Técnica de oscilações forçadas na prática pneumológica / Forced oscillation technique in pulmonology practice: principles and examples of potential application

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. O método é útil em estudos relacionados a fisiopatologia e apresenta elevado potencial para uso diagnóstico. No entanto a TOF é considerada como estado da arte em termos de avaliação respiratória e ainda não é suficientemente divulgada. Neste contexto, o presente trabalho apresenta uma breve revisão sobre a TOF. Inicialmente os princípios da técnica são descritos juntamente com uma discussão sobre suas vantagens e atuais limitações. São apresentados alguns exemplos de aplicações efetuadas anteriormente por nosso grupo, incluindo a avaliação de pacientes com DPOC, silicose e a identificação da limitação de fluxo expiratório. Com base nos princípios apresentados, nos resultados descritos na literatura e nos obtidos em diversos estudos efetuados em nosso laboratório, concluímos que a TOF pode contribuir para um exame mais detalhado das alterações respiratórias, assim como para facilitar a realização de testes de função pulmonar em condições onde astécnicas tradicionais não são adequadas.

Requesting only passive subject cooperation and providing new parameters for the analysis of respiratory mechanics, the Forced Oscillations Technique (FOT) presents complementary characteristics to the classic methods of lung function analysis. The method is useful in studies related to pathophysiology and presents a high potential for diagnostic use. However, the TOF is still considered a state of the art method in terms of respiratory evaluation and is not yet sufficiently widespread. In this context, this paper presents a brief review of the TOF. Initially the principles of this technique are presented together with a discussion about its advantages and present limitations. Some examples of applications performed previously by our research group are presented, including the assessment of patients with COPD, silicosis and the identification of expiratory flow limitation. Based on the presented principles, the results described in the literature and that obtained from the several studies performed in our laboratory, we conclude that the FOT may contribute to a more detailed analysis of the respiratory changes, as well as to facilitate the realization of pulmonary function tests under conditions where traditional techniques are not appropriate.

Técnica de oscilações forçadas monofrequência na análise em tempo real das alterações mecânicas ao longo do ciclo respiratório de asmáticos com diferentes níveis de obstrução ao fluxo aéreo / Forced oscillation technique monofrequency in real-time analysis of the mechanical changes along the respiratory cycle of asthmatic patients with different levels of airflow obstruction

A análise da mecânica respiratória em tempo real pela técnica de oscilações forçadas (FOT) monofrequência é de interesse nos estudos clínicos e diagnósticos de doenças respiratórias. Entretanto, ainda é escassa a análise de asmáticos com esta técnica. O presente trabalho avalia a contribuição da FOT monofrequência na análise das alterações mecânicas ao longo do ciclo respiratório e da dinâmica da impedância do sistema respiratório (Zrs) de asmáticos. Na primeira fase do estudo, 14 voluntários sadios (GC) e 70 asmáticos foram incluídos. Destes, 13 asmáticos apresentaram espirometria normal (NE), e o restante apresentava obstrução leve (OL; n=26), moderada (OM; n=18) e acentuada (OA; n=13). Através da FOT foram analisadas a impedância total do sistema respiratório (Zt), a impedância inspiratória e expiratória (Zi e Ze), a impedância no início da inspiração e da expiração (Zii e Zie), a impedância pico-a-pico (diferença entre Zii e Zie) e a variação média da impedância (diferença entre Zi e Ze). Na segunda fase do estudo, a dinâmica do sistema respiratório foi analisada através da variabilidade da impedância, traduzida pelo desvio padrão da Zrs (sdZrs), pelo desvio-padrão do logaritmo da Zrs (sdlnZrs) e pela sua complexidade, analisada através da entropia aproximada da Zrs(EnApZ). Foram analisados 62 pacientes asmáticos da mesma amostra, divididos em NE (n=12), OL (n=20), OM (n=18) e OA (n=12). O GC foi composto por 12 voluntários. Testes de diferenças entre médias, correlações entre os parâmetros da FOT e da espirometria, além de curvas ROC, foram usados para avaliar o potencial da FOT monofrequência na detecção das alterações mecânicas em tempo real na asma. A impedância foi maior nos asmáticos em relação ao GC, sendo progressivamente maior entre os asmáticos de acordo com o grau de obstrução: Zt (p<0,0001), Zi (p<0,0001), Ze (p<0,0001), Zii (p<0,0001), Zie (p<0,0001), Zpp (p<0,0001) e AZrs (p<0,0001). A dinâmica do sistema respiratório sofreu diferenças...

The analysis of respiratory mechanics in real time by monofrequency FOT is of great interest in clinical and dignosis studies of respiratory diseases. However, the use of this technique for the analysis of patients with asthma is still limited. The present study evaluates the contribution of the monofrequency FOT in the analysis of changes in respiratory mechanics during the breathing cycle and the dynamics of the respiratory system of asthmatics. In the first phase of the study, 14 healthy volunteers (CG) and 70 asthmatics were included. Among them, 13 patients with asthma had normal spirometry (NE), and the others showed mild obstruction (n=26), moderate (n=18) and severe (n=13). The parameters analyzed through FOT were the total impedance of the respiratory system (Zt), the inspiratory and expiratory impedance (Zi and Ze) and the impedance at the beginning of inspiration and expiration (Zii and Zie). The impedance peak-to-peak (Zii - Zie) and the mean of impedance (Zi - Ze) were also evaluated. In the second phase, the respiratory system dynamics was analyzed through the impedance variability, reflected by the standard deviation of Zrs (sdZrs), and the standard deviation of the Zrs logarithm (sdlnZrs), and an impedance complexity was analyzed through the approximated entropy of the Zrs (ApEnZ). 62 patients with asthma were analyzed, divided into NE (n=12), mild (n=20), moderate (n=18) and severe (n=12). The CG was composed by 12 volunteers. Tests of differences between means, correlations between the FOT parameters, spirometry, and ROC curves, were used to evaluate the potential of monofrequency FOT in the detection of asthma mechanical changes in real-time. The respiratory impedance was higher in asthmatics than in CG, being progressively bigger among asthmatics according to obstruction degree: Zt (p<0.0001), Zi (p<0.0001), Ze (p<0.0001), Zii (p<0.0001), Zie (p<0.0001) and AZrs (p<0.0001). The dynamics of the respiratory system suffered significant...

Técnica de oscilações forçadas na avaliação funcional de pacientes com fibrose cística com idade superior a 18 anos / Forced oscillation techinique for the functional evaluation of cystic fibrosis patients older 18 years

Objetivo: o objetivo deste estudo foi investigar as alterações nas propriedades resistivas e reativas do sistema respiratório de pacientes com fibrose cística. Metodologia: o estudo foi realizado em um grupo controle de 23 indivíduos saudáveis, e em um grupo de 27 pacientes com fibrose cística com idade maior que 18 anos que foram avaliados pela FOT e espirometria. Resultados: os pacientes com fibrose cística apresentaram aumento significativo (p<0,0001) na resistência total do sistema respiratório (R0), redução significativa do coeficiente angular da curva de resistência (S) (p<0,0006) e na complacência dinâmica (Cdin, sr) (p<0,0001) em comparação aos indivíduos saudáveis. Conclusão: os resultados do presente estudo são coerentes com a fisiopatologia da fibrose cística. A FOT descreveu adequadamente estas alterações, demonstrando elevado potencial na avaliação da mecânica pulmonar de pacientes com fibrose cística com idade superior a 18 anos.

Introduction: The aims of this study were (1) to investigate the changes in resistive and reactive properties of the respiratory system of cystic fibrosis patients older than 18 years and (2) assess the contribution of the forced oscillation technique (FOT) in the diagnosis of cystic fibrosis. Methodology: The study was conducted in a control group of 23 healthy individuals and a group of 27 cystic fibrosis patients older than 18 years who were assessed by the FOT and spirometry. Results: Cysticfibrosis patients presented increased total respiratory resistance (R0) (p <0.0001) and reduced slope of resistance curve (S) (p<0.0006) and dynamic compliance (Cdyn,rs) (p <0.0001) compared to healthy individuals. Conclusion: The results of thisstudy are consistent with the pathophysiology of cystic fibrosis. The FOT adequately described these changes, showing great potential in assessing pulmonary mechanics of patients with cystic fibrosis with age over 18 years.

Técnica de oscilações forçadas na avaliação funcional de crianças asmáticas / Forced oscillation technique in the evaluation of asmathic children

Objetivo: Investigar as alterações nas propriedades resistivas e reativas do sistema respiratório de crianças asmáticas e avaliar a contribuição da técnica de oscilações forçadas (FOT) no diagnóstico da asma. Metodologia: O estudo foi realizado em um grupo controle de 20 crianças saudáveis, e em um grupo de 20 crianças asmáticas, que foram avaliadas pela FOT e espirometria. Resultados: Considerando os parâmetros resistivos da FOT, houve um aumento significativo na resistência total do sistema respiratório (R0) (p<0,02) e não significativo na resistência média (Rm), além de uma redução significativa da inclinação do componente resistivo da impedância (S) (p<0,002), no grupo de crianças asmáticas. Nos parâmetros reativos a complacência dinâmica (Cdin,sr) mostrou-se significativamente (p< 0,01) menor, sendo acompanhada pela redução da reatância média (Xm) (p<0,01) e pela elevação significativa da frequência de ressonância (fr) (p< 0,03) no grupo de crianças asmáticas. Conclusão: Os resultados do presente estudo são coerentes com a fisiopatologia da asma. A FOT escreveu adequadamente estas alterações, demonstrando elevado potencial na avaliação da mecânica pulmonar de crianças asmáticas.

Objective: To investigate the alterations on resistive and reactive proprieties of the respiratory system and evaluate the contribution of the forced oscillation technique (FOT) on the diagnosis of the asthma in children. Methodology: The study was performed in a control group formed by 20 healthy children and 20 asthmatic children, which were evaluated by FOT and spirometry. Results: Considering the resistive parameters of the FOT in the asthmatic children group, the total respiratorysystem resistance (R0) had significant increase (p<0,02) and a not significant increase in mean respiratory resistance (Rm), and a significant decreased of the resistance/frequency slope (S) p<0,02). The reactive parameters, the dynamic compliance (Cdin) and the mean respiratory reactance (Xm) presented significant (p<0,01) reduction, and significant increase resonance frequency (fr) (0,03). Conclusion: The results of the present study, demonstrate that the FOT is useful for detecting the respiratory mechanics modifications. This indicate that the FOT has a high potential in evaluating respiratory mechanics of asthmatics children.

Oscilações forçadas na avaliação funcional de indivíduos portadores de esclerodermia / Forced oscillation technique in the functional evaluation of patients with scleroderma

Introdução: O objetivo deste estudo foi investigar o potencial do uso da técnica das oscilações forçadas (FOT) para detectar o efeito das alterações introduzidas pela esclerose sistêmica nas propriedades resistivas e reativas do sistema respiratório. Metodologia: O estudo foi realizado em um grupo controle, formado por 23 adultos saudáveis, e em um grupo de 23 pacientes portadores de esclerose sistêmica, os quais foram avaliados por FOT e espirometria. Resultados: Considerando os parâmetros resistivos da FOT, houve um aumento significativo na resistência total do sistema respiratório (R0) (p<0,001) e na resistência média (Rm) (p<0,001), além de uma tendência não significativa de aumento da inclinação do componente resistivo da impedância (S), no grupo de indivíduos portadores de esclerodermia. O parâmetro reativo avaliado, a complacência dinâmica (Crs,dyn), mostrou-se significativamente (p<0,000001) menor no grupo de pacientes. Conclusão: Os resultados do presente estudo são coerentes com a fisiopatologia da esclerodermia e a FOT descreveu adequadamente estas alterações, demonstrando o seu elevado potencial na avaliação da mecânica pulmonar de indivíduos portadores de esclerodermia.

Análise das alterações resistivas e elásticas em portadores dedoenças pulmonares intersticiais por meio datécnica de oscilações forçadas / Analysis of the resistive and elastic modifications in patients with pulmonary interstitial diseases by the forced oscillation technique

Introdução: a Técnica de Oscilações Forçadas (FOT) oferece informações relacionadas às propriedades resistivas e elásticas do sistema respiratório, que podem contribuir para complementar os exames tradicionalmente empregados na avaliação das Doenças Pulmonares Intersticiais (DPIs). O presente estudo apresenta dois objetivos principais: 1) investigar as alterações nas propriedades resistivas e reativas do sistema respiratório de indivíduos portadores de DPIs e 2) avaliar a possível contribuiçãoda FOT no diagnóstico e classificação dos estágios das DPIs. Metodologia: foram avaliados cinco grupos: (1) sem história de doenças respiratórias (controle, n=11); (2) indivíduos portadores de DPIs, porém sem distúrbio restritivo ao laudo espirométrico (grupo normal ao exame – NE, n=8); (3) portadores de DPIs com distúrbio obstrutivo leve (DVOL, n=7); (4) pacientescom obstrução de moderada a acentuada (DVO, n=4) e (5) pacientes restritivos (DVR, n=9). Foram analisadas, a resistência total do sistema respiratório (R0), a complacência dinâmica do sistema respiratório (Crs,din) e a inclinação da curva deresistência (S), ligada à homogeneidade do sistema respiratório. Resultados: considerando os pacientes com classificação obstrutiva, observamos uma significativa elevação de R0 (p<0,002), uma significativa redução de Crs,din (p<0,00001) e umasignifi cativa redução em S (p<0,01). Comparando o grupo DVR com o controle, ocorreu aumento de R0 (p<0,006) e reduçãode S (p<0,006) e Crs,din (p<0,001). Conclusão: a fisiopatologia das doenças pulmonares intersticiais é adequadamente descrita pelos parâmetros obtidos pela FOT. Com base nestes resultados, e considerando as características não invasivas da técnica, podemos projetar uma significativa contribuição da FOT à assistência oferecida aos pacientes portadores de DPIs.

Análise do efeito da obesidade sobre as propriedades resistivas e elásticas do sistema respiratório por oscilações forçadas / Analysis of the effect of obesity on the resistive and reactive properties of the respiratory system by forced oscillations

Introdução: obesidade é o acúmulo de tecido gorduroso, regionalizado ou em todo corpo, resultante da diferença entre consumo e gasto energético, causada por doenças genéticas, endócrino-metabólicas ou por alterações nutricionais. Esta condição introduz importantes alterações na mecânica respiratória, onde o aumento da massa, particularmente abdominal, modifica o balanço estático do sistema respiratório. A Técnica de Oscilações Forçadas (FOT), apresenta novos parâmetros que permitem uma análise detalhada do sistema respiratório. No entanto, poucos trabalhos incluíram estas avaliações, sendo apenas um dedicado especificamente a este tema. Este estudo visa analisar a influência do excesso de massa corporal nas propriedades resistivas e elásticas do sistema respiratório. Metodologia: foram analisados indivíduos obesos (n=25) e controle (n=25), sem história de doença pulmonar e/ou tabagismo. Os voluntários foram classificados como obesos quando o Índice de Massa Corporal (IMC) encontrava-se acima de 30kg/m2. Todos os indivíduos realizaram os exames de FOT. Resultados: a massa e o IMC apresentaram-se significativamente elevados nos obesos (p<0,0001). Foram observadas pequenas alterações, porém significativas, na resistência total (p<0,0005) e na homogeneidade (p<0,0001) do sistema respiratório. Os valores médios de resistência associada às vias aéreas foram similares, não apresentando diferença estatística (p>0,05). Apesar da redução na complacência dinâmica, não houve significância estatística (p>0,05). Conclusão: os resultados demonstram que a FOT fornece parâmetros consistentes com evidências experimentais obtidas por outros métodos, assim como com as alterações fisiológicas envolvidas no processo de ganho de massa, confirmando o elevado potencial de uso clínico desta técnica na avaliação de distúrbios respiratórios associados à obesidade.

Mecânica respiratória em indivíduos tabagistas com exames espirométricos normais e com obstrução leve / Respiratory mechanics in smokers with normal spirometry and light obstruction

Introdução: o fumo irrita e lesa diretamente as vias aéreas, sendo o principal fator de risco para a doença pulmonar obstrutiva crônica. A identificação das alterações iniciais decorrentes do tabagismo é de importância clínica. Neste contexto, a Técnica de Oscilações Forçadas (FOT) tem elevado potencial de aplicação. O objetivo deste trabalho foi investigar as alterações presentes nas propriedades resistivas e elásticas do sistema respiratório associadas às alterações espirométricas decorrentes do tabagismo. Metodologia: os tabagistas foram divididos, de acordo com o grau de obstrução da via aérea avaliados pela espirometria, em dois grupos: normal ao exame espirométrico (n=12) e portadores de obstrução leve (n=22). Foram estudados também, 20 voluntários sem história tabágica ou doença respiratória e com os parâmetros espirométricos na faixa de normalidade (grupo controle). Nos ensaios de FOT, foram analisados os parâmetros relacionados a resistência total (R0), resistência relacionada as vias aéreas (Rm) e complacência dinâmica (Crs, dyn) do sistema respiratório. Resultados: foram observadas alterações significativas em todos os parâmetros obtidos pela FOT, aumentos em R0 (p<0,005) e Rm (p<0,005), e diminuição na Crs, dyn (p<0,0003). A análise entre os grupos revelou alteração significativa entre o grupo controle e o grupo tabagista com espirometria normal em Rm (p<0,015). Conclusões: o tabagismo provoca alterações na mecânica respiratória que, em sua fase inicial, são caracterizadas por elevações na resistência do sistema respiratório, principalmente na resistência associada às vias aéreas, assim como reduções na complacência dinâmica. Esses resultados confirmam o elevado potencial da FOT na avaliação das alterações de mecânica respiratória decorrentes do tabagismo.

Efeito da obesidade sobre as propriedades resistivas e reativas do sistema respiratório / Effect of obesity on the resistive and reactive properties of the respiratory system

A fim de avaliar uma possível relação entre a obesidade e as modificações nas propriedades resistivas e reativas do sistema respiratório e do potencial de oscilações forçadas no estudo da obesidade, mecânica oscilações foram avaliados em 25 saudáveis e 25 indivíduos obesos...

Efeito do envelhecimento sobre as propriedades resistivas e reativas do sistema respiratório / Effect of aging on the resistive and reactive properties of the respiratory system

Os sintomas respiratórios em idosos podem ser confundidos com modificações fisiológicas que introduz erros no processo de diagnóstico. Esta obra tem como objetivo investigar as modificações nas propriedades resistivas e reativas do sistema respiratório com o aumento da idade da técnica de oscilações forçadas...