Overview
Fonte: Hamna J. Qureshi e Craig J. Goergen,Weldon School of Biomedical Engineering, Purdue University, West Lafayette, Indiana
Qui evidenzieremo le principali somiglianze e differenze delle tecniche di misurazione della pressione sanguigna non invasiva tra esseri umani e roditori ed esamineremo i principi ingegneristici che governano la pressione sanguigna. Verranno inoltre discussi i principi che governano l'attuale tecnologia dei polsini per acquisire pressioni sistoliche e diastoliche.
I polsini disponibili in commercio che si collegano ai dispositivi mobili sono in genere compatti e portatili, consentendo così di effettuare misurazioni praticamente ovunque. I polsini per la pressione sanguigna portatili non invasivi sono particolarmente utili per i pazienti con ipertensione e altri problemi cardiovascolari che richiedono un attento monitoraggio e una diagnosi precoce di eventuali cambiamenti nella pressione sanguigna.
Allo stesso modo, i sistemi di misurazione della pressione sanguigna non invasivi sono disponibili anche per i roditori. Questa tecnologia viene utilizzata in ambienti di laboratorio ed è utile per monitorare la salute degli animali durante uno studio. Mentre la radiotelemetria è il gold standard della misurazione della pressione sanguigna per i roditori, questa tecnica è invasiva e può portare alla mortalità animale se eseguita in modo errato. I metodi non invasivi, quindi, sono convenienti per prendere misure negli animali in quanto possono fornire dati preziosi senza la necessità di impiantare il dispositivo. Un sistema disponibile in commercio sarà utilizzato per dimostrare come la pressione sanguigna può essere misurata negli esseri umani al di fuori di un ambiente clinico. Questa tecnica consente ai pazienti di monitorare periodicamente la propria pressione sanguigna senza dover visitare una clinica ogni volta che vogliono che vengano effettuate queste misurazioni.
I metodi qui descritti sfruttano il flusso sanguigno attraverso la coda del roditore utilizzando sensori di pressione e polsini di occlusione. Sia i polsini mobili per la pressione sanguigna per gli esseri umani che i metodi non invasivi per i roditori sfruttano principi emodinamici simili per acquisire misurazioni della pressione sanguigna che possono fornire dati utili per gli utenti, inclusi medici, ricercatori e pazienti.
Principles
Le misurazioni della pressione sanguigna consistono in componenti sistolici e diastolici, che sono entrambi importanti indicatori della salute cardiovascolare. La pressione arteriosa sistolica è definita come la pressione intraluminale massima esercitata contro le pareti delle arterie a causa della contrazione cardiaca, mentre la pressione arteriosa diastolica è definita come la pressione intraluminale minima quando la valvola aortica è chiusa.
Le misurazioni della pressione sanguigna effettuate con polsini disponibili in commercio utilizzano metodi oscillometrici per effettuare misurazioni. In ambito clinico, i metodi auscultatorici sono comunemente usati per prendere la pressione sanguigna. I medici in genere gonfiano i polsini per la pressione sanguigna intorno all'arteria brachiale nel braccio fino a quando il vaso è completamente occluso. Una volta sgonfiato il bracciale, i medici ascoltano il punto in cui sentono per la prima volta il battito del cuore attraverso lo stetoscopio. Questo punto indica la pressione sanguigna sistolica, poiché la pressione all'interno dell'arteria è abbastanza grande da aprire la nave. Il bracciale continua quindi a sgonfiarsi fino a quando non si sente alcun suono ripetitivo. Questo punto indica la pressione sanguigna diastolica, poiché il vaso rimane aperto. La tecnologia oscillometrica è simile alla tecnologia auscultatorica tranne per il fatto che è automatizzata. Invece di ascoltare un suono, un algoritmo per il bracciale rileva le oscillazioni nel flusso sanguigno una volta che il bracciale della pressione sanguigna inizia a sgonfiarsi. Queste oscillazioni iniziano quando il sangue inizia a fluire di nuovo attraverso l'arteria, indicando la pressione sanguigna sistolica. Le oscillazioni si livellano quando il flusso sanguigno diventa costante, indicando la pressione sanguigna diastolica.
Anche i metodi non invasivi per prendere la pressione sanguigna nei roditori utilizzano la tecnologia automatizzata. Il sistema qui descritto include un bracciale di occlusione che si gonfia e si sgonfia intorno all'arteria della coda, analogamente a come i polsini della pressione sanguigna clinica si gonfiano e si sgonfiano intorno all'arteria brachiale. Un sensore di registrazione della pressione del volume (VPR) è anche posizionato intorno alla coda. Questo sensore può determinare la pressione sanguigna utilizzando un trasduttore di pressione che può indicare quando si verificano pressioni sistoliche e diastoliche all'interno della coda dell'animale, un surrogato vicino per la vera pressione sanguigna del sistema.
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Procedure
1. Bracciale wireless per la pressione sanguigna per gli esseri umani
- Accendi il bracciale e associalo a un dispositivo mobile su cui verranno emessi i risultati. L'associazione può essere eseguita tramite Bluetooth.
- Legare il bracciale sulla parte superiore del braccio in modo che il misuratore di pressione sanguigna sia posizionato contro il bicipite interno. Lo Ssrap deve essere fissato saldamente sul braccio.
- Aprire l'applicazione per il bracciale sul dispositivo mobile. Assicurarsi che il bracciale sia associato al dispositivo mobile.
- Posizionati in modo da essere seduto con il braccio appoggiato in modo tale che il bracciale sia allo stesso livello del tuo cuore. Assicurati di essere in un ambiente tranquillo in modo da rimanere rilassato mentre i dati vengono raccolti.
- Una volta posizionati correttamente, iniziare la misurazione della pressione sanguigna. È possibile eseguire più prove in modo che una media di queste misurazioni si rifletta nei risultati.
- Dopo che tutte le misurazioni sono state raccolte, i risultati verranno instradati sullo schermo del dispositivo mobile. Prendi nota dei risultati. Stacca il bracciale dal braccio e spegnilo.
2. Misurazioni nonvasive della pressione sanguigna per i roditori
- Accendi il palco riscaldato, il sistema di pressione sanguigna e il computer desktop. Collegare un bracciale VPR e un bracciale di occlusione al sistema di pressione sanguigna. Utilizzare un software per verificare che i polsini siano calibrati correttamente e funzionino come previsto. Impostare il software con i parametri desiderati.
- Preparare l'animale (topo o ratto) per il posizionamento in un supporto di dimensioni adeguate. Assicurati che l'ambiente sia calmo con rumori imprevisti minimi. Cerca di calmare l'animale prima di metterlo nel suo supporto per evitare che l'animale subisca uno stress inutile.
- Convincere delicatamente l'animale nel supporto. Assicurati che le sue zampe non rimangano bloccate negli attacchi del supporto e che la coda sia all'esterno del freno.
- Una volta che l'animale è fissato, posizionare il supporto sul palco riscaldato. Far scorrere il bracciale di occlusione sulla base della coda e quindi far scorrere il bracciale VPR appena dietro il bracciale di occlusione. Lasciare 1-2 mm di spazio tra i due polsini. Se si utilizza un bracciale di occlusione e un bracciale VPR di dimensioni per i topi, è possibile fissarli utilizzando una striscia di tubi di plastica.
- Dopo che i polsini sono stati accesi, fissarli al palco per evitare che la coda dell'animale si muova troppo. Lasciare che la coda si riscaldi a circa 32-34 °C per favorire la vasodilatazione e il successivo flusso sanguigno attraverso la coda.
- Una volta completata la configurazione e sufficientemente calda la coda, iniziare l'acquisizione dei dati. Mentre la pressione sanguigna viene misurata, prendere nota se l'animale si muove sostanzialmente all'interno del freno. Cerca di mantenere il bracciale nella stessa posizione per tutta la misurazione. Se i polsini scivolano lungo la coda o se l'animale si muove all'interno del freno, premere il pulsante Pausa e riadattare i polsini / animale una volta completata la corsa in corso. Mantieni un ambiente calmo durante tutto questo processo.
- Controllare per assicurarsi che i dati sulla pressione sanguigna vengano acquisiti come previsto. Ripetere le misurazioni se necessario. Si raccomandano prove multiple (in genere 20-40 misurazioni).
- Una volta raccolti i dati, salvare le misurazioni per ulteriori analisi. Rimuovere l'animale dal supporto e rimetterlo nella sua gabbia. Spegnere lo stadio riscaldato e il sistema di pressione sanguigna e pulire tutte le superfici che erano in contatto con l'animale.
Le misurazioni della pressione sanguigna sono spesso utilizzate per monitorare la salute cardiovascolare. La pressione sanguigna è la pressione laterale prodotta dal sangue circolante sulle pareti dei vasi. Un attento monitoraggio è importante per rilevare e trattare l'ipotensione, la bassa pressione sanguigna e l'ipertensione, l'ipertensione, entrambi i quali possono compromettere la funzione degli organi vitali, come il cuore, i reni e il cervello.
La pressione sanguigna viene misurata manualmente mediante auscultazione, in cui il clinico occlude l'arteria usando un bracciale gonfiabile e quindi ascolta il suono del flusso sanguigno attraverso l'arteria brachiale mentre si sgonfia. La pressione sanguigna può anche essere misurata automaticamente mediante oscillometria, che consente ai pazienti di misurare la pressione sanguigna a casa. Il bracciale gonfiabile contiene un trasduttore di pressione che converte le vibrazioni arteriose in pressioni sistoliche e diastoliche basate su principi emodinamici.
Questo video illustrerà i principi della pressione sanguigna, dimostrerà gli attuali metodi per misurare la pressione arteriosa sistolica e diastolica di esseri umani e piccoli animali e discuterà alcune applicazioni.
Le misurazioni della pressione sanguigna consistono in componenti sistoliche e diastoliche, entrambi importanti indicatori della salute cardiovascolare.
La pressione sanguigna sistolica è una misura della massima pressione intraluminale esercitata contro l'arteria durante la contrazione cardiaca quando il cuore batte, e la pressione diastolica è una misura della pressione intraluminale minima, o la pressione tra i battiti quando il cuore si rilassa e la valvola aortica è chiusa. Per misurare la pressione sanguigna, un bracciale viene posizionato sulla parte superiore del braccio del paziente e quindi gonfiato fino al punto in cui il flusso sanguigno è completamente occluso. Mentre il bracciale si sgonfia, il clinico ausculta mentre osserva le letture del manometro.
Il primo suono di Korotkoff udibile corrisponde alla pressione sistolica, la pressione alla quale il sangue inizia a fluire di nuovo attraverso il vaso aperto. Mentre il bracciale continua a sgonfiarsi, il sangue scorre più liberamente mentre il vaso rimane aperto. La pressione diastolica viene registrata nel punto in cui il clinico non sente più il suono del battito o il dispositivo di automonitoraggio rileva un livellamento delle oscillazioni.
Un metodo simile può essere utilizzato per monitorare la pressione sanguigna dei roditori. Un bracciale viene gonfiato e sgonfiato attorno all'arteria di coda, mentre un trasduttore di pressione rileva la pressione sistolica e diastolica. Ora che hai capito la differenza tra pressione sistolica e diastolica, dimostriamo come misurare la pressione sanguigna usando un bracciale wireless per gli esseri umani e una tecnica non invasiva per i roditori.
Accendere il bracciale wireless e il dispositivo mobile e aprire l'applicazione del bracciale. Quindi, associare i dispositivi tramite Bluetooth e aprire l'applicazione del bracciale sul dispositivo mobile. Quindi, allaccia il bracciale sulla parte superiore del braccio. Assicurarsi che il misuratore di pressione sanguigna sia posizionato contro il bicipite interno. La cinghia deve essere fissata saldamente sul braccio. Siediti in una posizione in modo che il bracciale sia allo stesso livello del tuo cuore. Assicurati di essere calmo e rilassato prima di iniziare.
Ora, inizia la misurazione della pressione sanguigna premendo start. Ogni misurazione richiede da uno a tre minuti. Ripetere la misurazione più volte per ottenere un valore medio nei risultati. Il risultato verrà visualizzato sullo schermo del dispositivo mobile. Dopo aver salvato i risultati, staccare il bracciale dal braccio e spegnere il dispositivo.
Per misurare la pressione sanguigna di un roditore, accendere prima il computer desktop, il sistema di pressione sanguigna e lo stadio riscaldato. Quindi, collegare il bracciale VPR e il bracciale di occlusione al sistema di pressione sanguigna. Utilizzare un software per confermare che i polsini siano calibrati correttamente e funzionino come previsto. Scegliere i parametri appropriati per l'acquisizione dei dati. I parametri includono il tempo di deflazione, il numero di set per ciclo, la pressione di occlusione e il ritardo tra i set. La pressione di occlusione è in genere impostata su 250 millimetri di mercurio e di solito ci sono 20 set per ciclo. Altri parametri possono essere specificati in base alle esigenze dell'utente.
Calma l'animale per evitare che subisca uno stress inutile. L'ambiente dovrebbe essere silenzioso, con il minimo rumore. Quindi, posizionare l'animale in un supporto di dimensioni appropriate. Assicurati che le zampe dell'animale non rimangano bloccate negli attacchi del supporto e che la coda sia al di fuori del freno. Ora, posiziona il supporto sul palco riscaldato. Far scorrere il bracciale di occlusione, seguito dal bracciale VPR sulla base della coda, a circa uno o due millimetri di distanza. Una volta che i polsini sono in posizione, incollali sul palco. Ciò limiterà il movimento della coda.
Quindi, riscaldare la coda a 32-34 gradi Celsius per promuovere la vasodilatazione e il flusso sanguigno attraverso la coda. Mentre la fase si sta riscaldando, scegli il tipo di animale sul computer di cui acquisirai la pressione sanguigna e quindi inserisci il suo ID animale nel sistema in modo da poter accedere ai suoi dati in un secondo momento. Una volta che lo stadio è sufficientemente riscaldato, iniziare ad acquisire i dati sulla pressione sanguigna premendo start. Cerca di mantenere un ambiente calmo. Mantieni costante la posizione del bracciale e prendi nota se l'animale si muove in modo sostanziale. Se i polsini scivolano lungo la coda o se l'animale si muove all'interno del freno, premere il pulsante di pausa, quindi apportare modifiche al termine della misurazione corrente e riprendere il test.
Controllare per assicurarsi che i dati sulla pressione sanguigna vengano acquisiti come previsto. Raccogli da 20 a 40 misurazioni. Una volta raccolti tutti i dati, rimuovere l'animale dal supporto e rimetterlo in una gabbia. Quindi spegnere l'attrezzatura e pulire le superfici che erano in contatto con l'animale.
I risultati utilizzando il monitor della pressione sanguigna per gli esseri umani vengono emessi su uno schermo come mostrato. Utilizzando questa tecnologia, vengono visualizzate misurazioni della pressione arteriosa sistolica e diastolica e vengono mediate più letture.
La pressione sanguigna sana negli esseri umani è in genere inferiore a 120 millimetri di mercurio per la pressione sistolica e inferiore a 80 millimetri di mercurio per la pressione diastolica. La pressione sanguigna al di sopra di questi valori potrebbe indicare che un paziente sta iniziando a sviluppare la pressione alta, che può portare a ulteriori complicazioni di salute.
Ecco un grafico tipico che si ottiene quando si prende la pressione sanguigna dei roditori. Le due curve sul grafico rappresentano i dati raccolti dal sensore VPR, la linea blu, e il bracciale di occlusione, la linea rossa. I punti di inflessione della curva blu vengono utilizzati per calcolare la pressione sistolica e diastolica. Le misurazioni sono elencate nella parte inferiore del grafico insieme allo stato OK, che indica che questa misurazione è ritenuta accettabile dal sistema.
Le misurazioni tipiche della pressione sanguigna per i topi sono di circa 120 su 70 millimetri di mercurio, mentre i ratti hanno una pressione sanguigna leggermente più alta a circa 130 su 90 millimetri di mercurio.
Ora, diamo un'occhiata a come la pressione sanguigna viene misurata in modo non invasivo nel pubblico e nella comunità scientifica.
I polsini portatili non invasivi per la pressione sanguigna consentono ai pazienti ipertesi di monitorare la loro salute tra le visite alla clinica. Le donne incinte a rischio di sviluppare pre-eclampsia possono monitorare il loro rischio per questa condizione nei mesi critici prima della nascita del bambino.
La ricerca sullo sviluppo di nuovi agenti terapeutici richiede una frequente valutazione della pressione sanguigna. Mentre le tecniche invasive come la telemetria sottocutanea e la cannolazione dell'arteria carotidea nei topi forniscono dati sulla pressione sanguigna a lungo termine, i sistemi di polsini posteriori non invasivi sono un metodo interessante per monitorare la pressione sanguigna in modelli animali di malattie cardiovascolari.
Hai appena visto l'introduzione di JoVE alle tecniche di misurazione della pressione sanguigna. Ora dovresti capire come vengono utilizzati metodi di misurazione non invasivi sia per gli esseri umani che per i roditori e come viene applicata la tecnologia per migliorare il monitoraggio della salute per la comunità. Grazie per l'attenzione!
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Results
Un grafico tipico ottenuto dall'assunzione della pressione sanguigna dei roditori utilizzando un sistema di pressione sanguigna non invasivo è mostrato nella Figura 1. Ci sono due curve sul grafico: una per il sensore VPR e una per il bracciale di occlusione. I punti di inflessione della curva del sensore VPR sono dove vengono determinate le pressioni arteriosa sistolica e diastolica, come illustrato nella Figura 1. Nella parte inferiore della figura è indicato uno stato che comunica se questa misurazione è ritenuta accettabile dal sistema. Al fine di ottenere letture accettabili, la pressione sanguigna viene presa più volte per prova.
Figura 1. Pressione arteriosa sistolica e diastolica ottenuta da un sistema di misurazione non invasivo.
Figura 2. Screenshot della pressione arteriosa sistolica e diastolica.
Per un bracciale disponibile in commercio per l'uomo, i risultati della misurazione della pressione sanguigna vengono emessi su uno schermo come mostrato nella Figura 2. Gli utenti possono vedere le loro misurazioni della pressione arteriosa sistolica e diastolica utilizzando questa tecnologia. La pressione sanguigna può essere presa più volte in modo che i risultati emettano una media dei dati raccolti.
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Applications and Summary
Sia i polsini commerciali disponibili per l'uso domestico che i metodi non invasivi per gli studi di ricerca sugli animali sfruttano le tecnologie automatizzate. Monitorando i cambiamenti nel flusso sanguigno con sensori, gli algoritmi rilevano le pressioni sistolica e diastolica e quindi comunicano questi risultati agli utenti. Sebbene tecnologicamente simili, ci sono alcune differenze chiave tra le due tecniche di misurazione che dovrebbero essere notate. Quando si prende la pressione sanguigna in soggetti umani, l'ambiente è in genere rilassato in quanto il soggetto è sfrenato e abbastanza confortevole. Al contrario, gli animali devono essere trattenuti o anestetizzati. La restrizione può rendere l'animale ansioso e quindi distorcere le misurazioni della pressione sanguigna per essere più alte, mentre l'anestesia può portare a ipotermia e vasocostrizione, rendendo le misurazioni affidabili ancora più difficili da acquisire. Questo è il motivo per cui è preferibile ottenere la pressione sanguigna dei roditori in animali coscienti che si trovano in un ambiente calmo e scarsamente illuminato dove possono essere tenuti al caldo senza rumori sorprendenti. La vasodilatazione attraverso il riscaldamento viene utilizzata anche quando i roditori hanno la loro pressione sanguigna misurata per promuovere il flusso sanguigno attraverso la coda. Acclimatare gli animali al titolare e ai polsini prima di acquisire dati può aiutare a ridurre il disagio e consentire la raccolta di risultati più accurati. Inoltre, se un utente sta raccogliendo misurazioni dallo stesso animale in più giorni, i risultati saranno più significativi se acquisiti all'incirca alla stessa ora ogni giorno.
Essere in grado di effettuare misurazioni della pressione sanguigna con un bracciale compatto e facile da usare è uno strumento estremamente utile per i pazienti in quanto consente ai pazienti di monitorare la pressione sanguigna a proprio piacimento. I polsini per la pressione sanguigna disponibili in commercio, tuttavia, non sono destinati a sostituire le misurazioni ottenute clinicamente; piuttosto questi polsini hanno lo scopo di aiutare i pazienti a monitorare la loro pressione sanguigna sistemica tra le visite. Anche i polsini commerciali sono soggetti a rumore e non sempre raccolgono risultati accurati. Allo stesso modo, anche le misurazioni non invasive della pressione sanguigna dei roditori sono rumorose, specialmente quando l'animale si muove. Pertanto, è importante essere giudiziosi quando si guardano i dati da questi sistemi.
I metodi portatili di misurazione della pressione sanguigna non invasivi sono utili per una varietà di applicazioni. I polsini commerciali consentono ai pazienti ipertesi di monitorare la loro salute tra le visite alla clinica. Questo metodo può aiutare i pazienti a diventare più consapevoli delle loro decisioni dietetiche e di esercizio, in quanto possono vedere l'impatto diretto che il loro stile di vita ha sulla loro pressione sanguigna. I polsini commerciali possono anche aiutare le donne incinte a monitorare la pressione sanguigna negli ultimi mesi delle loro gravidanze. Le donne incinte sono a rischio di sviluppare preeclampsia. Pertanto, è importante che queste donne sappiano se sono a rischio di questa condizione durante la seconda metà della gestazione. L'uso di un bracciale portatile aiuta queste donne a monitorare la loro pressione sanguigna nei mesi critici prima della nascita del bambino.
Per l'uso animale, le misurazioni non invasive della pressione sanguigna sono preziose per scopi di ricerca, in particolare quelli riguardanti la salute cardiovascolare. Prendere la pressione sanguigna degli animali dopo procedure e studi, come quelli che inducono ipertensione nei roditori, può mostrare gli effetti di queste azioni sulla salute di un animale. Mentre altre tecniche invasive possono fornire dati più coerenti, la natura non invasiva dei sistemi tail-cuff li rende un metodo attraente per coloro che utilizzano modelli animali di malattie cardiovascolari.
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