Continuous positive airway pressure setups evaluated at simulated exercise conditions

INTRODUCTION: Studies have shown increases in airway opening pressure (Pao) swings and work of breathing (WOB) by different continuous positive airway pressure (CPAP) devices at rest, but few address this issue during exercise. The aim of the present work was to analyze the imposed WOB (WOBi), the apparent resistance (Rapp) and swings of Pao (deltaP) of 3 CPAP assemblies at simulated exercise conditions. METHODS: The CPAP measures were obtained from: a commercial CPAP (Assembly 1), a high flow CPAP (Assembly 2) and the parallel association of these devices (Assembly 3). In each assembly the spring-loaded positive end-expiratory pressure (PEEP) valve was set to fully opened (mode A) or at the same CPAP pressure (mode B). The exercise protocol simulation, performed manually by a calibrated syringe and a metronome, employed a respiratory frequency of 30 bpm, tidal volume of 2.7 L and inspiratory-to-expiratory ratio of 1. The setups were evaluated at CPAP settings of 5, 10 and 15 cmH2O. RESULTS: The lowest deltaP as well as Rapp and WOBi were obtained with Assembly 3 in mode A with an adjusted CPAP of 10 cmH2O (deltaP=8.1 (0.5) cmH2O, WOBi=1.4 (0.14) cmH2O/L/s, Rapp= 1.3 (0.07) J/s) showed as median (interquartile range). CONCLUSION: For the conditions studied, the best CPAP setup was obtained with mode A.

Estimation of the VO2 peak, ventilatory threshold and the respiratory compensation point based on the gas exchange kinetics during the transition to constant-load exercise / Estimação do VO2 peak, do limiar ventilatório e do ponto de compensação respiratória baseada na cinética das trocas gasosas durante a transição para exercício com carga constante

The main goal of this work was to estimate the peak O2 uptake (VO2 peak), the ventilatory threshold (VT) and the respiratory compensation point (RC) based on the kinetics of the VO2, the CO2 output (VCO2) and the pulmonary ventilation (VE) for a given steady state workload. Thirty-two physically active healthy male subjects were submitted to an exercise equivalent to 50% of the maximal estimated workload, followed by a progressive workload (12.5 W/min) until exhaustion. During exercise, respiratory gas exchanges were measured breath-by-breath. VO2,VCO2 and VE time responses to constant workload were modeled through a triple exponential function using non-linear regression. VT and RC were detected automatically during progressive exercise, resulting in 73.7 ± 9.1% and 86.4 ± 7.2% of the VO2peak, respectively. Models of VO2peak, VT and RC were obtained through multiple linear regressions, and validated by the leave-one-out method. All models presented high significance (VO2peak: r2 = 0.84,SE = 230.2 ml/min; VT: r2 = 0.79, SE = 208.1 ml/min; and RC: r2 = 0.78, SE = 232.5 ml/min; p < 0.001) and were adequately validated, resulting in mean error of 238 ml/min. In conclusion, VT, RC as well as the VO2 peak were satisfactorily estimated through gas exchange kinetics. Therefore, this approach could be used as a potential tool for estimating maximal and sub-maximal responses to progressive exercise.

O objetivo central deste trabalho foi estimar o pico de captação de oxigênio (VO2peak), o limiar ventilatório (VT) e o ponto de compensação respiratória (RC) com base na cinética do VO2, da eliminação de CO2 (VCO2 ) e da ventilação pulmonar (VE) para uma determinada carga em regime permanente. Trinta e dois homens saudáveis e fisicamente ativos foram submetidos a um exercício equivalente a 50% da carga máxima estimada, seguido de cargas progressivas (12,5 W/min) até a exaustão. As trocas gasosas foram medidas ciclo-a-ciclo respiratório. As respostas temporais de VO2, VCO2 e VE à carga constante foram modeladas por uma função exponencial tripla empregando regressão não linear. Os valores de VT e RC foram detectados automaticamente durante o exercício progressivo, resultando em 73,7 ± 9,1% e 86,4 ± 7,2% de VO2peak, respectivamente. Modelos de VO2peak, VT e RC foram obtidos através de regressão linear múltipla e validados pelo método leave-one-out. Todos os modelos apresentaram alta significância (VO2 peak: r2 = 0,84, SE = 230,2 ml/min; VT: r2 = 0,79, SE = 208,1 ml/min; e RC: r2 = 0,78, SE = 232,5 ml/min; p < 0,001) e foram validados adequadamente, resultando num erro médio de 238 ml/min. Em conclusão, VT, RC e VO2peak foram satisfatoriamente estimados através da cinética das trocas gasosas, sendo este método uma ferramenta potencial para a estimativa das respostas máximas e sub-máximas a exercício progressivo.

Trocas gasosas em exercício em diferentes estágios evolutivos da cardiopatia chagásica crönica / Gas exchange during exercise in different evolutional stages of chronic Chagas' heart disease

OBJECTIVE: To compare gas exchange at rest and during exercise in patients with chronic Chagas' heart disease grouped according to the Los Andes clinical/hemodynamic classification. METHODS: We studied 15 healthy volunteers and 52 patients grouped according to the Los Andes clinical/hemodynamic classification as follows: 17 patients in group IA (normal electrocardiogram/echocardiogram), 9 patients in group IB (normal electrocardiogram and abnormal echocardiogram), 14 patients in group II (abnormal electrocardiogram/echocardiogram, without congestive heart failure), and 12 patients in group III (abnormal electrocardiogram/echocardiogram with congestive heart failure). The following variables were analyzed: oxygen consumption (V O2), carbon dioxide production (V CO2), gas exchange rate (R), inspiratory current volume (V IC), expiratory current volume (V EC), respiratory frequency, minute volume (V E), heart rate (HR), maximum load, O2 pulse, and ventilatory anaerobic threshold (AT). RESULTS: When compared with the healthy group, patients in groups II and III showed significant changes in the following variables: V O2peak, V CO2peak, V ICpeak, V ECpeak, E, HR, and maximum load. Group IA showed significantly better results for these same variables as compared with group III. CONCLUSION: The functional capacity of patients in the initial phase of chronic Chagas' heart disease is higher than that of patients in an advanced phase and shows a decrease that follows the loss in cardiac-hemodynamic performance

Avaliação de mecânica ventilatória por oscilações forçadas: fundamentos e aplicações clínicas / Analysis of the ventilatory mechanics by forced oscillations technique: main concepts and clinical applications

Requerendo apenas cooperação passiva e fornecendo novos parâmetros para análise da mecânica ventilatória, a técnica de oscilações forçadas (TOF) apresenta características complementares aos métodos clássicos de avaliação pulmonar. Neste trabalho, inicialmente é apresentada uma revisão dos princípios da técnica juntamente com uma discussão sobre suas vantagens e atuais limitações. A performance da técnica é comparada com a dos métodos clássicos na detecção de afecções respiratórias. As principais aplicações clínicas reportadas anteriormente na literatura, incluindo a avaliação da mecânica ventilatória infantil, estudos em neonatos, monitorização de pacientes sob ventilação mecânica, medicina ocupacional e avaliação de distúrbios no sono, são revisadas e discutidas. Com base na revisão efetuada e nos resultados obtidos em estudos efetuados em laboratório, os autores concluem que a TOF pode contribuir para um exame mais detalhado, assim como para facilitar a realização de testes de função pulmonar em condições nas quais as técnicas tradicionais não são adequadas.

Influência da forma das hemácias sobre estimativas teóricas da capacidade de difusäo pulmonar para monóxido de carbono (CO) / Influency of red blood cell mode about theorical estimative of pulmonary diffusion capacity for carbon monoxide (CO)

Neste trabalho apresenta-se um modelo matemático steady-state que simula o processo de troca gasosa de CO da membrana alvéolo-capilar até às hemácias. Estas foram modeladas como unidades contendo hemoglobina, fluindo em fila única através de um capilar cilíndrico. O propósito foi de por em perspectiva como essas configurações geométricas podem influenciar o transporte de CO dos alvéolos às hemácias.

Novo método para mediçäo de resistência e complacência do sistema respiratório: análise de sensibilidade / New method to resistance and compliance meassurement of the respiratory system: sensibility analysis

O presente estudo pretente verificar a confiabilidade das estimativas de resistência e complacência do sistema respiratório obtidas resolvendo-se a expressão matemática do modelo unicompartimental ao qual foi adicionada uma carga de perfil parabólico durante expiração passiva. Para sinal de fluxo com ruído de desvio padrão igual a 0,01 l/s a incerteza dos resultados foi menor que 8 por cento dos valores reais.

Mínimos quadrados aplicados à identificaçäo de parâmetros da mecânica respiratória: identificaçäo de mecânica respiratória pelo método de mínimos quadrados / Mean square applied to identify the mechanics respiratory parameters: identification the respiratory mechanics by Mean square method

A técnica de mínimos quadrados aplicada à identificação da mecânica do sistema respiratório (SR) baseado num modelo unicompartimental simples é discutida neste trabalho. Os resultados mostram que apenas o PEEP (pressão positiva ao fim da expiração) é sempre bem identificado. Em alguns casos, a complacência dinâmica também pode ser bem determinada. O método pode se prestar bem para a monitorização contínua do PEEP e da evolução do quadro clínico.

Análise da proposta em frequência de sistemas de medida de pressäo empregados na área de fisiologia respiratória / Proposal analysis in frequency of pressure measurements systems used in respiratory physiology area

Neste trabalho, enfocamos brevemente os princípios de operação dos sistemas de medida de pressão e descrevemos um modelo elétrico para o mesmo. Reportamos os resultados da avaliação da resposta em frequência utilizando o transdutor diferencial Honneywell 163PC e diferentes tubos de conexão. Por fim, efetuamos uma discussão dos resultados com base no modelo proposto e nos resultados previamente reportados.

Abstract - ln this work, we made. a brief review of the pressure measurements systems operation principles and described an analog electrical model for these systems. The results of the frequency response using Honeywell 163 PC differential pressure transducer with different tubes are described. Finally, we made a discussion of the results based in the used model and in the previously reported results

Aplicaçäo de análise multivariável ao estudo do teste de lavagem de nitrogênio com respiraçäo única / Application of multivariate analysis to the study of the single-breath nitrogen washout test

O presente trabalho trata da aplicaçäo de método numérica à análise de testes de funçäo pulmonar. Objetiva-se investigar preliminarmente a utilizaçäo de técnicas de análise de múltiplas variáveis aos dados obtidos no teste de lavagem de nitrogênio com respiraçäo única (TN2-RU). O teste foi realizado com uso de sistema experimental baseado em computador. Parâmetros do TN2-RU foram obtidos em 18 voluntários, classificados de acordo com questionário de sintomas respiratórios. Através de análise discriminante obtiveram-se equaçöes cujas variáveis independentes säo parâmetros do TN2-RU. Essas equaçöes permitiram separar, com significância estatística, grupos de sintomáticos e näo sintomáticos (p < 0,05) e tabagistas e näo tabagistas (p < 0,05). Tais resultados indicam a utilidade de métodos de análise de múltiplas variáveis na análise de dados de testes de funçäo pulmonar, possibilitando a objetivaçäo de condutas e estudos clínicos

Erros experimentais e correçöes na realizaçäo do teste de lavagem de nitrogênio com respiraçäo única / Experimental erros and corrections in the performance of the single-breath N2- washout test

O sistema experimental utilizado na realizaçäo do teste de lavagem de nitrogênio com respiraçäo única (TN2-RU) compöe-se de vários dispositivos destinados à obtençäo de mediçöes confiáveis de fluxos e volumes respirados. Neste trabalho é apresentado um sistema experimental alternativo baseado em computador que dispensa equipamentos adicionais por possibilitar a correçäo dos erros pelo programa de processamento do teste, utilizando equaçöes que descrevem algums dos erros e determinaçöes experimentais prévias de outros. As mediçöes de fluxo aéreo e fraçöes de N2 säo feitas, respectivamente, com pneumotacógrafo e analisador rápido de gases. Na análise dos erros com origem no pneumotacógrafo considera-se a diferença entre as geometrias do sistema de conduçäo de ar a montante e a jusante do local de mediçäo e as variaçöes na viscosidade do ar respirado durante o teste, propondo-se um algoritmo para correçäo destas variaçöes que utiliza apenas as fraçöes de N2 medidas. Para o analisador de N2, determina-se experimentalmente causas de atrasos entre equipamentos: espaço morto do sistema e tempo de resposta do aparelho. A avaliaçäo do algoritmo para correçäo das variaçöes da viscosidade feita por modelo matemático de trocas gasosas mostra erros inferiores a 0,4% para pulmöes unicompartimentais. Conclui-se pela validade do sistema baseado em computador para realizaçäo do TN2-RU, em indivíduos com pulmöes homogêneos

Processamento de sinais de impedância elétrica do tórax / Signs of electrical impedance of the thorax

Medidas contínuas da impedância elétrica do tórax refletem o fluxo sangüíneo instantâneo nas grandes artérias intratorácicas constituindo-se em uma técnica promissora para avaliaçäo näo-invasiva da funçäo ventricular e diagnóstico precoce de doença cardiovasculares. Na COPPE/UFRJ foi desenvolvido um instrumento para mediçäo do sinal e os primeiros estudos concentraram-se na determinaçäo dos critérios mais adequados para aquisiçäo e processamento do sinal. Esta fase inclui a investigaçäo dos efeitos introduzidos pela respiraçäo e sua influência sobre o sinal de origem cardiovascular. O mapeamento do sinal de impedância na superfície anterior do tórax mostrou que a atividade cardíaca também pode ser detectada e deu subsidios para auxiliar a interpretaçäo da origem dos sinais detectados. Em pacientes com doença coronariana, a primeira derivada do sinal apresenta um padräo temporal distorcido na fase inicial da sistole, que pode ser detectado em repouso, tornando viável e atraente a aplicaçäo do método na rotina clínica