Overview
Fuente: Hamna J. Qureshi y Craig J. Goergen, Weldon School of Biomedical Engineering, Universidad Purdue, West Lafayette, Indiana
Aquí destacaremos las similitudes y diferencias clave de las técnicas no invasivas de medición de la presión arterial entre humanos y roedores y examinaremos los principios de ingeniería que rigen la presión arterial. También se discutirán los principios que rigen la tecnología actual del manguito para adquirir presiones sistólicas y diastólicas.
Los manguitos disponibles comercialmente que se conectan con dispositivos móviles suelen ser compactos y portátiles, lo que permite realizar mediciones prácticamente en cualquier lugar. Los manguitos de presión arterial portátiles no invasivos son especialmente útiles para pacientes con hipertensión y otros problemas cardiovasculares que requieren un control cuidadoso y la detección temprana de cualquier cambio en la presión arterial.
Del mismo modo, los sistemas de medición de la presión arterial no invasiva también están disponibles para los roedores. Esta tecnología se utiliza en entornos de laboratorio y es útil para el seguimiento de la salud animal a lo largo de un estudio. Si bien la radiotelemetría es el estándar de oro de medición de la presión arterial para roedores, esta técnica es invasiva y puede conducir a la mortalidad animal si se hace incorrectamente. Los métodos no invasivos, por lo tanto, son convenientes para tomar medidas en animales, ya que pueden proporcionar datos valiosos sin necesidad de implantación de dispositivos. Se utilizará un sistema disponible comercialmente para demostrar cómo se puede medir la presión arterial en seres humanos fuera de un entorno clínico. Esta técnica permite a los pacientes controlar su propia presión arterial periódicamente sin tener que visitar una clínica cada vez que desean que se tomen estas mediciones.
Los métodos descritos aquí aprovechan el flujo sanguíneo a través de la cola del roedor mediante el uso de sensores de presión y manguitos de oclusión. Tanto los manguitos móviles de presión arterial para humanos como los métodos no invasivos de manguito de cola para roedores aprovechan principios hemodinámicos similares para adquirir mediciones de la presión arterial que pueden proporcionar datos útiles para los usuarios, incluidos los médicos, los investigadores y Pacientes.
Principles
Las mediciones de la presión arterial consisten en componentes sistólicos y diastólicos, que son indicadores importantes de la salud cardiovascular. La presión arterial sistólica se define como la presión intraluminal máxima ejercida contra las paredes arteriales debido a la contracción del corazón, mientras que la presión arterial diastólica se define como la presión intraluminal mínima cuando se cierra la válvula aórtica.
Las mediciones de presión arterial tomadas con manguitos disponibles en el centro comercial utilizan métodos oscilométricos para tomar medidas. En entornos clínicos, los métodos auscultatoricos se utilizan comúnmente para tomar presión arterial. Por lo general, los médicos inflan los manguitos de presión arterial alrededor de la arteria braquial del brazo hasta que el vaso está completamente ocluido. Una vez que desinflan el brazalete, los médicos escuchan el punto en el que escuchan por primera vez el latido del corazón a través del estetoscopio. Este punto indica la presión arterial sistólica, ya que la presión dentro de la arteria es lo suficientemente grande como para abrir el vaso. A continuación, el manguito continúa desinflando hasta que no se oye ningún sonido repetitivo. Este punto indica la presión arterial diastólica, ya que el vaso permanece abierto. La tecnología oscilométrica es similar a la tecnología auscultatorica, excepto que está automatizada. En lugar de escuchar un sonido, un algoritmo para el manguito detecta oscilaciones en el flujo sanguíneo una vez que el manguito de presión arterial comienza a desinflarse. Estas oscilaciones comienzan cuando la sangre comienza a fluir a través de la arteria de nuevo, lo que indica la presión arterial sistólica. Las oscilaciones se nivelan cuando el flujo sanguíneo se vuelve constante, lo que indica presión arterial diastólica.
Los métodos no invasivos para tomar la presión arterial en roedores también utilizan tecnología automatizada. El sistema descrito aquí incluye un manguito de oclusión que infla y desinfla alrededor de la arteria de la cola, análogo a cómo los manguitos clínicos de presión arterial se inflan y se desinflan alrededor de la arteria braquial. También se coloca un sensor de grabación de presión de volumen (VPR) alrededor de la cola. Este sensor puede determinar la presión arterial utilizando un transductor de presión que puede indicar cuándo se producen presiones sistólicas y diastólicas dentro de la cola del animal, un sustituto cercano para la verdadera presión arterial del sistema.
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Procedure
1. Manguito inalámbrico de presión arterial para los seres humanos
- Encienda el brazalete y emparejeconlo con un dispositivo móvil en el que se generarán los resultados. El emparejamiento se puede hacer a través de Bluetooth.
- Coloque el brazalete en la parte superior del brazo para que el monitor de presión arterial se coloque contra el bíceps interno. El Ssrap debe fijarse firmemente en el brazo.
- Abra la aplicación para el manguito en el dispositivo móvil. Asegúrese de que el manguito esté emparejado con el dispositivo móvil.
- Colócate de manera que estés sentado con el brazo descansando de tal manera que el brazalete esté al mismo nivel que tu corazón. Asegúrese de que se encuentra en un entorno tranquilo para mantenerse relajado mientras se recopilan los datos.
- Una vez que esté posicionado correctamente, comience la medición de la presión arterial. Se pueden ejecutar varios ensayos para que un promedio de estas mediciones se refleje en los resultados.
- Una vez recopiladas todas las mediciones, los resultados se mostrarán en la pantalla del dispositivo móvil. Tome nota de los resultados. Desenganche el brazalete del brazo y apágalo.
2. Mediciones de presión arterial no invasivas para roedores
- Encienda la etapa calentada, el sistema de presión arterial y la computadora de escritorio. Coloque un brazalete VPR y un brazalete de oclusión en el sistema de presión arterial. Utilice el software para comprobar que los manguitos están correctamente calibrados y funcionan según lo esperado. Configure el software con los parámetros deseados.
- Prepare el animal (ratón o rata) para su colocación en un soporte de tamaño adecuado. Asegúrese de que el ambiente esté tranquilo con ruidos inesperados mínimos. Trate de calmar al animal antes de colocarlo en su soporte para evitar que el animal experimente estrés innecesario.
- Coax animal en el soporte. Asegúrese de que sus patas no se atasquen en los accesorios del soporte y que la cola está fuera del restrainer.
- Una vez que el animal esté asegurado, coloque el soporte en el escenario calentado. Deslice el manguito de oclusión sobre la base de la cola y luego deslice el manguito VPR justo detrás del manguito de oclusión. Deje 1-2 mm de espacio entre los dos puños. Si usas un brazalete de oclusión y un brazalete VPR de tamaño para ratones, puedes asegurarlos usando una tira de tubo de plástico.
- Después de que las esposas estén encendidas, péguelas en el escenario para evitar que la cola del animal se mueva demasiado. Dejar que la cola se caliente a unos 32-34 oC para promover la vasodilatación y el flujo sanguíneo posterior a través de la cola.
- Una vez completada la configuración y la cola lo suficientemente caliente, comience la adquisición de datos. Mientras se mide la presión arterial, tome nota si el animal se mueve sustancialmente dentro del restrainer. Trate de mantener el brazalete en la misma posición durante toda la medición. Si los puños se deslizan por la cola, o si el animal se mueve dentro del restrainer, presione el botón Pausa y reajuste los puños/animal una vez que se haya completado la carrera en curso. Mantenga un ambiente tranquilo durante todo este proceso.
- Compruebe que los datos sobre la presión arterial se estén adquiriendo según lo previsto. Repita las mediciones si es necesario. Se recomiendan varios ensayos (normalmente 20-40 mediciones).
- Una vez recopilados los datos, guarde las mediciones para su posterior análisis. Retire el animal del soporte y colóquelo de nuevo en su jaula. Apague la etapa calentada y el sistema de presión arterial y limpie todas las superficies que estaban en contacto con el animal.
Las mediciones de la presión arterial se utilizan a menudo para controlar la salud cardiovascular. La presión arterial es la presión lateral producida por la circulación de la sangre en las paredes de los vasos sanguíneos. La monitorización estrecha es importante para detectar y tratar la hipotensión, la presión arterial baja y la hipertensión, la presión arterial alta, que pueden afectar la función de los órganos vitales, como el corazón, los riñones y el cerebro.
La presión arterial se mide manualmente por auscultación, donde el clínico ocluye la arteria usando un brazalete inflable y luego escucha el sonido del flujo sanguíneo a través de la arteria braquial a medida que se desinfla. La presión arterial también se puede medir automáticamente mediante oscilometría, que permite a los pacientes medir su presión arterial en casa. El manguito inflable contiene un transductor de presión que convierte las vibraciones arteriales en presiones sistólicas y diastólicas basadas en principios hemodinámicos.
Este video ilustrará los principios de la presión arterial, demostrará los métodos actuales para medir las presiones arteriales sistólicas y diastólicas de seres humanos y animales pequeños, y discutir algunas aplicaciones.
Las mediciones de la presión arterial consisten en componentes sistólicos y diastólicos, ambos indicadores importantes de la salud cardiovascular.
La presión arterial sistólica es una medida de la presión intraluminal máxima ejercida contra la arteria durante la contracción cardíaca cuando el corazón late, y la presión diastólica es una medida de la presión intraluminal mínima, o la presión entre latidos cuando el corazón se relaja y la válvula aórtica está cerrada. Para medir la presión arterial, se coloca un brazalete en la parte superior del brazo del paciente y luego se infla hasta el punto donde el flujo sanguíneo está completamente ocluido. A medida que el manguito se desinfla, el médico ausculta mientras observa las lecturas del manómetro.
El primer sonido audible Korotkoff corresponde a la presión sistólica, la presión a la que la sangre comienza a fluir de nuevo a través del recipiente abierto. A medida que el manguito continúa desinflando, la sangre fluye más libremente a medida que el vaso permanece abierto. La presión diastólica se registra en el momento en que el médico ya no escucha el sonido de la paliza o el dispositivo de autocontrol detecta una nivelación de oscilaciones.
Un método similar se puede utilizar para controlar la presión arterial de los roedores. Un manguito se infla y se desinfla alrededor de la arteria de la cola, mientras que un transductor de presión detecta presión sistólica y diastólica. Ahora que entiende la diferencia entre la presión sistólica y diastólica, vamos a demostrar cómo medir la presión arterial usando un manguito inalámbrico para humanos y una técnica no invasiva para roedores.
Encienda el manguito inalámbrico y el dispositivo móvil y abra la aplicación del manguito. A continuación, empareje los dispositivos a través de Bluetooth y abra la aplicación del manguito en el dispositivo móvil. Luego, ata el brazalete en la parte superior del brazo. Asegúrese de que el monitor de presión arterial se coloca contra el bíceps interno. La correa debe fijarse firmemente en el brazo. Siéntate en una posición para que el brazalete esté al mismo nivel que tu corazón. Asegúrese de estar tranquilo y relajado antes de empezar.
Ahora, comience la medición de la presión arterial presionando el comienzo. Cada medición tarda entre uno y tres minutos. Repita la medición varias veces para obtener un valor medio en los resultados. El resultado se mostrará en la pantalla del dispositivo móvil. Después de guardar los resultados, desenganche el brazalete del brazo y apague el dispositivo.
Para medir la presión arterial de un roedor, primero encienda el ordenador de sobremesa, el sistema de presión arterial y la etapa calentada. A continuación, coloque el manguito VPR y el manguito de oclusión en el sistema de presión arterial. Utilice el software para confirmar que los manguitos están correctamente calibrados y funcionando según lo esperado. Elija los parámetros adecuados para la adquisición de datos. Los parámetros incluyen el tiempo de deflación, el número de conjuntos por ciclo, la presión de oclusión y el retardo entre conjuntos. La presión de la oclusión se establece típicamente en 250 milímetros de mercurio, y por lo general hay 20 conjuntos por ciclo. Se pueden especificar otros parámetros en función de las necesidades del usuario.
Calma al animal para evitar que experimente estrés innecesario. El ambiente debe ser tranquilo, con un ruido mínimo. A continuación, coloque el animal en un soporte de tamaño adecuado. Asegúrese de que las patas del animal no se atasquen en los accesorios del soporte y que la cola está fuera del restrainer. Ahora, coloque el soporte en el escenario calentado. Deslice el manguito de oclusión, seguido por el manguito VPR en la base de la cola, aproximadamente de uno a dos milímetros de distancia. Una vez que las esposas estén en su lugar, péguelas en el escenario. Esto restringirá el movimiento de la cola.
Luego, calienta la cola a 32 a 34 grados Celsius para promover la vasodilatación y el flujo sanguíneo a través de la cola. Como el escenario se está calentando, elegir el tipo de animal en el ordenador cuya presión arterial va a adquirir y luego introducir su identificación animal en el sistema para que pueda acceder a sus datos más tarde. Una vez que la etapa esté lo suficientemente calentada, comience a adquirir datos de presión arterial presionando start. Trate de mantener un ambiente tranquilo. Mantenga la posición del manguito constante y tome nota si el animal se mueve sustancialmente. Si los puños se deslizan por la cola, o si el animal se mueve dentro del restrainer, presione el botón de pausa, luego realice ajustes después de que se complete la medición actual y reanude las pruebas.
Compruebe que los datos de la presión arterial se están adquiriendo según lo esperado. Recoger de 20 a 40 medidas. Una vez recopilados todos los datos, retire el animal del soporte y colóquelo de nuevo en una jaula. A continuación, apague el equipo y limpie las superficies que estaban en contacto con el animal.
Los resultados usando el monitor de presión arterial para humanos se emiten en una pantalla como se muestra. Con esta tecnología, se muestran mediciones de la presión arterial sistólica y diastólica y se promedian múltiples lecturas.
Las presiones arteriales saludables en los seres humanos suelen estar por debajo de 120 milímetros de mercurio para la presión sistólica y por debajo de los 80 milímetros de mercurio para la presión diastólica. Las presiones arteriales por encima de estos valores podrían indicar que un paciente está empezando a desarrollar presión arterial alta, lo que puede conducir a más complicaciones de salud.
Este es un gráfico típico que se obtiene al tomar presión arterial de roedores. Las dos curvas del gráfico representan los datos recopilados del sensor VPR, la línea azul y el manguito de oclusión, la línea roja. Los puntos de inflexión de la curva azul se utilizan para calcular la presión sistólica y diastólica. Las mediciones se enumeran en la parte inferior del gráfico junto con el estado OK, que indica que el sistema considera aceptable esta medición.
Las mediciones típicas de la presión arterial para ratones son alrededor de 120 sobre 70 milímetros de mercurio, mientras que las ratas tienen presiones arteriales ligeramente más altas en alrededor de 130 sobre 90 milímetros de mercurio.
Ahora, echemos un vistazo a cómo la presión arterial se mide no invasivamente en la comunidad pública y científica.
Los manguitos portátiles de presión arterial no invasiva permiten a los pacientes hipertensos controlar su salud entre visitas a la clínica. Las mujeres embarazadas en riesgo de desarrollar preeclampsia pueden controlar su riesgo de padecer esta afección en los meses críticos antes de que nazca el bebé.
La investigación sobre el desarrollo de nuevos agentes terapéuticos requiere una evaluación frecuente de la presión arterial. Si bien las técnicas invasivas como la telemetría subcutánea y la cánula de la arteria carótida en ratones proporcionan datos de presión arterial a largo plazo, los sistemas no invasivos de manguito de cola son un método atractivo para controlar la presión arterial en modelos animales de Enfermedad.
Acabas de ver la introducción de JoVE a las técnicas de medición de la presión arterial. Ahora debe entender cómo se utilizan los métodos de medición no invasivos tanto para humanos como para roedores y cómo se aplica la tecnología para mejorar la supervisión de la salud de la comunidad. ¡Gracias por mirar!
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Results
En la Figura 1se muestra un gráfico típico obtenido al tomar la presión arterial de los roedores utilizando un sistema de presión arterial no invasivo. Hay dos curvas en el gráfico: una para el sensor VPR y otra para el manguito de oclusión. Los puntos de inflexión de la curva del sensor VPR son donde se determinan las presiones arteriales sistólicas y diastólicas, como se muestra en la Figura 1. El sistema indica un estado en la parte inferior de la figura que comunica si el sistema considera aceptable esta medición. Con el fin de obtener lecturas aceptables, la presión arterial se toma varias veces por ensayo.
Figura 1. Presión arterial sistólica y diastólica obtenida por un sistema de medición no invasivo.
Figura 2. Captura de pantalla de la presión arterial sistólica y diastólica.
Para un brazalete disponible comercialmente para los seres humanos, los resultados de la medición de la presión arterial se emiten en una pantalla como se muestra en la Figura 2. Los usuarios pueden ver sus mediciones de presión arterial sistólica y diastólica utilizando esta tecnología. La presión arterial se puede tomar varias veces para que los resultados prosuman un promedio de los datos que se recopilaron.
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Applications and Summary
Tanto los puños comerciales disponibles para uso en el hogar como los métodos no invasivos para estudios de investigación en animales aprovechan las tecnologías automatizadas. Mediante el seguimiento de los cambios en el flujo sanguíneo con sensores, los algoritmos detectan las presiones sistólicas y diastólicas y luego comunican estos resultados a los usuarios. Aunque tecnológicamente similares, hay algunas diferencias clave entre las dos técnicas de medición que deben tenerse en cuenta. Cuando se toman presiones arteriales en sujetos humanos, el ambiente es típicamente relajado ya que el sujeto es sin restricciones y bastante cómodo. Por el contrario, los animales deben ser restringidos o anestesiados. El esfuerzo puede hacer que las mediciones de la presión arterial del animal sean más altas, mientras que la anestesia puede conducir a la hipotermia y vasoconstricción, haciendo que las mediciones confiables sean aún más difíciles de adquirir. Es por eso que es preferible obtener presiones arteriales de roedores en animales conscientes que se encuentran en un ambiente tranquilo y con poca luz donde se pueden mantener calientes sin ruidos sorprendentes. Vasodilatación a través del calentamiento también se utiliza cuando los roedores están teniendo su presión arterial medida para promover el flujo sanguíneo a través de su cola. Aclimatar animales al soporte y a los puños antes de adquirir datos puede ayudar a reducir las molestias y permitir la recopilación de resultados más precisos. Además, si un usuario está recogiendo mediciones del mismo animal en varios días, los resultados serán más significativos si se adquieren aproximadamente a la misma hora cada día.
Ser capaz de tomar medidas de presión arterial con un manguito compacto y fácil de usar es una herramienta extremadamente útil para los pacientes, ya que permite a los pacientes controlar sus presiones arteriales a su propia conveniencia. Los manguitos de presión arterial disponibles comercialmente, sin embargo, no están destinados a reemplazar las mediciones obtenidas clínicamente; más bien estos manguitos están destinados a ayudar a los pacientes a controlar su presión arterial sistémica entre visitas. Los puños comerciales también están sujetos a ruido y no siempre recopilan resultados precisos. Del mismo modo, las mediciones no invasivas de la presión arterial de los roedores también son ruidosos, especialmente cuando el animal se mueve. Como tal, es importante ser juicioso cuando se miran los datos de estos sistemas.
Los métodos portátiles de medición de la presión arterial no invasiva son útiles para una variedad de aplicaciones. Las esposas comerciales permiten a los pacientes hipertensos controlar su salud entre visitas a la clínica. Este método puede ayudar a los pacientes a ser más conscientes de sus decisiones dietéticas y de ejercicio, ya que pueden ver el impacto directo que su estilo de vida tiene en su presión arterial. Las esposas comerciales también pueden ayudar a las mujeres embarazadas a rastrear sus presiones arteriales en los últimos meses de sus embarazos. Las mujeres embarazadas corren el riesgo de desarrollar preeclampsia. Por lo tanto, es importante que estas mujeres sepan si están en riesgo de padecer esta afección durante la segunda mitad de la gestación. El uso de un brazalete portátil ayuda a estas mujeres a rastrear su presión arterial en los meses críticos antes de que nazca el bebé.
Para uso animal, mediciones de la presión arterial no invasivas son valiosos para fines de investigación, especialmente aquellos con respecto a la salud cardiovascular. Tomar la presión arterial de los animales después de los procedimientos y estudios, como aquellos que inducen hipertensión en roedores, puede mostrar los efectos de estas acciones en la salud de un animal. Mientras que otras técnicas invasivas pueden proporcionar datos más consistentes, la naturaleza no invasiva de los sistemas de manguito de cola los convierten en un método atractivo para aquellos que utilizan modelos animales de enfermedad cardiovascular.
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