非侵襲的な血圧測定技術

ソース:ハムナ・J・クレシとクレイグ・J・ガーゲン,インディアナ州パデュー大学,パデュー大学,ウェルドン・スクール・オブ・バイオメディカル・エンジニアリング

ここでは、ヒトとげっ歯類の非侵襲的な血圧測定技術の主な類似点と相違点を取り上げ、血圧を支配する工学原理を検討する。収縮期および拡張期圧を獲得するために現在のカフ技術を支配する原則についても議論する。

モバイルデバイスと接続する市販のカフスは、一般的にコンパクトでポータブルなので、ほぼすべての場所で測定を行うことができる。非侵襲的な、携帯用血圧カフは、高血圧および血圧の変化の注意深い監視および早期発見を必要とする他の心血管の問題を有する患者にとって特に有用である。

同様に、非侵襲的な血圧測定システムはげっ歯類のためにまた利用できる。この技術は実験室の設定で使用され、研究全体を通して動物の健康を監視するために有用である。放射線テレメトリはげっ歯類の血圧測定のゴールドスタンダードですが、この技術は侵襲的であり、誤って行われると動物の死亡率につながる可能性があります。従って非侵襲的な方法は装置の注入を必要とせずに貴重なデータを提供できるので動物の測定のためによい。市販のシステムは、臨床環境外のヒトで血圧を測定する方法を実証するために使用されます。この技術は、患者がこれらの測定を行うたびに診療所を訪問することなく、定期的に自分の血圧を監視することができます。

ここで説明する方法は、圧力センサと閉塞カフを使用してげっ歯類の尾部を通る血流を利用する。ヒト用の移動式血圧カフとげっ歯類用の非侵襲的な尾カフ法の両方が、同様の血行力学的原理を利用して、臨床医、研究者、および患者。

血圧測定は収縮期成分と拡張期成分で構成されており、心血管の健康の重要な指標です。収縮期血圧は、心臓収縮による動脈壁に対して加えられる最大の内圧として定義され、拡張期血圧は大動脈弁が閉じられたときの最小の内圧と定義される。

市販のカフスで行われた血圧測定は、オシロメトリック法を使用して測定を行います。臨床現場では、聴診療法は血圧を取るために一般的に使用される。臨床医は通常、血管が完全に閉塞するまで腕の腕動脈の周りに血圧カフを膨らませる。カフを脱脂すると、臨床医は聴診器を通して心臓の鼓動を最初に聞く点を聞く。この点は、動脈内の圧力が血管を開くのに十分な大きさであるため、収縮期血圧を示す。その後、カフは繰り返し音が聞こえないまでデフレートし続けます。この点は、血管が開いたままで、拡張期血圧を示す。オシロメトリック技術は、自動化されている点を除いて、オースカルタリック技術に似ています。音を聞く代わりに、カフのアルゴリズムは、血圧カフが膨張し始めると、血流の振動を検出します。これらの振動は、血液が再び動脈を流れ始めると始まり、収縮期血圧を示す。血流が安定すると発振が高くなり、拡張期血圧を示す。

げっ歯類の血圧を取るための非侵襲的な方法も自動化された技術を使用します。ここで説明するシステムには、尾動脈の周りを膨らませて膨張させる閉塞カフが含まれており、臨床血圧カフが腕前動脈の周りを膨らませて膨張する方法と同様である。ボリューム圧力記録(VPR)センサーも尾部の周りに置かれます。このセンサは、収縮期および拡張期圧が動物の尾部内でいつ起こるかを示すことができる圧力トランスデューサを使用して血圧を決定することができ、真のシステム血圧の近いサロゲートである。

1. 人間のためのワイヤレス血圧カフ

1. カフスをオンにし、結果が出力されるモバイルデバイスとペアリングします。ペアリングはブルートゥースで行うことができます。
2. カフを上腕にストラップして、血圧モニターが内側の二頭筋に対して置かるようにします。スラップは腕にしっかりと固定する必要があります。
3. モバイル デバイスでカフのアプリケーションを開きます。カフがモバイル デバイスとペアリングされていることを確認します。
4. 袖口が心臓と同じレベルになるように腕を休ませるように自分の位置を置きます。データの収集中はリラックスできる環境でリラックスしてください。
5. 正しく配置されたら、血圧測定を開始します。複数の試行を実行して、これらの測定値の平均が結果に反映されるようにすることができます。
6. すべての測定値が収集されると、結果がモバイルデバイス画面に出力されます。結果を書き留めます。袖口を腕から外し、シャットオフします。

2. げっ歯類の非侵襲的血圧測定

1. 加熱されたステージ、血圧システム、およびデスクトップ コンピュータの電源を入れます。VPRカフとオクルージョンカフを血圧システムに取り付けます。ソフトウェアを使用して、カフスが適切にキャリブレーションされ、期待どおりに動作していることを確認します。必要なパラメータを使用してソフトウェアを設定します。
2. 適切なサイズのホルダーに配置するために動物(マウスまたはラット)を準備します。予想外のノイズを最小限に抑えながら、環境が落ち着いていることを確認します。動物が不必要なストレスを経験するのを防ぐために、そのホルダーに置く前に動物を落ち着かせようとしてください。
3. 動物をホルダーにそっと同調します。足がホルダーの取り付けに詰まらなくなり、尾が拘束器の外側にあることを確認します。
4. 動物が確保されたら、加熱されたステージにホルダーを置きます。オクルージョン カフを尾のベースにスライドさせ、オクルージョン カフのすぐ後ろに VPR カフをスライドします。2つの袖口の間に1-2ミリメートルのスペースを残します。マウス用のオクルージョン カフと VPR カフ サイズを使用する場合は、プラスチックチューブのストリップを使用して固定できます。
5. 袖口をオンにした後、動物の尾が動きすぎないようにステージにテープで留め、テープを貼ります。尾を約32〜34°Cまで温め、尾を通る血管拡張とその後の血流を促進します。
6. セットアップが完了し、テールが十分に暖かくなったら、データ取得を開始します。血圧が測定されている間に、動物が実質的に拘束内で動く場合は注意してください。測定全体を通してカフを同じ位置に保つようにしてください。袖口が尾を下に滑り落ちる場合、または動物が拘束器の内側に移動する場合は、[一時停止] ボタンを押して、進行中の実行が完了したら、カフス/動物を再設定します。このプロセス全体を通じて、穏やかな環境を維持します。
7. 血圧データが期待どおりに取得されていることを確認します。必要に応じて測定を繰り返します。複数の試行が推奨されます (通常は 20 ~ 40 の測定値)。
8. データが収集されたら、測定値を保存して詳細な分析を行います。ホルダーから動物を取り出し、ケージに戻します。加熱されたステージと血圧システムをオフにし、動物と接触していたすべての表面をきれいにします。

非侵襲的な血圧系を用いてげっ歯類の血圧を取ることから得られる典型的なグラフを図1に示す。グラフには、VPR センサー用とオクルージョン カフ用の 2 つの曲線があります。VPRセンサ曲線の変曲点は、図1に示すように収縮期血圧と拡張期血圧が決定される場所である。この測定値がシステムで受け入れ可能と見なされるかどうかを伝える状況が図の下部に示されます。許容可能な測定値を得るために、血圧は試験ごとに複数回取られる。

図 1.非侵襲的測定システムによって得られる収縮期および拡張期血圧。

図 2.収縮期および拡張期血圧のスクリーンショット。

ヒトのための市販のカフの場合、血圧測定の結果は、図2に示すように画面上に出力される。ユーザーは、この技術を使用して収縮期および拡張期血圧の測定値を見ることができます。血圧を複数回取ることができるので、結果は収集されたデータの平均を出力します。

家庭での使用に利用できる市販のカフスと動物研究のための非侵襲的な方法の両方が自動化された技術を利用する。センサーを使用して血流の変化を追跡することにより、アルゴリズムは収縮期および拡張期の圧力を検出し、これらの結果をユーザーに伝える。技術的には似ていますが、注意すべき2つの測定技術にはいくつかの重要な違いがあります。ヒトの被験者に血圧を取るとき、被験者が拘束されず、かなり快適であるため、環境は典型的に緩和される。逆に、動物は拘束または麻酔を受けなければならない。拘束は動物を不安にさせ、血圧の測定値を高く歪めることができるのに対し、麻酔は低体温症や血管収縮につながり、信頼性の高い測定を獲得するのがさらに難しくなる。だからこそ、穏やかで薄暗い環境の中で、驚くほどの騒音を伴わなく保つことができる意識的な動物のげっ歯類の血圧を得ることが好ましいのです。加熱による血管拡張は、げっ歯類が尾を通る血流を促進するために血圧を測定しているときにも使用されます。データを取得する前に動物をホルダーとカフスに順応させることは、不快感を軽減し、より正確な結果の収集を可能にするのに役立ちます。また、ユーザーが複数日に同じ動物から測定値を収集している場合、結果は毎日ほぼ同じ時間に取得した場合、より有意義になります。

ユーザーフレンドリーでコンパクトなカフで血圧測定を行うことができることは、患者が自分の都合の良いときに血圧を監視することができるので、患者にとって非常に便利なツールです。しかし、市販の血圧カフは、臨床的に得られた測定値を置き換えるものではありません。むしろこれらの袖口は患者が訪問の間に彼らの全身血圧を監視するのを助けることを意図している。市販のカフスも騒音の影響を受け、常に正確な結果を収集するとは限りません。同様に、げっ歯類の血圧の非侵襲的な測定値も、特に動物が動くとき、騒がしい。そのため、これらのシステムのデータを見る際には慎重に行う必要があります。

携帯用非侵襲的な血圧の測定方法はさまざまな適用のために有用である。市販のカフスは、高血圧患者が診療所への訪問の間に自分の健康を監視することを可能にする。この方法は、患者が自分のライフスタイルが血圧に与える直接的な影響を見ることができるので、彼らの食事と運動の決定をより意識するのに役立ちます。市販の袖口はまた、妊娠中の女性が妊娠の最後の数ヶ月で血圧を追跡するのに役立ちます。妊娠中の女性は子癇前症を発症する危険性がある。したがって、これらの女性は、妊娠の後半の間にこの状態の危険にさらされているかどうかを知ることが重要です。ポータブルカフを使用すると、これらの女性は、赤ちゃんが生まれる前に重要な数ヶ月で血圧を追跡するのに役立ちます。

動物の使用のために、非侵襲的な血圧の測定は研究目的、特に心血管の健康に関するもののために貴重である。げっ歯類の高血圧を誘発するような処置や研究の後に動物の血圧を取ることは、動物の健康にこれらの行動の影響を示すことができる。他の侵襲的な技術はより一貫したデータを提供できるが、尾カフシステムの非侵襲的な性質は、心血管疾患の動物モデルを使用する人にとって魅力的な方法である。