Masurarea presiunii

Instrumentaie medical

MSURAREA PRESIUNII SANGUINE O mare varietate de metode de msur a presiunii sanguine a fost imaginat de-a lungul anilor. Cea mai veche a fost introdus de Sterphen Hales (1733) care a determinat presiunea arterial la cal msurnd nlimea pn la care urc sngele ntr-un tub vertical inserat ntr-o arter. Presiunea este prin definiie fora pe unitatea de suprafa, greutatea este reprezentat de fora gravitaional care acioneaz asupra unei mase, iar fora exercitat de presiunea intravascular este n consecin egal cu greutatea coloanei de snge. Aproximativ un secol mai trziu Poisseuille (1828) a introdus tubul n U cu mercur pentru msurarea presiunii sanguine, o inovaie larg adoptat de ctre medici, care au nceput s exprime presiunea sanguin n milimetri mercur . Unitatea de msur a presiunii este n SI dyn/cm2 ; factorul de conversie fiind dependent de temperatur i de densitatea mercurului ( 1 mmHg este echivalent cu 1329 dyn/cm2 la 21 oC ). Tuburile verticale umplute cu soluii saline fiziologice i conectate la ace sau catetere intravenoase snt uneori utilizate i astzi pentru msurarea presiunii venoase. Presiunea msurat prin aceast metod este exprimat n centimetri ap. n 1847 Carl Ludwig a adugat coloanei de mercur de pe unul din braele tubului n U un flotor cu peni, care a permis primele nregistrri grafice n fiziologie. Oscilaiile coloanei de mercur nu reproduc ns exact pulsaiile presiunii sanguine datorit ineriei sistemului. Istoria ulterioar a manometriei este una de cutare continu de instrumente care s fie uor de utilizat i s reproduc fidel variaiile presionale in vivo. n 1881 Marey a introdus un tub umplut cu aer ntr-una din cavitile cardiace ale unui animal de experien. Captul distal al tubului era acoperit cu o membran de cauciuc care aciona o prghie cu peni. Lichidul, care este relativ incompresibil a nlocuit curnd aerul, realizndu-se nregistrri de mare fidelitate. n 1903 Otto Frank a gsit o modalitate de a elimina greutate i frecarea peniei , nlocuind prghia cu o oglind ataat membranei elastice. Aceasta reflecta un fascicul de lumin spre o hrtie fotografic n micare, permind realizarea unor nregistrri de mare amplitudine. Tot Frank a fundamentat teoria manometric, artnd

- 1 -


necesitatea meninerii masei i ineriei elementelor n micare ct mai reduse posibil pentru realizarea unor msurtori de nalt fidelitate. n 1934 Hamilton a fcut un nou pas n tehnica manometric nlocuind membrana de cauciuc (la care deplasarea volumetric era de 0,5 mm3 /100mmHg) cu una metalic la care deplasare volumetric n sistem era de 0,02 mm3 /100 mmHg. Metoda fotografic dei este foarte precis este greu de realizat (laborator foto, camere ntunecate, etc.). Odat cu apariia traductoarelor electrice i a amplificatoarelor, manometrele au devenit mult mai compacte, instrumentele de nregistrare fiind nlocuite oscilografele cu peni, iar n ultimii ani de calculator care poate afia, nscrie, prelucra i stoca datele. 1 PRESIUNEA LICHIDELOR N MICARE La lichidele n micare energia cinetic pe unitatea de volum este format att din energia cinetic haotic a moleculelor lichidului ct i din energia cinetic orientat a fluxului de lichid. Presiunea static (PS )este presiunea datorat energiei cinetice haotice a moleculelor lichidului i ar putea fi msurat, teoretic, cu ajutorul unui mic traductor care s-ar deplasa odat cu lichidul. Presiunea dinamic (PD )este presiunea rezultat din energia cinetic orientat a fluxului de lichid. Presiunea total (PT )este presiunea msurat cu ajutorul unui senzor staionar cu deschiderea orientat direct ctre fluxul de lichid. Pentru lichide (fluide incompresibile) relaia dintre aceste presiuni este dat de ecuaia lui Bernoulli :

P P P P g vT S D S c= + = + 1

22

O mare varietate de uniti de msura snt utilizate pentru msurarea presiunii, toate derivate din definiia acesteia (fora pe unitatea de suprafa). Unitatea de msur n Sistemul Internaional este Pascalul (Pa) definit ca Newton (N) pe metru ptrat. 2 MSURAREA PRESIUNII SANGUINE PRIN METODE

INDIRECTE Metodele de msur indirecte ale presiunii sanguine snt metode neivazive, bazate pe principiul manetei ocluzive Riva Rocci, i detecia semnalului n aval. Aceste metode utilizeaz ca instrument

- 2 -


de msur sfigmomanometrul constituit din : manet gonflabil, par (bulb) de cauciuc cu supap pentru gonflarea manetei i un manometru cu mercur, capsul aneroid sau traductor pentru msurarea presiunii. Diferena ntre aceste metode const n modalitatea de detecie a semnalului (puls sau alte manifestri legate de acesta). Procedura ncepe cu alegerea dimensiunii i fixarea corect a manetei gonflabile. Este general acceptat c raportul optim ntre limea manetei i circumferina membrului (superior sau inferior) la care se face msurarea trebuie s fie de aproximativ 0,4. Din acest motiv productorii livreaz diverse dimensiuni adecvate vrstei pacientului. O proprietate important a manetei este rspunsul presional, ce poate fi determinat prin curba presiune-volum n cazul plasrii pe un cilindru rigid. Pn la aproximativ 130 mmHg graficul este neliniar i devine liniar peste aceast valoare. Rezult c sensibilitatea la modificri ale volumului membrului crete odat cu presiunea, rmnnd constant la valori de peste 130 mmHg. Plasarea manetei cnd msurarea se face n poziie ortostatic trebuie s se fac la acelai nivel cu cordul pentru a elimina efectele hidrostatice. Se crete presiunea din manet pn la un nivel deasupra presiunii sistolice apoi se scade lent presiunea (2 - 3 mm Hg/sec.) prin deschiderea ventilului. Cnd vrfurile de presiune sistolic snt mai mari dect presiunea din manet, sngele reuete s treac spre extremitate, determinnd un puls palpabil (metoda palpatorie Riva - Rocci). n acelai timp sngele ce trece printr-un lumen ngustat curge turbionar determinnd vibraii ale pereilor arteriali ce pot fi ascultate cu ajutorul unui stetoscop (zgomotele Korotkoff). Apariia primei unde de puls sau a primului zgomot Korotkoff indic presiunea sistolic. Pe msur ce presiunea din manet scade, zgomotele Korotkoff trec prin cinci faze. Perioada de tranziie dintre faza IV (descendent) i faza V (de linite) marcheaz presiunea diastolic. Aceasta nu se poate stabili cu mare exactitate, examinatorul trebuind s aib o acuitate auditiv bun n domeniul 20 - 300 Hz. Cu ct presiunea sanguin este mai sczut cu att spectrul de frecven al zgomotelor Korotkoff este mai sczut. Prin metoda ascultatorie se pot determina cu o precizie satisfctoare att presiunea sistolic precum i cea diastolic, tehnica fiind simpl i necesitnd un echipament minim.

- 3 -


La ora actual exist tehnici automate de msurare indirect a presiunii arteriale. Aceste tehnici se bazeaz pe un sfigmomanometru automat care umfl i dezumfl maneta cu o frecvena predeterminat. Pentru detecia pusului n periferie se pot utiliza mai multe tipuri de traductori : ultrasonici, piezoelectrici, electroacustici, de impedan electric (reografici), etc.. La toate aceste tehnici exist dispozitive electronice care memorizeaz presiunile sistolic, diastolic i valoarea pulsului. Dou dintre tehnicile automate cele mai utilizate se bazeaz pe nlocuirea stetoscopului cu un microfon sau cu un traductor ultrasonic. Utilizarea traductoarelor ultrasonice n monitorizarea presiunii sanguine este recomandat la copii , bolnavii cu hipotensiune accentuat i n mediu zgomotos. 3 MSURAREA PRESIUNII SANGUINE PRIN METODE DIRECTE Sistemele moderne de msur a presiunii sanguine prin metode directe snt de dou categorii :

A. Cu traductor extravascular, prin intermediul unui cateter umplut cu lichid. Cateterele snt tuburi din materiale biocompatibile cu unul sau mai multe lumene a cror grosime este exprimat fie n mm fie n uniti franceze (F = 0,33mm). Cateterul este umplut

intermediul unui robinet cu trei ci. Introducerea cateterului n artere sau vene se face pe cale chirurgical sau percutan prin intermediul unor ace speciale.

cu o soluie salin izoton heparinat i conectat la traductor prin

B. Cu traductor miniatural intravascular fixat la captul cateterului. Are avantajul c se elimin conectarea hidraulic prin intermediul cateterului, surs a unor posibile erori. Cateterele cu traductor de presiune incorporat au dezavantajul c snt foarte scumpe, defectndu-se adesea dup numai cteva utilizri. O alternativ mai ieftin la aceste traductoare miniaturale este reprezentat de cateterele cu fibre optice care msoar variaiile luminii reflectate de o diafragm ce se deformeaz sub aciunea presiunii sanguine. Aceste sisteme ofer siguran din punct de vedere electric, dar nu pot fi utilizate pentru msurarea presiunii difereniale dintre dou puncte (ca n cazul cateterelor cu dou lumene).

Teoria manometric

- 4 -


Performanele unui manometru snt funcie de trei proprieti fizice : masa (M) prilor n micare, rezistena (R) opus de acestea , i elasticitatea (E) cu care acestea snt constrnse. Comportarea sistemului este descris printr-o ecuaie liniar, diferenial de orinul doi n care aceste proprieti snt coeficieni :

( )tFEydtdyRdt

ydM =++22

Variabila F(t) este fora exercitat de presiune asupra instrumentului, iar y este raspunsul de la ieirea instrumentului (sub form de tensiune, deflexiune a peniei sau alte tipuri de semnal). Semnificaia funcional a coeficienilor poate sumat n dou mrimi : frecvena natural a instrumentului, O i constanta sa de amortizare O. Aceti parametri pot fi definii ca :

ME=0 0 2=

RM

Termenul O reprezint frecvena unghiular, exprimat n rad/sec. Dac sistemul este excitat temporar i apoi lsat s oscileze liber , el oscileaz cu o frecven natural amortizat , D. ( ) D = 02 02 1 2/ Amplitudinea relativ a O i O determin rspunsul n frecven al manometrului. Curba rspunsului n frecven ilustreaz comportamentul sistemului cnd este forat s oscileze prin aplicarea unei presiuni sinusoidale la diferite frecvene. pentru o frecevn de intrare dat, , rspunsul n frecven , sau frecvena relativ, definit ca :

= 0 n termenii constantelor fizice deja descrise , rata de amortizare este :

- 5 -


MER

200 ==

Corespondena rspunsului unui manometru la o anumit aplicaie particular poate fi deci judecat prin prisma valorilor coeficienilor O i O . Frecvena natural neamortizat a unui manometru trebuie s fie mai mare ca frecvena oscilaiilor pe care dorim s le nregistrm, i ca o regul O trebuie s fie de cel puin cinci ori mai mare dect frecvena semnalului presional. rezult deci c frecvena natural a unui traductor pentru o msurtoare fidel a undelor presionale trebuie s fie de cel puin 150 Hz. La traductoarele moderne, elementul sensibil pe care este aplicat presiunea este parte a unui circuit electric ( marc tensometric, capacitor , etc.). n mod obinuit elementul traductor este ataat unei membrane subiri metalice pe care presiunea o poate deplasa sau deforma elastic. Elementele n micare ale acestor traductoare snt foarte uoare, iar deplasarea indus de presiunile fiziologice este redus ( la unele traductoare 0,88-0,26 m la o presiune de 100 mm Hg). Performana acestor traductoare este adesea exprimat sub forma compleanei, V/P, creterea volumului de lichid din camera de 100 mmHg. traductorului cnd membrana este deplasat de o cretere presional

Specificaiile din prospectele traductoarelor includ fie frecvena natural fie frecvena de rezonan, i de asemeni domeniul de frecven pentru care rspunsul n amplitudine este uniform (+/- 5%). Domeniul presional n care un traductor poate s funcioneze fr s fie alterat este o alt caracteristic important; cele mai multe traductoare fiziologice msurnd presiuni din domeniul negativ (aprox. -40 mm Hg) pn n domeniul pozitiv ( 300 - 700 mm Hg).

3.1 Modelarea electric a sistemelor de msurare a presiunii

- 6 -


Figura ..... descrie modelul fizic al unui sistem cateter-traductor. O cretere a presiunii la vrful cateterului duce la apariia unui flux de lichid prin cateter ctre camera traductorului. Creterea volumului de lichid ntr-un spaiu nchis duce la deformarea membranei traductorului, care acioneaz un sistem de conversie mecano electric (punte cu mrci tensometrice). Semnalul electric rezultat, proporional cu presiunea, este amplificat pentru a putea fi nregistrat i prelucrat.

Fig. 1 Reprezentarea schematic a unui sistem cateter-traductor (a) i modelul electric echivalent (b) Un cateter umplut cu lichid are urmtoarele proprieti mecanice : inerie, frecare i elasticitate. Acestea pot fi modelate electric prin inertan, rezisten i respectiv complean. Similar, traductorul are aceleai proprieti. Pe baza acestor analogii electrice se poate construi un model electric. (fig. 3) Modelul poate fi mult simplificat dac lum n considerare urmtoarele : compleana membranei traductorului este mult mai mare dect

cea a cateterului umplut cu lichid; rezistena i inertana lichidului din camera traductorului poate fi

neglijat n comparaie cu cele ale lichidului din cateter. Compleana Cd a diafragmei traductorului este dat de ecuaia : unde Ed este modulul de elasticitate al membranei traductorului.

- 7 -


Pe baza modelului electric se poate gsi o relaie ntre tensiunea de la intrare vi (analog presiunii la vrful cateterului) i tensiunea de la ieire vo , aplicnd legea lui Kirchhoff.

Cu ajutorul modelelor electrice putem studia rspunsul n frecven al sistemelor cateter - traductor. De asemeni putem studia efectul modificrilor n sistemul hidraulic prin adugarea unor elemente de circuit corespunztoare. Astfel apariia n cateter sau n camera traductorului a unei bule de aer (cu complean mare) poate fi modelat prin introducerea n circuit a unei capacitor.

3.2 Msurarea rspunsului sistemului cateter - traductor Caracteristicile rspunsului unui sistem cateter - traductor pot fi msurate prin dou metode :

Msurarea rspunsului la modificarea n treapt a presiunii (metod simpl i larg aplicat). Metoda const n aplicarea unei modificri n treapt a presiunii i nregistrarea oscilaiilor amortizate ale sistemului.

Fig. 2 Dispozitiv pentru msurarea rspunsului traductorului la modificarea n treapt a presiunii Vrful cateterului este introdus n partea inferioar a unui recipient umplut parial cu lichid. Partea superioar a recipientului este

- 8 -


acoperit cu o membran elastic (mnu chirurgical). Presiunea aerului din poriunea superioar a recipientului este crescut cu ajutorul unui bulb de sfigmomanometru, dup care se nchide robinetul n T . Presiunea este sczut brusc prin spargerea membranei de cauciuc (ardere cu flacra unui chibrit). Fig.......

Msurarea rspunsului n frecven al sistemului ( metod de mare fidelitate care necesit un echipament special). Modificrile presionale sinusoidale se realizeaz prin intermediul unor membrane metalice acionate electromagnetic de generatoatre electrice de joas frecven.

3.3 Sistemele de msur a presiunii venoase Presiunea venoas reprezint un parametru important ce reflect indirect funcia patului capilar i a inimii drepte. Presiunea din venele mici periferice reflect valoarea presiunii capilare.

Presiunea venoas central (PVC - msurat n vena cav sau n atriul drept) reflect presiunea de umplere diastolic a ventriculului drept. PVC este monitorizat frecvent n terapia intensiv, fiind utilizat ca indicator pentru ncrcarea lichidian a pacientului. Monitorizarea dinamic a PVC se poate face prin conectarea cateterelor la traductoare de presiune speciale, mai sensibile dect cele utilizate pentru msurarea presiunii arteriale.

- 9 -


- 10 -

PRESIUNEA LICHIDELOR N MICAREMSURAREA PRESIUNII SANGUINE PRIN METODE INDIRECTEMSURAREA PRESIUNII SANGUINE PRIN METODE DIRECTEModelarea electric a sistemelor de msurare a presiuniiMsurarea rspunsului sistemului cateter - traductorSistemele de msur a presiunii venoase

Documents

Masurarea presiunii