Research on Biomedical Engineering
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Research on Biomedical Engineering
Original Article

Controle automático da ventilação mecânica para minimizar a lesão pulmonar induzida pela ventilação

Automatic control of the mechanical ventilation for minimizing the ventilation induced lung injury

Pino, Alexandre Visintainer; Bozza, Fernando A.; Carvalho, Allyson Roncally; Lima, Fernando; Salluh, Jorge; Ascoli, Fabio; Giannella-Neto, Antonio; Jandre, Frederico C.

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Resumo

O ajuste de parâmetros dos ventiladores mecânicos pulmonares, para evitar a reabertura cíclica de unidades alveolares e pequenas vias aéreas, assim como a hiperdistensão dos septos alveolares, tem sido motivo de atenção nos últimos anos. Este trabalho utiliza um modelo de lesão pulmonar aguda (ALI) em suínos para testar um controlador de ventiladores em malha fechada baseado em regras e modelos discutidos na literatura. Utiliza-se um modelo polinomial da curva pressão-volume do sistema respiratório para o ajuste da pressão positiva ao final da expiração (PEEP), visando evitar a reabertura cíclica de unidades alveolares, e o ajuste do volume corrente, visando evitar a hiperdistensão pulmonar. Um índice de hiperdistensão baseado na identificação de uma elastância não linear para o sistema respiratório permite o uso do controlador com qualquer forma de onda de ventilação controlada. Os resultados do controlador proposto foram confrontados com resultados obtidos na ventilação de um grupo controle, manualmente ventilados com base nas mesmas premissas. Como resultado, o controlador automático obteve valores de PEEP dentro da faixa de valores obtidos no grupo controle, porém com menor dispersão. O índice de hiperdistensão calculado ficou abaixo do limiar de hiperdistensão em 5 dos 6 animais do grupo ventilado automaticamente, e em 3 dos 6 animais ventilados do grupo controle. O controlador se comportou de forma estável e os resultados recomendam seu uso em ALI.

Palavras-chave

Controle automático, Lesão pulmonar, Sistema respiratório, Ventilação mecânica.

Abstract

Setting the parameters of mechanical ventilation to avoid tidal reopening of closed alveolar units and small airways, as well as tissue overdistension, has been receiving attention in the last years. This work uses a swine model of ALI to test an automatic closed-loop ventilation controller, based on rules and models discussed in the literature. A polynomial model of the pressure-volume curve of the respiratory system (RS) is used to set the positive end-expiratory pressure (PEEP), in order to avoid alveolar tidal recruitment. The tidal volume was also set to avoid alveolar tidal overdistension. An index to quantify overdistension based in the identification of a nonlinear model of the elastance of the RS allows the use of the controller with any controlled mandatory ventilation waveform. The results of the proposed controller were confronted with the results obtained from a control group, which was manually ventilated based on the same premises. As a result, the automatic controller maintained PEEP in the same range obtained by the manual ventilation procedure, with lower dispersion. The overdistension index calculated for the two groups remained below the overdistension threshold in 5 of 6 animals in the automatic ventilation group and in 3 of 6 animals in the control group. This controller seems to be stable and the results support its use in ALI.

Keywords

Automatic control, Lung injury, Mechanical ventilation, Respiratory system.
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Res. Biomed. Eng.

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