История измерения артериального давления: от первых аппаратов до инновационных технологий

Артериальное давление (АД) – важный показатель состояния сердца и сосудов. Оно меняется во время сна и бодрствования, в покое и при физических или эмоциональных нагрузках, при повышении температуры тела, болевых ощущениях, гормональных сбоях, под действием любых других факторов, отражающихся на работе сердечно-сосудистой системы. Владея информацией об уровне давления крови в артериях, его колебаниях, врач может определить наличие проблемы, оценить ее объем и тяжесть, назначить адекватное и эффективное лечение.

Измерение артериального давления дает врачу важную диагностическую информацию

Из статьи вы узнаете об истории измерения АД, познакомитесь с современными технологиями и приборами, позволяющими измерять давление в артериальных сосудах с высокой точностью и максимальным комфортом для человека, в том числе – в режиме непрерывного мониторирования.

Первые методы и аппараты

История измерения АД насчитывает более 200 лет. Она начинается с опыта, поставленного английским ученым, специалистом в области физиологии животных, химиком и изобретателем Стивеном Хейлсом. Он измерил давление в артерии лошади в 1773 году.

Первый опыт прямого измерения давления крови в артерии животного

Измерение проводилось инвазивным методом – в артерию животного исследователь вставил латунную трубку, соединенную с вертикально установленной стеклянной. Опыт показал, что уровень крови в стеклянной трубке менялся синхронно с сокращениями сердца лошади. В процессе дальнейших исследований на животных последователи Хейлса установили, что значения давления крови в стволе аорты и ее ветвях практически не отличаются. 

В начале девятнадцатого века французский врач и физик Пуазёйль разработал методику измерения артериального давления с помощью U-образного ртутного манометра. С тех пор и по настоящее время стандартная единица измерения АД – миллиметр ртутного столба (мм рт.ст.).

Кимограф

Вслед за этим был изобретен метод графической регистрации показателей – для этих целей использовался прибор под названием кимограф.

История и эволюция инвазивного метода измерения АД у человека

Впервые давление крови в артерии человека было измерено в 1856 году во время ампутации ноги. Манипуляцию провел французский хирург Фавр. Исследование показало, что во время сокращения сердца давление крови в бедренной артерии пациента достигало 120 мм рт. ст.

Инвазивная методика измерения АД в артериальных и кровеносных сосудах до сегодняшнего дня по своей сути практически не изменилась и остается самой надежной. Поэтому используется тогда, когда особенно важна предельная точность измерений – в процессе проведения физиологических исследований, при кардиохирургических операциях.

Аксессуары для инвазивного измерения давления крови

Сегодня вместо иглы в сосуд могут вводиться катетеры либо канюли из тефлона или полиуретана. Специальные датчики с различным принципом действия улавливают механические колебания жидкости, заполняющей соединительную трубку, и преобразуют их в электрические. После обработки сигнала (усиления, удаления высокочастотных помех) он поступает на экран монитора, отображаясь в цифровом и графическом виде.

В конце прошлого столетия были разработаны методы длительного мониторирования давления крови непосредственно в просвете сосуда с передачей информации с помощью радиосигнала, в том числе с использованием телеметрических систем.

Неинвазивное измерение АД: от сфигмографов Виерордта и Маре до цифрового тонометра

Инвазивный, он же прямой метод измерения артериального давления – самый точный. Но проникновение в сосуд связано с риском инфицирования, тромбозов, кровоизлияний. Поэтому такой способ измерения АД не может применяться при массовом профилактическом обследовании и его самостоятельном контроле на дому. Для этих целей используются аппараты, позволяющие измерить давление крови в артериях неинвазивным (непрямым, без проникновения) способом.

Первый такой аппарат, изобретенный немецким врачом-физиологом Карлом Виерордтом в 1885 году, назывался сфигмограф. С помощью этого устройства ученый стремился измерять давление, прикладываемое извне на область сосуда в момент прекращения его пульсации. Однако технические характеристики не позволили применить прибор на практике, и метод был внедрен в клиническую диагностику только после того, как в 1860 году сфигмограф Виерордта был усовершенствован Этьеном Жюлем Маре.

Сфигмограф Маре

Аппарат Маре позволил технически реализовать идею Виерордта и повысить точность результатов измерения.

Используемая французом аппаратура отличалась хрупкостью, измерить давление с ее помощью было технически сложно. Однако возможность измерения среднего динамического давления делала данный метод перспективным, и он получил дальнейшее развитие.

Последователи Маре, англичане Бердон-Сандерсон и Даджен, обнаружили, что точность непрямого измерения АД зависит как от его величины, так и от сопротивления стенок сосудов.

В 1881 году австрийский врач Баш предложил свою версию устройства для неинвазивного измерения артериального давления, взяв за основу метод Виерордта. Он соединил со ртутным манометром надувную емкость, в которую нагнеталась вода. Эта емкость помещалась на место пульсации лучевой артерии. Когда внешнее давление достигало величины, равной давлению в кровеносном сосуде, его пульсация прекращалась.

Точность показаний аппарата Баша проверил немецкий врач и исследователь Игнац Цадик, параллельно измеряя давление в сонной артерии собак инвазивным способом.

Спустя 15 лет в арсенале врачей появился метод Рива-Роччи, актуальный по настоящее время. Итальянский врач создал устройство, соединившее ртутный манометр с манжеткой и помещенным внутрь нее резиновым мешком. В закрепленную на плече манжетку нагнетался воздух до момента прекращения пульсации на лучевой артерии. Вслед за этим воздух медленно стравливали, уровень ртути падал. Показания манометра, при которых возобновлялась пульсация сосуда, соответствовали уровню систолического давления.

Аппарат Рива-Роччи позволял измерять только верхнее, систолическое давление

У методики был один существенный недостаток – манжета была слишком узкой. Вследствие этого страдала точность показаний – они были выше реальных значений систолического АД. Увеличение ширины манжеты позволило решить эту проблему.

В 1901 году российский хирург Коротков изобрел метод измерения АД, позволяющий определять давление крови в сосуде не только во время сокращения левого желудочка сердца (систолы), но и во время его расслабления (диастолы).

Коротков обратил внимание на то, что в момент подачи на артерию внешнего давления в ней возникают шумы. Эти шумы получили название «тонов Короткова». Артериальное давление по методике Короткова измерялось при медленном стравливании воздуха из манжетки. Появление первых звуков (тонов) сигнализировало о возобновлении кровообращения в сосуде и соответствовало систолическому (верхнему) давлению. Уровень давления, при котором звуки пропадали, соответствовал диастолическому (нижнему) АД.

Впоследствии методика Короткова постоянно совершенствовалась, а в 1962 году ВОЗ рекомендовал ее к повсеместному использованию во врачебной практике, как наиболее целесообразную. При этом точность непрямого измерения давления крови в артериальных сосудах по методу Короткова с определением тонов на слух, с помощью стетоскопа, невысока. Кроме того, на погрешность результатов исследования АД вручную оказывают влияние скорость нагнетания воздуха в манжетку и его стравливания, величина создаваемого давления. В связи с вышесказанным полученные результаты могут превышать истинные значения: до 10% при измерении верхнего АД и до 30% – нижнего.

Измерение АД по методу Короткова с использованием стетоскопа

Более точные значения АД можно получить при его неинвазивном измерении по методике Савицкого, который изобрел оптический дифференциальный манометр с повышенной чувствительностью, регистрирующий скорость изменений объема артериального сосуда.

Современные аппараты для неинвазивного измерения артериального давления работают по различному принципу, воспроизводя поступающие сигналы механически, с помощью оптических или электронных цифровых устройств.

В полуавтоматических приборах давление в манжетку нагнетается вручную, а регистрация и запись показателей осуществляется автономно. Полностью автоматические тонометры работают по заданному алгоритму, самостоятельно нагнетая воздух и стравливая его.

Автоматические манжеточные аппараты для измерения АД на плече и предплечье

В конце прошлого столетия в клиническую практику вошел метод суточного мониторирования артериального давления (СМАД). Такое исследование проводится на протяжении 24 часов, днем давление измеряется каждые 15/30 минут, ночью – каждые 30/60 минут. Записанные в память прибора значения впоследствии анализируются и сопоставляются с записями обследуемого в сопроводительном листе/дневнике, где указываются действия человека, физические и эмоциональные нагрузки, время сна/бодрствования и особенности самочувствия с привязкой ко времени. Например: «8.00 - 9.00 – дорога на работу (8.10 -8.15 – быстрый подъем по лестнице, одышка, головокружение), 9.00-9.30 производственное совещание (9.10 – головная боль в висках, шум в ушах) и т.д.»

Длительное мониторирование артериального давление данным способом до сих пор применяется в диагностике, однако его информативность невысока по ряду причин:

• Анализ осуществляется не непрерывно, а дискретно, в результате чего может теряться важная информация, в том числе истинные минимальные и максимальные значения АД.
• Периодическое сильное сдавливание плеча или предплечья вызывает дискомфорт (боли, парестезии), особенно при повышенном систолическом АД.
• Измерение давления данным способом в ночное время нарушает сон человека и прерывает его, что практически обесценивает диагностическую ценность полученных данных – 2/3 показаний снимаются не во сне, а во время бодрствования.
• Дискомфорт во время сна не позволяет получить корректные данные при параллельном проведении других исследований – записи ЭКГ, электроэнцефалограммы, миограммы, дыхательных движений и т.д.
• Нарушение процесса сна плохо сказывается на самочувствии человека после исследования.

Решить вышеперечисленные проблемы позволили принципиально иные подходы к оценке и регистрации давления в сосудах.

В 70-х годах прошлого столетия были разработаны методы непрерывной регистрации бокового АД с помощью тензодатчиков, встроенных в окклюзионный браслет. Также в клиническую практику был внедрен метод фотоплетизмографии, с помощью которого регистрировалось изменение объема артериальных сосудов пальца. Развитие этих методов привело к появлению новых технологий, обеспечивающих высокую точность результатов и максимальный комфорт пациента во время исследования.

Датчики для измерения показателей с помощью фотоплетизмографии

Современные требования к длительному неинвазивному измерению давления крови и их реализация в системе SOMNOtouch™ NIBP

Для того чтобы длительное мониторирование артериального давления давало врачу достоверную и значимую диагностическую информацию во время бодрствования пациента и, особенно, во время сна, важно чтобы измерение АД было:

• максимально комфортным, по возможности незаметным для обследуемого – то есть принцип сбора информации должен быть нереактивным;
• непрерывным;
• соотносимым с двигательной и умственной активностью, психоэмоциональными и физическими нагрузками, эпизодами апноэ/гипопноэ (остановок/отсутствия дыхания), сменой позы тела во время сна, фазами сна, работой сердца, насыщением крови кислородом в каждый конкретный момент времени.

Все эти задачи успешно решены в системе SOMNOtouch™ NIBP. Небольшой портативный аппарат позволяет одновременно регистрировать электрические сигналы сердца (ЭКГ) и плетизмограмму для определения точных значений артериального давления по времени распространения пульсовой волны (метод PTT), уровня насыщения крови кислородом (сатурации). В устройство также встроены датчики движения для сбора информации о двигательной активности человека, изменении положении его тела во время сна.

Фиксируемый на запястье аппарат и схема крепления датчиков системы SOMNOtouch™ NIBP

Перед обследованием пульсоксиметрический датчик надевается на палец руки. После этого прибор калибруют, сопоставляя результаты АД, измеренного обычным манжеточным методом и рассчитанным на основании плетизмограммы. Запись показателей ведется в течение необходимого времени (до 24 часов включительно), не доставляя беспокойства человеку ни во время бодрствования, ни во время сна. Все регистрируемые показатели соотносятся друг с другом, с фазами сон/бодрствование. По окончании исследования врач получает подробный отчет, сохраненный в памяти аппарата.