993 resultados para Forced Oscillation Technique
Resumo:
Due to its non-invasive character, the forced oscillation technique has gained importance in clinical research in infants and young children. Standardisation has enabled systematic and comparable measurements to be made in different laboratories throughout the world. The theoretical conditions are now fulfilled for use of these techniques in the clinical environment. This review discusses the principles, usefulness and pitfalls of various forced oscillation techniques in a research and clinical environment and the present and future clinical applications in children. It will focus particularly on the role of infant and preschool lung function as forced oscillation only requires minimal cooperation.
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An introduction to a modified forced oscillation method, square-wave excitation technique, including fundamentals and methods, as used in respiratory function examination. On the basis of experimental results and theoretical predictions, we suggest that Respiratory Acoustic Impedance (RAI) measurement by spectral analysis can significantly improve estimation of contribution to RAI from different part of respiratory tract. The outcome is of considerable interest in the study of lung disease, such as COPD and asthma in young children.
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BACKGROUND: The forced oscillation technique (FOT) requires minimal patient cooperation and is feasible in preschool children. Few data exist on respiratory function changes measured using FOT following inhaled bronchodilators (BD) in healthy young children, limiting the clinical applications of BD testing in this age group. A study was undertaken to determine the most appropriate method of quantifying BD responses using FOT in healthy young children and those with common respiratory conditions including cystic fibrosis, neonatal chronic lung disease and asthma and/or current wheeze. METHODS: A pseudorandom FOT signal (4-48 Hz) was used to examine respiratory resistance and reactance at 6, 8 and 10 Hz; 3-5 acceptable measurements were made before and 15 min after the administration of salbutamol. The post-BD response was expressed in absolute and relative (percentage of baseline) terms. RESULTS: Significant BD responses were seen in all groups. Absolute changes in BD responses were related to baseline lung function within each group. Relative changes in BD responses were less dependent on baseline lung function and were independent of height in healthy children. Those with neonatal chronic lung disease showed a strong baseline dependence in their responses. The BD response in children with cystic fibrosis, asthma or wheeze (based on both group mean data and number of responders) was not greater than in healthy children. CONCLUSIONS: The BD response assessed by the FOT in preschool children should be expressed as a relative change to account for the effect of baseline lung function. The limits for a positive BD response of -40% and 65% for respiratory resistance and reactance, respectively, are recommended.
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Ultrafine particles are particles that are less than 0.1 micrometres (µm) in diameter. Due to their very small size they can penetrate deep into the lungs, and potentially cause more damage than larger particles. The Ultrafine Particles from Traffic Emissions and Children’s Health (UPTECH) study is the first Australian epidemiological study to assess the health effects of ultrafine particles on children’s health in general and peripheral airways in particular. The study is being conducted in Brisbane, Australia. Continuous indoor and outdoor air pollution monitoring was conducted within each of the twenty five participating school campuses to measure particulate matter, including in the ultrafine size range, and gases. Respiratory health effects were evaluated by conducting the following tests on participating children at each school: spirometry, forced oscillation technique (FOT) and multiple breath nitrogen washout test (MBNW) (to assess airway function), fraction of exhaled nitric oxide (FeNO, to assess airway inflammation), blood cotinine levels (to assess exposure to second-hand tobacco smoke), and serum C-reactive protein (CRP) levels (to measure systemic inflammation). A pilot study was conducted prior to commencing the main study to assess the feasibility and reliably of measurement of some of the clinical tests that have been proposed for the main study. Air pollutant exposure measurements were not included in the pilot study.
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O crescimento do percentual de idosos na população ocorre mundialmente tornando necessário conhecer o impacto do processo de envelhecimento, neste contexto, do sistema respiratório. O desconhecimento do impacto do envelhecimento associado a diferentes graus de exposição a poluentes e a presença de comorbidade(s) dificulta a diagnose das pneumopatias acarretando aos idosos piora da qualidade de vida. São vantagens da Técnica de Oscilações Forçadas (FOT): alto potencial de aplicação em idosos, fácil realização, análise detalhada da mecânica respiratória, desempenho de papel complementar, bem como de alternativa na impossibilidade de realização dos exames tradicionais. Foi realizado um estudo experimental comparativo que objetivou investigar o impacto do envelhecimento no sistema respiratório pela FOT e pela espirometria entre grupos de diferentes faixas etárias, sendo a idade a variável independente e as variáveis dependentes, os parâmetros oscilométricos resistência em regime contínuo (R0) e das vias aéreas centrais (Rm), inclinação da resistência (S), frequência de ressonância (fr), reatância média (Xm), complacência dinâmica (Cdin,sr) e os parâmetros espirométricos (VEF1, CVF, VEF1/CVF e FEF/CVF). Foram realizados entrevista, exame clínico, radiografia torácica, avaliação da mecânica respiratória pela FOT e da função pulmonar pela espirometria. 255 indivíduos com idades entre 20 e 86 anos foram entrevistados. Destes, 175 foram excluídos, restando os 80 voluntários analisados, que foram divididos em 6 grupos de acordo com a faixa etária (A: 20 a 29 anos; B: 30 a 39 anos; C: 40 a 49 anos; D: 50 a 59 anos; E: 60 a 69 anos; F: 70 anos ou mais). Foram utilizados os testes de Shapiro-Wilkins, na avaliação da normalidade dos dados biométricos em cada grupo, Oneway ANOVA, na comparação entre os grupos, e Tukey HSD na comparação entre as classes subjacentes. A análise da associação entre duas variáveis foi realizada inicialmente pela regressão univariada entre os parâmetros oscilométricos, a idade e a altura. A regressão múltipla entre os parâmetros oscilométricos, idade e altura foi realizada em conjunto. Foi realizada a análise de confundimento ou modificação de efeito sobre o parâmetro altura na relação entre a idade e os parâmetros oscilométricos. A correção pelo fator altura foi realizada quando sua análise apresentava fator de confundimento. Quanto aos parâmetros resistivos, não foram observadas alterações em R0 e Rm com o envelhecimento enquanto que o declínio observado em S é discreto e não-significativo. Em relação aos parâmetros reativos, verificouse que Cdin,sr e Xm diminuem enquanto que fr aumenta com o processo de envelhecimento. Todas estas alterações são significativas. Todavia, a diminuição da Cdin,sr não apresenta relação com a idade e sim com a altura, que constituiu modificação do efeito. Nos demais parâmetros oscilométricos, a altura constituiu fator de confundimento. Quanto à espirometria, observou-se declínio significativo do VEF1, do VEF1/CVF e da CVF. O índice FEF/CVF apresentou declínio nãosignificativo. Concluindo, a resistência do sistema respiratório e a complacência dinâmica não se modificam enquanto a homogeneidade do sistema respiratório diminui com o processo de envelhecimento.
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A fibrose cística (FC) é a doença autossômica recessiva mais comum na população branca que leva à redução na expectativa de vida. A doença pulmonar é a maior causa de morbidade e mortalidade. A relevância do presente estudo se dá diante de alguns fatores: aumento drástico da sobrevida média nos últimos 60 anos na FC, a fisiopatologia pulmonar não é bem compreendida, ausência de estudos reportados na literatura, até o momento, utilizando a técnica de oscilações forçadas (TOF) exclusivamente em adultos com FC. Assim sendo os objetivos deste estudo são: analisar as alterações da mecânica respiratória em adultos com FC através da espirometria, pletismografia e TOF; correlacionar os resultados da TOF aos espirométricos e pletismográficos e avaliar a sensibilidade e especificidade da TOF nestes indivíduos. É um estudo de corte transversal descritivo, no qual foram analisados dois grupos de indivíduos: controle (n=23) e FC (n=27). Os resultados foram expressos através média desvio-padrão. As técnicas funcionais respiratórias foram realizadas na seguinte sequência: TOF, espirometria, pletismografia. Na pletismografia foram avaliados os parâmetros: CPT (capacidade pulmonar total), CRF (capacidade residual funcional) e VR (volume residual), CRF/CPT e VR/CPT, resistência (Rva) e condutância específica das vias aéreas (SGva). Na espirometria: volume expiratório forçado no primeiro segundo (VEF1), capacidade vital forçada (CVF), fluxo expiratório entre 25% e 75% (FEF25%-75%) da CVF (FEF25%-75%) e razões VEF1/CVF (%) e FEF/CVF (%). Na TOF: propriedades resistivas do sistema respiratório- R0 (resistência no intercepto), Rm (resistência média) e S (inclinação da reta de resistência) e propriedades reativas: Cdin,sr (complacência dinâmica do sistema respiratório), Xm (reatância média), frequência de ressonância (fr); e o módulo da impedância em 4 Hz (׀Zrs4Hz׀). Na espirometria o distúrbio ventilatório obstrutivo (DVO) com CVF reduzida foi predominante, com marcante redução do FEF25%-75% no grupo FC (p<0,0001) em relação ao controle. Na pletismografia: destacou-se a elevação de VR, na presença de CPT normal e elevação da Rva e redução da SGva no grupo FC. Alterações da TOF ocorridas no grupo FC em relação ao controle: aumento de R0 e Rm (p<0,0001) e fr (p<0,0002), relacionados à obstrução das vias aéreas; redução de S (p<0,0006), Xm (p<0,0001) associadas à não-homogeneidade do sistema respiratório e Cdin,sr (p<0,0001), relacionada à redução da complacência pulmonar; aumento do módulo da impedância em 4 Hz (׀Zrs4Hz׀) (representando a carga mecânica total do sistema respiratório) resultante da interação das demais alterações da TOF citadas. Os parâmetros da TOF apresentaram correlações muito boas com a espirometria e moderadas com a pletismografia. Rm foi o único parâmetro que não se relacionou com nenhuma destas técnicas. A sensibilidade e especificidade da TOF em adultos com FC apresentaram valores elevados, sobretudo nos parâmetros reativos, em especial, Xm (85,2% e 73,9% respectivamente e área sob a curva de 0,86).
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O termo silicose refere-se ao processo de fibrose pulmonar causado pela inalação de poeira contendo sílica. É uma doença ocupacional, incurável, que se inicia nas vias aéreas distais e pode progredir independente do término da exposição. Os testes de função pulmonar, apesar de não serem utilizados como ferramenta diagnóstica para silicose, são amplamente empregados para acompanhar longitudinalmente esses indivíduos. Estudos recentes sugerem que a Técnicas de Oscilações Forçadas (FOT) pode ser aplicada para detecção de alterações pulmonares precoces em indivíduos com silicose. Contudo, existem poucos estudos descrevendo as alterações de mecância respiratória associada com a silicose através da FOT. Neste contexto, os objetivos deste estudo são: (1) analisar as alterações de mecânica respiratória de indivíduos portadores de silicose com diferentes graus de obstrução e (2) avaliar a capacidade da FOT em detectar alterações na função pulmonar decorrentes da silicose. Trata-se de um estudo transversal controlado com avaliação de casos prevalentes, tendo como unidade de avaliação o indivíduo. Os exames realizados incluíram medidas de espirometria e FOT. Foi selecionado um total de 67 indivíduos, 46 portadores de silicose e 21 sadios, caracterizando o grupo controle. Os indivíduos com diagnóstico de silicose foram divididos em três grupos classificados de acordo com o nível de obstrução sugerido pela espirometria. Essa classificação resultou em três categorias: Indivíduos normais ao exame espirométrico (NE), n= 12; com distúrbio ventilatório obstrutivo leve (DVOL), n=22; com distúrbio ventilatório obstrutivo moderado ou acentuado (DVOMA), n= 12. Todos os indivíduos realizaram exames da FOT para análise das propriedades resistivas e reativas do sistema respiratório. Posteriormente aos exames da FOT os indivíduos foram submetidos à espirometria. Considerando os grupos divididos a partir da espirometria, os parâmetros resistivos e reativos e a impedância do sistema respiratório em 4Hz (Z4Hz) se modificaram significativamente com a progressão da distúrbio obstrutivo. Na análise do poder diagnóstico da FOT os parâmetros R0, Rm, Rsr4 e |Z4Hz| mostraram-se precisos para identificar as modificações de mecânica respiratória em pacientes com silicose apresentando distúrbio ventilatório obstrutivo leve. Para distúrbio ventilatório obstrutivo moderado e acentuado todos os parâmetros analisados apresentaram habilidade para identificar essas alterações. Na análise entre o grupo controle e normal ao exame, nenhum parâmetro da FOT apresentou valor de acurácia adequado para uso clínico. Esses resultados são coerentes com as alterações fisiopatológicas relacionadas à silicose, confirmando o potencial da FOT na avaliação das modificações de mecânica respiratória em doentes com silicose.
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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 ΔZ4Hz e das derivadas da resistência, ΔR0, ΔRm, ΔS, 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 ΔXm aumentou com a gravidade da doença (p<0,0002). Por outro lado, a ΔCrs,dyn não demonstrou diferença significativa com a gravidade da DPOC. Em termos percentuais os parâmetros da TOF apresentaram variação expressiva em ΔRm% (p<0,02), ΔS% (p<0,02) e ΔXm% (p<0,004) com o aumento da obstrução nas vias aéreas. Por outro lado, ΔR0%, ΔCrs,dyn% e ΔZ4Hz% não variaram entre os estágios da DPOC. A associação entre a broncodilatação nas vias aéreas e a impedância pulmonar foi fraca entre ΔXm vs ΔFVC (r=0,32, p<0,0001) e ΔZ4Hz% vs ΔFEV1% vs ΔFVC% (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.
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Surfactant protein D (SP-D) modulates the lung's immune system. Its absence leads to NOS2-independent alveolar lipoproteinosis and NOS2-dependent chronic inflammation, which is critical for early emphysematous remodeling. With aging, SP-D knockout mice develop an additional interstitial fibrotic component. We hypothesize that this age-related interstitial septal wall remodeling is mediated by NOS2. Using invasive pulmonary function testing such as the forced oscillation technique and quasistatic pressure-volume perturbation and design-based stereology, we compared 29-wk-old SP-D knockout (Sftpd(-/-)) mice, SP-D/NOS2 double-knockout (DiNOS) mice, and wild-type mice (WT). Structural changes, including alveolar epithelial surface area, distribution of septal wall thickness, and volumes of septal wall components (alveolar epithelium, interstitial tissue, and endothelium) were quantified. Twenty-nine-week-old Sftpd(-/-) mice had preserved lung mechanics at the organ level, whereas elastance was increased in DiNOS. Airspace enlargement and loss of surface area of alveolar epithelium coexist with increased septal wall thickness in Sftpd(-/-) mice. These changes were reduced in DiNOS, and compared with Sftpd(-/-) mice a decrease in volumes of interstitial tissue and alveolar epithelium was found. To understand the effects of lung pathology on measured lung mechanics, structural data were used to inform a computational model, simulating lung mechanics as a function of airspace derecruitment, septal wall destruction (loss of surface area), and septal wall thickening. In conclusion, NOS2 mediates remodeling of septal walls, resulting in deposition of interstitial tissue in Sftpd(-/-). Forward modeling linking structure and lung mechanics describes the complex mechanical properties by parenchymatous destruction (emphysema), interstitial remodeling (septal wall thickening), and altered recruitability of acinar airspaces.
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The nonlinear amplitude equation, which was derived by Jian Yongjun employing expansion of two-time scales in inviscid fluids in a vertically oscillating circular cylindrical vessel, is modified by introducing a damping term due to the viscous dissipation of this system. Instability of the surface wave is analysed and properties of the solutions of the modified equation are determined together with phase-plane trajectories. A necessary condition of forming a stable surface wave is obtained and unstable regions are illustrated. Research results show that the stable pattern of surface wave will not lose its stability to an infinitesimal disturbance.
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Two-time scale perturbation expansions were developed in weakly viscous fluids to investigate surface wave motions by linearizing the Navier-Stokes equation in a circular cylindrical vessel which is subject to a vertical oscillation. The fluid field was divided into an outer potential flow region and an inner boundary layer region. A linear amplitude equation of slowly varying complex amplitude, which incorporates a damping term and external excitation, was derived for the weakly viscid fluids. The condition for the appearance of stable surface waves was obtained and the critical curve was determined. In addition, an analytical expression for the damping coefficient was determined and the relationship between damping and other related parameters (such as viscosity, forced amplitude, forced frequency and the depth of fluid, etc.) was presented. Finally, the influence both of the surface tension and the weak viscosity on the mode formation was described by comparing theoretical and experimental results. The results show that when the forcing frequency is low, the viscosity of the fluid is prominent for the mode selection. However, when the forcing frequency is high, the surface tension of the fluid is prominent.
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The determination of hydrodynamic coefficients of full scale underwater vehicles using system identification (SI) is an extremely powerful technique. The procedure is based on experimental runs and on the analysis of on-board sensors and thrusters signals. The technique is cost effective and it has high repeatability; however, for open-frame underwater vehicles, it lacks accuracy due to the sensors' noise and the poor modeling of thruster-hull and thruster-thruster interaction effects. In this work, forced oscillation tests were undertaken with a full scale open-frame underwater vehicle. These conducted tests are unique in the sense that there are not many examples in the literature taking advantage of a PMM installation for testing a prototype and; consequently, allowing the comparison between the experimental results and the ones estimated by parameter identification. The Morison's equation inertia and drag coefficients were estimated with two parameter identification methods, that is, the weighted and the ordinary least-squares procedures. It was verified that the in-line force estimated from Morison's equation agrees well with the measured one except in the region around the motion inversion points. On the other hand, the error analysis showed that the ordinary least-squares provided better accuracy and, therefore, was used to evaluate the ratio between inertia and drag forces for a range of Keulegan-Carpenter and Reynolds numbers. It was concluded that, although both experimental and estimation techniques proved to be powerful tools for evaluation of an open-frame underwater vehicle's hydrodynamic coefficients, the research provided a rich amount of reference data for comparison with reduced models as well as for dynamic motion simulation of ROVs. [DOI: 10.1115/1.4004952]
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Singular perturbation theory of two-time-scale expansions was developed in inviscid fluids to investigate patternforming, structure of the single surface standing wave, and its evolution with time in a circular cylindrical vessel subject to a vertical oscillation. A nonlinear slowly varying complex amplitude equation, which involves a cubic nonlinear term, an external excitation and the influence of surface tension, was derived from the potential flow equation. Surface tension was introduced by the boundary condition of the free surface in an ideal and incompressible fluid. The results show that when forced frequency is low, the effect of surface tension on the mode selection of surface waves is not important. However, when the forced frequency is high, the surface tension cannot be neglected. This manifests that the function of surface tension is to cause the free surface to return to its equilibrium configuration. In addition, the effect of surface tension seems to make the theoretical results much closer to experimental results.
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The nonlinear free surface amplitude equation, which has been derived from the inviscid fluid by solving the potential equation of water waves with a singular perturbation theory in a vertically oscillating rigid circular cylinder, is investigated successively in the fourth-order Runge-Kutta approach with an equivalent time-step. Computational results include the evolution of the amplitude with time, the characteristics of phase plane determined by the real and imaginary parts of the amplitude, the single-mode selection rules of the surface waves in different forced frequencies, contours of free surface displacement and corresponding three-dimensional evolution of surface waves, etc. In addition, the comparison of the surface wave modes is made between theoretical calculations and experimental measurements, and the results are reasonable although there are some differences in the forced frequency.