Біофізика і біомеханіка - В. С. Антонюк - 2012

Розділ 4. БІОФІЗИКА СКЛАДНИХ БІОЛОГІЧНИХ СИСТЕМ

4.6. Біофізика системи кровообігу

4.6.3. Рух крові по судинах. Артеріальний тиск крові та методи його визначення

Артеріальним кров’яним тиском (АТ) називають тиск, з яким кров діє на стінки артерій. Висота артеріального тиску залежить від кількості крові, що надходить у судинну систему за одиницю часу, об’єму судинної системи, напруження стінок артеріальних судин, в’язкості крові.

Протягом серцевого циклу рівень кров’яного тиску в артеріях змінюється циклічно відповідно до серцевого циклу, досягаючи максимуму в момент скорочення серця і викиду крові в аорту (систоли). Мінімальний тиск відповідає моменту розслаблення серця (діастоли). У міру просування крові по судинному руслу амплітуда коливань тиску крові спадає, венозний і капілярний тиск мало залежить від фази серцевого циклу. Тому розрізняють такі види тиску.

Мінімальний або діастолічний тиск - найменший тиск крові в артерії до завершення діастолічного періоду. Його висота передусім залежить від ступеня прохідності прекапілярного русла і величини відтоку крові через нього. Чим більший опір прикапілярної системи (чим більший тонус артеріол), тим вищим має бути мінімальний тиск. Меншою мірою рівень мінімального тиску залежить від частоти серцевих скорочень і пружного стану великих артеріальних судин. Чим менша частота серцевих скорочень, тим триваліший час періоду діастоли і тим більше крові витікає з артеріальної системи у венозну. При цьому рівень мінімального тиску знижується. Чим нижчий пружно-в’язкий стан стінок

великих артерій, тим більша місткість артеріальної системи і тим вищий мінімальний тиск.

Середній динамічний тиск - результуюча всіх змінних значень тиску протягом одного серцевого циклу. Цей вид тиску не є середнім арифметичним максимального і мінімального тиску, а наближений до мінімального. Математично - це інтеграл або середнє з нескінченно малих змін тиску протягом одного серцевого циклу (М. М. Савіцький). Оскільки інші види тиску є тимчасовими рівнями тиску в артерії, середній динамічний артеріальний тиск вирізняється певною сталістю. Рух крові через артеріоли і капіляри зумовлюється середнім артеріальним тиском, тобто середній тиск визначає енергію безперервного руху крові з артеріальної системи у венозну.

Бічний (суто систольний) тиск - тиск, що діє на бічну стінку артерії в період систоли шлуночків.

Максимальний або систольний тиск - величина, що визначає весь запас енергії рухомого стовпа крові в період систоли. Максимальний тиск складається з бічного й ударного тиску, тобто з такого тиску, який створюється у разі появи перешкоди перед рухомим в артерії потоком крові (наприклад, у разі стиснення артерії манжетою).

Ударний тиск або гемодинамічний удар - визначає кінетичну енергію рухомого струменя крові.

Різниця між значеннями максимального і мінімального тиску називають пульсовим тиском. Проте істинним пульсовим тиском слід вважати різницю між бічним і мінімальним тиском.

Інвазивний (прямий) метод вимірювання. Інвазивний (прямий) метод вимірювання АТ застосовують тільки в стаціонарних умовах під час хірургічних втручань, коли введення в артерію пацієнта зонда з датчиком тиску потрібне для безперервного контролю рівня тиску. Перевагою цього методу є те, що тиск вимірюється постійно і зображується у вигляді кривої тиск/час. Проте пацієнтів з інвазивним моніторингом АТ потрібно спостерігати для запобігання розвитку важкої кровотечі у разі

від’єднання зонда, утворення гематоми або тромбозу в місці пункції, інфекційних ускладнень. Більшого поширення в клінічній практиці набули неінвазивні методи визначення АТ.

Методи неінвазивного вимірювання. У клінічній практиці лікаря найбільшого поширення набули неінвазивні методи вимірювання АТ, які класифікуються залежно від принципу, покладеного в основу визначення АТ. Розрізняють методи, що ґрунтуються на пальпації, аускультації артерії та осцилографічному методі реєстрації.

Пальпаційний метод. Цей метод припускає поступову компресію чи декомпресію кінцівки або тканини на ділянці артерії і пальпацію артерії далі від місця оклюзії. Один з перших апаратів (С. Баш, 1876) являв собою заповнений водою невеликий гумовий балон, сполучений трубкою з манометром. Балон розміщували над артерією кінцівки, і на нього дозовано натискали долонею. Одночасно пальпувалася артерія поза накладеним балоном. Тиск, за якого зникала пульсація артерії, визначали за систолою. Захоплювальна компресійна манжета і зручний варіант вертикального ртутного манометра для пальпаторного методу запропонував італієць Ріва-Роччі (1896).

Манжета Ріва-Роччі була завширшки усього 4...5 см, що дозволяло підвищувати АТ до 30 мм рт. ст. Через п’ять років ця невдала манжета була замінена манжетою Ф. Ріклінкхаузена, ширина якої становила 12 см, і в такому вигляді прилад використовують дотепер. Тиск у манжеті підіймався до повного припинення пульсу, а потім поступово знижувався. Систолічний артеріальний тиск (САТ) визначали за тиском в манжеті до появи пульсу, а діастолічний артеріальний тиск (ДАТ) оцінювали за моментами, коли наповнення пульсу починало помітно знижуватися або виникало відчуття уявного прискорення пульсу.

Аускультативний метод. 8 листопада 1905 р. на засіданні наукової наради Клінічного військового госпіталю заслуховували повідомлення хірурга Миколи Сергійовича Короткова «До питання про методи дослідження кров’яного тиску». Саме від цього повідомлення бере поча

ток аускультативний метод неінвазивного вимірювання АТ, який залишається найпоширенішим і надійнішим методом вимірювання АТ у клінічній практиці.

Метод не зазнав суттєвих змін більш ніж за 100 років практичного використання. Змінилася класифікація тонів, названих тонами Короткова. Перша фаза тонів - їх поява, друга - ослаблення (аж до зникнення, що спостерігається у разі аускультативного провалу) із заміщенням їх компресійними шумами, третя - посилення тонів, четверта - різке ослаблення, п’ята - повне припинення (іноді через явище «нескінченного тону»).

Типовий прилад для вимірювання АТ за методом М. С. Короткова (сфігмоманометр, або тонометр) складається з оклюзійної пневмоманжети, груші для нагнітання повітря з регульованим клапаном збудження, а також пристрою, що вимірює тиск у манжеті. Як вимірювальний пристрій використовують або ртутні манометри, виробництво яких у більшості країн світу припиняється для запобігання ртутним отруєнням і з міркувань екологічної безпеки (у Росії їх не виробляють уже декілька років), або стрілкові манометри анероїдного типу, або електронні манометри. Для вимірювання шкалу стрілкового і ртутного манометрів розміщують на рівні очей, щоб знизити ймовірність помилки у відліку показників.

Значення тиску округляють до найближчого парного числа. Категорично забороняються округлення до 5 і 0 (тобто постійних записів, наприклад 145/95 або 160/100). Усі прилади як засоби вимірювання потребують дбайливого ставлення і регулярної перевірки (перевірки точності й регулювання), яку повинні виконувати спеціалізовані метрологічні організації. Інтервали між перевірками наводяться в супровідних документах до приладу, проте вони не повинні перевищувати одного року. Якщо виникають сумніви щодо правильності показів стрілкового манометра в проміжках між регулярними перевірками, необхідно зіставити ці покази з показами інших приладів, що регулярно перевіряються.

Манжету накладають на плече. Не рекомендується її накладати на тканину одягу і категорично забороняється закачувати рукави з утворенням здавлювальних валів з тканини. Необхідно уникати як дуже вільного, так і надмірно щільного накладення манжети. Відстань від неї до плеча має бути 3.. .4 см (для дітей - 2...3 см), а нижній край манжети від ліктьового згину має становити - 3.4 см.

Розміри манжети (найбільш значущі такі її показники, як ширина і довжина внутрішньої еластичної камери) мають відповідати периметру (обхвату) плеча - довжина не менша за 80 %, а ширина близько 40 % обхвату плеча. Розміри камери стандартної середньої плечової манжети для дорослої людини - 13.24 см і прийнятні тільки для обхватів від 22 до 33 см. У великої частини дорослого населення периметри плеча значно перевищують 32 см і застосування стандартних манжет призводить до істотного завищення значень АТ. Водночас застосування подібних манжет за обхватів менших ніж 22 см супроводжується заниженням значень АТ. Спеціальні манжети потрібні для дітей і вимірювань АТ на ногах. Повний ряд оклюзійних манжет складається з 5-7 типів. Тиск у манжеті швидко нагнітається до значення, що перевищує САТ на 30 мм рт. ст. Для оцінювання САТ у ході компресії пальпують променеву артерію. Необхідно враховувати, що надмірно високий тиск у манжеті може спричиняти додаткові больові відчуття та підвищення АТ.

Швидкість декомпресії - 2…3 мм рт. ст. за секунду або за час між послідовними скороченнями серця (якщо тиск перевищує 200 мм рт. ст., допустиме збільшення швидкості декомпресії до 4.5 мм рт. ст.).

Аускультацію проводять або стетоскопом (переважно) або мембранним фонендоскопом (у тому числі й адаптованим для вимірювання АТ, що входить до складу тонометрів). Чутливу головку розміщують на нижньому краї манжети над проекцією плечової артерії (позицію визначають заздалегідь пальпаторним методом і коригують для забезпечення максимальної інтенсивності тонів). Головка повинна фіксуватися засобами, що не створюють великого тиску на шкіру. Фіксація з істотним натисканням, як і розміщення головки під манжетою, спотворюють передусім ДАТ.

У разі декомпресії визначають САТ у момент появи тонів Короткова (перша фаза тонів). Якщо є затруднення щодо визначення САТ, наприклад у випадку аускультативного провалу (різкого ослаблення і зникнення тонів після прослуховування перших двох-трьох виразніших тонів), або низької інтенсивності тонів фіксують також момент початку проходження крові під манжетою. У складних випадках можливе застосування ультразвукових доплерівських приладів. Виражений аускультативний провал може стати причиною недооцінення САТ, якщо дослідник орієнтується тільки на регулярні тони.

Діастолічний артеріальний тиск у переважній більшості випадків визначають за моментом зникнення тонів Короткова (п’ята фаза). Для контролю повного зникнення тонів необхідно продовжити аускультацію зі зниженням тиску в манжеті на 10...20 мм. рт. ст. до останнього звуку тону.

Визначати ДАТ за четвертою фазою тонів (моментом їх різкого ослаблення) рекомендується під час проведення вимірювань АТ у дітей до 12 років, вагітних жінок, а також у пацієнтів з високим об’ємом серця, зумовленим фізичним навантаженням, захворюванням або фізіологічними особливостями. Переходити до четвертої фази потрібно тоді, коли немає чітко вираженої п’ятої фази - явища «нескінченного тону».

Вимірювати АТ у разі порушень ритму серця дуже складно. Необхідно пальпувати променеву артерію для оцінювання нерівномірності скорочень серця в ході вимірювання. За рідкісної екстрасистолії бажано повторити вимірювання і орієнтуватися на значення АТ, отримані за регулярного ритму. У разі частої екстрасистолії і миготливої аритмії потрібно орієнтуватися на середні значення АТ за результатами 4-6 послідовних вимірювань.

Артеріальний тиск можна визначати в положеннях сидячи, лежачи і стоячи, проте у всіх випадках рука має бути розміщена так, щоб середи

на манжети була на рівні серця. Це дозволяє уникнути впливу гідростатичного стовпа на виміряне значення АТ. Кожні 5 см зсуву середини манжети відносно рівня серця призводять до завищення (якщо рука опущена) або заниження (якщо рука піднята) САТ і ДАТ на 4 мм рт. ст. Положення сидячи найбільш прийнятне для вимірювання АТ в амбулаторних умовах та кабінетах контролю АТ.

Дослідження останніх років показали, що в разі дотримання правил вимірювань підвищується надійність значень АТ і відповідно їх залежність від змін органів-мішеней і прогнозу захворювання. Згідно з рекомендаціям Всесвітньої організації охорони здоров’я 1999 р. вимірювання АТ за методом М. С. Короткова, виконане навченим фахівцем, є «золотим стандартом» і може тільки доповнюватися вимірюваннями за допомогою автоматичних приладів.

Автоматичні прилади з аускультативним методом відтворюють алгоритм вимірювання М.С. Короткова і в деяких випадках застосовують додаткові заходи для підвищення його надійності. Натепер їх використовують для тестів навантажень добового моніторингу АТ людини, що вільно пересувається.

Осцтометричний метод. Оригінальна осцилометрична методика E.- Ж. Маре (1876) припускала поміщення кінцівки людини у водний плетизмограф, що дозволяє створювати навколо неї регульований тиск здавлення і одночасно реєструвати невеликі пульсації об’єму кінцівки, пов’язані з пульсовим кровонаповненням артерій. Проаналізувавши характер залежності амплітуди цих пульсацій від тиску здавлення, автор запропонував критерії оцінювання АТ. Здавлювальний тиск (у разі декомпресії), за якого пульсації починають різко зростати, відповідає САТ, якщо досягають максимальних значень, - середньому АТ, а коли різко знижуються, - ДАТ.

Метод мав два недоліки - потребував спеціального устаткування у вигляді плетизмографа і викликав труднощі з інтерпретації даних, оскільки характерні точки для САТ і ДАТ чітко виділялися не на всіх записах. Перший недолік було усунуто через спрощення плетизмографіч-

ного методу і, зрештою, зміни плетизмографа звичною оклюзійною манжетою. Вона змогла сумістити і пристрій створення зовнішньої компресії, і не дуже точний, але прийнятний для вимірювання АТ датчик пульсацій артерій. Дійсно, пульсові зміни об’єму артерій під манжетою трансформуються в невеликі осциляції тиску в оклюзійній манжеті, добре помітні навіть у разі невеликих коливань стрілки анероїдного манометра або рівня ртуті в тонометрах. Спрощений алгоритм визначення АТ за даними про тиск у манжеті й амплітудою мікропульсацій тиску в цій манжеті показано на рис. 4.17.

Рис. 4.17. Спрощений алгоритм визначення АТ осцилометричним методом

Технічне завдання вимірювання амплітуди цих малих коливань було вирішено в 30-ті роки минулого століття. Проте формалізованої, об’єктивної і точної інтерпретації результатів вимірювання характеристик малих пульсацій тиску в манжеті не було досягнуто аж до 70-х років. Вирішенню цієї проблеми сприяв технічний прогрес (передусім у галузі цифрової мікроелектроніки), що дозволив використовувати для цих цілей досить складні цифрові методи оброблення сигналів.

У 1976 р. фірма Criticon створила і випустила перший прикроватний автоматичний вимірник АТ (Dinamap 825), що успішно реалізовує модифікований осцилометричний метод Е.Ж. Маре. Під час вимірювання АТ за цим методом тиск в оклюзійній манжеті знижується ступенево - по 6.. .8 мм. рт. ст. за крок - і на кожному ступені тиску аналізується амплітуда мікропульсацій тиску в манжеті, які виникають під час передавання на неї пульсацій артерій.

З 80-х років цей метод застосовують у прикроватних і добових моніторах АТ, а також у приладах для самостійного контролю АТ. Фірми- виробники вдосконалюють алгоритми роботи з метою підвищення точності й надійності досягнутих результатів. Останні моделі приладів для самоконтролю АТ мають підвищений «рівень інтелекту» (моделі «fuzzi logic»). Це вселяє надію на появу приладів, стійких до порушень ритму серця і рухів руки під час вимірювання. Нині прилади на основі осцилометричного методу становлять близько 80 % від усіх автоматичних та напівавтоматичних вимірників артеріального тиску. Серед переносних добових моніторів цей відсоток знижується до 30 % (на основі аускультативного методу - 38 % , комбінації методів - 24 %).

Методи оперативного вимірювання АТ (від скорочення до скорочення серця). Циклічні методи вимірювання АТ є найточнішими, але дозволяють визначати АТ з інтервалами не меншим за 2.3 хв (короткочасно і в разі невисоких значень АТ інтервал може бути скорочений до 1 хв). Деякі методи дають змогу підвищити оперативність контролю АТ і визначати всі або деякі показники АТ в ході кожного скорочення серця.

У 1969 р. Дж. Піназ отримав патент на метод, який в англомовній літературі називають накопиченим об’ємом. Він ґрунтується на безпереривному оцінюванні об’єму артеріальних судин пальця методом фо- топлетизмографії і використанні електропневматичної системи для створення в манжеті, яка охоплює палець, тиску, що протидіє розтягуванню артеріальних судин. Для сталості діаметра пальцевих артерій, попри зміни артеріального тиску в них, зберігається незмінний близький до нуля тиск в артеріях, а тиск у манжеті починає «повторювати» тиск крові в артеріях пальця. У результаті прилад забезпечує унікальну

можливість тривалої реєстрації неінвазивними засобами всієї кривої артеріального тиску, що раніше можна було досягти тільки інвазивним оксфордовським методом. Стаціонарний прилад, що реалізовує цей метод, відомий як залишковий тиск, а відносно недавно створений варіант - нагнітальний тиск. Прилад має систему коригування АТ на гідростатичну поправку, що виникає у разі різного розміщення пальців відносно рівня серця. На жаль, метод не позбавлений суттєвих недоліків. Вимірюване значення ДАТ нижче, ніж у плечовій артерії, причому поправка залежить від вазоспастичного стану артерій пальця. Систолічний артеріальний тиск у молодих суб’єктів зазвичай вищий, ніж у плечовій артерії, а у немолодих - нижчий. Поправка також залежить від тонусу артерій.

Переваги і недоліки аускультативного й осцилометричного методів. Переваги аускультативного методу:

- натепер визнається офіційним еталоном неінвазивного вимірювання АТ для діагностичних цілей і верифікаційних вимірювань АТ;

- має підвищену (порівняно з осцилометричним методом) стійкість до рухів руки, особливо для узгодження аналізу звукових явищ до R-зубця ЕКГ, застосування двох і більше мікрофонів, використання складних спектральних алгоритмів розпізнавання корисного сигналу (наприклад, приладом Accutracker-2 в умовах тестування у разі велоергометрічного навантаження успішно виконується близько 93 % вимірювань АТ);

- потенційно більш стійкий до порушень ритму серця.

Недоліки аускультативного методу: чутливий до шумів у приміщенні, точності розміщення мікрофонів відносно артерії, розворотів манжети з мікрофонами на руці в разі тривалого моніторингу, а також потребує безпосереднього контакту манжети або мікрофону зі шкірою пацієнта. Практика експлуатації показує, що мікрофон часто є найуразливішим (до пошкоджень і потреби в ремонті) елементом апарата.

Переваги осцилометричного методу:

- відносно стійкий до шумових навантажень, що дозволяє використовувати його в ситуаціях з високим рівнем шуму (аж до кабіни вертольота);

- дозволяє визначати АТ - за вираженого аускультативного провалу, слабких тонів Короткова, «нескінченного тону»;

- значення тиску не залежать від розвороту манжети на руці і мало залежать від її переміщень уздовж руки (поки манжета не досягне ліктьового згину);

- дозволяє вимірювати АТ без утрати точності через тонку тканину одягу;

- забезпечує, як свідчить практика експлуатації, у режимі добового моніторингу менший відсоток невдалих вимірювань на відміну від аускультативного методу.

Недоліки осцилометричного методу:

- відносно низька стійкість до рухів руки: так, прилад SL90202 не забезпечує вимірювання АТ за велоергометричної проби з 82 % вимірювань;

- у разі невеликої кількості пацієнтів (близько 5 %) різниця значень АТ за методом Короткова є стійкою, що затрудняє трактування результатів.

Обидва методи виявилися неефективними у разі виражених порушень ритму серця.

Таким чином, методами визначення тиску в судинах є інвазивний та неінвазивний. Інвазивний (прямий) метод вимірювання АТ застосовують тільки в стаціонарних умовах під час хірургічних втручань. Поширення в клінічній практиці набули неінвазивні методи визначення АТ, які класифікуються залежно від принципу, покладеного в основу визначення АТ. Розрізняють методи, що грунтуються на пальпації, аускультації артерії і осцилографічному методі реєстрації.