Un estudio piloto para el desarrollo de una chaqueta de inducción de prueba de función pulmonar para automatizar el esfuerzo en la realización de la maniobra de capacidad vital forzada

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 8004 (2023) Citar este artículo

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Detalles de métricas

La chaqueta de inducción de la prueba de función pulmonar (PFT) se inventó para hacer que el proceso de realizar la maniobra de capacidad vital forzada (FVC) con un espirómetro computarizado sea sencillo y productivo tanto para el paciente como para el médico. La chaqueta se compone de tres capas de material de PVC selladas entre sí para formar una sola chaqueta con dos cámaras. La cámara interior se forma entre la capa interior y la capa intermedia, en la que circula agua fría a una temperatura de 10 °C utilizando una unidad de agua conectada cuando se activa. De manera similar, la cámara exterior se forma entre la capa intermedia y la capa exterior, en la que se presuriza aire utilizando una unidad de aire conectada. Treinta voluntarios realizaron la maniobra FVC con y sin chaqueta. No hubo diferencia entre los resultados en los parámetros de espirometría en los participantes sin chaqueta y aquellos con chaqueta. Sin embargo, el uso de la chaqueta redujo significativamente el número de pruebas que los participantes tuvieron que realizar para realizar la espirometría. La chaqueta automatizó la maniobra de FVC al activar un jadeo inspiratorio fisiológico usando agua fría y circunscribiendo el aire presurizado para la espiración. Además, se han sugerido avances posteriores en la chaqueta.

En los últimos años, la prevalencia de anomalías de la función pulmonar ha dado lugar a varios programas de pruebas masivas y varios programas de vigilancia de la salud en todo el mundo. Las pruebas de función pulmonar (PFT) se han utilizado ampliamente con fines de diagnóstico e investigación en medicina pulmonar, otorrinolaringología, medicina deportiva, investigación preoperatoria y fisiología1,2. Las PFT miden diferentes volúmenes y capacidades pulmonares, lo que a su vez ayuda a diagnosticar y clasificar la patología pulmonar obstructiva o restrictiva. Las PFT ayudan a evaluar la función pulmonar, que se ha convertido en una herramienta de pronóstico fundamental en la era de la pandemia de COVID-19, en la que los pacientes presentan deterioro de la función pulmonar posterior a la COVID de diversos tipos y porcentajes3.

Las PFT se pueden realizar mediante dos métodos: la espirometría (un dispositivo con una boquilla conectada a una pequeña máquina electrónica) y la pletismografía (una caja hermética que parece una cabina telefónica pequeña y cuadrada), de las cuales la espirometría es la más común, ya que la el instrumento es portable4.

El espirómetro mide el volumen máximo de aire que un individuo puede inspirar y exhalar con el máximo esfuerzo, capturando así la señal de volumen o flujo en función del tiempo. Entre los diversos parámetros medidos por el espirómetro, la capacidad vital forzada (FVC) es el más relevante. FVC es el volumen entregado durante una espiración realizada de la manera más enérgica y completa posible a partir de una inspiración completa5.

La medición de la FVC con un espirómetro requiere que los pacientes sigan un protocolo de respiración específico conocido como maniobra de FVC, que tiene cuatro fases distintas: (1) inspiración máxima, (2) una "ráfaga" de espiración, (3) espiración completa continua durante un tiempo máximo. de 15 s, y (4) inspiración con flujo máximo de vuelta al volumen pulmonar máximo. Además, los pacientes deben tener un buen desempeño varias veces para obtener resultados aceptables y reproducibles.

La American Thoracic Society (ATS) y la European Respiratory Society (ERS) publicaron conjuntamente las pautas y estándares técnicos para realizar la espirometría. Las pautas se actualizan periódicamente para considerar la evolución de las mejores prácticas y las mejoras en la instrumentación y las capacidades computacionales, junto con nuevos estudios de investigación y enfoques mejorados de garantía de calidad. La actualización más reciente se publicó en 2019. Según la actualización, el "operador" es la persona que realiza la prueba y tiene la responsabilidad más importante de observar e interactuar con el paciente para lograr resultados óptimos, lo que requiere una combinación de capacitación y experiencia. . Sin embargo, la formación del operador y el logro y mantenimiento de la competencia requiere un seguimiento a corto plazo y una formación complementaria, que puede no estar disponible en todos los países6. Además, Ruppel GL y Enright PL observaron: "Hay 3 elementos clave para obtener datos de función pulmonar de alta calidad: instrumentación exacta y precisa, un paciente/sujeto capaz de realizar mediciones aceptables y repetibles, y un tecnólogo motivado para obtener el máximo rendimiento del paciente En el ámbito de la estandarización, el tecnólogo ha recibido la menor atención7". Las declaraciones técnicas de la ATS/ERS de 2019 también han resumido la experiencia del paciente e indirectamente afirman que el 20 % de los encuestados consideró que el grado de dificultad para realizar la PFT no era del todo aceptable ni mayoritariamente aceptable. Además, el 31% dijo que la afirmación "Seguir soplando aunque no sienta que sale nada" describía un problema moderado o grave. Esto podría solucionarse con una visualización analógica o digital del flujo en ml/s en la pantalla para dar a los pacientes información sobre su frecuencia espiratoria durante la maniobra.

Después de varias maniobras de espiración forzada, la fatiga puede empezar a pasar factura a los pacientes, y las maniobras adicionales tienen poco valor añadido5. Por lo tanto, la maniobra de FVC es un desafío para algunos pacientes, y la cooperación y el esfuerzo se convierten en elementos indispensables para un resultado aceptable. Por lo tanto, para superar estos obstáculos, se inventó la chaqueta de inducción PFT como un pequeño paso para hacer que el proceso sea sencillo y productivo tanto para los pacientes como para los médicos asistentes.

El dispositivo está habilitado con la capacidad de provocar el "reflejo de buceo" inicial o el jadeo fisiológico para la inspiración8,9 y también es capaz de proporcionar compresión torácica circunscrita para la espiración. Estos son provocados por agua fría y presión de aire circunscrita, respectivamente; la chaqueta que lleva el participante recibe una cantidad adecuada de estímulo de frío y presión de aire restrictiva para producir una respuesta de jadeo fisiológico para la inspiración y la espiración asistida durante el equipo. La canalización adecuada de esta respuesta ha ayudado a reducir las dificultades para obtener maniobras de FVC aceptables.

Los estándares que se desarrollan y actualizan de vez en cuando no deben limitar la búsqueda de una mejora continua en la calidad de las mediciones de la función pulmonar y la innovación en la aplicación de nuevas tecnologías10. Esta chaqueta fue diseñada para probar el concepto de que las maniobras de espirometría se pueden automatizar y se pueden obtener resultados exitosos en menos intentos. Sin embargo, los criterios para realizar la espirometría clínica no se siguieron estrictamente. Según la American Thoracic Society (ATS/ERS), los estándares de espirometría son los criterios mínimos que se deben cumplir para la espirometría clínica, que pueden no ser suficientes para todos los entornos, como la investigación o la vigilancia ocupacional11. Se presentan estándares y recomendaciones de consenso para fabricantes, médicos, operadores e investigadores con el objetivo de aumentar la exactitud, precisión y calidad de las mediciones espirométricas y mejorar la experiencia del paciente5. Es importante continuar la investigación sobre análisis innovadores que puedan mejorar los diagnósticos o conducir a un diagnóstico más temprano en personas en riesgo, y se recomiendan enfáticamente nuevos métodos para medir el volumen y el flujo5. Al utilizar la chaqueta en la aplicación sugerida y actualizar su diseño, hemos tratado de responder la mayor cantidad de preguntas posible (en este artículo se sigue el formato tradicional de IMRaD, sin embargo, hemos utilizado un patrón de preguntas frecuentes en la sección de discusión).

La espirometría se realizó de acuerdo con las pautas de la ATS de 2019 para indicaciones, contraindicaciones relativas, detalles de laboratorio, higiene y control de infecciones, equipo, detalles del paciente y preparación del paciente, pero no siguió completamente la maniobra de FVC. Para que ambos grupos fueran comparables, la maniobra de FVC se restringió a tres fases: (1) inspiración máxima, (2) una "ráfaga" de espiración y (3) espiración continua hasta que el sistema de espirometría indicó que se alcanzó una meseta o una espiración forzada. (FET) alcanzó los 6 s, lo que ocurriera antes (Fig. 1).

Diagrama de flujo que describe la espirometría adoptada en este estudio según la declaración ATS/ERS de 2019.

Espirómetro computarizado (RMS Helios 401)

Chaqueta de inducción PFT

Botiquín de emergencia (atropina, adrenalina, ibuprofeno, hidrocortisona con jeringa requerida y nebulizador con Asthalin y Budecort respules)

La Fig. 2 explica la estructura básica de la chaqueta, que se compone de tres capas de lámina de PVC selladas entre sí para formar una sola chaqueta. Se lleva de tal manera que el agua circula en la cámara interior (que entra en contacto con el cuerpo), mientras que el aire circula en la cámara exterior. Tiene cinturones y clips que son ajustables según los requisitos. Hay válvulas en la camisa a través de las cuales el agua y el aire ingresan por separado con la ayuda de tuberías de conexión entre la unidad de agua y la unidad de aire (consulte la Fig. 3 para ver el esquema que incluye la unidad de agua y la unidad de aire). Para evitar que la chaqueta se hinche y permitir que el agua se desplace predominantemente por la parte superior del torso, la cámara interior se creó con pliegues en zigzag (no se muestra en la Fig. 2).

Diseño de la chaqueta de inducción PFT.

Funcionalidad de la chaqueta de inducción PFT.

La Fig. 3 resume la estructura básica y el esquema del procedimiento. El participante usaba una chaqueta de contacto que cubría principalmente el pecho y el abdomen. A través de la chaqueta, se proporcionó el estímulo de frío deseado utilizando agua fría a 10 °C en la capa interna de la chaqueta, que entró en contacto directo con la piel, para provocar una respuesta fisiológica de jadeo estimulando pequeños receptores que están presentes en la piel. sobre todo el cuerpo; sin embargo, su máxima concentración está en la parte superior del torso.

La unidad de agua tenía componentes de enfriamiento y bombeo. Cuando se encendía el dispositivo, el agua se enfriaba a la temperatura deseada en un dispositivo de enfriamiento, mientras que el componente de bombeo forzaba el agua fría hacia la chaqueta a través de una tubería adjunta. El agua se activó con el inicio de la inspiración, lo que también ayudó en un jadeo inspiratorio adecuado. De manera similar, se bombeaba aire a presión a través de la unidad de aire, que estaba conectada a la capa exterior de la chaqueta con un tubo, cuando el participante comenzaba a espirar después del jadeo. Por lo tanto, presurizar el pecho ayudó en la espiración. El agua y el aire entraron por la parte superior de la chaqueta y salieron de la chaqueta por la parte inferior. Se empujó el chorro de agua durante aproximadamente 3 s y se empujó aire a presión durante 6 s para mantener la relación de tiempo inspiratorio:espiratorio.

Después de obtener la aprobación de los médicos para participar en la investigación, treinta participantes masculinos de primer año de pregrado en medicina que estaban dispuestos y libres de cualquier enfermedad cardiopulmonar (arritmia, infarto de miocardio, disnea, edema del pie, asma, resfriado, sinusitis, alergias, bronquitis y otitis) , sin medicamentos, y no fumaba ni realizaba ejercicio vigoroso una hora antes de la prueba se inscribieron en el estudio después de proporcionar un consentimiento informado por escrito. Los protocolos fueron presentados y aprobados por el Comité de Ética Institucional para la Investigación Humana (IECHR) Facultad de Medicina y Hospital SSG (Comité de Ética Re-Registro No. ECR/85/Inst/GJ/2013/RR-19). Todos los métodos se realizaron de acuerdo con los principios de la Declaración de Helsinki. La recolección de datos se realizó mediante un instrumento de estudio semiestructurado preprobado.

El estudio se realizó en el laboratorio de investigación del Departamento de Fisiología de la Facultad de Medicina de Baroda. Después de garantizar un descanso adecuado y privacidad, los participantes realizaron la prueba de espirometría (utilizando el RMS Helios 401) (http://www.rmsindia.com). Para superar el sesgo de aprendizaje, los participantes inscritos se dividieron aleatoriamente en 2 grupos iguales. El primer grupo realizó la espirometría sin la ayuda de la chaqueta durante la primera visita y luego con la chaqueta durante la segunda visita al día siguiente, mientras que el segundo grupo realizó la espirometría con la ayuda de la chaqueta durante la primera visita y sin la chaqueta durante la segunda visita al día siguiente.

El operador (un investigador en este estudio) demostró la técnica adecuada para realizar la espirometría antes de la ejecución real por parte del participante. Después de garantizar el saneamiento de las manos y un nivel de flujo cero, mantener una postura adecuada y aplicar la pinza nasal, se le indicó al participante que insertara la boquilla de manera que sus labios quedaran sellados alrededor de la boquilla para evitar cualquier fuga de aire y se le indicó que respirara con normalidad o con facilidad. . Como se demostró, el participante inspiró completa y rápidamente con una pausa de ≤ 2 s a la capacidad pulmonar total y expiró con el máximo esfuerzo hasta que el sistema de espirometría le indicó al operador/investigador cuando se alcanzó una meseta o el tiempo de espiración forzada (FET) alcanzó los 6 s , lo que ocurra antes.

Se requirió que tres investigadores realizaran una espirometría utilizando una chaqueta (dado que se trataba de una chaqueta conceptual que aún no estaba automatizada). La realización exitosa de la espirometría utilizando la chaqueta requirió la coordinación entre los tres investigadores. El primer investigador controló la computadora, señaló a los otros dos investigadores y ayudó al participante a realizar la maniobra. El segundo investigador controlaba la unidad de agua y el tercero controlaba la unidad de aire. El primer investigador explicó el funcionamiento de la chaqueta antes de la actuación real. Los investigadores ayudaron al participante a ponerse la chaqueta sobre el pecho desnudo (consulte el archivo multimedia para obtener más detalles). Después de asegurar la comodidad del participante y otros pasos de espirometría como se explica en las instrucciones para realizar la espirometría descritas anteriormente, se le indicó al participante que insertara la boquilla y que respirara normalmente. El investigador observó simultáneamente al paciente y la pantalla de la computadora durante la prueba. Justo antes del final de la expiración de la marea, el primer investigador le indicó al segundo investigador que inyectara agua fría en la chaqueta, lo que provocó el jadeo inspiratorio, como lo demuestra la visualización del gráfico y las cejas levantadas, los ojos muy abiertos o la cabeza temblando del participante. En el pico de la inspiración, cuando el participante comenzaba a expirar, el primer investigador le indicaba al tercer investigador que suministrara aire a la chaqueta, lo que proporcionaba presión restrictiva para ayudar a la expiración. La espiración progresó hasta que el sistema de espirometría le indicó al investigador cuándo se alcanzó una meseta o el tiempo de espiración forzada alcanzó los 6 s, lo que ocurriera antes. La chaqueta se desinfectó después de cada uso.

Para evaluar la maniobra, se adoptaron la mayoría de los criterios descritos en la declaración técnica de espirometría ATS/ERS de 2019, excepto que aceptamos solo un criterio para reconocer un final satisfactorio de la espiración forzada: o bien el sistema proporcionaba un indicador cuando el final de la espiración forzada era alcanzado o el tiempo de espiración forzada alcanzó los 6 s y no se había realizado la inspiración máxima tras el final de la espiración forzada (fig. 1). Optamos por un corte de seis segundos basado en grandes estudios de población adulta que encontraron que más del 95 % de los sujetos que expiraron durante más de 6 s alcanzaron una meseta12,13. Se omitió la inspiración máxima después del final del paso de espiración forzada, ya que la chaqueta y el cuerpo estarían a la misma temperatura (~ 15 grados) debido a la sacudida inspiratoria inicial, por lo que no se logró provocar el jadeo requerido, y aunque la realización de un Se recomienda encarecidamente la inspiración forzada máxima, su ausencia no impide que una maniobra se considere aceptable a menos que se esté investigando específicamente una obstrucción extratorácica5. Además, la chaqueta no está equipada para eliminar rápidamente el agua, lo que daría como resultado un peso adicional de la chaqueta debido al segundo impacto.

En este estudio tampoco se adoptaron criterios de repetibilidad. Más bien, el primer intento que el operador/investigador determinó que se había realizado de forma apropiada en función de la curva de volumen de flujo en la pantalla del sistema se consideró el mejor para realizar con éxito la espirometría y se analizó. No obstante, se mantuvo el número máximo de maniobras que podía realizar un participante en el recomendado por la declaración ATS/ERS de 2019, es decir, ocho intentos. No se repitió la maniobra según el criterio de la declaración ATS/ERS de 2019 ya que la aplicación del concepto fue simplificar el criterio de repetir la maniobra 3 veces. Más bien, sugerimos que con el uso de chalecos se pueden obtener los mejores resultados con un número mínimo de maniobras sin depender de la cooperación del paciente. Si no hay valores de FVC observados anteriormente en el conjunto de prueba actual, entonces el FVC cumple provisionalmente con los criterios de aceptabilidad del final de la caducidad forzada5.

De acuerdo con la declaración ATS/ERS de 2019, después de seguir los criterios de repetibilidad, los datos se clasificaron (de la A a la F, comenzando por el mejor desempeño) para indicar el nivel de confianza de que los resultados de la espirometría representan lo mejor que el paciente pudo hacer. en el momento de la prueba y la probabilidad de que se logre un valor equivalente si la prueba se repitiera. Es posible que algunos pacientes no puedan cumplir con los criterios de aceptabilidad y repetibilidad que son necesarios para una calificación de A, pero, sin embargo, sus resultados pueden ser clínicamente útiles cuando se les otorga una calificación de U (es decir, "utilizable"). Dado que los criterios de repetibilidad no fueron adoptados en este estudio, técnicamente, los datos recopilados en este estudio son de grado E o U.

Convencionalmente, se informan la FVC más grande y el FEV1 más grande observado de todos los valores aceptables (o los valores utilizables más grandes si ninguno es aceptable), aunque no necesariamente provengan de la misma maniobra. En este estudio, hemos informado la FVC y el FEV1 (y otros parámetros) de la misma maniobra que se ha aceptado. La adopción de los cambios anteriores significa que se puede comparar la realización de la maniobra con y sin chaqueta.

Este estudio se realizó de acuerdo con los principios de la Declaración de Helsinki. La aprobación fue otorgada por el Comité de Ética Institucional para la Investigación Humana (IECHR) Medical College y SSG Hospital, Baroda, de la Universidad Maharaja Sayajirao de Baroda, Vadodara, Gujarat. Se obtuvo el consentimiento informado por escrito para la publicación.

Convencionalmente, los operadores deben inspeccionar visualmente el desempeño de cada maniobra para garantizar la calidad antes de proceder con otra maniobra. Los resultados dependen del estímulo y entrenamiento del operador. El operador debe tener la capacidad de anular la designación de aceptabilidad. Por lo tanto, los resultados finales utilizados para la interpretación se basan en los comentarios del operador, lo que confirma la aceptabilidad y repetibilidad de las maniobras de FVC5.

Este estudio ha adoptado parcialmente las declaraciones ATS/ERS de 2019, y la defensa de los resultados sería errónea en esta etapa. Sin embargo, para un proyecto piloto para automatizar la maniobra FVC, los resultados pueden considerarse para probar el concepto. Los detalles de los participantes del estudio se dan en la Tabla 1.

Todos los parámetros de espirometría se registraron para comparar el rendimiento de los participantes con y sin chaqueta. Todos los datos obtenidos se ingresaron en MS Excel. Como se utilizaron datos cuantitativos apareados, se utilizó una prueba t apareada para verificar si los resultados de PFT por ambos métodos (con y sin chaqueta) diferían significativamente. Esta comparación se resume en la Tabla 2.

Comparando los resultados de la espirometría con y sin chaleco, la diferencia no fue estadísticamente significativa. Por lo tanto, no hubo diferencia entre los resultados de la espirometría sin chaleco y con chaleco.

Los datos anteriores también se trazaron en un gráfico de Bland‒Altman para analizar la concordancia entre los dos métodos. El gráfico muestra un diagrama de dispersión de las diferencias frente a la media de las dos medidas. Los límites de concordancia se definen como la diferencia de medias ± 1,96 DE de las diferencias. Estos límites no superan la diferencia máxima permitida entre los métodos; por lo tanto, los dos métodos parecen estar de acuerdo. Consulte la información complementaria 1 para este análisis.

Como se muestra en la Fig. 4, la mediana ± IQR (Q3 − Q1) del número de intentos que un participante tuvo que realizar para obtener una maniobra de FVC aceptable fue de 3 ± 2 (4 − 2) sin chaqueta y 1 ± 1 (2 − 1) con chaqueta, y esta diferencia fue estadísticamente significativa (prueba de los rangos con signo de Wilcoxon, z = 4,129, p < 0,0001), lo que demuestra la utilidad de la chaqueta para realizar espirometrías y disminuir el esfuerzo relacionado con el número de intentos.

Comparación de la frecuencia de las pruebas de espirometría con y sin chaleco.

Los resultados muestran que el uso de la chaqueta como asistencia para la inspiración y la espiración automatiza el esfuerzo y reduce el número de intentos necesarios para realizar la maniobra de FVC. El cambio en los valores de las variables fue insignificante, pero una vez que se realice un estudio similar con un mayor número de participantes, los resultados serán más concluyentes. Por lo tanto, las investigaciones específicas de los requisitos de espirometría darán como resultado el uso adecuado y específico de esta chaqueta. Además, la implementación de las siguientes sugerencias discutidas (consulte Información complementaria 2- Diseños y cálculos) puede reemplazar o ayudar a la pletismografía de caja corporal con pletismografía de chaqueta.

Teniendo en cuenta los antecedentes de este estudio, surgen muchas preguntas que hemos tratado de responder.

Q1. En la práctica clínica, utilizamos un espirómetro para observar la capacidad del paciente para mover el aire, valorando tanto la función neuromuscular como la función pulmonar. ¿Cuál sería el sentido de agregar asistencia mecánica artificial para realizar la espirometría?

Respuesta: Como se explicó en la introducción, la maniobra FVC no es fácil de realizar para todos los pacientes; incluso en pacientes con la capacidad, a menudo no se realiza correctamente o con todo el esfuerzo. Por lo tanto, la correcta coordinación de esta respuesta (jadeo y espiración asistida usando la chaqueta) ayudará a automatizar los esfuerzos requeridos por un paciente y también disminuirá el número de intentos necesarios para obtener una maniobra deseada y aceptable.

Además, el diseño avanzado sugerido en la información complementaria 2 (consulte el archivo 'Diseño y Cálculos') propone que la espiración forzada sería proporcional a los esfuerzos inspiratorios. Por lo tanto, al imitar la fisiología de la espiración forzada, se puede eliminar la duda de los factores de confusión al interpretar los resultados de la PFT, con el beneficio adicional de medir el volumen residual.

Q2. ¿Por qué todos los sujetos son hombres y por qué el tamaño de la muestra es pequeño?

Respuesta: La chaqueta requiere que varias personas la operen, y el hecho de que se requiera un pecho desnudo limita su uso en participantes femeninas. Además, como se ha explicado anteriormente, se trata de un proyecto piloto con el objetivo de automatizar las maniobras de espirometría. Por lo tanto, para probar este concepto con un enfoque minimalista, procedemos solo con treinta hombres sanos.

Sin embargo, se necesitan estudios de investigación definitivos sobre los avances sugeridos de la chaqueta y su uso en diferentes grupos de edad, tipos de enfermedades y sexos.

Q3. ¿Por qué se usa agua fría a una temperatura de 10 °C para el procedimiento y cuál es la temperatura ideal para la respuesta de jadeo?

Respuesta: La temperatura del agua que entra en contacto directo con el cuerpo debe ser de 10 °C porque a esta temperatura la respuesta de jadeo es máxima. Este jadeo equivale a la capacidad vital (a 26 °C la respuesta al jadeo es de aproximadamente 2 L, mientras que a 10 °C es de aproximadamente 3 L)9,14.

Q4. ¿Cuáles son las dimensiones y distribuciones de los receptores de frío?

Respuesta: Los receptores de frío son pequeños puntos en las terminaciones nerviosas que están densamente distribuidos en la región superior del torso15.

P5. ¿Cuáles son las fuentes alternativas para la estimulación con frío?

Respuesta: Las siguientes fuentes alternativas se pueden utilizar para la estimulación con frío:

Termodo Peltier: un dispositivo eléctrico que se utiliza para generar estimulación por frío. Esta alternativa es un método costoso y es muy lento para alcanzar la temperatura deseada.

Aire frío: la tasa de transferencia de calor del cuerpo usando aire frío es un 25% menor que la del agua.

Nitrógeno líquido: esta alternativa es eficaz pero no recomendable, ya que una fuga accidental puede causar graves riesgos para la salud.

P6. ¿Cuál debería ser la duración de la exposición para la fase inspiratoria y la fase espiratoria?

Respuesta: El choque frío inspiratorio y la presurización espiratoria se mantienen manualmente en la camisa de inducción de PFT, es decir, el choque frío se administra con el inicio de la inspiración durante 2 s, mientras que la compresión torácica se administra con la espiración durante 6 s.

Para la fase espiratoria, según la declaración de espirometría ATS/ERS de 2019, el sistema de espirometría debe señalar al operador cuando se ha alcanzado una meseta o el tiempo espiratorio forzado (FET) alcanza los 15 s. Sin embargo, para prevenir el cierre de la glotis y evitar el síncope, se ha reducido el esfuerzo a la mitad de la maniobra (después de 4 s)16,17, aunque proporciona un mayor volumen espiratorio y no se considera una verdadera espiración forzada máxima.

Los resultados se pueden mejorar si el tiempo anterior de inspiración inducida y espiración asistida es controlado y ejecutado por software de computadora en sincronización con la ventilación del participante1.

P7. ¿Cuánta presión externa se requiere para la espiración asistida?

Respuesta: De acuerdo con la referencia del respirador tanque, se necesitan solo + 5 cm de H2O para obtener una espiración asistida18. Sin embargo, en nuestra chaqueta, usamos 70 a 80 psi (4921,49 a 5624,56 cm de H2O) para lograr una presión de circunscripción efectiva en la chaqueta. El motivo de un requisito de presión tan alta es que la camisa tiene una capa exterior muy delgada y maleable, lo que provoca que se hinche; por lo tanto, la mayor parte de la presión se disipa en el lado exterior de la camisa. Además, el volumen torácico disminuye con el avance de la espiración. Así, aunque la unidad de aire genera una presión constante, la chaqueta ejerce una fuerza mayor durante el comienzo de la espiración, que se disipa a medida que disminuye el volumen torácico y se produce el hinchamiento de la chaqueta.

En una chaqueta avanzada, se puede instalar una válvula de liberación de presión en la chaqueta para mayor seguridad. También sugerimos la adición de sensores de presión en la camisa, que pueden detectar la presión en la camisa antes del comienzo de la inspiración y al final del jadeo inspiratorio. Esta presión inspiratoria final elevada en la chaqueta debe mantenerse durante la espiración asistida (aplicación de la ley de Boyle tal como se realiza en la pletismografía de caja corporal; consulte el archivo "Diseño y cálculos" en la Información complementaria 2).

P8. ¿Cuál es el peso del dispositivo? ¿Hay algún efecto de este peso en la prueba de función pulmonar?

Respuesta: El peso del dispositivo es de 1,81 kg (4 lb) sin flujo activo de aire y agua y de 2,95 kg (6,5 lb) con flujo activo. Los resultados del presente estudio mostraron que no hubo efecto del peso en los participantes jóvenes y saludables.

Muchos estudios han reportado el deterioro de las funciones respiratorias por el peso externo. Por ejemplo, un estudio de Collins et al.19 mostró el efecto de la distribución de la grasa corporal en las pruebas de función pulmonar. En ese estudio que comparó las pruebas de función pulmonar entre pacientes con una relación cintura-cadera inferior a 0,950 (distribución de la grasa corporal inferior) y sujetos con una relación cintura-cadera de 0,950 o superior (distribución de la grasa corporal superior), FVC, FEV1 y TLC fueron significativamente menor en los pacientes con distribución de grasa en la parte superior del cuerpo. Se realizó un análisis de regresión múltiple paso a paso utilizando todas las variables antropométricas y la edad, lo que generó ecuaciones predictivas que incluían el grosor del pliegue cutáneo del bíceps para el volumen residual (RV) y la TLC. Esto sugiere que la distribución de la grasa en la parte superior del cuerpo puede estar asociada con un deterioro moderado de los volúmenes pulmonares en hombres normales y levemente obesos. Los estudios de Marabotti et al.20 y Schellart y Sterk21 informaron los efectos cardiovasculares y respiratorios del traje de neopreno en buzos no sumergidos. Con respecto a los efectos respiratorios, veinticuatro (24) buzos sanos fueron evaluados mediante espirometría en condiciones basales mientras usaban un traje de neopreno completo. En cuanto a la función pulmonar, una reducción significativa de la capacidad vital (−2%; p < 0,001) y el volumen de reserva espiratorio (−25%; p < 0,001) y un aumento significativo de la capacidad inspiratoria (9%; p < 0,001) y el volumen corriente (25%; p < 0,05). Sus resultados respaldaron su hipótesis de que el retroceso elástico del neopreno, posiblemente debido a la compresión ejercida sobre el tórax, podría afectar la función respiratoria.

Con referencia al avance sugerido en la Pregunta 9, se puede minimizar el deterioro de las funciones respiratorias debido al peso.

P9. ¿Cuáles serán los efectos de la respiración asistida inducida en las curvas de flujo-volumen de un participante?

Respuesta: Para cualquier individuo dado durante la espiración, existe un límite único para el flujo máximo que se puede alcanzar en cualquier volumen pulmonar. Este límite se alcanza con esfuerzos espiratorios moderados, y el aumento de la fuerza ejercida durante la espiración no aumenta el flujo1.

Esto se puede entender con un ejemplo simple donde suponemos que el pulmón está contenido en un tórax con un volumen que puede ser cambiado por un pistón. El pistón está formado por los músculos respiratorios, que ayudan a crear una presión negativa y una presión positiva para la inspiración y la espiración, respectivamente. Debido a que los pulmones son elásticos, impulsan el flujo y juegan un papel vital en mantener abiertos los bronquios compatibles incluso durante el estrechamiento crítico durante la espiración forzada. En nuestro caso, la camisa hace el papel del pistón. Siempre que el participante no tenga ningún trastorno neuromuscular, esta respiración asistida inducida a través de la chaqueta imitará el patrón fisiológico y conducirá a mejores resultados, ya que la fuerza de los músculos espiratorios se potencia mediante la espiración asistida por la chaqueta. Sin embargo, en este estudio, los resultados mostraron que no hubo cambios significativos en FEV1 o FVC al usar la chaqueta.

Además, con respecto al manejo de la presión sugerido en la Pregunta 7, también sugerimos que la chaqueta se pueda dividir en tres partes principales, cada una de las cuales se puede dividir en segmentos anterior y posterior (consulte el archivo 'Diseño y cálculos' en el Información complementaria 2). Una parte puede cubrir el abdomen y las otras dos pueden cubrir la parte inferior y superior del pecho. El propósito es proporcionar compresión sucesiva comenzando desde el abdomen y moviéndose a través de la parte inferior del tórax y la parte superior del tórax, lo que puede minimizar el problema del estrechamiento crítico. Sin embargo, se requieren investigaciones adicionales para probar esta hipótesis. Los segmentos se pueden suspender mediante un soporte deslizante, que puede ayudar a dividir el peso de la chaqueta.

El beneficio del diseño de tres partes estaría en el uso de la chaqueta; el sujeto se puede sentar en el medio, y los segmentos del soporte se pueden mover para estar en contacto con el cuerpo, es decir, el cuerpo se puede intercalar entre los segmentos. Al hacerlo, además de reducir la duración del procedimiento, también se puede eliminar la forma engorrosa de ponerse y quitarse la chaqueta, como se muestra en el videoclip (Video complementario 1).

P10. ¿Cuál será la repetibilidad de la respuesta?

Respuesta: Los humanos son altamente adaptables. Con la exposición repetida, el cuerpo se habitúa al estrés por frío; por ejemplo, la exposición al agua fría durante un tiempo tan corto como tres minutos en una ducha de 10 min atenuará la respuesta al shock frío hasta en un 20-30%22,23.

P11. ¿Cuáles son los problemas de emergencia asociados con el uso de choque frío y presión externa?

Respuesta: Datta y Tipton9 han cubierto bien las respuestas respiratorias a la inmersión en agua fría. Este estudio informó que la inmersión de un cuerpo desprotegido en agua fría produce una gran y rápida disminución de la temperatura de la piel, lo que, a su vez, evoca las respuestas iniciales a la inmersión en frío, dado el nombre genérico de "shock frío". La respuesta comprende jadeo inspiratorio, hipertensión e hiperventilación. Además, los mecanismos neuronales sugieren que, además de la ansiedad anticipatoria, el choque por frío puede provocar arritmias cardíacas y paro cardíaco en individuos susceptibles, como aquellos con síndrome de QT prolongado.

Esta configuración es una simulación de solo la parte inicial del choque frío. Es decir, el participante, respirando libremente (sin contener la respiración), se expone al agua fría solo unos segundos sin estar sumergido, lo que se asocia con los efectos fisiológicos iniciales del choque por frío. Sin embargo, debe haber un botiquín de emergencia que incluya antihipertensivos, medicamentos antiarrítmicos y desfibriladores presentes en las proximidades. Dado que solo hay una exposición momentánea a la estimulación cutánea por frío, es mucho menos probable que se desarrollen las complicaciones mencionadas anteriormente. Esto también está respaldado por la escasa evidencia de complicaciones a una dosis tan baja de exposición9.

Las complicaciones de la presión externa administrada por dispositivos mecánicos de compresión torácica durante la reanimación cardiopulmonar incluyen lesiones cutáneas o esqueléticas e incluso complicaciones potencialmente mortales, como hemorragia mediastínica y lesiones del corazón, aorta, pulmón, hígado, bazo y estómago24.

Sin embargo, en nuestra chaqueta, la compresión provocada se puede comparar con las compresiones generadas por los dispositivos de compresión de la pared torácica de alta frecuencia (HFCC)25. Estos dispositivos son chalecos que están conectados por dos tubos a un generador de pulsos de aire, que inflan el chaleco con una presión positiva constante con una frecuencia de oscilaciones de presión de aire de 15 a 20 Hz. Estos dispositivos se utilizan como métodos mecánicos portátiles de fisioterapia torácica autoadministrada, a menudo necesarios para ayudar principalmente a los pacientes con fibrosis quística a expectorar las secreciones bronquiales expulsadas mientras tosen y resoplan activamente de forma intermitente durante su uso26,27,28. Nuestra chaqueta proporciona compresión en el pecho con la intención de ayudar con una sola expiración.

Sin embargo, surge una pregunta sobre la seguridad del uso de la chaqueta en un paciente con enfisema que tiene atrapamiento de aire.

Solo una investigación definitiva de su uso entre tales pacientes puede determinar la cantidad y el patrón de presión permisible requerida para ayudar a la espiración. La chaqueta puede ser una herramienta útil para inducir jadeos, por ejemplo, la mitad de la maniobra puede automatizarse; para la segunda mitad de la maniobra, el chaleco debe usarse con precaución.

En nuestro presente estudio, no se observaron complicaciones ni eventos catastróficos.

P12. ¿Cuánto tiempo se necesitó para realizar la espirometría con la chaqueta?

Respuesta: La realización real de la maniobra de FVC utilizando el chaleco requiere la misma cantidad de tiempo que la realización convencional. Sin embargo, ponerse la chaqueta lleva mucho tiempo. Por lo tanto, la espirometría tomó ~ 20-25 minutos para que cada participante la realizara, lo que claramente consume más tiempo que el método convencional. Sin embargo, al implementar la sugerencia de la Pregunta 9, se pueden minimizar las dificultades operativas en el uso de la chaqueta.

P13. ¿Qué tipo de material se debe utilizar para la chaqueta?

Respuesta: Para las capas interna y media, el material debe ser duradero, maleable y buen conductor del calor. El material debe ser lavable o esterilizable.

Para la capa exterior, se puede utilizar un material resistente y ligero (como el material que se utiliza en las maletas).

P14. ¿Cómo se puede sellar la chaqueta en varios lugares, como los brazos, el abdomen y el cuello?

Respuesta: Se puede usar cualquier collar flexible y hermético para este propósito, como intentaron Bruggink et al.29 para la pletismografía de cabeza fuera sin fugas en ratones. Dado que se requiere una técnica avanzada para lograr esta hazaña, el presente dispositivo no tiene esta configuración.

P15. ¿Cómo se pueden mejorar los resultados?

Respuesta: El software de computadora, que puede sincronizar mejor la administración de descargas frías y la espiración asistida con el patrón de respiración del paciente, puede aumentar la precisión (también mencionado en la pregunta 6). El uso de software puede eliminar la necesidad de realizar entregas manuales, lo que requiere una coordinación perfecta entre varios empleados para lograrlo.

La aplicación de los otros avances sugeridos también puede ayudar a mejorar los resultados. En este artículo, nos centramos más en defender el concepto que los resultados.

P16. ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de la chaqueta?

Respuesta: Luego de discusiones con los pacientes, médicos y técnicos, decidimos hacer modificaciones basadas en las ventajas y desventajas mencionadas en la Tabla 3.

P17. ¿Cuáles son las limitaciones del estudio?

Respuesta: Aparte del pequeño tamaño de la muestra y el uso específico de género mencionado en la P2, el estudio no siguió estrictamente las últimas pautas de espirometría. Teniendo en cuenta las desventajas (tabla 3), la chaqueta no ha sido probada en determinados pacientes (pacientes con insuficiencia pulmonar, pacientes asténicos, pacientes de edad avanzada, pacientes con bajo IMC, etc.). Por lo tanto, los resultados deben interpretarse con cautela. Además, quedan muchas preguntas sin respuesta, como si la chaqueta influye en el atrapamiento de aire y el efecto de su aplicación en pletismografía con mediciones de volumen residual (RV) y RV/capacidad pulmonar total (TLC). Los resultados en los pacientes pueden ser completamente diferentes. La chaqueta en su forma actual no se puede utilizar en la práctica clínica; sin embargo, el avance sugerido es que la chaqueta puede ser una ayuda útil para pacientes menos obedientes (especialmente pacientes que no cooperan, como pacientes pediátricos, con problemas mentales, pacientes hospitalizados que no pueden realizar la espirometría normal, claustrofóbicos), y puede ser un sustituto de la pletismografía de caja corporal. .

P18. ¿Hay posibilidad de mejoras en la chaqueta?

Respuesta: Desde que se concedió la patente (otorgada por: la Oficina de Patentes, Gobierno de la India. Patente n.º 394704, solicitud n.º 1596/Mum/2014, fecha de presentación: 08/05/2014, fecha de concesión 12/04/ 2022, titular de la patente: Dr. Prashant Rajdeep), se han abierto las puertas de comercialización, lo que amplía el alcance. Con un diseño y materiales avanzados (como se sugiere en las Preguntas 7, 9, 13, 14 y 15 y en la Información complementaria 2; Diseño y cálculos), la chaqueta es potencialmente capaz de convertir la pletismografía de cuerpo completo en pletismografía de chaqueta. Esto proporciona beneficios adicionales de mejor cumplimiento y rentabilidad para los pacientes.

Por lo tanto, podemos concluir que esta invención se basa en un concepto único que puede ayudar a reducir el número de esfuerzos voluntarios de los pacientes que se someten a una espirometría. No solo ayudará a los pacientes, sino que también reducirá el esfuerzo, el tiempo y la energía del médico para enseñar la maniobra a los pacientes. Además, con más avances en la chaqueta, tiene la capacidad de convertir la pletismografía de caja corporal en pletismografía de chaqueta.

Todos los datos generados o analizados durante este estudio se incluyen en este artículo publicado [y sus archivos de información complementaria 3 y 4].

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Descargar referencias

Agradecemos a "Medical Education & Research, Gandhinagar, Gujarat" por financiar esta investigación (de acuerdo con el Comité Estatal de Investigación Médica. No: dos/research-grant-2012-13/12. Comisionado de Salud, Servicios Médicos y Educación (Yo), Bloque No-4, Dr. JM Bhavan, Gandhinagar). Al diseñar este estudio, hubo muchos obstáculos técnicos que se resolvieron con mucho trabajo y con el tiempo y la orientación de expertos. Sus partes pequeñas pero técnicamente desafiantes requirieron horas de trabajo y caos. Fue un camino difícil debido a los horarios agitados, especialmente alternando entre compromisos académicos, laborales y personales. A medida que el proyecto fue tomando forma, nos fortaleció y nos motivó a trabajar para su culminación. Al final de este esfuerzo, deseo expresar mi humilde gratitud al Dr. Vagish Shrinet (ERDA Technology Center Vadodara), cuya asistencia técnica ha sido de vital importancia. Estoy verdaderamente en deuda con mi esposa, la Dra. Preeti P. Panchal, quien, a pesar de su apretada agenda, ahorró sus largas horas de trabajo y contribuyó a mi trabajo de investigación. También estoy agradecido con el Dr. Sameer Bhagora, el Dr. Lajja Patel y el Dr. Steffy por su ayuda y evaluaciones constructivas. Adjunto extiendo mi sincera gratitud a todos mis estudiantes, colegas y personal por su inmensa cooperación y, sobre todo, por ser "el alma en la realización de este estudio".

Departamento de Fisiología, Medical College Baroda, The Maharaja Sayajirao University of Baroda, Vadodara, Gujarat, 390001, India

Prashant Rajdeep, RK Patel y ER Oommen

Departamento de Fisiología, Instituto Nacional de Ciencias Médicas e Investigación, Universidad NIMS, Jaipur, Rajasthan, 303121, India

Ketaki Pobrey

Departamento de Fisiología, Instituto Parul de Ciencias Médicas e Investigación Hospital Parul Sevashram, Universidad de Parul, Vadodara, Gujarat, 391760, India

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PR conceptualizó, ideó y elaboró ​​todos los detalles técnicos del proyecto. PR y EO realizaron la implementación y el análisis. El borrador original fue realizado por PR La redacción, revisión y edición fueron realizadas por PR y KP después de consultar con otros autores. Los recursos fueron administrados por PR y RP Todos los autores leyeron y aprobaron el manuscrito final.

Correspondencia a Prashant Rajdeep.

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Reimpresiones y permisos

Rajdeep, P., Poorey, K., Patel, RK y col. Un estudio piloto para el desarrollo de una chaqueta de inducción de prueba de función pulmonar para automatizar el esfuerzo en la realización de la maniobra de capacidad vital forzada. Informe científico 13, 8004 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-34930-1

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Recibido: 02 noviembre 2022

Aceptado: 10 de mayo de 2023

Publicado: 17 mayo 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-34930-1

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