Исследование физических основ гемодинамики и методов измерения артериального давления в кровеносной системе человека

Министерство здравоохранения Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тверская государственная медицинская академия министерства здравоохранения Российской Федерации»

 

КАФЕДРА МЕДИЦИНСКОЙ И БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ИНФОРМАТИКИ

Метод Короткова

На руку между плечом и локтем накладывается манжета, в которой создаётся избыточное давление над атмосферным за счёт накачивания воздуха. Накачивая воздух, добиваются исчезновения пульса на запястье. При этом можно считать, что артерия за счёт сдавливания оказывается полностью перекрытой. (Рис.2 а). Если мускулатура расслаблена, то давление воздуха в манжете приблизительно равно давлению в мягких тканях, соприкасающихся с манжетой. В дальнейшем, выпуская воздух из манжеты, уменьшают давление в окружающих тканях. Когда давление станет равным систолическому возникнет возможность прохождения пульсовой волны через место сдавливания. Этот момент определяется по возникновению первичных тонов, прослушиваемых с помощью фонендоскопа, расположенного дистальнее (дальше от сердца) по артерии. Давление, которое фиксируется в этот момент на манометре принимается за систолическое. При дальнейшем снижении давления в фонендоскопе кроме тонов прослушиваются шумы, причиной которых является турбулентное течение, возникающее в артерии за счёт её частичного приоткрывания. (Рис. 2 б) На фоне шумов возникают вторичные тоны часто более громкие, чем первичные, что объясняется увеличением эластичности артериальных стенок при ослаблении сосудистых мышц. В дальнейшем при снижении давления тоны и шумы стихают и в тот момент, когда они исчезают, фиксируется систолическое давление.

 

б

а

 

Рис. 2 Лучевая артерия в моменты: а) полного пережатия,

б) частичного приоткрывания

Общие рекомендации по измерению артериального давления.

Величина артериального давления не является постоянной величиной — она непрерывно колеблется в зависимости от воздействия различных факторов. Одним из основных факторов, влияющих на уровень артериального давления, является состояние человека. Колебания артериального давления у больных артериальной гипертонией значительно выше, чем у лиц, не имеющих этого заболевания. Измерение артериального давления может проводиться как в состоянии покоя, так и во время действия физических или психо-эмоциональных нагрузок, а также в интервалах между различными видами активности. Измерения в состоянии покоя позволяют оценить приблизительный уровень артериального давления в определенные промежутки времени, связанные, например, с приемом лекарств или с другими моментами жизнедеятельности. Артериальное давление чаще всего измеряется в положении сидя, но в некоторых случаях возникает необходимость его измерения в положении лежа или стоя.

Для выполнения измерений в состоянии покоя необходимо обеспечить комфортные условия для обследуемого и выполнить следующие требования:

o за 30 минут перед измерением необходимо исключить прием пищи, курение, физическое напряжение и воздействие холода;

o перед измерением давления необходимо спокойно посидеть или полежать (в зависимости от выбранного положения тела, при котором будет производиться измерение) и расслабиться;

o измерение начинается через 5 минут после отдыха в вышеуказанном положении: при измерении давления в положении сидя спина должна иметь опору, т. к. любые формы изометрических упражнений вызывают немедленное повышение артериального давления. Средняя точка плеча должна находиться на уровне сердца (4-е межреберье);

o в положении лёжа рука должна располагаться вдоль тела и быть слегка приподнятой до уровня, соответствующего середине груди;

o во время измерения нельзя разговаривать и делать резкие движения;

o если проводится серия измерений, рекомендуется менять первоначальное положение. Интервал между измерениями должен составлять не менее 15 секунд. (Рекомендуемый интервал – 1 минута). В паузах между измерениями рекомендуется ослабить манжету.

o разница в давлении на различных руках может быть весьма существенной, поэтому рекомендуется проводить измерение на руке с более высокими значениями артериального давления.

o нередко при измерении артериального давления врачом у пациентов регистрируются более высокие значения артериального давления (на 30-40 мм рт. ст. выше), чем при самостоятельном измерении дома, что объясняют "эффектом белого халата" (white coat), то есть стрессовой ситуацией связанной с врачебным осмотром. У некоторых пациентов такая ситуация возникает даже при самостоятельном измерении.

Выполнение измерений

1. Измерение прибором UA-704

 

1.1 Наложите манжету на плечо на расстоянии 2 – 3 см выше локтевого сгиба. Не закатывайте рукава одежды, так как это может помешать току крови в сосудах. По той же причине не проводите измерения, когда на пациенте находится одежда из плотных тканей.

1.2 Плотно закрепите манжету. Убедитесь в том, что трубка нагнетания воздуха в манжету находится над локтевой ямкой.

 

 

Рис. 3 Порядок закрепления манжеты

 

Измерение с неправильно закрепленной манжетой может дать недостоверный результат. Не допускается накачивать незакрепленную или плохо закрепленную на плече манжету, т. к. это может привести к ее разрыву

1.3 Возьмите прибор в руку и включите питание, кратковременно нажав кнопку START.

·

После включения раздастся звуковой сигнал, и на дисплее в течение 1 секунды высветятся все символы. Идёт контроль работоспособности всех узлов прибора (рис. 4).

©

Рис. 4 Вид дисплея прибора при контроле работоспособности всех узлов

· Появление символа свидетельствует о наличии в манжете остаточного воздуха, который необходимо выпустить. Нажмите и удерживайте кнопку выпуска до тех пор, пока не прозвучит звуковой сигнал и на дисплее не появятся символы и

· Когда появится , мигающий символ и прозвучат три коротких звуковых сигнала, прибор готов к работе (рис. 5).

Рис. 5 Вид дисплея, когда прибор готов к работе

 

1.4 Нагнетателем накачайте манжету до давления, превышающего на 30-40 мм. рт. ст. величину ожидаемого систолического давления.

• Величина давления воздуха в манжете в процессе накачки постоянно отображается на дисплее (рис. 6).

Рис. 6 Вид дисплея в процессе накачки воздуха

После прекращения накачки прибор автоматически выпускает воздух из манжеты. В левой части дисплея появятся цифры, отображающие текущее давление воздуха в манжете. В правой части дисплея кратковременно появятся цифры, показывающие скорость выпуска воздуха, которые используются только при проведении сервисных работ (рис. 7).

©

Рис. 7 Примерные показания дисплея при выпускании воздуха

 

Периодичность сердечных сокращений показывается мигающим символом ©.

Если давление воздуха в манжете оказалось недостаточным для выполнения измерения, на дисплее появится символ . Вэтом случае, не отключая прибор, необходимо накачать манжету до более высокого значения давления.

Задания по работе

1. Измерить давление методом Короткова.

2. Измерить давление полуавтоматическим прибором UA-704. Рассчитать доверительный интервал для среднего значения по результатам измерений.

3. Провести сравнение обоих методов.

4. По указанию преподавателя выполнить дополнительные измерения.

Порядок выполнения работы

1. Измерение давления методом Короткова.

· Закрепите манжету на левой руке так, как показано на рис. 3.

· Закрыв выпускной клапан возле нагнетателя, накачайте давление выше ожидаемого систолического примерно на 20-30 мм рт. ст.

· слегка отвернув выпускной клапан, обеспечьте скорость падения давления примерно 2-3 мм рт. ст. в секунду.

· с помощью фонендоскопа, головка которого должна быть расположена в локтевой ямке в месте прохождения лучевой артерии, фиксируйте систолическое и диастолическое давление. (См. выше метод Короткова).

· Проделайте измерения не менее 5-ти раз, делая необходимые паузы.

· Рассчитайте средние значения систолического и диастолического давления. Определите довери-тельный интервал для средних значений с одной из доверительных вероятностей a (0,95; 0,99; 0,999). См. приложение.

1. Проведите аналогичные измерения давления на левой руке с помощью тонометра UA-704. Рассчитайте среднее значения систолического и диастолического давления. Определите доверительный интервал для средних значений с такой же доверительной вероятностью как и в п.1. Если возникнет разность в измерениях по п.1 и п.2, то её можно рассматривать как систематическую ошибку (т.к. основным клиническим методом измерения является метод Короткова) и учитывать в последующих измерениях UA-704, добавляя к полученным результатам.
2. Проведите сравнительный анализ результатов измерений артериального давления двумя методами и сделайте выводы.

 

Министерство здравоохранения Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тверская государственная медицинская академия министерства здравоохранения Российской Федерации»

 

КАФЕДРА МЕДИЦИНСКОЙ И БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ИНФОРМАТИКИ

ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ОСНОВ ГЕМОДИНАМИКИ И МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ В КРОВЕНОСНОЙ СИСТЕМЕ ЧЕЛОВЕКА

Методическиеуказания и задания для лабораторной работы № 18

 

 

Тверь 2005

Методические указания и задания составлены кафедрой физики ТГМА и предназначены для помощи студентам при подготовке и выполнении лабораторной работы.

Методические указания составил:

доцент Корпусов О. М.

 

Лабораторная работа N18

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ОСНОВ ГЕМОДИНАМИКИ И МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ В КРОВЕНОСНОЙ СИСТЕМЕ

 

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: 1. Изучить физические основы косвенных методов измерения кровеносного давления.

2. Освоить различные приборы для изменения артериального давления.

3. Получить практические навыки измерения артериального давления различными методами.

 

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: цифровой измеритель артериального давления и частоты пульса UA-704, ручной измеритель артериального давления с фонендоскопом

 

 

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

При взаимодействии двух или нескольких тел, когда тела непосредственно соприкасаются друг с другом эффект взаимодействия зависит не только от силы взаимодействия, но и от величины площади, на которую действует эта сила. Например, движение по снегу человека с надетыми лыжами и с лыжами на плече. При равномерном распределении сил давления по всей поверхности S площадки давлением на неё называют отношение силы давления F к величине площади S.

В системе СИ единицей измерения давления является паскаль (1 Па ). Для многих практических измерений Паскаль является относительно малой величиной, поэтому достаточно часто используются традиционные внесистемные единицы измерения давления. В клинической практике и для измерения атмосферного давления используют внесистемную единицу -миллиметр ртутного столба. (1 мм рт. ст. ≈ 133 Па)

При действии на жидкость (газ) внешних сил внутри среды создаётся давление, обусловленное её сжатием. В силу подвижности молекул среды (т.е. её текучести) внешнее давление передаётся во всех направлениях и устанавливается одинаковым во всех точках среды. (Закон Паскаля). Такое давление носит название статического, даже если оно меняется с течением времени.

Жидкости практически не сжимаемы, т.е. их можно рассматривать как тела с большим значением коэффициента жёсткости. В результате сжатия под действием внешних сил или собственного веса жидкость как любое упруго деформированное тело приобретает потенциальную энергию, величина которой определяется объёмом V и давлением p внутри жидкости.

 

E_p=pV

При движении жидкости по разветвлённой системе труб потенциальная энергия и связанное с ней статическое давление измененяются вследствие повышения или уменьшения общего просвета труб, а также за счёт пристеночного и внутреннего трения (вязкость).

 

Артериальное давление. При сокращении левого желудочка в аорту, уже заполненную кровью поступает дополнительный ударный объём крови (60-70 мл). Поступивший дополнительный объём крови повышает давление в аорте и вызывает растяжение эластичных стенок аорты, порождая при этом механическую волну, распространяющуюся по стенкам сосудов (см. ниже). Создаваемое при этом повышенное давление носит название систолического р_сист (рис. 1). В период диастолы стенки аорты сокращаются, проталкивая полученный от левого желудочка объём крови в крупные артерии. Растяжение стенок уменьшается, и давление постепенно спадает до следующей систолы. Наименьшее давление, достигаемое при этом, носит название диастолического р_диаст (рис. 1) Значение величины артериального давления 120/80 означает, что величина систолического (верхнего) давления равна 120 мм рт. ст., а величина диастолического (нижнего) артериального давления равна 80 мм рт. ст.

Эластичность стенок сосудов, вязкость крови и пристеночное трение способствуют тому, что по мере удаления от сердца колебания давления в кровеносной системе практически затухают в зоне артериол (рис. 1 б). Кроме того, наличие сил трения приводит к тому, что давление внутри кровеносной системы падает по мере продвижения крови. Наибольшее падение давления около 50 % от начального происходит в артериолах (рис. 1 б), т.к. при значительном увеличении числа сосудов (в сотни раз) общий просвет меняется не так значительно. Падение давление в капиллярах не столь существенно как в артериолах, вследствие их незначительной длины. В венозных сосудах, длина которых примерно равна длине соответствующих артериальных, падение давления не так существенно, т.к. общая площадь сечения у них в среднем в два раза больше. Однако давление спадает до таких малых величин, что большое значение для продвижения крови начинает приобретать вклад в увеличение давления, создаваемый за счёт сокращения окружающих мышечных тканей. Отсюда заболевание варикозом (расширением) вен из-за застоя крови вследствие гипокинезии или дефектов венозных клапанов. Кроме того, давление в конечностях может зависеть от их положения за счёт гидростатического давления, создаваемого собственным весом жидкости. Из-за этого давление в приподнятых конечностях меньше.

р, мм рт. ст.

д

г

в

б

а

Рис.1 Изменение давления при продвижении крови по сосудам в зонах: а) крупных артерий, б) артериол, в) капилляров, г) вен, д) полой вены.

Пульсовой волной называют распространяющуюся по стенкам аорты и артериям волну повышенного давления, вызванную выбросом крови из левого желудочка в период систолы. Скорость распространения пульсовой волны более 5 м/с. Следовательно, за время систолы (»0,3 сек) пульсовая волна достигнет конечностей до того как начнётся спад давления в аорте, т.е. процесс спада давления в аорте не влияет на величину максимального давления на стенках артерий.

Измерение артериального давления. Для измерения артериального давления в настоящее время широко используются 2 метода:

I. Метод Короткова

Этот метод, разработанный русским хирургом Н.С. Коротковым в 1905 году, предусматривает для измерения артериального давления очень простой прибор, состоящий из механического манометра, манжеты с грушей и фонендоскопа. Метод основан на полном пережатии манжетой плечевой артерии и выслушивании тонов, возникающих при медленном выпускании воздуха из манжеты.

Преимущества:

признан официальным эталоном косвенного измерения артериального давления для диагностических целей и при проведении проверки автоматических измерителей артериального давления; высокая устойчивость к движениям руки.

Недостатки:

зависит от индивидуальных особенностей человека, производящего измерение (хорошее зрение, слух, координация системы “руки—зрение—слух”);

чувствителен к шумам в помещении, точности расположения головки фонендоскопа относительно артерии;

требует непосредственного контакта манжеты и головки микрофона с кожей пациента;

технически сложен (повышается вероятность ошибочных показателей при измерении) и требует специального обучения.

 

II. Осциллометрический метод

Это метод, при котором используются электронные приборы. Он основан на регистрации прибором пульсаций давления воздуха, возникающих в манжете при прохождении крови через сдавленный участок артерии.

Преимущества:

не зависит от индивидуальных особенностей человека, производящего измерение (хорошее зрение, слух, координация системы “руки—зрение—слух”); устойчивость к шумовым нагрузкам.

Метод Короткова

На руку между плечом и локтем накладывается манжета, в которой создаётся избыточное давление над атмосферным за счёт накачивания воздуха. Накачивая воздух, добиваются исчезновения пульса на запястье. При этом можно считать, что артерия за счёт сдавливания оказывается полностью перекрытой. (Рис.2 а). Если мускулатура расслаблена, то давление воздуха в манжете приблизительно равно давлению в мягких тканях, соприкасающихся с манжетой. В дальнейшем, выпуская воздух из манжеты, уменьшают давление в окружающих тканях. Когда давление станет равным систолическому возникнет возможность прохождения пульсовой волны через место сдавливания. Этот момент определяется по возникновению первичных тонов, прослушиваемых с помощью фонендоскопа, расположенного дистальнее (дальше от сердца) по артерии. Давление, которое фиксируется в этот момент на манометре принимается за систолическое. При дальнейшем снижении давления в фонендоскопе кроме тонов прослушиваются шумы, причиной которых является турбулентное течение, возникающее в артерии за счёт её частичного приоткрывания. (Рис. 2 б) На фоне шумов возникают вторичные тоны часто более громкие, чем первичные, что объясняется увеличением эластичности артериальных стенок при ослаблении сосудистых мышц. В дальнейшем при снижении давления тоны и шумы стихают и в тот момент, когда они исчезают, фиксируется систолическое давление.

 

б

а

 

Рис. 2 Лучевая артерия в моменты: а) полного пережатия,

б) частичного приоткрывания

Общие рекомендации по измерению артериального давления.

Величина артериального давления не является постоянной величиной — она непрерывно колеблется в зависимости от воздействия различных факторов. Одним из основных факторов, влияющих на уровень артериального давления, является состояние человека. Колебания артериального давления у больных артериальной гипертонией значительно выше, чем у лиц, не имеющих этого заболевания. Измерение артериального давления может проводиться как в состоянии покоя, так и во время действия физических или психо-эмоциональных нагрузок, а также в интервалах между различными видами активности. Измерения в состоянии покоя позволяют оценить приблизительный уровень артериального давления в определенные промежутки времени, связанные, например, с приемом лекарств или с другими моментами жизнедеятельности. Артериальное давление чаще всего измеряется в положении сидя, но в некоторых случаях возникает необходимость его измерения в положении лежа или стоя.

Для выполнения измерений в состоянии покоя необходимо обеспечить комфортные условия для обследуемого и выполнить следующие требования:

o за 30 минут перед измерением необходимо исключить прием пищи, курение, физическое напряжение и воздействие холода;

o перед измерением давления необходимо спокойно посидеть или полежать (в зависимости от выбранного положения тела, при котором будет производиться измерение) и расслабиться;

o измерение начинается через 5 минут после отдыха в вышеуказанном положении: при измерении давления в положении сидя спина должна иметь опору, т. к. любые формы изометрических упражнений вызывают немедленное повышение артериального давления. Средняя точка плеча должна находиться на уровне сердца (4-е межреберье);

o в положении лёжа рука должна располагаться вдоль тела и быть слегка приподнятой до уровня, соответствующего середине груди;

o во время измерения нельзя разговаривать и делать резкие движения;

o если проводится серия измерений, рекомендуется менять первоначальное положение. Интервал между измерениями должен составлять не менее 15 секунд. (Рекомендуемый интервал – 1 минута). В паузах между измерениями рекомендуется ослабить манжету.

o разница в давлении на различных руках может быть весьма существенной, поэтому рекомендуется проводить измерение на руке с более высокими значениями артериального давления.

o нередко при измерении артериального давления врачом у пациентов регистрируются более высокие значения артериального давления (на 30-40 мм рт. ст. выше), чем при самостоятельном измерении дома, что объясняют "эффектом белого халата" (white coat), то есть стрессовой ситуацией связанной с врачебным осмотром. У некоторых пациентов такая ситуация возникает даже при самостоятельном измерении.