Overview
Fonte: Hamna J. Qureshi e Craig J. Goergen, Weldon School of Biomedical Engineering, Purdue University, West Lafayette, Indiana
Aqui destacaremos as principais semelhanças e diferenças das técnicas não invasivas de aferição da pressão arterial entre humanos e roedores e examinaremos os princípios de engenharia que regem a pressão arterial. Também serão discutidos os princípios que regem a atual tecnologia de manguito para a aquisição de pressões sistólicas e diastólicas.
As algemas disponíveis comercialmente que se conectam com dispositivos móveis são tipicamente compactas e portáteis, permitindo assim que as medições sejam tomadas virtualmente em qualquer lugar. As algemas não invasivas e portáteis da pressão arterial são especialmente úteis para pacientes com hipertensão arterial e outros problemas cardiovasculares que requerem monitoramento cuidadoso e detecção precoce de quaisquer alterações na pressão arterial.
Da mesma forma, sistemas de medição de pressão arterial não invasivos também estão disponíveis para roedores. Essa tecnologia é utilizada em ambientes laboratoriais e é útil para monitorar a saúde animal ao longo de um estudo. Embora a radiotelemetry seja o padrão ouro da aferição da pressão arterial para roedores, essa técnica é invasiva e pode levar à mortalidade animal se feita incorretamente. Métodos não invasivos, portanto, são convenientes para tomar medidas em animais, pois podem fornecer dados valiosos sem a necessidade de implantação do dispositivo. Um sistema comercialmente disponível será usado para demonstrar como a pressão arterial pode ser medida em humanos fora de um ambiente clínico. Essa técnica permite que os pacientes monitorem sua própria pressão arterial periodicamente sem ter que visitar uma clínica cada vez que querem que essas medidas sejam tomadas.
Os métodos aqui descritos aproveitam o fluxo sanguíneo através da cauda do roedor usando sensores de pressão e manguitos de oclusão. Tanto as algemas móveis da pressão arterial para humanos quanto os métodos não invasivos de manguito traseiro para roedores se aproveitam de princípios hemodinâmicos semelhantes para adquirir medidas de pressão arterial que podem fornecer dados úteis para usuários, incluindo médicos, pesquisadores e pacientes.
Principles
As medidas de pressão arterial consistem em componentes sistólicos e diastólicos, que são indicadores importantes da saúde cardiovascular. A pressão arterial sistólica é definida como a pressão intraluminal máxima exercida contra paredes da artéria devido à contração cardíaca, enquanto a pressão arterial diastólica é definida como a pressão intraluminal mínima quando a válvula aórtica é fechada.
As medidas de pressão arterial tomadas com algemas disponíveis comercialmente utilizam métodos oscilométricos para fazer medições. Em ambientes clínicos, métodos auscultatoricos são comumente usados para tirar pressão arterial. Os médicos normalmente inflam as algemas da pressão arterial ao redor da artéria braquial no braço até que o vaso esteja completamente ocluído. Uma vez que esvaziam a braçadeira, os médicos ouvem o ponto em que ouvem pela primeira vez a batida do coração através do estetoscópio. Este ponto indica a pressão arterial sistólica, já que a pressão dentro da artéria é grande o suficiente para abrir o vaso. A braçadeira então continua a esvaziar até que nenhum som repetitivo seja ouvido. Este ponto indica a pressão arterial diastólica, já que o vaso permanece aberto. A tecnologia oscilimétrica é semelhante à tecnologia auscultatoric, exceto que é automatizada. Em vez de ouvir um som, um algoritmo para a braçadeira detecta oscilações no fluxo sanguíneo quando o manguito da pressão arterial começa a esvaziar. Estas oscilações começam quando o sangue começa a fluir através da artéria novamente, indicando a pressão arterial sistólica. As oscilações se nivelam quando o fluxo sanguíneo se torna estável, indicando pressão arterial diastólica.
Métodos não invasivos para tirar pressão arterial em roedores também usam tecnologia automatizada. O sistema descrito aqui inclui uma braçadeira de oclusão que infla e esvazia ao redor da artéria traseira, análoga à forma como as algemas clínicas da pressão arterial inflam e esvaziam ao redor da artéria braquial. Um sensor de gravação de pressão de volume (VPR) também é colocado ao redor da cauda. Este sensor pode determinar a pressão arterial usando um transdutor de pressão que pode indicar quando pressões sistólicas e diastólicas ocorrem dentro da cauda do animal, um substituto próximo para a pressão arterial do sistema verdadeiro.
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Procedure
1. Manguito de pressão arterial sem fio para humanos
- Ligue a braçadeira e emparelhe-a com um dispositivo móvel sobre o qual os resultados serão produzidos. O emparelhamento pode ser feito via Bluetooth.
- Amarre a braçadeira no braço superior para que o monitor de pressão arterial seja colocado contra o bíceps interno. O Ssrap deve ser bem fixado no braço.
- Abra o aplicativo para a braçadeira no dispositivo móvel. Certifique-se de que a braçadeira está emparelhada com o dispositivo móvel.
- Posicione-se para que você esteja sentado com o braço descansando de tal forma que a braçadeira esteja no mesmo nível que seu coração. Certifique-se de que você está em um ambiente calmo para que você permaneça relaxado enquanto os dados estão sendo coletados.
- Uma vez posicionado corretamente, comece a medição da pressão arterial. Vários ensaios podem ser executados para que uma média dessas medidas se reflita nos resultados.
- Depois de todas as medições terem sido coletadas, os resultados serão produzidos na tela do dispositivo móvel. Tome nota dos resultados. Desesposse a braçadeira do braço e desligue-a.
2. Medidas não invasivas da pressão arterial para roedores
- Ligue o palco aquecido, o sistema de pressão arterial e o computador de mesa. Anexar um manguito VPR e manguito de oclusão ao sistema de pressão arterial. Use o software para verificar se as algemas estão devidamente calibradas e estão funcionando como esperado. Configure o software com os parâmetros desejados.
- Prepare o animal (rato ou rato) para colocação em um suporte de tamanho apropriado. Certifique-se de que o ambiente está calmo com ruídos mínimos inesperados. Tente acalmar o animal antes de colocá-lo em seu suporte para evitar que o animal experimente estresse desnecessário.
- Gentilmente persuadir o animal para dentro do suporte. Certifique-se de que suas patas não ficam presas nos acessórios do suporte e que a cauda está fora do conterr mais.
- Uma vez que o animal esteja seguro, coloque o suporte no palco aquecido. Deslize o manguito de oclusão na base da cauda e, em seguida, deslize a braçadeira VPR logo atrás do manguito de oclusão. Deixe 1-2 mm de espaço entre as duas algemas. Se usar uma manguito de oclusão e manguito VPR dimensionado para ratos, você pode fixá-los usando uma tira de tubos plásticos.
- Depois que as algemas estiverem, grave-as no palco para evitar que a cauda do animal se mova demais. Deixe a cauda aquecer a cerca de 32-34 °C para promover a vasodilatação e o fluxo sanguíneo subsequente através da cauda.
- Uma vez que a configuração esteja completa e a cauda esteja suficientemente quente, comece a aquisição de dados. Enquanto a pressão arterial está sendo medida, anote se o animal se mover substancialmente dentro da contenção. Tente manter a braçadeira na mesma posição durante toda a medição. Se as algemas deslizarem pela cauda ou se o animal se mover dentro do conterr mais, pressione o botão Pausar e reajustar as algemas/animal assim que a corrida em curso estiver concluída. Mantenha um ambiente calmo durante todo esse processo.
- Verifique se os dados da pressão arterial estão sendo adquiridos como esperado. Repita as medidas, se necessário. Vários ensaios são recomendados (tipicamente 20-40 medidas).
- Uma vez coletados dados, salve as medidas para análises posteriores. Retire o animal do suporte e coloque-o de volta em sua gaiola. Desligue o estágio aquecido e o sistema de pressão arterial e limpe todas as superfícies que estavam em contato com o animal.
As medidas de pressão arterial são frequentemente usadas para monitorar a saúde cardiovascular. Pressão arterial é a pressão lateral produzida pela circulação de sangue nas paredes dos vasos. O monitoramento próximo é importante para detectar e tratar hipotensão, pressão arterial baixa e hipertensão, pressão alta, ambos podem prejudicar a função de órgãos vitais, como coração, rins e cérebro.
A pressão arterial é medida manualmente por auscultação, onde o médico oclui a artéria usando uma braçadeira inflável e, em seguida, ouve o som do fluxo sanguíneo através da artéria braquial à medida que ela se esvazia. A pressão arterial também pode ser medida automaticamente por oscilosmetria, que permite que os pacientes meçam sua pressão arterial em casa. O manguito inflável contém um transdutor de pressão que converte as vibrações arteriais em pressões sistólicas e diastólicas baseadas em princípios hemodinâmicos.
Este vídeo ilustrará os princípios da pressão arterial, demonstrará os métodos atuais para medir as pressões sanguíneas sistólicas e diastólicas de humanos e animais de pequeno porte, e discutirá algumas aplicações.
As medidas de pressão arterial consistem em componentes sistólicos e diastólicos, ambos indicadores importantes da saúde cardiovascular.
A pressão arterial sistólica é uma medida da pressão intraluminal máxima exercida contra a artéria durante a contração cardíaca quando seu coração bate, e a pressão diastólica é uma medida da pressão intraluminal mínima, ou a pressão entre as batidas quando o coração relaxa e a válvula aórtica é fechada. Para medir a pressão arterial, uma braçadeira é colocada no braço superior do paciente e, em seguida, inflada ao ponto onde o fluxo sanguíneo é completamente ocluído. À medida que a braçadeira esvazia, o médico ausculta-se enquanto observa as leituras do manômetro.
O primeiro som audível de Korotkoff corresponde à pressão sistólica, a pressão na qual o sangue começa a fluir novamente através do vaso aberto. À medida que a braçadeira continua a esvaziar, o sangue flui mais livremente à medida que o vaso permanece aberto. A pressão diastólica é registrada no momento em que o médico não ouve mais o som da batida ou o dispositivo de automonitoramento detecta um nivelamento das oscilações.
Um método semelhante pode ser usado para monitorar a pressão arterial dos roedores. Uma braçadeira é inflada e esvaziada ao redor da artéria traseira, enquanto um transdutor de pressão detecta pressão sistólica e diastólica. Agora que você entende a diferença entre pressão sistólica e diastólica, vamos demonstrar como medir a pressão arterial usando um manguito sem fio para humanos e uma técnica não invasiva para roedores.
Ligue a braçadeira sem fio e o dispositivo móvel e abra o aplicativo de punho. Em seguida, emparelhe os dispositivos via Bluetooth e abra o aplicativo de punho no dispositivo móvel. Em seguida, amarre a braçadeira no braço. Certifique-se de que o monitor de pressão arterial está colocado contra o bíceps interno. A correia deve ser bem fixada em seu braço. Sente-se em uma posição para que a braçadeira esteja no mesmo nível do seu coração. Certifique-se de que está calmo e relaxado antes de começar.
Agora, comece a medição da pressão arterial pressionando o início. Cada medição leva cerca de um a três minutos. Repita a medição várias vezes para obter um valor médio nos resultados. O resultado será exibido na tela do dispositivo móvel. Depois de salvar os resultados, desligue a braçadeira do braço e desligue o dispositivo.
Para medir a pressão arterial de um roedor, primeiro ligue o computador de mesa, o sistema de pressão arterial e o estágio aquecido. Em seguida, conecte o manguito VPR e a manguito de oclusão ao sistema de pressão arterial. Use o software para confirmar que as algemas estão devidamente calibradas e funcionando como esperado. Escolha os parâmetros apropriados para aquisição de dados. Os parâmetros incluem tempo de deflação, número de conjuntos por ciclo, pressão de oclusão e atraso entre os conjuntos. A pressão de oclusão é tipicamente definida para 250 milímetros de mercúrio, e geralmente há 20 conjuntos por ciclo. Outros parâmetros podem ser especificados com base nas necessidades do usuário.
Acalme o animal para evitar que ele experimente estresse desnecessário. O ambiente deve ficar tranquilo, com mínimo ruído. Em seguida, coloque o animal em um suporte de tamanho apropriado. Certifique-se de que as patas do animal não ficam presas nos acessórios do suporte e que a cauda está fora do conterr. Agora, coloque o suporte no palco aquecido. Deslize o manguito de oclusão, seguido do manguito VPR na base da cauda, aproximadamente de um a dois milímetros de distância. Quando as algemas estiverem no lugar, grave-as no palco. Isso restringirá o movimento da cauda.
Em seguida, aqueça a cauda a 32 a 34 graus Celsius para promover a vasodilatação e o fluxo sanguíneo através da cauda. Como o estágio está aquecendo, escolha o tipo de animal no computador cuja pressão arterial você estará adquirindo e, em seguida, digite seu Y animal no sistema para que você possa acessar seus dados mais tarde. Uma vez que o estágio esteja suficientemente aquecido, comece a adquirir dados de pressão arterial pressionando o início. Tente manter um ambiente calmo. Mantenha a posição da braçadeira constante e faça uma nota se o animal se mover substancialmente. Se as algemas deslizarem para baixo da cauda, ou se o animal se mover dentro do conterrante, pressione o botão de pausa, faça ajustes após a medição atual ser concluída e retome os testes.
Verifique se os dados da pressão arterial estão sendo adquiridos como esperado. Coletar de 20 a 40 medidas. Uma vez que todos os dados foram coletados, remova o animal do suporte e coloque-o de volta em uma gaiola. Em seguida, desligue o equipamento e limpe as superfícies que estavam em contato com o animal.
Os resultados usando o monitor de pressão arterial para humanos são produzidos em uma tela, como mostrado. Usando esta tecnologia, são exibidas medidas de pressão arterial sistólica e diastólica e médias.
As pressões sanguíneas saudáveis em humanos são tipicamente abaixo de 120 milímetros de mercúrio para a pressão sistólica e abaixo de 80 milímetros de mercúrio para a pressão diastólica. Pressões sanguíneas acima desses valores podem indicar que um paciente está começando a desenvolver pressão alta, o que pode levar a mais complicações de saúde.
Aqui está um gráfico típico que é obtido ao tomar pressão arterial de roedores. As duas curvas do gráfico representam dados coletados do sensor VPR, da linha azul e da braçadeira de oclusão, a linha vermelha. Os pontos de inflexão da curva azul são usados para calcular a pressão sistólica e diastólica. As medidas estão listadas na parte inferior do gráfico juntamente com o status OK, o que indica que esta medição é considerada aceitável pelo sistema.
As medidas típicas de pressão arterial para camundongos são em torno de 120 mais de 70 milímetros de mercúrio, enquanto os ratos têm pressões sanguíneas ligeiramente mais altas em torno de 130 mais de 90 milímetros de mercúrio.
Agora, vamos dar uma olhada em como a pressão arterial é não invasivamente medida na comunidade pública e científica.
As algemas portáteis de pressão arterial não invasiva permitem que os hipertensos monitorem sua saúde entre as visitas à clínica. Gestantes em risco de desenvolver pré-eclâmpsia podem monitorar seu risco para essa condição nos meses críticos antes do nascimento do bebê.
Pesquisas sobre o desenvolvimento de novos agentes terapêuticos exigem avaliação frequente da pressão arterial. Embora técnicas invasivas como telemetria subcutânea e cannulação de artéria carótida em camundongos forneçam dados de pressão arterial a longo prazo, sistemas não invasivos de punho de cauda são um método atraente para monitorar a pressão arterial em modelos animais de doenças cardiovasculares.
Você acabou de assistir a introdução do JoVE às técnicas de medição da pressão arterial. Agora você deve entender como métodos de medição não invasivos são usados tanto para humanos quanto para roedores e como a tecnologia é aplicada para melhorar o monitoramento da saúde da comunidade. Obrigado por assistir!
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Results
Um gráfico típico obtido a partir da coleta de pressão arterial de roedores usando um sistema de pressão arterial não invasivo é mostrado na Figura 1. Há duas curvas no gráfico: uma para o sensor VPR e outra para o manguito de oclusão. Os pontos de inflexão da curva do sensor VPR são onde são determinadas pressões sanguíneas sistólicas e diastólicas, como descrito na Figura 1. Um status é indicado na parte inferior da figura que comunica se essa medida é considerada aceitável pelo sistema. Para obter leituras aceitáveis, as pressões sanguíneas são tomadas várias vezes por ensaio.
Figura 1. Pressões sanguíneas sistólicas e diastólicas obtidas por um sistema de medição não invasivo.
Figura 2. Captura de tela da pressão arterial sistólica e diastólica.
Para um manguito comercialmente disponível para humanos, os resultados da medição da pressão arterial são produzidos em uma tela como mostrado na Figura 2. Os usuários podem ver suas medidas sistólicas e diastólicas de pressão arterial usando essa tecnologia. A pressão arterial pode ser tomada várias vezes para que os resultados resultem em média dos dados coletados.
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Applications and Summary
Ambas as algemas comerciais disponíveis para uso doméstico e métodos não invasivos para estudos de pesquisa em animais aproveitam tecnologias automatizadas. Ao rastrear mudanças no fluxo sanguíneo com sensores, os algoritmos detectam as pressões sistólicas e diastólicas e, em seguida, comunicam esses resultados aos usuários. Embora tecnologicamente semelhantes, existem algumas diferenças importantes entre as duas técnicas de medição que devem ser notadas. Ao tirar as pressões sanguíneas em seres humanos, o ambiente é tipicamente relaxado, pois o sujeito é desenfreado e bastante confortável. Por outro lado, os animais devem ser contidos ou anestesiados. A contenção pode deixar o animal ansioso e, portanto, distorcer as medidas de pressão arterial para serem mais elevadas, enquanto a anestesia pode levar à hipotermia e à vasoconstrição, tornando as medidas confiáveis ainda mais difíceis de adquirir. É por isso que é preferível obter pressões sanguíneas de roedores em animais conscientes que estão em um ambiente calmo e mal iluminado onde eles podem ser mantidos aquecidos sem ruídos surpreendentes. A vasodilatação através do aquecimento também é usada quando os roedores estão tendo sua pressão arterial medida para promover o fluxo sanguíneo através de sua cauda. Aclimatar animais ao suporte e algemas antes de adquirir dados pode ajudar a reduzir o desconforto e permitir a coleta de resultados mais precisos. Além disso, se um usuário estiver coletando medidas do mesmo animal em vários dias, os resultados serão mais significativos se adquiridos aproximadamente ao mesmo tempo todos os dias.
Ser capaz de fazer medições de pressão arterial com uma braçadeira compacta fácil de usar é uma ferramenta extremamente útil para os pacientes, pois permite que os pacientes monitorem suas pressões sanguíneas à sua própria conveniência. As algemas de pressão arterial disponíveis comercialmente, no entanto, não são destinadas a substituir as medidas clinicamente obtidas; em vez disso, essas algemas são destinadas a ajudar os pacientes a monitorar sua pressão arterial sistêmica entre as visitas. As algemas comerciais também estão sujeitas a ruídos e nem sempre coletam resultados precisos. Da mesma forma, as medidas não invasivas da pressão arterial dos roedores também são ruivas, especialmente quando o animal se move. Como tal, é importante ser criterioso ao olhar para os dados desses sistemas.
Métodos portáteis de medição da pressão arterial não invasivos são úteis para uma variedade de aplicações. As algemas comerciais permitem que pacientes hipertensos monitorem sua saúde entre as visitas à clínica. Esse método pode ajudar os pacientes a se tornarem mais conscientes de suas decisões alimentares e de exercícios, pois podem ver o impacto direto que seu estilo de vida tem sobre sua pressão arterial. As algemas comerciais também podem ajudar as gestantes a controlar suas pressões sanguíneas nos meses finais de suas gestações. Gestantes correm o risco de desenvolver pré-eclâmpsia. Por isso, é importante que essas mulheres saibam se estão em risco para essa condição durante a segunda metade da gestação. O uso de uma braçadeira portátil ajuda essas mulheres a controlar a pressão arterial nos meses críticos antes do bebê nascer.
Para uso animal, as medidas não invasivas da pressão arterial são valiosas para fins de pesquisa, especialmente as relativas à saúde cardiovascular. Tirar pressão arterial de animais após procedimentos e estudos, como aqueles que induzem hipertensão em roedores, pode mostrar os efeitos dessas ações na saúde de um animal. Embora outras técnicas invasivas possam fornecer dados mais consistentes, a natureza não invasiva dos sistemas de manguitos tail-cuff os torna um método atraente para aqueles que usam modelos animais de doenças cardiovasculares.
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