Historia ciągłego nieinwazyjnego ciśnienia tętniczego

W artykule dokonano przeglądu ewolucji ciągłego nieinwazyjnego pomiaru ciśnienia tętniczego (CNAP). Historyczna luka między łatwymi w użyciu, ale przerywanymi instrumentami naramiennymi a nieporęcznymi, ale ciągłymi „sygmografami” jest omawiana, począwszy od pierwszych prób pomiaru tętna, opublikowanych przez Julesa Harrisona w 1835 r. Takie sfigmografy prowadziły mroczną egzystencję w przeszłości, podczas gdy pomiar ciśnienia krwi na ramieniu Riva Rocci rozpoczął swój triumfalny sukces ponad 100 lat temu. W ostatnim czasie pomiar CNAP wprowadzony przez Jana Penáza w 1973 r. umożliwił pierwszą rejestrację nieinwazyjnego pomiaru ciśnienia krwi z uderzenia na uderzenie, co zaowocowało wprowadzeniem na rynek produktów, takich jak urządzenie Finapres™ i jego następcy. Niedawno opracowano nowatorską metodę monitorowania CNAP do monitorowania pacjentów w okresie okołooperacyjnym, w stanach krytycznych i w nagłych wypadkach, gdzie ciśnienie krwi musi być mierzone wielokrotnie lub nawet w sposób ciągły, aby zapewnić jak najlepszą opiekę pacjentom.

Wczesne sfigmografy

Przed pomiarem ilościowym, który zastosowano w medycynie w XIX wieku, możliwości diagnostyczne czynności hemodynamicznych ograniczały się do jakościowego wykrywania tętna poprzez badanie palpacyjne . W niektórych kulturach czułe badanie palpacyjne jest nadal główną częścią medycyny, podobnie jak diagnostyka tętna w tradycyjnej medycynie chińskiej (TCM) lub identyfikacja ajurwedyjskich dosz . Wprowadzenie stetoskopu i metody osłuchiwania przez René-Théophile-Hyacinthe Laennec w 1816 r. konsekwentnie zmienił postępowanie medyczne i wymusił konieczność ilościowych pomiarów hemodynamicznych.

Pierwszy instrument, który mógł mierzyć siłę pulsu za pomocą szklanej rurki wypełnionej rtęcią, został opracowany przez Julesa Harrisona w 1835 r. Jean Léonard Marie Poiseuille wynalazł pierwszy rtęciowy „hemodynametr”, prekursor sfigmomanometru w 1821 r.

Pierwszy sfigmograf (pisarz tętna) do ciągłej graficznej rejestracji tętna pochodzi z 1854 r. od Karla von Vierordta . Bardziej popularny był jednak udoskonalony sfigmograf francuskiego fizjologa i pioniera kinematografii Étienne-Julesa Mareya (1863). W swojej słynnej książce „La méthode graphique” (1878) i studiach z pistoletem fotograficznym, praca Mareya dotyczyła ruchów serca i naczyń krwionośnych.

Sfigmograf Mareya - zwróć uwagę na jednostkę rejestracyjną w prawym górnym rogu, gdzie można zobaczyć przebiegi ciśnienia krwi uzyskane z zestawu dźwigni na nadgarstku

Oprócz sfigmografu Mareya uwagę zwróciło urządzenie opracowane przez Austriaka Samuela von Bascha , które zostało wprowadzone w Europie w 1880 roku. Wypełniony płynem pęcherz umieszczony na nadgarstku był w stanie wykryć tętno; ciśnienie niezbędne do zaniku impulsów mierzono manometrem rtęciowym. Pozwoliło to na dokonanie pierwszego pomiaru skurczowego ciśnienia krwi. Kilka innych sfigmografów powstało pod koniec XIX wieku, zwłaszcza w Wielkiej Brytanii, Francji i Niemczech. Instrumenty te były przenośne, dość dokładne i powszechnie dostępne, więc lekarze używali ich nawet przy łóżku.

Proste i dokładne sfigmomanometry wypierają sfigmografy

W 1896 roku włoski Scipione Riva-Rocci wprowadził pierwszy sfigmomanometr rtęciowy umieszczony na ramieniu. Umożliwiło to pomiar bezwzględnego ciśnienia skurczowego krwi . Od czasu odkrycia charakterystycznych dźwięków przez Rosjanina Nikołaja Siergiejewa Korotkowa w 1905 r. metoda ramienia umożliwia również rejestrację bezwzględnego rozkurczowego ciśnienia krwi .

Rok po odkryciach Riva-Rocciego Leonard Erskine Hill i Harold Barnard po raz pierwszy zgłosili monitorowanie ciśnienia krwi podczas znieczulenia . Ich niemal jednocześnie wynalezione urządzenia składały się z wąskiej opaski zamykającej tętnicę ramienną, małej metalowej pompki typu rowerowego i metalowego manometru wyskalowanego w mmHg. Zaskakujące wydaje się to, że w pierwszym doniesieniu dotyczącym monitorowania ciśnienia tętniczego podczas znieczulenia nie wspomniano o stosowaniu sfigmografów, które były już wówczas w powszechnym użyciu. Jednym z powodów może być to, że poprzednia praktyka całkowicie polegała na obserwacji oddychania jako jedynej metodzie monitorowania; nawet badanie palpacyjne tętna podczas podawania eteru lub chloroformu nie zostało uznane za dobrą praktykę. Inny powód można znaleźć bezpośrednio w tytule raportu: „Prosta i dokładna forma sfigmometru lub miernika ciśnienia tętniczego wymyślona do użytku klinicznego” – sugerując, że do użytku klinicznego urządzenie musi być proste i dokładne. ^{[ potrzebne źródło ]}

Wczesna technika odciążania naczyń

Podczas gdy sfigmomanometr rozpoczął swój triumfalny rozwój, w XX wieku wynaleziono tylko kilka urządzeń do rejestracji tętna. Zwykłe urządzenia pletyzmograficzne, takie jak pulsoksymetry, są oczywiście wyjątkiem, ale nie można ich używać do pomiaru ciśnienia krwi. Jeśli w ogóle, mogą mierzyć zmiany objętości krwi. Te zmiany objętości nie mogą być łatwo przekształcone w ciśnienie, ponieważ elastyczne elementy ściany tętnicy nie są liniowe, a mięśnie gładkie również składają się z części nieelastycznych. [ ^{Potrzebne źródło ]}

Celem jest odciążenie ściany tętnicy w celu linearyzacji tego zjawiska przy przeciwciśnieniu równym ciśnieniu wewnątrz tętnicy. Objętość krwi jest utrzymywana na stałym poziomie dzięki odpowiedniemu naciskowi z zewnątrz. Stale zmieniające się ciśnienie zewnętrzne, które jest potrzebne do utrzymania stałej objętości krwi tętniczej, bezpośrednio odpowiada ciśnieniu tętniczemu. Jest to natychmiastowy, ciągły pomiar ciśnienia tętniczego krwi, który jest podstawową zasadą tak zwanej „techniki odciążania naczyń”. ^{[ potrzebne źródło ]}

W 1942 roku niemiecki fizjolog Richard Wagner wprowadził mechaniczny system do identyfikacji ciśnienia krwi w tętnicy promieniowej za pomocą mechanicznej wersji techniki odciążania naczyń, w której przeciwciśnienie odciąża ścianę tętnicy.

Elektropneumatyczna technika odciążania naczyń

Czeski fizjolog Jan Peňáz wprowadził technikę odciążania naczyń na palcu w 1973 roku za pomocą elektropneumatycznej pętli sterującej. Pętlę kontrolną pokazano na schemacie blokowym: mankiet zakłada się na palec, ponieważ jest to najbardziej odpowiedni i łatwo dostępny obszar. Wewnątrz mankietu objętość krwi w tętnicach palców jest mierzona za pomocą źródła światła podczerwonego (L) i fotokomórki wykrywającej światło (PC). Sygnał pletyzmograficzny (PG) – sygnał świetlny w porównaniu ze stałą C1 – jest elektronicznym miernikiem objętości krwi palca. PG jest podawany do jednostki sterującej o charakterystyce proporcjonalno-całkująco-różnicowej (PID). Sygnał PID jest dodawany do stałej wartości zadanej (C2), wzmacniany i podawany do przetwornika elektropneumatycznego (EPT). EPT wytwarza ciśnienie w mankiecie, które ponownie zmienia objętość krwi palca.

Schemat blokowy systemu Peňáza z pojedynczą pętlą sterowania: F – palec, L – lampa, PC – fotokomórka, S – segmenty przezroczystego mankietu ciśnieniowego, C 1 – średnia sygnału _PC , DA – wzmacniacz różnicowy, V(PG) – sygnał pletyzmograficzny, PID – sieć korygująca, C ₂ – nastawa SP, SW – przełączanie między pętlą otwartą i zamkniętą, PA – wzmacniacz mocy, EPT – przetwornik elektropneumatyczny, M(CP) Ciśnienie mierzone manometrem. (Zbudowany w odniesieniu do oryginalnego rysunku Peňáza).

Stan pętli kontrolnej można opisać w następujący sposób: Sygnał świetlny PG powinien wyzerować się poprzez kontrolowanie zmiennego ciśnienia w mankiecie. Podczas skurczu, gdy objętość krwi w palcu wzrasta, regulator PID zwiększa punkt kontrolny. W ten sposób ciśnienie w mankiecie jest zwiększane, aż do wyciśnięcia nadmiaru objętości krwi. Z drugiej strony podczas rozkurczu zmniejsza się objętość krwi w palcu; w rezultacie regulator PID zmniejsza punkt kontrolny. Dzięki temu ciśnienie w mankiecie jest obniżone, a ogólna objętość krwi pozostaje stała. Ponieważ objętość krwi, a tym samym PG jest utrzymywana na stałym poziomie w czasie, różnica ciśnień między ciśnieniem w mankiecie a ciśnieniem wewnątrztętniczym wynosi zero. Ciśnienie wewnątrztętnicze jest równe ciśnieniu w mankiecie, które można łatwo zmierzyć za pomocą manometru M. ^{[ potrzebne źródło ]}

Peňáz zastosował jedną elektroniczną pętlę kontrolną, która odpowiadała za szybkie śledzenie zmian ciśnienia krwi oraz za stabilność systemu. Jednak zmiany średnicy tętnicy i napięcia ściany spowodowane zwężeniem i rozszerzeniem naczyń sprawiają, że długoterminowy pomiar z tą pojedynczą pętlą kontrolną jest prawie niemożliwy, ponieważ rzeczywiste odciążenie ściany tętnicy jest łatwo tracone. Dlatego grupy z Holandii, Japonii, Australia i Austria udoskonaliły zasadę odciążania naczyń Peňáza.

Finapres i jego następcy

Innowacyjną ewolucją zasady Peňáza był Finapres™, który został opracowany przez holenderską grupę skupioną wokół KH Wesseling i wprowadzony na rynek w 1986 roku. Następcami systemów Finapres na rynku medycznym są Finometer, Portapres oraz Nexfin . ^{[ potrzebne źródło ]}

Cyfrowa technologia CNAP

Od 1996 roku austriacka grupa badawcza opracowała całkowicie cyfrowe podejście do tej metody. W rezultacie technologię tę można znaleźć w Task Force Monitor i CNAP Monitor 500 (CNSystems), a także w CNAP Smart Pod (Dräger Medical) i LiDCOrapid (LiDCO Ltd.).

Podczas gdy inne technologie nadal wykorzystują jedną pojedynczą pętlę sterowania, cyfrowa technologia CNAP opiera się na koncentrycznie blokujących się pętlach sterowania. Pętle te umożliwiają korekcję zmian napięcia naczynioruchowego z uderzenia na uderzenie za pomocą algorytmu VERIFI.

Tonometria

Tonometria jest wskrzeszeniem starej technologii sfigmografów, ponieważ ponownie opisuje mechanizm automatycznego nieinwazyjnego badania palpacyjnego tętnicy promieniowej. Aby uzyskać stabilny sygnał ciśnienia krwi, czujnik tonometryczny musi być chroniony przed ruchem i innymi artefaktami mechanicznymi.

Czas przejścia impulsu

Kiedy serce wyrzuca objętość wyrzutową do tętnic, potrzeba pewnego czasu przejścia, zanim objętość krwi dotrze do obwodu. Ten czas przejścia impulsu (PTT) zależy pośrednio od ciśnienia krwi. Okoliczność ta może być wykorzystana do nieinwazyjnego wykrywania zmian ciśnienia krwi.

Analiza rozkładu impulsów

Tętno ciśnienia tętniczego w górnej części ciała składa się z pięciu impulsów składowych: pulsu wyrzutowego lewej komory, będącego odbiciem tego pulsu, który jest znany jako drugi puls skurczowy i który wynika z niedopasowania średnic aorty piersiowej/brzusznej, innego odbicia w tętnicach biodrowych, które tworzą tętno rozkurczowe, oraz dwa kolejne odbicia, które pojawiają się między tymi miejscami odbicia i które zwykle można zaobserwować tylko u osób z niską sztywnością tętnic i długimi cyklami pracy serca. Za pomocą PDA profil ciśnienia każdego tętna serca jest analizowany pod kątem zmian skurczowego, rozkurczowego i średniego ciśnienia tętniczego, a także innych parametrów hemodynamicznych. Systemy PDA oferują bardzo niskie ciśnienie sprzęgania z palcem i śledzą ciśnienie krwi przez długi czas. Podobnie jak w przypadku tonometrów i metod PTT, pomiar można opcjonalnie skalibrować za pomocą bezwzględnego ciśnienia krwi z metody referencyjnej. Jedna dostępna na rynku metoda PDA wykazała akceptowalną dokładność w porównaniu z inwazyjną linią tętniczą.