Uma formulação implícita para o método Smoothed Particle Hydrodynamics

Em uma grande gama de problemas físicos, governados por equações diferenciais, muitas vezes é de interesse obter-se soluções para o regime transiente e, portanto, deve-se empregar técnicas de integração temporal. Uma primeira possibilidade seria a de aplicar-se métodos explícitos, devido à sua simplicidade e eficiência computacional. Entretanto, esses métodos frequentemente são somente condicionalmente estáveis e estão sujeitos a severas restrições na escolha do passo no tempo. Para problemas advectivos, governados por equações hiperbólicas, esta restrição é conhecida como a condição de Courant-Friedrichs-Lewy (CFL). Quando temse a necessidade de obter soluções numéricas para grandes períodos de tempo, ou quando o custo computacional a cada passo é elevado, esta condição torna-se um empecilho. A fim de contornar esta restrição, métodos implícitos, que são geralmente incondicionalmente estáveis, são utilizados. Neste trabalho, foram aplicadas algumas formulações implícitas para a integração temporal no método Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) de modo a possibilitar o uso de maiores incrementos de tempo e uma forte estabilidade no processo de marcha temporal. Devido ao alto custo computacional exigido pela busca das partículas a cada passo no tempo, esta implementação só será viável se forem aplicados algoritmos eficientes para o tipo de estrutura matricial considerada, tais como os métodos do subespaço de Krylov. Portanto, fez-se um estudo para a escolha apropriada dos métodos que mais se adequavam a este problema, sendo os escolhidos os métodos Bi-Conjugate Gradient (BiCG), o Bi-Conjugate Gradient Stabilized (BiCGSTAB) e o Quasi-Minimal Residual (QMR). Alguns problemas testes foram utilizados a fim de validar as soluções numéricas obtidas com a versão implícita do método SPH.

Análise do efeito do envelhecimento e da doença pulmonar obstrutiva crônica sobre a limitação ao fluxo expiratório por meio da técnica de pressão expiratória negativa

O termo limitação ao fluxo expiratório (LFE) refere-se a uma condição na qual o fluxo expiratório máximo obtido durante um ciclo da respiração espontânea é menor que o previsto e permanece constante apesar do aumento do gradiente pressórico. A LFE pode estar presente durante o envelhecimento pulmonar fisiológico, e em afecções pulmonares obstrutivas, como na doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC). A aferição direta para determinar a LFE requer a mensuração do volume pela relação entre o fluxo e a pressão transpulmonar, porém é um método invasivo. Os testes usualmente empregados estão baseados na comparação da curva fluxo-volume expiratório máximo e corrente, porém estas técnicas requerem alto grau de colaboração do indivíduo e podem gerar alteração do tônus muscular brônquico. Estudos sugerem que a Técnica de Pressão Expiratória Negativa (NEP) pode ser aplicada para detecção da LFE, sendo um método simples, não invasivo e que não requer esforço dos voluntários. Contudo, índices quantitativos para a avaliação deste fenômeno ainda não foram definidos, assim como também não foram estudadas a LFE no processo de envelhecimento e nos diversos estágios de obstrução das vias aéreas na DPOC. Neste contexto, os objetivos deste estudo foram: (1) avaliar o comportamento da LFE durante o processo de envelhecimento e (2) estudar a LFE presente nos portadores de DPOC. 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 NEP. Foram selecionados indivíduos saudáveis para o grupo envelhecimento separados em três grupos: grupo jovem (GJ), n=17; grupo meia idade (GMI), n=17 e grupo idoso (GI), n=17. No grupo DPOC foram selecionados indivíduos tabagistas e com doença obstrutiva, sendo classificados de acordo com o nível de obstrução sugerido pela espirometria. Essa classificação resultou em cinco categorias: indivíduos normais ao exame espirométrico (NE, n= 18); com distúrbio ventilatório obstrutivo leve (DVOL, n=15); distúrbio ventilatório obstrutivo moderado (DVOM, n= 18); distúrbio ventilatório obstrutivo acentuado (DVOA, n= 18) e distúrbio ventilatório obstrutivo muito acentuado (DVOMA, n= 18). Todos os indivíduos realizaram os exames de NEP e posteriormente foram submetidos à espirometria. No estudo sobre envelhecimento o parâmetro LFE% foi o que melhor caracterizou a LFE, apresentando uma correlação moderada com a idade. Os parâmetros ∆EF0-50% e ∆EF25-75% apresentaram uma correlação razoável com o progredir da idade, possivelmente devido a LFE no idoso apresentar componentes relacionadas às vias aéreas superiores. No grupo DPOC a NEP caracterizou adequadamente a LFE, sendo o melhor parâmetro a LFE%. Alterações significativas também foram encontradas com os parâmetros ∆EF0-50% e ∆EF25-75%. Avaliando-se a influência da idade neste grupo, pode-se observar que a idade é um fator de contribui para a LFE, no entanto, o efeito preponderante foi a gravidade da doença. Pode-se concluir que: (1) a NEP é útil no estudo da LFE em idosos saudáveis; (2) nestes indivíduos a LFE ocorre principalmente nas vias aéreas extratorácicas; (3) que a NEP é útil na avaliação de pacientes com DPOC, e: (4) que os efeitos da DPOC se sobrepõe ao efeito do envelhecimento.

Frequência cardíaca e exercício: aspectos prognósticos e interações com tônus vagal cardíaco

A frequência cardíaca (FC) no repouso (FC Rep), no exercício máximo (FC Max) e após o exercício (FC Rec) traz importantes informações para a saúde, e parte dessas respostas é modulada pelo tônus vagal cardíaco (TVC), que também oferece proteção cardíaca. Para uma melhor compreensão dos aspectos prognósticos da FC e de suas interações com o TVC, foram realizados três estudos: dois retrospectivos e um ensaio clínico randomizado. O primeiro testou se o TVC, estimado utilizando o índice vagal cardíaco (IVC), contribui para a FC Max (% do previsto: 208-0,7 x idade (anos)) em 1000 indivíduos saudáveis (39 14 anos; 719 homens). Regressão linear identificou que TVC explica apenas 1% da variabilidade da FC Max (% do previsto), com erro padrão da estimativa alto (~ 6,3%), indicando potencial papel complementar clínico para essas duas variáveis relacionadas ao exercício. O segundo estudo verificou se a análise de mortalidade utilizando FC de reserva (FC Res) e FC Rec de forma combinada descriminaria melhor a mortalidade que a análise de um destes itens e forma isolada. Dados de FC Res e FC Rec de 1.476 indivíduos (41 a 79 anos, 937 homens) foram calculados e divididos em quintis, os quais somados forneceram categorias de 2 a 10, produzindo um gradiente da FC (FC Grad) e refletindo a magnitude dos transientes iniciais e finais do exercício máximo. Análises de sobrevida foram realizadas usando os quintis mais baixos (Q1) dos escores do Grad FC, FC Res e FC Rec. Em um seguimento médio de 7,3 anos, 44 participantes morreram (3,1%). Houve uma tendência inversa entre os escores do Grad FC e a taxa de mortalidade (p<0,05), que passou de 1,2% para 13,5%, respectivamente, para os escores 10 e 2. Uma pontuação no Grad FC de 2 foi melhor preditor de mortalidade por todas as causas, quando comparado ao Q1 da FC Res e da FC Rec, com riscos relativos ajustados pela idade de 3,53 (p=0,01); 2,52 (p<0,05) e 2,57(p<0,05), respectivamente. Conclusão: Grad FC é um preditor de risco de mortalidade por todas as causas com desempenho superior ao das medidas isoladas de FC Res e FC Rec. Por último verificou-se a hipótese do aumento do TVC em participantes de um programa de exercício supervisionado (PES) com IVC baixo (≤ 1,30), através de um treinamento específico, utilizando a transição repouso-exercício no protocolo denominado treinamento vagal (TV). Estes foram randomizados num delineamento cruzado (duas etapas de oito semanas), com ou sem três sessões semanais de TV. Houve discreta melhora no IVC em 16 semanas (1,19 vs 1,22; p=0,02) dos 44 pacientes (64% homens; 65,5 11,4 anos) que finalizaram o estudo, mas não se pôde afirmar que a diferença no IVC se deveu ao período em que foi realizado o TV (p=0,36). Portanto, 16 semanas de PES, incluindo oito semanas com TV, aumentam a resposta vagal à transição repouso-exercício, embora não tenha sido possível atribuir os resultados exclusivamente ao TV. Os três estudos realizados contribuem para melhor compreensão da relevante interação entre FC, TVC e exercício