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4.4 Requerimientos de Ancho de Banda para medición de presión sanguínea Es importante conocer los componentes armónicos de una función periódica que se.

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1 4.4 Requerimientos de Ancho de Banda para medición de presión sanguínea Es importante conocer los componentes armónicos de una función periódica que se quiera medir Ejemplo: Presión media – único valor de interés. No es necesario un ancho de banda grande Armónicos de presión > 10° pueden ser ignorados ej: 2Hz (o 120 latidos/min), ancho de banda = 20Hz. Para medidas derivativas de la presión, el ancho de banda se incrementa, debido a que la derivada de una seno armónica incrementa su amplitud en un factor proporcional a su frecuencia. A partir del análisis de Fourier se puede encontrar el ancho de banda correspondiente. Presión Arterial y Ruidos Cardíacos

2 Fig. 12. Distorsión en la onda de presión (a) Onda de presión del ventrículo izquierdo, sin distorsión. Ancho de banda del sensor Hz. (b) Respuesta subarmortiguada, donde el pico máximo se incrementa. También se evidencia un retraso en el tiempo de la señal. (c) Respuesta sobreamortiguada, muestra un retraso en el tiempo considerable y una atenuación en la amplitud de la respuesta. Presión Arterial y Ruidos Cardíacos 4.5 Distorsión típica de la onda de presión Respuestas inadecuadas en frecuencia. Problemas serios con sobreestimación de presión en clínica. Problema clínico severidad de estenosis Burbuja de aire o coágulo de sangre en el catéter

3 Fig. 13. Distorsión durante la toma de la presión arterial. La gráfica C muestra un trazo de la respuesta del sensor cuando el catéter es empujado a una zona del flujo muy acelerado (catéter aórtico-ventricular). Presión Arterial y Ruidos Cardíacos Catéter Agitado

4 4.6 Sistemas para medición de presión venosa Presión Arterial y Ruidos Cardíacos Es importante porque determinad el funcionamiento de la red capilar y del lado derecho del corazón La presión en las venas pequeñas, aunque es menor que en los capilares, refleja la presión capilar. La presión intratorácica venosa determina la presión diastólica de llenado de la aurícula derecha. La presión central venosa es medida en una vena central o en la aurícula derecha. Ésta fluctúa arriba y abajo de los valores de presión atmosférica, de acuerdo a la respiración del sujeto. La presión venosa extratorácica está de 2 a 5 cm H 2 O (0.2 a 0.5 Kpa) por encima de la atmosférica. El nivel de referencia para la medición de presión venosa es la aurícula derecha. La presión venosa central es un importante indicador de la actividad del miocardio. Sirve como guía para determinar la cantidad de líquido que un paciente debe recibir durante cirugía. Normalmente se mide la presión venosa media, a través de una perforación percutánea con una aguja larga, insertando el catéter a través de la misma en la vena. Se avanza hasta el punto que se desea y la aguja es removida. Un sensor de alta sensibilidad y menor rango dinámico que el de presión arterial, es unido al catéter para monitorear la medición de la presión venosa. La presión venosa central varía entre 0 y 1.2 kPa, con una presión media de 0.5 kPa

5 Fig. 14 Áreas de auscultación A, aórtica; P, pulmonar; T, tricuspide; y M, mitral; donde los sonidos de las cuatro válvulas son maximizados. (Tomado de A. C Burton, Physiology and Biophysics of the Circulation, 2nd ed. Copyright © 1972 by Year Book Medical Publishers, Inc., Chicago). Presión Arterial y Ruidos Cardíacos 4.7 Ruidos Cardíacos Factor importante en clínica, especialmente cuando se compara con la actividad eléctrica y mecánica del ciclo cardíaco (a partir de un fonocardiógrafo). Auscultación El sonido viaja a través del cuerpo desde el corazón y vasos hasta la superficie. El sonido se atenúa por el movimiento en los tejidos más compresibles, pulmones y capas de grasa. Los tejidos sólidos transmiten bien el sonido. Los sonidos cardíacos se encuentran entre 0.1 y 2000 Hz. Problemas En la parte baja del espectro, <20Hz, la amplitud de los sonidos del corazón es menor al rango audible. En la parte alta se perciben bien.

6 Fig. 15. Respuesta en frecuencia típica de un estetoscopio, con una señal de audio de frecuencia conocida aplicada al estetoscopio por medio de un undífono acoplado. La salida es monitoreada por un sistema de micrófono. La curva muestra que la respuesta en frecuencia contiene varios picos de resonancia. Por otro lado, los sonidos de baja frecuencia (<40Hz), no pueden ser escuchador por el médico. (Tomado de P. Y. Ertel, M. Lawrence, R. K. Brown, and A. M. Stern, Stethoscope Acoustics I, "The Doctor and his Stethoscope." Circulation 34, 1996; by permission of American Heart Association.) Presión Arterial y Ruidos Cardíacos Estetoscopio Son usados para transmitir los sonidos cardíacos desde el pecho hasta el oído. La técnica de aplicación del estetoscopio puede variar en gran cantidad el sonido percibido. Por lo anterior, el funcionamiento del estetoscopio puede ser totalmente perdido si se atenúan los sonidos por debajo de 3dB. Fig. 16. Partes principales de un estetoscopio

7 4.7.2 Fonocardiógrafo Presión Arterial y Ruidos Cardíacos Permite la grabación de ruidos y murmullos cardíacos. Elimina la interpretación subjetiva del médico. Hace posible la evaluación de los ruidos y murmullos con respecto a la actividad eléctrica y mecánica del ciclo cardíaco. Fig. 17. Variables de medida de un fonocardiógrafo.

8 4.8 Cateterización Cardíaca Pacientes propensos a cirugía de corazón. Brinda información a cerca de los riesgos, tiempos y beneficios anticipados. Es llevada a cabo en salas especiales haciendo uso de rayos X, a partir de los cuales es posible la visualización de estructuras y la posición de varios sensores de presión (catéteres). Realiza medidas adicionales como: gasto cardíaco, saturación de oxígeno en la sangre, entre otros. La inyección de contrastes no radioactivas en los ventrículos, la aorta o en las coronarias, hace posible observar su función. Medición de presión (en válvulas y cámaras) utilizando fluoroscopía (características de la onda de presión). Se puede calcular presión de la aurícula izquierda a partir de un catéter de punta de globo. Fig. 19. Medición de presión auricular izquierda. Tomado de theter_english.JPG#filehistory. Presión Arterial y Ruidos Cardíacos

9 Fig. 18 (a) Gradiente de presión sistólica (ventrículo izquierdo-aorta) a través de la válvula aórtica estenótica. (b)Decremento marcado en el gradiente de presión sistólica por inserción de una prótesis valvular. Presión Arterial y Ruidos Cardíacos

10 Fig. 19 Modelo derivado de la ecuación para válvula cardíaca. Las presiones estáticas P 1 y P 2 están flujo arriba y flujo abajo, respectivamente. La velocidad u es calculada para un flujo mínimo en el área A localizada en 2. Presión Arterial y Ruidos Cardíacos Cálculo de área del orificio valvular Se puede calcular la estenosis valvular a través de la medición del gradiente de presión. Se asume que las alturas no son significativamente diferentes, y por ende las velocidades en los puntos 1 y 2 son relativamente las mismas.

11 4.9 Angiografía y Angioplastia Coronaria Angiografía Evaluación de la estructura cardíaca, a partir de un marcador no radioactivo que se inserta en la cámara o vaso blanco. De esta manera se visualiza (y en algunos casos se graba) a partir de rayos X la hemodinámica del punto objetivo. Ej: ventriculografía, arteriografía coronaria, angiografía pulmonar, etc. Angioplastia Coronaria Un catéter es usado para aumentar el espacio estenósico en las arterias coronarias, permitiendo mejorar el flujo, aliviar los síntomas de isquemia y signos de hipoperfusión miocárdica. Presión Arterial y Ruidos Cardíacos

12 4.10 Efecto de la energía potencial y cinética sobre las medidas de presión Energía Potencial Cuando el paciente está en posición supina, y con el sensor a nivel del corazón, no es necesario realizar correcciones para la engería potencial. Cuando el paciente está sentado o parado, la larga columna de sangre en los sistemas de presión arterial y venosa contribuye con la presión hidrostática, ρ gh. Ej: Para una persona en posición erecta, la presión arterial y venosa incrementa a 85 mmHg en el tobillo. Es por esto que el sensor debe posicionarse al mismo nivel de la fuente de presión, sino deberán realizarse correcciones del orden de 1.0 mmHg (133 Pa) por 1.3 cm, de acuerdo a la diferencia de altura que exista entre el sensor y la fuente. La presión P, presión estática, de la ecuación de Bernoulli, es medida en un vaso sanguíneo considerando la energía potencial y cinética iguales a cero. En algunos casos es necesario realizar ajustes. Energía Cinética El término ρμ 2 /2, cobra importancia cuando la velocidad del flujo es considerablemente rápida. Cuando se inserta un catéter de presión en un vaso sanguíneo o en el corazón, dos tipos de presiones pueden ser determinadas, la presión estática o la presión total. Para medir presión estática la punta del catéter debe estar en ángulo recto al flujo. En este caso la lectura es acertada porque la energía cinética es mínima. Cuando la punta del catéter está en línea con el flujo, la energía cinética del fluido en la punta del catéter es transformada en presión. Si el catéter está en el sentido del flujo la corrección debe ser + ρμ 2 /2. Si el catéter está en sentido contrario al flujo, la corrección será de - ρμ 2 /2. VasoVel(cm/s)EC (mmHg)Sístole (mmHg) %EC Total Aorta Sístole Diástole Arteria Pulmonar Sístole Diástole Presión Arterial y Ruidos Cardíacos

13 Fig. 20 Sistema de medida indirecta de presión sanguínea El esfingomanómetro es posicionado alrededor del brazo e inflado por encima del nivel de la presión sistólica. La presión es lentamente disminuida, y el flujo sanguíneo por debajo del brazalete es monitoreado por un estetoscopio (ancho de banda de 20 a 300Hz). Cuando la presión sistólica es mayor que la presión de oclusión el flujo pasará bajo el brazalete y causará un pulso palpable (o sonido) en la muñeca. El primer sonido de Krotkoff detectado indica la presión sistólica. A medida que la presión decrese los sonidos de Krotkoff pasan por 5 fases. El paso entre la fase IV y V, entrega la presión diastólica. (Tomado de R. F. Rushmer, Cardiovascular Dynamics, 3rd ed., Philadelphia: W. B. Saunders Co.) Presión Arterial y Ruidos Cardíacos 5. Medidas Indirectas de Presión Sanguínea Presión intraarterialNo invasivo

14 Fig. 21 Determinación de la presión sanguínea a partir de ultrasonido. Un brazalete de compresión es puesto sobre cristales de 8MHz, emisor y receptor. La apertura y el cierre del vaso sanguíneo es detectado graduando la presión del brazalete. (Tomado de H. F. Stegall, M. B. Karedon, and W. T. Kemmerer, "Indirect Measurement of Arterial Blood Pressure by Doppler Ultrasonic Sphygmomanometry, "J. Appl. Physiol., 1968,25, ). Presión Arterial y Ruidos Cardíacos 5.2 Método por Ultrasonido Sensor Doppler transcutáneo que detecta el movimiento de las paredes de los vasos sanguíneos. La frecuencia de emisión es diferente a la de recepción (entre 40 a 500Hz). Dicha diferencia es escalada, de manera tal que es proporcional a la frecuencia. Cuando la presión del brazalete está por debajo de la sistólica y por encima de la diastólica, el vaso se abre y se cierra con cada latido. Cuando la presión se aumenta, el tiempo entre la apertura y el cierre del vaso, disminuye hasta que coinciden. La lectura en este punto corresponde a la presión sistólica. Cuando la presión se disminuye, el tiempo entre apertura y el cierre del vaso, aumenta, hasta que el cierre de un pulso coincide con la apertura del siguiente. La lectura en este punto corresponde a la presión diastólica. Sensible al movimiento.

15 Fig. 22 Método oscilométrico. El brazalete es inflado por encima de la presión sistólica y lentamente desinflado. La presión sistólica es detectada (punto 1) donde existe un incremento de las oscilaciones del brazalete. La presión arterial media es detectada cuando se encuentra el máximo pico de las oscilaciones del brazalete (punto 2). Presión Arterial y Ruidos Cardíacos Cuff pressure oscillations Cuff pressure mm Hg Mide la amplitud en las oscilaciones que aparece en la presión del brazalete, debido a que la pared arterial se expande cada vez que el flujo de sangre ejerce fuerza sobre la arteria. Emplea métodos algorítmicos para calcular la presión diastólica (ya que la pared arterial continua oscilando bajo presiones diastólicas). La presión del brazalete se eleva arriba de la sistólica (el pulso desaparece). La presión es reducida lentamente, apareciendo las oscilaciones que se aprecian en la Fig Método Oscilométrico

16 Fig. 23 Diagrama de bloques de los principales componentes y subsistemas de un oscilómetro. El brazalete se conecta a un sistema neumático, que es controlado por el sensor de presión. I/O = input/output; MAP = presión arterial media; HR = rítmo cardíaco; SYS= presión sistólica; DYS = presión diastólica.( Tomado de M III. Blood pressure monitoring: automated oscillometric devices, J. Clin. Monit. 1911, 7, 56-67). Presión Arterial y Ruidos Cardíacos MAP HR SYS Microcomputer with memory and I/O Multiplexer and analog to digital converter Deflate valve Dump valve Over- Pressure switch Auto-zero valve Pressure sensor Cuff pressure oscillations InternalExternal BP cuff Inflation system DYS

17 Fig. 24 Sistema de monitoreamiento para un tonómetro de aplanamiento sin contacto. (Tomado de M. Forbes, G. Pico, Jr., and B. Frolman, "A Noncontact Applanation Tonometer, Description and clinical Evaluation," J.Arch. Ophthalmology, 1975, 91, Copyright © 1975, American Medical Association. Used with permission.) Presión Arterial y Ruidos Cardíacos 6. Tonometría Ocular Principio Básico: Cuando un vaso presurizado es presionado parcialmente por un objeto externo, la presión interna y externa del mismo, es la misma. Tonómetro de aplanamiento: Para hallar la presión intraocular, se divide la fuerza de aplanamiento por el área de aplanamiento. Tonómetro de aplanamiento sin contacto: Un pulso de aire incrementado linealmente deforma y aplana el área central de la córnea. A partir de un sistema de transmisión y detección óptica y de los rayos reflejados de la córnea aplanada, se detecta la presión intraocular (intervalo de tiempo de aplanamiento).

18 Fig. 25 Modelo ideal de tonometría arterial, (a) porción aplanada de la pared arterial (membrana). P es la presión sanguínea de la superficie de la arteria, y F es la fuerza medida por el tonómetr. (b) diagrama de cuerpo libre para el modelo ideal de (a) en el cual T es la fuerza de tensión de la membrana perpendicular a F y a P. Tomado de Eckerle, J. D., "Tonometry, arterial," in J. G. Webster (ed.), Encyclopedia of Medical Devices and Instrumentation. 2nd ed. New York: Wiley, 2006, vol. 6, pp. 402–410. Presión Arterial y Ruidos Cardíacos Tonometría Arterial Mide la dinámica de la presión arterial. Alto costo comparado con un esfigmomanómetro La presión arterial es transmitida a un diafragma de libre movimiento (sin fricción). Factores a tener en cuenta para que se cumpla la relación directa entre la fuerza del sensor y la presión intra-arterial: 1.Se debe tener un soporte en una protuberancia ósea. 2.No se debe ocluir la arteria. 3.Comparado con el diámetro arterial el grosor de la piel es insignificante. 4.La pared arterial tiene propiedades de membrana ideal (la fuerza de tensión es totalmente perpendicular a la presión). 5.El pistón de medida de la presión es menor que el radio de la arteria. Difícil posicionamiento

19 Fig. 26 Tonómetro arterial múltiple. Posee un arreglo de sensores de fuerza (galga extensiométrica) y los lectores arteriales son usados para posicionar el sistema en el centro de la arteria. El sensor elegido (presión final) será donde se encuentre la presión mínima en diástole y la máxima en sístole. Tomado de Eckerle, J. D., "Tonometry, arterial," in J. G. Webster (ed), Encyclopedia of Medical Devices and Instrumentation. New York: Wiley, 1988, pp Presión Arterial y Ruidos Cardíacos Mounting strap system Force sensors Arterial riders Surface of skin Artery wall K = 0 F1F1 K = Side plate Side plate

20 Bibliografía J. G. Webster. Medical Instrumentation: Application and design. Third Edition. Ch. 7. Presión Arterial y Ruidos Cardíacos


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