Modelos matemáticos são utilizados como ferramentas na avaliação da mecânica respiratória para a compreensão da fisiologia e patologias do sistema respiratório. A presente pesquisa visou avaliar, através da aplicação de modelos matemáticos, a mecânica respiratória em camundongos submetidos à metacolina. Deu-se ênfase no modelo linear de compartimento único e suas variantes não lineares. Camundongos C57BL/6 (n = 8) foram traqueostomizados, ventilados mecanicamente (flexiVent, SCIREQ, Canadá) e perturbações em volume foram aplicadas para a modelagem do sistema respiratório. O protocolo experimental foi elaborado de forma a se analisar a variação dos parâmetros respiratórios durante a aplicação do agente broncoativo e também se verificou a divisão do sinal quasi-senoidal em expirações e inspirações durante a técnica de oscilação forçada (FOT) com perturbação de frequência 2,5 Hz. Com base nisso, uma rotina computacional própria foi desenvolvida para a análise dos experimentos realizados no ventilador mecânico e foram pesquisadas as vantagens e desvantagens dos modelos matemáticos aplicados. Os resultados demonstraram um aumento no desvio padrão dos parâmetros do modelo linear unicompartimental e suas variantes não lineares após a aplicação do broncoconstritor. Acredita-se que esta grande variação nos parâmetros esteja relacionada com o enrijecimento do parênquima e da heterogeneidade da ventilação pulmonar após a utilização da droga. Devido à correlação dos parâmetros do modelo com a fisiologia ocorrer somente no modelo linear, acredita-se que este ainda é o mais indicado na avaliação da mecânica respiratória e as variantes não lineares seriam indicadas como opção em casos onde o modelo linear é incapaz de realizar ajustes adequados ou para informações complementares. / Mathematical models are used as tools in the assessment of respiratory mechanics for the understanding of the physiology and pathologies of the respiratory system. This study aimed to assess the respiratory mechanics by applying mathematical models in mice subjected to challenges with methacholine. Emphasis was placed on linear single-compartment model and its nonlinear variants. C57BL/6 mice (n = 8) were tracheostomized, mechanically ventilated (flexiVent, SCIREQ, Canada) and disturbances in volume were applied to the modeling of the respiratory system. The experimental protocol was developed in order to analyze the variation of respiratory parameters during the application of the bronchoactive agent. The division of quasisinusoidal signal in expirations and inspirations during the forced oscillation technique (FOT) with frequency perturbation of 2.5 Hz was also observed. Based on that, a proper computational routine was developed in order to analyze the experiments in the mechanical ventilator and the advantages and disadvantages of the applied mathematical models. The results demonstrated an increase in the standard deviation of the linear single-compartment model and its nonlinear variants parameters after the application of bronchoconstrictor. It is believed that this large variation in the parameters relates to the parenchyma stiffening and to the heterogeneity of pulmonary ventilation after the use of the drug. Due to the fact that the correlation between the model parameters and the physiology occurred only in the linear model, it is believed that this is still the most suitable model in the assessment of respiratory mechanics. Nonlinear variations of the single-compartment model would be indicated only as an option, for example, in cases where the linear model is incapable of performing appropriate fits or when additional information about the respiratory system is required.

Modelos matemáticos são utilizados como ferramentas na avaliação da mecânica respiratória para a compreensão da fisiologia e patologias do sistema respiratório. A presente pesquisa visou avaliar, através da aplicação de modelos matemáticos, a mecânica respiratória em camundongos submetidos à metacolina. Deu-se ênfase no modelo linear de compartimento único e suas variantes não lineares. Camundongos C57BL/6 (n = 8) foram traqueostomizados, ventilados mecanicamente (flexiVent, SCIREQ, Canadá) e perturbações em volume foram aplicadas para a modelagem do sistema respiratório. O protocolo experimental foi elaborado de forma a se analisar a variação dos parâmetros respiratórios durante a aplicação do agente broncoativo e também se verificou a divisão do sinal quasi-senoidal em expirações e inspirações durante a técnica de oscilação forçada (FOT) com perturbação de frequência 2,5 Hz. Com base nisso, uma rotina computacional própria foi desenvolvida para a análise dos experimentos realizados no ventilador mecânico e foram pesquisadas as vantagens e desvantagens dos modelos matemáticos aplicados. Os resultados demonstraram um aumento no desvio padrão dos parâmetros do modelo linear unicompartimental e suas variantes não lineares após a aplicação do broncoconstritor. Acredita-se que esta grande variação nos parâmetros esteja relacionada com o enrijecimento do parênquima e da heterogeneidade da ventilação pulmonar após a utilização da droga. Devido à correlação dos parâmetros do modelo com a fisiologia ocorrer somente no modelo linear, acredita-se que este ainda é o mais indicado na avaliação da mecânica respiratória e as variantes não lineares seriam indicadas como opção em casos onde o modelo linear é incapaz de realizar ajustes adequados ou para informações complementares. / Mathematical models are used as tools in the assessment of respiratory mechanics for the understanding of the physiology and pathologies of the respiratory system. This study aimed to assess the respiratory mechanics by applying mathematical models in mice subjected to challenges with methacholine. Emphasis was placed on linear single-compartment model and its nonlinear variants. C57BL/6 mice (n = 8) were tracheostomized, mechanically ventilated (flexiVent, SCIREQ, Canada) and disturbances in volume were applied to the modeling of the respiratory system. The experimental protocol was developed in order to analyze the variation of respiratory parameters during the application of the bronchoactive agent. The division of quasisinusoidal signal in expirations and inspirations during the forced oscillation technique (FOT) with frequency perturbation of 2.5 Hz was also observed. Based on that, a proper computational routine was developed in order to analyze the experiments in the mechanical ventilator and the advantages and disadvantages of the applied mathematical models. The results demonstrated an increase in the standard deviation of the linear single-compartment model and its nonlinear variants parameters after the application of bronchoconstrictor. It is believed that this large variation in the parameters relates to the parenchyma stiffening and to the heterogeneity of pulmonary ventilation after the use of the drug. Due to the fact that the correlation between the model parameters and the physiology occurred only in the linear model, it is believed that this is still the most suitable model in the assessment of respiratory mechanics. Nonlinear variations of the single-compartment model would be indicated only as an option, for example, in cases where the linear model is incapable of performing appropriate fits or when additional information about the respiratory system is required.

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.

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: As doenças pulmonares intersticiais fibrosantes (DPIFs) se caracterizam por dispneia, intolerância aos esforços e prejuízo da qualidade de vida. Apesar de existirem vários mecanismos implicados, a fisiopatologia da dispneia e limitação aos esforços não é completamente elucidada. A disfunção da musculatura ventilatória tem sido postulada como um fator envolvido. O objetivo do estudo foi investigar a ocorrência de disfunção muscular ventilatória em pacientes com DPIF comparados a indivíduos sadios, e correlacionar a disfunção muscular com a qualidade de vida, dispneia e intolerância ao exercício. METODOLOGIA: Foi realizado um estudo prospectivo, caso-controle envolvendo 62 indivíduos, sendo 31 pacientes com DPIF e 31 voluntários sadios. Os indivíduos foram avaliados em 2 visitas. Na visita 1 foram avaliados o grau de dispneia (escala de MRCm), a qualidade de vida (SGRQ), a função pulmonar, e o desempenho num teste de caminhada de 6 minutos (TC6M) além de caracterização da mobilidade e espessura do diafragma ao ultrassom (US). Na visita 2, foram avaliadas:1) a força muscular ventilatória estática volitiva (PImáx, PEmáx, SNIP, PesSniff, PgaSniff, PdiSniff, e PgaTosse) e não volitiva através da estimulação magnética bilateral do nervo frênico (TwPes, TwPga e TwPdi) e das raízes dorsais em T10 (TwT10Pga); 2) a sincronia toracoabdominal (por pletismografia de indutância); 3) o recrutamento dos músculo inspiratórios (eletromiografia de superfície do musculo escaleno) e expiratórios (eletromiografia de superfície do musculo obliquo externo). A seguir foi realizado um teste de exercicio cardiopulmonar (TECP) em cicloergômetro limitado por sintomas. As medidas de força muscular não volitiva foram repetidas após o TECP para investigar a ocorrência de fadiga muscular ventilatória. RESULTADOS: os pacientes com DPIFs apresentavam: dispneia aos esforços; limitação do desempenho no TC6M e prejuízo de qualidade de vida. Os pacientes com DPIF apresentaram redução da mobilidade diafragmática na respiração profunda, aumento da espessura na CRF e redução da fração de espessamento do diafragma ao US. Não houve diferenças entre pacientes e controles na força muscular volitiva e não volitiva e na proporção de fadiga ins e expiratória após o esforço. Contudo, os pacientes apresentaram fadiga ventilatória em cargas menores de exercicio. Nos pacientes com DPIF houve uma redução no desempenho do exercicio associada a uma limitação ventilatória, dessaturação e dispneia. Os pacientes com DPIF apresentaram uma proporção maior de assincronia no pico do exercício além de maior recrutamento do musculo escaleno. As relações entre a força ventilatória inspiratória e o os volumes pulmonares indicaram um desacoplamento neuromecânico (DNM) que se correlacionou com a dispneia nos pacientes com DPIF. CONCLUSÕES: Os pacientes com DPIF apresentam disfunção muscular ventilatória ao repouso caracterizado pela redução da mobilidade do diafragma na respiração profunda, aumento da espessura e redução da fração de espessamento. Ao esforço, na DPIF, a disfunção muscular ventilatória foi caracterizada pela ocorrência de fadiga ventilatória em baixas cargas de exercicio, recrutamento predominante dos músculos inspiratórios acessórios, assincronia toracoabdominal e desacoplamento neuromecânico que contribuíram para limitação do desempenho e dispneia / INTRODUCTION: fibrosing interstitial lung diseases (FILDs) are characterized by dyspnea, exercise intolerance and impaired quality of life. While there are several mechanisms involved, the occurrence of dyspnea and exercise limitation is not fully elucidated. The dysfunction of the respiratory muscles has been postulated as a contributing factor. The aim of the study was to investigate the occurrence of respiratory muscle dysfunction in patients with FILDs compared to healthy subjects and to correlate respiratory muscle dysfunction with quality of life, dyspnea and exercise intolerance. METHODS: A prospective, case-control study involving 62 subjects, 31 patients with FILD and 31 healthy volunteers. Subjects were evaluated in two visits. At visit 1, subjects underwent clinical evaluation to access dyspnea (MRCm), quality of life (SGRQ), pulmonary function and also characterization of mobility and thickness of the diaphragm on ultrasound (US). Subjects performed a 6-minute walk test (6MWT). In the second visit were evaluated: 1) maximum static respiratory pressures through volitional (MIP, MEP, SNIP, PesSniff, PgaSniff, PdiSniff and PgaCough) and non-volitional methods - cervical Twitchs (TwPes, TwPga and TwPdi) and T10 Twitchs (TwT10Pga); 2) thoracoabdominal synchrony (by respiratory inductance plethysmography); 3) recruitment of inspiratory muscle (surface electromyography of scalene muscle) and expiratory (surface electromyography of the external oblique muscle). Then, subjects performed an incremental cardiopulmonary exercise testing (CPET). The non-volitional muscle strength measures were repeated after the CPET to investigate the occurrence of fatigue. RESULTS: The patients with FILDs exhibited dyspnea on exertion; limited performance on 6MWT and impaired quality of life. On ultrasound, patients with FILD had decreased diaphragmatic mobility during deep breathing, increased thickness in the functional residual capacity (FRC) and reduced diaphragm thickness fraction. Between patients and controls, there were no differences in volitional and non-volitional strength and in the occurrence of respiratory fatigue. However, patients presented respiratory fatigue under lower exercise loads. In patients with FILD there was a decrease in exercise performance associated with ventilatory limitation, desaturation and dyspnea. Patients with FILD had a higher proportion of asynchrony at exercise peak and greater recruitment of the scalene muscle. In patients with FILD, higher inspiratory effort- displacement ratios indicated a neuromechanical uncoupling (DNM) that correlated with dyspnea. CONCLUSIONS: Patients with FILD exhibited respiratory muscle dysfunction at rest characterized by the reduction of diaphragmatic mobility in deep breathing, increased thickness on FRC and reduced thickness fraction. In FILD, exercise was associated with respiratory muscle dysfunction characterized by the occurrence of respiratory fatigue, thoracoabdominal asynchrony, greater recruitment of inspiratory muscles and neuromechanical uncoupling that contributed to limiting the performance and dyspnea

O objetivo desse estudo foi avaliar o comprometimento de pequenas vias aéreas na Fibrose Pulmonar Idiopática (FPI) analisando curvas Pressão- Volume (PV) do sistema respiratório. Coletamos curvas PV de doze pacientes antes da biopsia pulmonar, que confirmou FPI em sete pacientes e Pneumonite de Hipersensibilidade em cinco. Todas as curvas foram ajustadas com modelo sigmóide, V = a + b / (1 + e -(P-c/d)), e exponencial V = A - B . e -k.P (aplicado apenas à parte superior). O modelo exponencial, apesar do bom ajuste à parte superior, não representou a parte inicial da curva, gerando parâmetros sem significado. O modelo sigmóide ajustou bem toda a curva e gerou parâmetros com significado fisiológico, que sugerem a presença de colapso de pequenas vias aéreas na FPI. / The objective of this study was to evaluate small airways compromise in Idiopathic Pulmonary Fibrosis (IPF) using pressure-volume (PV) curves of the respiratory system. We collected PV curves from twelve patients before lung biopsy, which confirmed IPF in seven patients and Hipersensitivity Pneumonia in five. All curves were fitted with a sigmoid model, V = a + b / (1 + e -(P-c/d)), and an exponential model, V = A - B . e -k.P (applied only to the superior part of the curve). The exponential model, despite having a good fit to the superior part of the curve, did not represent the initial part, and yielded parameters with no physiological meaning. The sigmoid model had a good fit to the entire curve and yielded parameters with physiological meaning, suggesting the presence of small airways collapse in IPF.

Diss. (sammanfattning) Linköping : Univ., 2005. / Härtill 5 uppsatser.

Thesis (Ph.D.)--University of Nevada, Reno, 2002. / Includes bibliographical references. Online version available on the World Wide Web.

O aprofundamento de nosso conhecimento acerca das alterações da mecânica respiratória e da resposta ao uso do broncodilatador em crianças com asma pode contribuir para o melhor entendimento desta doença. A técnica de oscilações forçadas (FOT) apresenta elevado potencial neste sentido, pois permite uma avaliação detalhada da mecânica respiratória de crianças asmáticas. Desta maneira, os objetivos deste estudo são: (1) aprofundar nosso conhecimento sobre as alterações de mecânica respiratória em crianças asmáticas; (2) investigar o potencial de utilização clínica da FOT e (3) analisar as alterações de mecânica respiratória decorrentes da resposta broncodilatadora em crianças asmáticas. No presente estudo foram analisadas 93 crianças, separadas em grupo controle (n=31) e grupo de crianças asmáticas divididas de acordo com o grau de obstrução ao fluxo aéreo determinado pela espirometria em: normal ao exame espirométrico (n=31) e com distúrbio ventilatório obstrutivo leve (n=31). Pela FOT foram analisados os parâmetros relacionados às propriedades resistivas do sistema respiratório R0 (resistência no intercepto), Rm (resistência média) e S (inclinação da reta de resistência). R0 e Rm aumentaram com a obstrução ao fluxo aéreo (p<0,002 e p<0,02, respectivamente) e S apresentou redução (p<0,0007) caracterizando, este último, aumento da não-homogeneidade do sistema respiratório. Observou- se uma redução nos parâmetros relacionados às propriedades reativas do sistema respiratório, Cdin,sr (complacência dinâmica, p<0,03) e Xm (reatância média, p<0,02) com o aumento da obstrução. Também foi analisado o módulo da impedância em 4 Hz (&#1472;Zrs4Hz&#1472;), parâmetro relacionado com a carga mecânica total no sistema respiratório, que mostrou- se aumentado com a obstrução(p<0,001). Na análise do desempenho diagnóstico, os parâmetros R0, Rm, Cdin,sr e &#1472;Zrs4Hz&#1472; apresentaram área sob a Curva (AUC), sensibilidade (Se) e especificidade (Sp) adequados ao uso clínico no grupo com distúrbio ventilatório obstrutivo leve. Estes valores foram mais elevados do que no grupo de crianças asmáticas normais ao exame espirometrico, o que está relacionado com as maiores alterações no grupo com obstrutrução leve. A resposta broncodilatadora foi estudada observando- se as diferenças dentro do mesmo grupo de crianças e mensurando as alterações em cada grupo antes e após o uso do broncodilatador. Os parâmetros relacionados às propriedades resistivas, R0, Rm e S apresentaram melhora significativa com redução das resistências no grupo controle (p<0,00001, p<0,0003 e 0,00001), normal ao exame espirometrico (p<0,000002, p<0,00008 e 0,0006) e grupo com distúrbio ventilatório obstrutivo leve (p<0,0001, p<0,0007 e 0,000001). Estas alterações ocorreram no grupo controle e nos grupos de crianças asmáticas. Crs,din e Xm também apresentaram alterações significativas em todos os grupos estudados: no grupo controle (p<0,0001, p<0,00001), normal ao exame (p<0,00006, p<0,00001) e no grupo com distúrbio ventilatório obstrutivo leve (p<0,0001, p<0,00001), fato também observado na análise de &#1472;Zrs4Hz&#1472; no grupo controle (p<0,00001), normal ao exame (p<0,00001) e grupo com distúrbio ventilatório obstrutivo leve (p<0, 00001). Concluímos que a asma introduz alterações nos parâmetros resistivos e reativos do sistema respiratório com o aumento do grau de obstrução ao fluxo aéreo. Essas alterações foram identificadas nas crianças com obstrução leve. A FOT detectou as alterações ocorridas após a utilização da medicação broncodilatadora. Estes resultados indicam que a FOT pode ser um exame sensível para avaliar as alterações fisiopatológicas decorrentes da asma em crianças. / The increase of our knowledge about changes in respiratory mechanics and response to bronchodilator use in asthmatic children may contribute to a better understanding of this disease. The forced oscillation technique (FOT) has high potential in this sense, since it allows a detailed assessment of respiratory mechanics in asthmatic children. Thus, the objectives of this study are: (1) increase our understanding of the changes in respiratory mechanics of asthma in children, (2) investigate the clinical potential of FOT and (3) analyze the changes in respiratory mechanics resulting from bronchodilator response in asthmatic children. The present study examined 93 children, separated in the control group (n=31) and the asthmatic group divided according to the degree of airflow obstruction determined by spirometry in normal spirometry results (n=31) and with mild airway obstruction (n=31). Using the FOT we analyzed parameters related to the resistance of the respiratory system R0 (intercept resistance), Rm (resistance average) and S (slope of the resistance). R0 and Rm increased with airflow obstruction (p<0.002 and p<0.02, respectively) and S decreased (p<0.0007), indicating increased respiratory system non-homogeneity. There was a reduction in parameters related to the reactive properties of the respiratory system, Cst,sr (dynamic compliance, p<0.03) and Xm (reactance average, p<0,001) with increasing obstruction. The module of the respiratory system impedance at 4 Hz (| Zrs4Hz |) was also studied. This parameter is related to the total mechanical load on the respiratory system, and increased significantly with obstruction (p<0,001). Analyzing the diagnostic performance of FOT parameters, R0, Rm, Cst,sr and |Zrs4Hz| presented adequate values for clinical use in the identification of mild airway obstruction (AUC>0.7). These values were higher than that observed in the identification of the normal to the spirometric exam group, which may be related to the higher modifications in the group of children with mild airway obstruction. The bronchodilator response was studied by observing the differences within the same group of children, measuring the changes in each group before and after bronchodilator use. The parameters related to the resistance, R0, Rm and S showed significant improvement indicating reduced resistance in control group (p<0.00001,p<0.0003 e 0.00001), normal spirometry results (p<0.000002, p<0.00008 e 0.0006) and with mild airway obstruction (p<0.0001, p<0.0007 e 0.000001). These changes occurred in the control group and groups of children with asthma. Crs,din and Xm also showed significant changes in all groups studied in control group p<0.0001, p<0.00001), normal spirometry results (p<0.00006, p<0.00001) and with mild airway obstruction (p<0.0001, p<0.00001), a fact also observed in the analysis of | Zrs4Hz |, with showed a significant decrease in control group (p<0.00001), normal spirometry results(p<0.00001) and with mild airway obstruction (p<0.00001). We conclude that the increase of the degree of airflow obstruction in asthmatic children introduces increases in the resistance of the respiratory system, reductions in the dynamic compliance, reduction in homogeneity, as well as increase in the total respiratory system mechanical load. The FOT is able to detect respiratory changes in patients with mild airway obstruction. The use of bronchodilator medication introduces changes in asthmatic children, as well as in normal children. The results of the present study indicate that the FOT can be a sensitive test to evaluate the changes associated with asthma in children.

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Open circuit endotracheal suction (OCES) may cause greater damage to respiratory mechanics and gas exchange. There is little evidence about the impact of the use of oxygen concentrations below 100% and the expiratory pressure-zero end expiratory pressure (PEEP-ZEEP) technique at increasing oxygenation and maintaining adequate ventilation during the OCES. In addition studies were not found concerning need or not of hyperoxygenation associated with the PEEP- ZEEP and the effectiveness of isolated hyperoxygenation with oxygen concentration 20% above the baseline, thus justifying the studies of this thesis. Study I aimed to evaluate whether the 20% oxygen concentration of inspired oxygen fraction (FiO2) above the baseline avoids hypoxemia compared the offer to 100% and determine the impact of OCES on pulmonary ventilation in critical patients on mechanical ventilatory support. This randomized crossover study involved 68 patients in an adult intensive care unit (ICU), intubated, mechanically ventilated and placed in the two intervention sequences: Hyperoxygenation using 20% above FiO2 (FiO2 20%) and Hyperoxygenation using 100% FiO2(FiO2 100%). Hyperoxygenation was applied 1 min before each of the 5 ES and 1 min after OCES. The studied variables were measured pre, immediately after and 1min, 2 min and 30 min after OCES. There was a significant intra-group increase in immediate post FiO2 20% and 100% on peripheral oxygen saturation (SpO2), carbon dioxide (CO 2) exhaled at the end of expiration (ETCO2), partial pressure of CO2 in the mixed expired air (PeCO2 ), heart rate (HR), mean arterial pressure (MAP), and in the tidal volume of CO2 (VtCO2) only for the FiO2 20%. Intergroup in the immediate post in VtCO 2, ETCO2 and SpO 2 restoring the pre intervention values 30 min after measurement. It was concluded that an oxygen concentration of 20% above baseline FiO2 for patients with need of prior offer  60% effectively avoided hypoxemia and volumetric capnography analysis confirms that changes in pulmonary ventilation in OCES in critical patients are transient and reversible within 30 min. These findings also support the implementation of Study II which aimed to verify behavior of peripheral oxygen saturation (SpO2) and exhaled end- expiratory CO2 (ETCO2), for the OCES procedure, using PEEP-ZEEP baseline FiO2 versus PEEP-ZEEP hyperoxygenation using 20% above FiO 2. This randomized crossover study involved 38 patients in an ICU, intubated, mechanically ventilated and placed in the two intervention sequences: PEEP-ZEEP with baseline FiO2 (PEEP-ZEEP FiO2 baseline) and PEEP-ZEEP with 20% above FiO2 (PEEP-ZEEP hyperoxygenation). Hyperoxygenation was applied 1 min before each of the 5 procedures and 1 min after OCES. PEEP-ZEEP with 3 series before each of the 5 ES. The studied variables were measured pre, immediately after and one, two and 30 min after OCES. There was significant increase in SpO2 on PEEP-ZEEP hyperoxygenation, with maintenance of adequate levels on PEEP-ZEEP FiO2 baseline no change in ETCO2 in both interventions. Significant difference was found in intergroup SpO2 post 1 min of hyperoxygenation, immediate post, post 1and 2 min of OCES. Significant difference was found in intergroup SpO2 post 1 min of hyperoxygenation, immediate post, post 1 and 2 min of OCES. It was concluded that the PEEP-ZEEP technique, when well indicated, associated or not to hyperoxygenation is effective to avoided the fall of SpO2 and maintain levels of ETCO2, minimizing the impairment in the ventilation caused by OCES. / A Aspiração endotraqueal (AE) em pacientes ventilados mecanicamente é necessária para manutenção da permeabilidade das vias aéreas. A AE em sistema aberto (AESA) pode causar maior prejuízo na mecânica respiratória e trocas gasosas. Existem poucas evidências sobre o impacto de concentrações de oxigênio menores que 100% e da técnica de pressão expiratória final positiva - pressão expiratória final zero (PEEP- ZEEP) na oxigenação e ventilação durante a AESA. Também não foram encontrados estudos abordando a necessidade ou não de hiperoxigenação associada à PEEP-ZEEP e sobre a efetividade isolada da hiperoxigenação com concentração de oxigênio de 20% acima da basal em adultos. Justificando assim, a realização dos estudos desta tese. O Estudo I foi realizado com os objetivos de avaliar se a hiperoxigenação com fração inspirada de oxigênio (FiO 2) de 20% acima da basal evita a hipoxemia comparado a oferta de FiO2 à 100%, além de determinar o impacto da AESA na ventilação pulmonar de pacientes críticos em suporte ventilatório mecânico. Estudo, randomizado e cruzado, envolvendo 68 pacientes de uma Unidade de Terapia Intensiva (UTI) adulto, intubados e alocados por sorteio simples em duas sequências de intervenção: Hiperoxigenação com FiO2 de 20% acima da basal (FiO2 20%) e Hiperoxigenação com FiO2 100% (FiO2 100%). A hiperoxigenação foi aplicada 1 min antes de cada um dos 5 procedimentos e 1 min após o procedimento. As variáveis estudadas foram medidas pré, imediatamente após e após 1 min, 2 min e 30 min da AESA. Constatou-se aumento significativo intragrupo no pós imediato nas intervenções FiO2 20% e 100% na saturação periférica de oxigênio (SpO2), dióxido de carbono (CO2) exalado ao final da expiração (ETCO2), pressão parcial mista expirada de CO 2 (PeCO2), frequência cardíaca (FC), pressão arterial média (PAM) e, no volume corrente de CO2 (VtCO2) apenas na FiO2 20%. E intergrupos no VtCO2, ETCO2, e na SpO2, no pós imediato, com restabelecimento aos valores pré intervenção 30 min após. Concluiu-se que a hiperoxigenação com FiO2 de 20% acima da basal evitou a hipoxemia e, a análise de capnografia volumétrica confirmou a ocorrência de alterações transitórias na ventilação pulmonar na AESA, sendo possível observar neste estudo, a reversibilidade em 30 min. Esses achados impulsionaram a realização do Estudo II, com objetivo de analisar o comportamento da SpO2 e do ETCO2 na AESA, utilizando PEEP-ZEEP com FiO2 basal versus PEEP-ZEEP associada a hiperoxigenação com FiO2 de 20% acima da basal. Estudo, randomizado cruzado, envolveu 38 pacientes de uma UTI adulto, intubados e alocados em duas sequências de intervenção: PEEP-ZEEP com a FiO2 em uso (PEEP-ZEEP FiO2 basal) e PEEP-ZEEP com FiO2 de 20% acima da basal (PEEP-ZEEP hiperoxigenação). A hiperoxigenação foi aplicada 1 min antes de cada um dos 5 procedimentos e 1 min após o procedimento e a PEEP-ZEEP com 3 séries de 60 s antes de cada um dos 5 procedimentos de AESA. As variáveis estudadas foram medidas pré, imediatamente após e após 1 min, 2 min e 30 min da AESA. Constatou-se aumento significativo da SpO2 na PEEP-ZEEP hiperoxigenação e com manutenção de níveis adequados na PEEP-ZEEP FiO2 basal, com manutenção do ETCO2 em ambas as intervenções. Observou-se diferença significativa intergrupos na SpO2 no pós 1 min da hiperoxigenação, pós imediato, 1 min e 2 min após intervenção. Concluiu-se que a técnica PEEP-ZEEP quando bem indicada, associada ou não à hiperoxigenação é eficiente para evitar a queda da SpO2 e em manter os níveis do ETCO2, minimizando o prejuízo na ventilação provocado pela AESA.