Прибор для измерения скорости распространения пульсовой волны

PulsePenLab – прибор для неинвазивного измерения скорости распространения пульсовой волны, позволяющий проводить анализ сфигмограммы у мелких лабораторных животных. Прибор обладает повышенной чувствительностью, имеет датчик уменьшенного размера и высокую частоту обновления показаний.

В приборе PulsePenLab для регистрации пульсовой волны используется  аппланационный тонометр. Прибор определяет центральное давление в аорте и форму волны в артериях: каротидной, феморальной, брахиальной, радиальной и т.п. Прибор выполнен в виде аппланационного датчика размером с шариковую ручку и миниатюрного блока ЭКГ, подключаемого к персональному компьютеру. СПВкф (каротидно-феморальная скорость распространения пульсовой волны) определяется последовательным съемом пульсовой волны на каротидном и феморальном участках с привязкой пульсовых волн к R -зубцу ЭКГ.

В отличие от инвазивных методов, PulsePenLab позволяет проводить измерения в течение всей жизни животных, что позволяет отказаться от острых экспериментов.

По сравнению с инвазивными методами применение прибора PulsePenLab требует меньше времени для оценки параметров пульсовых волн. Эксперимент проводится под общей анестезией. Животное помещают на металлическую пластину, на которой расположен коврик с подогревом. Датчики закреплены на регулируемых рычагах с микроманипуляторами.

                                       Микроманипуляторы позволяют очень точно установить датчики.

 

Система PulsePenLab включает следующие компоненты:

             ·         Тонометрические датчики давления (2шт.);

·         Основной блок устройства (1шт.);

·         Волоконно-оптический USB адаптер (1шт.) с оптоволоконным кабелем 3 м;

·         Программное обеспечение для ПК;

·         Механические части: алюминиевая пластина, два регулируемых рычага, два микроманипулятора, два крепления для датчиков давления, сумка для транспортировки.

 

                                                         Выбор артерии для исследования

 

Программное обеспечение PulsePenLab разработано специально для регистрации высоких значений ЧСС и сигналов с небольшой амплитудой.

Частота обновления значений  – 1000 Гц, вертикальное разрешение – 16 бит (т.е. 65536 степеней градации), что позволяет регистрировать сигналы с высокой точностью и достоверностью.

Долговременная регистрация параметров пульсовых волн: возможна длительная запись данных (до 24 часов) с сохранением информации в формате ASCII для дальнейшего анализа.

                                                                    Кривая сфигмограммы

                                                               Усреднённые и 3D кривые с параметрами

Краткая теория аппланационной тонометрии

 

 

Устройство PulsePen использует принцип аппланационной тонометрии. Согласно данной методике при помощи датчика, размещаемого над кожей в проекции артерии, сообщается умеренное давление на сосуд. При этом стенка артерии незначительно сдавливается (уплощается – аппланационная тонометрия), с сохранением баланса тангенциальных сил внутри сосуда. Таким способом датчик способен определить давление в середине сжатой артерии.

 

         Анализ графика колебаний давления в сосуде и неинвазивное измерение центрального кровяного давления

 

Прибор PulsePen – точный инструмент для определения центрального давления в аорте и анализа графика колебаний артериального давления посредством метода аппланационной тонометрии. График колебаний давления в сонных артериях, зарегистрированных с помощью прибора PulsePen, и с помощью внутриартериального катетера, говорит о том, что колебания артериального давления, зарегистрированные на уровне восходящей части аорты, сравнимы с показаниями, определяемыми для общей сонной артерии. Эта локализация идеально подходит для определения центрального кровяного давления неинвазивными методами и позволяет проводить анализ всех его компонентов:

·         Измерения пиковых значений центрального систолического, телесистолического и теледиастолического кровяного давления;

·         Анализ графика колебаний артериального давления, анализ показаний систолического и диастолического давления, определение среднего диастолического и систолического давления крови;

·         Определение индекса приращения (Augmentation Index – AI), зависящего от уровня и времени нарастания отражённой волны давления.

 

Скорость пульсовой волны

Определение скорости пульсовой волны (PWV-СПВ) – простой и быстрый способ оценить комплаенс крупных артерий (способность растягиваться с увеличением давления в просвете сосуда). Пульсовая волна распространяется по артериям со скоростью, которая варьирует в зависимости от эластичности сосудистой стенки: менее эластичные сосуды имеют более высокую скорость распространения пульсовой волны.

Важно отметить, что скорость пульсовой волны зависит от скорости распространения колебаний давления, а не от скорости кровотока.

Крупные артерии помогают погасить колебания систолического объёма сосуда, а также превратить прерывистый ток крови от сердца в непрерывный ток крови на прекапилярном уровне. После выброса систолического объёма крови и при закрытых аортальных клапанах сердца часть крови продолжает оказывать давление на стенки аорты и крупных артерий. В диастолу это давление от стенок сосудов сообщается обратно на содержащуюся в них кровь (эффект Виндкесселя – компенсация осцилляций давления, обусловленных интермиттирующим выбросом из ЛЖ). Данный механизм помогает поддерживать необходимое давление крови во время диастолы.

Данный феномен обусловлен вязкоэластичными свойствами крупных артерий. С возрастом, атеросклероз или артериальная гипертензия приводят к нарушению анатомических, структурных и функциональных особенностей артерий, что в свою очередь приводит к увеличению ригидности сосудистой стенки и потере эластических свойств сосуда. Другими словами, резкие перепады давления приводят к повышению систолического давления, с одной стороны, и снижению диастолического давления, с другой стороны.

 

Скорость пульсовой волны определяется как дистанция между двумя точками измерения, разделённая на время распространения пульсовых волн от одной точки до другой. Устройство PulsePen способно автоматически определять длительность распространения пульсовой волны двумя способами:

·         С помощью двух тонометрических датчиков, регистрирующих две пульсовые волны в двух точках;

·         С помощью одного тонометрического датчика и ЭКГ, регистрирующих сокращение сердца и распространение пульсовой волны, быстро следующие друг за другом. Пользователь располагает тонометрический датчик в проекции общей сонной артерии (это основное место определения СПВ) во время одновременной записи ЭКГ. Затем та же процедура проводится для периферических артерий. Время распространения пульсовой волны определяется как разница между задержкой дистальной пульсовой волны после появления зубца R комплекса qRs, и задержкой проксимальной пульсовой волной после появления зубца R комплекса qRs. Задержка пульсовой волны может быть определена с помощью вычисления времени, прошедшего от момента регистрации пика R зубца и до момента регистрации начала “подножия” пульсовой волны на сфигмограмме.

 

Принципы, объясняемые в данном материале, детально рассматриваются в книге “Pulse Waves - How Vascular Hemodynamics Affects Blood Pressure – Как сосудистая гемодинамика влияет на кровяное давление" авт. Paolo Salvi, изд.  Springer Ed.