the sphygmomanometer compliance measurements with a of 99.09%. Significant error was observed throughout all stages of the compliance testing, which was attributed to factors such as excessive noise due to faulty data collection equipment and irreparable leaks in the fluid flow system.

Introdução: A obesidade grau III está relacionada com o alto risco de desenvolvimento de comorbidades que afetam a qualidade de vida. Nesses indivíduos, alterações do sistema respiratório podem ocorrer pela diminuição da complacência pulmonar e/ou obstrução das vias aéreas, que podem refletir na capacidade funcional. Apesar disso, a literatura é controversa quanto ao comportamento do sistema respiratório em sujeitos com obesidade grau III. Objetivo: Avaliar a função pulmonar, força e endurance muscular respiratória, resistência do sistema respiratório e capacidade funcional de mulheres com obesidade grau III e correlacionar com a percepção de dispneia e qualidade de vida. Métodos: As pacientes foram avaliadas pela espirometria, manovacuometria, teste de endurance dos músculos inspiratórios, oscilometria de impulso e teste de caminhada de seis minutos (TC6). Também foram aplicados o Questionário Internacional de Atividade Física (IPAQ), o Questionário Short Form 36 (SF-36) e a escala modificada do Medical Research Council (mMRC). Resultados: Foram avaliadas 40 mulheres com 36,4±7,6 anos e IMC igual 47,0±6,2 kg/m2. Não foram detectados distúrbios ventilatórios pela espirometria (%CVF: 95,13±13,38; %VEF1: 92,37±14,81; %VEF1/CVF: 97,21±7,25; %FEF25-75%: 86,26±27,00) enquanto que a oscilometria de impulso identificou alterações significantes na resistência das vias aéreas (kPa/L/s) em relação ao previsto (R5: 0,56±0,15 e 0,36±0,01; R20: 0,41±0,08 e 0,30±0,01; R5-20: 0,16±0,09 e 0,06±0,00; X5: -0,24±0,10 e -0,03±0,02). A média dos valores obtidos da PImáx e PEmáx (cmH2O) foi de -114,7±24,3 e 132,0±30,1; respectivamente e, o tempo de endurance dos músculos inspiratórios foi inferior ao esperado para 47% das voluntárias. A distância percorrida no TC6 não apresentou diferença significativa em relação aos valores previstos. As participantes não tiveram queixa de dispneia importante e referiram bom estado geral de saúde no SF-36. Não foram observadas correlações fortes entre a percepção de dispneia e a qualidade de vida com os resultados dos testes da avaliação. Conclusão: Os resultados do IOS sugerem obstrução das vias aéreas centrais e periféricas, que não foram detectadas pela espirometria. As pacientes relataram boa percepção da qualidade de vida e baixa sensação de dispneia, com bom desempenho no TC6 e sem fraqueza dos músculos respiratórios, porém com limitação do tempo de endurance dos músculos inspiratórios. / Introduction: Grade III obesity is related to risk of developing comorbidities that can influence the quality of life. In this population, respiratory dysfunctions can occur by the pulmonary complacency decrease and/or airways obstruction that can affect the functional lung capacity. Despite this, there are disagreements in the literature about the respiratory system behavior in severely obese subjects. Objective: To evaluate respiratory muscle strength, inspiratory muscle endurance, respiratory system resistance and, functional capacity and to correlate these parameters with dyspnea and quality of life perceptions. Methods: The participants were evaluated by spirometry, manovacuometry, inspiratory muscle endurance test, impulse oscillometry (IOS) and the six minute walk test (6MWT). They also answered the International Physical Activity Questionnaire (IPAQ), Quality of Life Questionnaire (SF-36) and the modified Medical Research Council scale (mMRC). Results: We evaluated 40 women with mean age of 36.3±7.9 years and body mass index of 47.1±6.3 kg/m2. The spirometry exam did not detect pulmonary function dysfunctions (%FEV1: 92.4±14.8; %FVC: 95.3±13.4; %FEV1/FVC: 97.2±7.3 and %FEF25-75%: 86.3±27.0). The IOS detected alterations in the airways resistance in comparison to the predicted values (kPa/L/ s) (R5: 0.56±0.15 and 0.36±0.01, R20: 0.41±0.08 and 0.30±0.01, R5-20: 0.16±0.09 and 0.06±0.00, X5: -0.24±0.10 and -0.03±0.02, respectively) (p<0.05). The mean maximum inspiratory and expiratory pressures (cmH2O) were -114.7±24.3 and 132.0±30.1, respectively; and the inspiratory muscle endurance time was under the expected value in nearly 50% of the participants. The six minute walked distance did not show statistical differences compared to the predicted value. According to the mMRC, the participants did not have relevant dyspnea complaints and reported good quality of life perception by the SF-36. We did not find strong correlations between quality of life and dyspnea perception with the variables of protocol assessment. Conclusion: The IOS results suggest central and peripheral airway obstruction, which were not detected by spirometry. Patients reported good quality of life and low dyspnea perceptions. They had good performance in the 6MWT without respiratory muscle weakness but with limitations in inspiratory muscle endurance time.

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 / 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

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 / 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

Diss. (sammanfattning) Linköping : Linköpings universitet, 2005. / Härtill 6 uppsatser.