Μελέτη μηχανικού ισοδύναμου (μοντέλου) της ήρεμης αναπνοής με έμφαση στην συνδυαστική ανάλυση του όγκου, της ροής και της επιτάχυνσης

Abstract

OBJECTIVE: Determining the respiratorysystem’s mechanical properties withminimal patient effort has been an importantfield of investigation addressing patients unableto perform pulmonary function testing andin light of the preventive measures due to the recentpandemic. The current study aimed to presentan alternative method for total respiratoryresistance measurement during tidal breathing,compare it with airway resistance (Raw), measuredby body plethysmography, and validatethe procedure in three groups of subjects withnormal, constrictive and obstructive respiratorypatterns in spirometry.PATIENTS AND METHODS: W e d evelopedan alternative method of assessing total respiratoryresistance during quiet breathing. Aftermanufacturing the appropriate hardware apparatus,we applied a steady extrinsic resistance(ΔR) for 100-200 m/s during tidal breathing. Αtheoretical mathematical model allowed measurementof total respiratory resistance (Rtot)during inspiration (Rin) and expiration (Rex).To validate the method, 15 individuals were enrolledand assigned to the normal, obstructiveand restrictive groups based on their spirometrypatterns. All groups participated in twosets of measurements, the plethysmographicand novel method. Finally, respiratory resistancemeasurements were compared betweengroups and methods.RESULTS: The method was successfully developed,and Rtot measurements were recordedin five normal subjects and in five obstuctiveand restrictive subjects. Mean Rin andmean Rex were 4.99 cm H2O/L/sec and 4.42 cmH2O/L/sec in the healthy, 4.87 cm H2O/L/sec,and 6.63 cm H2O/L/sec in the obstructive and5.97 cm H2O/L/sec and 4.12 cm H2O/L/sec in therestrictive group, respectively. Rex was notablyhigher than Rin in the obstructive group andwas positively correlated with Raw (p<0.005,r=0.47).CONCLUSIONS: This method provides thetheoretical background for a plausible alternativetool for accessing a mechanical parameterof the respiratory system, which is easy to performand requires only passive patient cooperationwhile enabling rough differentiation betweenobstructive and restrictive disorders. Themodel’s feasibility potential in a real-life settingwas studied in a small sample, and additionalimplementation and validation of the method ina larger population are guaranteed.

Η παρούσα μελέτη είναι η πρώτη που παρουσιάζει μια νέα μέθοδο αξιολόγησης της αναπνευστικής μηχανικής κατά την αναπνοή ηρεμίας.Αναπτύξαμε ένα μαθηματικό μοντέλο που εφαρμόζεται σε πραγματικό περιβάλλον κατά την ήρεμη αναπνοή. Μετρήθηκε η συνολική αναπνευστική αντίσταση, απαιτώντας ελάχιστη συνεργασία με τον ασθενή, ενώ τα αποτελέσματά μας επικυρώθηκαν με αποδεκτή επαναληψιμότητα σε υγιή και άτομα με αναπνευστικές διαταραχές.Η νέα μέθοδος πέτυχε να συλλάβει διακριτές αλλοιώσεις της εισπνευστικής και εκπνευστικής συνιστώσας της αντίστασης που επιτρέπουν τη διαφοροποίηση μεταξύ ενός αποφρακτικού και περιοριστικού συνδρόμου. Επιπλέον, καθώς απαιτεί μόνο αναπνοή κατά την ηρεμία, προσφέρει μια εύκολη εναλλακτική για τη μέτρηση της συνολικής αντίστασης, ειδικά για ασθενείς που δεν μπορούν να υποβληθούν στις κλασσικές μεθόδους ελέγχου αναπνευστικής λειτουργίας.Παρατηρήθηκαν τρία διαφορετικά πρότυπα αντίστασης, που αντιστοιχούν στις υγιείς, αποφρακτικές και περιοριστικές ομάδες. Σε υγιή άτομα, η συνολική αναπνευστική αντίσταση, συμπεριλαμβανομένων των αεραγωγών, του πνευμονικού ιστού και του θωρακικού τοιχώματος,αυξήθηκε ελαφρώς κατά την εισπνοή. Το αντίθετο αποτέλεσμα παρατηρήθηκε σε ασθενείς με αποφρακτικές ασθένειες όπως το άσθμα ή η ΧΑΠ, όπου το Rtot της εκπνοής ήταν αυξημένο. Αυτό μπορεί λογικά να αποδοθεί στην αυξημένη αντίσταση των υπό στένωση αεραγωγών σε αυτούς τους ασθενείς (δηλαδή αυξημένη Raw). Αντίθετα, ασθενείς με περιοριστικές ασθένειες όπως διάμεση πνευμονοπάθεια ή σύνδρομο υποαερισμού παχυσαρκίας εμφάνισαν αυξημένο εισπνευστικό Rtot που μπορεί να αποδοθεί στις αυξημένες ιδιότητες αντίστασης του πνευμονικού ιστού (RL) ή του θωρακικού τοιχώματος (Rcw), αντίστοιχα.Τα αποτελέσματά μας συνάδουν με τα ευρήματα προηγούμενων μελετών που αντικατοπτρίζουν τις κύριες παθοφυσιολογικές αλλαγές στις αποφρακτικές και περιοριστικές διαταραχές. Όπως ήταν αναμενόμενο, οι αποφρακτικοί ασθενείς παρουσιάζουν αύξηση του Rex, αντανακλώνταςκυρίως την αύξηση της αντίστασης στην εκπνευστική ροή των αεραγωγών (Raw). Ο Rex και ο Raw της αποφρακτικής ομάδας συσχετίστηκαν θετικά στην ανάλυσή μας.