The use of forced oscillation technique (FOT) to study the mechanical properties of the respiratory system was proposed by Dubois (1956). This technique allows studying the mechanical behavior of the respiratory system, and from models, extracting features of pulmonary mechanics that would be barely noticeable by other methods. The object of this work was to build a portable device that uses the forced oscillation technique so that tests could be performed in locations with limited space. The device of TOF2 was remodeled from an early version called TOF1. Its components are integrated by replacing the set of equipment, power, signal generator, pressure transducers and data acquisition board with a single portable system. It was also developed a processing system for the collected data. In the validation process of TOF2 the pressure transducers were calibrated, the acquisition and data processing approach were defined, a standard resistance-inertance-compliance (RIC) model was built (analogue), and compared to the known value of impedance with the measured values in TOF2. The resulting procedure is analogous to that used in characterization of electric resistances. The reproducibility of the resistance measurements with TOF2 coupled to the analogue, along with the coherence function was greater than 95%, which indicates a good reliability. We conclude that the developed device, called TOF2, includes all the instrumentation needed to perform the measurements of a conventional TOF instrument, and meets the general recommendations for the design and implementation of the measurement system. / O uso da Técnica de Oscilações Forçadas (TOF) no estudo das propriedades mecânicas do sistema respiratório foi proposto por DUBOIS (1956). Essa técnica permite estudar o comportamento mecânico do sistema respiratório e, a partir de modelos, extrair características da mecânica pulmonar que seriam pouco perceptíveis por outros métodos. O objeto deste trabalho foi a construção de um aparelho portátil que utiliza a técnica de oscilações forçadas para que os exames pudessem ser realizados em locais com pouco espaço. O aparelho da TOF2 foi remodelado a partir de uma versão inicial denominada TOF1. Seus componentes foram integrados substituindo o conjunto de aparelhos, fonte, gerador de sinais, transdutores de pressão e placa de aquisição de dados por um único sistema portátil. Foi desenvolvido também um sistema de processamento dos dados coletados. No processo de validação do TOF2 foram calibrados os transdutores de pressão, definidos a aquisição e o processamento dos dados, foi construído um modelo resistência-inertância-complacência (RIC) padrão (analogue) e comparou-se o valor de impedâncias conhecidas com os valores mensurados no TOF2. Os resultados foram compatíveis aos valores obtidos na caracterização das resistências. A reprodutibilidade das medidas de resistência com o TOF2 acoplado ao analogue, juntamente com a função de coerência foi superior a 95%,o que indica uma boa confiabilidade dos dados. Conclui-se que o aparelho desenvolvido, denominado TOF2, inclui toda a instrumentação necessária para realizar as medições convencionais de um aparelho TOF, e cumpre as recomendações gerais para a elaboração e implementação do sistema de medidas.

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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.

Introdução: A DPOC caracteriza-se pela limitação ao fluxo aéreo associada à resposta inflamatória anormal dos pulmões a partículas ou gases nocivos. As alterações mecânicas decorrentes da DPOC estão relacionadas com a disfunção mecânica das fibras do diafragma, já observadas nas fases iniciais da doença. Alguns estudos têm demonstrado o elevado potencial da Técnica de Oscilações Forçadas (FOT) na detecção das alterações mecânicas da DPOC. Contudo, tais aplicações da FOT não permitiam a análise em tempo real das alterações do sistema respiratório, bem como da mobilidade toracoabdominal destes indivíduos. Desta forma, os objetivos desta pesquisa foram analisar, em tempo real, as alterações de impedância do sistema respiratório nas distintas fases do ciclo em portadores de DPOC, assim como avaliar a movimentação toracoabdominal destes indivíduos. Metodologia: Trata-se de um estudo observacional controlado, prospectivo onde foram analisados 48 indivíduos, 23 indivíduos controles e 25 portadores de DPOC com grau de obstrução acentuado. Os indivíduos realizaram exames de FOT para análise da impedância do sistema respiratório e mobilidade toracoabdominal, simultaneamente. Posteriormente aos exames da FOT os indivíduos foram submetidos à Espirometria. Resultados: Os resultados demonstraram aumento da impedância do sistema respiratório nos indivíduos com DPOC em comparação ao grupo controle, em nos parâmetros estudados (Zt, Zi, Ze, Zii, Zie, Zrs e Zpp) (p<0,0001). Em relação às distintas fases do ciclo, os indivíduos deste estudo apresentaram impedâncias maiores na fase inspiratória quando comparadas à fase expiratória (p<0,004). Somente 10% dos portadores de DPOC apresentaram assincronia toracoabdominal (&#966; &#8805; 45), sendo que os valores médios não apresentaram diferença estatística quando comparados ao grupo controle. Discussão: A impedância total do sistema respiratório (Zt) aumentada nos portadores de DPOC confirma o aumento da carga mecânica do sistema respiratório destes indivíduos. Essas alterações são coerentes com o processo fisiopatológico, evidenciado pela obstrução ao fluxo aéreo e destruição do parênquima pulmonar. O aumento da impedância na fase inspiratória quando comparada à fase expiratória, sugere um aumento no trabalho resistivo e elástico. Não foram evidenciados sinais de assincronia na mobilidade toracoabdominal na maior parte dos indivíduos, sugerindo que alguns mecanismos adaptativos atuam na tentativa de evitar a fadiga do músculo respiratório. Conclusões: A DPOC resulta no aumento da carga mecânica do sistema respiratório, alterações identificadas pelo aumento da impedância do sistema respiratório, medida pela FOT em tempo real. Este aumento foi mais evidente durante a fase inspiratória. A mobilidade toracoabdominal não se mostrou alterada na maior parte dos indivíduos com DPOC. Estes resultados são consistentes com publicações prévias e fundamentos fisiopatológicos, confirmando o potencial da FOT monofreqüência na avaliação das modificações relacionadas à DPOC. / Introduction: COPD is carachterized by airflow limitation associated abnormal inflammatory response of the lung to noxious particles or gases. The mechanical alterations associated with COPD have been related with dysfunction of the diaphragm, observed since the initial phases of the disease. Several studies have confirmed the high potential of FOT in the assessment of the mechanics modifications related to COPD. However, such studies did not allow a real-time analysis of the changes in the respiratory system, and the thoracoabdominal mobility of these individuals. Thus, the goals of the present study were to analyze, in real-time, the impedance alterations of the respiratory system in different phases of the respiratory cycle of COPD patients. Methodology: This research consists of a controlled observational study where 48 individuals were analyzed, 23 controls and 25 individuals with COPD and severe airway obstruction. Firstly, they performed simultaneous analysis of impedance of the respiratory system and thoracoabdominal motion. In subsequent examinations, these subjects were submitted to spirometry. Results: The results demonstrated an increase of the respiratory system impedance in individuals with COPD compared with the control group in all of the studied parameters (Zt, Zi, Ze, Zii, Zie, &#916;Zrs e Zpp) (p<0.0001). Considering the different phases of the respiratory cycle, higher impedances were observed in the inspiratory phase (p<0.004). Only 10% of individuals with COPD showed thoracoabdominal asynchrony (&#966;&#8805; 45), and the mean values showed no statistical difference when compared to the control group. Discussions: The total impedance of the respiratory system increased in individuals with COPD, which describes the increase of the mechanic load of the respiratory system in these individuals. These alterations are coherent with the physiopathology of COPD, associated with airflow obstruction and lung parenchyma destruction. The increase of the impedance in the inspiratory phase suggests an increase of the resistive and elastic work. There were not signals of thoracoabdominal asynchrony in the major part of the studied individuals, suggesting that some adaptation mechanisms act to compensate respiratory muscle fatigue. Conclusion: The COPD results in the increase of the mechanic load of the respiratory system. These alterations were identified by the increase of the respiratory system impedance, which was more evidence in the inspiratory phase. The thoracoabdominal asynchrony was not usual in individuals with COPD. Those results are consistent with previously published data and physiopathological fundamentals, confirming the potential of monofrequency FOT in the assessment of the modifications related to COPD.

Introdução: A DPOC caracteriza-se pela limitação ao fluxo aéreo associada à resposta inflamatória anormal dos pulmões a partículas ou gases nocivos. As alterações mecânicas decorrentes da DPOC estão relacionadas com a disfunção mecânica das fibras do diafragma, já observadas nas fases iniciais da doença. Alguns estudos têm demonstrado o elevado potencial da Técnica de Oscilações Forçadas (FOT) na detecção das alterações mecânicas da DPOC. Contudo, tais aplicações da FOT não permitiam a análise em tempo real das alterações do sistema respiratório, bem como da mobilidade toracoabdominal destes indivíduos. Desta forma, os objetivos desta pesquisa foram analisar, em tempo real, as alterações de impedância do sistema respiratório nas distintas fases do ciclo em portadores de DPOC, assim como avaliar a movimentação toracoabdominal destes indivíduos. Metodologia: Trata-se de um estudo observacional controlado, prospectivo onde foram analisados 48 indivíduos, 23 indivíduos controles e 25 portadores de DPOC com grau de obstrução acentuado. Os indivíduos realizaram exames de FOT para análise da impedância do sistema respiratório e mobilidade toracoabdominal, simultaneamente. Posteriormente aos exames da FOT os indivíduos foram submetidos à Espirometria. Resultados: Os resultados demonstraram aumento da impedância do sistema respiratório nos indivíduos com DPOC em comparação ao grupo controle, em nos parâmetros estudados (Zt, Zi, Ze, Zii, Zie, Zrs e Zpp) (p<0,0001). Em relação às distintas fases do ciclo, os indivíduos deste estudo apresentaram impedâncias maiores na fase inspiratória quando comparadas à fase expiratória (p<0,004). Somente 10% dos portadores de DPOC apresentaram assincronia toracoabdominal (&#966; &#8805; 45), sendo que os valores médios não apresentaram diferença estatística quando comparados ao grupo controle. Discussão: A impedância total do sistema respiratório (Zt) aumentada nos portadores de DPOC confirma o aumento da carga mecânica do sistema respiratório destes indivíduos. Essas alterações são coerentes com o processo fisiopatológico, evidenciado pela obstrução ao fluxo aéreo e destruição do parênquima pulmonar. O aumento da impedância na fase inspiratória quando comparada à fase expiratória, sugere um aumento no trabalho resistivo e elástico. Não foram evidenciados sinais de assincronia na mobilidade toracoabdominal na maior parte dos indivíduos, sugerindo que alguns mecanismos adaptativos atuam na tentativa de evitar a fadiga do músculo respiratório. Conclusões: A DPOC resulta no aumento da carga mecânica do sistema respiratório, alterações identificadas pelo aumento da impedância do sistema respiratório, medida pela FOT em tempo real. Este aumento foi mais evidente durante a fase inspiratória. A mobilidade toracoabdominal não se mostrou alterada na maior parte dos indivíduos com DPOC. Estes resultados são consistentes com publicações prévias e fundamentos fisiopatológicos, confirmando o potencial da FOT monofreqüência na avaliação das modificações relacionadas à DPOC. / Introduction: COPD is carachterized by airflow limitation associated abnormal inflammatory response of the lung to noxious particles or gases. The mechanical alterations associated with COPD have been related with dysfunction of the diaphragm, observed since the initial phases of the disease. Several studies have confirmed the high potential of FOT in the assessment of the mechanics modifications related to COPD. However, such studies did not allow a real-time analysis of the changes in the respiratory system, and the thoracoabdominal mobility of these individuals. Thus, the goals of the present study were to analyze, in real-time, the impedance alterations of the respiratory system in different phases of the respiratory cycle of COPD patients. Methodology: This research consists of a controlled observational study where 48 individuals were analyzed, 23 controls and 25 individuals with COPD and severe airway obstruction. Firstly, they performed simultaneous analysis of impedance of the respiratory system and thoracoabdominal motion. In subsequent examinations, these subjects were submitted to spirometry. Results: The results demonstrated an increase of the respiratory system impedance in individuals with COPD compared with the control group in all of the studied parameters (Zt, Zi, Ze, Zii, Zie, &#916;Zrs e Zpp) (p<0.0001). Considering the different phases of the respiratory cycle, higher impedances were observed in the inspiratory phase (p<0.004). Only 10% of individuals with COPD showed thoracoabdominal asynchrony (&#966;&#8805; 45), and the mean values showed no statistical difference when compared to the control group. Discussions: The total impedance of the respiratory system increased in individuals with COPD, which describes the increase of the mechanic load of the respiratory system in these individuals. These alterations are coherent with the physiopathology of COPD, associated with airflow obstruction and lung parenchyma destruction. The increase of the impedance in the inspiratory phase suggests an increase of the resistive and elastic work. There were not signals of thoracoabdominal asynchrony in the major part of the studied individuals, suggesting that some adaptation mechanisms act to compensate respiratory muscle fatigue. Conclusion: The COPD results in the increase of the mechanic load of the respiratory system. These alterations were identified by the increase of the respiratory system impedance, which was more evidence in the inspiratory phase. The thoracoabdominal asynchrony was not usual in individuals with COPD. Those results are consistent with previously published data and physiopathological fundamentals, confirming the potential of monofrequency FOT in the assessment of the modifications related to COPD.