Combinando a capnografia volumétrica e pletismografia barométrica para medir a relação estrutura-função do pulmão
8 de janeiro de 2019
Aqui, descrevemos duas medidas de função pulmonar – pletismografia barométrica, que permite a medição do volume pulmonar e capnografia volumétrica, uma ferramenta para medir o espaço morto anatômico e uniformidade de vias aéreas. Estas técnicas podem ser usadas independentemente ou combinadas para avaliar a função de vias aéreas em volumes pulmonares diferentes.
Este método pode ajudar a responder a perguntas-chave na fisiologia pulmonar, particularmente sobre como a relação estrutura-função no pulmão contribui para a patologia da doença. A principal vantagem dessa técnica é que ela permite que medidas sejam feitas repetidamente, dentro do mesmo assunto, sem equipamentos de imagem caros ou algoritmos de análise tecnicamente avançados. As implicações da medição da relação estrutura-função pulmonar se estendem para a compreensão do desenvolvimento de doenças pulmonares, utilizando ferramentas fisiológicas clássicas e bem estabelecidas para avaliar novas intervenções.
Embora este método forneça insights sobre a fisiologia pulmonar humana, ele também pode ser aplicado a modelos animais de doenças pulmonares. Geralmente, indivíduos novos nesse método podem lutar com o coaching correto dos participantes para seguir as manobras delineadas. Várias corridas práticas são muitas vezes necessárias com um participante de primeira vez.
A demonstração visual deste método é crítica, pois a manobra capnográfica pode ser difícil de aprender e o fluxo e o volume da manobra devem ser controlados cuidadosamente. Procedimentos envolvendo sujeitos humanos foram aprovados pelo Conselho de Revisão Institucional da Universidade de Iowa. Antes de iniciar a calibração, use um barômetro padrão para medir a temperatura, pressão barométrica e umidade relativa, e insira esses valores no software pletimógrafo como fatores de correção.
Para calibrar o sensor de fluxo, use uma seringa calibrada de três litros a taxas de fluxo variáveis e use uma bomba de 50 mililitros para calibrar a pressão da caixa. Imediatamente antes da medição da plethysmografia, o participante entre no plethysmógrafo do corpo inteiro e feche a porta. Após 30 a 60 segundos de equilíbrio térmico, instrua o participante a colocar a boca no bocal, colocar os grampos do nariz e colocar as mãos em suas bochechas.
Instrua o participante a respirar normalmente, permitindo que pelo menos quatro respirações de maré sejam adquiridas, e uma capacidade residual funcional seja estabelecida. No final de uma expiração normal, feche o obturador e treine o participante a calça levemente a 0,5 a um suspiro por segundo durante três a quatro segundos. Avalie a relação entre a pressão bucal e a pressão pletiógrafa para garantir que se trata de uma série de linhas retas sobrepostas, sem deriva térmica, e abra o obturador e permita que o participante tome um fôlego normal.
Em seguida, treine o participante para exalar para o volume residual. Seguido por uma manobra inspiradora máxima para a capacidade pulmonar total. Antes da chegada do participante, dirija-se e modifique as variáveis na tabela, conforme necessário.
Para calibrar o analisador de gás, conecte o tubo de secagem à câmara de mistura e lave o saco com gás inerte a uma taxa de pelo menos 10 litros por minuto, tomando cuidado para não pressurizar o sistema. Uma vez que as concentrações exibidas do dióxido de carbono e oxigênio deslocados tenham estabilizado, ajuste os botões zero até que ambos leiam zero. Em seguida, repita a descarga com 6% de dióxido de carbono e ar ambiente contendo 20,93% de oxigênio como gases de calibração, igualando a concentração dos gases de calibração com o botão de extensão quando a concentração dos gases estabilizar.
Em seguida, verifique novamente as concentrações inertes de gás e gás de calibração e ajuste os botões zero e de extensão até que ambos sejam precisos para mais ou menos 0,1% Para calibrar o pneumotach aquecido, permita que o pneumotach aqueça a 37 graus Celsius por pelo menos 20 minutos e abra o menu Flow Channel no software do sistema. Selecione O espirômetro e clique em Zero a zero o pneumotach. Em seguida, selecione OK. Use um adaptador de cabeça de fluxo para conectar uma seringa de três litros ao pneumotach e destaque a respiração de calibração.
No menu Flow Channel, selecione Fluxo de Espirômetro e Calibrar e digite três litros. Clique em OK. E use a seringa injetando três litros de ar no pneumotach a diferentes taxas de fluxo. A diferença de três litros deve ser inferior a 5% Quando o sistema estiver pronto, treine o participante para realizar uma única manobra composta por dois pares de respirações: um hálito de treino e um fôlego para análise.
Porque temos inspiração e expiração, com inspiração. Durante a manobra, treine o participante para seguir o guia de fluxo no monitor do computador. Considere adicionar um resistor em consonância com o porta-voz para tornar o fluxo expirado mais fácil de controlar.
Para medir a capacidade residual funcional, instrua o participante a sentar-se reto com os dois pés no chão, colocar clipes de nariz e colocar a boca no porta-voz. Treine o participante para completar pelo menos um minuto de respiração da maré para medir a função metabólica e permitir que o participante se familiarize com o porta-voz. Pare a coleta de dados após um minuto.
Antes de iniciar a manobra, os participantes devem variar seu volume de marés, tomando respirações normais, menores ou maiores que as marés normais, para garantir que os capnogramas sejam obtidos em diferentes volumes pulmonares. Treine o participante para a transição para a realização de uma manobra de capnograma assim que os rastreamentos de fluxo aparecerem na tela, e retome a coleta de dados em um ponto aleatório do ciclo respiratório do participante, para permitir que as medições sejam obtidas em diferentes volumes pulmonares. Por fim, o treinador para realizar um suspiro no final de cada manobra, para que os músculos da respiração sejam completamente relaxados, para permitir que a capacidade respiratória funcional seja determinada.
O passo mais importante, é a correta medição e conclusão da manobra realizada com capnografia volumétrica. Em seguida, pare a coleta de dados e faça com que o participante repita as manobras do capnograma pelo menos seis a oito vezes mais, para obter de 12 a 16 pares de respirações para análise. Aqui, um capnograma único representativo usado em uma análise, e os dados brutos para toda a sequência da manobra, são mostrados.
Nos dados brutos, o capnograma e o rastreamento de fluxo não foram alinhados para explicar o atraso de tempo. Nesses casos representativos, o espaço morto e a inclinação foram significativamente correlacionados com o volume pulmonar, sugerindo que o espaço morto e a homogeneidade das vias aéreas aumentam à medida que o volume pulmonar aumenta. Ao tentar esse procedimento, é importante lembrar que ele é altamente dependente da vazão exalada do participante e do atraso entre o analisador e o espirômetro.
A precisão desses vales deve ser verificada cuidadosamente. Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para pesquisadores do campo da pneumologia explorarem a relação estrutura-volume do pulmão em várias populações de pacientes, e isso poderia potencialmente ser integrado ao cuidado padrão de doenças respiratórias.
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Visão Geral
Este artigo discute duas medidas de função pulmonar: a pletismografia barométrica para volume pulmonar e a capnografia volumétrica para avaliar o espaço morto anatômico. Esses métodos podem ser usados separadamente ou em conjunto para avaliar a função das vias aéreas em diferentes volumes pulmonares.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Fisiologia pulmonar
- Avaliação da função respiratória
- Patologia das doenças pulmonares
Contexto
- Compreender a relação entre estrutura e função no pulmão é fundamental para a pesquisa de doenças.
- Essas técnicas permitem medidas repetidas sem a necessidade de exames de imagem custosos.
- Os conhecimentos obtidos podem orientar o desenvolvimento de intervenções para doenças pulmonares.
- A aplicação estende-se a modelos humanos e animais.
Objetivo do Estudo
- Avaliar a função pulmonar utilizando ferramentas fisiológicas consagradas.
- Compreender as implicações das relações estrutura-função pulmonar.
- Facilitar a avaliação de intervenções inovadoras em doenças pulmonares.
Métodos Utilizados
- Pletismografia barométrica para medição do volume pulmonar.
- Capnografia volumétrica para avaliação da uniformidade das vias aéreas.
- Medidas repetidas no mesmo indivíduo.
- Orientação aos participantes durante manobras específicas para garantir precisão.
Resultados Principais
- Ambas as técnicas fornecem informações valiosas sobre a função pulmonar.
- Podem ser utilizadas efetivamente para estudar os mecanismos das doenças pulmonares.
- Pode ser necessário realizar ensaios preliminares para garantir o desempenho preciso dos participantes.
- Os resultados podem orientar pesquisas futuras e aplicações clínicas.
Conclusões
- A pletismografia barométrica e a capnografia volumétrica são ferramentas eficazes na pesquisa pulmonar.
- Elas aprimoram a compreensão da fisiologia pulmonar e das doenças.
- Esses métodos auxiliam na avaliação de intervenções na saúde pulmonar.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
Compreender a relação entre estrutura e função pulmonar é essencial para avaliar mecanismos de doença e intervenções terapêuticas na pesquisa pulmonar. Essas ferramentas fisiológicas estabelecidas permitem medições repetidas e economicamente viáveis, sem a necessidade de imagens avançadas, apoiando a validação pré-clínica de alvos e a redução de riscos mecanicistas. O uso combinado da pletismografia barométrica e da capnografia volumétrica fornece informações quantitativas sobre volume e homogeneidade das vias aéreas, auxiliando decisões de avanço ou interrupção no desenvolvimento de medicamentos respiratórios.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia Farmacêutica
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Valor Científico: Permite a investigação de hipóteses terapêuticas mediante a medição do volume pulmonar e da homogeneidade das vias aéreas como indicadores funcionais.
- Valor Operacional: Apoia a desmistificação biológica por meio de medições repetíveis em um mesmo indivíduo, reduzindo a variabilidade na avaliação inicial de alvos.
- Valor Preditivo: Correlaciona alterações estruturais (espaço morto, inclinação) com o volume pulmonar para aumentar a confiança no engajamento do alvo e na modulação da via.
Triagem e Desenvolvimento de Ensaios
- Valor Científico: Prepara sistemas biológicos validados para triagem subsequente, estabelecendo a função pulmonar basal e a reatividade das vias aéreas.
- Valor Operacional: Fornece saídas quantitativas padronizadas (espaço morto, inclinação) que permitem a reprodutibilidade do ensaio em diferentes condições experimentais.
- Escalabilidade: Facilita a reutilização da plataforma por meio de procedimentos simples de calibração e análise baseada em macros, adaptável a diferentes desenhos de estudo.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Continuidade Translacional: Conecta a descoberta e a validação pré-clínica ao medir as relações estrutura-função em modelos humanos e animais de doenças pulmonares.
- Avanço Ajustado ao Risco: Orienta decisões pré-clínicas de avanço ou interrupção ao quantificar como intervenções afetam volumes pulmonares e uniformidade das vias aéreas em diferentes doses.
- Redução de Riscos Mecanísticos: Diminui a ambiguidade na validação de alvos ao associar alterações anatômicas (homogeneidade das vias aéreas) à capacidade funcional do pulmão.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
O método integra-se ao continuum de descoberta, desde a validação inicial do alvo até a avaliação pré-clínica, permitindo a avaliação iterativa de intervenções direcionadas ao pulmão.
- Biologia da Descoberta: Apoia a verificação de hipóteses mediante a quantificação do volume pulmonar e da homogeneidade das vias aéreas como biomarcadores mecanicistas da modulação do alvo.
- Triagem: Garante a prontidão do ensaio por meio de manobras capnográficas reprodutíveis e medições plestimográficas do volume pulmonar ao longo de ciclos respiratórios tidais.
- Análises: Fornece medições quantitativas de variáveis dependentes (espaço morto, inclinação, volume pulmonar) que permitem comparação estatística entre condições e efeitos de intervenções.
- Pesquisa Translacional: Estabelece conexão com a continuidade pré-clínica ao aplicar princípios idênticos de medição em modelos animais para avaliar alterações estruturais relevantes para doenças.
- Reutilização Corporativa: Funciona como uma capacidade reutilizável por meio de protocolos padronizados de calibração e macros de análise adaptáveis, reduzindo o desenvolvimento metodológico redundante.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Confiança preditiva na validação de alvos por meio da medição direta das relações estrutura-função pulmonar.
- Valor Operacional: Padronização e reprodutibilidade por meio de procedimentos fixos de calibração (sensor de fluxo, analisador de gases, pneumotacógrafo) e manobras orientadas aos participantes.
- Valor Estratégico: Tomadas de decisão mais eficazes sobre avançar ou interromper projetos, ao quantificar os efeitos da intervenção na homogeneidade das vias aéreas e no volume pulmonar, reduzindo riscos biológicos em estágios avançados.
- Impacto no Portfólio: Priorização ajustada ao risco de compostos com base em alterações dependentes da dose no espaço morto e na inclinação em relação ao volume pulmonar.
Considerações de Implementação
- Requer experiência em fisiologia pulmonar e orientação de participantes para a execução das manobras.
- Depende de instrumentação calibrada: pletismógrafo, analisador de gases, pneumotacógrafo aquecido e sensor de fluxo com validação regular.
- Necessita padronização entre equipes quanto ao tempo das manobras, padrões respiratórios e gatilhos de coleta de dados para garantir reprodutibilidade.
- Envolve considerações de adaptação entre espécies (humano versus modelos animais) devido às diferenças na mecânica pulmonar e nos padrões respiratórios.
- Limitado pela dependência da taxa de fluxo expirado e do atraso entre o analisador e o espirômetro, exigindo alinhamento cuidadoso e validação dos dados capnográficos.
