Bioingegneria dei sistemi di controllo autonomo e respiratorio 1 a Prova Scritta: Bioing. del Sistema respiratorio 13 maggio 2004

Bioingegneria dei sistemi di controllo autonomo e respiratorio 1 a Prova Scritta: Bioing. del Sistema respiratorio 13 maggio 2004 COGNOME NOME. MATR ES. 1) Un paziente viene sottoposto ad un esame pletismografico che fornisce i seguenti valori di volume polmonare a riposo: FRC = 4 litri TLC = 8 litri Successivamente, nello stesso paziente, viene misurato durante esercizio il flusso alle vie aeree ed il seguente grafico ne riporta l andamento durante un singolo respiro (valori positivi indicano flussi inspiratori, valori negativi flussi espiratori). flusso (L / sec) 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0-0.5-1.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 tempo (sec) 1.a) determinare la frequenza respiratoria, il volume corrente inspiratorio, la ventilazione minuto totale inspiratoria e la ventilazione minuto totale espiratoria 1.b) quanto vale la capacità inspiratoria (IC) del paziente a riposo (all inizio della prova di esercizio)? 1.c) nell ipotesi che la prova di esercizio cominci con il paziente a FRC e che il respiro non vari durante la misura, dopo quanto tempo il volume polmonare raggiunge TLC a fine inspirazione? 1.d) quanto vale la capacità inspiratoria (IC) del paziente al tempo indicato nel punto c)?

Nome Cognome Matr. ES. 2) Indicare i fattori che concorrono a modificare il calibro delle vie aeree (e quindi la resistenza polmonare), specificando l effetto di ognuno di essi. ES. 3) Si consideri il modello elettrico semplificato del sistema respiratorio che considera: - le vie aeree (AW) costituite da una resistenza R AW ; - il polmone (L) costituito da una capacità CL in serie ad una resistenza R L ; - la parete toraco-addominale (CW) costituita da una capacità C CW in serie ad una resistenza R CW Si trascurino gli effetti della compressione di gas polmonare. 3.a) rappresentare graficamente il modello; 3.b) indicare cosa rappresentano R AW, R L, R CW, C L e C CW. 3.c) esprimere la resistenza (R RS ) e la capacità (C RS ) totale del sistema respiratorio in funzione di R AW, R L, R CW, C L e C CW.

Nome Cognome Matr. ES. 4) 4.a) Nelle seguenti tracce di pressione (Paw) e di flusso (flow) alle vie aeree, ottenute con la tecnica dell occlusione durante ventilazione meccanica, indicare e definire i valori di pressione e flusso che sono necessari per stimare la resistenza del sistema respiratorio. 4.b) scrivere l equazione che consente il calcolo di tale resistenza. ES. 5) 5.a) Disegnare schematicamente, in un unico grafico, le tipiche curve volume-flusso espiratorio massimo e volume-flusso espiratorio durante respiro tranquillo tipiche di un soggetto sano, di un paziente affetto da una malattia ostruttiva e di un paziente affetto da una malattia restrittiva. 5.b) Riferendosi allo stesso grafico, evidenziare le principali caratteristiche: - della patologia ostruttiva - della patologia restrittiva

Nome Cognome Matr. 5.c) Perché nella patologia restrittiva spesso i flussi espiratori massimi sono superiori rispetto a quelli normali a pari volume? ES. 6) Si supponga che la diminuzione di pressione esofagea (rispetto alla pressione a FRC) alla fine di un inspirazione di 1 litro d aria sia uguale a 4 cmh 2 O. Ipotizzando che la compliance della parete toraco-addominale sia costante e pari a 0.2 L/cmH 2 O, si determini, spiegando la risposta, a) la pressione globale sviluppata dai muscoli inspiratori a fine inspirazione; b) il lavoro elastico prodotto. ES. 7) Si consideri la seguente equazione del pletismografo corporeo: ( dpa ) ( dp ) B ( P P ) 0 atm AH 2O = V 0 L VB γ P 7.a) definire ogni termine presente nell equazione; 7.b) spiegare a quale situazione si riferisce l equazione e per quale scopo viene utilizzata. B B

Nome Cognome Matr. ES. 8) In un soggetto sano in posizione eretta, il rapporto ventilazione-perfusione è maggiore all apici o alla base del polmone? Perché? (SPAZIO AGGIUNTIVO A DISPOSIZIONE)

Bioingegneria dei sistemi di controllo autonomo e respiratorio 1 a Prova: Bioing. del Sistema respiratorio 21 luglio 2004 COGNOME NOME. MATR ES. 1) Si considerino due pazienti (A e B) sottoposti a ventilazione meccanica, ai quali viene applicata la tecnica dell occlusione per stimare le proprietà meccaniche (resistenza e compliance) del sistema respiratorio. Sul monitor del paziente A vengono visualizzate le tracce del flusso (V ) e della pressione (Pao) all apertura delle vie aeree. Sul monitor del paziente B, invece, vengono visualizzate le variazioni di volume (V) e Pao. PAZIENTE A PAZIENTE B 0.5 1.0 flusso (L / sec) 0.0 volume (L) -1.0 0.0 0.0 1.2 7.2 8.4 tempo (sec) 0.0 1.5 7.2 8.4 tempo (sec) Pao (cmh2o) 20 18 17 Pao (cmh2o) 15 13 12 4 3 0.0 1.2 7.2 8.4 0.0 1.5 7.2 8.4 tempo (sec) tempo (sec) 1.a) Ricavare e disegnare le tracce di volume (per il paziente A) e di flusso (per il paziente B).

1.b) Calcolare resistenza e compliance del sistema respiratorio del paziente A e del paziente B. Supponendo di impostare il ventilatore meccanico con pressione costante inspiratoria di 10 cmh 2 O: 1.c) calcolare il volume corrente ottenuto nel paziente A e nel paziente B. 1.d) quale è il tempo inspiratorio entro cui si raggiunge tale volume? perché? ES. 2) 2.a) Modellizzare il sistema polmone spirometro, definendo i diversi elementi. 2.b) Ricavare, sulla base del modello precedente, la relazione che lega la variazione di volume dello spirometro (ΔV S ) a quella del polmone (ΔV L ).

ES. 3) Illustrare le differenze tra la modellizzazione dell albero tracheo-bronchiale secondo Weibel e secondo Horsfield ES. 4) Cosa si intende per costanti di tempo del polmone? Quali sono gli effetti di diverse costanti tempo sulla ventilazione?

ES. 6) Date le seguenti tracce di flusso e di concentrazione di ossigeno dell aria inspirata ed espirata, calcolare il consumo di ossigeno (in L/sec) nel respiro considerato 1.0 0.8 0.6 flusso (L / sec) 0.4 0.2 0.0-0.2-0.4-0.6 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 tempo (sec) 22 21 concentrazione O 2 (%) 20 19 18 17 16 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 tempo (sec)

SPAZIO AGGIUNTIVO A DISPOSIZIONE

Bioingegneria dei sistemi di controllo autonomo e respiratorio 1 a Prova: Bioing. del Sistema respiratorio 13 settembre 2004 COGNOME NOME. MATR ES. 1) In un paziente sottoposto a ventilazione meccanica a pressione positiva (modalità a pressione costante, con pressione di supporto pari a 6 cmh 2 O) si rileva il seguente tracciato di flusso alle vie aeree: flusso (litri/sec) 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 tempo (sec) Determinare: 1.1 il tracciato di volume polmonare

1.2 la ventilazione minuto 1.3 il tracciato delle componenti resistiva ed elastica della pressione applicata; 1.4 la compliance totale ES. 2) Elencare i metodi di misura del flusso alle vie aeree, spiegando per ognuno di essi il principio di funzionamento.

ES. 3) 3.1 descrivere l'analogia tra sistemi elettrici e sistema respiratorio; 3.2 riportare il modello elettrico che meglio descrive il sistema respiratorio in termini di componenti passive: vie aeree, polmone, parete toraco-addominale, indicando in ogni punto le pressioni corrispondenti; 3.3 modificare il modello considerando la parete toraco addominale composta da gabbia toracica ed addome; 3.4 modificare ulteriormente il modello aggiungendo i seguenti gruppi muscolari: muscoli inspiratori della gabbia toracica, diaframma, muscoli addominali 3.5 Aggiungere infine a tale modello una ventilazione artificiale a pressione negativa.

ES. 4) 4.1 Cosa si intende per spazio morto anatomico? 4.2 Cosa si intende per spazio morto fisiologico? 4.3 Ricavare l equazione dello spazio morto fisiologico, specificando il significato di ogni termine presente nell equazione. ES. 5) Cosa si intende per ventilazione collaterale? In quale situazione è presente?

Bioingegneria dei sistemi di controllo autonomo e respiratorio 2 a Prova Scritta: Bioing. del Sistema respiratorio 23 giugno 2005 COGNOME NOME. MATR Es. 1) (11 punti) Si supponga di effettuare un esame spirometrico su due pazienti, ai quali si chiede una manovra forzata massimale espiratoria da TLC a RV. Con un flussimetro si misurano le seguenti tracce: Paz. A Paz. B 4 4 flusso espiratorio (L/sec) 3 2 1 flusso espiratorio (L/sec) 3 2 1 0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 tempo (sec) tempo (sec) 1.1) tracciare l andamento temporale del volume espirato nei due casi.

1.2) definire e calcolare FVC, FEV1 e FEF25-75% per i due pazienti;....... 1.3) tracciare su di un unico grafico le curve flusso-volume (esp) del paziente A e del paziente B, ipotizzando che la TLC =9.5 L nel paziente A e RV=6 L nel paziente B 1.4) indicare in quale paziente è maggiore il grado di ostruzione ed in quale è probabilmente maggiore l intrappolamento di gas nel polmone, giustificando la risposta...... Es. 2) (4 punti) Quale è la differenza tra ostruzione delle vie aeree e limitazione al flusso espiratorio?...........

Es. 3) (5 punti) I parametri ventilatori più importanti controllabili da un ventilatore meccanico sono: volume corrente; flusso medio inspiratorio; tempo inspiratorio; tempo espiratorio; duty cycle; frequenza respiratoria; ventilazione. 3.a) Indicare quale delle seguenti triplette rappresenta un insieme di variabili indipendenti tra loro: Frequenza - ventilazione volume corrente Flusso medio insp. tempo insp. ventilazione Duty cycle frequenza - volume corrente Tempo insp. tempo esp. frequenza DIP. INDIP. 3.b) Scelta una tripletta di variabili indipendenti (eventulamente tra quelle del punto precedente), indicare come gli altri parametri siano dipendenti.......... Es. 4) (4 punti) Disegnare un modello elettrico semplificato del sistema respiratorio che considera: le vie aeree (AW); il polmone (L); la parete toraco-addominale (CW) costituita da gabbia toracica (RC) e addome (AB); un ventilatore meccanico a pressione positiva; uno stato patologico in cui il diaframma ed i muscoli addominali sono paralizzati, mentre i muscoli della gabbia toracica sono attivi.

Es. 5) (4 punti) Come viene definita la capacità di diffusione del polmone? Da quali variabili dipende?...... ES. 6) (5 punti) Si consideri la seguente equazione del pletismografo corporeo: ( dpa ) ( dp ) B ( P P ) 0 atm AH 2O = V 0 L VB γ P 6.a) definire ogni termine presente nell equazione; 6.b) spiegare a quale situazione si riferisce l equazione e per quale scopo viene utilizzata. B B

(SPAZIO AGGIUNTIVO A DISPOSIZIONE).

Bioingegneria dei sistemi di controllo autonomo e respiratorio Bioing. del Sistema respiratorio 30 giugno 2005 COGNOME NOME. MATR Es. 1) (7 punti) In un paziente viene misurata la variazione di volume polmonare e la pressione esofagea durante respiro spontaneo prima (sinistra) e dopo (destra) l uso di un certo farmaco. prima farmaco dopo farmaco 1.0 1.0 0.8 0.8 volume (L) 0.6 0.4 volume (L) 0.6 0.4 0.2 0.2 0.0 0.0 10 10 pressione esof. (cmh2o) 0-10 -20 pressione esof. (cmh2o) 0-10 -20-30 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5-30 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 tempo (sec) tempo (sec) 1.1) calcolare la resistenza delle vie aeree a metà inspirazione prima e dopo il farmaco;.......

1.2) indicare sul grafico pressione-volume il lavoro resistivo ed il lavoro elastico prima e dopo il farmaco, indicando quale dei due varia, nell ipotesi che la compliance della parete toracica sia 0.2 L/cmH2O. ES. 2) (7 punti) Si considerino due pazienti, A e B, in cui sono noti i seguenti valori: Paziente A Paziente B RV 5 L 2 L PEF 4 L/sec 6 L/sec FEF25% 1 L/sec 3 L/sec FEF50% 0.5 L/sec 1 L/sec FEF75% 0.25 L/sec 0.5 L/sec FVC 2.5 L 1.8 L IC 1.5 L 1.5 L 2.1) tracciare, sullo stesso grafico, le curve flusso-volume espiratorie dei due pazienti 2.2) Calcolare il valore di FRC nei due pazienti.....

2.3) Indicare, giustificando la risposta, in quale dei due pazienti è più probabile una diagnosi di enfisema polmonare ed in quale dei due una diagnosi di fibrosi polmonare........ ES. 3) (6 punti) 3.1) descrivere in cosa consiste il metodo delle oscillazioni forzate e quali parametri del sistema respiratorio consente di ottenere 3.2) indicare, eventualmente mediante uno schema a blocchi, un possibile apparato strumentale indicandone i diversi componenti

ES. 4) (6 punti) In un soggetto sano in posizione eretta, il rapporto ventilazione-perfusione è maggiore all apici o alla base del polmone? Perché? ES. 5) (7 punti) 5.1) Tracciare, in uno stesso grafico, le curve pressione-volume del sistema respiratorio, del polmone e della parete toracica. 5.2) Spiegare a quali pressioni ci si riferisce nelle tre diverse curve. 5.3) Considerando un modello meccanico del sistema respiratorio, polmone e parete toracica sono in serie o in parallelo? Perché?

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Bioingegneria dei sistemi di controllo autonomo e respiratorio 2 a Prova: Bioing. del Sistema respiratorio 19 luglio 2005 COGNOME NOME. MATR ES. 1) (8 PUNTI) In un paziente sottoposto alla tecnica delle oscillazioni forzate (FOT) vengono applicati 3 stimoli sinusoidali e vengono rilevate le seguenti tracce (filtrate eliminando la componente dovuta al respiro): STIMOLO n. 1 STIMOLO n. 2 STIMOLO n. 3 1.5 1.5 1.5 pressione (cmh2o) 1.0 0.5 0.0-0.5-1.0 1.0 0.5 0.0-0.5-1.0 1.0 0.5 0.0-0.5-1.0-1.5 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0-1.5 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0-1.5 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 tempo (sec) tempo (sec) tempo (sec) 0.75 0.75 0.75 0.50 0.50 0.50 flusso (L/sec) 0.25 0.00-0.25 0.25 0.00-0.25 0.25 0.00-0.25-0.50-0.50-0.50-0.75 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0-0.75 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0-0.75 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 tempo (sec) tempo (sec) tempo (sec) 1.1 Definire l impedenza Z del sistema respiratorio 1.2 Determinare la risposta in frequenza del sistema respiratorio (impedenza) in termini di modulo e fase

1.3 Determinare la risposta in frequenza del sistema respiratorio (impedenza) in termini di parte reale e parte immaginaria 1.4 Determinare la frequenza di risonanza del sistema respiratorio; 1.5 Determinare una stima del valore di resistenza del sistema respiratorio ES. 2) (6 PUNTI) Elencare i metodi di misura del flusso alle vie aeree, spiegando per ognuno di essi il principio di funzionamento.

ES. 3) (8 PUNTI) Dato il seguente grafico: A 3.1 definire le pressioni indicate nei punti A, B, C, D A: B: C: D: E: B D C E 3.2 definire le seguenti differenze di pressione: A-B:... B-C:... D-C:... D-E:...... A-E:...... C-E:...... A-C:...... 3.3 Tracciare un modello elettrico del sistema respiratorio e delle sue componenti, indicando le varie pressioni definite nei punti precedenti

ES. 4) (6 PUNTI) 4.1 Tracciare, in un unico grafico qualitativo, la curva pressione-volume del sistema respiratorio nelle seguenti condizioni: - rilassamento (sistema passivo) (curva A) - inspirazione massimale (curva B); - espirazione massimale (curva C) 4.2 Spiegare i motivi dell andamento delle curve B e C ES. 5) (5 PUNTI) Cosa si intende per ventilazione collaterale? In quale situazione è presente?

Bioingegneria dei sistemi di controllo autonomo e respiratorio 2 a Prova: Bioing. del Sistema respiratorio 22 giugno 2006 COGNOME NOME. MATR ES. 1) (10 PUNTI) Date le tracce di flusso, di concentrazione di ossigeno dell aria inspirata ed espirata, e di concentrazione di anidride carbonica dell aria inspirata ed espirata riportate nella figura della pagina seguente: a) Definire i seguenti parametri, indicando per ognuno di essi come è possibile calcolarli dalle tracce fornite: volume corrente (V T ) =.. frequenza (f B )=... ventilazione minuto (V E ) =..... consumo di O 2 (V O2 ) =..... produzione di CO 2 (V CO2 ) =..... b) Calcolare i seguenti parametri nelle unità di misura indicate: V T (ml) =..... f B (respiri / min) =.. V E (ml / min) =..... V O2 (ml /min) =.... V CO2 (ml / min) =.. V O2 /V CO2 =.....

1.0 0.8 0.6 flusso (L / sec) 0.4 0.2 0.0-0.2-0.4-0.6-0.8 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 tempo (sec) 22 21 concentrazione O 2 (%) 20 19 18 17 16 15 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 tempo (sec) 6 concentrazione CO 2 (%) 4 2 0-2 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 tempo (sec)

ES. 2) (4 PUNTI) Riferendosi all esercizio precedente, indicare (giustificando la risposta) quale tipo di metabolismo prevale nella condizione considerata (in termini di utilizzazione del substrato)......................... ES. 3) (4 PUNTI) 3a) Quale è la relazione esistente tra le variazioni di volume rilevate da uno spirometro e la quantità di aria che esce dal polmone?.................. 3b) Sapendo che, a pressione atmosferica (Patm = 760 mmhg), la pressione di vapor saturo è pari a 47 mmhg a 37 C e a 22.4 mmhg a 24 C (temperatura ambiente), determinare il volume rilevato da uno spirometro a campana durante una manovra di capacità vitale in cui la quantità di aria che esce dal polmone è pari a 4 litri.............

ES. 4) (6 PUNTI) Dato il seguente grafico: A 4a definire le pressioni indicate nei punti A, B, C, D A: B: C: D: E: B D C E 4b definire le seguenti differenze di pressione: A-B:... B-C:... D-C:... D-E:...... A-E:...... C-E:...... A-C:...... 4c Tracciare un modello elettrico del sistema respiratorio e delle sue componenti, indicando tutte le pressioni (sia quelle assolute, che le differenze) definite nei punti precedenti

ES. 5) (4 PUNTI) Si consideri la seguente equazione del pletismografo corporeo: ( dpa ) ( dp ) B ( P P ) 0 atm AH 2O = V 0 L VB γ P 5a) definire ogni termine presente nell equazione; 5b) spiegare a quale situazione si riferisce l equazione e per quale scopo viene utilizzata. B B ES. 6) (4 PUNTI) In un modello monocompartimentale del sistema respiratorio, quale è la relazione tra P O2 e P CO2 alveolare in relazione al rapporto ventilazione-perfusione? Perché?

Bioingegneria dei sistemi di controllo autonomo e respiratorio 2 a Prova: Bioing. del Sistema respiratorio 3 luglio 2006 COGNOME NOME. MATR ES. 1) (8 PUNTI) In un paziente sono state rilevate le seguenti tracce durante respiro spontaneo: -3 Ppl (cmh2o) -5-7 -9-11 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 tempo 1.5 flusso (litri/sec) 1.0 0.5 0.0-0.5-1.0-1.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 tempo 1.1) calcolare e disegnare la traccia (nei punti indicati) delle variazioni di volume polmonare........

1.2) Disegnare quindi la curva dinamica pressione-volume Da tale curva calcolare: 1.3) la compliance dinamica del polmone.......... 1.4) la resistenza al flusso a metà inspirazione.......... ES. 2) (8 PUNTI) Si considerino due pazienti, A e B, in cui sono noti i seguenti valori: Paziente A Paziente B RV 5 L 2 L PEF 4 L/sec 6 L/sec FEF25% 1 L/sec 3 L/sec FEF50% 0.5 L/sec 1 L/sec FEF75% 0.25 L/sec 0.5 L/sec FVC 2 L 1.6 L IC 1.5 L 1.2 L Si sa, inoltre, che durante respirazione spontanea entrambi i pazienti presentano un volume corrente pari a 0.5 L e sviluppano un flusso espiratorio medio pari a 0.3 L/sec. 2.1) calcolare i valori di FRC per Paziente 1: Paziente 2:

2.2) tracciare, sullo stesso grafico, le curve flusso-volume espiratorie correnti (ipotizzando un flusso espiratorio costante pari a quello medio) e massimali dei due pazienti 2.3) indicare, giustificando la risposta, se uno o entrambi i pazienti presentano limitazione al flusso espiratorio................. ES. 3) (6 PUNTI) 3.1) Quale è la relazione esistente tra le variazioni di volume rilevate da uno spirometro e la quantità di aria che esce dal polmone?.................. 3b) Sapendo che, a pressione atmosferica (Patm = 760 mmhg), la pressione di vapor saturo è pari a 47 mmhg a 37 C e a 22.4 mmhg a 20 C (temperatura ambiente), determinare la variazione di volume polmonare corrispondente ad un volume rilevato da uno spirometro pari a 3 litri.............

ES. 4) (5 PUNTI) Descrivere brevemente i possibili metodi di misura della capacità funzionale residua (FRC), indicando per ognuno di essi il principio di misura e vantaggi/svantaggi. ES. 5) (5 PUNTI) In un soggetto sano, la resistenza totale offerta dal sistema respiratorio è pari a 2 cmh 2 O*L -1 *sec. Indicare quali sono i segmenti che determinano tale resistenza e come tale valore viene ripartito approssimativamente in tali componenti.

Bioingegneria dei sistemi di controllo autonomo e respiratorio 2 a Prova: Bioing. del Sistema respiratorio 24 luglio 2006 COGNOME NOME. MATR /11 - ES. 1) /2-1.a) Tracciare uno schema elettrico in grado di rappresentare le proprietà meccaniche delle varie componenti passive del sistema respiratorio, e spiegare cosa rappresentano i vari elementi : Modificare il modello riportato nel punto 1.a) aggiungendo nuovi elementi in modo da rappresentare le seguenti situazioni (spiegare ogni volta le modifiche apportate): /1-1.b) stimolazione elettrica del solo diaframma /1-1.c) stimolazione elettrica dei soli muscoli addominali

/1-1.d) ventilazione meccanica a pressione negativa con paziente completamente paralizzato /1-1.e) ventilazione meccanica a pressione positiva con paziente in grado di attivare i muscoli inspiratori della gabbia toracica /1-1.f) oscillazioni forzate durante respirazione spontanea Riferendosi ai modelli precedenti, indicare quali elementi e in che modo vengono particolarmente alterati dalle seguenti patologie: /1-1.g) enfisema polmonare /1-1.h) asma /1-1.i) fibrosi polmonare /1-1.j) distrofia muscolare

/7 - ES. 2) In un paziente sottoposto a ventilazione meccanica a pressione positiva (modalità a pressione costante, con pressione di supporto pari a 8 cmh 2 O) si rileva il seguente tracciato di flusso alle vie aeree: flusso (litri/sec) 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 Determinare: /2-2.1) il tracciato di volume polmonare tempo (sec) /2-2.2) la compliance totale /3-2.3) il tracciato delle componenti resistiva ed elastica della pressione applicata;

/4 - ES. 3) /2-3.1) Cosa si intende per spazio morto anatomico? /2-3.2) Cosa si intende per spazio morto fisiologico? /4 - ES. 4) Scrivere l equazione che consente di determinare il volume polmonare mediante pletismografia corporea, indicando il significato di ogni termine presente nell equazione. /4 - ES. 5) Descrivere la tecnica dell occlusione per la determinazione della resistenza e della compliance in pazienti sedati e paralizzati durante ventilazione meccanica.

Bioingegneria dei sistemi di controllo autonomo e respiratorio Bioing. del Sistema respiratorio 7 settembre 2006 COGNOME NOME. MATR./ 6 ES. 1) Si considerino due pazienti (A e B) sottoposti a ventilazione meccanica, ai quali viene applicata la tecnica dell occlusione per stimare le proprietà meccaniche (resistenza e compliance) del sistema respiratorio. Sul monitor del paziente A vengono visualizzate le tracce del flusso (V ) e della pressione (Pao) all apertura delle vie aeree. Sul monitor del paziente B, invece, vengono visualizzate le variazioni di volume (V) e Pao. PAZIENTE A PAZIENTE B 0.5 1.0 flusso (L / sec) 0.0 volume (L) -1.0 0.0 0.0 1.2 7.2 8.4 tempo (sec) 0.0 1.5 7.2 8.4 tempo (sec) Pao (cmh2o) 20 18 17 Pao (cmh2o) 15 13 12 4 3 0.0 1.2 7.2 8.4 0.0 1.5 7.2 8.4 tempo (sec) tempo (sec) 1.a) Ricavare e disegnare le tracce di volume (per il paziente A) e di flusso (per il paziente B).

1.b) Calcolare resistenza e compliance del sistema respiratorio del paziente A e del paziente B. Supponendo di impostare il ventilatore meccanico con pressione costante inspiratoria di 10 cmh 2 O: 1.c) calcolare il volume corrente ottenuto nel paziente A e nel paziente B../ 6 ES. 2) 2.a) Modellizzare il sistema polmone spirometro, definendo i diversi elementi. 2.b) Ricavare, sulla base del modello precedente, la relazione che lega la variazione di volume dello spirometro (ΔV S ) a quella del polmone (ΔV L ).

./ 6 ES. 3) Si considerino due pazienti, A e B, in cui sono noti i seguenti valori: Paziente A Paziente B RV 5 L 2 L PEF 4 L/sec 6 L/sec FEF25% 1 L/sec 3 L/sec FEF50% 0.5 L/sec 1 L/sec FEF75% 0.25 L/sec 0.5 L/sec FVC 2 L 1.6 L IC 1.5 L 1.2 L Si sa, inoltre, che durante respirazione spontanea entrambi i pazienti presentano un volume corrente pari a 0.5 L e sviluppano un flusso espiratorio medio pari a 0.3 L/sec. 3.1) calcolare i valori di FRC per Paziente 1: Paziente 2: 3.2) tracciare, sullo stesso grafico, le curve flusso-volume espiratorie correnti (ipotizzando un flusso espiratorio costante pari a quello medio) e massimali dei due pazienti./ 6 ES. 4) In un soggetto sano in posizione eretta, il rapporto ventilazione-perfusione è maggiore all apici o alla base del polmone? Perché?

./ 6 ES. 5) Date le seguenti tracce di flusso e di concentrazione di ossigeno dell aria inspirata ed espirata, calcolare il consumo di ossigeno (in L/sec) nel respiro considerato 1.0 0.8 0.6 flusso (L / sec) 0.4 0.2 0.0-0.2-0.4-0.6 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 tempo (sec) 22 21 concentrazione O 2 (%) 20 19 18 17 16 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 tempo (sec)

Bioingegneria dei sistemi di controllo autonomo e respiratorio Bioing. del Sistema respiratorio 21 settembre 2006 COGNOME NOME. MATR./ 10 ES. 1) Un paziente viene sottoposto ad un esame pletismografico che fornisce i seguenti valori di volume polmonare a riposo: FRC = 4 litri TLC = 8 litri Successivamente, nello stesso paziente, viene misurato durante esercizio il flusso alle vie aeree ed il seguente grafico ne riporta l andamento durante un singolo respiro (valori positivi indicano flussi inspiratori, valori negativi flussi espiratori). flusso (L / sec) 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0-0.5-1.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 tempo (sec) 1.a) determinare la frequenza respiratoria, il volume corrente inspiratorio, la ventilazione minuto totale inspiratoria e la ventilazione minuto totale espiratoria 1.b) quanto vale la capacità inspiratoria (IC) del paziente a riposo (all inizio della prova di esercizio)? 1.c) nell ipotesi che la prova di esercizio cominci con il paziente a FRC e che il respiro non vari durante la misura, dopo quanto tempo il volume polmonare raggiunge TLC a fine inspirazione? 1.d) quanto vale la capacità inspiratoria (IC) del paziente al tempo indicato nel punto c)?

./ 8 ES. 2) In un paziente viene misurata la variazione di volume polmonare e la pressione esofagea durante respiro spontaneo prima (sinistra) e dopo (destra) l uso di un certo farmaco. prima farmaco dopo farmaco 1.0 1.0 0.8 0.8 volume (L) 0.6 0.4 volume (L) 0.6 0.4 0.2 0.2 0.0 0.0 10 10 pressione esof. (cmh2o) 0-10 -20 pressione esof. (cmh2o) 0-10 -20-30 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5-30 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 tempo (sec) tempo (sec) 2.1 calcolare la resistenza delle vie aeree a metà inspirazione prima e dopo il farmaco;.... 2.2 indicare sul grafico pressione-volume il lavoro resistivo ed il lavoro elastico prima e dopo il farmaco, indicando quale dei due varia, nell ipotesi che la compliance della parete toracica sia 0.2 L/cmH2O.....

./ 6 ES. 3) In un soggetto sano in posizione eretta, il rapporto ventilazione-perfusione è maggiore all apici o alla base del polmone? Perché?./ 8 ES. 4) 4.1) Scrivere l equazione di Rohrer, spiegando il significato di ogni termine presente dell equazione stessa. 4.2) Ricavare dall equazione di Rohrer la resistenza polmonare, commentandone il risultato 4.3) In che modo l equazione che descrive la resistenza polmonare può essere raffinata?

Bioingegneria dei sistemi di controllo autonomo e respiratorio 2 a Prova: Bioing. del Sistema respiratorio 21 giugno 2007 COGNOME NOME. MATR ESERCIZIO 1) In un paziente viene misurato il seguente flusso alle vie aeree durante un respiro spontaneo: 0.8 flusso (L/sec) 0.4 0.0-0.2-0.4-1.0 /2-1.a) Tracciare in un grafico l andamento della variazione di volume polmonare /2-1.b) Calcolare i seguenti parametri ventilatori: Volume corrente (L) Frequenza respiratoria (resp./min) Ventilazione minuto (L/min) Tempo inspiratorio (sec) Tempo espiratorio (sec)

/2 1.c) Noti i seguenti volumi polmonari assoluti TLC = 8 L FRC = 5 L RV = 4 L Calcolare i seguenti parametri spirometrici: Capacità vitale (L) Capacità inspiratoria (L) Volume di riserva inspiratoria (L) Volume di riserva espiratoria (L) Si supponga quindi di misurare oltre al flusso (che risulta identico, nelle due occasioni, a quello considerato precedentemente) la pressione esofagea prima e dopo il trattamento con un certo farmaco: prima farmaco 1.0 dopo farmaco flusso (L/sec) 0.8 0.4 0.0-0.2-0.4 flusso (L/sec) 0.5 0.0-0.5-1.0-1.0-1.5 10 10 pressione esof. (cmh2o) 0-10 -20 pressione esof. (cmh2o) 0-10 -20-30 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 tempo (sec) -30 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 tempo (sec) /2.5-1.d) Tracciare i grafici pressione-volume prima e dopo il farmaco ed indicare sugli stessi il lavoro resistivo inspiratorio ed il lavoro elastico inspiratorio, indicando quale dei due varia, nell ipotesi che la compliance della parete toracica sia 0.2 L/cmH 2 O.

/2.5-1.e) calcolare la resistenza delle vie aeree a metà inspirazione prima e dopo il farmaco;.... ESERCIZIO 2) /2-2.a) Quale è la relazione esistente tra le variazioni di volume rilevate da uno spirometro e la quantità di aria che esce dal polmone?.................. /2-2.b) Sapendo che, a pressione atmosferica (Patm = 760 mmhg), la pressione di vapor saturo è pari a 47 mmhg a 37 C e a 17.5 mmhg a 20 C (temperatura ambiente), determinare il volume rilevato da uno spirometro a campana durante una manovra di capacità vitale in cui la quantità di aria che esce dal polmone è pari a 5 litri.............

ESERCIZIO 3) /2-3.a) Da quali fattori dipende il flusso massimo espiratorio? /2-3.b) Perché nella BPCO (Broncopneumopatia cronica ostruttiva) il flusso massimo espirarlo è ridotto? ESERCIZIO 4) Come e perché la tomografia assiale computerizzata (TAC) del polmone può essere utilizzata per valutare: /1.5-4.a) La quantità di intrappolamento di gas nell enfisema polmonare /1.5-4.b) Il reclutamento alveolare nell ARDS (Acute Respiratory Distress Sindrome)

ESERCIZIO 5) /3-5.a) Tracciare uno schema elettrico in grado di rappresentare le proprietà meccaniche delle varie componenti passive del sistema respiratorio, e spiegare cosa rappresentano i vari elementi : /2-5.b) Modificare il modello riportato nel punto 5.a) aggiungendo un elemento che rappresenti i muscoli respiratori /2-5.c) Modificare il modello riportato nel punto 5.a) aggiungendo un elemento che rappresenti un paziente sedato e paralizzato sottoposto a ventilazione meccanica a pressione positiva /2-5.d) Indicare, in breve, le principali differenze tra ventilazione a controllo di pressione e ventilazione a controllo di flusso (volume)

Bioingegneria dei sistemi di controllo autonomo e respiratorio 2 a Prova: Bioing. del Sistema respiratorio 3 luglio 2007 COGNOME NOME. MATR ESERCIZIO 1) In un paziente viene misurato la seguente traccia di flusso espiratorio alle vie aeree durante una espirazione forzata massimale da TLC (istante t=0) a RV (istante t=4): 4 flusso (L/sec) 3 2 1 0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 tempo (sec) /2-1.a) Tracciare in un grafico l andamento della variazione di volume polmonare /1.5-1.b) Calcolare i seguenti parametri spirometrici: FVC (L) FEV1.0 (L) FEF25-75 (L/sec)

Siano inoltre noti - la capacità inspiratoria del paziente (IC), pari a 3 L; - il volume corrente durante respiro spontaneo (V T ), pari a 0.8 L; - il flusso espiratorio durante respiro spontaneo, costante e pari a 1 L/sec; - la capacità polmonare totale, pari a 8 L. /2 1.c) Calcolare i seguenti parametri: Capacità funzionale residua (L) Volume residuo (L) Volume di riserva inspiratoria (L) Volume di riserva espiratoria (L) /2.5-1.d) Affermare, giustificando la risposta con l ausilio di un grafico flusso-volume, se il paziente si trova in condizioni di limitazione di flusso............... ESERCIZIO 2) /3-2.a) Tracciare in un unico grafico le curve pressione-volume del sistema respiratorio, della parete toraco-addominale e del polmone

/2-2.b) Riferendosi ai grafici tracciati nel punto 2.a indicare, per ogni diversa regione di volume, il significato fisiologico del segno algebrico della pressione................ ESERCIZIO 3) /2-3.a) Quali metodi e strumenti sono utilizzati per misurare il flusso alle vie aeree? /2-3.b) In uno pneumotacografo, quale è il modello più completo dell impedenza dell elemento resistivo utilizzato? Quali parametri ne determinano le proprietà? /2-3.c) Quando si integra numericamente un segnale di flusso per ottenere le variazioni di volume quali sono i fenomeni che determinano la deriva di integrazione?

ESERCIZIO 4) /4-4.a) tracciare, in due serie di tre grafici, il tipico andamento dei segnali di flusso e pressione alle vie aeree e variazione di volume polmonare durante ventilazione a controllo di pressione e ventilazione a controllo di flusso (volume) /2-4.b) Indicare gli andamenti delle componenti resistiva ed elastica della pressione totale applicata al sistema respiratorio, giustificando la risposta

ESERCIZIO 5) In un soggetto in condizioni di riposo viene misurato il consumo medio di ossigeno (V O2 ), pari a 300 ml/min, e la produzione media di anidride carbonica (V CO2 ), pari a 210 ml/min. /2-5.a) Determinare, giustificando la risposta, il metabolismo prevalente in tale soggetto Successivamente, lo stesso soggetto viene sottoposto ad un test di esercizio cardio-polmonare con carico crescente e si misurano i seguenti valori: Carico (watt) V O2 (L/min) V CO2 (L/min) 0 0.300 0.210 30 0.600 0.420 60 0.900 0.630 120 1.200 0.840 150 1.800 1.260 180 2.400 2.100 210 3.000 2.625 /3-5.b) Determinare, giustificando la risposta e con l ausilio di un grafico, la soglia anaerobica (in watt) di tale soggetto

Bioingegneria dei sistemi di controllo autonomo e respiratorio Prova di Bioing. del Sistema respiratorio 23 luglio 2007 COGNOME NOME. MATR ES. 1) Si consideri la seguente traccia di flusso inspiratorio, imposto alle vie aeree di un paziente per determinarne le proprietà elastiche del sistema respiratorio con la tecnica dell interruzione di flusso. Si ipotizzi che il paziente si trovi a capacità funzionale residua (FRC) al tempo t=0 e a capacità polmonare totale (TLC) alla fine della manovra (t=10 sec). 0.5 0.4 0.3 flusso (L/sec) 0.2 0.1 0.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 tempo (sec)./ 3 1.a) Ricavare e disegnare l andamento del volume polmonare nel tempo considerato (tra t=0 e t= 10 sec).

./ 2 1.b) Ipotizzando di conoscere il volume di riserva espiratoria (pari a 1.2 litri), quanto vale la capacità vitale del paziente? Si ipotizzi quindi di misurare la pressione all apertura delle vie aeree in tutti i tratti in cui il flusso è interrotto e di ottenere i seguenti valori: tempo (sec) Pressione (cmh2o) 0 0 1 6 2 12 3 16 4 18 5 20 6 22 7 26 8 30 9 34 10 40./ 3 1.c) Tracciare la curva pressione-volume del sistema respiratorio../ 2 1.d) Determinare, giustificando la risposta, il tratto nel quale la compliance del sistema respiratorio risulta maggiore.

ES. 2) Dato il seguente grafico: A./ 2 2.a) definire le pressioni indicate nei punti A, B, C, D A: B: C: D: E: B D C E./ 3 2.b)definire le seguenti differenze di pressione: A-B:... B-C:... D-C:... D-E:...... A-E:...... C-E:...... A-C:......./ 4 2.c) Tracciare un modello elettrico del sistema respiratorio e delle sue componenti, indicando tutte le pressioni (sia quelle assolute, che le differenze) definite nei punti precedenti

./ 4 ES 3) Indicare i fattori che concorrono a modificare il calibro delle vie aeree (e quindi la resistenza polmonare), specificando l effetto di ognuno di essi. ES. 4) Si supponga che alla fine di un inspirazione di 0.8 litri d aria la diminuzione di pressione esofagea (rispetto alla pressione a FRC) sia uguale a 4 cmh 2 O. Ipotizzando che la compliance della parete toraco-addominale sia costante e pari a 0.2 L/cmH 2 O, si determini, giustificando la risposta con l ausilio di un grafico:./ 2 4.a) la pressione globale sviluppata dai muscoli inspiratori a fine inspirazione;./ 2 4.a) il lavoro elastico prodotto.

./ 4 ES. 5) Quali sono le differenze tra i pletismografi a flusso, a volume e a pressione? SPAZIO AGGIUNTIVO A DISPOSIZIONE

Bioingegneria dei sistemi di controllo autonomo e respiratorio 2 a Prova: Bioing. del Sistema respiratorio 23 giugno 2008 COGNOME NOME. MATR ESERCIZIO 1) (10 PUNTI) Si consideri la seguente traccia di flusso inspiratorio, imposto alle vie aeree di un paziente per determinarne le proprietà elastiche del sistema respiratorio con la tecnica dell interruzione di flusso. Si ipotizzi che il paziente si trovi a capacità funzionale residua (FRC) al tempo t=0 e a capacità polmonare totale (TLC) alla fine della manovra (t=32 sec). 0.20 0.15 flusso (L/sec) 0.10 0.05 0.00 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 tempo (sec)./ 2 1.a) Ricavare e disegnare l andamento del volume polmonare nel tempo considerato (tra t=0 e t= 32 sec).

Si ipotizzi quindi di misurare la pressione all apertura delle vie aeree in tutti i tratti in cui il flusso è interrotto e di ottenere i seguenti valori: tempo (sec) Pressione (cmh 2 O) 0-0 3 6 7 12 11 16 15 18 19 20 23 22 27 26 31 30./ 2 1.b) Tracciare la curva pressione-volume del sistema respiratorio../ 2 1.c) Determinare, giustificando la risposta, il tratto nel quale la compliance del sistema respiratorio risulta maggiore.

Si considerino quindi le seguenti tracce di flusso inspiratorio, imposto alle vie aeree ancora allo scopo di determinare le proprietà elastiche del sistema respiratorio con la tecnica del low flow inflation. Si ipotizzi nota (pari a R=5 cmh 2 O sec L -1 ) la resistenza totale del sistema del sistema respiratorio. 0.20 0.20 0.15 0.15 flusso (L/sec) 0.10 0.05 flusso (L/sec) 0.10 0.05 0.00 0.00 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 tempo (sec) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 tempo (sec)./ 2 1.d) Tracciare la curve pressione-volume del sistema respiratorio ottenute nei due casi../ 2 1.e) Commentare i risultati ottenuti nei punti 1.b e 1.d (curve pressione-volume), indicando vantaggi e svantaggi di ognuna delle tre tecniche.

ESERCIZIO 2) (4 PUNTI) /2-2.a) Quale è la relazione esistente tra le variazioni di volume rilevate da uno spirometro e la quantità di aria che esce dal polmone?.............. /2-2.b) Sapendo che, a pressione atmosferica (Patm = 760 mmhg), la pressione di vapor saturo è pari a 47 mmhg a 37 C e a 17.5 mmhg a 20 C (temperatura ambiente), determinare il volume rilevato da uno spirometro a campana durante una manovra di capacità vitale in cui la quantità di aria che esce dal polmone è pari a 4 litri............. ESERCIZIO 3) (4 PUNTI) /2-3.a) Scrivere l equazione che consente di stimare il volume polmonare mediante un pletismografo a pressione, indicando il significato di ogni singolo termine............... /2-3.a) Riferendosi all equazione descritta in precedenza, descrivere i diversi passi della procedura che deve essere eseguita per ottenere la misura del volume polmonare..................

ESERCIZIO 4) (6 PUNTI) /2-4.a) Illustrare il modello a tre compartimenti degli scambi gassosi, indicando il significato di ogni singolo elemento del modello................... /2-4.b) Ricavare l equazione dello spazio morto fisiologico................... /2-4.c) Quali sono le possibili cause di ipossiemia?..................

ESERCIZIO 5) (6 PUNTI) Si consideri l indagine TAC e ad alta risoluzione dell intero polmone di un soggetto sano e di un paziente affetto da una grave forma di enfisema polmonare. Si supponga di poter effettuare l analisi in posizione eretta e a due diversi volumi polmonari: FRC e TLC. /2-5.a) Il valore medio in Hounsfield Unit del polmone sano sarà superiore o inferiore a quello del polmone enfisematoso? Perché?.......... /2-5.b) Il valore medio in Hounsfield Unit dei lobi superiori del polmone sano sarà superiore o inferiore a quello dei lobi inferiori? Perché?............ /2-5.c) La differenza dei valori medi in Hounsfield Unit ottenuti a FRC e a TLC sarà superiore nel polmone sano o nel polmone enfisematoso? Perché?............

Bioingegneria dei sistemi di controllo autonomo e respiratorio 2 a Prova: Bioing. del Sistema respiratorio 10 luglio 2008 COGNOME NOME. MATR ES. 1) (8 PUNTI) /2-1.a) Descrivere il metodo del lavaggio di azoto per la determinazione del volume di gas polmonare e disegnare uno schema del sistema di misura con tutti i componenti /2-1.b) Come e perchè possono differire misure di volume polmonare effettuate con il metodo di lavaggio dell azoto e con la pletismografia corporea nel caso di un paziente con enfisema polmonare?

/2-1.c) Si ipotizzi di effettuare su di un paziente un test di lavaggio dell azoto. In tale test vengono misurati a capacità funzionale residua (FRC) il flusso all apertura delle vie aeree e la concentrazione di azoto per 15 respiri. In tutti i 15 respiri il paziente respira allo stesso modo e si misura la seguente traccia di flusso: 0.4 0.2 flusso inspiratorio flusso (L/sec) 0.0-0.2-0.4 flusso espiratorio -0.6 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 tempo (sec) Nella tabella seguente vengono invece riportate le concentrazioni di azoto misurate respiro per respiro: N.Respiro 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 N 2 (%) 80 60 40 40 30 20 15 15 10 8 5 3 2 2 2 Calcolare il volume polmonare del paziente a FRC. /2-1.d) Sapendo che la capacità inspiratoria (IC) del paziente è 1.8 litri, e che il volume di riserva espiratoria è 0.8 litri, definire (con l ausilio di uno grafico- spirogramma) i seguenti parametri: capacità polmonare totale (TLC).. volume residuo (RV).. capacità vitale (VC).. volume di riserva inspiratoria (IRV).. grafico:

ES. 2) (8 PUNTI) /2-2.a) Quali metodi e strumenti sono utilizzati per misurare il flusso alle vie aeree? /2-2.b) In uno pneumotacografo, quale è il modello più completo dell impedenza dell elemento resistivo utilizzato? Quali parametri ne determinano le proprietà? /2-2.c) Quando si integra numericamente un segnale di flusso per ottenere le variazioni di volume quali sono i fenomeni che determinano la deriva di integrazione? /2-2.d) Riferendosi all esercizio precedente (metodo del lavaggio di azoto), quali sono gli aspetti critici nella misura di flusso alle vie aeree in tale procedura?

ES. 3) (6 PUNTI) Dato il seguente grafico: A /2-3.a) definire le pressioni indicate nei punti A, B, C, D A: B: C: D: E: B /2-3.b) definire le seguenti differenze di pressione: A-B:... D C E B-C:... D-C:... D-E:...... A-E:...... C-E:...... A-C:...... /2-3.c) Tracciare un modello elettrico del sistema respiratorio e delle sue componenti, indicando le varie pressioni definite nei punti precedenti

ES. 4) (4 PUNTI) Indicare i fattori che determinano il calibro delle vie aeree. ES. 5) (3 PUNTI) Illustrare il modello a tre compartimenti degli scambi gassosi, indicando il significato di ogni singolo elemento del modello. ES. 6) (3 PUNTI) In un soggetto in condizioni di riposo viene misurato il consumo medio di ossigeno (V O2 ), pari a 300 ml/min, e la produzione media di anidride carbonica (V CO2 ), pari a 210 ml/min. Determinare, giustificando la risposta, il metabolismo prevalente in tale soggetto

Bioingegneria dei sistemi di controllo autonomo e respiratorio 2 a Prova: Bioing. del Sistema respiratorio 24 luglio 2008 COGNOME NOME. MATR ES. 1) (8 PUNTI) Si consideri un flussimetro a pressione differenziale (pnemotacografo) di resistenza R=0.3 cmh 2 O sec l -1 posto tra l apertura delle vie aeree di un paziente ed un ventilatore meccanico a cui il paziente è connesso. Si supponga di aver effettuato la calibrazione dello strumento in aria. Inizialmente la frazione inspiratoria di ossigeno (FiO 2 ) è pari a quella ambiente (ossigeno al 20.9%). Per ogni ciclo respiratorio si ottiene la traccia di flusso riportata qui a lato. flusso (L / sec) 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0-0.1-0.2-0.3-0.4-0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 /2 1.a) Determinare: a) Andamento della variazione di volume durante il ciclo respiratorio: tempo (sec) b) volume corrente = c) frequenza respiratoria = d) ventilazione minuto = e) tempo inspiratorio = /2 1.b) Successivamente la frazione inspiratoria di ossigeno (FiO 2 ) viene posta pari ad 1 (ossigeno al 100%), mentre tutte le altre impostazioni del ventilatore (incluso il flusso inspiratorio) vengono lasciate inalterate. Ricordando che la viscosità dell aria è pari a 18.4 Pa sec, mentre quella dell ossigeno è pari a 20 Pa sec, determinare, nella nuova condizione: a) flusso inspiratorio misurato dal flussimetro = b) volume inspirato =

/2 1.c) Con l ausilio di un grafico di calibrazione, spiegare il motivo per cui le misure ottenute nelle condizioni descritte al punto 1.b sono diverse da quelle ottenute nelle condizioni descritte al punto 1.a. /2 1.d) Come si potrebbero annullare gli errori di misura nelle due condizioni? ES. 2) (4 PUNTI) Disegnare una tipica curva flusso-volume di un soggetto sano ed indicare su di essa i seguenti parametri spirometrici: - TLC (definizione=.) - RV (definizione=.) - TLC (definizione=.) - FVC (definizione=.) - PEF (definizione =.) - FEF 75%, FEF 50%, FEF 25% (definizione=..) Grafico:

ES. 3) (4 punti) In un paziente viene misurata la variazione di volume polmonare e la pressione esofagea durante respiro spontaneo prima (sinistra) e dopo (destra) l uso di un certo farmaco. prima farmaco dopo farmaco 1.0 1.0 0.8 0.8 volume (L) 0.6 0.4 volume (L) 0.6 0.4 0.2 0.2 0.0 0.0 10 10 pressione esof. (cmh2o) 0-10 -20 pressione esof. (cmh2o) 0-10 -20-30 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 tempo (sec) -30 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 tempo (sec) /4 Calcolare la resistenza delle vie aeree a metà inspirazione prima e dopo il farmaco mediante metodo grafico. Commentare i risultati........

ES. 4) (6 PUNTI) Disegnare due modelli elettrici del sistema respiratorio (con poche parole di spiegazione per ognuno dei due casi) che considerino le vie aeree (AW), il polmone (L) e la parete toracoaddominale (CW) costituita da gabbia toracica (RC) e addome (AB) nelle seguenti due condizioni: /3 4.a) ventilazione meccanica a pressione negativa con paziente completamente paralizzato: /3 4.b) ventilazione meccanica a pressione positiva con paziente in grado di attivare solo i muscoli inspiratori della gabbia toracica (e con tutti gli altri muscoli paralizzati):

ES. 5) (5 PUNTI) Disegnare in un grafico qualitativo l andamento tipico della curva pressione-volume del sistema respiratorio tipica di un soggetto sano, di un paziente con enfisema e di un paziente con fibrosi interstiziale (considerare solo volumi tra FRC e TLC). Commentare l andamento di tali curve e indicare le differenze tra i tre casi considerati. ES. 6) (5 PUNTI) Indicare, per le seguenti patologie respiratorie, se i valori tipici della pressione parziale di O 2 a livello alveolare e nel sangue arterioso sono simili o inferiori rispetto al normale, spiegandone il motivo. Enfisema Fibrosi polmonare Edema polmonare Asma P O2 alveolare P O2 arteriosa Spiegazione

Bioingegneria dei sistemi di controllo autonomo e respiratorio 2 a Prova: Bioing. del Sistema respiratorio 4 settembre 2008 COGNOME NOME. MATR ES. 1) (8 PUNTI) Ad un soggetto viene richiesto di eseguire una manovra di capacità vitale forzata espiratoria. La manovra viene eseguita a partire da capacità funzionale residua, quindi viene eseguita un inspirazione a capacità polmonare totale (TLC), infine viene eseguita un espirazione forzata massimale fino a volume residuo. Mediante un flussimetro si ottiene la traccia riportata qui a destra: flusso (L/sec) 5 4 3 2 1 0-1 -2 ESPIRAZIONE INSPIRAZIONE -3-4 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 tempo (sec) /2 1.a) Tracciare in un grafico l andamento della variazione di volume polmonare durante la manovra /4 1.b) Siano noti TLC = 8 L e volume corrente V T =0.6 L. Definire e calcolare i seguenti parametri spirometrici: Parametro Definizione Valore (con unità di misura) FVC FEV 1.0 PEF FEF25-75

FRC RV IRV ERV IC /3 1.c) Disegnare il grafico flusso-volume, posizionando anche il loop durante respiro spontaneo (ipotizzando per semplicità un flusso costante, sia inspiratorio che espiratorio, pari a 0.2 L/sec). Commentare i risultati................. ES. 2) (6 PUNTI) Pletismografia corporea: differenze tra pletismografi a pressione, a flusso e a volume...............

ES. 3) (6 punti) 3.1) Tracciare, in uno stesso grafico, le curve pressione-volume del sistema respiratorio, del polmone e della parete toracica. 3.2) Spiegare a quali pressioni ci si riferisce nelle tre diverse curve. 3.3) In un modello elettrico del sistema respiratorio, polmone e parete toracica sono in serie o in parallelo? E in un modello meccanico? Perché?

ES. 4) (5 PUNTI) Tracciare l andamento relativo tra pressione parziale di ossigeno e pressione parziale di CO 2 alveolari al variare del rapporto ventilazione-perfusione. (Nota: riferirsi ad un modello a singolo compartimento del polmone). Spiegare il grafico ed indicare sullo stesso dove si trovano le diverse zone (normale, spazio morto fisiologico, shunt). ES. 5) (3 PUNTI) Quali sono le funzioni del surfattante? ES. 6) (3 PUNTI) Da cosa dipende la diffusione dei gas attraverso la membrana alveolo-capillare?

Bioingegneria dei sistemi di controllo autonomo e respiratorio Bioing. del Sistema respiratorio 25 settembre 2008 COGNOME NOME. MATR Es. 1) (6 punti) Si considerino due pazienti, A e B, in cui sono noti i seguenti valori: Paziente #1 Paziente #2 RV 2 L 5 L PEF 6 L/sec 4 L/sec FEF25% 3 L/sec 1 L/sec FEF50% 1 L/sec 0.5 L/sec FEF75% 0.5 L/sec 0.25 L/sec FVC 1.8 L 2.5 L IC 1.5 L 1.5 L 1.1) /2 Tracciare, sullo stesso grafico, le curve flusso-volume espiratorie dei due pazienti 1.2) /2 Calcolare il valore di FRC nei due pazienti, giustificando la risposta..... 1.3) /2 Indicare, giustificando la risposta, in quale dei due pazienti è più probabile una diagnosi di enfisema polmonare ed in quale dei due una diagnosi di fibrosi polmonare........