Πίεση αίματος και τρόποι μέτρησης Δρ. Μαρία Χαρίτου, Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας Αθήνα, Φεβρουάριος 2012
Πίεση Αίματος Αντιπροσωπεύει τη δυναμική διαδικασία της συστολής και διαστολής (χαλάρωσης) της καρδιάς και της διοχέτευσης του αίματος στο αρτηριακό σύστημα. Το αίμα συμπιέζεται περιοδικά (με τη συστολή του καρδιακού μυός) η πίεση του αίματος αλλάζει σχεδόν περιοδικά με το χρόνο. 2
Αρτηριακή Πίεση Αίματος Η αρτηριακή πίεση του αίματος διακυμαίνεται κατά τη διάρκεια του καρδιακού κύκλου και είναι αποτέλεσμα δύο δυνάμεων: 1. της καρδιάς, καθώς ωθεί το αίμα στις αρτηρίες και σε ολόκληρο το κυκλοφορικό σύστημα 2. των αρτηριών, καθώς αντιστέκονται στη ροή αίματος 3
Κυματομορφή της αρτηριακής πίεσης Διάρκεια ενός καρδιακού παλμού 4
Τι υποδηλώνουν οι τιμές πίεσης αίματος Η μεγαλύτερη τιμή -συστολική πίεση- αντιπροσωπεύει τη μέγιστη τιμή της κυματομορφής της πίεσης αίματος, κατά τη διάρκεια συστολής της καρδιάς και ώθησης του αίματος στο αρτηριακό σύστημα Η μικρότερη τιμή -διαστολική πίεση- αντιπροσωπεύει την ελάχιστη τιμή της κυματομορφής της πίεσης αίματος, κατά τη διάρκεια χαλάρωσης της καρδιάς Η διαφορά ανάμεσα στη διαστολική και τη συστολική πίεση ονομάζεται πίεση σφυγμού ή πίεση παλμού. 5
Μέση Αρτηριακή Πίεση Είναι o μέσος όρος της πίεσης κάθε πλήρους καρδιακού κύκλου. Είναι η σταθερή θεωρητική τιμή που λαμβάνεται από την ολοκλήρωση των στιγμιαίων τιμών της αρτηριακής πίεσης κατά τη διάρκεια ενός καρδιακού κύκλου, η οποία θα εξασφάλιζε μέσα στις αρτηρίες το ίδιο έργο που επιτελεί η κυμαινόμενη αρτηριακή πίεση. MAP = [(DAP x 2) + SAP]/3 ΜAP : Μέση Αρτηριακή Πίεση SAP : Συστολική Αρτηριακή Πίεση DAP : Διαστολική Αρτηριακή Πίεση Αν DAP = 80 mmhg & SAP = 120 mmhg MAP = 93.3 mmhg 6
Πίεση Αίματος Η δύναμη (πίεση) που εξασκείται από το αίμα σε κάθε μονάδα επιφάνειας του αγγειακού τοιχώματος. Πάντα υπάρχει μια βαθμίδα πίεσης έτσι ώστε το αίμα να ρέει από περιοχές υψηλότερης πίεσης σε περιοχές χαμηλότερης πίεσης εξασφαλίζοντας την κυκλοφορία. 7
Μονάδα Πίεσης Αίματος Η μέτρηση της πίεσης γίνεται σε αναφορά με την ατμοσφαιρική πίεση και τυπικά εκφράζεται σε mmhg. 1 mmhg αντιπροσωπεύει τη δύναμη ανά μονάδα επιφάνειας που ασκείται από το βάρος μίας ράβδου υδραργύρου πάχους 1 mm (1 mmhg = 133 Pa) Παράδειγμα: Η πίεση σε ένα αγγείο είναι 50mmHg η δύναμη που εξασκείται πάνω σε αυτό είναι ικανή να ανυψώσει μια στήλη υδραργύρου ως τα 50 mm. 8
Κυματομορφή Αρτηριακής Πίεσης (Αορτής) Ταχεία άνοδος αρτηριακής πίεσης κατά τη διάρκεια της συστολής των κοιλιών Διακοπή αυτού του τμήματος από μία εντομή στο τέλος της συστολής Βαθμιαία επαναφορά της πίεσης στα επίπεδα της διαστολικής πίεσης Εντομή αμέσως πριν τη σύγκλειση της αορτικής βαλβίδας Αιτία: Χαλάρωση κοιλίας Γρήγορη ελάττωση ενδοκοιλιακής πίεσης. Η προς τα πίσω ροή αίματος από την αορτή προς την κοιλία Ελάττωση αορτικής πίεσης και απότομη σύγκλειση αορτικής βαλβίδας. 9
Σχέσεις μεταξύ Πίεσης, Ροής και Αντίστασης Η ροή μέσα από ένα αιμοφόρο αγγείο καθορίζεται κυρίως από δύο παράγοντες: 1. τη διαφορά πίεσης ανάμεσα στα δύο άκρα του αγγείου και 2. την παρεμπόδιση της αιματικής ροής μέσα από το αγγείο, που λέγεται αγγειακή αντίσταση. Ροή μέσα από το αγγείο: F = ΔP / R όπου F είναι η αιματική ροή, ΔP είναι η διαφορά πίεσης ανάμεσα στα δύο άκρα του αγγείου και R είναι η αντίσταση Νόμος του Ohm για το καρδιαγγειακό σύστημα. 10
Αιματική Ροή Η ποσότητα αίματος που περνά από δεδομένο σημείο της κυκλοφορίας σε δεδομένη χρονική στιγμή. Eκφράζεται σε ml ή l ανά λεπτό ή σε ml/sec. Ολική αιματική ροή στην κυκλοφορία ενήλικου ατόμου σε ηρεμία ~ 5 l/min. Η ροή αυτή ονομάζεται και καρδιακή παροχή (ή κατά λεπτό όγκος αίματος) είναι η ποσότητα αίματος που εξωθείται από την καρδιά στη μονάδα του χρόνου. 11
Αντίσταση στην Αιματική Ροή Η παρεμπόδιση της αιματικής ροής σε ένα αγγείο. Η άμεση μέτρησή της είναι αδύνατη υπολογίζεται από μετρήσεις της αιματικής ροής και της διαφοράς πίεσης στο αγγείο. Αν η διαφορά πίεσης ανάμεσα σε δύο σημεία του αγγείου είναι 1 mmhg και η ροή είναι 1 ml/sec, τότε Η αντίσταση λέγεται ότι είναι 1 μονάδα περιφερικών αντιστάσεων (1 PRU - 1 Peripheral Resistance Unit). 12
Ολικές Περιφερικές Αντιστάσεις Ταχύτητα της αιματικής ροής στο κυκλοφορικό σύστημα κάτω από συνθήκες ηρεμίας: ~ 100 ml/sec. Διαφορά πίεσης από τις αρτηρίες στις φλέβες της συστεμικής κυκλοφορίας: 100 mmhg. Οι αντιστάσεις ολόκληρης της συστεμικής κυκλοφορίας (ή ολικές περιφερικές αντιστάσεις): ~ 100/100 = 1 PRU Όταν όλα τα αγγεία συσπώνται έντονα 4 PRU Όταν όλα τα αγγεία διασταλούν πολύ 0,2 PRU 13
Ολικές Πνευμονικές Αντιστάσεις Στην πνευμονική κυκλοφορία: η μέση αρτηριακή πίεση είναι ~ 16 mmhg η μέση πίεση του αριστερού κόλπου είναι ~ 4 mmhg ΔP = 12 mmhg Οι ολικές πνευμονικές αντιστάσεις: ~ 12/100 PRU = 0,12 PRU Σε διάφορες παθολογικές καταστάσεις 1 PRU Σε ορισμένες φυσιολογικές καταστάσεις (άσκηση) 0,03 PRU 14
Αγωγιμότητα του αίματος στο αγγείο & η σχέση της προς τις αντιστάσεις «Αγωγιμότητα»: το μέτρο της αιματικής ροής μέσα από ένα αγγείο για δεδομένη διαφορά πίεσης. Εκφράζεται σε ml/sec/mmhg. Αγωγιμότητα = 1 / Αντιστάσεις = 1 / R 15
Επίδραση της διαμέτρου των αγγείων στην αγωγιμότητα Ακόμα και μικρές μεταβολές της διαμέτρου ενός αγγείου προκαλούν τεράστιες μεταβολές στην ικανότητά του να μεταφέρει το αίμα. d=1 d=2 d=4 1 ml/min 16 ml/min 256 ml/min Για σταθερή ΔP=100 mmhg, η αγωγιμότητα του αγγείου αυξάνει ανάλογα με την τέταρτη δύναμη της διαμέτρου: Αγωγιμότητα Διάμετρος 4 16
Νόμος του Poiseuille Η ποσότητα του αίματος που θα περάσει μέσα από ένα αγγείο σε δεδομένη χρονική περίοδο, δίνεται από τον νόμο του Poiseuille: F π Pr 4 = 8η l όπου F : η αιματική ροή ΔP : η διαφορά πίεσης r : η ακτίνα η : το ιξώδες του αίματος l : το μήκος του αγγείου Η διάμετρος του αγγείου είναι καθοριστικός παράγοντας αφού η ταχύτητα της ροής του αίματος είναι ευθέως ανάλογη του r 4. 17
Αγγειακή Διατασιμότητα Η δυνατότητα διάτασης των αγγείων εκφράζεται φυσιολογικά ως η κλασματική αύξηση του όγκου για κάθε mmhg: Αγγειακή διατασιμότητα = Αύξηση του όγκου / (Αύξηση της πίεσης x Αρχικός όγκος) Η διατασιμότητα εμφανίζει μεγάλες διακυμάνσεις στα διάφορα τμήματα της κυκλοφορίας επηρεάζει σημαντικά τη λειτουργία του κυκλοφορικού συστήματος στις διάφορες μεταβλητές φυσιολογικές συνθήκες. 18
Διαφορά Διατασιμότητας Αρτηριών και Φλεβών Ανατομικά, τα τοιχώματα των αρτηριών είναι πολύ ισχυρότερα από ό,τι των φλεβών. οι φλέβες είναι ~ 6-10 φορές πιο διατάσιμες από τις αρτηρίες. (δηλαδή μια ορισμένη αύξηση της πίεσης θα προκαλέσει εξαπλάσια ως δεκαπλάσια αύξηση της πλήρωσης των φλεβών σε σχέση με τις αναλόγου μεγέθους αρτηρίες) 19
Αγγειακή Ενδοτικότητα (Χωρητικότητα) Η αύξηση του όγκου του αίματος που προκαλεί μια συγκεκριμένη αύξηση της πίεσης: Αγγειακή ενδοτικότητα = Αύξηση του όγκου / Αύξηση της πίεσης Ένα πολύ διατάσιμο αγγείο με πολύ μικρό όγκο είναι δυνατό να έχει πολύ μικρότερη ενδοτικότητα από ένα πολύ λιγότερο διατάσιμο αγγείο με πολύ μεγάλο όγκο: Αγγειακή ενδοτικότητα = Αγγειακή διατασιμότητα x Όγκος 20
Καμπύλες Όγκου-Πίεσης Αρτηριακής και Φλεβικής Κυκλοφορίας Καμπύλες όγκου-πίεσης του φυσιολογικού αρτηριακού και φλεβικού συστήματος Όταν ο όγκος στο αρτηριακό σύστημα = 750ml P μέση = 100mmHg Όταν ο όγκος στο αρτηριακό σύστημα = 500ml P μέση = 0 mmhg Φυσιολογικά: Όγκος αίματος στο φλεβικό σύστημα ~ 2500 ml. Για να προκληθεί μεταβολή πίεσής του, έστω και λίγων mmhg απαιτούνται πολύ μεγάλες μεταβολές αυτού του όγκου 21
Διαφορά Χωρητικότητας Αρτηριακού και Φλεβικού Συστήματος Η μεταβολή της πίεσης κατά 1 mmhg απαιτεί πολύ μεγάλη μεταβολή του φλεβικού όγκου αλλά πολύ μικρότερη μεταβολή του αρτηριακού. Η χωρητικότητα του φλεβικού συστήματος >> χωρητικότητα του αρτηριακού συστήματος (~24 φορές). Στις φλέβες είναι δυνατό να παραμείνουν τεράστιες ποσότητες αίματος με μικρές μόνο μεταβολές της πίεσης. Αιματoαποθήκες της κυκλοφορίας 22
Φλέβες Συστεμικής Κυκλοφορίας και Λειτουργίες τους Φλέβες: Αιματoαποθήκες της κυκλοφορίας Εκτός από οδοί επαναφοράς του αίματος προς την καρδιά είναι επίσης ικανές: να συστέλλονται και να διαστέλλονται να αποθηκεύουν μεγάλες ποσότητες αίματος (ώστε να είναι διαθέσιμο, όταν απαιτηθεί) να βοηθούν στη ρύθμιση του όγκου παλμού. 23
Συστήματα Υψηλής και Χαμηλής Πίεσης Σύστημα Χαμηλής Πίεσης (reservoir): αποτελείται από τις φλέβες, φλεβίδια, πνευμονικές αρτηρίες και δεξιά καρδιά. Χαμηλή πίεση λόγω μεγάλης χωρητικότητας Σύστημα Υψηλής Πίεσης (blood supply): αποτελείται από τις αρτηρίες, αρτηρίδια και αριστερή καρδιά. 24
Συστεμική και Πνευμονική Κυκλοφορία (i) Συστεμική Κυκλοφορία: το αίμα που διοχετεύεται από την αριστερή κοιλία στο κυκλοφορικό σύστημα κατανέμεται στα διάφορα όργανα (εγκέφαλος, μύες, νεφροί, γαστρεντερικό σύστημα) τα οποία είναι συνδεδεμένα «παράλληλα» και επιστρέφει στην καρδιά μέσω των φλεβών. αριστερή καρδιά αορτή καθαρό αίμα Όργανα σώματος Άνω & κάτω κοίλη φλέβα ακάθαρτο αίμα δεξιά καρδιά 25
Συστεμική και Πνευμονική Κυκλοφορία (ii) Πνευμονική Κυκλοφορία: είναι συνδεδεμένη «σε σειρά» με τη συστεμική οπότε ολόκληρος ο όγκος αίματος λαμβάνεται από τη δεξιά κοιλία και διοχετεύεται μέσω της πνευμονικής αρτηρίας στους πνεύμονες απ όπου επιστρέφει στην αριστερή καρδιά μέσω της πνευμονικής φλέβας. δεξιά καρδιά πνευμονική αρτηρία ακάθαρτο αίμα πνεύμονες πνευμονική φλέβα καθαρό αίμα αριστερή καρδιά 26
Συστεμική και Πνευμονική Κυκλοφορία (iii) Οι αρτηρίες μεταφέρουν το αίμα με μεγάλη πίεση στους ιστούς για αυτό και έχουν ισχυρά αγγειακά τοιχώματα και το αίμα ρέει γρήγορα μέσα σε αυτές. Αντίθετα, οι φλέβες λειτουργούν ως αγωγοί επαναφοράς του αίματος από τους ιστούς στην καρδιά. Τα τοιχώματα των φλεβών είναι λεπτά, επειδή η πίεση μέσα στο φλεβικό σύστημα είναι πολύ χαμηλή. Παρά τη λεπτότητά τους όμως, έχουν ισχυρό μυϊκό χιτώνα και μπορούν να συστέλλονται ή να διευρύνονται για να μπορούν να αποθηκεύουν την περίσσεια του αίματος. 27
Ποσότητες αίματος στα διάφορα μέρη της κυκλοφορίας 8% 5% 2% 5% 25% 9% 7% 39% Καρδιά Μεγάλες φλέβες Μικρές φλέβες και φλεβίδια Τριχοειδή Αρτηρίδια Μικρές αρτηρίες Μεγάλες αρτηρίες Πνευμονικά αγγεία Το 84% βρίσκεται στη συστεμική κυκλοφορία: 64% στις φλέβες 15% στις αρτηρίες 5% στα τριχοειδή 7% στην καρδιά 9% στα πνευμονικά αγγεία 28
Πιέσεις & αντιστάσεις στα διάφορα μέρη της κυκλοφορίας Αορτή: αντίσταση ~ 0 P μέση ~ 100mmHg Μεγάλες αρτηρίες: αντίσταση μικρή P μέση ~ 95-97mmHg Μικρές αρτηρίες: η αντίσταση γρήγορα P μέση ~ 85mmHg στην αρχή των αρτηριδίων Η αντίσταση των αρτηριδίων είναι η μεγαλύτερη σε ολόκληρη τη συστεμική κυκλοφορία ελάττωση πίεσης κατά 55mmHg. Η πίεση στην αρχή του φλεβικού συστήματος ~ 10 mmhg και στο δεξιό κόλπο ελαττώνεται σχεδόν στο 0. 29
Κεντρική Φλεβική Πίεση Το αίμα όλων των φλεβών της συστεμικής κυκλοφορίας καταλήγει στον δεξιό κόλπο, για αυτό και πολλές φορές η πίεση στο δεξί κόλπο είναι γνωστή και ως κεντρική φλεβική πίεση. Οι πιέσεις των περιφερικών φλεβών εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από την τιμή της πίεσης στον δεξιό κόλπο ό,τι επηρεάζει την πίεση στον δεξιό κόλπο επηρεάζει και τη φλεβική πίεση σε κάθε σημείο του σώματος. Η πίεση στον δεξιό κόλπο ρυθμίζεται με την ισορροπία ανάμεσα: 1. στην ικανότητα της καρδιάς να προωθεί το αίμα του δεξιού κόλπου 2. στην τάση του αίματος για επαναφορά από τα περιφερικά αγγεία στον δεξιό κόλπο. 30
Φλεβική Πίεση Η φλεβική πίεση οφείλεται στις δυνάμεις που ασκούνται στο τοίχωμα των φλεβών από το αίμα που βρίσκεται στο εσωτερικό τους. Η φλεβική πίεση δεν επηρεάζεται από τις συστολές της καρδιάς, επηρεάζεται από τον όγκο αίματος στις φλέβες και τη χωρητικότητά τους και κυμαίνεται μεταξύ 1,5 και 4 mmhg στις φλέβες κοντά στην καρδιά. P (mmhg) 4 0 2 5 8 Χρόνος (sec) 31
Πιέσεις Πνευμονικής Κυκλοφορίας Συστολική πίεση δεξιάς κοιλίας: ~ 22 mmhg Διαστολική πίεση δεξιάς κοιλίας: ~ 1 mmhg Συστολική Πίεση Πνευμονικής Αρτηρίας: ~ 22 mmhg Διαστολική Πίεση Πνευμονικής Αρτηρίας: ~ 8 mmhg Μέση Πίεση Πνευμονικής Αρτηρίας: ~ 13 mmhg Καμπύλες πίεσης της δεξιάς κοιλίας και της πνευμονικής αρτηρίας όπου φαίνεται επίσης και η διαφορά τους από την πίεση της αορτής 32
Παράγοντες μεταβολής της πίεσης αίματος Η πίεση αίματος αντιπροσωπεύει τη δυναμική διαδικασία της συστολής και διαστολής της καρδιάς και της διοχέτευσης του αίματος στο αρτηριακό σύστημα. Μεταβάλλεται: κατά τη διάρκεια του εικοσιτετραώρου ανάλογα με την ένταση και δραστηριότητα του ατόμου με την αύξηση της ηλικίας ανάλογα με το σημείο μέτρησης στο αρτηριακό σύστημα Επηρεάζεται από άλλους παράγοντες, όπως: φύλο φυλή φυσιολογικοί και γενετικοί παράγοντες συναισθηματική κατάσταση 33
Μεταβολή κατά τη διάρκεια του 24ώρου 34
Μεταβολή κατά τη διάρκεια δραστηριότητας Η πίεση του αίματος μεταβάλλεται κατά τη διάρκεια: φυσικής έντασης όταν ένα άτομο ασκείται σε ποδήλατο, ή τρέχει. διανοητικής έντασης όταν ένα άτομο κάνει μαθηματικούς υπολογισμούς. 35
Μεταβολή της αρτηριακής πίεσης πριν, κατά τη διάρκεια και μετά το τέλος φυσικής άσκησης Τα επίπεδα άσκησης αυξάνονται κατά 20W κάθε 1 λεπτό 36
Αρτηριακή πίεση στις διάφορες ηλικίες Μεταβολές της συστολικής, της διαστολικής και της μέσης αρτηριακής πίεσης με την ηλικία. Οι σκιασμένες περιοχές αντιπροσωπεύουν τις φυσιολογικές διακυμάνσεις. 37
Μεταβολή με την αύξηση της ηλικίας Η αρτηριακή κυματομορφή αλλάζει μορφή και πλάτος με την ηλικία: το συστολικό τμήμα διευρύνεται τα διαστολικά και συστολικά επίπεδα αυξάνονται Οι αλλαγές αυτές οφείλονται στην ηλικίωση των αρτηριακών αγγείων που χάνουν περισσότερη από την ελαστικότητά τους με την πάροδο του χρόνου. 38
Υπέρταση Υψηλή πίεση αίματος: Psys > 140 mmhg Pdia > 90 mmhg Οδηγεί σε: Υπερφόρτωση και μόνιμη βλάβη της αριστερής κοιλίας Αρτηριοσκλήρυνση και συνέπειες αυτής: Έμφραγμα του μυοκαρδίου Καρδιακή προσβολή Νεφρική βλάβη 39
Μεταβολή ανάλογα με το σημείο μέτρησης στο αρτηριακό σύστημα Τα φαινόμενα που μεταβάλλουν την κυματομορφή πίεσης στο αρτηριακό σύστημα είναι: η διάδοση της πίεσης και αντανάκλαση η κλίση πίεσης 40
Διάδοση πίεσης και αντανάκλαση Το αρτηριακό σύστημα αποτελείται από ένα κεντρικό κορμό και πλάγιες διακλαδώσεις. Οι ιδιότητες διάδοσης της πίεσης αίματος μεταβάλλονται σε κάθε σημείο διακλάδωσης λόγω σταθερά ελαττούμενης διαμέτρου και χωρητικότητας του αρτηριακού τοιχώματος. Όταν ο παλμός φτάνει στα άκρα του περιφερειακού δικτύου, συμβαίνει αντανάκλαση (ενίσχυση παλμού πίεσης). 41
Κλίση Πίεσης Εκτός από τη διάδοση παλμού που σχετίζεται με την παλλόμενη πίεση και ροή, υπάρχει και σταθερή ροή από καρδιά προς περιφέρεια. Η κλίση πίεσης κατά μήκος του αρτηριακού συστήματος προκαλεί πτώση στη μέση αρτηριακή πίεση, κατά τη μετάβαση από την καρδιά στην περιφέρεια. Η κλίση αυτή είναι μεγαλύτερη όταν αυξάνει η ροή αίματος ή ελαττώνεται η αρτηριακή διάμετρος. 42
Τρόποι μέτρησης της αρτηριακής πίεσης αίματος
Χρησιμότητα μέτρησης πίεσης αίματος (i) Η πίεση αίματος ενός ατόμου περιέχει διαγνωστική πληροφορία σχετικά με: την αποτελεσματικότητα της συστολής της αριστερής κοιλίας της καρδιάς την ελαστικότητα του αρτηριακού συστήματος την κατάσταση της περιφερειακής κυκλοφορίας τη λειτουργική ακεραιότητα της αορτικής βαλβίδας 44
Χρησιμότητα μέτρησης πίεσης αίματος (ii) Οι τιμές της συστολικής και της διαστολικής πίεσης χρησιμοποιούνται επίσης για τη διάγνωση της υπέρτασης, η οποία αποτελεί πρόδρομο διάφορων καρδιοαγγειακών ασθενειών. Στην εντατική ή καρδιολογική μονάδα παρακολούθησης, η πίεση αίματος χρησιμοποιείται για την αποτίμηση της σταθερότητας και της επάρκειας πίεσης έτσι ώστε να επιτυγχάνεται καλή διάχυση των ιστών, και τη ρύθμιση διάφορων θεραπευτικών μέσων. 45
Κυματομορφή της αρτηριακής πίεσης Διάρκεια ενός καρδιακού παλμού 46
Άμεση μέτρηση αρτηριακής πίεσης Επεμβατικός τρόπος μέτρησης της αρτηριακής πίεσης Πλεονεκτήματα: συνεχής, πιο ακριβής και αξιόπιστη πληροφορία πρόσβαση σε διάφορα σημεία του αρτηριακού συστήματος Μειονεκτήματα: πολύπλοκος εξοπλισμός αυξημένη ενόχληση του ασθενή κίνδυνοι για τον ασθενή 47
Έμμεση μέτρηση αρτηριακής πίεσης Μη επεμβατικός τρόπος μέτρησης της αρτηριακής πίεσης Πλεονεκτήματα: απλός εξοπλισμός ελάχιστη ενόχληση στον ασθενή Μειονεκτήματα: ασυνεχείς μετρήσεις (συνήθως) λιγότερη πληροφορία δεν λειτουργούν σε πολύ χαμηλές πιέσεις (π.χ. κατάσταση σοκ) 48
Μέθοδοι άμεσης μέτρησης αρτηριακής πίεσης Δερματική προσέγγιση (percutaneous approach): γίνεται μία τομή στο δέρμα από την οποία περνάει ένα καλώδιο οδηγός που δημιουργεί το κανάλι από το οποίο θα περάσει ο καθετήρας στην αρτηρία. Προσέγγιση τομής (cutdown approach - catheterization): όπου ο καθετήρας τοποθετείται σε μια χειρουργικά απομονωμένη αρτηρία. Εμφύτευση μετατροπέα σε αγγείο ή την καρδιά 49
Πρώτη επεμβατική μέτρηση αρτηριακής πίεσης Το 1733 ο Stephen Hales μέτρησε την πίεση αίματος στην αρτηρία ενός αλόγου 50
Επεμβατικός τρόπος μέτρησης Η μέτρηση γίνεται συνήθως με την τοποθέτηση ενός καθετήρα σε κάποια αρτηρία. Ο καθετήρας είναι ένας λεπτός (1-3mm), κοίλος, ελαστικός σωλήνας, αδιαφανής σε ακτίνες χ. Εισάγεται στο κυκλοφορικό σύστημα από ένα ακραίο σημείο, και καθοδηγείται στο σημείο όπου θα γίνει η μέτρηση. 51
Είδη καθετήρων Καθετήρες με μανόμετρο στο άκρο τους (Manometer-tipped catheters) Ο μετατροπέας πίεσης (pressure transducer) τοποθετείται στην πηγή, στο άκρο του καθετήρα, μέσα στην αρτηρία του ασθενή και οι πιέσεις που ασκούνται μετατρέπονται αμέσως σε ηλεκτρικά σήματα. Καθετήρες στήλης υγρού (Fluid-filled catheters) Ο καθετήρας μεταδίδει την πίεση μέσω στήλης γεμάτης υγρό σε εξωτερικό μετατροπέα. 52
Μετατροπέας πίεσης βασικές αρχές Μετατροπέας: συσκευή που μετατρέπει μία μορφή ενέργειας σε μία άλλη Η μηχανική ενέργεια που δημιουργείται από το αρτηριακό κύμα καθώς χτυπάει τον μετατροπέα μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια Μία πολύ λεπτή και πολύ τεντωμένη μεταλλική μεμβράνη αποτελεί το ένα τοίχωμα του χώρου του υγρού Ο χώρος αυτός με τη σειρά του, συνδέεται, μέσω μιας βελόνας ή ενός καθετήρα, με το αγγείο του οποίου η πίεση μπορεί να καταγραφεί Οι μεταβολές της πίεσης στο αγγείο προκαλούν μεταβολές και στην πίεση που επικρατεί κάτω από την μεμβράνη 53
Καθετήρες με μανόμετρο στο άκρο τους Ο μετατροπέας - αισθητήρας πίεσης κατασκευάζεται σε πολύ μικρό μέγεθος και τοποθετείται στο άκρο του καθετήρα Η πληροφορία της πίεσης μετατρέπεται σε ηλεκτρικό σήμα στο άκρο του καθετήρα και μεταφέρεται έξω από το σώμα Το σήμα της αρτηριακής πίεσης δεν υφίσταται παραμόρφωση και δεν υπάρχει καθυστέρηση απόκρισης Η μέτρηση είναι αξιόπιστη Μειονεκτήματα: Υψηλό κόστος Ευαισθησία και ευθραυστότητα Προβλήματα θερμοκρασίας Αποστείρωση πριν από κάθε χρήση 54
Καθετήρες στήλης υγρού Ο καθετήρας τοποθετείται σε προσιτή αρτηρία Στον καθετήρα συνδέεται εύκαμπτος σωλήνας με ηπαρινισμένο διάλυμα για τη μετάδοση των αλλαγών της αρτηριακής πίεσης στον μετατροπέα πίεσης Η πίεση παραμορφώνει μια μεμβράνη στο διάφραγμα του μετατροπέα που συνδέεται με μετρητές (μηχανικής) τάσης η παραμόρφωση εξαρτάται από τη διαφορά πίεσης μεταξύ των δύο πλευρών Στον μετρητή τάσης η αντίσταση ενός λεπτού σύρματος αλλάζει ανάλογα με το μήκος του και αντιστρόφως ανάλογα με τη διατομή του Οι αλλαγές της μηχανικής τάσης προκαλούν μεταβολές στις διαστάσεις του σύρματος αντίστασης και άρα στην αντίσταση 55
Στοιχεία συστήματος παρακολούθησης πίεσης (στην πνευμονική αρτηρία) Μετατροπέας πίεσης Ενισχυτής Συσκευή αυτόματου καθαρισμού με ασκό παροχής πίεσης και ηπαρινισμένο αλατούχο διάλυμα παλμογράφος ή καταγραφικό όργανο 56
Στοιχεία συστήματος παρακολούθησης πίεσης (με ενδοαρτηριακό καθετήρα) 57
Μετατροπέας πίεσης Συνήθως είναι πιεζοαντιστατική συσκευή που μετατρέπει την κίνηση του διαφράγματος σε ηλεκτρικό σήμα Διάφορα μεγέθη και σχήματα Μπορεί να είναι μιας χρήσης ή πολλών 58
Θόλος του μετατροπέα Καλύπτει τον μετατροπέα πίεσης και παρέχει το σημείο επαφής του με το υγρό του σωλήνα που διαχωρίζονται μεταξύ τους από λεπτή μεμβράνη Στους επαναχρησιμοποιούμενους μετατροπείς ο θόλος είναι μιας χρήσης απομονώνει τον μετατροπέα από τον ασθενή οπότε μπορεί αυτός να ξαναχρησιμοποιηθεί γρήγορα χωρίς αποστείρωση 59
Κάνουλα τριών δρόμων Χρησιμοποιείται για αιμοληψία Απαιτείται η προσεκτική αφαίρεση φυσαλίδων αέρα από όλες τις κοιλότητες όταν οι σωληνώσεις γεμίζουν με υγρό Προσεκτικός χειρισμός οι κάνουλες είναι ιδιαίτερα ευπαθείς πηγές μόλυνσης 60
Συσκευή συνεχούς πλύσης (flush) Αποτελείται από ασκό παροχής πίεσης που περιέχει ηπαρινισμένο αλατούχο διάλυμα Χρησιμοποιείται για το γέμισμα των σωληνώσεων με υγρό την αποφυγή θρόμβωσης του αίματος στον καθετήρα την απομάκρυνση φυσαλίδων αέρα 61
Σύστημα ενισχυτή Παρεμβάλλεται μεταξύ του μετατροπέα πίεσης και της οθόνης του καταγραφικού οργάνου Περιέχει συνήθως κατωπερατά φίλτρα που φιλτράρουν ανεπιθύμητες υψηλές συχνότητες Η απόκριση συχνότητάς του πρέπει να είναι επίπεδη από 0 ως 50 Hz για την αποφυγή παραμόρφωσης των κυματομορφών πίεσης 62
Παλμογράφος, οθόνη καταγραφικό Παλμογράφος και ψηφιακές οθόνες: Για την απεικόνιση των κυματομορφών, την παρουσίαση ποσοτικών δεδομένων που προέρχονται από αυτές (π.χ. συστολική, διαστολική και μέση πίεση) Καταγραφικό: για την καταγραφή χαρακτηριστικών δυναμικών αποκρίσεων και αποκλίσεων λόγω της αναπνοής 63
Μηδενισμός του μετατροπέα Εγκαθίδρυση σταθερού σημείου αναφοράς βάσει του οποίου γίνονται όλες οι μετρήσεις Συνήθως χρησιμοποιείται ως σημείο αναφοράς η γραμμή της μασχάλης (επίπεδο της καρδιάς) Πραγματοποιείται με το άνοιγμα της κατάλληλης κάνουλας στην ατμοσφαιρική πίεση ευθυγράμμιση της επιφάνειας υγρού αέρα με το σημείο αναφοράς 64
Ανάλυση αρμονικών κυματομορφής αρτηριακής πίεσης (i) Η κυματομορφή της αρτηριακής πίεσης μπορεί να αναπαρασταθεί με βάση τις συνιστώσες συχνότητάς της (χρησιμοποιώντας ανάλυση Fourier): Η βασική συνιστώσα έχει την ίδια συχνότητα με την καρδιακή συχνότητα Η μελέτη των σημαντικών αρμονικών επιτρέπει την ποσοτική αναπαράσταση της κυματομορφής και τη σύγκριση μεταξύ αντίστοιχων συνιστωσών 65
Ανάλυση αρμονικών κυματομορφής αρτηριακής πίεσης (ii) Οι πρώτες 6 αρμονικές της κυματομορφής της αρτηριακής πίεσης 66
Δυναμικές ιδιότητες συστήματος καθετήρα μανομέτρου (i) Το σύστημα καθετήρα-μετατροπέα συνδέεται με προβλήματα μεταφοράς της πληροφορίας πίεσης από το άκρο του καθετήρα όπου γίνεται η μέτρηση στον εξωτερικό κόσμο που βρίσκεται ο μετατροπέας Τα περισσότερα συστήματα ταλαντώνονται Η συχνότητα στην οποία παρατηρείται η μεγαλύτερη ταλάντωση είναι η φυσική συχνότητα Η απόσβεση πλάτους ταλάντωσης καθορίζει πόσο γρήγορα επανέρχεται το σύστημα σε ηρεμία μετά από μια ξαφνική αλλαγή στην πίεση εισόδου 67
Δυναμικές ιδιότητες συστήματος καθετήρα μανομέτρου (ii) Το σύστημα καθετήρα-μετατροπέα συνήθως χαρακτηρίζεται ως ταλαντούμενο δυναμικό σύστημα δεύτερης τάξης. Τα δυναμικά χαρακτηριστικά του συστήματος αυτού καθορίζονται από: τη φυσική συχνότητα (f n ): η συχνότητα στην οποία το σύστημα ταλαντώνεται ελεύθερα τον συντελεστής απόσβεσης (ζ): καθορίζει πόσο γρήγορα ένα σύστημα επανέρχεται στην ηρεμία μετά από μία ξαφνική αλλαγή στην πίεση εισόδου 68
Δυναμικές ιδιότητες συστήματος καθετήρα μανομέτρου (iii) το υγρό στον καθετήρα έχει κάποια συγκεκριμένη πυκνότητα και ιξώδες (εσωτερική τριβή υγρού) τα τοιχώματα του καθετήρα είναι σχετικά εύκαμπτα (έτσι ώστε να ακολουθούν τις αρτηρίες) το διάφραγμα του αισθητήρα - μετατροπέα είναι επίσης εύκαμπτο, προκειμένου για τη μέτρηση της πίεσης Ελαστικότητα, Τριβή, Αδράνεια το διάφραγμα συνεισφέρει στη χωρητικότητα ολόκληρου του συστήματος 69
Ηλεκτρικό ανάλογο συστήματος καθετήρα-μανομέτρου a) Φυσικό μοντέλο συστήματος καθετήραμανομέτρου: Αύξηση της πίεσης P στην είσοδο του καθετήρα ροή υγρού μέσα στον καθετήρα προς τα δεξιά και τον αισθητήρα απόκλιση του διαφράγματος που γίνεται αισθητή από ένα ηλεκτρομηχανικό σύστημα. b) Ηλεκτρικό ανάλογο για το σύστημα καθετήρα-μανομέτρου. Κάθε τμήμα του καθετήρα έχει τη δική του αντίσταση Rc, επαγωγή Lc και χωρητικότητα Cc. Επιπλέον, ο αισθητήρας έχει αντίσταση Rs, επαγωγή Ls και χωρητικότητα Cs. Η χωρητικότητα του διαφράγματος είναι Cd. 70
Απλοποιημένο ηλεκτρικό ανάλογο συστήματος καθετήρα-μανομέτρου Απλοποιημένο ηλεκτρικό ανάλογο συστήματος καθετήρα-μανόμετρου. Η χωρητικότητα του διαφράγματος του αισθητήρα είναι πολύ μεγαλύτερη από τη χωρητικότητα του καθετήρα ή της κοιλότητας για έναν ανελαστικό, χωρίς φυσαλίδες, καθετήρα. Η αντίσταση και η αδράνεια του καθετήρα είναι μεγαλύτερες από του αισθητήρα, γιατί ο καθετήρας έχει μεγαλύτερο μήκος και μικρότερη διάμετρο. Cd > Cc ή Cs, Rc > Rs ή Rd, Lc > Ls ή Ld 71
Αναλογίες συστήματος καθετήρα μανομέτρου (i) Για το μοντέλο του συστήματος καθετήρα-μανόμετρου χρησιμοποιούνται οι ακόλουθες αναλογίες: Ηλεκτρικό μοντέλο Υδροδυναμικό μοντέλο V τάση P πίεση I ένταση F ροή Q φορτίο V όγκος t χρόνος t χρόνος R αντίσταση R αντίσταση ροής L επαγωγή L αδράνεια C χωρητικότητα C ελαστικότητα 72
Αναλογίες συστήματος καθετήρα μανομέτρου (ii) Νόμος του Ohm: Η πτώση τάσης κατά μήκος μιας αντίστασης είναι ανάλογη του ρεύματος που περνάει από την αντίσταση R = ΔV / I Νόμος του Poiseuille: Η διαφορά πίεσης κατά μήκος ενός σωλήνα με υγρό είναι ανάλογη της ροής του υγρού στο σωλήνα R = ΔP / F 73
Υπολογισμός φυσικής συχνότητας και συντελεστή απόσβεσης Με βάση τις εξισώσεις υπολογισμού της φυσικής συχνότητας f n και συντελεστή απόσβεσης ζ συστημάτων δεύτερης τάξης: f n = (1/2π)/(L c C d )1/2 ζ = (R c /2)(C d /L c )1/2 και τη χρησιμοποίηση των ανάλογων μεγεθών προκύπτει: f n = r 1 P 4η L( V / P) ζ = 3 2 πρl V r πρ 74
Χαρακτηριστικά συστήματος (i) Αύξηση της φυσικής συχνότητας επιτυγχάνεται με: σωληνώσεις μεγάλης διαμέτρου χαμηλής χωρητικότητας (ΔV/ΔP) μικρού μήκους υγρό χαμηλής πυκνότητας Αύξηση του συντελεστή απόσβεσης επιτυγχάνεται με: σωληνώσεις μικρής διαμέτρου μεγάλης χωρητικότητας μεγάλου μήκους υγρό μεγάλου ιξώδους ζ = f n 4η r 3 = r 2 1 πρl P V L( V / P) πρ 75
Χαρακτηριστικά συστήματος (ii) Η εξισορρόπηση μεταξύ των διαφόρων μεγεθών γίνεται από τον κατασκευαστή καθετήρων. Τα χαρακτηριστικά του συστήματος μεταβάλλονται επίσης με την παρουσία: θρόμβων αίματος - αυξάνουν το ιξώδες και ελαττώνουν τη διάμετρο του καθετήρα (αύξηση συντελεστή απόσβεσης) φυσαλίδων αέρα - αυξάνουν τη χωρητικότητα του συστήματος (μείωση φυσικής συχνότητας) 76
Μη επεμβατικός τρόπος μέτρησης Υπάρχουν δύο κατηγορίες μεθόδων: Περιοδική δειγματοληψία αρτηριακής πίεσης Συνήθως παρέχεται συστολική και διαστολική πίεση (ίσως και μέση) από διαφορετικούς καρδιακούς παλμούς Συνεχής καταγραφή αρτηριακής κυματομορφής Εκτός από τη συνεχή παρακολούθηση της κυματομορφής, παρέχεται και η δυνατότητα παρακολούθησης beat-to-beat μεταβολών 77
Εφαρμογές των παραπάνω μεθόδων Δειγματοληψία συστολικής και διαστολικής πίεσης στο χρονικό πλαίσιο μερικών λεπτών ως και μηνών για διάγνωση και παρακολούθηση εξέλιξης της υπέρτασης 24ωρη ή 48ωρη παρακολούθηση αρτηριακής πίεσης με τη χρήση φορητών συσκευών για τον καθορισμό της ημερήσιας μεταβολής της αρτηριακής πίεσης Παρακολούθηση σε κρίσιμες καταστάσεις όπου η αρτηριακή πίεση μπορεί να αλλάξει πολύ γρήγορα, π.χ. τραυματισμός, αναισθησία 78
Μέθοδος Riva-Rocci - Περιοδική δειγματοληψία Ήχοι Korotkoff: προκαλούνται από τον στροβιλισμό του αίματος που δημιουργείται καθώς αυτό περνά μέσα από το αγγείο. Ο στρόβιλος προκαλεί κραδασμό του τοιχώματος του χαλαρού τμήματος του αγγείου και οι δονήσεις γίνονται ακουστές από το στηθοσκόπιο. Δεν λειτουργεί σε πολύ χαμηλές πιέσεις (π.χ κατάσταση σοκ) 79
Μέτρηση αρτηριακής πίεσης με τη χρήση υπερήχων Μανικέτι τοποθετείται πάνω από τους κρυστάλλους εκπομπής και λήψης. Το άνοιγμα και το κλείσιμο της αρτηρίας ανιχνεύεται καθώς η πίεση του μανικετιού μεταβάλλεται 80
Μέθοδος Peňáz - FinAPres Συνεχής καταγραφή κυματομορφής Το δάχτυλο διαπερνάται με φως που απορροφάται από ένα φωτοκύτταρο Όταν αυξάνει η αρτηριακή πίεση, μεγαλύτερη ποσότητα αίματος απορροφά περισσότερο φως, λιγότερο φως φτάνει στο φωτοκύτταρο, ελαττώνοντας την έξοδό του. Διαφορά με κάποια προκαθορισμένη τιμή έχει ως αποτέλεσμα αύξηση του αέρα στο μανικέτι που περιβάλλει το δάχτυλο. Η πίεση του μανικετιού ακολουθεί την πίεση αίματος στο δάχτυλο, έτσι ώστε η διατοιχωματική πίεση (διαφορά πίεσης μανικετιού και αρτηριακής πίεσης) να είναι μηδέν, δηλ. το τοίχωμα της αρτηρίας βρίσκεται σε οριακό σημείο μη συμπίεσης. 81