En inhibant la formation de caillots dans le sang, les médicaments antiplaquettaires diminuent de façon importante le risque d’événements ischémiques aigus. Cependant, une sous-population de patients souffrant de maladie coronarienne présente une inhibition inadéquate de la fonction plaquettaire malgré la prise quotidienne d’acide acétylsalicylique (AAS). Le premier volet de cette thèse démontre qu’une régénération plaquettaire accélérée pourrait expliquer en partie la variabilité dans la persistance de l’effet antiplaquettaire de l’AAS chez certains sujets souffrant de maladie coronarienne. Ces données suggèrent qu’une augmentation de la fréquence d’administration d’AAS d’une à deux fois par jour pourrait être bénéfique chez ces sujets. Des méta-analyses ont suggéré qu’une réponse plaquettaire inadéquate à l’AAS pourrait augmenter le risque d’événements ischémiques récurrents. La nature rétrospective de ces analyses ne permet pas d’établir la causalité. Dans le deuxième volet de cette thèse, les résultats d’une étude prospective visant à comparer la pertinence clinique de 6 tests de fonction plaquettaire fréquemment utilisés pour évaluer la réponse plaquettaire à l’AAS est présentée. Les résultats démontrent qu’aucun des tests de fonction plaquettaire couramment employés ne prédit la survenue d’événements ischémiques aigus chez des patients souffrant de maladie coronarienne stable. Toutefois, la cessation de la prise d’AAS est un prédicteur important d’événements thrombotiques. La cessation de médicaments antiplaquettaires a souvent été associée à la survenue d’événements thrombotiques dans les jours suivant l’interruption. À savoir si la survenue de ces événements est attribuable uniquement au retrait d’un médicament protecteur ou plutôt à une sensibilisation plaquettaire, constitue un débat d’actualité. Dans le troisième volet de cette thèse, des données sont présentées démontrant que la cessation de clopidogrel après la période recommandée par les lignes directrices actuelles provoque une sensibilisation des plaquettes nouvellement formées aux stimuli plaquettaires physiologiques. Ces résultats encouragent la recherche sur différentes modalités pour atténuer le risque thrombotique accru chez ces patients souffrant de maladie coronarienne. En conclusion, cet ouvrage présente des études visant à identifier les sous-populations de patients qui sont plus à risque de complications cardiovasculaires récurrentes. Dans ce contexte, la personnalisation de traitement est une avenue thérapeutique prometteuse, où chaque patient pourra recevoir un traitement ciblé en fonction de ses besoins et de ses contre-indications. Ce changement de paradigme d’une thérapie empirique issue d’études de grande envergure sur des données populationnelles à une thérapie ajustée aux besoins individuels représente un vaste champ de recherche, où la majorité des découvertes sont à faire. / By inhibiting the formation of blood clots, antiplatelet drugs significantly reduce the risk of acute ischemic events. However, a subpopulation of patients suffering from coronary artery disease presents with an inadequate inhibition of platelet function despite taking acetylsalicylic acid (ASA) daily. The first part of this thesis demonstrates that accelerated platelet turnover could partly explain the variability in the persistence of the antiplatelet effect of ASA in some coronary artery disease patients. These results suggest that increasing the frequency of administration of ASA from once to twice daily may be beneficial in selected patients. Meta-analyses have suggested that an inadequate platelet response to ASA may increase the risk of recurrent ischemic events. The retrospective nature of these analyses forbids the inference of causality. In the second part of this thesis, the results of a prospective study comparing the clinical relevance of 6 platelet function tests commonly used to assess platelet response to ASA are presented. The results show that none of the commonly used platelet function tests predict the occurrence of acute ischemic events in stable coronary artery disease patients. However, discontinuation of ASA is an important predictor of thrombotic events. Discontinuation of antiplatelet drugs has often been associated with thrombotic events in the days following cessation. If the occurrence of these events is due solely to the withdrawal of a protective drug or rather platelet sensitization is a topic of some debate. In the third part of this thesis, data are presented demonstrating that clopidogrel discontinuation, after the period recommended by current guidelines, leads to sensitization of newly formed platelets to physiological platelet stimuli. These results encourage research on different ways to mitigate the increased risk of thrombosis in coronary artery disease patients scheduled to discontinue clopidogrel therapy. In conclusion, this dissertation presents studies aiming to identify subpopulations of patients who are at increased risk of recurrent cardiovascular events. In this context, the personalization of treatment is a promising therapeutic avenue, where each patient can receive a targeted therapy according to his needs and contraindications. This shift in paradigm from empirical therapy based on population data retrieved from large clinical studies to therapy tailored to individual needs opens a vast field of research, where the majority of discoveries remain to be made.

Uma das aplicações básicas da engenharia biomédica se refere aos testes de equipamentos de uso clínico, a avaliação de sua natureza, acessibilidade e/ou suas características. No âmbito da avaliação do sistema respiratório, estão disponíveis diferentes parâmetros de referência (PR) para o teste de espirometria, um dos principais testes de função pulmonar, que permite medir: volumes, capacidades e fluxos pulmonares. Estes PR baseiam-se principalmente em dados étnicos, idade e gênero de indivíduos saudáveis, mas havendo diferenças entre populações avaliadas, como no Brasil com sua grande diversidade de raças e etnias, pode haver erro diagnóstico. Em razão disto, o objetivo deste estudo foi analisar três dos principais PR utilizados nesta população: PR-P (de Pereira e colaboradores de 2007), PR-K ( de Knudson e colaboradores de 1983) e PR-Q (de Quanjer e colaboradores de 2012). Procedeu-se um estudo exploratório descritivo com 683 indivíduos (180 homens e 503 mulheres) entre 24 e 59 anos, em boas condições de saúde, praticantes de exercícios físicos regulares com frequência mínima de duas vezes por semana. Foi aplicada anamnese, coletados dados de massa, estatura e realizada a espirometria forçada (espirômetro bidirecional - Care Fusion MicroLoop) e as variáveis respiratórias avaliadas foram VEF1, CVF, FEF75 e PFE. Como principais resultados verificou-se que a idade média foi de 42 anos (masculino: 40,6 anos; feminino: 44,4 anos); IMC médio de 26 Kg/m² (masculino: 26,26 Kg/m²; feminino: 26,44 Kg/m²); e tempo da prática de exercícios físicos médio de 52 meses (masculino: 66,9 meses; feminino: 37,9 meses). Ao se analisar a variação dos parâmetros de referência para classificação da função pulmonar entre os três protocolos testados, encontrou-se diferença estatisticamente significativa (p<0,05) entre CVF, VEF1, FEF75 e PFE para os valores previstos e atingidos em todos os PR, além de sinais restritivos e obstrutivos. Para o PR-P, mesmo com indivíduos com características assintomáticas e praticantes de exercícios físicos, 17,2% dos indivíduos foram classificados com algum grau de restrição e 17,3% com obstrução, distanciando-se do PR-K e PR-Q que, respectivamente apresentaram valores para restritivo de 7,0% e 12,8% e para obstrutivos de 7,1% e 4,8%. Conclui-se que os respectivos PR podem induzir a erros, levando a classificações diferentes, podendo um mesmo indivíduo ser considerado em estado de normalidade, restritivo ou obstrutivo, a depender do protocolo escolhido. O estado nutricional interferiu na função respiratória no gênero masculino ao se identificar associação significativa entre o estado nutricional e o teste de função pulmonar, x² = 9,80 (p = 0,04). Desta forma, homens acima do peso tiveram 1,9 vezes mais risco de apresentar o teste de função pulmonar insuficiente, mesmo praticando exercícios físicos regulares. Não houve associação significativa em nenhum dos gêneros entre o teste de função pulmonar e o tempo de prática de exercícios físicos. O teste de correlação de Pearson, confirmou a inexistência de correlação entre as variáveis VEF1, PFE e CVF com o tempo de prática para ambos os gêneros. / One of the basic applications of biomedical engineering refers to the testing of clinical use equipment, the assessment of its nature, accessibility and / or its features. In the evaluation of the respiratory system, are available different parameters of reference (PR) for the spirometry test, one of the main pulmonary function tests, which can measure: volumes, capacities and pulmonary flows. These PR based mainly on ethnic data, age and gender in healthy subjects, but with differences between populations studied, as in Brazil with its great diversity of races and ethnic groups, there may be misdiagnosis. Because of this, the objective of this study was to analyze in this population, three of the most used PR: PR-P (Pereira et al., 2007), PR-K (Knudson et al., 1983) and PR-Q (Quanjer et al., 2012). The procedure was a descriptive exploratory study with 683 subjects (180 men and 503 women) between 24 and 59 years, in good health, regular physical exercises practitioners with minimum frequency of twice a week. Anamnesis was applied, collected data of mass and height, performed forced spirometry (bidirectional spirometer - Care Fusion Microloop) and the following respiratory variables were measured, FEV1, FVC, PEF and FEF75. With the main results it was found that the average age was 42 years (male: 40.6 years; women: 44.4 years); BMI average of 26 kg / m² (male: 26.26 kg / m²; female: 26.44 kg / m²); and time the average physical exercises practice 52 months (male: 66.9 months; female: 37.9 months). When analyzing the variation of the reference parameters for pulmonary function classification between the three protocols tested, we found a statistically significant difference (p <0.05) between FVC, FEV1, PEF and FEF75 to the levels required and achieved in all PR, as well as restrictive and obstructive signs. For the PR-P, even with individuals with asymptomatic characteristics and practitioners of physical exercises, 17.2% of subjects were classified with some degree of restriction and 17.3% with obstruction, away from the PR-K and PR-Q which respectively had values for restrictive of 7.0% and 12.8% and for obstruction of 7.1% and 4.8%. We conclude that these PR may induce to errors, leading to different rating, where one individual can be considered in normal state, restrictive or obstructive, depending on the chosen protocol. It was identified that nutritional status interfere with respiratory function, demonstrating significant association between nutritional status and pulmonary function test for males, x² = 9.80 (p = 0.04). Thus, overweight men had 1.9 times more risk to have the insufficient lung function test, even practicing regular physical exercises. There was no significant association in any of the genres between the pulmonary function test and the time of physical activity. The Pearson correlation test confirmed the lack of correlation between the FEV1, FVC and PEF with practice time for both genders.

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.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A doença pulmonar obstrução crônica (DPOC) é caracterizada pela limitação de fluxo parcialmente reversível, classificada por níveis de obstrução pós-broncodilatador. Há várias evidências de que o FEV1 sozinho não é capaz de mostrar a broncodilatação de pacientes com DPOC, mesmo naqueles que apresentam melhora clínica. A técnica de oscilações forçadas (TOF) tem mostrado alta sensibilidade na detecção precoce de alterações mecânicas na DPOC, contudo o efeito broncodilatador na impedância respiratória de pacientes com DPOC ainda não está esclarecido. Objetiva avaliar a utilidade da TOF nos diferentes estágios de obstrução das vias aéreas; (2) avaliar a resposta da impedância respiratória ao salbutamol em indivíduos saudáveis ao exame espirométrico e pacientes com DPOC em diferentes graus de gravidade. Foram avaliados 25 indivíduos saudáveis sem história de tabagismo, 24 tabagistas e 151 pacientes com DPOC classificados em graus I, II, III e IV. Todos os sujeitos foram avaliados pela TOF seguida da espirometria, antes e após o uso do salbutamol spray. As curvas de resistência e reatância demonstraram alteração em todos os estágios de obstrução das vias aéreas após o uso do salbutamol. O grupo de risco apresentou alterações mecânicas semelhantes ao grupo leve (p=ns). Os parâmetros R0, Rm, Csr,din e Z4Hz apresentam desempenho diagnóstico adequado (AUC > 0,85) em todos os estágios de gravidade da doença. Todos os parâmetros de TOF e espirometria apresentaram diminuição após uso do salbutamol. Os indivíduos saudáveis apresentaram uma pequena diminuição comparada aos subgrupos de DPOC. A variação em termos absolutos da &#916;Z4Hz e das derivadas da resistência, &#916;R0, &#916;Rm, &#916;S, apresentaram variação significativa (p<0,0001, p<0,003; p<0,04; p<0,0002, respectivamente) com o aumento da obstrução brônquica. Nas derivadas da reatância o &#916;Xm aumentou com a gravidade da doença (p<0,0002). Por outro lado, a &#916;Crs,dyn não demonstrou diferença significativa com a gravidade da DPOC. Em termos percentuais os parâmetros da TOF apresentaram variação expressiva em &#916;Rm% (p<0,02), &#916;S% (p<0,02) e &#916;Xm% (p<0,004) com o aumento da obstrução nas vias aéreas. Por outro lado, &#916;R0%, &#916;Crs,dyn% e &#916;Z4Hz% não variaram entre os estágios da DPOC. A associação entre a broncodilatação nas vias aéreas e a impedância pulmonar foi fraca entre &#916;Xm vs &#916;FVC (r=0,32, p<0,0001) e &#916;Z4Hz% vs &#916;FEV1% vs &#916;FVC% (r=0.28, p<0,0005; r=0,29, p<0,0003, respectivamente). A TOF é útil na avaliação das alterações mecânicas nos diferentes níveis de obstrução das vias aéreas na DPOC. Demonstramos o benefício da medicação broncodilatadora, quantificando a melhora da ventilação através da TOF. A impedância respiratória diminui em todos os estágios da DPOC, o estágio leve melhorou tanto quanto o estágio muito grave. Isto sugere que a medida da impedância pulmonar não é dependente do volume como ocorre na espirometria e que a broncodilatação ocorre em todas as fases da progressão da DPOC. / Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is characterized by partially reversible flow limitation, classified by the post-bronchodilator level of airway obstruction. There is abundant evidence that FEV1 alone is not able to show bronchodilation in COPD patients, even in patients with clinical improvement. The forced oscillation technique (FOT) has shown high sensitivity for early detection of mechanical changes in COPD. However, the bronchodilator effect on respiratory impedance is still unclear. Objective to evaluate the utility of FOT in the diagnosis of different stages of airway obstruction, (2) to investigate the response to salbutamol in healthy, smoking and COPD patients in different degrees of severity. We evaluated 25 healthy subjects with no history of smoking, 24 smokers and 151 COPD patients classified into grades I, II, III and IV of severity. All subjects were assessed by the FOT followed by spirometry before and after the use of salbutamol spray. The resistance and reactance curves showed change at all stages of airway obstruction after the use of salbutamol. The smoking group showed similar mechanical changes to the mild group (p=ns). The parameters R0, Rm, Csr,din and Z4Hz presented adequate diagnostic accuracy (AUC>0.85) in all stages of disease severity. All FOT and spirometry parameters showed decreased after salbutamol use. Healthy individuals showed a small decrease compared with the subgroups of COPD. The variations of the impedance module (&#916;Z4Hz) and resistance parameters, (&#916;R0, &#916;Rm, &#916;s) were significant (p<0.0001, p<0.003, p<0.04 and p<0.0002, respectively) with increased bronchial obstruction. Mean reactance (&#916;Xm) increased with disease severity (p<0.0002). The &#916;Crs,dyn showed no significant change with the severity of COPD. In percentage terms, FOT parameters showed significant variation in &#916;Rm% (p<0.02), &#916;s (p<0.02) and &#916;Xm% (p<0.004) with increased airway obstruction. &#916;R0% &#916;Crs,dyn% and &#916;Z4Hz% did not vary between different stages of COPD. The association between bronchodilation in the airways and lung impedance was weak between &#916;Xm vs &#916;FVC (r=0.32, p<0.0001) and &#916;Z4Hz% vs &#916;FEV1% vs &#916;FVC% (r=0.28, p<0.0005, r=0.29, p<0.0003, respectively). The FOT is useful in the evaluation of the mechanical changes at different levels of airway obstruction in COPD. We demonstrate the benefit of a bronchodilator, quantifying the improvement of ventilation through the FOT. The respiratory impedance decreases in all stages of COPD. This suggests that the impedance changes are not dependent on lung volume as in spirometry and that bronchodilation occurs at all stages of the progression of COPD.

Efficient and accurate sensing of various parameters is needed for numerous applications. In this regard, different categories of sensors play a significant role and different applications require diverse sensing mechanisms owing to the operating conditions and field constraints. Among the several sensor methodologies available, optical fiber sensors have found significant attention, because of their advantages such as negligible foot print, small mass, immunity to Electromagnetic Interference, etc. In the category of optical fiber sensors, Fiber Bragg Grating (FBG) sensors have found importance in many fields such as health monitoring of civil structures, environmental monitoring involving gas & humidity sensing, monitoring parameters like pressure, tilt, displacement, etc. In the recent times, FBGs have found applications in biomedical, biomechanical and biosensing fields. A FBG is a periodic change of the refractive index of the core of a single mode optical fiber along its longitudinal axis. The periodic modulation in the index of refraction is obtained by exposing a photosensitive germanium-doped silica fiber to an intense UV laser beam. FBGs, in the basic form, can sense strain and temperature. However, in recent years, several newer sensing applications of FBGs have been demonstrated. Some of the main features of the FBG sensor which qualify them for diverse sensing applications are high sensitivity, large operational bandwidth, multiplexing & multi modal sensing capability, etc. In this thesis work, FBG sensor based devices have been developed for newer applications in bio-medical fields for the measurement of force, flow and temperature. Particularly, novel transduction methodologies have been proposed, in order to convert the measurand parameter into a secondary parameter that can be sensed by the FBG sensor. The evaluation of the force required for a spinal needle to penetrate various tissue layers from skin to the epidural space is vital. In this work, a novel technique for dynamic monitoring of force experienced by a spinal needle during lumbar puncture using Fiber Bragg Grating (FBG) sensor has been developed. The Fiber Bragg Grating Force Device (FBGFD) developed, measures the force on the spinal needle due to varied resistance offered by different tissue layers during its traversal. The effect of gauge of the spinal needle used for the lumbar puncture procedure affects the force required for its insertion into the tissue. The FBGFD developed, has been further utilized for a comparative study of the force required for lumbar puncture of various tissue layers with spinal needle of different gauges. The results obtained may serve as a guideline for selection of suitable gauge spinal needle during lumbar puncture minimizing post puncture side effects on patients. The pulmonary function test carried out using a spirometer, provides vital information about the functional status of the respiratory system of the subject. A Fiber Bragg Grating Spirometer (FBGS) has been developed which has the ability to convert the rate of air flow into a shift in wavelength that can be acquired by the FBG sensor. The FBGS can dynamically acquire the complete breathing sequence comprising of the inhalation phase, pause phase and exhalation phase in terms of the air flow rate along with the time duration of each phase. Methods are adopted to analyse and determine important pulmonary parameters using FBGS and compare these parameters with those obtained with a commercially available hospital grade pneumotachograph spirometer. Thermal imaging is one of the emerging non-invasive neuro-imaging techniques which can potentially indicate the boundaries of a brain tumor. The variation in tissue surface temperature is indicative of a tumor existence. In this work a FBG temperature sensor (FBGTS) has been developed for thermography of a simulated tissue using Agar material. The temperature of the embedded heater which mimics a brain tumor along with the surface temperature of the tissue model, is acquired using FBGTSs simultaneously. Further, the surface temperatures are studied for varying heater temperatures as well as varying positions of the heater in the simulated tissue model. To conclude, FBG based devices have been developed in this work, for applications in biomedical domain, with appropriate transduction methodologies for sensing different parameters such as force, flow and temperature.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:16:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AngeloAPN_DISSERT.pdf: 995336 bytes, checksum: 4255a44d807a847caa19fe61283e58b9 (MD5) Previous issue date: 2011-04-15 / Background: Obesity may affect the respiratory system, causing changes in respiratory function and in the pulmonary volumes and flows. Objectives: To evaluate the influence of obesity in the movement of thoracoabdominal complex at rest and during maximal voluntary ventilation (MVV), and the contribution between the different compartments of this complex and the volume changes of chest wall between obese and non-obese patients. Materials and Methods: We studied 16 patients divided into two groups: the obese group (n = 8) and group non-obese (n = 8). The two groups were homogeneous in terms of spirometric characteristics (FVC mean: 4.97 ? 0.6 L - 92.91 ? 10.17% predicted, and 4.52 ? 0.6 L - 93.59 ? 8.05%), age 25.6 ? 5.0 and 26.8 ? 4.9 years, in non-obese and obese respectively. BMI was 24.93 ? 3.0 and 39.18 ? 4.3 kg/m2 in the groups investigated. All subjects performed breathing calm and slow and maneuver MVV, during registration for optoelectronic plethysmography. Statistical analysis: we used the unpaired t test and Mann-Whitney. Results: Obese individuals had a lower percentage contribution of the rib cage abdominal (RCa) during breathing at rest and VVM. The variation of end expiratory (EELV) and end inspiratory (EILV) lung volumes were lower in obese subjects. It has been found asynchrony and higher distortion between compartments of thoracoabdominal complex in obese subjects when compared to non-obese. Conclusions: Central obesity impairs the ventilation lung, reducing to adaptation efforts and increasing the ventilatory work / Contextualiza??o: A obesidade pode afetar o sistema respirat?rio, causando altera??es na mec?nica ventilat?ria, nos volumes e fluxos pulmonares. Objetivos: Avaliar a influ?ncia da obesidade no movimento do complexo t?raco-abdominal durante o repouso e durante a ventila??o volunt?ria m?xima (VVM), assim como a contribui??o entre os diferentes compartimentos desse complexo e as varia??es de volume da parede tor?cica e entre obesos e n?o obesos. Materiais e M?todos: Foram avaliados 16 indiv?duos divididos em dois grupos: grupo de obesos (n = 8) e grupo de eutr?ficos (n = 8). Os dois grupos foram homog?neos quanto ?s caracter?sticas espirom?tricas (m?dia de CVF: 4,97 ? 0,6 L 92,91 ? 10,17 % do predito, e 4,52 ? 0,6 L 93,59 ? 8,05 %), idade 25,6 ? 5,0 e 26,8 ? 4,9 anos, em eutr?ficos e obesos respectivamente. O IMC foi de 24,93 ? 3,0 e 39,18 ? 4,3 kg/m2, nos grupos investigados. Todos os sujeitos realizaram respira??o calma e lenta e a manobra de Ventila??o volunt?ria m?xima, durante o registro por pletismografia optoeletr?nica. Para an?lise estat?stica, foram utilizados os testes t n?o pareado e de Mann-Whitney. Resultados: Os indiv?duos obesos apresentaram menor contribui??o percentual da caixa tor?cica abdominal (RCa) durante a respira??o em repouso e na VVM. A varia??o dos volumes pulmonares expirat?rio (VEE) e inspirat?rio finais (VEI) foram menores nos sujeitos obesos. Foram constatados maiores assincronia e distor??o entre os compartimentos do complexo t?raco-abdominal nos obesos, quando comparados aos eutr?ficos. Conclus?es: A obesidade central interfere negativamente na ventila??o pulmonar, reduzindo a adapta??o aos esfor?os e incrementando o trabalho ventilat?rio

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.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A doença pulmonar obstrução crônica (DPOC) é caracterizada pela limitação de fluxo parcialmente reversível, classificada por níveis de obstrução pós-broncodilatador. Há várias evidências de que o FEV1 sozinho não é capaz de mostrar a broncodilatação de pacientes com DPOC, mesmo naqueles que apresentam melhora clínica. A técnica de oscilações forçadas (TOF) tem mostrado alta sensibilidade na detecção precoce de alterações mecânicas na DPOC, contudo o efeito broncodilatador na impedância respiratória de pacientes com DPOC ainda não está esclarecido. Objetiva avaliar a utilidade da TOF nos diferentes estágios de obstrução das vias aéreas; (2) avaliar a resposta da impedância respiratória ao salbutamol em indivíduos saudáveis ao exame espirométrico e pacientes com DPOC em diferentes graus de gravidade. Foram avaliados 25 indivíduos saudáveis sem história de tabagismo, 24 tabagistas e 151 pacientes com DPOC classificados em graus I, II, III e IV. Todos os sujeitos foram avaliados pela TOF seguida da espirometria, antes e após o uso do salbutamol spray. As curvas de resistência e reatância demonstraram alteração em todos os estágios de obstrução das vias aéreas após o uso do salbutamol. O grupo de risco apresentou alterações mecânicas semelhantes ao grupo leve (p=ns). Os parâmetros R0, Rm, Csr,din e Z4Hz apresentam desempenho diagnóstico adequado (AUC > 0,85) em todos os estágios de gravidade da doença. Todos os parâmetros de TOF e espirometria apresentaram diminuição após uso do salbutamol. Os indivíduos saudáveis apresentaram uma pequena diminuição comparada aos subgrupos de DPOC. A variação em termos absolutos da &#916;Z4Hz e das derivadas da resistência, &#916;R0, &#916;Rm, &#916;S, apresentaram variação significativa (p<0,0001, p<0,003; p<0,04; p<0,0002, respectivamente) com o aumento da obstrução brônquica. Nas derivadas da reatância o &#916;Xm aumentou com a gravidade da doença (p<0,0002). Por outro lado, a &#916;Crs,dyn não demonstrou diferença significativa com a gravidade da DPOC. Em termos percentuais os parâmetros da TOF apresentaram variação expressiva em &#916;Rm% (p<0,02), &#916;S% (p<0,02) e &#916;Xm% (p<0,004) com o aumento da obstrução nas vias aéreas. Por outro lado, &#916;R0%, &#916;Crs,dyn% e &#916;Z4Hz% não variaram entre os estágios da DPOC. A associação entre a broncodilatação nas vias aéreas e a impedância pulmonar foi fraca entre &#916;Xm vs &#916;FVC (r=0,32, p<0,0001) e &#916;Z4Hz% vs &#916;FEV1% vs &#916;FVC% (r=0.28, p<0,0005; r=0,29, p<0,0003, respectivamente). A TOF é útil na avaliação das alterações mecânicas nos diferentes níveis de obstrução das vias aéreas na DPOC. Demonstramos o benefício da medicação broncodilatadora, quantificando a melhora da ventilação através da TOF. A impedância respiratória diminui em todos os estágios da DPOC, o estágio leve melhorou tanto quanto o estágio muito grave. Isto sugere que a medida da impedância pulmonar não é dependente do volume como ocorre na espirometria e que a broncodilatação ocorre em todas as fases da progressão da DPOC. / Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is characterized by partially reversible flow limitation, classified by the post-bronchodilator level of airway obstruction. There is abundant evidence that FEV1 alone is not able to show bronchodilation in COPD patients, even in patients with clinical improvement. The forced oscillation technique (FOT) has shown high sensitivity for early detection of mechanical changes in COPD. However, the bronchodilator effect on respiratory impedance is still unclear. Objective to evaluate the utility of FOT in the diagnosis of different stages of airway obstruction, (2) to investigate the response to salbutamol in healthy, smoking and COPD patients in different degrees of severity. We evaluated 25 healthy subjects with no history of smoking, 24 smokers and 151 COPD patients classified into grades I, II, III and IV of severity. All subjects were assessed by the FOT followed by spirometry before and after the use of salbutamol spray. The resistance and reactance curves showed change at all stages of airway obstruction after the use of salbutamol. The smoking group showed similar mechanical changes to the mild group (p=ns). The parameters R0, Rm, Csr,din and Z4Hz presented adequate diagnostic accuracy (AUC>0.85) in all stages of disease severity. All FOT and spirometry parameters showed decreased after salbutamol use. Healthy individuals showed a small decrease compared with the subgroups of COPD. The variations of the impedance module (&#916;Z4Hz) and resistance parameters, (&#916;R0, &#916;Rm, &#916;s) were significant (p<0.0001, p<0.003, p<0.04 and p<0.0002, respectively) with increased bronchial obstruction. Mean reactance (&#916;Xm) increased with disease severity (p<0.0002). The &#916;Crs,dyn showed no significant change with the severity of COPD. In percentage terms, FOT parameters showed significant variation in &#916;Rm% (p<0.02), &#916;s (p<0.02) and &#916;Xm% (p<0.004) with increased airway obstruction. &#916;R0% &#916;Crs,dyn% and &#916;Z4Hz% did not vary between different stages of COPD. The association between bronchodilation in the airways and lung impedance was weak between &#916;Xm vs &#916;FVC (r=0.32, p<0.0001) and &#916;Z4Hz% vs &#916;FEV1% vs &#916;FVC% (r=0.28, p<0.0005, r=0.29, p<0.0003, respectively). The FOT is useful in the evaluation of the mechanical changes at different levels of airway obstruction in COPD. We demonstrate the benefit of a bronchodilator, quantifying the improvement of ventilation through the FOT. The respiratory impedance decreases in all stages of COPD. This suggests that the impedance changes are not dependent on lung volume as in spirometry and that bronchodilation occurs at all stages of the progression of COPD.

Introduction: Rhinitis and asthma have high rates of prevalence and morbidity and are responsible for reduced quality of life of patients, compromising their daily activities. The coexistence of both diseases in the same individual is well documented, aside from rhinitis acting as a risk factor for the future emergence of asthma. Studies show worsening of lung function in children with asthma after physical exercise on a treadmill, but those using submaximal tests for the assessment of children are rare, especially with mild asthma. The 6-minute walk test (6MWT) is a tool of great applicability in pediatrics, that reflects the performance in daily life activities and assesses the level of physical ability of children with effort limitation. Objectives: To evaluate respiratory muscle strength (MIP and MEP) and lung function (flows and volumes) of children with rhinitis and/or asthma before and after the 6MWT, and compare them with the performance of healthy children. Methods: This is a cross-sectional analytical study with children 6-12 years old, in outpatient follow-up. Results: 115 children were included, being 27 healthy (H), 31 with rhinitis (R) and 57 with asthma (A), which was classified as mild (31 with controlled asthma and 26 with partial control). Of the total population, 66 children (57.4%) reported regular physical activity. From group A, 94.73% had associated rhinitis. There were no significant differences in anthropometric measurements, demographics data and level of physical activity between the groups. The total distance covered in 6MWT and measured vital signs before and after the test were similar among the three groups. However, children with asthma had worst performance, covering a distance lower than expected for their age, weight and height (p = 0.0007), regardless of disease control. MIP, FEV1, FEF 25-75 and FEV1/FVC were lower in group A related to the R and H groups before and after the 6MWT. Compared to the pre-test values, MIP increased, in addition to FEV1/FVC and FEF 25-75 which fell significantly after the 6MWT, only in groups A and R. Conclusion: Asthmatic children showed lower values of respiratory muscle strength and lung function when compared to children with rhinitis and healthy. Children with rhinitis, with no clinical history of asthma, behaved similarly to the asthmatic, as regards the respiratory muscle strength and evolution of pulmonary function after 6MWT, increasing the concept of united airways. Submaximal exercises can compromise respiratory muscle strength and lung function of children with rhinitis and/or asthma. / Introdução: Rinite e asma possuem elevadas taxas de prevalência e morbidade e são responsáveis pela redução da qualidade de vida de pacientes, comprometendo suas atividades diárias. A coexistência das duas doenças no mesmo indivíduo está bem documentada, além da rinite atuar como fator de risco para o surgimento futuro da asma. Estudos mostram a piora da função pulmonar de crianças com asma após a realização de atividade física em esteira, porém são raros os que utilizam testes submáximos para a avaliação de crianças, principalmente com asma leve. O Teste de Caminhada de 6 minutos (TC6m) é uma ferramenta de grande aplicabilidade em pediatria, que reflete o desempenho nas atividades de vida diária e avalia o nível de capacidade física da criança com limitação ao esforço. Objetivos: avaliar a força muscular respiratória (Pimax e Pemax) e a função pulmonar (fluxos e volumes) de crianças com rinite e/ou asma antes e após o TC6m, e compará-las com o desempenho de crianças saudáveis. Método: Trata-se de um estudo transversal e analítico, realizado com crianças de 6 a 12 anos, em acompanhamento ambulatorial. Resultados: Foram incluídas 115 crianças, sendo 27 saudáveis (S), 31 com rinite (R) e 57 com asma (A), esta classificada como leve (31 com a doença controlada e 26 com o controle parcial). Do total da amostra, 66 crianças (57,4%) relataram atividade física regular. Do grupo A, 94,73% possuíam rinite associada. Não houve diferenças significativas quanto a medidas antropométricas, dados demográficos e nível de atividade física entre os grupos. A distância total percorrida no TC6m e os sinais vitais mensurados antes e após o teste foram semelhantes entre os três grupos. Porém, as crianças com asma apresentaram pior desempenho, percorrendo uma distância inferior à prevista para a sua idade, peso e altura (p = 0,0007), independente do controle da doença. Pimax, VEF1, FEF25-75 e VEF1/CVF se mostraram inferiores no grupo A em relação aos grupos R e S antes e após o TC6m. Comparado aos valores pré-teste, a Pimax aumentou, além do VEF1/CVF e do FEF25-75 que diminuíram significativamente após o TC6m, somente nos grupos A e R. Conclusão: Crianças asmáticas apresentaram valores inferiores de força muscular respiratória e de função pulmonar quando comparadas às crianças portadoras de rinite e saudáveis. Crianças com rinite, sem história clínica de asma, se comportaram de maneira semelhante às asmáticas, quanto à força muscular respiratória e evolução da função pulmonar após o TC6m, reforçando o conceito de vias aéreas unidas. Exercícios submáximos podem comprometer a força muscular respiratória e a função pulmonar de crianças com rinite e/ou asma.

Introduction: Parkinson's disease is a progressive degenerative disorder of norepinephric dopaminergic neurons, resulting in motor dysfunction, respiratory dysfunction, poor quality of life and depression. The performance of physical exercises minimizes and delays the evolution of motor signs and symptoms in subjects with Parkinson's disease, providing an increase in motor function and possible improvement of physical, respiratory, quality of life and depression. Among physical exercises, functional training and exergame are new modalities in the physical training of individuals with neurological diseases, demonstrating significant results in the improvement of motor function. Objectives: To verify the influence of physical exercises and motor function on respiratory capacity, as well as evaluate the effects of physical training with exergame and functional training on respiratory capacity, motor function, perception of quality of life and the perceived state of depression in individuals with Parkinson's disease. Results: The study is organized in four manuscripts. (1) The results of this systematic review demonstrate that exercise improves respiratory capacity in individuals with Parkinson's disease; (2) It has been shown that loss of motor function negatively influences the perception of quality of life and respiratory capacity in individuals with Parkinson's disease; (3) It was observed that the exergame group and the functional training group increased the strength of the respiratory muscles and the distance covered in the 6-minute walk test after the intervention. It was also observed that the control group decreased mean forced expiratory flow after the intervention; (4) Physical training with exergame and functional training were found to increase motor function, perception of quality of life and decrease the perceived state of depression in subjects with Parkinson's disease. The perception of quality of life decreased in the control group after 1 month of not performing physical exercises. Conclusions: Physical exercises promote improvement in respiratory capacity in individuals with Parkinson's disease. It was also observed that motor function influences respiratory capacity and perception of quality of life in this population. And, exergame physical training and functional training promoted improvement in respiratory muscle strength, distance from the 6-minute walk test, motor function, perceived quality of life status, and depression in subjects with Parkinson's disease. / Introdução: A doença de Parkinson é uma desordem degenerativa progressiva dos neurônios dopaminérgicos nigroestriatais, resulta em disfunções motoras, respiratórias, baixa qualidade de vida e depressão. A realização de exercícios físicos minimiza e retarda a evolução dos sinais e sintomas motores em sujeitos com doença de Parkinson, proporcionando aumento da função motora e possível melhoria da capacidade física, respiratória, qualidade de vida e depressão. Dentre os exercícios físicos, o treinamento funcional e o exergame são modalidades novas no treinamento físico de indivíduos com doenças neurológicas, demonstrando resultados significativos na melhora da função motora. Objetivo geral: Verificar a influência dos exercícios físicos e da função motora na capacidade respiratória, assim como avaliar os efeitos do treinamento físico com exergame e do treinamento funcional na capacidade respiratória, função motora, percepção de qualidade de vida e no estado percebido de depressão em indivíduos com doença de Parkinson. Resultados: O estudo está organizado em quatro manuscritos. (1) Os resultados desta revisão sistemática demonstram que os exercícios físicos melhoram a capacidade respiratória em indivíduos com doença de Parkinson; (2) Evidenciou-se que a perda da função motora influencia negativamente à percepção da qualidade de vida e a capacidade respiratória em indivíduos com doença de Parkinson; (3) Foi observado que o grupo exergame e o grupo treinamento funcional aumentaram a força dos músculos respiratórios e a distância percorrida no teste de caminhada de 6 minutos após a intervenção. Constatou-se também que o grupo controle diminuiu o fluxo expiratório forçado médio após a intervenção; (4) Verificou-se que o treinamento físico com exergame e o treinamento funcional aumentaram a função motora, percepção da qualidade de vida e diminuíram o estado percebido de depressão em sujeitos com doença de Parkinson. Já a percepção de qualidade de vida diminuiu no grupo controle após 1 mês da não realização de exercícios físicos. Conclusões: Os exercícios físicos promovem melhora na capacidade respiratória em indivíduos com doença de Parkinson. Também foi observado que a função motora influencia na capacidade respiratória e na percepção de qualidade de vida nesta população. E que, o treinamento físico com exergame e o treinamento funcional promoveram melhora na força dos músculos respiratórios, distância do teste de caminhada de 6 minutos, função motora, estado percebido de qualidade de vida e de depressão em sujeitos com doença de Parkinson. / São Cristóvão, SE