П. Л. Андриященко, В. М. Большое, В. А. Клочков, В. Т. Яковлев

К ВЫБОРУ МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ В МОНИТОРНЫХ КОМПЛЕКСАХ

Автоматическое неинвазивное определение артериального давления (АД), несмотря на кажущуюся простоту задачи, до сих пор является проблемой, имеющиеся решения которой нельзя признать до конца удовлетворительными.

Существование большого числа методов и устройств, предназначенных для этой цели (как показывает анализ патентной литературы, каждый год к ним добавляются в среднем около 30 новых технических решений), означает, что в настоящее время в мире не существует не только идеального неинвазивного автоматического измерителя АД, но даже просто хорошего универсального прибора, применимого в широком клиническом диапазоне.

Отсутствие универсального прибора коменсирустся сравнительно широким спектром технических средств, каждое из которых предназначено для решения узкого круга клинических задач. Вместе с тем не существует сколько-нибудь эффективных автоматических систем для неинвазивного мониторного контроля АД. Это существенно осложняет работу врача, особенно в условиях реанимации, когда непрерывный контроль динамики АД является едва ли не главным требованием адекватного ведения больного. Отсутствие непрерывного длительного контроля АД, например, во время сна, у больных, подверженных риску возникновения гипертонического криза не позволяет принять своевременные меры и предупредить развитие возможных осложнений. Эта же причина делает практически неразрешимой задачу получения профиля изменения АД у больного в процессе диагностического или терапевтического воздействия - задачу тем более актуальную, что как точность диагностики, так и адекватность лечебной процедуры, например в случае гипертонической болезни, определяется не двумя-тремя случайными измерениями, а характером профиля АД в различных ситуациях.

Основным препятствием, возникающим при попытке использовать для мониторинга АД существующие автоматические измерители, является наличие у них окклюзионной манжеты. Именно это обстоятельство делает непригодными для этой цели даже такие приборы, которые получили признание клиницистов, например "Прессометр-II", "Прессометр-III [б, 9] или "Дайнамэп" [1].

Две главные причины делают манжетные приборы непригодными для мониторного контроля АД. Во-первых, для оперативного контроля необходимо достаточно часто определять уровень АД и, следовательно, часто накачивать окклюзионную манжету, что становится постоянно действующим беспокоящим фактором, особенно во время сна, превращающимся в источник эмоционального стресса, а это недопустимо для тяжелого больного палаты интенсивной терапии. Во-вторых, в условиях произвольных движений больного манжетные измерители практически неработоспособны. Это связано с тем, что от пациента, находящегося в тяжелом состоянии, в принципе нельзя требовать какой-либо предварительной установки на процедуру измерения, например чтобы он в это время не двигался или принял специальное положение в кровати. Больше того, тяжелый или спящий больной скорее всего в момент измерения станет беспокоиться, создавая интенсивный сигнал помехи, если измерение связано с таким беспокоящим воздействием, каким является раздувание окклюзионной манжеты. В подобной ситуации даже привлечение компьютера не даст желаемого эффекта, так как компьютер, распознав помеху, выдаст запрос на повторение процедуры измерения, т. е. на повторное накачивание манжеты, и этот процесс многократного повторения измерений не только увеличит и без того сильное стрессорное воздействие, но и может вызвать ишемию окклюзируемого органа. Сказанное делает понятным, почему даже сравнительно хорошие манжетные измерители АД все-таки не нашли применения в палате интенсивной терапии и в случае острой необходимости врачи прибегают к прямому методу. Поэтому альтернатива - использовать в палате интенсивной терапии манжетные или безманжетные методы для мониторинга АД - должна быть решена в пользу последних, даже если они будут уступать манжетным по точности или другим эксплуатационным характеристикам, не связанным с надежностью, оперативностью и удобством контроля АД.

Настоятельная необходимость в безманжетных средствах для мониторного неинвазивного контроля АД стимулирует непрекращающиеся попытки создания подобной аппаратуры. В основе опытных разработок этого направления лежат исследования возможностей использования тех или иных функциональных зависимостей, которые могли бы связывать величину АД с каким-либо физиологическим параметром, регистрируемым неинвазивно. К настоящему времени сделаны попытки использовать следующие параметры или явления: 1) амплитуду пульсовых волн давления, регистрируемых на поверхности кожного покрова в зоне выхода артерии на поверхность; 2) скорость кровотока в артерии; 3) явление кавитации в жидкости под действием ультразвука; 4) скорость распространения пульсовой волны.

Непрерывное измерение амплитуды пульсовой волны, регистрируемой на поверхности кожного покрова, лежит в основе тонометрического метола определения АД. Его идея заключается в том, чтобы, прикладывая давление извне, компенсировать давление, оказываемое на кровь со стороны собственно артериальной стенки, при этом мгновенное значение регистрируемых колебаний становится пропорциональным величине АД [2]. Хотя тонометричсский метод предусматривает внешнее воздействие, образуемое, как правило, с помощью манжетки, это по существу бсзманжетный метод, поскольку манжетка здесь используется не для окклюзирования артерии. Тонометры нуждаются в предварительной калибровке, так как компенсирующее воздействие прикладывается не только к артерии, но также к окружающей ткани. Будучи правильно установлен и надлежащим образом откалиброван, тонометр определяет мгновенное значение АД, не причиняя пациенту практически никаких неудобств. Таков, например, тонометр МЛ-105 с встроенным микропроцессором ЗЕТ-80 [3].

Большим недостатком тонометров является их высокая "критичность" к точности расположения тонометрического датчика по отношению к артерии, в связи с чем обращение с ними требует профессионального навыка. Для преодоления этого недостатка планируется разработать тонометрический датчик особой конструкции в сочетании с микропроцессором для обработки его сигнала. Датчик представляет собой матрицу из точечных датчиков давления, которая надежно перекрывает область залегания артерии. Микропроцессор определяет, какой из датчиков расположен правильно, а также автоматически регулирует силу прижатия [7]. Разработчики тонометра полагают, что в будущем приборы этого типа займут главенствующее место среди приборов для измерения АД.

Скорость кровотока в артерии может быть определена с помощью ультразвуковой локации. Сделана попытка связать этот параметр с величиной АД и на основе этого осуществить непрерывную безманжетную регистрацию АД [8]. Способ заключается в предварительном установлении для пациента, у которого предстоит мониторировать давление, соотношения между АД и скоростью кровотока в определенной артерии путем одновременного измерения этих двух параметров в покое и при различных уровнях физической нагрузки. При этом давление измеряют обычным способом, а скорость кровотока - ультразвуковым допплеровским датчиком. В дальнейшем измерения АД производятся путем непрерывного определения скорости кровотока на основе предварительно полученного соотношения. Прибор имеет портативное исполнение и предназначен для наблюдения за АД в условиях свободного поведения пациента. Сложность установки и надежного фиксирования датчика, а также градуировки исключает использование описанной процедуры в широких масштабах.

Явление кавитации в жидкости под действием ультразвука использовано японскими исследователями для непрерывного неинвазивного определения АД [10]. Кавитация в крови, например в левом желудочке сердца, возникает под воздействием ультразвуковой волны большой мощности. При условии постоянства других параметров жидкости (температуры, концентрации газа в ней) образование ядер кавитации зависит от величины абсолютного давления в этой жидкости, называемого критическим давлением. При воздействии ультразвуковой волны на кровь это давление складывается из давления ультразвука, давления крови и атмосферного давления. Зная параметры ультразвуковой волны, величину атмосферного давления, а также критическое давление для заданной жидкости, можно определить давление в ней.

Возникновение кавитации регистрируется также с помощью ультразвука, но с частотой на порядок выше той, которая используется для возбуждения кавитации Для этого область изме рения зондируют ультразвуковым пучком, кого рый начинает сильно отражаться от ядер кавита ции при их возникновении, когда давление в зо не измерения становится равным критическому Для уменьшения мощности возбуждающего излучения и, следовательно, для уменьшения повреждающего действия ультразвука на элементы крови предлагается предварительно насыщать кровь инертным газом, например гелием, что значительно уменьшает величину критического давления.

Скорость распространения механических колебаний в какой-либо среде зависит от упругих свойств этой среды. В частности, скорость распространения пульсовой волны (СРПВ) по артерии - от упругости ее стенки. При неизмененных упруго вязких свойствах сосуда СРПВ определяется величиной напряжения в нем при взаимодействии с АД. Это свойство использовано для разработки метода безманжетного непрерывного контроля АД [4]. Метод основан на практически линейной зависимости СРПВ от АД в физиологическом диапазоне значений давления. На практике измеряют время распространения пульсовой волны (ВРПВ), определяемое как интервал между пульсовыми волнами, регистрируемыми в разных точках артериальной системы [8], или как интервал между ЭКГ-сигналом и пульсовой волной в точке, удаленной от сердца [5]. Так например, в [5] описан выполненный в микроис полнении прибор, состоящий из фотоэлектрического датчика пульсовой волны, располагаемого на запястьи блока ЭКГ, блока давления таймера дисплея и источника питания Давление определяется по величине интервала между зубцом R ЭКТ и какой-либо устойчивой точкой на кривой пульсовой волны исходя из соотношения

P=20/T,

где Р - среднее давление мм рт. ст.; Т - ВРПВ с.

Расчетная формула построена на допущении что в норме среднему давлению 100 мм рт. ст. соответствует ВРПВ 0,2 с. Такая градуировка прибора является условной и предназначена для удобства потребителя, поскольку в большинстве случаев требуется знать не абсолютное значение АД а его динамику. При необходимости прибор может быть калиброван под конкретного пациента.

Оценим возможность использования представленных методов безманжетного контроля АД для целей, которые были сформулированы выше.

Самым уникальным является метод определения АД, основанный на явлении кавитации. Однако этот метод находится в стадии становления и далек от практического применения в клинических условиях. К тому же необходимость точной юстировки ультразвуковых датчиков исключаст какие-либо движения больного Проблемным является вопрос о допустимой длительности непрерывного наблюдения, поскольку кавитационные пузырьки могут создавать угрозу микроэмболии капиллярной сети. Кроме того, сильное ультразвуковое воздействие само по себе может оказаться неблагоприятным. Этот технически очень сложный метод в большей степени подходит для диагностических целей, так как дает возможность определять АД в любой части сердечно сосудистой системы, куда проникает ультразвук.

Определение скорости кровотока в зависимости от величины АД требует предварительной установления зависимости между двумя параметрами, что вряд ли осуществимо практически в палате интенсивной терапии. Использование метода оправдано в сложных исследовательских работах, где затраты на постановку исследования окупаются получаемой впоследствии информацией.

Дальнейший выбор ограничивается двумя методами - тонометрическим и методом, основанным на измерении ВРПВ. Разберем достоинства и недостатки этих методов по каждому пункту требований, предъявляемых к устройству для мониторного контроля АД в условиях палаты интенсивнои терапии.

1. Возмущающее воздействие измерительной процедуры

Метод тонометрии требует внешнего воздействия на артерию, чтобы компенсировать собственное напряжение ее стенки.

Метод ВРПВ не требует никакого воздействия на сосудистую систему, используя процессы, постоянно протекающие в организме человека.

  1. Получение данных о системном АД

    2. Метод тонометрии дает информацию о давлении в точке наложения датчика, как правило, на руке в месте выхода артерий на поверхность.

    Метод ВРПВ дает информацию о давлении во всей артерии, по которой распространяется пульсовая волна, в частности, в аорте и бедренной артерии.

  2. Получение абсолютных цифр АД

Метод тонометрии требует предварительной калибровки, после чего дает абсолютные цифры систолического диастолического и среднего давления.

Метод ВРПВ требует предварительной калибровки, после чего дает абсолютные цифры среднего АД.

4 Критичность к точности расположения датчиков

Метод тонометрии чрезвычайно чувствителен к точности расположения датчика при неточной установке искажаются амплитyдные характеристики пульсового сигнала, являющиеся источником информации о величине АД.

Метод ВРПВ нс критичен к точности раслоложения датчика, важно лишь, чтобы пульсовая волна была зарегистрирована. При использовании этого метода информацию о давлении несет не амплитуда волны, а ее фаза.

5 Помехоустойчивость

Метод тонометрии являясь амплитудным, подвержен влиянию механических помех, свя занных с движениями пациента.

Метод ВРПВ, являясь фазовым, в гораздо меньшей степени подвергнут амплитудным помехам, связанным с движениями пациента.

Сравнение двух методов показывает, что метод определения АД по ВРПВ является более эффективным в условиях палаты интенсивной терапии. Это тем более правильный вывод, так как известно, что при передаче информации предпочтение отдается фазовым методам модулирования. Аналогия в данном случае не является искусственной, поскольку в тонометрическом методе АД модулирует амплитуду выходного сигнала пульсового датчика, а в методе ВРПВ давление меняет временные соотношения в ряду последовательных импульсов пульсовой волны.

Проведенный анализ дает право заключить, что среди имеющихся на сегодняшний день методов неинвазивного безманжетного определения АД для реализации мониторного контроля может быть использован только один из них - метод контроля по величине ВРПВ. На основе этого сравнительно простого метода может быть разработан компактный надежный прибор, с помощью которого можно решать следующие клинические задачи: 1) мониторирование АД в палате интенсивной терапии; 2) контроль динамики АД в процессе диагностического или терапевтического воздействия; 3) контроль АД во время сна у больных, подверженных риску развития гипертонического криза.

ЛИТЕРАТУРА

1. Микрокомпьютерные медицинские системы, проектирование и применение.- М 1983.- С.381.

2. То же. – С. 379.

3. То же. - С 382.

4. Cardiovascular Engineering / Ed. D. N. Ghista. - Basel 1983. - P. 134-137

5. Carruthers E M Cardiovascular monitors United Kingdom Pat Application 2 058 355 A GB (Publ. by the Patent Office L. 1981. - P. 4).

6. Drager I. M., Weber M. A., Nakamura D. К. // Amer Heart J.- 1985 – Vol.109, N 6.- P.1335.

7. Eckarie Y. S. // Association for the Advancement of Medici [Instrumentation (USA) Annual Meeting 15 th Proceedings.- San Francisco 1986. — P. 40.

8. Jozon М. М. М. Procese de mesure de la pression arterelle par voie exteme Brevet dinvention 2 523 432 // France industr Bull Off Propnete - 1983. - N 38.- P. 19.

9. Kennedy H. L. et al. // Amer. Heart J - 1983.- Vol. 106, N 4.- Pt 1. - P. 717.

10. Miva H. Pressure Measuring System with Ultrasonic Wave: US Pat. 4 483 345 //Off. Gaz. US Pat. Trademark Office.- 1984.- Vol. 1048, N 3.- P. 1059.

 Вверх