UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM
ENGENHARIA MECÂNICA

"DISPOSITIVO MECÂNICO QUE PROMOVE
INSUFLAÇÃO E EXSUFLAÇÃO PULMONAR"

LUANA SOUTO BARROS

Belo Horizonte, 01 de Julho de 2008.
Luana Souto Barros

"DISPOSITIVO MECÂNICO QUE PROMOVE
INSUFLAÇÃO E EXSUFLAÇÃO PULMONAR"
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em
Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Minas Gerais,
como requisito parcial à obtenção do título de Mestre em
Engenharia Mecânica.
Área de concentração: Calor e Fluídos
Linha de Pesquisa: Bioengenharia
Orientador: Prof. Dr. Eduardo Bauzer Medeiros
Departamento de Engenharia Mecânica- UFMG

Belo Horizonte
Escola de Engenharia da UFMG

2008
Universidade Federal
de Minas Gerais
Programa de Pós-Graduação em Engenharia
Mecânica
Av. Antônio Carlos, 6627 - Pampulha - 31.270-901 - Belo Horizonte ­ MG
Tel.: +55 31 3499-5145 - Fax.: +55 31 3443-3783
www.demec.ufmg.br - E-mail: [email protected]

"DISPOSITIVO QUE PROMOVE INSUFLAÇÃO E
EXSUFLAÇÃO PULMONAR"
LUANA SOUTO BARROS
Dissertação defendida e aprovada em 1, de julho de 2008, pela Banca Examinadora
designada pelo Colegiado do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica da
Universidade Federal de Minas Gerais, como parte dos requisitos necessários à obtenção do
título de "Mestre em Engenharia Mecânica", na área de concentração de
"Bioengenharia".

____________________________________________________________________
Prof. Dr. Eduardo Bauzer Medeiros - (Universidade Federal de Minas Gerais) ­
Orientador

____________________________________________________________________
Profa. Dra. Laura Maria de Lima Belizario Facury Lasmar - (Universida de Federal
de Minas Gerais) ­ Examinador

____________________________________________________________________
Prof.Dr. Marcos Pinotti Barbosa - (Universidade Federal de Minas Gerais)
Examinador

À minha querida mãe.

AGRADECIMENTOS

Ao Prof. Dr. Eduardo Bauzer Medeiros por acreditar no projeto.
A toda equipe da empresa Acser Automação Comércio e Serviços Ltda. pela
disponibilidade, paciência e empréstimo dos materiais. Ao Sr. Heizer Cardorso pela ajuda
inestimável essencial ao projeto e o Sr. José pelo apoio na construção.
A querida Rita de Cássia Guedes de Azevedo por todo apoio, carinho, e principalmente
pelo exemplo de profissionalismo.
A.minha eterna professora Maria da Glória Machado por me apresentar primeiramente à
fisioterapia respiratória e posteriormente a Engenharia Mecânica. Obrigada pelas idéias.
A amiga Cristina Saleme que me "orientou", me escutou e "viveu" o mestrado comigo
desde o inicio.
A Prof.Dra. Laura Lasmar pelo incentivo e apoio na etapa final.
A Fran, a irmã que Deus me deu a oportunidade de escolher e que me acompanha em todos
os momentos da vida. Obrigada pelo apoio, amizade, ajuda nesses longos dois anos de
mestrado; enfim por tudo!Se não fosse você acreditando sempre em mim não sei se teria
conseguido.
Ao Conselho Nacional de Pesquisas (CNPQ), pelo auxílio financeiro.
A Leila e meu irmãozinho Igor pelas palavras de otimismo, crença e amizade.
Aos meus grandes amigos Luizo, Helder, Carol, Ró, Fernanda, Letícia, Renata...enfim
todos aqueles que de alguma forma contribuíram com carinho, amizade, apoio e
ensinamentos.
Ao meu irmão pela força e amor sempre.
Aos familiares pelo amor e crença.

"Incurável não é sinônimo de intratável".
Bonekat in Crit. Care Clinic, 1998.

"Alta tecnologia não quer dizer alto custo".

LISTA DE FIGURAS E GRÁFICOS

Figura.2.1. Peak Flow Meter, aparelho usado para medir o pico de fluxo da
tosse.
25

Figura 2.2. Uso do pulmão de aço ( ventilador ciclado a vácuo) como
ventilador para pacientes com poliomielite em unidade de terapia intensiva em
meados de 1929
32

Figura.2.3. Aparelho comercializado atualmente para tosse mecanicamente
assistida, Cough Assist.
35

Figura 3.1 a) Diagrama pneumático do dispositivo
45

Figura 3.1 b) Diagrama de blocos
46

Figura 3.2 Foto do projeto de insuflação e exsuflação mecânica.
47

Figura. 3.3 Foto interna do projeto de insuflação e exsuflação mecânica.
48

Figura. 3.4 Foto interna do projeto de insuflação e exsuflação mecânica.
49

Figura 3.5 Ilustração do filtro AMG
51

Figura 3.6 Ilustração do filtro AWD40
51

Figura 3.7 Ilustração do filtro AMF
52

Figura 3.8 Regulador de pressão IR 2000-F04
53

Figura 3.9 Ilustração do regulador de vazão AS
54

Figura 3.10 Ilustração da válvula de acionamento VH
54

Figura 3.11: Ilustração do ejetor de vácuo ZL
55

Figura 3.12 Ilustração do pressostato digital
56

Figura 3.13: Ilustração do tubo de respiração (traquéia)
56

Figura 3.14: Ilustração do filtro bacteriano/viral
57

Figura 3.15a Ilustração da conexão para uso do sistema em paciente com TQT
57

Figura 3.15b: Ilustração das máscaras para interface
57

Gráfico 4.1 Variação da pressão negativa.
60

Gráfico 4.2 Variação da pressão positiva.
61

Gráfico 4.3 Variação da pressão negativa e positiva.
62

14

LISTA DE TABELAS E QUADROS

Quadro 2.1 Descrições das fases da tosse

Quadro 2.2 Fases da tosse e fatores que comprometem as diferentes

Quadro 2.3 Alterações nas Diferentes Fases da Tosse e Assistência Fisioterápica

23

24

26

Quadro 2.4 Descrições das Técnicas de Fisioterapia que auxiliam a remoção de
secreções das vias aéreas
Quadro 3.1 Comparativo de soluções de projeto.

27
42

Tabela 3.1 Especificações dos limites máximos de poluentes toleráveis no ar
comprimido medicinal

50

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABNT

Associação Brasileira de Normas Técnicas.

ANVISA

Agencia Nacional de Vigilância Sanitária

CI

Capacidade Inspiratória

CNPq

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico

CO2

gás Carbônico

CPH

Centro de Pesquisa Hidráulica

CPT

Capacidade Pulmonar Total

CRF

Capacidade Reserva funcional

CV

Capacidade Vital

DEMEC

Departamento de Engenharia Mecânica

dSpO2

dessaturação periférica de Oxigênio

Hz

Hertz

ISO

Organização Internacional de Padronização

L/min

litros por minuto

m

Metro

mg

miligrama

MI-E

Insuflação ­ Exsuflação Mecânica

min

minuto

mL

Mililitro

mm

Milímetro

µm

Micrômetro

mmHg

Milímetros de mercúrio

Pa

Pascoal

PEM

Pressão Expiratória Máxima

PFT

Pico Fluxo da Tosse

PIM

Pressão Inspiratória Máxima

PPGMEC

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica

ppm

partes por milhão

RG

Respiração Glossofaríngea

SpO2

Saturação periférica de Oxigênio

TMA

Tosse Mecanicamente Assistida

TQT

Traqueostomia

UFMG

Universidade Federal de Minas Gerais

VA

Vias Aéreas

VC

Volume Corrente

VNI

Ventilação Não Invasiva

VR

Volume Residual

VRE

Volume de Reserva Expiratório

VRI

Volume de Reserva Inspiratório

14

NOMENCLATURA

Sobrescritos
2
3
4

Quadrado da função ou do número
Cubo da função ou do número
Quarta potencia da função ou do número

RESUMO
A tosse é um importante mecanismo de defesa pulmonar à medida que caminhamos
para situações patológicas, com acúmulo progressivo de secreção na árvore traqueobrônquica.
Pacientes com doenças neuromusculares são susceptíveis a recorrentes infecções do aparelho
respiratório devido ao acúmulo excessivo e permanente de secreções (ineficácia do clearance
mucociliar) conseqüente da deficiência no mecanismo de tosse e incapacidade de manter volume
e débitos pulmonares adequado. Pacientes com dificuldade de realizar o clearance mucociliar
necessitam de Fisioterapia respiratória que consiste em técnicas manuais ou mecânicas
favorecendo a mecânica pulmonar objetivando assim uma tosse eficaz e um volume pulmonar
adequado. Existem procedimentos de suporte ao paciente que visam auxiliar o paciente durante a
tosse sendo esta assistida manualmente e/ou mecanicamente. Dentre estes procedimentos um dos
que promove melhores resultados em pacientes com uma tosse ineficaz utiliza um sistema
mecânico que favorece a manobra de insuflação máxima, seguida de exuflação, permitindo uma
tosse mecanicamente assistida. Apesar da sua eficácia comprovada em vários estudos o único
aparelho existente no mercado é importado e de alto custo dificultando assim o acesso dos
pacientes ao mesmo. Dentro deste contexto surgiu a necessidade de projetar um aparelho para
assistir a tosse mecanicamente. Apresenta-se então o desenvolvimento de um sistema mecânico
capaz de gerar um alto fluxo respiratório (vazão) através da variação rápida da pressão positiva
de até 7x10 4 Pa para uma pressão negativa de até 7x10 4 Pa, de acordo com a literatura, pela
máscara facial ou bucal, simulando o mecanismo de tosse. Este sistema é alimentado por um
sistema pneumático convencional, sendo sua saída condicionada com o uso de uma série de
dispositivos pneumáticos, tomando-se cuidado de garantir condições de assepsia e segurança ao
paciente. O protótipo atingiu os valores positivos e negativos de pressão usados pela literatura
para tratamento de pacientes com tosse ineficaz e foi visualizado a variação rápida da pressão
positiva para negativa essencial para a eficácia do tratamento.
Palavras Chaves: Tosse mecanicamente assistida, insuflação e exsuflação pulmonar, sistema
pneumático e sistema pneumático medicinal.

SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS E GRÁFICOS

6

LISTA DE TABELAS E QUADROS

9

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

10

NOMENCLATURA

13

RESUMO

14

1 INTRODUÇÃO

17

1.1 Tosse ineficaz e suas conseqüências

17

1.2 Objetivo

18

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

19

2.1. Clearance Mucociliar

2.2 Tosse

19

21

2.2.2-Pico de Fluxo da Tosse( PFT)

2.3 Técnicas de Fisioterapia Respiratória

24

25

2.4 Tosse Mecanicamente Assistida(TMA): Insuflação e Exsuflação Mecânica( MI-E) 31
2.4.1 Introdução ao MI-E
2.4.2 A eficácia da insuflação-exuflação mecânica( MI-E)
2.4.3 Segurança da insuflação-exsuflação mecânica
2.4.4 Fisiologia da insuflação-exsuflação mecânica

3 METODOLOGIA
3.1 Avaliação do Projeto do Sistema de Tosse Assistida

35
37
38
39

41
41

3.1.1 Sistema escolhido, solução d)

3.2 Montagem do Sistema

44

44

3.2.1 Fonte de ar comprimido
3.2.2 Filtro separador de água: AMG 350-F04BD( SMC)
3.2.3 Filtro regulador AW40-F04E(SMC)
3.2.4 Filtro de eliminação de odores AMF(SMC)
3.2.5 Regulador de pressão de precisão IR2000-F04 (SMC)
3.2.6 Regulador de vazão(fluxo) AS3500-F02 (SMC)
3.2.7 Válvula de acionamento manual VH410-04 (SMC)
3.2.8 Ejetor de vácuo ZL112-G (SMC)
3.2.9 Pressostato digital de precisão ISE30-01-65-L(SMC)

3.3 Circuito que interliga o protótipo ao paciente
3.3.1 Tubo de respiração (Traquéia)
3.3.2 Filtro bacteriano/viral
3.3.3 Interface

49
50
51
52
52
53
54
55
55

56
56
57
57

3.4 Avaliação do Sistema Desenvolvido

4 RESULTADOS
4.1 Medição e Verificação do Funcionamento

58

59
59

5 DISCUSSÃO

63

6 CONCLUSÕES

65

7 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

66

ABSTRACT

67

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

68

ANEXO A

71

ANEXO B

72

ANEXO C

73

ANEXO D

74

ANEXO E

75

ANEXO F

82

ANEXO G

86

ANEXO H

88

ANEXO I

90

ANEXO J

102

1 INTRODUÇÃO

1.1 Tosse ineficaz e suas conseqüências
A tosse é um importante mecanismo de defesa pulmonar à medida que
caminhamos para situações patológicas, com acúmulo progressivo de secreção na árvore
traqueobrônquica. (Paulo Tavares, 1991).
O mecanismo de tosse é resultado de um complexo reflexo iniciado com
ativação dos receptores das vias aéreas por estímulos irritantes. Quando a função da tosse é
perdida, essa acarreta sérias conseqüências levando a retenção de secreção, atelectasias,
pneumonia, necessitando de internações hospitalares e podendo levar a uma insuficiência
respiratória (Anderson et al; 2005).
Pacientes com doenças neuromusculares são susceptíveis a recorrentes
infecções do aparelho respiratório devido ao acúmulo excessivo e permanente de secreções
(ineficácia do clearance mucociliar) conseqüente da deficiência no mecanismo de tosse e
incapacidade de manter volume e débitos pulmonares adequado.
Pacientes com dificuldade de realizar o clearance mucociliar necessitam de
Fisioterapia respiratória que consiste em técnicas manuais ou mecânicas favorecendo a
mecânica pulmonar objetivando assim uma tosse eficaz e um volume pulmonar adequado.
Dentre estes procedimentos um dos que promove melhores resultados utiliza
um sistema mecânico que favorece a manobra de insuflação máxima, seguida de exuflação,
permitindo uma tosse mecanicamente assistida.
A intubação endotraqueal diminui bruscamente as defesas naturais das vias
aéreas (VA) e pulmonares do paciente, mesmo com o uso de ventiladores mecânicos
modernos a qualidade do ar pode não ser garantia para uma atuação eficaz dos mecanismos
de defesa das vias aéreas inferiores. Outros fatores como o uso de narcóticos e a atropina
também interferem no reflexo de tosse e viscosidade do muco dificultando a mobilização
das secreções. A aspiração das bactérias primariamente da orofaringe e algumas vezes de
refluxo gástrico é a rota mais importante da infecção. Nestes pacientes, o escoamento de

18
bactérias ao redor do "cuff" (balonete localizado no tubo endotraqueal distalmente),
associado com trauma local e inflamação traqueal, aumenta a colonização e dificulta a
eliminação das secreções do trato respiratório inferior. A colonização traqueal com
bactérias e a traqueobronquite são comuns e podem ser precursores da pneumonia
associada à ventilação mecânica (Craven et al., 1998).
De acordo com o que foi dito acima é de suma importância um aparelho de
tosse mecanicamente assistida (TMA) para a prevenção da pneumonia associada à
ventilação mecânica, pois com a insuflação e exsuflação mecânica (M I-E) é possível retirar
as secreção ao redor do "cuff" e capaz de evitar uma possível indicação de traqueostomia
(TQT) com objetivo de facilitar a limpeza das vias aéreas. O uso deste aparelho também é
importante para auxiliar pacientes com ventilação mecânica não invasiva (VNI), pois estes
pacientes podem apresentam dificuldades de adaptação ao uso da VNI devido à grande
quantidade de secreção. O uso da tosse mecanicamente assistida diminui a necessidade de
intubação endotraqueal ou traqueostomia (TQT) e, portanto diminui as ocorrências de
infecção hospitalar (Vianello et aL; 2005).
Apesar da sua eficácia comprovada em vários estudos o único aparelho
existente no mercado que promove MI-E é importado e de alto custo dificultando assim o
acesso dos pacientes ao mesmo.

1.2 Objetivo
O presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um sistema
mecânico de baixo custo capaz de gerar um alto fluxo respiratório 10 L/seg (vazão) através
da variação rápida de pressão positiva (7x10 4 Pa ou 70cmH2O) para negativa (-7x10 4 Pa
ou -70cmH2O) pela máscara facial, bucal,
mecanismo de tosse fisiológico.

tubo endotraqueal ou TQT

simulando o

19

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Pacientes com doenças neuromusculares apresentam disfunção ventilatória tipo
restritiva, com redução de volumes pulmonares de forma proporcional em relação à
disfunção

dos

músculos

inspiratórios.

O

comprometimento

pode

resultar

de

microatectasias, alterações nas propriedades mecânicas dos pulmões, alterações no
surfactante, encurtamento e rigidez das fibras elásticas pulmonares e redução do
recolhimento elástico da parede torácico. Apresentam também comprometimento da tosse,
aspiração e diminuição do clearance mucociliar que podem predispor à infecção e piora da
disfunção do parênquima pulmonar.
2.1. Clearance Mucociliar
Com uma área de superfície de 50 a 100 m2, o pulmão apresenta a maior
superfície corporal para um ambiente cada vez mais hostil. Partículas grandes são retidas
pelo nariz. Partículas menores que se depositam nas vias aéreas condutoras são removidas
por um movimento de "escalada de muco", o qual continuamente varre restos até a
epiglote, onde são engolidos em situações fisiológicas. O muco, secretado pelas glândulas
mucosas e também pelas células caliciformes nas paredes brônquicas, é impelido por
milhões de finos cílios; as partículas aí depositadas são engolidas por células de defesa
chamada macrófagos. O material estranho é então removido do pulmão por via linfática ou
pelo fluxo sanguíneo (West, 2000).
A secreção brônquica é um fluido heterogêneo constituído de água (95%),
eletrólitos, aminoácidos, açúcares e macromoléculas. O muco é uma porção mais específica
da secreção brônquica composta por uma suspensão coloidal de várias macromoléculas de
glicoproteínas. É produzida pelo pulmão assim que entra em contato com partículas
inaladas e seu transporte é feito das áreas periféricas para centrais e desta para a orofaringe.
O muco é produzido na árvore brônquica por diferentes tipos de células: células serosas,
células de Goblet, células claras e células alveolares do tipo II ( Schans, 1991).

20
O transporte do muco ocorre em função de forças de fricção e inercial, sendo a
de fricção a mais importante e é um mecanismo interno determinado pelas propriedades de
viscosidade do fluido. O transporte do muco pela árvore brônquica é determinado pelo
número e diâmetro das vias aéreas. Alguns mecanismos auxiliam no transporte de
secreções da árvore brônquica para a orofaringe: batimento ciliar, fluxo aéreo expiratório,
reabsorção( Schans, 1991).
O transporte do muco pelo batimento ciliar ocorre pela coordenação da
atividade dos cílios na superfície das vias aéreas. As células ciliadas estão presentes desde a
traquéia até os bronquíolos terminais. Estas células possuem cera de 200 cílios que batem
com uma freqüência de 8-15 Hz em direção a orofaringe. O transporte do muco é
influenciado pelas propriedades viscoelasticas do muco ( Schans, 1991).
O transporte do muco pelo fluxo aéreo em uma via aérea obstruída ocorre
durante expirações forçadas e requer altas pressões. O transporte do muco em vias aéreas
desobstruídas pode ser feito através de uma expiração forçada bem como numa respiração
basal. O transporte do muco em via aérea desobstruída depende da velocidade do fluxo o
qual é determinada pelo diâmetro total da via aérea em um dado nível da árvore brônquica.
O muco é mobilizado em casos que a velocidade do fluxo seja maior que 2.5m/s. O
transporte do muco é mais efetivo em vias aéreas centrais que em periféricas e isto se deve
ao fato de que o diâmetro total das vias aéreas reduz da periferia para as vias aéreas centrais
e a velocidade do fluxo aumenta da região periférica para as vias aéreas centrais. O
transporte do muco pelo fluxo expiratório depende das propriedades viscoelasticas das
camadas do muco. O fluxo diminuirá com o aumento da espessura da camada do muco (
Schans, 1991).
O transporte do muco pela reabsorção ocorre quando o transporte das vias áreas
periféricas para centrais não é suficiente e este acúmulo de muco pode aparentemente
impedir o transporte em vias áreas centrais e periféricas. Isto se deve a alterações na
composição do muco ( Schans, 1991).
O clearance mucociliar, nas vias aéreas, e a ação dos macrófagos, em nível
alveolar, são mecanismos eficientes na remoção de secreções normais produzidas
diariamente, no trato respiratório (Machado;2008). Em doenças hipersecretivas ou que

21
apresentam clearance mucociliar prejudicado o organismo recorre à tosse para a remoção
de secreções excessivas e de corpos estranhos.

2.2 Tosse
A tosse é uma ação reflexa de defesa do organismo e sua função é remover
substâncias estranhas e secreção acumulada na árvore brônquica. Em indivíduos sem
doença broncopulmonar, a tosse raramente ocorre e o sistema mucociliar é o responsável
pela depuração. Quando a quantidade de secreção aumenta, como em doenças que cursam
com hipersecretividade, a tosse torna-se um mecanismo adicional para a clearance
mucociliar (Pryor, 1997).
A tosse desencadeia alto fluxo expiratório, empregando energia cinética da
musculatura expiratória e da retração elástica pulmonar. Dessa forma, ocorrem o
deslocamento de materiais líquidos e sólidos, eventualmente aspirados, e a sua condução á
faringe, para posterior expectoração ou deglutição.
O fisioterapeuta recorre à tosse para expulsar da árvore traqueobrônquica
proximal o excesso de secreções, as partículas inaladas e, em geral, todo material
indesejável da árvore aérea (Postiaux,2004).
As secreções do trato respiratório são constituídas de muco, sufarctante e fluido
peri-ciliar. Estima-se que a quantidade produzida de muco em um indivíduo normal varie
de 10_100 ml por dia ( Campos,S.;2006).
A perda da força da musculatura respiratória leva a ineficácia da tosse e a
hipoventilação.Atelectasias, pneumonias e insuficiência respiratória, inicialmente durante o
sono e depois,mesmo na vigília, são as complicações esperadas nesta situação ( Paschoal et
al-2007).
Os principais objetivos da fisioterapia são: prevenir o acúmulo e/ou retirar
secreções nas vias aéreas, melhorar a ventilação das vias aéreas, melhorar a resistência à
fadiga, reduzir gastos energéticos durante a respiração, melhorar condições de expansão
pulmonar, favorecer o trabalho diafragmático e manter e/ou melhorar a mobilidade
torácica.

22
Os mecanismos normais para a eliminação das secreções do trato respiratório
incluem a ação ciliar (clearance mucociliar): através do qual os movimentos ciliares
impulsionam, no sentido cranial, uma fina camada de muco com partículas a serem
depuradas; e o mecanismo de tosse: que ocorre por meio de um ato reflexo,podendo estar
sob controle voluntário ou involuntário. Quando há comprometimento destes mecanismos,
a permeabilidade das vias aéreas e, por conseguinte, a ventilação pulmonar pode ficar
prejudicada, devendo ser indicada a aspiração, (Campos, S.;2006) dentre outras técnicas
fisioterápicas que assistem a tosse manualmente ou mecanicamente.
Os exercícios de expansão torácica permitem um aumento do fluxo de ar
através das pequenas vias aéreas e a fluidificação da secreção, enquanto que técnicas de
expiração forçada e tosse assistida auxiliam na remoção de secreções. Com isso melhoram
a qualidade de vida do paciente evitando assim as conseqüências de uma infecção pulmonar
que podem levar a uma insuficiência respiratória, internação e óbito.
A tosse é a parte mais importante da terapia de higiene brônquica, já que a
maioria das técnicas só ajuda a mover as secreções para as vias aéreas centrais. (Scanlan et
al; 2000).
Os principais benefícios da tosse são: eliminação das secreções das vias aéreas
pelo aumento da pressão positiva pleural, o que determina compressão das vias aéreas de
pequeno calibre, e através da produção de alta velocidade do fluxo nas vias aéreas; proteção
contra aspiração de alimentos, secreções e corpos estranhos; é o mais efetivo mecanismo
quando existe lesão ou disfunção ciliar.(II Diretrizes brasileiras no manejo da tosse crônica,
2006)
A progressão das complicações respiratórias para insuficiência respiratória
crônica nos doentes neuromusculares surge em geral como conseqüência direta de dois
principais fatores: fraqueza e fadiga dos músculos respiratórios (inspiratórios, expiratórios e
de vias aéreas superiores) e incapacidade de se manter as vias aéreas livres de secreções.
(Paschoal et al-2007).
O comprometimento da musculatura respiratória prejudica também a eficiência
da tosse e, no estado atual da terapêutica disponível no Brasil para doentes
neuromusculares, que possuem este comprometimento, pode-se dizer que a morbimortalidade nestes indivíduos está mais associada ao fato de que eles tossem mal do que

23
ventilam mal. (Paschoal et al-2007).Com isso a necessidade de uma tosse eficaz através de
recursos fisioterapêutico se torna uma intervenção de suma importância.
O pico de fluxo expiratório gerado durante a tosse correlaciona com o sexo,a
altura e a idade dos pacientes. Quando adequado, é capaz de prevenir a formação de
tampões de secreção e complicações pilmonares.
2.2.1-Fases da Tosse
A tosse apresenta 4 fases apresentadas no quadro abaixo.

Quadro 2.1
Descrições das fases da tosse (Machado;2008).

Fases da Tosse
Nervosa

Inspiratória

Compressiva

Descrição
Constituída pelo estímulo que segue por
vias aferentes até o centro bulbar e retorna
por vias eferentes para acionar a
musculatura respiratória e a glote.
Após o estímulo dos nervos frênicos,
espinhais e intercostais, ocorrem a
contração dos músculos inspiratórios, e o
aumento do volume pulmonar e da força de
retração elástica do parênquima pulmonar.
Esse aumento é responsável pela maior
negatividade da pressão intrapleural. A
inalação de grandes volumes pulmonares
otimiza a relação comprimento-tensão dos
músculos expiratórios e possibilita a
geração de uma pressão positiva
intratorácica maior durante a fase
compressiva.
Logo após a inspiração ocorre o fechamento
da glote. Esse fechamento é acompanhado
por um esforço expiratório que permite aos
músculos a geração de pressões maiores em
decorrência da diminuição da velocidade de
contração. A oclusão da glote permanece
por cerca de 0,2 a 0,3 segundos, tempo
suficiente para que a pressão alcance altos
níveis pré-expulsivos. Atingindo o ponto de
igual pressão ocorre a redução do calibre
brônquico e aumenta a velocidade do fluxo

24

Explosiva

de ar explosivo. O ponto de igual pressão
depende do volume pulmonar. Em volumes
baixos a força estará diminuída.
Abertura da glote provocando alto fluxo
expiratório e compressão das vias aéreas
centrais
pela pressão intrapleural
desenvolvida.

A tosse pode deixar de cumprir suas funções em várias circuntancias. O quadro
abaixo apresenta os fatores que comprometem as fases da tosse.
Quadro 2.2
Fases da tosse e fatores que comprometem as diferentes fases (Machado;2008).

Fases da Tosse
Nervosa

Inspiratória

Compressiva

Explosiva

Fatores
Depressão do sistema nervoso central,
coma, miastenia grave, anestesia, anestesia,
estados dolorosos.
Estados
dolorosos,
rigidez
torácica
excessiva, doenças neuromusculares e
restritivas, redução da complacência do
sistema respiratório, perda da força
muscular, redução do volume pulmonar.
Paralisia das cordas vocais. TQT, intubação
endotraqueal, redução de tração elástica
pulmonar,
comprometimento
da
musculatura expiratória.
Redução de fluxo aéreo (obstrução ao
fluxo), dor, instabilidade das vias aéreas,
comprometimento das fases anteriores.

2.2.2-Pico de Fluxo da Tosse( PFT)

Uma tosse normal requer uma insuflação inicial de cerca de 85 a 90% da capacidade
pulmonar total (CPT). O pico normal de fluxo de tosse oscila entre 6 e 17 l/seg.Pacientes
com pico de fluxo de tosse menor que 160 l/min não possuem fluxo adequado para
remoção de secreções e necessitam auxílio para viabilizar esta função.
Os pacientes cujo fluxo de tosse situa-se abaixo de 270 l/min podem cair para os
limites críticos de 160 l/min na vigência de processos gripais e ter alto risco de contrair

25
pneumonias. O fluxo de tosse abaixo de 270 l/min ocorre quando a CVF está em torno de
1500 ml ou 70 % do predito (Tzeng et al; 2000), o PFT pode ser medido através de um
aparelho denominado Peak Flow Meter, ilustrado na figurar 2.10.

Figura. 2.1 Peak Flow Meter, aparelho usado para medir o pico de fluxo da tosse.
Fonte:Arquivo pessoal

De acordo com Bach (2002) o valor normal do PFT varia de 6 a 14 L/seg. para
adultos e de 2,5 a 14L/seg. para crianças e adolescentes,esses valores variam de acordo com
o sexo, a idade e altura do indivíduo. Em anexo ( Anexo B) encontra-se a tabela de volumes
médios da função pulmonar para crianças.
O auxílio à tosse é indicado quando o paciente não atinge o fluxo mínimo de
tosse: 160 l/min. O auxílio da tosse pode ser manual através do trust abdominal (tosse
manualmente assistida); ou mecânico a partir de um aparelho que promova insuflação e
exsuflação através de uma rápida variação da pressão (Tosse mecânicamente assistida).

2.3 Técnicas de Fisioterapia Respiratória
Várias intervenções podem ser utilizadas para melhorar a efetividade da tosse
em pacientes com alterações na constituição do muco, no sistema mucociliar ou na
mecânica da tosse. A fisioterapia torácica pode exercer importante papel nessa área,por

26
diferentes técnicas, de acordo com o comprometimento de cada fase (Quadro 2.2) (
Machado; 2008).

Quadro 2.3
Alterações nas Diferentes Fases da Tosse e Assistência Fisioterápica (Machado; 2008).

Fases da tosse

Assistência Fisioterápica

Nervosa

Estímulos diretos dos mecanorreceptores:
Compressão da traquéia (fúrcula esternal)
ou introdução de sonda de aspiração.

Inspiratória

Técnicas de hiperinsuflação com ambu,
incentivadores

inspiratórios,

padrões

inspiratórios, breath-stacking e pressão
positiva inspiratória.
Compressiva

Assistência manual com compressão do
tórax/abdome, treinamento da musculatura
respiratória.

Explosiva

Utilização

de

manobras

de

higiene

brônquica, postura de drenagem e expiração
forçada para facilitar a eliminação de
secreção,prejudicada pela diminuição do
fluxo aéreo,característico dessa fase.

As técnicas de fisioterapia auxiliam na remoção de secreção das vias aéreas
diminuindo assim as freqüentes internações por infecção e piora do quadro do paciente
levando até a morte. No Quadro abaixo estão descritas as técnicas fisioterápicas com esse
fim, suas vantagens e desvantagens.

27
Quadro 2.4
Descrições das Técnicas de Fisioterapia que auxiliam a remoção de secreções das vias aéreas.

Técnica Fisioterápica: Aspiração (Machado,2008).
Descrição

Retirada passiva das secreções, com técnica asséptica, por um
cateter conectado a um sistema de vácuo, introduzido na via
aérea artificial .

Vantagens

Não necessita de cooperação do paciente e pode ser realizada por
qualquer pessoa treinada.

Desvantagens

Queda na saturação arterial de oxigênio em pacientes que
requerem pressão final expiratória positiva e fração inspirada de
oxigênio elevados, pneumonia nosocomial, aumento da pressão
intracraneana, atelectasia e instabilidade hemodinâmica (Zeitoun
S. S. et al 2001) risco de contaminação, lesão de mucosa.

Indicação

Presença de secreções em vias aéreas centrais com incapacidade
para eliminá-las através da tosse.

Contra-indicação

Aspiração nasotraqueal: oclusão nasal, sangramento nasal,
epigotites,trauma

facial

ou

nasal,distúrbios

de

coagulação,laringoespasmo,
Técnica Fisioterápica: Percussão e Vibração (Van der Schans; 1999)
Descrição

Percussão: Manobra aplicada com as mãos em forma côncava,
nos lados ventral, lateral e dorsal do tórax, a uma freqüência
aproximada de 3-6 Hz [12]. Tal procedimento promove a
mobilização das secreções por meio de seu estremecimento.
Vibração: A vibração manual é produzida pela tetanização dos
músculos do braço e antebraço e transmitida pelos punhos e
mãos ao tórax do paciente. Consiste em movimentos rítmicos,
rápidos, com uma intensidade em torno de 20 a 25 Hz capaz de
causar vibração em nível bronquial.

Vantagens

Não necessita de materiais para execução da técnica, custo baixo.

Desvantagens

Vários estudos questionam a eficácia das técnicas,

28
Indicação

Estase de muco brônquico,paciente com dificuldade de mobilizar
as secreções.

Contra-indicação

Enfisema

subcutâneo,

anestesia

espinhal

recente,

broncoespasmo, osteoporose, osteomielite em arcos costais, dor
torácica, enxerto cutâneo torácico, feridas torácicas abertas ou
infecções.,tuberculose pulmonar, ressecção tumoral de tórax ou
pescoço, contusão pulmonar e coagulopatias.

Técnica Fisioterápica: Drenagem Postural (Langenderfer; 1998)
Descrição

Posicionamento do corpo do paciente, de modo que o segmento
pulmonar a ser drenado seja favorecido pela ação da gravidade
Esta técnica tem como finalidade deslocar o excesso de secreção
broncopulmonar em direção aos hilos pulmonares para então ser
expelida.

Vantagens

Baixo custo.

Desvantagens

Dificuldades em alguns posicionamentos devido aos fios de
monitorização, medicações em pacientes graves em hospitais e
em internação em casa; devido a dores durante o posicionamento.
As principais complicações que podem ocorrer durante a terapia
segundo Scanlan et al. (2000), são: hipoxemia, aumento da
pressão intracraniana, hipotensão aguda, hemorragia pulmonar,
dor, vômitos e aspiração, broncoespasmo e arritmias.

Indicação

Hipersecreção

de

muco

brônquico

e

a

dificuldade

de

expectoração.
Contra-indicação

Posição de "Trendelenburg": pressão intracraniana acima de 20
mmHg,

aneurisma

cerebral,

hipertensão

descompensada,

hemoptise recente, distensão abdominal, risco de aspiração,
recentes cirurgias oftálmicas, esofágicas ou neurológicas.

29
Intolerância a posição.Insuficiência cardíaca congestiva, embolia
pulmonar,edema pulmonar, edema pulmonar.
Técnica Fisioterápica: Tosse Manualmente Assistida (Machado,2008)
Descrição

Compressão vigorosa do tórax, durante a fase expiração
espontânea ou forçada; ou da fase expiratória da ventilação
mecânica, a fim de obter um aumento do fluxo expiratório.

Vantagens

Fácil de ser aprendida, baixo custo, pode ser realizada por
cuidadores treinados.

Desvantagens

Nem sempre o uso desta técnica sozinha aumenta o fluxo é
significativamente para conseguir uma tosse eficaz, devido à
gravidade da doença e alterações anatômicas. Necessita de
coordenação paciente-terapeuta e cooperação do paciente.

Indicação

Necessidade de auxílio à tosse

Contra-indicação

Gestantes, pacientes com hérnia hiatal ou naquele com patologia
abdominal aguda.

Técnica Fisioterápica: "Air Stacking"
Descrição

Quantidade máxima de ar obtida pela sustentação de volumes
consecutivos com glote fechada. Pode ser realizada através de
insuflação pulmonar com um ressuscitador manual (ambu),
respiração

glossofaríngea

(especificada

abaixo)

ou

com

ventilador mecânico volumétrico. Freqüentemente, realiza-se
inspiração lenta e profunda, seguida de pausa inspiratória e uma
rápida liberação, a fim de obter um aumento do fluxo expiratório
(Jerre,G. et al,2007).
Técnica Fisioterápica: "Air Stacking" com uso do Reanimador Manual ( Ambu)
Descrição

A técnica é usada com Ambu ( pressão positiva) buscando atingir
uma insuflação máxima,auxiliando a fase inspiratória.

Vantagens

Fácil de ser aprendida,pode ser realizada por cuidadores desde
que treinados.

30
Desvantagens

Nem sempre é de fácil acesso o ressuscitador e a interface para o
paciente.

Necessita

de

coordenação

paciente-terapeuta

e

cooperação do paciente. Médio custo.
Indicação

Auxílio a fase inspiratória da tosse.

Contra-Indicação

Caso de instabilidade hemodinâmica, hipertensão intracraniana,
hemorragia intraventricular grave, distúrbios hemorrágicos,
refluxos gastroesofágico Disfunção bulbar grave.

Técnica Fisioterápica: "Air Stacking" com uso de Ventilador Mecânico
Descrição

Insuflação pulmonar através de um ventilador mecânico
volumétrico.

Vantagens

Podem ser usadas diferentes pressões.

Desvantagens

Alto custo, necessita de adaptação de interface. Uso de energia
elétrica.Precisa de sincronia paciente/cuidador.

Indicação

Baixo volume pulmonar que altere a fase inspiratória da tosse.

Contra-indicação

Disfunção bulbar grave, Caso de instabilidade hemodinâmica,
hipertensão intracraniana, hemorragia intraventricular grave,
distúrbios hemorrágicos, refluxos gastroesofágico.

Técnica Fisioterápica: Respiração Glossofaríngea
Descrição

A técnica envolve o uso da glote para adição de um esforço
inspiratório projetando doses de ar para os pulmões (Gulping). A
glote fecha em cada gulp. Uma respiração geralmente consiste
em 6-9 gulps de 40-200 ml cada.

Vantagens

A importância da respiração glossofaríngea na eficiência da tosse
também foi descrita em 1956.(Bach,2002) Além de ser útil para
fornecer uma respiração profunda antes da tosse espontânea ou
assistida manualmente, a glossofaríngea foi reconhecida como
um método alternativo de ventilação pulmonar durante eventual
falha do respirador. Única técnica de auto-cuidado.

Desvantagens

Não pode ser mantida como único método. O paciente tem que
compreender a técnica necessita de treinamento que pode durar

31
várias semanas. Precisa de musculatura bulbar preservada.
Baixo volume pulmonar que altere a fase inspiratória da

Indicação

tosse.Auxiliar a fase inspiratória da tosse. Aumentar o volume
pulmonar.
Contra-indicação

Pacientes que apresentam paralisia dos músculos da língua,
faringe (músculos bulbares), doenças graves de coração e pulmão
(devido à expansão)

Técnica Fisioterápica: Tosse Mecanicamente Assistida
Consiste na aplicação de uma pressão positiva seguida de uma

Descrição

pressão negativa através de peça bucal, máscara facial, tubo
endotraqueal ou traqueostomia. Basicamente a manobra simula
uma tosse, possibilitando a mobilização e saída das secreções de
forma eficaz e segura.
Consegue altas pressões e vazões (fluxos) com resultados

Vantagens

positivos nos estudos.
Desvantagens

Necessita de cooperação do paciente para ser usado com máscara
ou necessita de intubação. Precisa de musculatura bulbar
preservada.Alto Custo.

Indicação

Tosse ineficaz abaixo de 160 L/min.

Contra indicação

Absolutas: Presença de hemoptise,lesões de pescoço,hemorragia
ativa, ,pressão intracraniana alta.
pneumotórax recente, enfisema bolhoso, DPOC grave
Relativas: Pneumotórax, tuberculose, fraturas de costelas
instabilidade hemodinâmica (Leblanc et al; 2005).

2.4 Tosse Mecanicamente Assistida(TMA): Insuflação e Exsuflação Mecânica( MI-E)
A TMA consiste na aplicação de uma pressão positiva seguida de uma pressão
negativa através de peça bocal, máscara facial, tubo endotraqueal ou TQT. Basicamente a
manobra simula uma tosse, possibilitando a mobilização e saída das secreções de forma
eficaz e segura.

32

No final de 1940, Henry Seeler, trabalhou para a força aérea dos Estados
Unidos, desenvolvendo um insuflador-exsuflador mecânico designado a alternar uma
pressão positiva e negativa para ventilar e insuflar pessoas que sofriam da exposição a
"armas químicas". Em 1951, Barach e col descreveram um equipamento de insuflação para
o pulmão de aço (ventilador usado para pacientes com poliomielite, este era ciclado à
vácuo). O dispositivo usava um motor de vácuo de aspiração com uma válvula solenóide de
5 polegadas ligada ao portão do pulmão de aço. Com a válvula fechada o motor
desenvolvia uma pressão negativa dentro do tanque de -40mmHg. No pico de pressão
negativa a válvula abre, disparando o retorno à pressão atmosférica em 0.06 seg., causando
uma exuflação passiva. Essa técnica aumentou o PCF em 45% em 6 pacientes com
poliomielite que usavam suporte ventilatório. Um aumento adicional era obtido realizando
uma pressão abdominal quando a válvula estava aberta. Essas técnicas eram
suficientemente efetivas para que os investigadores reportassem que a exsuflação produzida
pelo dispositivo substituísse completamente a broncoscopia com o objetivo de manter a via
aérea limpa das secreções mais espessas. (Bach,2002).

Figura 2.2 Uso do pulmão de aço ( ventilador ciclado a vácuo) como ventilador para pacientes com
poliomielite em unidade de terapia intensiva em meados de 1929 .
Fonte: http://www.medicinaintensiva.com.br/philipdrinker.htm

33
No final de 1940, Barach, Beck e seu engenheiro Gutterman desenvolveram
uma "câmara de tosse assistida". A pressão mudava 110 mmHg 25 vezes por minuto. O
ventilador aplicava pressão positiva na cabeça da câmara, que resultava em uma pressão
mais alta na cabeça do que na parte final do corpo da câmara. Quando a pressão atingia 110
mmHg abaixo da pressão atmosférica na cabeça da câmara, o diferencial de pressão cabeçacorpo era maior que 40 mmHg causado pelo ar que entrava no pulmão. A abertura precoce
da válvula de 5 polegadas no compartimento da cabeça resultava em uma descompressão
explosiva de 100 mmHg, que criava uma exuflação forçada. O fluxo expiratório era
realçado pelo deslocamento perceptível para diante do corpo como um diferencial de
pressão positivo no compartimento do corpo caindo para 0 mmHg com o retorno para a
pressão atmosférica no lado do corpo (Bach et al;1992,1993 ).
Em 1951 o mesmo grupo começou a aplicar o vácuo de aspiração pelo portal do
pulmão de aço para aumentar a insuflação pulmonar por pressão negativa. William Smith
substituiu Gutterman como engenheiro, e também aplicou a pressão positiva pelo portal
com argumento de exuflação forçada. Essa adição, combinada com os esforços de tosse do
paciente, aumentou o fluxo da tosse. Smith então desenvolveu um exuflador muito mais
compacto que podia ser carregado nas mãos. Também em 1951, ele construiu uma válvula
dentro da abóbada auxiliar do pulmão de aço e aplicou -20 mmHg durante o ciclo
expiratório, usando a mesma fonte de exuflação e um conector T.Em 1952, Barach, Beck e
Smith começaram a aplicar pressão negativa na via aérea do paciente através de máscara
facial. Smith desenvolveu o primeiro exsuflador por pressão negativa em um dispositivo
numa caixa de aço; as pressões eram ajustadas controlando velocidades das bombas.
Devido à incitação de Beck, a pressão positiva foi aplicada nas vias aéreas antes da
exuflação forçada. Usando um vácuo portátil Eureka que era uma pequena bomba que
funcionava perfeitamente, Smith completou o primeiro exsuflador utilizando pressão
negativa através máscara facial em junho de 1952. Depois em 1952, Smith auxiliou Rudy
Frohner do O. E. M. a construir o primeiro protótipo de reprodução pra o mercado
americano (Bach,2002).
Em maio de 1953, John Affeldt do Rancho Los Amigos notou que seus
pacientes haviam tentado vários métodos para maximizar o fluxo da tosse, incluindo a
câmara de tosse mecânica de Barach, a sucção a vácuo, compressão manual do abdome e

34
tórax, e insuflação máxima no pulmão de aço, seguido pelo fechamento da glote ate o pico
de pressão positiva que era criado no tanque. Ele relatou estar desapontado por ter sido
incapaz de reverter as atelectasias em vários pacientes utilizando esses métodos. Emerson,
entretanto, notou que fazia muito mais sentido aplicar pressão positiva seguida por pressão
negativa na máscara facial para aumentar o fluxo da tosse e então passou a fazer isso com
os pacientes na câmara de tosse mecânica. Cinco meses depois, OEM, a companhia de
Fagin e Barach associou com Edward, para comercializar o exsuflador com pressão
negativa chamado "Cof-Flator" (Bach,2002).
O cof-Flator entregava MI-E diretamente para as vias aéreas através de peça
bucal, máscara, ou tubo endotraqueal. O cof-flator consiste de um compressor axial de 2
estágios que gradualmente inflava o pulmão por pressão positiva até 40 mmHg durante 2
segundos. A pressão no trato respiratório superior era então diminuída para 30-40 mmHg
abaixo da pressão atmosférica em 0,02 segundos pela rápida abertura de uma válvula
solenóide conectada a um ventilador de pressão negativa. A pressão de insuflação era
independentemente ajustada pelo conforto e eficácia. A pressão negativa era mantida por 13 segundos ((Bach,2002).
Em 1954 Beck e Barach escreveram sobre o Cof-flator: "O resultado da
exuflação por pressão negativa é feita através do alivio da dispnéia obstrutiva como
resultado da imediata eliminação de grande quantidade de secreção purulenta e em um
segundo momento a reversão das atelectasias após 12 horas de tratamento." Embora vários
estudos demonstrassem a eficácia, e nenhum feito lesivo maior, o cof-flator foi abandonado
devido ao aumento do uso da TQT. Entretanto, pacientes que tiveram acesso ao cof-flator
original mantiveram e usaram efetivamente quando necessário. Publicações médicas
ocasionais continuaram a referir o uso efetivo, mesmo fazendo muito tempo que não era
vendido (Bach, Smith e et al 1993; Bach 2002). Os pacientes sem o acesso do cof-flator,
comumente realizavam air-stacking para insuflações máximas, usando ventiladores ou
respiração glossofaríngea (RG), depois a exuflação das vias aéreas era feita usando
aspiradores (Bach,2002).
Em fevereiro de 1993, um novo insuflador-exsuflador mecânico (In-Exsuflator,
J.H. Emerson Co. Cambridge, MA) foi comercializado. O In-exsuflator operava como o
Cof-flator exceto pelo a ciclagem entre a pressão positiva e negativa deveria ser feita

35
manualmente. A ciclagem manual facilitava o cuidador do paciente a coordenar a
inspiração e expiração com a insuflação e exuflação, porém isso também requeria uma mão
adicional para realizar o trust abdominal. Depois, em 1995, um dispositivo com ciclagem
automática começou a ser avaliado. Em 2001 ele foi chamado de Cough Assist
(Bach,2002).

Figura 2.3 Aparelho comercializado atualmente para tosse mecanicamente assistida, Cough Assist.
Fonte: Cough Assist® Philips/Respironics

2.4.1 Introdução ao MI-E
O insuflador-exsuflador mecânico (Cough Assist, J. H. Emerson Co.,
Cambridge, MA) oferta profundas insuflações seguidas imediatamente de profundas
exsuflações. A pressão de insuflação e de exuflação e o tempo de oferta são ajustados
independentemente. A variação da pressão de insuflação para a exsuflação de +40 à -40
cmH2O é a geralmente mais eficaz e de preferência da maioria dos pacientes. O início da
insuflação gera um pico de fluxo insuflatório e uma insuflação pulmonar de mais de 2
litros. Um segundo nível de fluxo insuflatório ocorre quando a exsuflação termina e isto é
devido a um fluxo reverso de ar como se o ar reentrasse no pulmão e o volume retornasse
para a CRF. A exsuflação mecânica gera dois níveis de fluxo exsuflatório. Um ocorre
quando a pressão de insuflação pára e é devido ao recolhimento elástico do pulmão. O
segundo nível de fluxo, o maior deles, é causado pela própria pressão de exsuflação. Exceto
após uma refeição, trusts abdominais são aplicados em conjunto à exsuflação. A MI-E pode
ser realizada via máscara oro-nasal, peça bocal simples ou tubo de traqueostomia ou
translaríngeo (Bach,2002).
O Cough Assist pode ser ciclado manualmente ou automaticamente. A
ciclagem manual facilita o cuidador a coordenar a inspiração e a expiração com a

36
insuflação e a exuflação, porém requer a mão para realizar o trust abdominal, para segurar a
máscara no paciente e ainda ciclar a máquina. Um tratamento consiste de cinco ciclos de
MI-E ou MAC seguido por um curto período de respiração normal ou feito pelo ventilador,
para evitar a hiperinsuflação. As pressões de insuflação e exuflação geralmente vão de +35
a +60 cmH2O para -35 a +60 cmH2O. A maioria dos pacientes utiliza pressões de 35-45
cmH2O para insuflações e exsuflações. O tempo de insuflação e exuflação são ajustados
pra gerar a máxima expansão torácica e o esvaziamento pulmonar, respectivamente. Em
geral, 2-4 segundos são usados. Vários tratamentos são realizados em uma sessão ate que
pare de se eliminar a secreção, e nenhum muco produza dessaturação da hemoglobina. O
uso durante a infecção pulmonar pode ser tão freqüente quanto necessário com intervalo de
pouco minutos, durante as infecções respiratórias. (Bach,2002).
É usado rotineiramente a MI-E via tubos translaríngeos ou de TQT em crianças
com amiotrofia espinhal com menos de 1 ano. Bach et al utiliza de pressões de +35 a +70
para -35 a -70 mmH2O através de um tubo pediátrico fino. A queda severa da pressão
causada por um tubo fino pode não permitir a geração de um fluxo expiratório adequado.
Entretanto, mesmo com essas pressões inadequadas, a secreção pode ser retirada
normalizando a saturação. É necessário determinar como compensar essa queda de pressão
através dos tubos finos.
Um estudo recente mensurou as relações fluxo-pressão através do tubo
endotraqueal e TQT com diferentes diâmetros. Embora apenas pressões positivas tenham
sido utilizadas e a exsuflação tenha sido criada pela queda da pressão positiva para
negativa, a queda nas pressões e nos fluxos com um tubo estreito é comparável, se apenas
pressões positivas e negativas tenham sido utilizadas. O fluxo subiu para 200L/min., apenas
1/3 do fluxo máximo liberado pelo MI-E. O fornecimento de 40cmH2O de pressão de ar
através de um tubo de TQT com um diâmetro de 8.5 mm resultou em um fluxo de 170
L/min, visto que a mesma pressão através de um tubo de 4.5mm (tamanho de um tubo de
mini traqueostomia, 0.5mm menor que um tubo pequeno de adulto) resultou em um fluxo
de 65L/min. A mesma pressão de 40 cmH2O através de um tubo de 5mm resultou em
apenas 70L/min e através de um tubo de 4.5mm apenas 55L/min. Devido os tubos infantis
serem mais finos, a queda deve ser bem maior. Embora na via aérea do adulto, 160L/min
mensurado na boca aparece como um nível crítico para a tosse eficaz, ninguém determinou

37
o nível critico em crianças. Entretanto, baixos fluxos podem ser efetivos na via aérea de
crianças pequenas devido a efetividade da tosse ser mais em função da velocidade do ar do
que do fluxo (Bach,2002).
O uso da MI-E através das vias aéreas superiores podem ser eficazes para
crianças mais novas que 11 meses. Alguns pacientes podem acosturmar-se com a MI-E e
permitir o uso eficaz parando de chorar ou de fechar a glote. Entre 2.5 e 5 anos, a maioria
das crianças se torna hábil para cooperar e tossir de acordo com a MI-E (Bach,2002).
Seja através da via aérea superior ou através de tubos invasivos, a rotina de
aspiração geralmente não atinge o brônquio esquerdo em 90% das vezes. A MI-E em
compensação promove o mesmo fluxo de exuflação em ambos os brônquios sem o
desconforto ou o trauma de vias aéreas devido à aspiração e pode ser eficaz quando a
aspiração não pode ser utilizada. Os pacientes geralmente preferem a MI-E pelo conforto e
eficácia e acham menos cansativo. A aspiração traqueal, seja através da via aérea superior
ou de tubos invasivos, pode ser incomoda na maioria dos pacientes (Bach,2002).

2.4.2 A eficácia da insuflação-exuflação mecânica( MI-E)
A eficácia da MI-E foi demonstrada tanto em modelos com animais quanto em
humanos. A geração de fluxo é adequada nas vias aéreas proximais e distais para eliminar
efetivamente as secreções. Apesar de ter ocorrido algumas quedas de saturação de O2
(dSpO2) durante a MI-E, a capacidade vital, taxa de fluxo pulmonar e saturação anormal
melhoraram imediatamente com a limpeza de secreções pelo MI-E. Um aumento na
capacidade vital de 15-42% foi notado imediatamente após o tratamento em 67 pacientes
com "dispnéia obstrutiva" e um aumento de 55% na capacidade vital foi notado após a MIE em pacientes com doenças neuromusculares. Bach et al observaram a melhora de 15400% (200-800 ml) na capacidade vital e normalização da saturação com o uso da MI-E em
pacientes ventilador-assistidos com doença neuromuscular e infecções pulmonares.
(Bach,2002).
Um aumento significativo no PCF também foi demonstrado com o uso da MI-E
em pacientes com poliomielite, bronquiectasia, asma e enfisema pulmonar. O uso da MI-E
através do tubo de TQT demonstrou ser eficaz para reverter atelectasias agudas associadas

38
à secreções produtivas nas vias aéreas; (Bach, Smith e et al; 1993) entretanto, foi notado
que o PCF foi maior quando a MI-E foi aplicada pela máscara ( Bach, Alba et al; 1992)
Barach e Beck demonstraram melhoras clínicas e radiológicas em 92 dos 103 pacientes
com infecção no trato respiratório superior com o uso do MI-E. Eram incluídos 72
pacientes com doença broncopulmonar e 27 com condições neuromusculares ou
esqueléticas, incluindo a poliomielite (Bach, Smith, et al 1993.). A MI-E foi mais efetivo
em condições Outro estudo reportou que a MI-E foi eficaz em comparação com a aspiração
traqueal e outras técnicas de fisioterapia pulmonar (Bach,2002).
De acordo com Bach et al a MI-E permitiu a extubação de pacientes
neuromusculares após anestesia geral apesar da falta de tolerância respiratória e
subseqüente manejo da ventilação não invasiva (VNI). A MI-E também permitiu que se
evitasse a intubação ou que realizasse a extubação rapidamente em pacientes
neuromusculares com falha respiratória aguda com nenhuma tolerância respiratória e
grande quantidade de secreções devido à infecção pulmonar. Em um protocolo com tosse
manualmente assistida, feedback pela oximetria e uso domiciliar de VNI, a MI-E diminuiu
efetivamente as hospitalizações, as complicações respiratórias e a mortalidade em pacientes
com doença neuromuscular. Isso pode não ser tão eficaz se o paciente não for
suficientemente cooperativo para manter as vias aéreas abertas, se houver uma obstrução
fixa nas vias aéreas superior ou inferior, ou se as vias aéreas colapsarem durante a
exuflação não permitindo que o PCF exceda a 160 L/min em adultos. Estes problemas são
mais comuns em pacientes com ELA bulbar avançada (Bach,2002).

2.4.3 Segurança da insuflação-exsuflação mecânica
Bach et al observaram que a aplicação de uma pressão negativa de 40-50
cmH2O não apresenta qualquer efeito deletério nos tecidos pulmonares. Notaram também
que como a pressão negativa aplicada nas vias aéreas é análoga à pressão positiva na
superfície dos pulmões durante tosse normal, era improvável que essa pressão negativa
poderia ser mais lesiva aos pulmões que o gradiente de pressão normal da tosse. Alem
disso, desde que foi reportado que o volume expiratório de primeiro segundo (VEF1)
aumentava apenas após a MI-E, nenhuma obstrução de vias aéreas fixas é causada pelo

39
ciclo de exuflação da MI-E. Bickeerman não encontrou evidências de danos no
parênquima, hemorragias, lesões alveolares, bolhas enfisematosas no pulmão de animais
tratados com MI-E. Barach e Beck não reportaram sérias complicações em 103 pacientes
tratados com mais de 2000 cursos de MI-E e nenhum paciente quando a MI-E era
interrompida. Eles notaram que o aparecimento transitório inicial de muco com rajas de
sangue em poucos pacientes provavelmente originou da parede bronquica após o
descolamento da secreção. Imediatamente após a eliminação inicial da secreção com rajas
de sangue, uma grande quantidade de secreção mucopurulenta foi eliminada indicando que
"a obstrução da área atelectasiada tinha sido aliviada". Em um estudo, 1 de 19 pacientes
reclamou de náusea transitória associada com a iniciação da MI-E. A náusea passava com o
uso continuo ( Bach, Smith, et al 1993) Pacientes com feridas no abdome ou tórax
reportaram menos dor na ferida durante a MI-e do que na tosse espontânea. Nenhum
incidente de aspiração de conteúdo gástrico foi relatado em humanos ou cães anestesiados.
Nenhum relato de efeitos colaterais foi divulgado em mais de 6000 tratamentos em mais de
400 pacientes que utilizaram a MI-E e sofriam principalmente de doença pulmonar.
Nenhuma publicação contradisse os relatos de eficácia ou descreveu complicações
significantes da MI-E. Mesmo quando usado após cirurgia abdominal ou cirurgia extensa
da parede torácica, nenhum rompimento das suturas foi notada. (Bach,2002).
Bach et al também não observaram sérias complicações da MI-E em milhares
de aplicações em centenas de pacientes, a maioria deles com fraqueza neuromuscular,
sendo vários com uso regular da MI-E por mais de 50 anos seguidos, desde o Cof-flator
disponível desde 1952 ou o In-exsuflator disponível para comercialização desde 1993.

2.4.4 Fisiologia da insuflação-exsuflação mecânica
Os efeitos fisiológicos da MI-E tem sido estudados profundamente. A pressão
venosa periférica, mensurada na veia cubital anterior, aumentou levemente durante a
exuflação. Isto é relativo à 1/3 do aumento visto durante uma tosse normal. A pressão
arterial aumentou em uma média de 8 mmHg na sistólica e 4 mmHg na diastólica. O pulso
pode aumentar ou diminuir durante a MI-E, e as mudanças no ECG reflete a rotação do
coração nos picos de volume inspiratório. O aumento na pressão intragástrica é de 26

40
mmHg durante o MI-E e 85 mmHg durante a tosse normal.87 Com apenas a
hiperinsuflação, a queda na débito cardíaco correlacionou com o aumento no volume
corrente , porém não ao aumento no pico de pressão inspiratória, e o débito retornou aos
valores basais com 15 minutos de recuperação. (Bach,2002).
Dayman encontrou, em pacientes com enfisema, a produção de altas pressões
intratorácicas durante a fase de fechamento da glote na tosse não assistida e em seqüência a
queda da pressão resultando em uma diferença de pressão maior ainda entre o alvéolo e o
lumem do bronquíolo que em pessoas normais. O alto gradiente de pressão alvéolobronquial pode resultar em fechamento dos brônquios e obstrução do fluxo exalatório. O
aparecimento do colapso traqueobronquial é muito maior durante a tosse do que a
exuflação forçada. A tosse é assim, menos efetiva. Parte dos benefícios da MI-E para
pacientes com DPOC é explicado pelo fato de altos fluxos expiratórios ocorrerem com
baixas pressões intratorácicas. Foi sugerido que pacientes com DPOC ou doença pulmonar
intrínseca grave devessem praticar MI-E passiva. (ex: eles devem deixar a via aérea aberta
passivamente e não tentar tossir durante a exuflação) (Bach,2002).

41

3 METODOLOGIA

A Metodologia envolveu essencialmente três etapas distintas, a saber:
·

Definição Geral do sistema a ser desenvolvido seguida de seu projeto;

·

Montagem do Sistema;

·

Avaliação qualitativa com verificação de funcionamento do sistema

3.1 Avaliação do Projeto do Sistema de Tosse Assistida
A meta a ser atingida no projeto mecânico era de se obter um sistema que
produzisse as condições necessárias para promover a tosse eficaz, de acordo com a
discussão anterior. Isto significava em outras palavras a produção de um sistema que fosse
capaz de gerar um alto fluxo respiratório (vazão) de até 10L/s por meio da variação rápida
de pressão positiva (40cmH2O) para negativa (40cmH2O) pela máscara facial ou bocal,
simulando o mecanismo de tosse fisiológico.
Cabe acrescentar que, embora estes parâmetros sejam satisfatórios, como
referência para o trabalho atual e provavelmente atendam a toda a faixa necessária de
utilização clínica os dados sobre as condições que promovem a tosse eficaz são ainda
incompletos e por vezes controversos. Considere-se ainda ser controversa a definição sobre
valores médios e de pico, que por vezes introduzem demandas desnecessárias no projeto do
equipamento. Optou-se, portanto por uma faixa mais ampla que deveria garantir uma
operação satisfatória. Para tanto, foram consideradas diversas possibilidades.
Além disto, as seguintes características gerais deveriam ser observadas, isto é, o
equipamento deveria apresentar:
1. Baixo custo de produção e operação
2. Facilidade de manutenção
3. Facilidade em se obter componentes de reposição e para compra inicial
4. Baixo nível de ruído
5. Portabilidade

42
6. Segurança para o paciente, na forma mais ampla possível (de assepsia, até risco de
falha, que colocasse a vida do paciente em risco).
7. Possibilidade de utilização tanto em condição hospitalar (recursos especiais) como em
residências (sem instalação específica).
Foram inicialmente consideradas três soluções gerais de projeto:
a) Utilização de um sistema de duas câmeras, alimentados por uma bomba de vácuo e
um compressor.
b) Utilização de um sistema com bombeamento alternativo com câmeras de
compressão e depressão;
c) Utilização de um sistema semelhante ao b) com uso de compressores múlti-pistão,
semelhante aquele utilizado em sistemas frigoríficos.
d) Um sistema com compressão obtendo-se o sistema de pressão negativa com o uso
de um ejetor.
Em um primeiro momento todos os sistemas acima apresentam vantagens e
desvantagens. Isto está resumido na tabela seguinte. O sistema escolhido e desenvolvido
está tratado em detalhe nos itens que se seguem (QUADRO. 3.1).

Quadro 3.1
Comparativo de soluções de projeto.

Solução
a)

Caracteríticas


Desvantagens

Boa eficiência na operação Consumo elétrico mais alto

mecânica


ainda que se possa usar

Conceito

direto

Boa

segurança

e instalação domiciliar


aparentemente simples


Obs:

para

o

Instalação complexa
Problemas com peças de

paciente

reposição





Tamanho maior



Comprometimento

Manutenção média

de

portabilidade
b)



Eficiência de projeto



Custo médio

Projeto

43


Eficiência

de

operação

Custo da segurança para interessante

razoável

o



Baixo peso

restringir carga direta no eficiência



Portabilidade

paciente)



Menor número de partes

móveis que o anterior

paciente

alto

(para por sua

apenas.

Conceito mecânico mais

complexo
básico

com

elemento

gerando

funções

antagônicas


Manutenção onerosa e

complexa


Dificuldade em se obter

componentes

c)



Baixo Custo



Sistema eficiente como um o



Custo da segurança para Projeto
paciente

alto

(para interessante

todo

restringir carga direta no por



Projeto Simples

paciente)



Peso Médio





Portabilidade Média

complexo

eficiência

Conceito mecânico mais apenas

básico

com
gerando

elemento Obtenção

de

funções componentes

antagônicas


sua

dificuldade

Manutenção onerosa e média

complexa

d)



Baixo Custo





Boa portabilidade

fonte



Excelente segurança para o externa

Necessidade
de

ar

de

uma A melhor

comprimido concepção. A
única

paciente





Baixíssima manutenção

comprimido,



Peso médio

de todo sistema com ejetor.

Perda constante de ar desvantagem
característica pode ser
contornada

44


Componentes

móveis

reduzidos

sem maiores
problemas

3.1.1 Sistema escolhido, solução d)
A fonte de ar comprimido não chega a ser uma grande dificuldade uma vez que
um pequeno compressor amador pode ser colocado na residência e/ou em outro local
desejado, pois pode operar de uma tomada convencional. Seu custo baixo viabiliza troca
total e rápida em caso de falha por ser independente do equipamento. Um hospital tem
sempre, é claro, pontos de ar comprimido e em estudos futuros a colocação direta do deste
protótipo no ar comprimido hospitalar diminui o custo, pois este ar já é respirável e não
precisa assim de tratamento,podendo ser retirado os filtros de tratamento de ar e a dimensão
com a diminuição de peças.
A separação da fonte geradora de ar tem ainda como vantagem, viabilizar a
separação física, com o intuito de se reduzir ruído e calor e aumentar-se a segurança para o
paciente.

3.2 Montagem do Sistema

Este sistema (produzido e montado com o suporte da empresa Acser
Automação Comércio e Serviços Ltda e com suporte do sr. Heiser Cardoso).é alimentado
por um sistema pneumático convencional, sendo sua saída condicionada com o uso de uma
série de dispositivos pneumáticos, tomando-se cuidado de garantir condições de assepsia e
segurança ao paciente. Abaixo este sistema é apresentado em forma de diagrama de sistema
pneumático (norma ABNT ) (FIG 3.1a) e diagrama de blocos (FIG 3.1 b )

45

Figura 3.1 a) Diagrama pneumático do dispositivo.

46

Figura 3.1 b) Diagrama de blocos

As fotos que se seguem mostram a localização física dos componentes e
permitem visualizar detalhes de ergonomia.

47

50 cm

LIGA/DESLIGA
REGULADOR
DE PRESSÃO

REGULADOR DE
VAZÃO
PRESSOSTATO
DIGITAL

VÁLVULA DE
ACIONAMENTO
MANUAL

20 cm
SAÍDA DE CONEXÃO COM
O PACIENTE

0 cm

0___________________________________40 cm
Figura 3.2 Foto do projeto de insuflação e exsuflação mecânica.

48

CONVERSOR DE ENERGIA

REGULADOR
PRESSÃO

FILTROS DE AR

REGULADOR
VAZÃO

FONTE DE AR
COMPRIMIDO

Figura. 3.3 Foto interna do projeto de insuflação e exsuflação mecânica.

49

LIGA/DESLIGA

REGULADOR
PRESSÃO

PRESSOSTATO
DIGITAL

REGULADOR
VAZÃO

VÁLVULA MANUAL
EJETOR DE VÁCUO

Figura. 3.4 Foto interna do projeto de insuflação e exsuflação mecânica.

3.2.1 Fonte de ar comprimido
O ar comprimido utilizado para fins terapêuticos deve ser isento de óleo e de
água, desodorizado em filtros especiais e gerado por compressor com selo d'água, de
membrana ou de pistão com lubrificação a seco. No caso de utilização de compressores
lubrificados a óleo, é necessário um sistema de tratamento para a retirada do óleo e de
odores do ar comprimido.A qualidade do ar respirável corresponde ao Padrão ABNT ­
NBR 12543 indicado para respiradores (ANEXO A).
O ar medicinal deve ser produzido de acordo com os s limites máximos de
poluentes toleráveis apresentados na tabela abaixo:

50

Tabela 3.1
Especificações dos limites máximos de poluentes toleráveis no ar comprimido medicinal

Substâncias

Quantidade

N2

Balanço

O2

20,9%

CO

5 ppm max.

CO2

350 ppm max.

SO2

0,016 ppm Max

NOx:

0,0255 ppm max.

Óleo/partículas sólidas:

0,1 mg/m³

Fonte: ANVISA,2002.

Qualquer compressor pode ser utilizado para suprir o sistema desde que este
esteja de acordo com os dados citados acima e apresente a possibilidade de pressão de 0,04
bar e vazão de até 10 l/s que são necessários para o uso terapêutico do aparelho.

3.2.2 Filtro separador de água: AMG 350-F04BD( SMC)
Este filtro foi acoplado no sistema com o objetivo de eliminar as gotículas
de águas condensadas na linha de ar. A série AMG de acordo com o fabricante SMC
remove 99% de toda a água na linha de ar. Este aparelho é fornecido com dreno
automático padrão (FIG 3.5). Especificações técnicas em anexo (anexo C).

51

Figura 3.5 Ilustração do filtro AMG
Fonte: Cedido pela empresa ACSER-AUTOMAÇÃO.

3.2.3 Filtro regulador AW40-F04E(SMC)
A Série AWD40-F04E é um conjunto composto por um filtro regulador
(manômetro embutido e apresentando indicador de limite de pressão) com um filtro submicrónico integrados para permitirem os melhores resultados em aplicações que envolvem
operações de ar limpo. (Índice nominal de filtragem: 0.01 m - dimensão de 95% das
partículas filtradas (FIG 3.6). Especificações técnicas em anexo (anexo D).

Figura 3.6 Ilustração do filtro AW40
Fonte: Cedido pela empresa ACSER-AUTOMAÇÃO.

52
3.2.4 Filtro de eliminação de odores AMF(SMC)
O filtro AMF foi acoplado ao sistema para eliminar os odores através de um
elemento filtrante à base de carvão ativo. O cartucho consta de 13 camadas de carvão, em
vez das duas usualmente utilizadas. Estas unidades foram projetadas para utilização,
principalmente, nas indústrias de alimentação, farmacêuticas,sistemas de ventilação e em
aplicações onde os odores devem ser eliminados(FIG 3.7). Especificações técnicas em
anexo (anexo E).

Figura 3.7 Ilustração do filtro AMF
Fonte: Cedido pela empresa ACSER-AUTOMAÇÃO.

3.2.5 Regulador de pressão de precisão IR2000-F04 (SMC)
Usado para regular a pressão do sistema pneumático. Num primeiro momento
foi colocado o regulador para manter a pressão máxima de 0,10 bar. Este regulador tem
como objetivo proporcionar um sistema de segurança para o paciente já que esta pressão
não irá ultrapassar a predeterminada (0,10bar). Esta predeterminação é feita somente pelo
fabricante ou uma pessoa autorizada.Num segundo momento o outro regulador varia de ­
0,07 a +0,07 bar para que possa regular a pressão ideal para o tratamento definido para
aquele paciente. Estas pressões estão de acordo com a apresentada na literatura como
pressão que obtiveram resultado positivo durante o tratamento de tosse mecanicamente
assistida sem risco para o paciente (FIG 3.8). Especificações técnicas em anexo (anexo F).

53

Figura 3.8 Regulador de pressão IR 2000-F04
Fonte: Cedido pela empresa ACSER-AUTOMAÇÃO.

3.2.6 Regulador de vazão(fluxo) AS3500-F02 (SMC)
O regulador de vazão também foi disposto em dois momentos igualmente o
regulador de pressão.Primeiramente foi colocado como dispositivo de segurança tendo
como resultado uma vazão máxima de 10 l/s e com possível alteração somente por uma
pessoa autorizada e posteriormente outro com regulagem para o tratamento indicado para o
paciente. Os estudos presentes na literatura até o momento não apresentam uma vazão
especifica, somente citam uma vazão mínima de 3 l/s e uma máxima de 10 l/s como
apropriadas (FIG 3.9). Especificações técnicas em anexo ( anexo G)

54

Figura 3.9 Ilustração do regulador de vazão AS
Fonte: Cedido pela empresa ACSER-AUTOMAÇÃO.

3.2.7 Válvula de acionamento manual VH410-04 (SMC)
A válvula de acionamento manual possui 3 posições: pressão positiva (desviada
para direita),desligada( no meio),pressão negativa (desviada para esquerda). Sendo assim é
possível controlar manualmente o momento adequado para cada pressão de acordo com o
principio da tosse mecanicamente assistida (FIG 3.10). Especificações técnicas em anexo
(anexo H).

Figura 3.10 Ilustração da válvula de acionamento VH
Fonte: Cedido pela empresa ACSER-AUTOMAÇÃO.

55
3.2.8 Ejetor de vácuo ZL112-G (SMC)
Em alguns dos geradores de vácuo podem ser acoplados sensores de vácuo,
silenciadores e filtros, de forma que é possível gerar o vácuo, confirmar a presença da peça
e evitar que as impurezas contidas no ar passem para o sistema de vácuo prejudicando seu
funcionamento. Este conjunto completo que configura todo um sistema de vácuo, é também
chamado de módulo de geração (ou ejetor) de vácuo. Porém, seja elétrico, totalmente
pneumático ou multi-estágios o princípio de funcionamento, já descrito na revisão
bibliográfica, da geração de vácuo é o mesmo para todos os modelos. O que os difere é a
vazão de sucção de cada modelo. O ZL112-G foi escolhido por ter a vazão de sucção
compatível com a necessária para o tratamento. (FIG.3.11). Especificações técnicas em
anexo (anexo I).

Figura 3.11: Ilustração do ejetor de vácuo ZL
Fonte: Cedido pela empresa ACSER-AUTOMAÇÃO.

3.2.9 Pressostato digital de precisão ISE30-01-65-L(SMC)
É utilizado para medir e informar a pressão operacional. O Fisioterapeuta ou a
pessoa responsável através do pressostato visualiza a pressão positiva e negativa necessária
para o tratamento. Este apresenta ainda a possibilidade de manter a pressão positiva de
vermelho e a negativa de verde (ou vice-versa, como desejar) proporcionando um melhor
feedback para o terapeuta (FIG.3.12).Especificações técnicas em anexo.

56

Figura 3.12 Ilustração do pressostato digital
Fonte: Cedido pela empresa ACSER-AUTOMAÇÃO.

3.3 Circuito que interliga o protótipo ao paciente
3.3.1 Tubo de respiração (Traquéia)
Tubo flexível com diâmetro interno de 22mm e com 1 metro de
comprimento.(FIG. 3.13). Facilmente encontrada nas lojas que comercializam materiais
médicos.

Figura 3.13: Ilustração do tubo de respiração (traquéia)
Fonte: Traquéia De PVC 22mm x 120cm - Protec

57
3.3.2 Filtro bacteriano/viral
Usado para diminuir riscos de infecções do trato respiratório e contaminação do
sistema interno.(FIG.3.14) Facilmente encontrada nas lojas que comercializam materiais
médicos.

Figura 3.14: Ilustração do filtro bacteriano/viral
Fonte: Arquivo pessoal

3.3.3 Interface
A interface do paciente dependerá das condições que o mesmo se encontra. Se o
paciente estiver traqueostomizado ou entubado usará uma conexão para ligar o tubo
respiratório a traqueostomia (TQT) (FIG.3.15a). Para pacientes sem TQT é usada uma
mascara normalmente de silicone, pois protege a pele e é mais confortável. A máscara varia
de tamanho de acordo com a idade e tamanho do indivíduo. (FIG.3.15b)

Figura 3.15a Ilustração da conexão para uso do

Figura 3.15b: Ilustração das máscaras para interface

sistema em paciente com TQT

Fonte: Máscara para ambu Silicone universa

58
3.4 Avaliação do Sistema Desenvolvido
Na última etapa da Metodologia foi realizada uma verificação funcional do
equipamento fabricado. Para tanto o sistema foi instalado no CPH-UFMG, local escolhido
pela disponibilidade de equipamento de medição.
Na primeira etapa foi feita uma avaliação qualitativa visual, com auxílio de um
pulmão de teste adulto (500ml) para se verificar se as faixas eram atingidas visualmente,
utilizando-se a experiência obtida em trabalho clínico e estudo comparativo com máquina
industrialmente produzida e compatível com o caso.
Na segunda etapa o sistema foi medido com sistemas que permitem leitura
dinâmica e instantânea de pressão, tendo sido utilizado novamente o pulmão artificial para
que o sistema operasse com carga.
Os resultados desta segunda fase estão apresentados no texto que se segue.

59

4 RESULTADOS

4.1 Medição e Verificação do Funcionamento
Para a verificação das faixas de funcionamento foi utilizado um transdutor de
pressão da marca SALCAS (Modelo: TP/ST 18 ;Faixa: -1,0 a + 1,1 bar;Alimentação 10 a
30 V DC;Saída: 4 a 20 mA) conectado logo a entrada da mangueira de saída da máscara Os
dados de saída foram lidos com um sistema de aquisição (placa de aquisição de dados da
National Instruments, modelo: PXI-1042). Futilizou-se um programa no ambiente
LABView previamente desenvolvido em outro projeto mas adequado por ter sido
desenvolvido para o mesmo tipo de transdutor.
Foi feita uma rápida calibração inicial com dados da pressão de referência
(igual a ambiente) para se corrigir os desvios da instrumentação.
A leitura da vazão foi apenas estimada por comparação, verificando-se que o
sistema conseguia encher e esvaziar o pulmão artificial. A leitura instantânea requerida da
vazão demandaria um sistema de medição de vazão de alta velocidade não disponível. Foi
medida a pressão em função do tempo apresentada nos gráficos seguintes:

60

Gráfico 4.1 Variação da pressão negativa.

O gráfico 4.1 demonstra a variação da pressão negativa em relação a um tempo
estipulado de aproximadamente de 10 segundos para cada pressão estipulada no aparelho
desenvolvido neste estudo por meio do medidor de pressão digital interno. Os valores
variaram de - 0,10 a 0 bar

61

Gráfico 4.2 Variação da pressão positiva.

Já o gráfico 4.2 demonstra a variação da pressão positiva em relação a um
tempo estipulado de aproximadamente de 10 segundos para cada pressão estipulada no
aparelho desenvolvido neste estudo através do seu pressostato digital interno. Os valores
variaram de - 0,10 a 0 bar (0; -0.01;-0,02;-0,03;-0,04;-0,05;-0,06;-0,07;-0,08;-0,09;0,10).

62

Gráfico 4.3 Variação da pressão negativa e positiva.

O gráfico 4.3 mostra a variação da pressão positiva e negativa primeiramente
com intervalo de 10 segundos em seguida variação rápida da pressão positiva para negativa
( 2 segundos).
Através do pressostato externo (SALCAS) neste teste a pressão atingiu os
valores positivos e negativos usado pela literatura para tratamento de pacientes com tosse
ineficaz e foi visualizada a variação rápida da pressão positiva para negativa essencial para
a eficácia do tratamento.

63

5 DISCUSSÃO

O presente estudo teve como objetivo criar um protótipo capaz de fornecer uma
variação rápida da pressão positiva para negativa. O projeto foi desenvolvido em conjunto
com a equipe da empresa Acser Automação Comércio e serviços LTDA.
Os dados obtidos através da medição do transdutor de pressão mostram que o
aparelho conseguiu atingir as pressões compatíveis com as da literatura, mantendo uma
variação rápida da pressão positiva para negativa. A maioria dos pacientes utiliza pressões
de 35-45 cmH2O para insuflações e exuflações. Em estudo recente Bach usou pressões de 70 a +70 cmH2O devido ao menor calibre de tubo endotraqueal usado em pediatria.
O tempo de insuflação e exuflação são ajustados pra gerar a máxima expansão
torácica e o esvaziamento pulmonar, respectivamente. Em geral, 2-4 segundos. De acordo
com a leitura de pressão feita pelo transdutor foi demonstrado que o protótipo realiza rápida
variação de pressão positiva para negativa atingindo os valores de 2-4 segundos usados na
literatura.
O projeto deste estudo apresenta algumas limitações ao ser construído com
peças industriais, sendo necessário uma regulagem mais sensível para que seja
comercializado. É necessário ainda um estudo mais específico da relação da pressão com a
vazão deste equipamento.
A intenção inicial de se fazer uma modelagem de Mecânica dos Fluidos da
montagem foi posteriormente descartada pelos seguintes motivos:
01) a carga ao final da linha não é suficientemente conhecida para permitir este
tipo de analise. Mesmo no sistema respiratório saudável que é mais estudado ainda
apresenta incertezas grandes com relação à carga fluídica proporcionada pelos alvéolos, o
que por se si só já justificaria um trabalho especifico de pesquisa.
02) os componentes foram aproveitados de instalações industriais e, portanto
superdimensionados, acredita-se ser necessário uma melhor análise para o produto final, já
para produção em escala maior.
O custo do aparelho foi reduzido com este protótipo a 70% do aparelho
comercializado, porém o aparelho comercializado encontra-se mais leve do que o

64
desenvolvido por este estudo. Com o desenvolvimento de peças específicas para este
protótipo este tem condições de ter suas dimensões reduzidas, tornando-o mais competitivo
em relação ao produto já existente. O protótipo apresentou maiores dimensões
principalmente devido aos filtros usados para tratamento do ar comprimido, estes podem
ser retirados com uso de um compressor que já apresente este tratamento internamente ou
usado diretamente com o ar comprimido tratado da tubulação hospitalar.
Este estudo demonstra a importância da interação da engenharia mecânica com
a área da saúde para aperfeiçoar os tratamentos fornecidos pelos profissionais e intensificar
a produção nacional de aparelhos desta área. A utilização de produtos nacionais facilita a
manutenção e diminui o custo de aquisição.
Uma tosse normal requer uma insuflação inicial de cerca de 85 a 90% da
capacidade pulmonar total. O pico normal de fluxo de tosse oscila entre 6 e 17 l/seg. A
musculatura expiratória de pacientes com doenças neuromusculares freqüentemente não
tem poder para criação de um fluxo adequado para a expulsão das secreções. Pacientes com
pico de fluxo de tosse menor que 160 l/min não possuem fluxo adequado para remoção de
secreções e necessitam auxílio para viabilizar esta função. (Bach,2000)
O comprometimento da força da musculatura respiratória pode ocorrer em
várias doenças dos nervos e dos músculos, prejudicando a eficiência da tosse. No estado
atual da terapêutica disponível no Brasil para estes doentes, pode-se dizer que a morbidade
e mortalidade nestes indivíduos está mais associada ao fato de que eles tossem mal do que
de que ventilam mal (Paschoal,2007).
É importante salientar que só existe um aparelho comercializado no momento e
que este estudo é pioneiro em tentar criar um protótipo nacional para atender inúmeros
pacientes que apresenta um mecanismo de tosse ineficaz. Mesmo apresentando algumas
limitações este estudo é de suma importância para que sejam realizadas mais pesquisas na
produção de um aparelho nacional de baixo custo para realizar a tosse mecanicamente
assistida. Na atual realidade que a saúde do país se encontra, adquirir aparelhos fabricados
somente no exterior aumenta significativamente o custo do tratamento de pacientes com
uma tosse ineficaz, sendo de grande valia estudos que tem como intuito encontrar
possibilidades para produção nacional.

65

6 CONCLUSÕES

No presente estudo foi construído um protótipo que proporciona uma variação
suficientemente rápida da pressão positiva para a pressão negativa para provocar uma tosse
dentro dos valores encontrados na literatura. A principal diferença significativa do aparelho
já existente em relação ao protótipo do estudo é que este foi produzido através de um
sistema pneumático.
Só existe um aparelho comercializado até o momento e este estudo é pioneiro
em tentar criar um protótipo nacional para atender uma grande sociedade que se beneficiará
da tosse mecanicamente assistida.

66

7 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

O presente estudo ainda apresenta algumas limitações principalmente por ser o
primeiro aparelho de tosse mecanicamente assistida construído no departamento de
Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Belo Horizonte. Como o aparelho foi
desenvolvido através de peças industriais já existentes no mercado são necessários estudos
adicionais para aprimoramento do aparelho desenvolvido. Dentro dos trabalhos futuros a
serem desenvolvidos estão:
1. Aperfeiçoamento da regulagem da pressão.
2. Estudos dos comportamentos da vazão e da pressão.
3. Verificação metrológica do aparelho.
4. Realizar a validade concorrente com o aparelho já existente no
mercado.
5. Planejamento e realização de testes clínicos
6. Estudar a possibilidade de uso direto com a rede de ar comprimido
hospitalar.

67
"MECHANICAL DEVICE WHICH PROMOTES PULMONARY INSUFFLATION
AND EXSUFFLATION"

ABSTRACT

The cough is an important means of pulmonary defense as we are led to pathological
situations, with progressive accumulation of secretion in the tracheobronchial tree. Patients
with neuromuscular pathologies are prone to recurrent infections in the respiratory system
due to the excessive and permanent accumulation of secretion (mucociliary clearance
inefficiency) resulting from the deficiency of the coughing mechanism and from the
inability to keep an adequate pulmonary volume. Patients having trouble with mucociliary
clearance need respiratory physiotherapy which consists of manual or mechanical
techniques that help the pulmonary mechanism, aiming at an effectual cough and an
adequate pulmonary volume. There are patient-supportive procedures which are meant to
help patients while they cough, and such cough is assisted manually and mechanically.
Among those procedures, one that promotes the best results in patients with ineffectual
cough makes use of a mechanical system that favors the maximum insufflation movement,
followed by exsufflation, allowing mechanically-assisted cough. Its widely proven
efficiency aside, the only device existing on the market is imported and has a high price,
thus making it harder for patients to have access to it. Within that context there was the
need to design a device to mechanically assist the cough. We show here the development of
a mechanical device capable of generating high respiratory flow (outflow) of up to 10¯¹ m³ /
s through fast variation of positive pressure of up to 7x104 Pa to a negative pressure of up
to 7x104 Pa, according to literature, through the face or the mouth, simulating the
mechanism of coughing. This system is fed by a conventional pneumatic system, its exit
being conditioned to a series of pneumatic devices, making sure of the use of an aseptic
environment and observing the safety of the patient. The prototype reached the positive and
negative levels of pressure used by literature for the treatment of patients with ineffectual
coughing, and a fast variation of positive pressure to negative could be observed, which is
essential to the treatment's efficiency.
Key words: mechanical assisted cough, pulmonary in-exsufflation, pneumatic medical
systems and pneumatic system.

68

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70
23. Paschoal IA, Villalba WO, Pereira MC: Insuficiência Respiratória Crônica nas
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24. Postiaux G: Fisioterapia Respiratória Pediátrica o tratamento guiado por asculta
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25. Pryor J: Depuração mucociliar IN: Elizabeth Ellis & Jennifer Alison. Fisioterapia
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31. Vianello A, Corrado A, Arcaro G, Gallan F, Ori C, Minuzzo M, Bevilacqua M:
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32. Van Der Schans CP, Postma DS, Koëter GH, Rubin BK: Physiotherapy and
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33. West JB: Fisiologia Respiratória, 6ª edição,Editora Manole Ltda,2002.
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36. II Diretrizes Manejo da Tosse. J.brás.pneumol.32 suppl.6 São Paulo Brasileiras,
2006.

71

ANEXO A
Padrão ABNT ­ NBR 12543 indicado para respiradores

72

ANEXO B
Valores médios da função pulmonar de acordo com o sexo e altura.
Fonte: Disorders of the respiratory tract in children.Victor Chrornic and Edwin L
Kendig JR.; 1990

VALORES MÉDIOS (50%) DA FUNÇÃO PULMONAR EM CRIANÇAS
ALTURA

CVF(litros)

Cm

ln

Meninos

Meninas

100
102
104
106
108
110
112
114
116
118
120
122
124
126
128
130
132
134
136
138
140
142
144
146
148
150
152
154
156
158
160
162
164
166
168
170
172
174
176

39.4
40.2
40.9
41.7
42.5
43.3
44.1
44.9
45.7
46.5
47.2
48.0
48.8
49.6
50.4
51.2
52.0
52.8
53.5
54.3
55.1
55.9
56.7
57.5
58.3
59.1
59.8
60.6
61.4
62.2
63.0
63.8
64.6
65.4
66.1
66.9
67.7
68.5
69.3

1.00
1.03
1.08
1.14
1.19
1.27
1.32
1.40
1.47
1.52
1.60
1.69
1.75
1.82
1.90
1.99
2.07
2.15
2.24
2.35
2.40
2.50
2.60
2.70
2.79
2.88
2.97
3.09
3.20
3.30
3.40
3.52
3.64
3.78
3.90
4.00
4.20
4.20
4.20

1.00
1.00
1.07
1.10
1.19
1.24
1.30
1.36
1.41
1.49
1.55
1.62
1.70
1.77
1.84
1.90
2.00
2.06
2.15
2.24
2.32
2.40
2.50
2.59
2.68
2.78
2.88
2.98
3.09
3.18
3.27
3.40
3.50
3.60
3.72
3.83
3.83
3.83
3.83

VEF1(L)

0.70
0.75
0.82
0.89
0.97
1.01
1.10
1.17
1.23
1.30
1.39
1.45
1.53
1.59
1.67
1.72
1.80
1.89
1.98
2.06
2.11
2.20
2.30
2.39
2.48
2.57
2.66
2.75
2.88
2.98
3.06
3.18
3.29
3.40
3.50
3.65
3.80
3.80
3.80

FEF 25-75%

PFE

L/min

L/seg

L/min

L/seg

55
60
64
70
75
80
86
90
96
100
105
110
118
121
127
132
139
142
149
153
159
163
170
173
180
183
190
195
200
205
210
215
220
225
230
236
241
246
251

0.91
1.00
1.06
1.17
1.25
1.33
1.43
1.50
1.60
1.67
1.75
1.83
1.97
2.01
2.12
2.20
2.32
2.37
2.48
2.55
2.65
2.72
2.83
2.88
3.00
3.05
3.17
3.25
3.33
3.42
3.50
3.58
3.67
3.75
3.83
3.93
4.01
4.10
4.18

100
110
120
130
140
150
160
174
185
195
204
215
226
236
247
256
267
278
289
299
310
320
330
340
351
362
373
384
394
404
415
425
436
446
457
467
477
488
498

1.67
1.83
2.00
2.17
2.33
2.50
2.67
2.90
3.08
3.25
3.40
3.58
3.77
3.93
4.11
4.27
4.45
4.63
4.82
4.98
5.17
5.33
5.50
5.67
5.85
6.03
6.22
6.40
6,57
6.73
6.92
7.08
7.28
7.43
7.62
7.78
7.95
8.13
8.30

73

ANEXO C
Filtro separador de água: AMG 350-F04BD( SMC)

74

ANEXO D
Filtro regulador AWD40-F04E(SMC)

75

ANEXO E
Catálogo :Filtro de eliminação de odores AMF(SMC)

SMC

76

77

78

79

80

81

82

ANEXO F
Catálogo: Regulador de pressão IR2000-F04 (SMC)

83

84

85

86

ANEXO G
Catálogo: Regulador de vazão(fluxo) AS3500-F02 (SMC)

87

88

ANEXO H
Catálogo: Válvula de acionamento manual VH410-04 (SMC)

89

90

ANEXO I
Catálogo: Ejetor de vácuo ZL112-G (SMC)

91

92

93

94

95

96

97

98

99

100

101

102

ANEXO J
Catalogo do pressostado digital ISE-01-65-L (SMC)

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113