ESTUDO DE UM INTRODUTOR, DO TIPO DISPOSITIVO AUXILIAR PARA A INTUBAÇÃO TRAQUEAL

 

A felicidade não está em viver, mas em saber viver. Não vive mais o que mais vive, mas o que melhor vive.

Mahatma Gandhi

AGRADECIMENTOS

Desejo expor os mais sinceros agradecimentos a todos que de alguma forma auxiliaram na realização deste trabalho. Seja através da orientação técnica, sejam através do apoio, do incentivo e da amizade, muitas pessoas tiveram papel importante para a realização deste sonho.

Mesmo correndo o risco de um indesculpável esquecimento, julgo importante particularizar alguns agradecimentos: 

Meus pais, Luiz Carlos e Fátima e Aos meus irmãos Luiz Carlos, Lucio, Lucélia e Pedro, sei que foram várias as dificuldades passadas, além de muitas horas de trabalho e preocupações.  Espero agora, com esta conquista, poder ajudar e mostrar o quanto são importante para mim, obrigado por tudo e saibam que amo muito vocês.

 Ao Eng. Fábio Genuíno pela competência e dedicação demonstrada na orientação deste trabalho, pela amizade, compreensão em todos os momentos. Meus sinceros agradecimentos e admiração.

A Profª Janaína Fracaro pelo apoio na melhor hora que precisei. Meu sincero respeito e minha enorme gratidão.

Aos amigos Jordan, Charles, Juarez, Juliano Biju, Wanderson, Dedé 3D, Tatiana, Mariana pela amizade mantida, mesmo na ausência ao longo destes anos.

A uma pessoa que ao longo dos anos mostrou-se companheira e amiga, dando-me força e ajuda nos momentos de dificuldades, saibas que será sempre especial em minha vida.

Por fim, agradeço a DEUS.

RESUMO

           

A intubação traqueal pode definir-se como uma especialidade da laringoscopia que utiliza estratégias, técnicas e tratamento que buscam a otimização da via aérea superior, contribuindo para prevenir ou minimizar disfunções ventilatórias, com isto promover ao máximo a qualidade de vida dos pacientes.

Este trabalho apresenta o estudo de dispositivo introdutor “Bougie” para execução auxiliar para intubação traqueal, visando contribuir para o entendimento das melhores condições para especificação e desenvolvimento, avaliando os comportamentos relacionados ao decorrer, como resistência, tensão e deformação, visando auxiliar nas melhores condições de processos de fabricação.

Este trabalho surge da necessidade de compreender o comportamento dos materiais Teflon e Nylon, e as possíveis alterações que ocorrem nas suas propriedades quanto a sua resistência mecânica, efeitos ocorridos pela temperatura, uso de soluções químicas etc.

Será possível conhecer e estudar causas e impacto em suas propriedades.

A utilização da engenharia aliada à medicina na execução de cirurgias sempre trouxe ótimos benefícios, sempre no objetivo de avaliar sua importância e necessidade nas mesmas, com o objetivo de oferecer o melhor tipo de serviço prestado ao paciente.

Para programação e utilização deste dispositivo com execução em um corpo humano, padrões de projeto para a especificação e utilização do dispositivo, e a segurança utilizando as técnicas de estabilização e reforço na melhoria das propriedades mecânicas, são as ferramentas usadas para a realização deste dispositivo.

Palavras Chave: Bougie; Resistência; Materiais; Anestesiologia; Intubação; Traqueal

SUMÁRIO

Pág.

 

LISTA DE FIGURAS. 8

LISTA DE TABELAS. 9

LISTA DE SÍMBOLOS. 10

LISTA DE ABREVIATURAS. 11

INTRODUÇÃO.. 12

2      FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA.. 14

2.2      PROPRIEDADES MECÂNICAS. 22

2.3          TENSÃO.. 23

2.4          DEFORMAÇÃO.. 23

2.5          TESTE DE TRAÇÃO E COMPRESSÃO.. 26

2.5.1.3          ENDURECIMENTO POR DEFORMAÇÃO.. 30

2.5.1.4          FASE DE RUPTURA.. 31

2.6          ELASTICIDADE LINEAR.. 31

2.7          LEI DE HOOKE. 31

2.8          ENERGIA DE DEFORMAÇÃO.. 32

2.8.1          MÓDULO DE RESILIÊNCIA.. 32

2.8.2          MÓDULO DE TENACIDADE. 32

2.9          COEFICIENTE DE POISSON.. 33

2.9.1          FALHA DE MATERIAIS DEVIDO À FLUÊNCIA E À FADIGA.. 34

2.9.2          FLUÊNCIA.. 34

2.9.3          FADIGA.. 34

3          METODOLOGIA E DESENVOLVIMENTO.. 35

3.1          DESCRIÇÃO COMPLETA DA SITUAÇÃO-PROBLEMA.. 35

3.2          PROCESSOS. 36

3.3         CONSTRUÇÃO DOS DISPOSITIVOS. 36

3.3.1         DESINFECÇÃO E ESTERILIZAÇÃO.. 37

3.4         APLICAÇÃO DO ESTUDO.. 38

3.5         ANÁLISES QUÍMICAS. 39

3.6         ENSAIOS DE TRAÇÃO.. 40

4       RESULTADOS. 44

5         CONCLUSÃO.. 45

6         REFERÊNCIAS. 46

 

LISTA DE FIGURAS

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Figura 2.1.1 – Tubo traqueal e introdutor bougie (Fonte: Portal Air Way Cam, 2006) 14

Figura 2.1.2 – Introdutores bougies tradicionais (Fonte: Anesthesia & Analgesia, 2007) 15

Figura 2.1.3 – Bougie introduzido através de broncoscópio rígido (Fonte: Scielo Brasil, 2006) 16

Figura 2.1.4 – Uso do introdutor bougie em boneco e paciente humano (Fonte: VAD, 2008) 16

Figura 2.1.5 – Simulação de visão laringoscopia (Fonte: Scielo Brasil, 2006) 18

Figura 2.1.6 – Materiais fabricados por politetrafluoretileno (Fonte: CENTERFLON, 2008) 19

Figura 2.1.7 – Produtos fabricados com poliéster nylon (Fonte: Azerra, 2010) 21

Figura 2.1.8 – Profissionais da saúde utilizando introdutor bougie (Fonte: EMS World , 2011) 21

Figura 2.4.1 – Encontro de ponte de concreto com tensão excessiva (Fonte: Hibbeler, 2006) 24

Figura 2.4.2 – Deformação normal (Fonte: Hibbeler, 2006) 25

Figura 2.4.3 – Fórmula deformação por cisalhamento (Fonte: Hibbeler, 2006) 25

Figura 2.4.4 – Deformação por cisalhamento (Fonte: Hibbeler, 2006) 26

Figura 2.5.1 – Máquina de teste de tração (Fonte: Frank Bacon Machinery Company, 2010) 27

Figura 2.5.2 – Máquina de teste de compressão (Fonte: MTS Systems Corporation, 2010) 27

Figura 2.5.3 – Diagrama tensão-deformação (Fonte: Blog do Carlão, 2008) 29

Figura 2.5.4 – Ciclo de carregamento e descarregamento (Fonte: Laboratório de Mecânica Computacional, 2007) 30

Figura 2.8.1 – Módulos de resiliência e tenacidade (Fonte: MSPC Engenharia, 2008) 32

Figura 2.9.1 – Alongamento axial e contração (Fonte: Scielo Brasil, 2010) 33

Figura 3.3.1 – Construção do dispositivo para testes (Fonte: SAMG, 2007) 37

Figura 3.5.1 – Micrografias por MEV Nylon. 39

Figura 3.5.2 – Micrografias por MEV Teflon. 39

Figura 3.5.3 – Curva absorção. 40

Figura 3.6.1 – Gráfico tensão-deformação (Fonte: Blog do Carlão, 2008) 41

Figura 3.6.2 – Gráfico Ensaio Tração. 43

Figura 3.6.2 – Gráfico Ensaio Flexão. 43

LISTA DE TABELAS

Pág.

Tabela 2.1.1 – Bougie usado em 200 pacientes. 17

Tabela 3.6.1 – Formulário resultados obtidos através de testes. 42

LISTA DE SÍMBOLOS

cm – Centímetros

s – Segundos

n – Números

p – Parâmetros

> – Maior

< – Menor

ºC – Celsius

+ – Mais

- – Menos

% - Porcentagem

µ - Micro sign

∆ - Delta

Mpa – Mega Pascal

Lf – Medida Final

mm – milímetros

º - grau

N – Newton

v – nu

LISTA DE ABREVIATURAS

 

ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas

ANVISA - Agência Nacional de Vigilância Sanitária

SMUR - Serviço Móvel Urgente de Reanimação

GEB – Goma Elástica Bougie

AFDI – Associados Fatores de Risco para Difícil Intubação

EMAC – Eficaz Manutenção das Crises Anestésicas

IDS – Soma das Notas

VDCJ - Várias Doença de Creutzfeldt-Jakob

VAD - Via Aérea Difícil

IOT - Intubação Endotraqueal ou Orotraqueal

ASTM – American Society for Testing and Materials

SAMG – Sociedade de Anestesia de Minas Gerais

INTRODUÇÃO

Na resolução de muitos problemas de engenharia, é necessário melhorar as características do produto, quer como material de fabricação etc., de maneira a assegurar que o material seja capaz de suportar as cargas aplicadas sem deformação excessiva, mantendo a sua resistência e estabilidade. Este trabalho tem como objetivo avaliar as técnicas de estabilização e reforço na melhoria das propriedades mecânicas usadas na fabricação do dispositivo utilizado na medicina para introdução da via aérea difícil, pela necessidade de rápida atuação do anestesiologista, muitas vezes necessitando de dispositivos complementares para assegurar a via aérea patentes. No entanto, muitos destes dispositivos são caros e exigem formação, a fim de ser usado. O “bougie”, um dispositivo simples e descartável também pode ser fabricado pelo anestesiologista, tornando-se uma ferramenta de baixo custo. As metodologias estudadas apresentaram-se tecnicamente viáveis, sendo possível a imediata aplicação na prática de Engenharia Biomédica.  

          Por se tratar do corpo humano precisará ser bem elaborada para que não haja erros ou seqüelas futuramente nos pacientes, e sei que para isto será fundamental utilizar todos os conhecimento e experiências adquiridos durante todo o curso de engenharia, trabalhando toda a parte teórica e prática, em busca de um produto de ótima qualidade e de baixo custo que supra toda esta necessidade.

1.1      OBJETIVOS DO TRABALHO

O objetivo deste trabalho consiste na construção e estudo de um dispositivo que pode ser utilizado em ações práticas, visando buscar em uma ferramenta simples e de um material de baixo custo que possa auxiliar no trabalho da medicina, onde o dispositivo será executado no corpo humano e que atenda as especificações da ABNT e da ANVISA.

Os objetivos específicos do trabalho são:

a) utilizar os recursos da engenharia mecânica e verificar suas limitações quando aplicada ao corpo humano;

b) executar a aplicação no corpo humano auxiliando de forma objetiva em diversas aplicações.

1.2          JUSTIFICATIVA

A idéia para tal foco de pesquisa veio durante o curso em elaborar um projeto que pudesse auxiliar em algo pra sociedade, e depois de verificar que o introdutor Bougie pode auxiliar como um dispositivo auxiliar na intubação traqueal podendo salvar muitas vidas, mas sempre foi pouco utilizado ou talvez quase nunca aqui no Brasil devido ao pouco conhecimento das pessoas da área da saúde, e também do fascínio pela área da engenharia que trabalha em conjunto com outras áreas. Pois sempre achei interessantes os estudos relacionados ao corpo humano, não conheço muito desta área, mas sempre tive um enorme interesse quando via algo parecido, principalmente quando amigos profissionais das áreas da saúde, ou até mesmo quando eu estive em hospitais, onde os profissionais se dedicavam ao máximo pelas pessoas, e sempre quando podiam usavam algo que envolve a engenharia em favor disto. E acabei ainda descobrindo que minha avó paterna precisou no passado passar por uma intubação traqueal. E, além disto, também observei que más procedências em sua fabricação, utilização etc., o que acaba gerando a não utilização do mesmo.

2      FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

2.1      O QUE É O INTRODUTOR BOUGIE

Há uma explicação histórica para a imprecisa e confusa terminologia relativa à "vela".  O bougie, goma elástica “tão amplamente utilizado no Reino Unido não é feito de goma elástica, e não é usado por anestesistas como uma vela (um dispositivo para a série de dilatação crítica)”. O chamado “vela” é um dispositivo que é descrito pelos fabricantes como um introdutor.  Antes de estarem disponíveis projetos feitos especificamente para facilitar a intubação traqueal, anestesistas usavam o que estava disponível na sala de operações, muitas vezes bougie uma goma elástica. À Macintosh é dado o crédito para a primeira utilização de introdutores para facilitar a intubação traqueal (MACINTOSH, 1949).

 

Figura 2.1.1 – Tubo traqueal e introdutor bougie (Fonte: Portal Air Way Cam, 2006)

Uma tarde de sexta-feira no início dos anos 1970, o Dr. Venn considerou o projeto de um introdutor do tubo traqueal. Tinha muito tempo que reconhecia que ângulos de visão (em que a luz é refletida através de uma abertura na lateral e em seguida a uma distância) podiam ajudar o utilizador a orientar dispositivas obstruções passadas, por exemplo, no cateterismo uretral. Dr. Venn estava familiarizado com o “cateter Toronto”, uma longa sucção do cateter de borracha em ângulo, que ele usou para aspiração brônquica durante a anestesia torácica. Não há dúvida de que a ponta angulada contribui para o sucesso do dispositivo. (MUSHAMBI & IYER, 2002)

 

Figura 2.1.2 – Introdutores bougies tradicionais (Fonte: Anesthesia & Analgesia, 2007)

2.1.1      USOS DO DISPOSITIVO NA PRÁTICA CLÍNICA

De acordo com uma pesquisa realizada no Reino Unido em 1996, mostrou que todos os 30 profissionais da medicina optaram pelo dispositivo Bougie como primeira escolha quando se apresentava com uma dificuldade inesperada de via aérea difícil no procedimento de intubação traqueal. (TURLEY & LATTO, 1996)

Na verdade se tem escrito: “O sucesso dessa ferramenta simples, discreta, mas altera radicalmente a prática da anestesia, contudo que agora é necessário uma visão da epiglote, mesmo quando os cabos não podem ser vistos, a ponta da goma elástica bougie pode-se cair rapidamente por trás da epiglote, através das cordas, e um tubo traqueal railroaded sobre ele na posição”. (WILSON, 1993)

 

Figura 2.1.3 – Bougie introduzido através de broncoscópio rígido (Fonte: Scielo Brasil, 2006)

Motivos para usar uma vela são mostrados na Tabela xxxx, em alguns casos, a pressão da laringe não foi utilizada e, em outros, a pressão foi aplicada antes da indução da anestesia porque os pacientes estavam em risco de aspiração. 

 

Figura 2.1.4 – Uso do introdutor bougie em boneco e paciente humano (Fonte: VAD, 2008)

 

Tabela 2.1.1 – Bougie usado em 200 pacientes

Fonte: Jornal da Associação de Anestesistas da Grã-Bretanha e da Irlanda

 

2.1.2      COMPARAÇÕES ENTRE O DISPOSITIVO DE USO ÚNICO E O DE USO MÚLTIPLO

 

Um estudo realizado em que 20 anestesistas tentaram colocar uma única vela ou de uso múltiplo na traquéia de um manequim, em que um grau três Cormack e Lehane de visão laringoscópica foi simulado. Os anestesistas fizeram duas tentativas de colocação em cada vela e ficaram cegos para o sucesso (colocação traqueal) ou falha (colocação do esôfago). As taxas de sucesso para as primeiras tentativas com o único e velas de uso múltiplo foram 85 e 15%, respectivamente (média (IC 95%) a diferença entre as duas velas de 70% (40-84%), menor que 0,001). As taxas de sucesso para as segundas tentativas foram semelhantes àquelas para as primeiras tentativas com ambas as sondas. No entanto, há uma crescente preocupação com o risco de infecção cruzada com dispositivos de uso múltiplo e alguns preferem o introdutor de uso único feito de poliuretano. Curiosamente, parece que este, que necessita de flexibilidade e de curvatura, é mais difícil de usar. (SURENDRA & JONES, 2001)

 

Figura 2.1.5 – Simulação de visão laringoscopia (Fonte: Scielo Brasil, 2006)

Os dispositivos de uso único e os de múltiplo uso parecem ser muito semelhantes. Ambas as sondas têm uma extremidade distal que é angulada em 40 °, a 3,5 cm da ponta. No entanto, as velas têm características físicas diferentes. A vela de múltiplo uso é feito de poliéster Dacron trançado, revestido repetidamente em uma resina. A vela de uso único é um tubo plástico oco feito de Politetrafluoretileno.

2.1.2.1          POLITETRAFLUORETILENO

Conforme o capítulo 2.1.2 o dispositivo de uso único é feito pelo material Politetrafluoretileno (PTFE), que é um polímero obtido através da combinação do flúor com o carbono.  Na verdade, ele é um polímero, que é conhecido pela maioria das pessoas como teflon, que é marca registrada da empresa Dupont.

A sua principal característica é ser uma substância que não reage com outras, a não ser em situações muito específicas. Isto se deve basicamente para proteger os átomos de flúor sobre a cadeia de carbono. Esta carência reativa permite que sua toxicidade seja quase anulada, sendo também o material com o coeficiente de atrito mais baixo. Outra característica da qualidade deste material é que ele é impermeável mantendo, suas qualidades em ambientes com muitas umidades. É por estas características especiais, material com notável resistência química, baixíssimo coeficiente de atrito equivalente a gelo sobre gelo, antiaderente, resistente a temperaturas elevadas.

 

Figura 2.1.6 – Materiais fabricados por politetrafluoretileno (Fonte: CENTERFLON, 2008)

De acordo com a CENTERFLON (2008), as propriedades gerais mais usadas do Politetrafluoretileno são as seguintes:

 

•     Químicas – Resiste praticamente a quase todos os produtos químicos nas condições de temperaturas onde é estável, com exceção dos metais alcalinos em fusão e de alguns compostos fluorados em altas temperaturas. É inodoro e atóxico. Não sofre fenômenos de envelhecimento.
•      Mecânicas – Possui o mais baixo coeficiente de atrito de todos os materiais, sendo que os coeficientes estáticos e dinâmicos são iguais e correspondem a gelo sobre gelo. Possui grande resistência. É flexível em espessura finas e rígido em espessuras espessas.
•      Elétricas – É excelente isolante elétrico.
•      Nada adere ao Teflon. A absorção aos líquidos é nula, aos gases é pequena, não sendo afetado pela intempérie, nem pela ação do sol, umidade e frio.
•      Térmicas – Podem ser usadas entre -200ºC e +260ºC em serviços intermitentes.

 

2.1.2.2          POLIÉSTER NYLON

Conforme também dito no capítulo 2.1.2 o dispositivo de uso múltiplo é feito de poliéster nylon. Os mais comuns são as resinas de poliéster, polietileno tereftalato conhecidos pelos nomes comerciais de Dacron, Terital. Uma determinada família de poliésteres são policarbonatos, materiais transparentes usados ​​para fazer vidro laminado de segurança ou da luz. Um poliéster é um plástico sintético que se obtém por policondensação de ácidos orgânicos e alcoóis que no mínimo tenham, respectivamente, dois grupos carboxílicos e dois grupos hidroxilos na sua molécula.

O poliéster politereftalato de etileno obtém-se a partir de ácido tereftálico e do etilenoglicol e utiliza-se para o fabrico de fibras sintéticas e de películas.

Também as resinas alquídicas são poliésteres.   Quando o ácido ou o álcool utilizado é insaturado, pode adicionar-se um composto polimerizável à ligação dupla das macromoléculas (moléculas com um número elevado de átomos). Desta forma obtêm-se as resinas de éster (poliésteres insaturados). Esta reação de reticulação, na qual não se forma nenhum subproduto, pode desenrolar-se, com freqüência, a temperatura normal e sem aplicação de pressão. Por esta razão, os poliésteres insaturados são usados como resinas de colagem. Os poliésteres são usados para fabricar fibras sintéticas resistentes e que não enrugam folhas transparentes que não encolhem pó de modelagem, pranchas onduladas, vernizes e coberturas protetoras.  Também são usados em eletrotécnica e no fabrico de carroçarias, planadores e barcos.  As placas de poliéster reforçado com fibra de vidro utilizam-se como placas translúcidas e como revestimentos. As fibras e filamentos de poliéster obtêm-se a partir do produto de policondensação do etilenoglicol e do ácido tereftálico, por fusão, fiação através de fieiras e, estiramento e corte. São elásticas e não enrugáveis, têm boa resistência aos agentes químicos, biológicos, climáticos e à luz. São utilizadas simples ou misturadas com outros tipos de fibras, na indústria do vestuário, assim como em artigos técnicos, como filtros, cordas, isolantes, fibras de reforço para pneus, entre outras aplicações. (INFOPEDIA, 2011)

 

Figura 2.1.7 – Produtos fabricados com poliéster nylon (Fonte: Azerra, 2010)

2.1.3      FRATURAS DA CAMADA EXTERNA DE UM DISPOSITIVO

Bougies variam consideravelmente em suas propriedades físicas. Há, portanto, uma arte, bem como um componente de ciência no processo de fabricação. Cada dispositivo é suposto ser usado em até cinco vezes e então ele deve ser descartado. Parece que isto provavelmente é ignorado por todos os usuários. Isto porque em parte não há mantido nenhum registro formal de uso do dispositivo.  Qual é a indicação para mudar um dispositivo velho por um novo na prática clínica? Isto está longe de ser clara. É também evidente que as instruções dos fabricantes em matéria de esterilização após o uso são muitas vezes ou sempre ignoradas. (LETHEREN, 1994)

 

Figura 2.1.8 – Profissionais da saúde utilizando introdutor bougie (Fonte: EMS World , 2011)

2.1.4      CONTAMINAÇÕES MICROBIANAS DE DISPOSITIVOS

Como já foi dito anteriormente não é incomum o dispositivo ser reutilizado por várias vezes.  Isto tem implicações para a sua limpeza e manutenção, e traz a tona a questão de saber se deve ser substituídos com apenas uma vez de uso os dispositivos que são chamados descartáveis. (KIDD et. al, 1988)

Segundo ESCHMANN (1988) os fabricantes recomendam que sejam lavados em uma solução aquosa de sabão neutro após o uso para remover todas as sujidades visíveis. Antes de reutilização, devem ser imersos em um líquido desinfetante ou esterilizados formalmente. Entre as utilizações, a vela deve ser armazenada em sua embalagem original e protegida da luz, e eles devem ser reutilizados no máximo por até cinco vezes. É comum a prática de simplesmente para “limpar” a vela lavar com água e sabão e guardá-las na posição vertical (superior ou ponta inclinada ou vice-versa) em um recipiente aberto não esterilizado. 

Nenhum registro formal é mantido de seu uso, portanto, cada dispositivo é, provavelmente, usado muitas vezes. Como eles funcionam perfeitamente bem após cinco utilizações, é a indicação para descartá-los um problema de infecção ou se relaciona com a deterioração física real? Com o uso repetido, áreas localizadas de fraqueza pode se desenvolver na camada exterior da vela. Em muitos hospitais só são substituídos quando o dano real se torna visível. Não parece haver nenhuma relação óbvia entre a posição em que a velas foram armazenados em um recipiente e a probabilidade de ser contaminado. É importante lembrar que, numa situação de emergência, não é incomum para inserir a reta final da vela na traquéia acidentalmente. Na opinião dos recipientes possivelmente abrigar os restos orgânicos, devemos armazenar os introdutores com a mais alta ponta angulada? No entanto, esta posição, com a ponta angulada expostos ao ambiente, pode resultar em excessiva manipulação pelo pessoal de operação. (PHILLIPS & WP, 1997)

2.2      PROPRIEDADES MECÂNICAS

Segundo BEER & JOHNSTON (1995) o projeto de máquinas e estruturas de forma que elas funcionem corretamente exige que entendamos o comportamento mecânico dos materiais que estão sendo empregados. Comumente, a única maneira de determinar como os materiais se comporta quando submetidos a cargas é executar experimentos em laboratórios.  

Ductibilidade: propriedade de certos materiais, que apresentam grandes deformações antes de se romperem.

Fragilidade: propriedade de certos materiais, que praticamente não se deformam antes de se romperem.

Elasticidade: propriedade de certos materiais, que se deformam quando solicitados e retornam a forma inicial quando descarregados.

Plasticidade: propriedade de certos materiais, que não se retornam a forma original depois de deformados.

 

2.3          TENSÃO

 A resistência dos materiais é um ramo da mecânica que estuda as relações entre cargas externas aplicadas a um corpo deformável e a intensidade das forças internas que atuam dentro do corpo. Esse assunto abrange também o cálculo da deformação do corpo e o estudo da sua estabilidade, quando ele está submetido a forças externas.

As dimensões dos elementos, sua deflexão e sua estabilidade dependem não só de cargas internas como também do tipo de material do qual esses elementos são feitos. (HIBBELER, 2006)

2.4          DEFORMAÇÃO

É quando uma força é aplicada a um corpo tende a mudar a forma e o tamanho dele. Tais mudanças são denominadas deformação e podem ser perfeitamente visíveis ou praticamente imperceptíveis sem o uso de equipamento para fazer medições precisas.

O corpo também pode sofrer deformação quando sua temperatura muda.

De maneira geral, a deformação do corpo não é uniforme em todo o seu volume e, assim, a mudança na geometria de qualquer segmento de reta do corpo pode variar ao longo do comprimento. Entretanto, à medida que se consideram segmentos de retas cada vez menores, eles permanecem retos após a deformação e, assim, para estudar como muito pequenas e localizadas na vizinhança de um ponto.  Por exemplo, um segmento de reta pode alongar-se quando orientado em uma direção e contrair-se quando orientado em outra.

A fim de descrever a deformação por meio de mudanças no comprimento dos segmentos de reta e mudanças dos ângulos entre eles, as medições de deformação são feitas, na prática, por meio de experimentos e, uma vez obtidos seus valores, é possível relacioná-los ás cargas aplicadas ou ás tensões que atuam no interior do corpo. (HIBBELER, 2006)

 

Figura 2.4.1 – Encontro de ponte de concreto com tensão excessiva (Fonte: Hibbeler, 2006)

2.4.1         DEFORMAÇÃO NORMAL

De acordo com HIBELLER (2006) é definida pela contração ou o alongamento de um segmento de reta por unidade de comprimento.

É uma grandeza adimensional, visto ser a relação entre dois comprimentos. Apesar disso é prática comum expressá-la em termos de razão de unidades de comprimento. Na maioria das aplicações da engenharia, é muito pequeno, de modo que as medidas da deformação são dadas em micrometros por metro [µm/m], em que µm = 10ˉm.

 

Figura 2.4.2 – Deformação normal (Fonte: Hibbeler, 2006)

 

A deformação normal média é definida por: , onde é seu comprimento inicial e seu comprimento final.

 

 

2.4.2         DEFORMAÇÃO POR CISALHAMENTO

 É definida pela mudança de ângulo que ocorrem entre dois segmentos de retas perpendiculares entre si originalmente. É medido em radianos e seu ângulo é denotado por  γ.

 

 

Figura 2.4.3 – Fórmula deformação por cisalhamento (Fonte: Hibbeler, 2006)

 

Figura 2.4.4 – Deformação por cisalhamento (Fonte: Hibbeler, 2006)

 

2.5          TESTE DE TRAÇÃO E COMPRESSÃO

Segundo HIBBELER (2006) a resistência de um material depende de sua capacidade de suportar a carga sem deformação excessiva ou ruptura. Essa propriedade é inerente ao próprio material e deve ser determinada por experimento.

O corpo de prova de tração padrão da ASTM tem um diâmetro de 0,505 in. E um comprimento padrão de 2,0 in. Entre as marcas de medição, que são os pontos onde os braços do extensômetro são presos ao corpo de prova. Em um teste estático, a carga é aplicada lentamente, e a taxa precisa de carregamento não é de interesse porque não afeta o comportamento do corpo de prova. Porém, em um teste dinâmico, a carga é aplicada rapidamente e às vezes de maneira cíclica. Os testes de compressão de metais são comumente feitos em pequenos corpos de prova na forma de cubos ou cilindros circulares. Os cubos têm geralmente 2,0 in. De lado e os cilindros tem usualmente diâmetros de aproximadamente 1 in. E comprimentos de 1 a 12 in. Ambas as cargas aplicadas pela máquina e o encurtamento deve ser medido sobre um comprimento padrão que é menor que o comprimento total do corpo de prova para eliminar efeitos da extremidade. (GERE, 2003)

 

Figura 2.5.1 – Máquina de teste de tração (Fonte: Frank Bacon Machinery Company, 2010)

 

 

Figura 2.5.2 – Máquina de teste de compressão (Fonte: MTS Systems Corporation, 2010)

2.5.1          DIAGRAMAS TENSÃO-DEFORMAÇÃO

Geralmente para os resultados destes testes dependem consideravelmente do corpo de prova que será testado. Pois, iremos projetar estruturas que serão improváveis termos partes do mesmo tamanho que os corpos que serão testados, o que temos que fazer é expressar os resultados de maneira que possamos aplicar a membros de qualquer tamanho.  Uma maneira simplificada de alcançar este objetivo são as conversões dos resultados em deformações e tensões. (GERE, 2003)

De acordo com HIBBELER (2006) com os dados do teste de tração ou compressão, podem-se calcular diversos valores de tensão e a deformação correspondente no corpo de prova e, depois, construir um gráfico com os resultados. A curva resultante pode ser descrita de duas maneiras.

2.5.1.1          DIAGRAMA TENSÃO-DEFORMAÇÃO CONVENCIONAL

É determinado através da divisão da carga aplicada P pela área da seção transversal inicial do corpo de prova. Esse cálculo

 Pressupõe que a tensão seja constante na seção transversal e em toda região entre os pontos de calibragem.

 

Da mesma forma, é encontrada diretamente pela leitura do extensômetro, ou dividindo-se a variação do comprimento de referência, , pelo comprimento de referência inicial .

 

Se os valores correspondentes de  e  forem colocados em um gráfico, no qual a ordenada seja a tensão e a abscissa seja a deformação, a curva resultante será chamada diagrama tensão-deformação convencional.  Esse diagrama é muito importante em engenharia, pois permite obter dados sobre a resistência à tração ou compressão do material sem considerar o tamanho ou formato físico desse material, isto é sua geometria. (HIBBELER, 2006)

 

Figura 2.5.3 – Diagrama tensão-deformação (Fonte: Blog do Carlão, 2008)

2.5.1.2          COMPORTAMENTO ELÁSTICO E PLÁSTICO

Os metais sofrem deformações quando são submetidos a momentos e ou campos de forças. O tipo de deformação ou a intensidade que sofre o metal são funções da resistência mecânica, dos momentos aplicados e da intensidade das forças, etc.

Estas resultantes das deformações que sofrem estes campos de força são classificadas em dois tipos:

 

FASE ELÁSTICA: É a capacidade que um material possui de retornar a sua forma de origem em ciclo de descarregamento e carregamento. Esta deformação desaparece quando a tensão também é removida, ou seja, ela se reverte. É conseqüente do movimento dos átomos que constituem a rede cristalina do material, desde que os átomos sejam mantidos a posição relativa.

 

FASE PLÁSTICA: É a permanente deformação provocada por tensão superior ou igual á resistência que se associa ao limite de proporção. É o que se resulta do permanente deslocamento dos átomos que constituem o material, diferenciando-se da deformação elástica, que as posições relativas dos átomos são mantidas.

 

 

Figura 2.5.4 – Ciclo de carregamento e descarregamento (Fonte: Laboratório de Mecânica Computacional, 2007)

 

2.5.1.3          ENDURECIMENTO POR DEFORMAÇÃO

Quando o escoamento termina, pode-se aplicar uma carga adicional ao corpo de prova, o que resultará em uma curva que cresce continuamente, mas que se torna mais plana até que alcança a tensão máxima denominada limite de resistência . O aumento da curva é chamado de endurecimento por deformação. (HIBBELER,2006)

2.5.1.4          FASE DE RUPTURA

É quando a área da seção transversal começa a diminuir em uma região localizada do corpo de prova, em vez de todo o seu comprimento. Esse fenômeno é provocado por planos de deslizamento formados no interior do material, e as deformações produzidas são provocadas por tensão de cisalhamento. (HIBBELER, 2006)

2.6          ELASTICIDADE LINEAR

Muitos materiais estruturais incluindo a maioria dos metais, madeira, plásticos e cerâmicas, comportam-se elástica e linearmente quando carregados da primeira vez. Consequentemente suas curvas de tensão-deformação começam com uma reta passando através da origem.

Quando um material comporta-se elasticamente e também exibe uma relação linear entre tensão e deformação, é chamado de elástico linear (GERE, 2003)

2.7          LEI DE HOOKE

De acordo com HIBBELER (2006) é a relação linear entre tensão e deformação na região de elasticidade. Foi descoberta por Robert Hooke, em 1676, com o auxílio de molas. Tal lei é expressa por:

σ = Eϵ

Onde E é a constante de proporcionalidade, módulo de elasticidade ou módulo de Young, nome derivado de Thomas Young que explicou a Lei em 1807.

Um material é chamado de linear-elástico se a tensão for proporcional a deformação dentro da região elástica. Essa condição é denominada Lei de Hooke e o declive da curva é chamado de módulo de elasticidade E.

2.8          ENERGIA DE DEFORMAÇÃO

À medida que um material é deformado por uma carga externa, tende a armazenar  energia internamente ao longo de todo seu volume. Como essa energia relaciona-se a deformação do material, é chamada energia de deformação. (HIBBELER, 2006)

2.8.1          MÓDULO DE RESILIÊNCIA

Em particular quando a tensão atinge o limite de proporcionalidade, a densidade da energia de deformação. Fisicamente, a resiliência de um material representa sua habilidade para absorver energia sem sofrer qualquer dano permanente. (HIBBELER, 2006)

2.8.2          MÓDULO DE TENACIDADE

É a grandeza que representa toda a área sob o diagrama tensão-deformação e, portanto, indica a densidade da energia de deformação do material imediatamente antes da ruptura. Essa propriedade torna-se importante quando se projetam elementos que possam ser sobrecarregados acidentalmente. (HIBBELER, 2006)

 

Figura 2.8.1 – Módulos de resiliência e tenacidade (Fonte: MSPC Engenharia, 2008)

 

2.9          COEFICIENTE DE POISSON

Dito por GERE (2003), quando uma barra prismática é carregada em tração, o alongamento axial é acompanhado por uma contração normal à direção da carga aplicada.

A contração lateral é facilmente vista esticando-se um pedaço de borracha, mas nos metais as mudanças nas dimensões laterais são usualmente pequenas demais para serem visíveis. Entretanto elas podem ser detectadas com sistemas de medição sensíveis. Esse coeficiente adimensional, usualmente denotado pela letra v (nu), pode ser expresso pela equação:

 

O sinal negativo é pra compensar o fato de que as deformações laterais e axiais normalmente têm sinais contrários. Por exemplo, a deformação axial em uma barra em tração é positiva e a deformação lateral é negativa. Para compressão temos a situação oposta. Por isso, para materiais comuns o coeficiente de Poisson terá um valor positivo.

 

Figura 2.9.1 – Alongamento axial e contração (Fonte: Scielo Brasil, 2010)

 

2.9.1          FALHA DE MATERIAIS DEVIDO À FLUÊNCIA E À FADIGA

Em alguns casos, porém o elemento é usado em um ambiente em que cargas têm de ser suportadas durante longos períodos e a temperatura elevadas ou, em outros casos, o carregamento é repetido ou aplicado em ciclos. (RIBBELER, 2006)

2.9.2          FLUÊNCIA

É definido pela variação do tempo com a deformação para uma tensão aplicada constantemente. É o indesejável fenômeno do fator que reduz a vida útil do material, pois através das excessivas deformações que ocorrem pela utilização do material que o prejudica e torna seu uso inviável. Diversos fatores são responsáveis por afetar as suas características, por exemplo, a temperatura ambiente, tensão, módulo de elasticidade, tamanho do grão, temperatura que se funde etc.

2.9.3          FADIGA

É quando um material é submetido a ciclos repetidos de tensão ou deformação, há uma quebra de sua estrutura, o que leva à ruptura.

Aparentemente, essa falha deve-se ao fato de que existem regiões microscópicas, em geral na superfície do membro, onde a tensão localizada torna-se muito maior do que a tensão média que atua sobre a seção transversal. Como a tensão maior é cíclica, leva a formação de fissuras. (RIBBELER, 2006)

3          METODOLOGIA E DESENVOLVIMENTO

Este estudo terá como propósito pesquisar a viabilidade técnica da utilização de estabilização e reforço como métodos de melhoria das propriedades de dispositivos de uso múltiplo e uso único que serão usados como auxílio para intubação traqueal.

Para a realização deste trabalho são seguidas revisões bibliográficas de vários artigos científicos publicados entre 1984 e 2006, livros, textos e várias recomendações existentes pela da engenharia mecânica e alguns com especialidades na área da saúde e Anestesiologia.

O desmembramento do projeto leva à elaboração de conhecimento e orientações teóricas e práticas com o objetivo de facilitar a abordagem de utilização do dispositivo à via aérea difícil e reduzir a incidência de eventos adversos, tais como contaminações, quebras dos dispositivos e sua resistência quando aplicada a esforços aplicados ao corpo humano.

Já que não existe um estudo e registro formal do seu uso quanto à melhor angulação melhor material quantidade correta de utilização etc.

3.1          DESCRIÇÃO COMPLETA DA SITUAÇÃO-PROBLEMA

A manutenção de uma via aérea difícil e a oxigenação dos tecidos são as principais preocupações nas emergências. É prioritário o seu conhecimento e os principais métodos para sua manutenção. Muitos dos profissionais preferem o dispositivo de uso múltiplo, mas pelo fato de ser mais propício a contaminações, e acabam só sendo descartados quando estes problemas ficam visíveis, ou seja, não existe um estudo formal que demonstre seu problema já causado mesmo antes de sua aparição. Já alguns preferem o de uso caseiro, apesar de este ser o mais difícil de usar porque necessita da flexibilidade e curvatura. Ou seja, os dois possuem suas vantagens e desvantagens que precisam ser trabalhadas e melhoradas.

A intubação traqueal é um dos mais importantes procedimentos existentes da prática médica. Ela é presente na rotina de todos os hospitais, e é essencial que os profissionais da saúde tenham o conhecimento da técnica correta. Muitas vezes é necessário que o anestesiologista tenha uma rápida atuação, necessitando de dispositivos que complementam a garantia de permeabilidade das vias aéreas. Porém muitos dispositivos são dispensados devidos a necessidade de conhecimento para seu uso. Vale ressaltar também que não existe uma manutenção correta de limitação dos dispositivos, armazenamento etc.

3.2          PROCESSOS

Os processos que poderão ser utilizados na obtenção das amostras serão os materiais utilizados para a fabricação dos dispositivos de uso único e os de múltiplo uso, testando suas resistências e simulações. A seguir são apresentados a as peculiaridades de cada processo.

1 

3.3         CONSTRUÇÃO DOS DISPOSITIVOS

Para o estudo foram confeccionados 5 dispositivos de nylon e 5 de Teflon. Para a realização deste primeiro estudo todos os dispositivos foram construídos com o mesmo tamanho, já os ângulos foram variados para os dispositivos de Teflon. As construções dos dispositivos foram bem simples, mas para isto foram seguidos alguns passos que serão mostrados em seguida.

Passo 1: Os dispositivos foram cortados nos comprimentos de 70 cm (foi utilizado régua ou fita métrica) e suas pontas foram lixadas. Podia-se também queimar suas extremidades para que houvesse um ótimo arredondamento.

Passo 2: Para o dispositivo de Teflon, que é de uso único, uma das pontas de cada dispositivo foi dobrada e os ângulos foram variados, mas todos começando com 30° aproximadamente e variando angularmente de 5 em 5 graus, assumindo o formato parecido com um taco de hóquei. Os dispositivos foram imersos em água quente para torna-se mais fácil a obtenção do ângulo.

Passo 3: Após sua confecção, os dispositivos foram encaminhados para esterilização.

 

Figura 3.3.1 – Construção do dispositivo para testes (Fonte: SAMG, 2007)

 

3.3.1         DESINFECÇÃO E ESTERILIZAÇÃO

Neste processo realizado, todos os dispositivos a serem estudados deveriam estar livres de quaisquer impurezas, para isto foi preciso ser feita toda a desinfecção através dos líquidos apropriados. Além disso, todos os dispositivos foram verificados quanto a sua conformidade e se nenhum ajuste também seria necessário. Eles foram visualmente inspecionados, e se foram detectadas quaisquer indicações duvidosas o dispositivo deveriam ser descartado, e deveria ser feita a fabricação de um dispositivo novo.

Foram seguidos alguns critérios de desinfecção e esterilização:

•  Uso de baixas temperaturas (menos de 60°C);
•  Ser um método rápido;
•  Ser não tóxico para quem o manuseia;
•  Ser seguro aos materiais a serem esterilizados;
•  Ser seguro ao meio ambiente;
•  Não deixar resíduos no artigo;
•  Manter atividade frente a resíduos orgânicos;
•  Diminuir a margem de erro humano. Deve ser de fácil manuseio;
•  Uso único de esterilizante, evitando ser esta uma fonte de contaminação cruzada;
•  Ser de baixo custo operacional

As amostras utilizadas que passaram pelo processo de desinfecção, tem como base a Norma ANVISA Portaria nº 113, de 22 de novembro de 1993
D.O.U. de 24/11/93.

Após ser feito este processo, todos os dispositivos foram identificados quanto ao material que foi fabricado e ao grau de utilização, sendo de uso único ou uso múltiplo.

3.4         APLICAÇÃO DO ESTUDO

A seguir serão apresentados os métodos utilizados nos testes dos dispositivos corpos de prova.

Foi criada uma tabela simples para preenchimento contendo informações de cada dispositivo já identificado com o seu tipo de uso, ângulo etc., para que seja feito o estudo futuro. Foi seguido um roteiro pré-especificado para que fosse dado mais segurança evitando possíveis erros de coleta. Assim que o relatório foi preenchido ele foi liberado para análise junto com o dispositivo.

Foi criado um banco de dados para a alocação de todos os resultados obtidos e documentados pelos relatórios, pois será muito útil para projetos futuros e problemas recorrentes.

Outro fator de enorme importância é a manutenção e o controle dos instrumentos utilizados. Todos eles deveriam estar em boas condições de uso, livres de contaminações e devidamente calibrados de acordo com as normas vigentes.

3.5         ANÁLISES QUÍMICAS

Como o dispositivo precisou passar pelo processo de desinfecção, foi de enorme importância verificar a influência de análises químicas, já que os dispositivos estão propícios a contaminações mesmo após toda desinfecção e estas precisam ser analisadas. Cada dispositivo após ser esterilizado foi verificado com a utilização de um Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) para análise morfológica e espectroscopia para micro análise, juntamente com a rugosidade do contra corpo, caracterizada após sua utilização, pois isto mostrou as respostas tribo lógicas dos polímeros, e seu comportamento de acordo com tempo de contato, temperatura e angulação. 

 

Figura 3.5.1 – Micrografias por MEV Nylon

 

 

Figura 3.5.2 – Micrografias por MEV Teflon

Vale ressaltar que o Nylon fabricado no Brasil pode significar uma ótima economia, além de se possuir um alternativo material para as mesmas funções.

Como os dispositivos são propícios a absorção de líquidos, a variação percentual de massa dos corpos de prova foram calculadas a partir da equação x100, onde Mf é a massa final e Mi a massa inicial.

Os pontos obtidos a partir desta equação foram usados para traçar a curva de absorção em função do tempo.

 

Figura 3.5.3 – Curva absorção

Com base na curva de variação de massa pode ser feitas análises posteriores no material e verificar quais serão as alterações na morfologia superficial e estudar a melhor escolha de um ponto intermediário entre os dois comportamentos do material. 

 

3.6         ENSAIOS DE TRAÇÃO

 

Os ensaios foram efetuados em máquina de ensaios universal com capacidade para 10 toneladas com controle de deslocamento, as deformações foram medidas com o auxílio do instrumento de medição extensômetro. As deformações finais dos corpos de prova foram controladas através de medições de referências marcadas em sua superfície. Após isto pode ser verificado se houve tração ou compressão.    

Muitos dados podem ser captados por um software chamado Bluehill. O equipamento foi ligado antes de o software ser executado. Assim pode-se definir o método do qual seria realizado o ensaio, forma que seriam apresentados os resultados, entre outros.

Foi de grande importância estudar a resistência do material em todas as situações possíveis, pois foi um destes estados em que o atrito entre as partículas e suas resistências provocou um efeito de lubrificação entre elas e deslizaram entre si.

Caso não houvesse o extênsometro, seria obtido por meio da média de medidas realizadas em um mesmo corpo de prova. As leituras seriam realizadas no relógio comparador e determinadas utilizando a seguinte expressão

 

Figura 3.6.1 – Gráfico tensão-deformação (Fonte: Blog do Carlão, 2008)

s_u: tensão última (máxima tensão que se atinge)

s_R: tensão de ruptura (tensão que, se atingida, provoca a ruptura do material)

e_R: deformação de ruptura (deformação que, se atingida, provoca a ruptura do material)

­­­­Com todos os dados obtidos através dos testes e ensaios foi possível preencher o formulário com os respectivos resultados e assim estudar o melhor material para a fabricação do dispositivo.

Tabela 3.6.1 – Formulário resultados obtidos através de testes

DISPOSITIVO USO MÚLTIPLO (NYLON)
Disp. Nº	Ensaios de tração			Ensaios de flexão		Ensaios de impacto
	Força máxima (MPa)	E (GPa)	(%)	Força máxima (MPa)	E (GPa)	kJ.m²
1	65 (±1)	1,7 (±0,1)	30 (±12)	100 (±1)	2,4 (±0,1)	10 (±2)
2	68 (±1)	3,8 (±0,5)	2,7 (±0,6)	113 (±6)	3,1 (±0,2)	9 (±1)
3	63 (±9)	3,6 (±0,4)	2,9 (±0,1)	109 (±4)	3,4 (±0,1)	10 (±4)
4	71 (±2)	4,6 (±0,5)	3,2 (±0,4)	110(±6)	3,5 (±0,2)	9 (±1)
5	87 (±5)	5,4 (±0,4)	2,5 (±0,1)	121 (±5)	4,3 (±0,3)	10 (±1)
DISPOSITIVO USO ÚNICO (TEFLON)
Disp. Nº	Ensaios de tração			Ensaios de flexão		Ensaios de impacto
	Força máxima (MPa)	E (MPa)	(%)	Força máxima (MPa)	E (MPa)	kJ.m²
1	19 (±3)	91,4 (±1,4)	5,7 (±0,5)	146 (±3)	0,5 (±0,2)	4,48 (±4)
2	24 (±3)	12,2 (±6,5)	5,5 (±0,7)	97 (±3)	2,3 (±0,2)	5,02 (±1)
3	24 (±3)	12,6 (±8,7)	5,5 (±0,9)	90 (±3)	2,4 (±0,1)	5,98 (±4)
4	22 (±3)	13,8 (±12,7)	3,2 (±1,0)	78 (±3)	5 (±0,3)	5,12 (±6)
5	13 (±1)	10,5 (±7,1)	3,0 (±1,0)	50 (±1)	5 (±0,2)	5,32 (±5)

 

Figura 3.6.2 – Gráfico Ensaio Tração

Figura 3.6.2 – Gráfico Ensaio Flexão

 

4       RESULTADOS

 

Os resultados obtidos neste trabalho mostram           que nas análises químicas visou-se a determinação da ocorrência do fenômeno que ocorre pela deformação nas propriedades dos corpos de prova, após passarem pelos processos de desinfecção e esterilização, e pode ser verificados que não houve indícios de diminuição ou amento de grãos em nenhum dos dois tipos de dispositivos.

Já nos ensaios de tração e flexão, os resultados encontrados do dispositivo de Nylon foram superiores ao do Teflon, isso o torna o melhor dispositivo para ser usado, além de não apresentar indícios que possam prejudicar o paciente em cada uma de sua utilização, por ser um material mais flexível.

       

5         CONCLUSÃO

 

Embora ainda existam poucos estudos que comprovem a eficácia do uso do dispositivo Bougie, sabe-se que, quando bem empregado, são totalmente seguros e trazem resultados satisfatórios e contribuem muito para o auxílio na execução da intubação traqueal, mais ainda existe pouco investimento financeiro de pesquisa na área, assim como baixo número de profissionais com conhecimento e treinamento específico.

Deve-se lembrar que o trabalho mesmo com os ótimos resultados atingido, não significa, que no futuro não possa ser estudado outros tipos de materiais e obter outros resultados, porém é possível afirmar que o trabalho proposto por este modelo, traz uma ótima visão das informações necessárias de como serão os comportamentos a novos desafios que virão.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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[5] HIBBELER, R.C.;  Resistência dos Materiais. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2004 – 5ªed.

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