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LA PRESSIONE ARTERIOSA.

IL PUNTO DI VISTA DEL METROLOGO

Gianfranco Molinar Min BecietI.N.RI.M. (IMGC-CNR)

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INDICE DELLA MONOGRAFIA

LA PRESSIONE ARTERIOSA.

IL PUNTO DI VISTA DEL METROLOGO

Introduzione

1. Significato delle misure della pressione arteriosa

2. Cenni storici sui primi metodi meccanici di misurazione diretta della pressione

3. Altri metodi per la misurazione diretta della pressione arteriosa

4. Metodi indiretti per la misurazione della pressione arteriosa

5. Problemi metrologici relativi alla misurazione della pressione arteriosa

Conclusioni

Bibliografia

APPENDICE I

COME SI MISURA LA PRESSIONE ARTERIOSA CON UNO SFIGMOMANOMETRO

APPENDICE II

CAMPIONI PRIMARI IMPIEGATI PER LA TARATURA DEI MISURATORI DI PRESSIONE

ARTERIOSA (DIRETTI E INDIRETTI)

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INTRODUZIONE

L'ipertensione è sicuramente considerata la malattia del secolo per l'uomo; per questo motivo inmolti paesi si fanno sforzi continui di ricerca, in particolare nel settore farmacologico. I medicisono concordi nel ritenere che è importante rendersi conto in anticipo dell'insorgere della malattia.Fra i metodi efficaci per individuare preventivamente gli stati ipertensivi vi è certamente quello delcontrollo individuale della pressione arteriosa, al fine di seguire l'evolversi delle variazioni dellapressione e poter quindi fornire al proprio medico un insieme di misure dalle quali sia poi più facilericavare una efficace diagnosi.

In questa monografia si vuole portare un contributo di informazione sui problemi legati alla misuradella pressione arteriosa dell'uomo, guardando alla necessità sia del paziente (misure frequenti fatteda solo, con strumenti facili e affidabili), sia del medico (utilizzo di apparecchi moderni e precisi,specie per casi patologici complessi).

Nel seguito verranno descritti i principali metodi di misurazione della pressione arteriosa nell'uomoe a partire da questi dati si svilupperanno alcune riflessioni legate ai principali problemimetrologici (unità di misura, taratura degli strumenti, nuovi strumenti,... ), che si colleganodirettamente alle esigenze del medico, inteso come utilizzatore di queste misure per diagnosticarecause-effetti, ed ovviamente proporre rimedi agli eventuali stati patologici che si sono individuati.

Per evitare equivoci, di seguito sono elencati alcuni punti-definizione relativi ai problemi chevogliamo affrontare.

1. SIGNIFICATO DELLA MISURA DELLA PRESSIONE ARTERIOSA

Si tratta sempre di una misura relativa alla pressione atmosferica; tutti gli strumenti diretti oindiretti hanno una indicazione di zero pari al valore della pressione atmosferica. Pertanto unapressione arteriosa di 100 mm Hg (13,332 kPa) equivale ad una pressione di 100 mm Hg superiorealla pressione atmosferica. La taratura della strumentazione dovrà pertanto essere fatta incondizioni relative (cioè riferite alla pressione atmosferica).

PRESSIONE ARTERIOSA

E' la pressione che si esercita nelle arterie, per compressione del sangue a seguito delle azioniventricolari nel cuore e per azione della muscolatura.

Si può paragonare il sistema circolatorio del sangue ad un impianto in pressione dinamica, inquanto la pressione arteriosa non è costante né in condizioni istantanee (pressione sistolica odiastolica) né in tempi più lunghi (variazione della pressione arteriosa per invecchiamento dellostato elastico delle arterie, oppure per problemi cardiaci).

PRESSIONE DIASTOLICA (MINIMA)

E' il valore istantaneo assunto dalla pressione esistente nelle arterie al momento della "diastole",cioè fra due contrazioni cardiache.

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PRESSIONE SISTOLICA (MASSIMA)

E' il valore istantaneo assunto dalla pressione esistente nelle arterie al momento della "sistole"cardiaca, cioè al momento della contrazione ventricolare. I valori medi di queste pressioni varianonell'uomo in funzione dell'età e del sesso (Fig. 1-l).

UNITA' DI MISURA DELLA PRESSIONE ARTERIOSA

Le unità di misura di pressione nel Sistema Internazionale (SI) sono il pascal (Pa) ed i suoimultipli, il bar ed i suoi multipli, mentre l’unità utilizzata per le misure di pressione arteriosa è ilmillimetro di mercurio ( mmHg ) che, pur non essendo una unità coerente del SistemaInternazionale, è tollerata solo ed esclusivamente per le misure di pressione arteriosa.

Fig. 1.1Valori medi e normali dellapressione arteriosa (diastolicae sistolica) negli esseri umani infunzione dell’età e del sesso.

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1 Pa = 1 N/m2, unità di misura SI della pressione1

1 mmHg = 1 torr2 = 133,322 Pa = 1,33322 mbar

1 bar = 105 Pa, nome e simbolo speciale autorizzato in quanto multiplo decimale dell’unità SI pascal1 mbar = 100 Pa = 1 hPa

L’unità di misura in mmHg (Direttiva CEE n°80/181, Decreto Presidente della Repubblica n°802del 12/08/82 e legge n° 473 del 28/10/1988), solo per la misura della pressione arteriosa, è ancoratollerata come unità e come nome ammesso unicamente nel settore specifico delle applicazioni perla misura di pressione arteriosa.

Sarebbe estremamente arduo e difficile abituarci ad utilizzare le nuove unità di misura in Pascal okPa o hPa (Tabella 1/1), intendendo ad esempio che una pressione arteriosa di 15 kPa (circa113 mmHg) è un valore accettabile di pressione sistolica per un giovane di 18 anni. Bisognerebbeabituarsi anche a strumenti di misura con fondo scala di 40 kPa (circa 300 mm Hg).E’ pertanto comprensibile che solo per questo settore si siano cercate soluzioni che mantengonol’unità di misura in mmHg in quanto essa è utilizzata in tutto il mondo per la misura della pressionearteriosa.

TABELLA 1/1

Conversione fra le unità di misura mmHg – kPa - mbar nell’intervallo tipico

della strumentazione per la misura della pressione arteriosa

mm Hg kPa mbar

10 1,333 3,332

20 2,666 26,664

30 4,000 39,997

40 5,333 53,329

50 6,666 66,661

100 13,332 133,322

150 19,998 199,983

200 26,664 266,664

250 33,331 333,305

300 39,997 399,966

1 Il nome dell’ unità di misura della pressione nel Sistema internazionale (S.I.) per la pressione è il Pascal (Pa). Si tratta

di una unità molto piccola, 1 Pa è infatti circa 1• 10 –5 volte il valore della pressione atmosferica. Questa unità di

misura prende il nome dal filosofo e matematico francese Blaise Pascal (1623 – 1662)

2 L’unità di misura torr = 1mm Hg prende il nome dal matematico e fisico italiano Evangelista Torricelli (1608 – 1647),

inventore del barometro a mercurio.

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2. CENNI STORICI SUI PRIMI METODI MECCANICI DI MISURAZIONE

DIRETTA DELLA PRESSIONE ARTERIOSA

Le misure di pressione arteriosa entrarono nella pratica medica in modo completo solo dal 1890 inavanti. Furono dunque necessari quasi 150 anni di lavoro per migliorare la strumentazione, daquando nel 1733 il reverendo Stephen Hales (botanico, teologo, astronomo e fisiologo inglese,1677-1761) compì la prima misurazione della pressione arteriosa su un animale.

E' curioso il fatto che né i Greci né i Romani, pur disponendo di una notevole pratica tecnica nelleopere idrauliche, non avessero compreso appieno il concetto di pressione; d'altra parte ancheall'epoca della Scuola Galileiana nessuno era in grado di intuire l'esistenza e l'importanza dellapressione arteriosa nella pratica medica, pur avendo gli studiosi compreso il significato fisico dellapressione atmosferica ed avendo così posto le basi di partenza per tutte le misure di pressione.

Nemmeno William Harvey (medico e anatomista inglese, 1578-1657), che per primo nel 1628descrisse il meccanismo della circolazione del sangue, fu in grado di spiegare l'origine dellapressione arteriosa e quindi la ragione di fondo legata alla “forza” che permette la circolazionesanguigna.

L'unico dato di partenza sicuro è l'esperimento del reverendo Stephen Hales (1733), il quale misuròla pressione arteriosa di una cavalla non anestetizzata per mezzo di una colonna di ottone e vetrodirettamente inserita in una arteria /1/, così come rappresentato nella stampa di Figura 2-1. Halesera a conoscenza delle esperienze di Evangelista Torricelli con colonne a liquido (nel caso inoggetto, di sangue) come metodo per misurare le pressioni.

Hales notò anche che il livello del sangue nella colonna non era costante ma variava in funzionedelle pulsazioni; egli definì come valore medio della pressione arteriosa del cavallo una altezza diliquido di 9 piedi e 6 pollici (2897 mm di colonna di sangue).

Fig. 2.11733, Inghilterra. Il ReverendoStephen Hales (1677-1761) misurala pressione arteriosa in unacavalla.La misura fu fatta con un tubo diottone e vetro di 4,2 mm didiametro.Hales notò che il livello del sanguenella colonna non era costante mavariava in funzione dellepulsazioni.(Figura estratta da /2/ con ilpermesso della Statham MedicalInc.)

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Come si vede, egli fu costretto ad usare una colonna molto alta (3,5 m); se egli avesse potutoipoteticamente usare un tubo pieno di mercurio avremmo avuto una misura di pressione arteriosapari a 106,5 mm Hg (14,199 kPa) (calcolata utilizzando come massa volumica del mercurio ilvalore 13,6x103 kg/m3, massa volumica del sangue circa lxl03 kg/m3 ), ed una altezza del mercurionella colonna di 106,5 mm. E’ di interesse notare che il reverendo anglicano Hales era persona digrande esperienza scientifica, realizzatore di numerosi strumenti di misura (termometri per altetemperature, misuratori di profondità marine, strumenti per la biologia e medicina) e membro dal1718 della Royal Society. Egli dal 1709 fino alla sua morte nel 1761 fu il curato di Teddington(cittadina vicino a Londra), oggi sede del National Physical Laboratori (NPL), cioè l’Istitutometrologico del Regno Unito.

La ragione per cui storicamente la pressione arteriosa così come la pressione atmosferica, è statamisurata fin dall’inizio in mmHg, è dovuta al fatto che gli sviluppi della strumentazione,variamente perfezionati, si basavano tutti sull'uso di un tubo o colonna di mercurio, il cui dislivello,e quindi una misura di lunghezza su una scala, corrispondeva alla misura di pressione.Un esempio è dato dal manometro di Ludwig, nel quale, come risulta dalla Figura 2-2, venivaregistrato in continuità il livello di mercurio nella colonna.

Il sangue in pressione prelevato dalle arterie veniva introdotto dal punto (d); il valore dellapressione risultava dal dislivello registrato nel tubo ad U moltiplicato per due perché, in effetti, lostrumento misura lo spostamento in un solo ramo del tubo.

Strumenti del tipo sopraindicato trovarono larga applicazione, fino a che Ludwig stesso nondimostrò che le altezze delle oscillazioni nel tubo a U non rappresentavano le pressioni sistolica ediastolica in quanto esse consistono in picchi di pressione raggiunti in un tempo rapido; il suomanometro a mercurio, a causa della sua inerzia e degli attriti, non era quindi in grado di seguirequesti picchi.

Fig. 2.2Manometro a mercurio di Ludwig(1877) per la registrazione dellapressione arteriosa(Figura ridisegnata e estratta da /2/).

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Da ciò si dedusse che la pressione sistolica indicata da un tubo a U è sempre inferiore allapressione vera, mentre quella diastolica misurata è sempre superiore a quella vera.

Questi difetti di funzionamento, oltre a dare il via alla ricerca di nuovi misuratori di pressionearteriosa capaci di tempi di risposta rapidi, permisero l'approfondimento del concetto di pressionearteriosa media.

Mentre gli errori assoluti delle indicazioni della pressione sistolica (p.s.) e diastolica (p.d.) conmisurazione con tubi a U esistenti nell'ottocento potevano essere anche superiori a 10 mm Hg,l'errore che si commetteva nel definire la pressione media era di soli 4 mm Hg purché la pressionemedia fosse definita non come media di p.s. e p.d. bensì ottenuta con un procedimento diintegrazione sull'intero ciclo di pressione per un tempo di qualche minuto.

A seguito di queste misure si dimostrò che la pressione media dipende dalle modalità dieffettuazione del ciclo di pressione; (queste considerazioni furono poi confermatesperimentalmente negli anni successivi, quando si dispose di misuratori più precisi di quelli acolonna di mercurio e con tempi di risposta più rapidi).

Ricordiamo qui di seguito alcuni sviluppi dei sistemi meccanici per la misurazione diretta dellapressione arteriosa, e in particolare:

a) Marey - Chaveau (1861 /5/)

Principio: deformazione meccanica in funzione della pressione di una membrana di gomma collegata ad un catetere metallicoLimiti: necessità di taratura (gli inventori la effettuarono per immersione a vari livelli in acqua), tempi risposta 5 ms.

b) Fick (1864 /6/)

Principio: deformazione di un tubo metallico a pareti sottili con forma a C e sezione ellittica

Limiti: scarsa ripetibilità.

Questo strumento largamente usato ancora oggi (più con capsule e membrane) per la misurazioneindiretta della pressione arteriosa, fu inventato nel 1853 da Bourdon, anche se ci sono state variequestioni brevettuali con Schinz, un ingegnere svizzero che rivendicò a sé il brevetto già dal 1849.

Già questi strumenti permisero di mettere in evidenza l'esistenza di svariate oscillazioni nel ciclocardiaco ( dicroismo ), che furono poi verificate sperimentalmente.Coloro che credevano che esse dipendessero dagli strumenti di misurazione furono smentiti daLandois (1872) nei cui diagrammi, ottenuti direttamente con il sangue che usciva dall'arteria efiniva su un registratore a carta, si distinguevano chiaramente la pressione sistolica, quelladiastolica e le oscillazioni dicrotiche ( bipulsazioni sistoliche ).

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C) Golz - Gaule (1878 /7/)

Principio : variazione del dislivello di mercurio in un tubo ad U munito di interruttori di apertura e/o chiusura per rilevare con precisione la pressione sistolica e diastolica e le pulsazioni di pressione.

Alla fine del XIX secolo gli strumenti meccanici per misurare la pressione arteriosa raggiunsero illoro massimo perfezionamento. Loro limiti erano la non totale attendibilità della misura, quando sivolesse impiegarli per investigare la dinamica del sistema cardiovascolare; loro pregi principalierano il basso costo, e la facilità con cui si poteva già compiere la loro taratura.

Era comunque chiaro che in futuro si sarebbero resi necessari strumenti con alta frequenza propria,adeguato smorzamento e elevata precisione assoluta nella misura della pressione sistolica ediastolica e dei fenomeni transitori del sistema vascolare.

I primi sviluppi della strumentazione per la misurazione della pressione arteriosa si ebberostoricamente con strumenti di tipo diretto, ma verso la fine del secolo già si cominciò a pensare astrumenti di tipo indiretto.

Fig. 2.3Manometro di Fick. (Figuraestratta e ridisegnata da /2/)

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3. ALTRI METODI PER LA MISURAZIONE DIRETTA DELLA

PRESSIONE ARTERIOSA.

Si indicano qui di seguito, senza entrare troppo nei dettagli (chi fosse interessato veda /8/), iprincipi di funzionamento ed i limiti dei trasduttori di pressione arteriosa per misurazioni dirette,così come si sono sviluppati a partire dal 1900 fino ai giorni nostri; tutti i metodi illustrati sono statiproposti con lo scopo di migliorare i tempi di risposta degli strumenti e di effettuare la misurazionecon elevata precisione e buona ripetibilità.

3.1 SISTEMI OTTICO - MECCANICI

Furono sviluppati da Frank (1903) /9/, il quale studiò anche a fondo le leggi fisiche che regolano ingenerale questi trasduttori di pressione.

Egli dimostrò che si può ottenere un tempo di risposta rapido in un trasduttore per la misurazionedella pressione arteriosa se il sistema catetere-manometro ha una alta frequenza propria (naturale)fn data da:

fn =

!

1

2"

K

M

K = costante elastica (di rigidità) del sistema;

M = massa delle parti mobili del sistema.

Per ottenere una frequenza propria fn alta bisogna quindi diminuire le masse mobili M, e aumentareil più possibile la rigidità K del sistema, senza però arrivare a scelte eccessive che limiterebbero lasensibilità del sistema stesso.

I sistemi che Frank realizzò erano praticamente delle membrane, il cui movimento avveniva pereffetto della pressione applicata. Questo movimento veniva trasmesso ad uno specchio su cuiincideva un raggio luminoso.

La rotazione dello specchio faceva variare l'angolo di incidenza del raggio riflesso, la cui immaginepoteva essere registrata su pellicola fotografica.

Questi sistemi furono successivamente perfezionati (Wiggers 1924 /10/, Hamilton 1934 /11/) sianella scelta dei materiali (ottone, vetro, ...) costituenti la membrana, sia nel progetto per ottenerefrequenze elevate ed alte sensibilità.

I limiti di questi strumenti sono: le necessarie regolazioni di ottica fine, il lungo spazio per ilcammino ottico per ottenere elevate sensibilità, l'influenza delle vibrazioni, la necessità di unacomplessa elaborazione dei dati a seguito delle misure. Questi strumenti, pur avendo avuto unalarga diffusione, sono ora poco utilizzati.

3.2 SISTEMI ELETTROLITICI

Il primo strumento di questo tipo risale a Grunbaum 1898 /12/; esso consiste in una capsulacilindrica (3 mm di diametro) montata su un catetere.Da un lato della capsula vi è una membrana di gomma con incollato un elettrodo mobile; in

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prossimità della membrana è montato l'elettrodo fisso; fra i due elettrodi vi è del solfato di zinco.La pressione del sangue deflette la membrana di gomma e avvicina fra loro gli elettrodi; diconseguenza varia la resistenza elettrica tra di essi e, poiché la variazione di distanza è funzionedella pressione applicata, la misura della pressione è ricondotta a quella di una resistenza elettrica.

Il sistema elettrolitico può essere collegato a ponte di Wheatstone con tre resistenze fisse, per cui lamisura viene fatta in effetti su un segnale di sbilanciamento del ponte stesso. Anche questostrumento subì vari perfezionamenti (Garten 1916 /13/, Schutz 1931 /4/, Wagner 1932 /15/)arrivando a caratteristiche di elevata linearità fra 20 e 200 mm Hg con f = 700 Hz in aria e f = 200Hz in liquidi.

Il limite maggiore dello strumento era l'instabilità dovuta alle variazioni di composizione chimicadella sostanza posta fra gli elettrodi, per cui queste apparecchiature, pur se molto usate in passato,non riscuotono più molto successo. E' utile però citare in questa rassegna questi strumenti perchéfurono i primi in cui si operò una conversione della pressione di misura (grandezza meccanica) inuna grandezza elettrica.

3.3 SISTEMI OTTICO - ELETTRICI

Sono in effetti dei trasduttori fotoelettrici (Rein 1940 /16/) dove il segnale di uscita di unafotocellula è messo in relazione con la pressione che agisce su una membrana di varie forme (otubo) posta tra la sorgente di luce e la fotocellula stessa.

Questo sistema è lineare e molto sensibile, essendo fn = 40 Hz, però ha tutti i difetti già elencati peri sistemi ottici.

La strumentazione più recente (Clark 1965 /17/) fa uso di fibre ottiche ed offre il grande vantaggiodi una elevata sensibilità, con fn di circa 1000 Hz.

3.4 SISTEMI CAPACITIVI

Furono sviluppati inizialmente da Schutz 1937 /18/; il principio di funzionamento è quello dimisurare una variazione di capacità fra due armature (una fissa e l'altra mobile) in funzione dellapressione del sangue che è applicata sulla armatura mobile. Sviluppi si ebbero da parte di Lilly(1947 /19/) con risultati eccellenti (fn di circa 600 Hz). Questi apparecchi hanno avuto un discretosuccesso, specie per le loro possibilità di estrema miniaturizzazione, tant'è che ad essi si apportanoancora oggi continui miglioramenti costruttivi /20/ e sono molto impiegati nella modernastrumentazione di misura di tipo clinico ospedaliero.I limiti di questi strumenti sono la necessità di una elettronica sofisticata ed una elevata instabilitàtermica, oggi però superati dalla miniaturizzazione e dalla nuova tecnologia (silicio micro lavoratoo sensori a semiconduttori).Questi trasduttori di pressione trovano larghissime applicazioni per misurazioni di pressionetradizionali, specie per intervalli di pressione prossimi alla pressione atmosferica.

3.5 SISTEMI AD ESTENSIMETRI ELETTRICI A RESISTENZA (STRAIN GAGES)

Risale al 1856 l'esperienza di Lord Kelvin che dimostrò che un filo di materiale opportunosottoposto a sollecitazioni di tipo meccanico varia la sua resistenza elettrica. Nel 1942 Simmonds/21/ brevettò lo “strain gage” (estensimetro elettrico a resistenza), consistente in una piastrina difilo (NiCr, manganina, costantana, ...) che può essere incollata con particolari adesivi su unastruttura meccanica.

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La pressione agendo sulla struttura meccanica (in genere una membrana) fa variare la resistenzaelettrica dello strain gage; se sulla membrana sono incollati più estensimetri a ponte, si può risalirealla misura della pressione dall'analisi delle tensioni di squilibrio del ponte utilizzato.

L'uso di queste tecniche per la misurazione della pressione del sangue si è molto sviluppato inquanto questi strumenti hanno generalmente buone caratteristiche metrologiche; in generale /22/ latecnica degli estensimetri elettrici a resistenza ha trovato grandi applicazioni sia per l'analisi dellesollecitazioni sia nel settore dei trasduttori di forza e di pressione (Fig. 3-l).

Nel 1964 Angelakos /23/ utilizzò per primo il fatto che un semiconduttore (silicio) ha un “gagefactor” ((R/R)/(L/L)) di circa 65 volte più grande di quello dei tradizionali estensimetri. Egli costruìun trasduttore di pressione con catetere e membrana elastica accoppiata a 4 sottili sbarrette disilicio, perfezionando il suo strumento fino ad ottenere una elevata risoluzione di 0,2 mV/mm Hg.

Questa esperienza non solo permise il miglioramento delle caratteristiche dei trasduttori a straingage, ma segnò anche l'inizio della realizzazione di trasduttori a semiconduttore, i quali oggipossono essere miniaturizzati al punto da realizzare delle sonde cateteriche dirette, cioè deimisuratori di presisone inseriti all’interno di un ago che può essere inserito direttamente nellaarteria di un paziente.

Fig. 3.1Trasduttore per la misuradella pressione del sanguead esten-simetri elettrici aresistenza del tipo nonincollati(Statham Oxnard, Cal.USA).(Figura estratta da /2/ con ilpermesso della StathamMedical Inc.)

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3.6 SISTEMI INDUTTIVI

Consistono in trasduttori, miniaturizzabili, nei quali il movimento di una membrana su cui agisce ilsangue in pressione sposta un’astina, che è il nucleo di un trasformatore differenziale, il cui segnaledi uscita è quindi funzione della pressione applicata.

Particolare sviluppo ebbero questi sistemi quando Schaevitz (1947) /24/ li impiegò e li affinò per lemisure di piccoli spostamenti meccanici con frequenza di risonanza attorno ai 600 Hz; in seguitoLaurens (1959) /25/ arrivò a sistemi con frequenza di risonanza attorno ai 5000 Hz. Questi sistemioffrono il vantaggio di essere poco influenzabili dalle variazioni termiche nel campo di temperaturadei sistemi biologici.

A conclusione di questa breve escursione fra i principali misuratori diretti della pressione arteriosa,rimandiamo alla Fig. 3-2 che riporta, in funzione del tempo, gli sviluppi di questi trasduttori dalpunto di vista dell'abbassamento del volume di spostamento e dall'aumento della frequenza dirisonanza.

4. METODI INDIRETTI PER LA MISURAZIONE DELLA PRESSIONE ARTERIOSA

Si può avere una rozza idea della pressione del sangue se si riesce a misurare la forza necessaria percomprimere completamente una arteria superficiale fino ad arrivare alla cessazione del battito.

Questo primitivo metodo di misura, utilizzato fino al 1900, ovviamente non poteva fornire datimolto precisi e ripetibili sia perché la misura è effettuata in modo indiretto sia per l'interventodell'operatore con gli errori indotti anche dalle sue valutazioni.

Uno dei primi ricercatori che pensò di utilizzare una contropressione misurabile per occludere unaarteria ed arrivare così alla misura della pressione arteriosa tramite la misura di questacontropressione fu Von Basch (1876), che sviluppò lo strumento indicato in Fig. 4-1.

Fig. 3.2Evoluzione storica deimisuratori diretti dipressione arteriosa intermini di volume dispostamento (!) e difrequenza dirisonanza (x).

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Una sacca piena di fluido (acqua in fig. 4-1A e aria in fig. 4-1B) viene compressa sopra ad unazona vicina ad una arteria fino ad interrompere la circolazione del sangue, condizione che siverifica con la interruzione del battito arteriale. La pressione corrispondente, indicata dallostrumento, è la pressione sistolica (massima).

Contemporaneamente a quello descritto, furono sviluppati altri metodi di misurazioneutilizzanti

tecniche diverse, quali, ad esempio, l'introduzione di un braccio intero in un cilindro pieno d'acqua

nel quale la pressione poteva essere variata con una pompa (Marey, 1876 /26/), oppure infilando un

dito solo in una sacca di gomma piena d'aria compressa, in comunicazione con un tubo ad U di

mercurio per la misurazione della pressione (Hurtle, 1896 /2/).

Questi primi strumenti basati sulla misurazione della pressione fatta al momento della scomparsa

del battito di un arteria in seguito ad una compressione che la serra, permisero di vedere

sperimentalmente durante la misurazione le oscillazioni di pressione, la cui ampiezza era variabile

con il valore della contropressione stessa.

Già con questi strumenti i medici esperti erano in grado di misurare la pressione sistolica con una

incertezza di misura vicina a 20 mmHg (2,6 kPa).

L'affinamento di questi strumenti, così come si affinò la tecnica palpatoria dell'arteria da parte delmedico in funzione delle oscillazioni del battito, permise di misurare anche la pressione diastolica,

però con una accuratezza peggiore che non nel caso della misurazione della pressione sistolica.

Altro importante sfigmomanometro3 a manichetta fu quello ideato nel 1896 in Italia dal medico

piemontese Prof. Riva-Rocci /28/ (Fig. 4-2) che, molto perfezionato nella manichetta e nellostrumento di misurazione (colonna di liquido o manometro a molla di Bourdon), è ancoralargamente utilizzato oggi dai medici.

3 Sfigmomanometro = misuratore della pressione arteriosa. Dal greco Sphygmos = Pulsazione;

manos = raro nel senso di sottile e fluido; metron = misura.

Fig. 4.1Sfigmomanometri diVon Basch (1876)

A - riempimento diliquido

B - riempimento d’aria

(Figura estratta eridisegnata da /2/)

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Questo strumento di misura è sicuramente quello che aprì la strada ad un largo utilizzo dello stessonella pratica medica (ancora oggi largamente impiegato) e poi successivamente da parte dei singolipazienti.

La misurazione è fatta al momento della occlusione e al momento della ricomparsa del battito, cosìcome descritto nell'appendice I.

Per quanto riguarda il metodo palpatorio dell'arteria, si riporta quello della American HeartAssociation (1951):

“I battiti del paziente vanno ascoltati con attenzione specie per la regolarità. La pressione della

manichetta deve salire di circa 30 mm Hg oltre al punto in cui scompare il battito. La pressione

deve quindi essere ridotta lentamente (23 mm Hg per battito). Il ritorno di un apprezzabile battito

in condizioni di regolarità (ampiezza e frequenza) deve essere apprezzato come preliminare misura

della pressione sistolica” (vedi appendice I per maggiori dettagli).

Ovviamente il metodo palpatorio è limitato dal fatto che richiede una notevole sensibilità tattile;uno studio di Van Bergen (1954) /29/ dimostra che la pressione sistolica misurata col metodopalpatorio può anche essere fino a 20 mm Hg più bassa del suo valore reale per una pressionenominale di 120 mm Hg. Si possono evitare questi errori usando stetoscopi, con i quali i mediciben addestrati riescono anche a percepire la pressione diastolica (Segall 1940 /30/), e strumenti cheforniscono il completo segnale di pressione.Gli errori che si possono commettere, dovuti al metodo palpatorio, senza tener conto quindi deglierrori di indicazione degli strumenti, possono essere anche di 5 mm Hg nel caso di misurazionifatte da personale particolarmente specializzato in questo tipo di misure.

Fig. 4.2Sfigmomanometro di Riva-Rocci (1896)

A - a colonna di mercurio

B - a molla di Bourdon

(Figura estratta e ridisegnata da/2/)

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Per questo tipo di pratica nella effettuazione della misura bisogna fare molta attenzione a come si“monta” la manichetta e dove si posiziona lo stetoscopio. Questi errori possono essere molto piùgrandi del possibile errore di taratura dello strumento di misura vero e proprio.

Oltre al metodo palpatorio per la determinazione dell'esatto momento in cui si misura una pressionesistolica o diastolica citiamo brevemente anche i seguenti:

- metodo tonometrico (variazione del colore delle membra per occlusione); poco usato oggi;

- metodo oscillometrico (amplificazione e registrazione del battito, con l'uso anche di trasduttori di tipo capacitivo e piezoelettrici);

- metodo ad ultrasuoni (trasmettitore e ricevitore ad ultrasuoni a 8 MHz che permette di mettere in relazione la velocità di propagazione dell'onda con la occlusione della cavità arteriale).

Abbiamo già visto che i metodi di misura indiretta per la misura della pressione arteriosa in largaparte sono basati sul metodo:

- di Riva-Rocci con ascultazione dei suoni di Koroktoff (fenomeno che inizia alla sistolee finisce alla diastole);

- Oscillometrico (basato sulla misura della pressione oscillante fra sistolica e diastolica,per mezzo di misure che legano i tempi di transito sull’onda di pressione).

Il secondo metodo di misura ha permesso (anche se per esso è necessario fare una specie di“istruzione” preliminare in modo da legare il valore assoluto di pressione) una larga diffusione didispositivi automatici o semiautomatici per la misura della pressione arteriosa.

In alcuni casi si parla di “orologi” per la misura della pressione arteriosa, e spesso questi strumentisi avvalgono di sofisticate tecniche elettroniche (di memorizzazione dei dati, logiche di misurecontrollate statisticamente,…) e il loro prezzo è generalmente basso.

Prove effettuate presso istituti specializzati, in varie parti del mondo, hanno messo in evidenza lapossibilità di utilizzo di questi strumenti senza errori di misura elevati.

Concludiamo questa parte sui misuratori indiretti di pressione arteriosa dicendo che attualmente imetodi più impiegati dai medici per la misurazione della pressione arteriosa indiretta (sistolica odiastolica) sono a manichetta con manometro di Bourdon o sensori di vario tipo (semiconduttori,...)oppure a colonna di mercurio.

Quest'ultimo è generalmente più preciso di quelli a molla di Bourdon (dal punto di vista delmisuratore in questione).

Gli errori di questi strumenti possono essere anche di 5 mm Hg, senza contare gli errori dovuti almetodo di auscultazione del medico, più quelli che insorgono nel paziente dovuti a cause spessoanche psicologiche legate all'ansia nella misurazione di pressione arteriosa.

Esistono però norme internazionali (ad esempio OILM n° 16) e nazionali che prevedono che lostrumento di misura deve al massimo avere un errore di indicazione non superiore a 3 mm Hg.

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Per esperienze di taratura negli ultimi venti anni di questa strumentazione presso il CNR-IMGC sipuò affermare che nella stragrande maggioranza dei casi gli strumenti di misura della pressionearteriosa in commercio hanno errori di indicazione inferiori a 3 mm Hg.

Il metodo auscultatorio a manichetta e a ultrasuoni è accurato entro 2 mm Hg e inoltre nonrichiede alcuna valutazione da parte del medico; ha il solo inconveniente di richiedere unostrumento piuttosto ingombrante e costoso.

Peraltro molta attività di ricerca viene continuamente sviluppata proprio in questo settore perdisporre di uno strumento indiretto che permetta di effettuare le misurazioni in continuità,risolvendo in modo automatico sia il problema della misurazione sia quello dell'auscultazione.

5. PROBLEMI METROLOGICI RELATIVI ALLA MISURAZIONE DELLA

PRESSIONE DEL SANGUE

5.1 TARATURA DEGLI STRUMENTI

Tutti gli strumenti descritti nei paragrafi precedenti, ad esclusione delle colonne di liquido, sono ditipo secondario; cioè il loro segnale di uscita, pur essendo funzione della pressione applicata, nonconsente da solo e in relazione alla definizione della pressione, di effettuarne la completa carat-terizzazione metrologica.Questi strumenti necessitano pertanto di una taratura, ossia il loro segnale di uscita va messo inrelazione con i valori di pressione misurati con strumenti detti “primari”.

Negli strumenti “primari” vi è una caratterizzazione diretta (attraverso la misura delle grandezzefondamentali del sistema SI che permettono di arrivare alla definizione della pressione) dellostrumento di misura.Questi strumenti primari permettono, attraverso una metodologia di taratura specifica per glistrumenti in taratura, la caratterizzazione autonoma in termini di unità di misura della pressionedell'informazione fornita dall'uscita del misuratore secondario.Nel campo di misura della pressione arteriosa gli strumenti primari per realizzare la grandezzafisica pressione sono di due tipi:

- colonne di liquido;

- bilance di pressione a pistone-cilindro.

Per le colonne di liquido sarà sufficiente conoscere la massa volumica (densità) del fluidoimpiegato e l'accelerazione di gravità del luogo di misura

4, e misurare le altezze del liquido per

arrivare alla determinazione del valore della pressione (Vedere appendice II).La tendenza dei principali laboratori metrologici è quella di effettuare la taratura di tutti glistrumenti misuratori della pressione del sangue utilizzando speciali bilance di pressione a pistone-cilindro impiegate per la misurazione di pressioni statiche in mezzo gassoso nel campo di misura(fino a 300 mm Hg) degli sfigmomanometri.

4 Spesso le misure sono riferite alla accelerazione di gravità normale gn = 9,80665 m/s2. In questo caso è necessario

apportare le correzioni per l’uso dello strumento primario alla accelerazione di gravità g1 del luogo in cui lo

strumento è impiegato.

18

Nelle bilance di pressione /31/ la pressione applicata alla superficie di un pistone di sezionetrasversale nota è equilibrata da una forza generata da masse pure note M, per cui in condizioni diequilibrio, la pressione vale in prima approssimazione p = (Mg1)/(Ae), dove Ae è l'area effettivadell'accoppiamento pistone-cilindro alla pressione p; essa dipende inoltre dalla temperatura diesercizio. (Vedere appendice II)/32/.

Nel campo di misura della pressione arteriosa (10-300 mm Hg) esistono bilance di pressione dalaboratorio con incertezze estese relative di 210-5 ; in commercio si trovano bilance di pressione(Maihak, Ametek, Ruska) con incertezza estesa relativa dell'ordine di qualche parte in 10-4.

In effetti una incertezza di misure della pressione pari a 1l0-3 (cioè ad esempio 0,3 mm Hg a 300mm Hg) è più che sufficiente per il controllo della taratura degli strumenti per la misurazione dellapressione arteriosa.

Ammettendo di dover effettuare una misura di pressione a 100 mm Hg, la suddetta incertezza dimisura è equivalente a 0,1 mm Hg, valore 30 volte più piccolo rispetto agli errori di indicazione digran parte di questi strumenti (e ammessi dalle normative internazionali).

Presso l'Istituto di Metrologia “G. Colonnetti” del C.N.R. di Torino l'attrezzatura disponibile per lataratura della strumentazione per la misurazione della pressione arteriosa è la seguente /32/:

TIPO DI BILANCIA DIPRESSIONE

CAMPO DI PRESSIONE(kPa)

CAMPO DI PRESSIONE(kPa)

Ametek 5÷700 2,5 x 10-4

IMGC-R-L 5÷126 2 x 10-5

La taratura viene fatta per confronto diretto fra la bilancia di pressione e lo strumento da tarare peralmeno 10 punti della scala ripetuti 3 volte, in modo da determinare oltre l'accuratezza, anche laripetibilità dello strumento di misura. E' ovviamente possibile determinare l'isteresi dello strumentoda tarare effettuando cicli di pressione per valori di pressione crescenti o decrescenti.

Per quanto riguarda i misuratori della pressione arteriosa di tipo diretto, si consiglia una taraturaannuale dello strumento; per quelli a molla di Bourdon, e generalmente per tutti gli indiretti, siconsiglia la taratura di norma ogni 6 mesi e ogni volta che si riscontrano anomalie difunzionamento (oscillazioni indice, non ritorno a 0 dell'indice, anomalia nel segnale di uscita perstrumenti ad uscita digitale in unità di pressione).

Dai riscontri effettuati presso il laboratorio alte pressioni dell’IMGC-CNR al riguardo dellecaratteristiche metrologiche degli strumenti indiretti per la misurazione della pressione arteriosa, sipuò concludere che in generale quelli a colonna di mercurio sono più accurati di quelli a molla diBourdon. Analoghe conclusioni sono state ottenute con uno studio presso l’Emit Las di Milano[40].

Dai dati ottenuti dal controllo della taratura di numerosi sfigmomanometri indiretti effettuati pressoil laboratorio Alte Pressioni dell’IMGC-CNR possiamo orientativamente riassumere che questimisuratori hanno, tipicamente, le seguenti caratteristiche metrologiche:

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RIPETIBILITA’ISTERESI(mmHg)

INCERTEZZA DI MISURA STIMATANELLA MAGGIORANZA DEI CASI

(mmHg)

Sfigmomanometro acolonna di mercurio

0,5 0,5 2

2Sfigmomanometro amolla di Bourdon(varie configurazioni)o sensori ad uscitaelettrica (digitale)

2 3 3

5.2 SCELTA DEGLI STRUMENTI E SULLE PRINCIPALI TENDENZE

ATTUALI DI RICERCA

Strumenti di tipo diretto. Sono normalmente utilizzati in cliniche ospedaliere. Sono utilizzati permisure dinamiche della pressione del sangue, dove oltre alla pressione arteriosa interessa ancheconoscere il segnale pressorio nelle sue evoluzioni temporali.

I trasduttori a strain gage o a semiconduttori sono molto utilizzati; questi strumenti sono costruiticon materiali (diaframma di acciaio inox) non corrosivi, facilmente lavabili, con basso volume diliquido, buona stabilità, effetto di linearità e isteresi dell'ordine del ± 1% del fondo scala e di normainferiori a 3 mm Hg, frequenza naturale dell'ordine dei 100 Hz, compensati in temperatura eresistenza di isolamento di 500 M!.Questi trasduttori di norma vengono alimentati a 10 V D.C. e ovviamente richiedono unostrumento di uscita, che può essere a registrazione continua analogico o digitale (normalmentesegnale massimo di uscita di circa 1 V, sensibilità di circa 1 mV/V).

Molto utilizzati sono anche i trasduttori a capacitivi e/o a circuito oscillante per le loro possibilitàdi miniaturizzazione; le loro caratteristiche metrologiche non sono molto diverse da quelle deitrasduttori a strain gage.

Strumenti di tipo indiretto. La strumentazione ad ultrasuoni usata per l'individuazione dellaocclusione e correlata col segnale di pressione è impiegata quasi esclusivamente in clinichespecializzate.

Presso i medici erano molto diffusi solo i tipi a colonna di mercurio ed a molla di Bourdon (nellesue varie configurazioni).

Ora si stanno rapidamente diffondendo anche quelli elettronici ad uscita digitale; però i medicicontinuano (e fanno bene) a preferire l’uso dei misuratori associato all’uso dello stetoscopio.

La misura della pressione arteriosa si è molto diffusa a livello di strumenti di basso costo (in generead uscita digitale) per un uso personale.Si tratta di strumenti di buon livello metrologico ma gli errori più frequenti non sono da imputarsiallo strumento di misura ma alla metodologia con cui viene effettuata la misura stessa.

Nei casi migliori gli strumenti a molla di Bourdon hanno una incertezza di 3 mm Hg, però inqualche caso si possono riscontrare anche deviazioni dell'ordine di 10 mm Hg.

20

Gli strumenti ad aneroide sono molto diffusi per la loro praticità, anche se quelli a colonna sono, seben utilizzati, più accurati.

Strumenti di questo tipo possono essere affidabili solo se si effettua la loro taratura periodicamentecome detto nel paragrafo precedente.Gli obbiettivi principali per il miglioramento di questi misuratori sono orientativamente i seguenti:

strumenti di tipo diretto

- miglioramento, miniaturizzazione e automatizzazione completa dati di uscita (già esistente oggi);

- riduzione costi;

- miglioramento delle loro caratteristiche metrologiche.

strumenti di tipo indiretto

- automatizzazione totale della misura (già esistente oggi);

- ricerca di nuovi sensori sia per la misura di pressione sia per la determinazione dei vari momenti di occlusione delle arterie (ultrasuoni,... );

- miglioramento delle loro caratteristiche metrologiche.

Nel caso della misura della pressione arteriosa il vero fondamentale obiettivo di ricerca resta quellodi realizzare uno strumento indiretto (e quindi incruento per il paziente) che permetta laregistrazione continua della pressione arteriosa.

Uno strumento del genere sarebbe estremamente utile perché potrebbe essere applicato ai pazientiper un periodo lungo (circa 15 giorni) e darebbe la possibilità ad esempio di avere una registrazionedi pressione ogni 2 minuti.

Con questo metodo, oltre alla eliminazione di una tipica sorgente di errore dovuta agli statipsicologici del paziente al momento della misurazione, si permetterebbe ai medici di correlare glieffetti della variazione di pressione arteriosa alle normali o straordinarie attività fisiche del pazienteottenute nel corso della vita normale del paziente stesso.

Le principali indagini in questo settore fino ad ora non hanno portato grossi risultati, tant'è che laricerca ha ripiegato sulla realizzazione di sistemi sempre indiretti tradizionali resi però automaticinella applicazione della pressione con sistemi a logica pneumatica, come dimostra l'interessantestudio di Lategola-Harrison (1968) /33/.

D'altra parte, anche una recente analisi fatta da Jäger 1980 /34/ sui misuratori di pressione arteriosaelettronici del tipo Riva Rocci - Korotkoff ha messo in evidenza la difficoltà di valutareaccuratamente se questi strumenti sono adatti all'esatta valutazione del segnale di pressione in ognisua evoluzione.

Certamente qui non si fa riferimento alla sola taratura del misuratore, che comunque va fatta ancheripetutamente, bensì alle correlazioni fra la occlusione dell'arteria e il metodo che si utilizza perl'esatto riferimento ai valori di pressione sisto - diastolici.

21

L'autore concorda con Jäger che asserisce necessarie altre valutazioni che potrebbero ad esempiocompiersi clinicamente, facendo uno studio sistematico di paragone fra misuratori diretti e indirettiin modo da conoscere meglio le caratteristiche di questi ultimi.

Da un punto di vista medico oltre alla pressione arteriosa sono importanti parametri da misurare siala velocità del sangue sia la portata.

Per misurare queste grandezze fisiche la ricerca si è orientata su trasduttori a ultrasuoni o del tipoelettromagnetico /35/ che sono ancora in fase di studio; è interessante notare come anche questiparametri potrebbero essere determinanti quando correlati con la pressione arteriosa, percomprendere il complesso sistema della circolazione del sangue ed i problemi medici connessi.

5.3 NORMATIVA

La normativa in questo settore è cresciuta dal 1970 in avanti. A livello nazionale, si richiamano inparticolare le norme UNI-EN-1060-1 e 1060-2 relative agli sfigmomanometri non invasivi(Requisiti generali e supplementari) che contemplano prove di tipo sugli sfigmomanometri eprevedono una incertezza massima di 3 mm Hg.

Esiste una norma legale tedesca (Deutscher Eichverlag, Anlage 15, Blutdruckmessgerate, 1975)relativa ai misuratori indiretti a colonna di mercurio e a molla di Bourdon. In questa normavengono specificati i requisiti degli strumenti in oggetto e in particolare:

- scale in mbar (oggi superata dalla possibilità di impiegare sempre e solo il mm Hg)

- ampiezza scala 0 ÷ 450 mbar

- norme di scrittura delle scale

- regole per il trasporto

- incertezza assoluta non superiore a 4 mbar.

L'esigenza di questa norma è quella di uniformare le apparecchiature di questo settore; non a casoessa è stata fatta in un paese dove esistono numerose ditte costruttrici di strumenti di misura dellapressione arteriosa.

Un'altra norma esistente è quella austriaca (Amtsblatt für das Eichwesen, 14 dic. 1977 n° 8) cheprevede la doppia scala kPa e mm Hg e che l'incertezza assoluta non deve superare 0,5 kPa (3,75mm Hg).

Si richiama inoltre la norma internazionale OIML ( Organizzazione Internazionale di MetrologiaLegale) n° 16 del febb. 1970 in quanto in essa (valida per sfigmomanometri a colonna di mercurioe ad elemento elastico) si sviluppano anche i metodi per il controllo degli strumenti a cui la normafa riferimento 36.

5.4 UNITA' DI MISURA

La tabella 1/1 permette di vedere le correlazioni fra le unità di misura mm Hg, kPa ed mbar.

Sarebbe arduo e inutile fare opera di divulgazione a livello medico delle nuove unità kPa oppurembar o hPa. La scelta, effettuata a livello internazionale, di mantenere il mm Hg è buona in quanto

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non modifica la pratica in uso per questa importante misura sulle persone.

Si è arrivati ad una decisione internazionale in questo settore per evitare equivoci e gravilimitazioni alla circolazione di strumenti, perché in quasi tutti i paesi del mondo si impiega per lemisure di pressione arteriosa l’unità di misura in mm Hg.

5.5 CURIOSITA’

Nella tabella che segue sono riportati alcuni valori di pressioni sistoliche (massime) o diastoliche(minime) in animali:

SPECIEETA’(anni) o

PESO (kg)PRESSIONE SISTOLICATIPICA (min-max)/mmHg

PRESSIONE DIASTOLICATIPICA (min-max)/mmHg

Giraffa 4 230 - 300 170 - 250Cavallo 5,5 115 - 220 80 - 140Mucca 400 kg 160 - 210 135 - 175Leone 60 kg 100 - 150 70 - 110Orso 88 kg 150 - 165 115 - 135Cane 10 kg 100 - 180 60 - 120Passero - ~180 ~140Tartaruga - 20 - 35 14 - 30Vipere 0,2 kg 50 - 60 40 - 50Rana - 35 - 50 25 - 45Pescecane 50 kg 20 - 60 15 - 30Aragosta 0,5 kg 15 - 25 5 - 15

Come si può vedere negli organismi viventi sulla terra vi è una discreta variazione dei valori dipressione arteriosa, dalla giraffa alla aragosta. Molto probabilmente gli animali preistorici (adesempio il Diplodoco e il Brachiosauro) di elevata altezza dovevano avere valori di pressionearteriosa media molto elevata della giraffa.

Il caso dell’aragosta non è sicuramente il caso di più bassa pressione, vi sono però delle difficoltàoggettive per la misura in organismi di piccole dimensioni, per non parlare di microrganismi obatteri.

Effettuando una ricerca in Internet (Motore di ricerca Alta Vista) il 14/12/1997 si è trovata laseguente documentazione di siti (ricerca effettuata in lingua inglese):

Sangue (blood) 2.916.598 siti

Pressione (pressure) 2.603.939 siti

Misura (measurement) 1.253.860 siti

la combinazione Misura+Pressione+Sangue offre la possibilità di navigare su 116.576 siti.

La stessa ricerca effettuata il 4 Settembre 2005 (motore di ricerca Yahoo in lingua inglese) producei seguenti dati:

23

Sangue (blood) 328.000.000 siti

Pressione (pressure) 294.000.000 siti

Misura (measurement) 85.900.000 siti

la combinazione Misura+Pressione+Sangue offre la possibilità di navigare su 3.520.000 siti.

Questo dato dimostra l’importanza di questo settore per la salute dell’uomo e dei riflessieconomici. Navigando nei 3.520.000 siti si trova un po’ di tutto (aziende, corsi di formazione,iniziative mediche, riflessioni, iniziative, ricerche avanzate, ...).

Una ricerca analoga (in lingua italiana) del 19/03/1998 con il termine “sfigmomanometro” hapermesso di evidenziare 20 siti (aziende, normative, iniziative di gruppi regionali, iniziative anchemetrologiche, regole per una corretta automisura della pressione arteriosa, ...). La stessa ricerca(Yahoo.it in lingua italiana) effettuata il 4 Settembre 2005 raggiunge 20.800 siti.

A parte l’ovvia diffusione oggi di internet rispetto ad 8 anni fa, si rivela comunque che questosettore è estremamente importante in quanto collegato con la salute delle persone.

6. CONCLUSIONI

Dall'esame della strumentazione esistente in questo settore emergono alcune necessità che quiriporto in elenco:

- miniaturizzazione e miglioramento delle caratteristiche metrologiche degli strumenti per una misura di tipo diretto;

- miglioramento delle caratteristiche metrologiche degli strumenti di tipo indiretto ed automatizzazione più efficace ed accurata del processo di occlusione delle arterie;

- costruzione di nuovi strumenti indiretti con misurazione continua della pressione arteriosa, che permettano al medico di seguire l’evoluzione temporale dell’onda di pressione al fine di avere maggiori informazioni (ad esempio analisi della pressione del sangue associata all'analisi semplificata delle aritmie) e correlazioni con la velocità e la portata di sangue nelle arterie;- necessità della taratura periodica di tutta la strumentazione sia diretta sia indiretta, utilizzando allo scopo le esistenti e facilmente utilizzabili bilance di pressione portatili.

E' in particolare su questi due ultimi punti che l'Istituto di Metrologia “G. Colonnetti” del CNRsvolge una propria azione tesa al miglioramento della strumentazione e del suo utilizzo al fine direndere sempre più bassa la possibilità di errori in un settore così importante dove è in gioco lasalute dell'uomo.

Il miglioramento della strumentazione esistente, e quindi il tentativo di soluzione dei problemi quipresentati nelle conclusioni, non può non passare che attraverso uno sforzo di ricerca da compiersiraccogliendo le competenze tecnologiche e mediche presenti in vari settori del nostro paese efinalizzandole agli obbiettivi sopra esposti.

Ruolo importante in questo processo di miglioramento può anche avere la scuola, facendo vivere aigiovani a livello di studio e ricerca questi problemi.

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APPENDICE I

A) COME SI MISURA LA PRESSIONE ARTERIOSA CON UNO SFIGMOMANOMETRO (INDIRETTO)

Per semplicità abbiamo scelto per la descrizione uno strumento a colonna di mercurio.

1) Infilato il braccio nella manichetta (d) si soffia aria nella manichetta stessa con la pompetta (b)fino ad impedire il passaggio del sangue nell'arteria del braccio (pressione superiore alla pressionemassima o sistolica).

2) Indi si diminuisce molto lentamente la pressione nella manichetta. Alla sistole la pressionenell'arteria supererà di poco quella della manichetta e l'arteria si apre per un tempo breve in cuipassa il sangue, che in questo rapido attraversamento emette un rumore percettibile: in quelmomento si misura la pressione sistolica o massima.

3) Subito dopo la sistole la pressione arteriosa scende e l'arteria è quindi ricompressa dallapressione esistente nella manichetta.

4) Diminuendo ancora la pressione nella manichetta si raggiungerà un valore appena inferiore allaminima, per il quale il sangue circola liberamente senza alcun rumore: questo valore corrispondealla pressione diastolica o minima.

Nel caso di figura avrò PMAX = Pressione sistolica = 120 mm Hg e PMIN = Pressione diastolica =80 mm Hg.

Appendice I – Fig. App. 1

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B) PRINCIPALI FONTI DI ERRORE.

Bisogna fortemente rimarcare che gli errori che si possono associare alla misura di pressionearteriosa dipendono non solo dallo strumento di misura, ma come ben evidenziato dall’articolo[38], vi possono essere sostanziali insidie in tutto il meccanismo di misura.

A tal fine la tabella seguente illustra (fonte la pubblicazione /38/ con rielaborazione da partedell’autore) le principali fonti di errore legate alla strumentazione utilizzata, la tecnica di misura egli stati del paziente.

CATEGORIA SORGENTE TIPICA DIERRORE

ORDINE DI GRANDEZZADELL’ERRORE (in % ommHg)

Apparecchiatura (strumentopiù manichetta e pompetta dipressurizzazione e valvola di

scarico)

- Larghezza della manichetta inappropriata;

- Strumento di misura (ad esempio aneroide) taratura non effettuata e malfunzionamento estremo;

- Strumento di misura a colonna di mercurio (valvola di apertura ostruita)- Malfunzionamento della valvola di scarico.

5%

- da 4 a 20 mmHg (nel 35% dei casi; oltre i 4 mmHg la % scende a pochi %)

- da 2 a 10 mmHg

- da 2 a 10 mmHg

Tecnica di misura

- livello del braccio rispetto al cuore;- Manichetta non ben applicata rispetto all’arteria;- Variazioni per diversi osservatori;

- Braccio sotto tensione e non rilassato.

- da pochi mmHg a 10 mmHg;

- da 3 a 4 mmHg;

- da 5 a 10 mmHg;

- fino a 8 mmHg

Stato del paziente

- Variazioni diurne;- Variazioni respiratorie;

- Presenza del medico e stato di tensione del paziente;- Braccia obese.

- fino al 20%;- fino a 7 mmHg per p sistolica e fino a 4 mmHg per p diastolica;- fino a 15 mmHg;

- da 8 a 15 mmHg.Totale stimato (fonteAmerican Heart Association,USA)

- Per tecnica indiretta - fino a 8 mmHg

C. PICCOLA RIFLESSIONE SULLA MISURA DELLA PRESSIONE ARTERIOSA EFFETTUATA DA SOLI

Tratta, quasi integralmente, dalla pubblicazione /39/da “Tempo medico”, n° 212, anno XXV, 30/V/83, Editienne Ed., Milano.

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Titolo articolo: “FATELO DA VOI CON RIVA ROCCI”

Il paziente può essere bravo quanto il medico a misurare la pressione. Nessuno ha mai messo indiscussione che misurarsi la pressione nella quiete della propria casa sia comodo: evita lo stressindotto dall’ambulatorio o dalla corsia ospedaliera, consente rilievi frequenti e quindi unavalutazione più precisa dell’effetto della terapia. Tuttavia questi vantaggi valgono solo allacondizione che l’automisura sia precisa. Molti sospettano che il paziente non sia sufficientementeaffidabile e che non basti, per verificare la sua abilità, la misura ravvicinata, da parte del medico edel soggetto, ripetuta periodicamente.

L’unica verifica obiettiva consiste nel confrontare la pressione misurata dal paziente, a casapropria, con quella registrata nello stesso momento da un apparecchio di monitoraggio continuointrarterioso inserito sul paziente.

Questo test è stato effettuato su 57 pazienti affetti da ipertensione essenziale da parte di un’équipedi cardiologi e bioingegneri del Northwick Park Hospital di Harrow, nel Middlesex: i risultatidanno ragione a chi aveva fiducia nei pazienti.

I valori di pressione sistolica automisurati si correlano bene con quelli cruenti, mentre i valoridiastolici sono costantemente sovrastimati. Questo comportamento è del tutto sovrapponibile aquello ottenuto con la misura effettuata in ospedale. Pertanto la sovrastima della pressionediastolica, indipendentemente dall’affidabilità del paziente, risulta essere un limite del metodoincruento abitualmente usato.

I 57 pazienti erano frequentatori della clinica per ipertesi e furono reclutati casualmente e non inbase alla loro abilità nell’automisura. La tecnica venne loro insegnata nel corso di una seduta dicirca 30 minuti e solo due vennero esclusi, perché proprio non ce la facevano a imparare. Tutti glialtri appresero con facilità e furono inseriti nello studio indipendentemente dal fatto che i valori daessi riscontrati fossero più o meno sovrapponibili a quelli rilevati dal medico istruttore.

Il gruppo comprendeva persone di età variabile dai 23 ai 70 anni ed erano presenti entrambi i sessi.Questo studio dimostra che non vi è sostanziale differenza tra la misura effettuata in ambulatorio el’automisura domiciliare da parte del paziente; la seconda tuttavia può essere fatta piùfrequentemente e quindi può dare una maggiore quantità di informazioni.

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APPENDICE II

CAMPIONI PRIMARI IMPIEGATI PER LA TARATURA DEI MISURATORI DI PRESSIONE

ARTERIOSA DIRETTI ED INDIRETTI USANDO UNA COLONNA A LIQUIDO

(MANOBAROMETRO)

P = Po + ! • g1 • h

Po = pressione atmosferica

P = pressione da misurare

S = sfigmomanometro in taratura! = massa volumica del fluido (generalmente mercurio)

! per il mercurio Hg = 13,5458 g/cm3 a 20°C e 100 kPa

g1 = accelerazione di gravità locale

h = dislivello

T = temperatura

Se la taratura è effettuata in condizioni relative il termine Po non interviene nel calcolodell'incertezza di misura di P. Nell'ipotesi di utilizzare una colonna di mercurio per misurare unapressione P di 300 mmHg (h = 300 mm Hg) con una T = (20 ± 0,4)°C costante si hanno i seguentitipici contributi all'incertezza (in prima approssimazione):

!Hg " 0,001 g/cm3

g1 " 0,0001 m/s2

h " 0,1 mm

h

Temperatura = costante

P

S

Po

Appendice II – Fig. App. IIa

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Pertanto avrò una incertezza composta nella misura di pressione di 3,410-4 (0,1 mm Hg a 300 mmHg).

Da notare, nell’esempio di cui sopra, come il contributo prevalente all’incertezza di misura dellapressione è dovuto alla incertezza di misura del dislivello h che da solo corrisponde alla incertezzadi misura della pressione.

USANDO UNA BILANCIA DI PRESSIONE A PESI DIRETTI E PISTONE-CILINDRO

P =

!

F

Ae

=Mg

1

Ae

Dove:

P = pressione da misurare

S = sfigmomanometro in taratura

Ae = area effettiva dell’accoppiamento pistone-cilindro

M = massa gravante sul pistone

g1 = accelerazione di gravità locale

Bilancia di pressione (sopra)impiegata per la taratura di unosfigmomanometro (sinistra) amolla di Bourbon ed a indice.

Temperatura = costante

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La formula di cui sopra è valida solo in prima approssimazione.Mancano infatti:

- correzione spinta aerostatica sulle masse;- correzione per le distorsioni elastiche del pistone-cilindro (trascurabili per le pressioni non elevate per la taratura di sfigmomanometri);- correzione per espansione termica dell’accoppiamento pistone-cilindro.

Nell'ipotesi di utilizzare una bilancia di pressione per misurare una pressione P

approssimativamente di 300 mm Hg con un pistone-cilindro di area Ae = 5 cm2 ed una massa M =

2 kg in condizione di T = (20 ± 1)°C costante, si hanno i seguenti tipici contributi all'incertezza (inprima approssimazione):

M " 20 mg

g1 " 0,0001 m/s2

Ae " 0,0005 cm2 (all’incirca equivalente al poter misurare un diametro di 25 mm con incertezza di

1 "m).

Pertanto avrò una incertezza composta nella misura di pressione di 1,0 x 10-4 ( 0,030 mm Hg a 300mm Hg).

Da notare, nell’esempio di cui sopra, come il contributo prevalente all’incertezza di misura dellapressione è dovuto alla incertezza di misura dell’area effettiva dell’accoppiamento pistone cilindroe di conseguenza all’incertezza di misura delle dimensioni del pistone e del cilindro della bilanciadi pressione.