62
Antonio Giannella Neto Professor de Engenharia Biomédica Programa de Engenharia Biomédica - COPPE Universidade Federal do Rio de Janeiro, RJ, Brasil [email protected]

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Antonio Giannella Neto

Professor de Engenharia Biomédica

Programa de Engenharia Biomédica - COPPE

Universidade Federal do Rio de Janeiro, RJ, Brasil

[email protected]

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Frederico C Jandre UFRJ Electronic Eng

Alysson R Carvalho UFRJ Physiotherapist

Edil L Santos UFRJ Physical Education

Alessandro Beda Dresden Biom Eng

Sergio Pacheco UFRJ Physician

Thiago C Lopes student Physical Education

Fernanda Albuquerque student Physiotherapist

João H Neves Soares student Veterinary physician

Alcendino C Jardim Neto student Physiotherapist

Niedja Carvalho student Physiotherapist

Bruno C Bergamini student Physiotherapist

Gabriel Casulari student Control Eng

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Introduction

Mechanical ventilation Small animal’s

Automatic ventilation

Mechanical Monitoring

Cardiorespiratory coupling

Physiology of exercise

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Gas exchange, O2 e CO2

Blood reservoir, 10%

Blood filter, embolism

Acid-basic equilibrium, pH

Synthesis of substances

Vocalization

Cardiorespiratory interactions

Emotion

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1950, circa

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today, circa

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Respiratory circuit

Patient

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Tidalventilation

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Rat / mouse

ECG arterial pressure

Transducers’ Module

Pressure

Transducer

Water seal

PEEP

Flow sensor

Valve

Amplifier

Analog

Digital

Converter

MECHANICAL VENTILATOR

Ins/Exp

On/Off

Valve PC2 - Control

PC1 – Signal Acquisition

Analog

Digital

Converter

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h

Air

Diffuser

Water

Reservoir

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27

Mode VCV;

VT= 6 ml/kg;

RF= 90 ipm;

ti:te= 1:2;

FIO2= 21 %;

x

Titration 1 Titration 2

time

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Time (s) Time (s) Time (s)

slow fast ramp

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Slow Pressure Titration

Fast Pressure Titration

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Airways

opening

R

C

PEEP

PEEP)t(Volume)C/1()t(flowR)t(Pao

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Pao

Raw

E1

E2(Volume)

PEEP

Rtube

PEEP)t(VE)t(VE)t(f)t(fK)t(fK)t(P 2

2121ao

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40 45 50 55 60 650

5

10

15

20

25P

Boca

40 45 50 55 60 65-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

Flu

xo

40 45 50 55 60 65

0

0.2

0.4

0.6

0.8

Volu

me

Tempo (s)

Time (s)

Pairways

Flow

Volume

Patient 2 VCV 10 ml/kg ZEEP

Patient 2 VCV 10 ml/kg ZEEP

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35 40 45 50 55 600

5

10

15

20P

Boca

35 40 45 50 55 60-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

Flu

xo

35 40 45 50 55 60

0

0.2

0.4

0.6

0.8

Volu

me

Tempo (s)

Time (s)

Pairways

Flow

Volume

Patient 2 PCV 10 ml/kg ZEEP

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PCV and VCV (at the same settings) presentsimilar indices of recruitment and overdistension

VT of 8 or 10 ml/kg present similar %E2

ZEEP indicates tidal recruitment

PEEP of 10 cmH2O indicates a non harmful tidaloverdistension (careful about this)

PEEP of 5 cmH2O seems to be the best PEEP setting regarding the %E2 (i.e., the compliance is linear)

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Respiratory Sinus Arrhythmia

&

Synchronism

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time

RR

(m

s)

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Fractal ventilation enhances respiratory sinus arrhythmia

W Alan C Mutch*1, M Ruth Graham1, Linda G Girling1 and John F Brewster2

Respiratory Research 2005, 6:41

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Why Does the Heartbeat Synchronize With Respiratory Rhythm?Fumihiko Yasuma, MD, FCCP; and Jun-ichiro Hayano, MD, FCCP

CHEST 2004; 125:683–690

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Why Does the Heartbeat Synchronize With Respiratory Rhythm?Fumihiko Yasuma, MD, FCCP; and Junichiro Hayano, MD, FCCP

CHEST 2004; 125:683–690

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Rest

Task

Example of a volunteer with long periods in CC

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A. Beda, F.C. Jandre, A. Giannella-Neto([email protected])

CvO2

CvCO2

CeCO2

CeO2

QC

PAO2,PACO2

VA

PIO2,PICO2

.

INSPEXP

VA

Pb

FICO2

FIO2

ALVEOLI

CAPILLARY

CvO2

CvCO2

CaCO2

CaO2 Q

MCO2 MO2

Vtissue

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(Wasserman et al., 1964)

.QCO2

.VCO2

.QO2

.TO2

.VO2.

TCO2

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Maximal capacity to uptake, transport, extract and consume oxygen

Time or intensity

.VO2

.VO2max

Plateau de O2

A.V. Hill

.VE (fR, VT)

.VO2 = (VTI . FIO2 – VTE . FEO2) . fR

FE (O2, CO2)

FI (O2, O2)

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Claude Gordon Douglas (1882 - 1963)

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VO

2, l/

min

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Oxid

ati

ve

An

aer

ob

icLactate Threshold Ventilatory Threshold

Lactic Acidosis Threshold Respiratory Compensation Point

La-

HCO3-

pH

VE R

VE/VO2 VCO2

PETO2

.

. . .

VE

VE/VCO2

PETCO2

..

.

Metabolism Breathing

.

VO2max.

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EJAP, 2004

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Sinoatrial Node

Atrioventricular Node

Purkinje Fibers

SympatheticVagal

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time

RR

(m

s)

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HF: 0.04 – 0.15 HzLF: 0.15 – 0.4 Hz

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(Santos and Giannella-Neto, 2010)

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80

70

60

50

40

30

20

10

0.0

ATVT ATCV ATRSA VW

Pe

ak

VO

2, %

90

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