Desarrollo instrumental y metodológico para la medición simultánea y continua de la presión y compliance arterial.

Abstract

Antecedentes. El método de compensación de volumen permite evaluar cambios a corto plazo en la presión arterial (Pa) y obtener parámetros hemodinámicos a partir del análisis de la onda de presión. Usualmente el método se emplea en una arteria digital (en el dedo), donde la presión generada en un manguito inflable compensa la onda de Pa y mantiene el volumen sanguíneo constante, determinado mediante una señal fotopletismográfica (señal PPG). La validez de las mediciones de Pa reposa sobre una calibración previa para determinar la llamada PPGref, correspondiente a la máxima “compliance” arterial (definida como la relación ΔPPG/ΔPa). Un sistema de control a lazo cerrado genera la onda de presión en el manguito de forma garantizar la constancia de PPG en torno a PPGref durante las mediciones. Sin embargo, dado que la compliance puede variar en el corto plazo, el método requiere interrupciones frecuentes para realizar nuevas calibraciones que garanticen la validez de las mediciones. Para superar esta limitación se propuso el método vibracional, pero su validación e implementación nunca fueron llevados a cabo. El método consiste en superponer vibraciones de alta frecuencia en la presión del manguito y medir la respuesta en PPG a esta frecuencia. Si los cambios en la compliance se reflejan en las vibraciones de alta frecuencia y se correlacionan con el método oscilométrico (considerado “gold standard”), dispondríamos de un método para la evaluación simultánea de la Pa y la compliance. A su vez, la evaluación de la compliance permitiría adaptar el control a lazo cerrado y corregir automáticamente el valor de PPGref (referencia adaptativa). Objetivos. Contribuir al desarrollo metodológico e instrumental del método de compensación de volumen que permita la identificación de cambios hemodinámicos y la adaptación del dispositivo a los mismos, de manera de obtener mediciones simultáneas e ininterrumpidas de presión y compliance arterial. Resultados instrumentales. Se implementó un dispositivo compuesto por un generador de ondas de presión (válvula proporcional, compresor y manguito inflable), un fotopletismógrafo y un microcontrolador que ejecuta un sistema de control. Dicho control se diseñó con una estructura en cascada que incluye un control interno asociado a la dinámica del generador de ondas de presión (actuador), y un control externo asociado a la dinámica de la pared arterial (planta). Esta estructura permitió identificar estas dinámicas y usar esta información para diseñar los controles, especificando además la velocidad de respuesta y el margen de estabilidad del control a lazo cerrado. Ante cambios en el sistema, se actualizan los parámetros del control de forma de garantizar la mayor velocidad de respuesta y la estabilidad ante señales de entrada con un amplio rango de frecuencias. Se realizaron protocolos experimentales para analizar la respuesta del generador de ondas de presión frente a trenes de pulso. Se observó que, con el control interno a lazo abierto, existe una relación sigmoidea entre las señales de salida (mmHg) y las de entrada (V), con frecuencias de corte fc (indicadora de la velocidad de respuesta) menores a 5 Hz. A lazo cerrado, se linealizó la respuesta (r2 = 0.968), y la fc se ubicó entre 16 y 19 Hz (en torno de presiones de diseño del control), valores adecuados para reproducir la onda de presión arterial. La precisión fue estimada a partir del parámetro E (la diferencia normalizada de áreas entre la presión deseada y la obtenida), que resultó < 10 %. El error porcentual de repetibilidad, en un tren de 3 pulsos, fue de 6 ± 4% y 4 ± 1.5% para fc y E respectivamente. En voluntarios, la evaluación del control externo para compensar la onda de volumen se realizó cuantificando su capacidad de mantener PPG en torno a PPGref. Se observó que, al cerrar el lazo, el área de la diferencia entre PPG y PPGref fue atenuada al 5 % con respecto al área a lazo abierto. Resultados metodológicos. Para implementar el método vibracional se superpusieron vibraciones de 21 Hz en la señal de presión. La validación del método se realizó en 11 voluntarios comparando, a lazo abierto, las presiones en el dedo índice Pv y Po, correspondientes a la máxima compliance, de acuerdo a los métodos vibracional y oscilométrico respectivamente. Se verificó una buena correlación lineal (r2 = 0.92) y buena comparación con el análisis de Bland-Altman (media ± 2 DS < 15 mmHg) entre Pv y Po. Resultados preliminares en 3 voluntarios, a lazo cerrado, mostraron la factibilidad de la evaluación simultánea de la presión arterial y la compliance al introducir vibraciones de alta frecuencia. Se observó que el sistema de control se mantuvo estable y, al variar las condiciones experimentales, los cambios en la compliance fueron los esperados. Para implementar la referencia adaptativa se generó una referencia flotante mediante cambios continuos en PPGref (intervalos configurables de 3 a 6 s) y de pequeña amplitud (1 a 5% de la amplitud de PPG a lazo abierto). Si el cambio introducido en PPGref genera una disminución (o un aumento) en la compliance, se invierte (o mantiene) el signo del cambio. De esta forma se dirigen continuamente los cambios hacia la nueva PPGref, correspondiente a la máxima compliance. El método fue evaluado a través de un protocolo experimental en 7 voluntarios en los que se generaron variaciones en la compliance mediante maniobras instrumentales (cambios manuales de PPGref) o fisiológicas (vasodilatación mediada por flujo). Los resultados mostraron cambios de compliance y Pa esperables y compatibles con la bibliografía. Conclusiones. Se demostró que los cambios en la compliance arterial pueden ser evaluados con el método vibracional. Este método fue implementado, junto con el método de compensación de volumen, en un dispositivo cuyo diseño permite actualizar los parámetros del control y obtener mediciones estables de presión y compliance arterial simultáneamente. Además, la evaluación continua de la compliance permitió adaptar el dispositivo al punto de máxima compliance sin interrumpir las mediciones.