Pletismografia optoeletrônica: uma revisão da literatura

Resumos

BACKGROUND: Optoelectronic plethysmography (OEP) is an innovative method of indirect measurement of pulmonary ventilation, capable of breath-by-breath, three-dimensional, real time assessment of absolute lung volumes and their variations in the three compartments of the chest wall (pulmonary rib cage, abdominal rib cage, and abdomen). OEP allows the measurement of variables of breathing pattern, breathing asynchrony, and contribution of each chest wall compartment and hemithorax to the tidal volume. OBJECTIVES: To review the literature on the following aspects related to OEP: history, operating principle, advantages, psychometric properties, variables, and method of system analysis, highlighting information about its handling. In a second part, the objective is to analyze the applicability of OEP in different health conditions/situations such as: chronic obstructive pulmonary disease (COPD; acute effects of exercise, pulmonary rehabilitation, breathing exercise, and lung transplantation), asthma, patients in intensive care, neuromuscular diseases, and stroke. METHOD: A search was performed in MedLine, SciELO and Lilacs with the term "optoelectronic plethysmography". Forty-three papers were included. CONCLUSION: Based on the literature reviewed, OEP has been shown to be an assessment tool that can provide information about ventilatory parameters in healthy subjects and subjects with various dysfunctions in different positions, situations, and settings. The main results of studies on OEP in COPD are shown, representing the largest body of knowledge to date. The results of studies on OEP in other health conditions are also shown.

optoelectronic plethysmography; lung volumes; breathing pattern; thoracoabdominal motion; physical therapy; movement

Pletismografia optoeletrônica: uma revisão da literatura

Verônica F. Parreira^I; Danielle S. R. Vieira^II; Mariana A. C. Myrrha^II; Isabela M. B. S. Pessoa^II; Susan M. Lage^II; Raquel R. Britto^I

^IDepartamento de Fisioterapia, Escola de Educação Física, Fisioterapia e Terapia Ocupacional (EEFFTO), Univeridade Federal de Minas Gerais (UFMG), Belo Horizonte, MG, Brasil

^IIPrograma de Pós-Graduação em Ciências da Reabilitação, EEFFTO, UFMG, Belo Horizonte, MG, Brasil

^{Correspondência}

RESUMO

CONTEXTUALIZAÇÃO: A pletismografia optoeletrônica (POE) é um método inovador de mensuração indireta da ventilação pulmonar, capaz de avaliar ciclo a ciclo, de forma tridimensional e em tempo real, os volumes pulmonares absolutos e suas variações nos três compartimentos que compõem a parede torácica (caixa torácica pulmonar, caixa torácica abdominal e abdome). A POE permite mensurar variáveis do padrão respiratório, da assincronia respiratória, além da contribuição de cada compartimento da parede torácica e de cada hemitórax para o volume corrente.

OBJETIVOS: Fazer uma revisão de literatura sobre os seguintes aspectos relacionados à POE: histórico, princípio de funcionamento, vantagens de utilização, propriedades psicométricas, variáveis mensuradas e método de análise do sistema, ressaltando informações sobre seu manuseio. Em uma segunda parte, abordar a aplicabilidade da pletismografia optoeletrônica em diferentes condições de saúde/situações, tais como: doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC; efeitos agudos do exercício, reabilitação pulmonar, exercício respiratório e transplante pulmonar), asma, pacientes em terapia intensiva, doenças neuromusculares e hemiplegia.

MÉTODO: Foi realizada uma busca na base de dados MedLine, SciELO e Lilacs com o termo "optoelectronic plethysmography". Foram incluídos 43 estudos.

CONCLUSÃO: Tendo por base a literatura revisada, a POE mostrou-se um instrumento de avaliação respiratória capaz de fornecer informações sobre parâmetros ventilatórios de indivíduos saudáveis e com disfunções em diferentes posições, situações e ambientes. Foram apresentados os principais resultados dos estudos em que a POE foi usada em indivíduos que apresentavam DPOC representando o maior corpo de conhecimento até o momento, assim como em alguma outra condição de saúde.

Palavras-chave: pletismografia optoeletrônica; volumes pulmonares; padrão respiratório; movimento toracoabdominal; fisioterapia; movimento.

Introdução

A avaliação do padrão respiratório faz parte da abordagem dos fisioterapeutas que prestam assistência a indivíduos com disfunções respiratórias agudas ou crônicas, tanto na prática clínica quanto no ambiente de pesquisa científica. Essa avaliação pode ser realizada de diferentes formas, desde a observação visual até a análise tridimensional do movimento da caixa torácica e do abdome. Esta última análise é realizada pela pletismografia optoeletrônica (POE), um método inovador de mensuração indireta da ventilação pulmonar. Assim, os objetivos da presente revisão de literatura foram apresentar a importância, as vantagens de utilização, as variáveis mensuradas e a aplicabilidade da POE em diferentes condições de saúde, como doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC), asma e doenças neuromusculares em diferentes protocolos, como repouso e exercício, bem como descrever o método de análise desse sistema e ressaltar informações sobre seu manuseio.

Definição

A POE (BTS Bioengineering, Milão, Itália) é um instrumento capaz de medir respiração a respiração mudanças do volume total da parede torácica e de seus diferentes compartimentos (caixa torácica pulmonar, caixa torácica abdominal e abdome) a partir de medidas ópticas de um número finito de deslocamentos de pontos posicionados na superfície externa da parede torácica^1-4. É um método não invasivo, não assume qualquer pressuposto do número de graus de liberdade da parede torácica, não requer uso de bocal, clipe nasal ou qualquer dispositivo acoplado ao indivíduo sob análise e apresenta um procedimento de calibração relativamente simples, sem o uso de manobras respiratórias que necessitem da cooperação do sujeito^1,2.

Suas principais vantagens são: é um método não invasivo e não ionizante de medida de volumes pulmonares, capaz de detectar pequenos movimentos da parede torácica durante a respiração por meio da análise de marcadores reflexivos fixados na parede torácica do indivíduo; não há necessidade de utilização de bocal, clipe nasal ou outro conector do equipamento ao indivíduo; a calibração é rápida e sem necessidade da participação do indivíduo; não existem limitações sobre o número de graus de liberdade da parede torácica; a monitorização pode ocorrer em diferentes situações e durante avaliações dinâmicas; as medidas de volume não são influenciadas por fatores ambientais (temperatura, umidade e composição gasosa); pode ser associada a medidas de pressão, fluxo aéreo, concentrações de gases, eletrocardiograma e ultrassonografia; é possível calcular os volumes de três compartimentos da parede torácica: caixa torácica pulmonar, caixa torácica abdominal e abdome, assim como analisar separadamente os volumes dos hemitórax direito e esquerdo. Além disso, é possível estimar a ocorrência de hiperinsuflação pulmonar dinâmica, analisar assimetrias do tronco no plano sagital e avaliar a presença de assincronia entre os três compartimentos da parede torácica¹.

A POE pode ser utilizada em diferentes posturas (ortostática, sentada, supino e prono)^5-9, condições (repouso, exercício físico, sono e ventilação mecânica)^5,6,9-13 e em diversas disfunções (espondilite anquilosante, DPOC, asma, dentre outras)^14-16.

Histórico

A mensuração da ventilação pulmonar é frequentemente realizada por meio de espirômetros ou pneumotacômetros. No entanto, esses instrumentos de medida estão associados a diferentes limitações, dentre elas, destacam-se: a) as variações da temperatura e da umidade do ambiente, da pressão barométrica e da viscosidade e densidade do gás expirado podem influenciar os registros; b) interfaces para a coleta dos gases respiratórios (bocais e clipe nasal ou máscaras faciais) podem ocasionar vazamentos; c) espaço morto adicional é introduzido aumentando o volume corrente; d) não podem ser usados para a avaliação de crianças ou adultos não cooperativos, bem como durante sono e fonação; e) durante o exercício, a integração do fluxo no nível da boca pode sofrer drift (ou seja, o sinal do volume desvia-se da linha de base), fazendo com que mudanças no volume pulmonar absoluto não sejam acuradamente registradas^1-3.

As limitações envolvidas no uso desses dispositivos levaram os investigadores a buscarem alternativas de mensuração indireta da ventilação pulmonar por meio da medida do movimento da superfície externa da parede torácica¹⁷. Nesse contexto, os magnetômetros e a pletismografia respiratória por indutância foram os instrumentos mais extensivamente utilizados para computar as mudanças dinâmicas nos diâmetros ântero-posterior e látero-lateral da caixa torácica (CT) e do abdome (AB) (magnetômetros) e na área de secção transversa desses compartimentos (pletismografia respiratória por indutância)^1-3,18. Entretanto, no caso desses dispositivos, a conversão de uma ou mais dimensões da parede torácica em volume requer coeficientes de calibração obtidos experimentalmente por meio de manobras especiais em cada sujeito sob análise, combinadas com medidas espirométricas. A validade desses coeficientes mostra-se limitada à posição corporal em que a calibração foi realizada^1,19.

O funcionamento desses instrumentos baseia-se no modelo de dois graus de liberdade da parede torácica¹⁷, cujos limites são frequentemente excedidos em situações além da condição de repouso², tendo em vista que as forças que agem sobre a parte superior da CT, adjacente aos pulmões, são bem diferentes daquelas que atuam sobre a sua parte inferior, adjacente ao diafragma, e que o AB possui pelo menos duas regiões, uma imediatamente inferior e com relações mecânicas com a CT e outra sem interações com a CT²⁰. Consequentemente, a mensuração da mudança de volume a partir dos diâmetros ântero-posterior e látero-lateral da CT e do AB ou de uma única área de secção transversa desses compartimentos mostra-se limitada e sujeita a erros². Além disso, ambos os instrumentos não são capazes de detectar todas as distorções da parede torácica e não possibilitam uma análise tridimensional do comportamento dos volumes pulmonares⁷.

O desenvolvimento tecnológico do processamento de imagens e computação paralela permitiu o desenvolvimento de sistemas optoeletrônicos para a análise de movimento de múltiplos pontos posicionados na superfície corporal⁷. A POE foi desenvolvida a partir do sistema de análise de movimento ELITE (Elaborate di immagini televisive), que foi o primeiro equipamento que possibilitou a análise tridimensional do movimento, tendo sido desenvolvido a fim de se analisar a marcha de indivíduos saudáveis e com disfunções. Assim, foi utilizado em diversas áreas como na neurofisiologia – para melhor entendimento dos mecanismos básicos de controle do movimento e estratégias relacionadas; na ortopedia e na reabilitação motora – para diagnóstico e avaliação mais detalhados e funcionais; na neurologia – para detectar pequenas variações da normalidade que não seriam evidentes em uma inspeção visual simples²¹. Esse equipamento foi desenvolvido em Milão, e há relatos de sua utilização desde setembro de 1983. Nesse sistema, marcadores passivos eram colocados em pontos relevantes do corpo, considerando-se uma frequência de amostragem de 50 Hz^21,22.

Ferrigno et al.²¹, em 1994, realizaram o primeiro relato sobre o sistema ELITE para avaliação de parâmetros ventilatórios por meio do posicionamento de 32 marcadores passivos hemiesféricos ao longo de linhas verticais e horizontais na parede torácica do indivíduo, com o cálculo do volume feito por meio de um modelo geométrico baseado em 54 tetraedros. Nesse estudo, o volume pulmonar de 12 indivíduos saudáveis foi avaliado usando-se o sistema ELITE e a espirometria. Porém, os autores encontram uma subestimação do volume pulmonar obtido pelo sistema ELITE quando comparado ao volume fornecido pela espirometria^7,21. A fim de abranger uma maior área da parede torácica e tentar corrigir o erro encontrado no estudo de Ferrigno et al.²¹, Cala et al.⁷ utilizaram 86 marcadores, e Gorini et al.²³, 89 marcadores na mensuração do volume pulmonar, encontrando, assim, uma medida mais acurada dos parâmetros ventilatórios ao serem comparados com os valores obtidos pela espirometria e permitindo a delimitação anatômica de três compartimentos da parede torácica^7,23.

Princípios de funcionamento

O funcionamento da POE baseia-se em um analisador automático de movimento capaz de detectar marcadores passivos compostos por esferas ou hemiesferas plásticas de 6 a 10 milímetros de diâmetro revestidas por papel reflexivo^3,10,24. Na configuração utilizada para a aquisição nas posições ortostática e sentada, são utilizados 89 marcadores (sete linhas horizontais, cinco verticais, duas médio-axilares e sete marcadores extras) dispostos em estruturas anatômicas entre a fúrcula esternal e as clavículas até o nível da crista ilíaca ântero-superior, sendo 37 marcadores anteriores, 42 posteriores e dez laterais^1,18,25, como mostrado na Figura 1. De acordo com esse modelo, o limite entre a caixa torácica pulmonar e a caixa torácica abdominal encontra-se ao nível do apêndice xifoide e entre a caixa torácica abdominal e o abdome, ao longo da margem costal anteriormente e ao nível do ponto mais baixo da margem costal inferior posteriormente²⁶. A disposição dos 89 marcadores pode ser visualizada na Figura 1.

Segundo Aliverti et al.⁸ e Romei et al.²⁷, quando a análise dos parâmetros ventilatórios é realizada nas posições supina ou prona, são utilizados 52 marcadores posicionados sob a parte visível da superfície torácica.

As coordenadas tridimensionais de cada um dos marcadores são determinadas utilizando-se, no mínimo, quatro câmeras especiais do tipo CCD (charge-coupled device), que permitem a visualização em tempo real das cenas a serem analisadas²⁸, operam em até 120 Hz e são sincronizadas com diodos axiais que emitem luz infravermelha². O feixe de luz infravermelha emitido pelo flash da câmera é refletido por cada marcador¹⁸ e captado pelas câmeras. O sinal é levado a um processador paralelo dedicado, que executa em tempo real algoritmos de reconhecimento de padrão para identificar a posição bidimensional (X e Y) de cada marcador em cada câmera. Após ter computado e classificado as coordenadas bidimensionais X e Y de todos os marcadores fornecidas por, pelo menos, duas câmeras, o sistema computa as coordenadas tridimensionais dos diferentes marcadores por estereofotogrametria^2,3,29. Nesse processo, a informação geométrica tridimensional (3D) é extraída a partir da combinação de, pelo menos, duas imagens bidimensionais obtidas por duas câmeras em um mesmo instante do tempo e em posições diferentes²⁸.

A acurácia obtida na reconstrução 3D é muito importante, uma vez que influencia o processamento subsequente dos dados coletados, e parâmetros de calibração são necessários nesse processo³⁰. Dois procedimentos de calibração são utilizados na determinação das coordenadas tridimensionais. O primeiro, importante para a correção de distorções ópticas³⁰, consiste na aquisição de um conjunto de marcadores dispostos em uma peça metálica em três diferentes eixos: X, Y e Z. O segundo procedimento, necessário para determinação de parâmetros geométricos das equações de colinearidade utilizadas na computação das coordenadas 3D, é estimado a partir das coordenadas reais de um conjunto de pontos de controle de localização conhecida³⁰. Para isso, o eixo Y da peça metálica que contém três marcadores reflexivos deve ser movimentado pelo investigador, "varrendo-se" toda área de coleta em que estará posicionada a parede torácica do sujeito.

Após a obtenção das coordenadas tridimensionais de cada marcador, o volume da superfície fechada da parede torácica é computado por meio da conexão dos pontos para formar uma rede de triângulos tetraedros^1,3. Nessa fase, pontos virtuais adicionais são automaticamente construídos para facilitar a triangulação em regiões onde não podem ser colocados marcadores⁷.

Para cada triângulo, a área e a direção do vetor normal são determinadas. Subsequentemente, o volume interno de cada forma é computado utilizando-se o teorema de Gauss, no qual a integral da superfície é convertida na integral do volume. O volume total da parede torácica é, então, definido pela soma do volume dos triângulos tetraedros. Uma descrição detalhada da aplicação do teorema de Gauss para a determinação do volume pulmonar pelo sistema de POE foi fornecida por Cala et al.⁷ e Aliverti e Pedotti³¹.

Considerando-se o modelo geométrico da parede torácica como um todo, é possível obter as variações de volume da parede torácica e, adicionalmente, as contribuições de seus diferentes compartimentos para o volume pulmonar total¹, como demonstrado na Figura 2. Para isso, são adotados limites anatômicos entre os diferentes compartimentos. Além disso, é possível computar o volume dos hemitórax direito e esquerdo, permitindo a avaliação de assimetrias da ação dos músculos respiratórios e da complacência da parede torácica².

Propriedades psicométricas – validade e confiabilidade

A validade da POE para mensurar as variações de volume foi avaliada em diferentes populações e protocolos experimentais por meio da comparação do volume corrente^5-10;24;32 e da capacidade inspiratória⁶ obtidos por meio desse instrumento com aqueles medidos por meio de um espirômetro ou pneumotacômetro. De forma geral, os estudos demonstraram boa relação linear entre os dois métodos, com valores de r² superiores a 0,8^{6,7,9,10,24,32}. Adicionalmente, a diferença entre os volumes obtidos pelos diferentes métodos foi, em média, inferior a 10%^5,6,8-10,24. A análise de Bland-Altman demonstrou boa concordância entre os métodos^8,9,24.

Apesar de a validade da POE ter sido analisada em diferentes estudos, a confiabilidade desse instrumento foi avaliada em apenas dois estudos^33,34. No entanto, nenhum deles teve por objetivo primário a avaliação da confiabilidade do instrumento, um número reduzido de indivíduos foi avaliado, detalhes sobre os protocolos experimentais não foram fornecidos, e a análise estatística completa recomendada para avaliação da confiabilidade não foi empregada ou descrita. Recentemente, em nosso laboratório, foi avaliada a confiabilidade da POE em 32 indivíduos saudáveis no repouso e durante exercício em cicloergômetro. O sistema apresentou boa confiabilidade intra e interexaminadores, com Coeficientes de Correlação Intraclasse superiores a 0,75 para a maioria das variáveis analisadas³⁵.

Variáveis mensuradas

Por meio da POE, a cada ciclo respiratório, são mensuradas respiração a respiração, variáveis de volume e de tempo dos três compartimentos da parede torácica e dos dois hemitórax, além de variáveis que refletem o assincronismo toracoabdominal^1,18,33,36.

Variáveis de volume

É possível avaliar o volume corrente da parede torácica e de seus três compartimentos, assim como calcular os volumes inspiratório e expiratório final da parede torácica e de seus compartimentos, isto é, o volume total encontrado ao final de uma inspiração e de uma expiração, respectivamente.

Os volumes absolutos (em litros) da parede torácica, de seus três compartimentos e de cada hemitórax são calculados como a diferença entre o volume inspiratório final pelo expiratório final do mesmo compartimento^10,18,34. Diferentes variáveis de volume, mensuradas em litros, podem ser avaliadas por meio da POE: volume corrente da parede torácica (VC_pt), volume corrente da caixa torácica pulmonar (VC_ctp), volume corrente da caixa torácica abdominal (VC_cta), volume corrente do abdome (VC_ab), volume expiratório final da parede torácica (Vef_pt), volume expiratório final da caixa torácica pulmonar (Vef_ctp), volume expiratório final da caixa torácica abdominal (Vef_cta), volume expiratório final do abdome (Vef_ab), volume inspiratório final da parede torácica (Vif_pt), volume inspiratório final da caixa torácica pulmonar (Vif_ctp), volume inspiratório final da caixa torácica abdominal (Vif_cta) e volume inspiratório final do abdome (Vif_ab).

Os volumes relativos são calculados como a porcentagem (%) de contribuição de cada compartimento para o volume corrente da parede torácica: porcentagem da contribuição da caixa torácica pulmonar (V_ctp), porcentagem da contribuição da caixa torácica abdominal (V_cta) e porcentagem da contribuição do abdome (V_ab).

Também podem ser calculadas mudanças de volume da parede torácica na capacidade pulmonar total (CPT) se inspirações máximas forem realizadas repetidamente durante o exercício, sendo possível determinar restrição no volume corrente quando o volume expiratório final está próximo da CPT⁶.

Variáveis de tempo

A cada ciclo respiratório, é possível determinar o tempo total do ciclo, o tempo da inspiração, da expiração e a relação entre tempo inspiratório e tempo total do ciclo. Além disso, são calculados os fluxos inspiratório e expiratório, frequência respiratória (FR) e ventilação/minuto (produto entre frequência respiratória e volume corrente). As variáveis de tempo medidas em segundos por meio da POE são: tempo inspiratório (Ti), tempo expiratório (Te) e tempo total do ciclo respiratório (Ttot). Além dessas, podem ser operacionalizadas: porcentagem de tempo inspiratório em relação ao tempo total (Ti/Ttot), FR em incursões respiratórias por minuto, ventilação/minuto (VE) em litros por minuto e fluxo inspiratório médio (VC_pt/ti) e fluxo expiratório médio (VC_pt/te) em litros por segundo.

Variáveis de assincronia toracoabdominal

A assincronia é definida como a diferença no tempo de expansão ou retração entre os compartimentos da parede torácica. Quando essa diferença é tão grande que a movimentação entre os compartimentos passa a ser oposta, ocorre o movimento paradoxal^19,37. Por meio da utilização de um software de processamento de sinais, como o MATLAB®, é possível obter variáveis que são utilizadas para avaliar o movimento toracoabdominal. Dentre elas, destacam-se: o ângulo de fase (PhAng), a relação de fase inspiratória (PhRIB), a relação de fase expiratória (PhREB), a relação de fase total (PhRTB) e a função correlação cruzada (FCC). Essas variáveis são utilizadas especialmente para a análise do assincronismo toracoabdominal.

O PhAng reflete o atraso entre as excursões de dois compartimentos da parede torácica, como descrito anteriormente. É medido em graus (º), variando de 0º a 180º, sendo que 0º representa sincronia perfeita, enquanto 180º representa movimento paradoxal. O cálculo do PhAng é realizado frequentemente por meio de equações extraídas da curva Konno-Mead, ou figura de Lissajous, em que os movimentos de um compartimento durante um ciclo respiratório é representado contra a excursão de um segundo compartimento em um gráfico X-Y^19,37-40. De acordo com o método proposto por Agostoni e Mognoni⁸², para PhAng menor que 90º, o cálculo é feito pela seguinte fórmula: sen ϕ = m/s e, para PhAng entre 90º e 180º: ϕ = 180 – µ, sendo µ=m/s. O parâmetro "m" representa a largura da figura no ponto médio da excursão máxima do compartimento representado no eixo Y, e "s", a excursão máxima do compartimento representado no eixo X³⁸.

A quantificação do PhAng tem a vantagem de incorporar dados de todo o ciclo respiratório. Entretanto, seu cálculo assume que o movimento da caixa torácica e do abdome possui formato de curva aproximadamente senoidal, o que pode não corresponder à realidade da medida, comprometendo a quantificação do PhAng⁴¹. Dessa forma, recomenda-se que curvas não senoidais e/ou curvas com "figura em 8" devam ser descartadas da análise, uma vez que podem comprometer a quantificação do PhAng⁴¹. Para curvas com PhAng maior que 20º, a direção da curva pode ser identificada e utilizada para verificar qual compartimento inicia o ciclo respiratório. O sentido horário indica que a caixa torácica precede o abdome e o sentido anti-horário que o abdome precede a caixa torácica³⁸.

As relação de fases inspiratória (PhRIB) e expiratória (PhREB) expressam a porcentagem do tempo do ciclo respiratório no qual os compartimentos da parede torácica e do abdome se movem em direções diferentes. Dessa forma, 0% representa sincronia perfeita, enquanto 100% indica movimento paradoxal. A vantagem dessas variáveis é quantificar a assincronia em cada ponto do ciclo respiratório e não requerer curvas senoidais, bem como de cálculos derivados da curva Konno-Mead⁴⁰.

A FCC determina o defasamento em segundos entre os compartimentos. Portanto, a sincronia toracoabdominal perfeita representa 0 segundo de defasamento. Quanto maior a FCC, maior o assincronismo entre os compartimentos da parede torácica⁴².

Mais recentemente, Aliverti et al.³³ utilizaram, além do PhAng, a variável tempo inspiratório paradoxal (IP) para avaliar o assincronismo dos compartimentos da caixa torácica em pacientes com DPOC durante exercício em cicloergômetro. Essa variável foi definida como a fração do tempo inspiratório, em porcentagem, na qual o volume da CT abdominal diminui.

Aplicabilidade da pletismografia optoeletrônica

A POE permite a análise dos volumes da parede torácica de indivíduos saudáveis ou com disfunções em diversas circunstâncias. Pode ser utilizada durante exercícios físicos^5,6,43; durante monitorização da ventilação mecânica a fim de se verificar, por exemplo, os efeitos da pressão expiratória final^9,12; durante o sono para a avaliação de apneia e dos efeitos da pressão positiva nas vias aéreas; durante a fala⁴⁶, a risada⁴⁷ e a tosse^48,49; durante o exercício com limiar inspiratório¹³; para monitorização durante procedimentos de anestesia; para análise de hiperinsuflação pulmonar^15,44; para avaliar indivíduos com disfunções neurológicas, como hemiplegia⁴⁵; para avaliar indivíduos com espondilite anquilosante¹⁴; para avaliar os efeitos de posturas no padrão respiratório²⁷ e na impedância do sistema respiratório^11,50. Aliverti et al.⁵¹ e Kenyon et al.³², em 1997, validaram protocolos para utilização da POE em indivíduos saudáveis durante a respiração basal e o exercício em cicloergômetro. Posteriormente, foram criados protocolos para as posições prona e supina em pacientes de unidade de terapia intensiva^8;9. As alterações cinemáticas da parede torácica também já foram avaliadas durante a realização de exercícios de membros superiores comparados aos de membros inferiores em indivíduos saudáveis²⁶.

Em relação ao emprego do instrumento para a análise de indivíduos com diferentes doenças respiratórias, Filippelli et al.¹⁵ avaliaram as mudanças de volume da parede torácica em resposta à broncoconstrição em indivíduos com asma¹⁵; porém a grande maioria de estudos foi realizada em indivíduos com DPOC. Esses indivíduos foram avaliados por meio da POE durante o repouso e durante a realização de exercícios físicos, bem como durante manobras respiratórias específicas como utilização do freno-labial na expiração^6,16,25,34.

A análise da variação do volume pulmonar expiratório final é frequentemente utilizada para verificar a ocorrência de hiperinsuflação pulmonar dinâmica (HD) em pacientes com limitação ao fluxo aéreo (asmáticos e/ou com DPOC) durante a realização de testes máximos e/ou submáximos em cicloergômetros ou esteiras eletromagnéticas^6,15. A análise da capacidade inspiratória pela POE é calculada pela diferença entre a CPT da parede torácica e o volume expiratório final dela, sendo normalmente escolhida a média do volume expiratório final dos 20 segundos precedentes à medida da capacidade inspiratória⁵. A avaliação da manobra por meio desse instrumento já foi validada em comparação à espirometria dinâmica, considerada como padrão-ouro⁵.

Quando a POE é associada a medidas de pressão gástrica e esofagiana, é possível a mensuração de pressão e de trabalho dos músculos respiratórios. Também é possível medir o deslocamento de sangue do tronco para as extremidades⁵² a partir da associação com a pressão esofagiana ou com a pletismografia de corpo inteiro¹.

Segundo Aliverti e Pedotti³¹, uma das características mais importantes da POE é que a subdivisão dos volumes da parede torácica não presume graus de liberdade¹. Assim, a capacidade do instrumento para medir subdivisões entre a expansão dos hemitórax direito e esquerdo pode ser útil quando há assimetrias das ações dos músculos respiratórios e alterações na complacência pulmonar, como em pacientes hemiplégicos ou com espondilite anquilosante^14,45. Deve-se ressaltar que a relação entre a assimetria da ventilação pulmonar e a expansão da parede torácica ainda é questionável e necessita de estudos adicionais.

Ao contrário da espirometria, a POE mede o volume total da parede torácica⁵³. Dessa forma, quando o sistema respiratório está sujeito a grandes variações de pressão, como durante a ventilação mecânica ou durante a realização de exercícios físicos em pacientes com limitação ao fluxo aéreo, a mudança do volume total da caixa torácica pode, também, incluir mudanças no volume sanguíneo do tórax e do abdome¹. Nesses casos, o instrumento permite que a diferença entre as medidas dos volumes da parede torácica e o volume expirado na boca durante a respiração basal possa ser usada para calcular o volume do gás comprimido e o volume de mudança no fluxo sanguíneo do tórax para as extremidades, quando associado à pletismografia de corpo inteiro^1,52,53.

Principais resultados apresentados na literatura

Em setembro de 2011, foi realizada uma busca nas bases de dados MedLine, SciELO e Lilacs com o termo optoelectronic plethysmography, sendo encontrados 56 estudos. Após a leitura do título e dos resumos, foram incluídos todos os que se referiam à POE, perfazendo um total de 43. Após a leitura da íntegra desses estudos, foram encontrados, por busca manual, outros 25 estudos. Assim, no total foram selecionados 68 estudos sobre a POE.

A Tabela 1 lista os autores que realizaram estudos de validação da técnica, assim como aqueles realizados com indivíduos saudáveis com as respectivas referências. A Tabela 2 apresenta os objetivos, as características da amostra estudada e os principais resultados encontrados nos estudos que avaliaram pacientes com DPOC. A Tabela 3 apresenta os dados dos estudos realizados em pacientes com outras condições de saúde.

Conclusão

A POE é um sistema tridimensional de análise de movimento, confiável e válido para verificar indiretamente os volumes pulmonares, uma vez que são obtidas medidas diretas do volume da parede torácica e seus compartimentos (valores absolutos e suas variações). É um procedimento não invasivo e não requer o uso de instrumentos adicionais durante sua utilização, oferecendo valores reais de volumes pulmonares operacionais. A aplicabilidade desse instrumento é verificada pela ampla possibilidade de análise de diferentes disfunções em diferentes situações (estáticas e dinâmicas), desde o ambiente laboratorial até de terapia intensiva. A POE é também uma ferramenta atrativa para o aprofundamento da análise da fisiologia do sistema respiratório em diversas circunstâncias, já que tal equipamento possibilita uma ampla análise de variáveis de volume, de tempo e de assincronia toracoabdominal. Tal aprofundamento permite novas perspectivas de avaliação de parâmetros ventilatórios em indivíduos saudáveis e com disfunções, contribuindo para um aperfeiçoamento das estratégias terapêuticas conduzidas pelo fisioterapeuta.

Recebido: 12/01/2012

Revisado: 29/05/2012

Aceito: 06/06/2012

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  27 Nov 2012
• Data do Fascículo
  Dez 2012

Histórico

• Recebido
  12 Jan 2012
• Aceito
  06 Jun 2012
• Revisado
  29 Maio 2012