Heterogeneidade pulmonar e lesão induzida pela ventilação mecânica

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Ribeiro, Gabriel Casulari da Motta
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFRJ
Texto Completo: http://hdl.handle.net/11422/20284
Resumo: Lung expansion during a respiratory cycle is spatially heterogeneous with possible consequences for the outcome of mechanical ventilation. This thesis studied this heterogeneity in a large animal model of the first 24 h of mechanical ventilation of initially normal lungs, and in a theoretical model of gas mixing during a multiplebreath N2 washout maneuver. The animal experiments compared two initial states of lung expansion, prone position (homogeneous) and supine position (heterogeneous). The ventilator settings were in accordance to current clinical practice, increasing the translational relevance. Computed and positron emission tomography were used to asses voxel-level distribution of static (aeration) and dynamic (strain) lung expansion, and regional metabolic activity (marker of inflammation). Supine animals showed progressive deterioration of regional lung mechanics resulting in spatially distinct mild tissue injury and inflammation, as well as gene expression. ln contrast, the prone position had mild inflammation and loss in aeration without increase in heterogeneity. A new model to explain the N2 washout maneuver was proposed. This considers the lungs as parallel compartments with a series dead space. Compared to the classical model, the new model imposes fewer restrictions on the ventilatory cycles during the maneuver, potentially allowing its application in mechanically ventilated patients. Computational simulations and bench experiments demonstrated that the proposed model outperforms the classical in the reconstruction of distributions of specific ventilation (linked to dynamic expansion). The current findings will help to define mechanical ventilation strategies for patients without initial lung injury and advance bedside monitoring, with potential impact on clinical practice.
id UFRJ_159cf22f658da41303453795a11a3225
oai_identifier_str oai:pantheon.ufrj.br:11422/20284
network_acronym_str UFRJ
network_name_str Repositório Institucional da UFRJ
repository_id_str
spelling Heterogeneidade pulmonar e lesão induzida pela ventilação mecânicaSistema respiratórioImagens médicasModelagem matemáticaCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICA::ENGENHARIA MEDICALung expansion during a respiratory cycle is spatially heterogeneous with possible consequences for the outcome of mechanical ventilation. This thesis studied this heterogeneity in a large animal model of the first 24 h of mechanical ventilation of initially normal lungs, and in a theoretical model of gas mixing during a multiplebreath N2 washout maneuver. The animal experiments compared two initial states of lung expansion, prone position (homogeneous) and supine position (heterogeneous). The ventilator settings were in accordance to current clinical practice, increasing the translational relevance. Computed and positron emission tomography were used to asses voxel-level distribution of static (aeration) and dynamic (strain) lung expansion, and regional metabolic activity (marker of inflammation). Supine animals showed progressive deterioration of regional lung mechanics resulting in spatially distinct mild tissue injury and inflammation, as well as gene expression. ln contrast, the prone position had mild inflammation and loss in aeration without increase in heterogeneity. A new model to explain the N2 washout maneuver was proposed. This considers the lungs as parallel compartments with a series dead space. Compared to the classical model, the new model imposes fewer restrictions on the ventilatory cycles during the maneuver, potentially allowing its application in mechanically ventilated patients. Computational simulations and bench experiments demonstrated that the proposed model outperforms the classical in the reconstruction of distributions of specific ventilation (linked to dynamic expansion). The current findings will help to define mechanical ventilation strategies for patients without initial lung injury and advance bedside monitoring, with potential impact on clinical practice.A expansão pulmonar regional durante um ciclo respiratório é heterogênea, com possíveis consequências para o resultado da ventilação mecânica. Essa tese estudou essa heterogeneidade em um modelo animal nas primeiras 24 h de ventilação mecânica de pulmões inicialmente normais e em um modelo teórico da manobra de lavagem de N2 em múltiplos ciclos. Os experimentos em animais compararam duas condições iniciais de expansão pulmonar, posição prona (homogênea) ou posição supina (heterogênea). Os parâmetros ventilatórios seguiram a prática clínica, aumentando a relevância translacional. Imagens de tomografia computadorizada e por emissão de pósitrons foram utilizadas para quantificar a expansão estática (aeração) e dinâmica (strain) em cada voxel e a atividade metabólica (ligada a inflamação) regional. Animais em supino apresentaram deterioração progressiva da mecânica regional, com heterogeneidade espacial na (leve) inflamação e lesão, bem como na expressão gênica, do tecido pulmonar. Em contraste, a posição prona resultou em inflamação e perda de aeração leves, sem alteração na distribuição espacial. Um novo modelo para explicar a manobra de lavagem de 2 foi proposto. Este considera o pulmão como compartimentos em paralelo e um espaço morto em série. Comparado ao modelo clássico, o novo modelo impõe menos restrições aos ciclos respiratórios durante a manobra, sendo mais adequado ao uso durante ventilação mecânica. Simulações numéricas e experimentos em bancada mostraram que o modelo proposto tem melhor desempenho que o clássico na reconstrução de distribuições de ventilação específica (ligada a expansão dinâmica). Os resultados obtidos auxiliarão a definição de estratégias ventilatórias em pacientes sem lesão pulmonar inicial e o avanço da monitorização à beira do leito, com potencial impacto na prática clínica.Universidade Federal do Rio de JaneiroBrasilInstituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de EngenhariaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia BiomédicaUFRJCarvalho, Alysson Roncally Silvahttp://lattes.cnpq.br/3496562452506072Beda, AlessandroPino, Alexandre VisintanerCosta, Eduardo Leite VieiraBozza, Fernando AugustoRibeiro, Gabriel Casulari da Motta2023-04-24T21:53:36Z2023-12-21T03:01:19Z2018-06info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttp://hdl.handle.net/11422/20284porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFRJinstname:Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)instacron:UFRJ2023-12-21T03:01:19Zoai:pantheon.ufrj.br:11422/20284Repositório InstitucionalPUBhttp://www.pantheon.ufrj.br/oai/requestpantheon@sibi.ufrj.bropendoar:2023-12-21T03:01:19Repositório Institucional da UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)false
dc.title.none.fl_str_mv Heterogeneidade pulmonar e lesão induzida pela ventilação mecânica
title Heterogeneidade pulmonar e lesão induzida pela ventilação mecânica
spellingShingle Heterogeneidade pulmonar e lesão induzida pela ventilação mecânica
Ribeiro, Gabriel Casulari da Motta
Sistema respiratório
Imagens médicas
Modelagem matemática
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICA::ENGENHARIA MEDICA
title_short Heterogeneidade pulmonar e lesão induzida pela ventilação mecânica
title_full Heterogeneidade pulmonar e lesão induzida pela ventilação mecânica
title_fullStr Heterogeneidade pulmonar e lesão induzida pela ventilação mecânica
title_full_unstemmed Heterogeneidade pulmonar e lesão induzida pela ventilação mecânica
title_sort Heterogeneidade pulmonar e lesão induzida pela ventilação mecânica
author Ribeiro, Gabriel Casulari da Motta
author_facet Ribeiro, Gabriel Casulari da Motta
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Carvalho, Alysson Roncally Silva
http://lattes.cnpq.br/3496562452506072
Beda, Alessandro
Pino, Alexandre Visintaner
Costa, Eduardo Leite Vieira
Bozza, Fernando Augusto
dc.contributor.author.fl_str_mv Ribeiro, Gabriel Casulari da Motta
dc.subject.por.fl_str_mv Sistema respiratório
Imagens médicas
Modelagem matemática
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICA::ENGENHARIA MEDICA
topic Sistema respiratório
Imagens médicas
Modelagem matemática
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICA::ENGENHARIA MEDICA
description Lung expansion during a respiratory cycle is spatially heterogeneous with possible consequences for the outcome of mechanical ventilation. This thesis studied this heterogeneity in a large animal model of the first 24 h of mechanical ventilation of initially normal lungs, and in a theoretical model of gas mixing during a multiplebreath N2 washout maneuver. The animal experiments compared two initial states of lung expansion, prone position (homogeneous) and supine position (heterogeneous). The ventilator settings were in accordance to current clinical practice, increasing the translational relevance. Computed and positron emission tomography were used to asses voxel-level distribution of static (aeration) and dynamic (strain) lung expansion, and regional metabolic activity (marker of inflammation). Supine animals showed progressive deterioration of regional lung mechanics resulting in spatially distinct mild tissue injury and inflammation, as well as gene expression. ln contrast, the prone position had mild inflammation and loss in aeration without increase in heterogeneity. A new model to explain the N2 washout maneuver was proposed. This considers the lungs as parallel compartments with a series dead space. Compared to the classical model, the new model imposes fewer restrictions on the ventilatory cycles during the maneuver, potentially allowing its application in mechanically ventilated patients. Computational simulations and bench experiments demonstrated that the proposed model outperforms the classical in the reconstruction of distributions of specific ventilation (linked to dynamic expansion). The current findings will help to define mechanical ventilation strategies for patients without initial lung injury and advance bedside monitoring, with potential impact on clinical practice.
publishDate 2018
dc.date.none.fl_str_mv 2018-06
2023-04-24T21:53:36Z
2023-12-21T03:01:19Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://hdl.handle.net/11422/20284
url http://hdl.handle.net/11422/20284
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal do Rio de Janeiro
Brasil
Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Biomédica
UFRJ
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal do Rio de Janeiro
Brasil
Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Biomédica
UFRJ
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFRJ
instname:Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)
instacron:UFRJ
instname_str Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)
instacron_str UFRJ
institution UFRJ
reponame_str Repositório Institucional da UFRJ
collection Repositório Institucional da UFRJ
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)
repository.mail.fl_str_mv pantheon@sibi.ufrj.br
_version_ 1815456045104889856