Modeling Alveolar Volume Changes During Periodic Breathing in Heterogeneously Ventilated Lungs

Abstract

Abstract-A simplified model of periodic breathing, proposed by Whiteley et al. (Math. Med. Biol. 20:205-224, 2003), describes a non-uniform breathing pattern for a lung with an inhomogeneous gas distribution, such as that observed in some subjects suffering from respiratory disease. This model assumes a constant alveolar volume, and predicts incidence of irregular breathing caused by small, poorly ventilated regions of the lung. Presented here is an extension to this work which, by allowing variable lung volume, facilitates the investigation of pulmonary collapse in poorly ventilated compartments. A weakness of the original model is that a very small alveolar volume is required for periodic breathing to occur. The model presented within, which removes the assumption of constant compartment volume and allows alveolar volume to vary with time, predicts periodic breathing at higher, more realistic alveolar volumes. Furthermore, the predicted oscillations in ventilation match experimental data more closely. Thus the model that allows for alveolar collapse has improved upon these earlier results, and establishes a theoretical link between periodic breathing and atelectasis.

A Comparative Data-Based Modeling Study on Respiratory CO2 Gas Exchange during Mechanical Ventilation

“…4 . First, noting that transport delays were not taken into account in many previous studies [see, e.g., Melo et al ( 1993 ), Olofsen et al ( 2010 ), Wang et al ( 2010 ), and Karbing et al ( 2011 ) versus Grodins et al ( 1967 ), Khoo et al ( 1982 ), Batzel and Tran ( 2000 ), Beda et al ( 2010 ), and Dunn and Whiteley ( 2010 )], a lower-order model was derived by neglecting τ in Eq. 4 .…”

Análisis de la interacción cardíaca y respiratoria en pacientes con cardiomiopatía y pacientes en proceso de extubación

“…Estos cambios periódicos del EELV están directamente correlacionado con los periodicidad en volumen tidal y el tiempo de espiración [49,50]. Poets et al propone un estudio sobre los cambios en la capacidad funcional residual (CFR), mediante la técnica de dilución de gases, y concluye que durante las pausas de apnea se registran considerables disminuciones de la CFR [51].…”

“…En general, los valores de V I y V E deberían ser muy parecidos, describiendo el volumen tidal en un paciente, siendo la diferencia entre estos valores muy próxima a 0. Debido a la presencia de respiraciones periódicas se cree que estos valores no son iguales y que los volúmenes de inspiración y espiración se van compensando a lo largo de los ciclos de modulación [49,50]. Por lo tanto también se calculan los valores de la diferencia de volumen entre la inspiración y espiración para cada uno de los ciclos respiratorios (V D ).…”

“…Mediante la marcación de los puntos en esta señal se obtuvo el volumen inspirado (V I ) y el volumen espirado (V E ). Los valores de V I y V E deberían ser muy parecidos, y su diferencia muy próxima a cero, sin embargo debido a la presencia de respiraciones periódicas se cree que estos valores no son iguales y que los volúmenes de inspiración y espiración se van compensando a lo largo de los ciclos de modulación [49,50]. En base a esto se calculó el valor de las diferencia entre…”

“…En algunos casos el paciente llega a realizar apneas entre las periodicidades de la respiración, denominandose a este tipo como Cheyne-Stoke respiration 94 Capítulo 5 Interacción cardiorespiratoria en pacientes con cardiomiopatía (CSR). Durante este tipo de respiración se pueden notar cambios en el comportamiento cardiovascular, principalmente reflejados en la frecuencia cardíaca y en la presión sanguínea [52,54,56] así como también cambios en el comportamiento respiratorio, especialmente relacionados con el volumen funcional residual de los pulmones y con los tiempos de inspiración y espiración [49,50].…”