Resumo
Os fenómenos clinicamente relevantes e complexos do aquecimento e humidificação do gás inspirado
estão representados no Human Patient Simulator (HPSTM) desenvolvido na Universidade da Florida, e
comercializado pelo Medical Educational Technologies, Inc., através de uma correcção empírica da
composição dos gases dentro dos pulmões. O objectivo global deste estudo foi investigar o
aquecimento e a humidificação, e o seu efeito em combinação com a pressão barométrica na
composição do gás alveolar.
Neste relatório, nós sumariamos a anatomia e pato-fisiologia relevante, apresentamos brevemente as
tarefas médicas e uma análise dos incidentes, e introduzimos as relevantes leis da física e da
química. Os requisitos do modelo são especificados e os dados-alvo para a sua validação
apresentados. Uma revisão na literatura científica demonstra que nenhum modelo existente preenche
todos os requisitos. Os modelos conceptuais que estão na base do modelo pulmonar do Human
Patient Simulator são também apresentados.
Nós extendemos estes modelos conceptuais, incorporando os fenómenos do aquecimento e
humidificação, e derivámos um modelo matemático original que reage á temperatura e humidade
relativa do gás inspirado, assim como á pressão barométrica.
Os resultados de simulação sob condições normais e com controlo efectivo da respiração estão
dentro do intervalo dos dados-alvo. Os resultados atrás mencionados representam um melhoramento
clínico e educativo relevante sobre os resultados obtidos com uma implementação em software do
modelo existente do HPSTM. O modelo com o controlo da respiração responde realisticamente,
mantendo a mesma composição dos gases alveolares sobre um intervalo de diferentes temperaturas
e humidades relativas do gás inspirado. O modelo prevê que o efeito da temperatura e da humidade
relativa do gás inspirado na composição do gás alveolar é significativo durante a ventilação mecânica.
Os resultados de simulação para diferentes pressões barométricas são realistas.
Abstract
The clinically relevant, complex phenomena of warming and humidification of inspired gas are
TM
represented in the Human Patient Simulator (HPS ) developed at University of Florida, and
commercialized by Medical Educational Technologies, Inc., by an empirical correction of the gas
composition inside the lungs. The general goal of this study was to investigated warming and
humidification, and their effect and the effect of barometric pressure on alveolar gas composition.
In this report we summarize the relevant anatomy and pathophysiology, present a brief medical task
and incident analysis, and introduce the relevant laws from physics and chemistry. The model
requirements are specified and target data for its validation presented. A review of the scientific
literature demonstrates that no single model meets all requirements. The conceptual models
underlying the pulmonary model of the Human Patient Simulator are also presented.
We extended these conceptual models with the warming and humidification phenomena, and derived
an original mathematical model that reacts to the temperature and relative humidity of inspired gas
and to the barometric pressure.
The simulation results for normal conditions and effective control of breathing are within the target data
interval. The above mentioned results represent a clinically and educationally relevant improvement
over results obtained with a software only implementation of the existing HPSTM model. The model
including control of breathing responds realistically by maintaining the alveolar gas composition over a
wide range of different temperatures and relative humidity of inspired gas. It predicts that the effect of
the temperature and relative humidity of inspired gas on alveolar gas composition is significant during
mechanical ventilation. The simulation results for varying barometric pressure are realistic.