lunedì 23 Maggio 2022

Pressione arteriosa invasiva II – aspetti tecnici della misurazione

La discussione sul monitoraggio della pressione intra-arteriosa prosegue con una digressione verso aspetti pratici della misurazione, dal sistema di trasduzione ai potenziali errori di misura.

Costituenti base del sistema di monitoraggio

Con il razionale per cui in una colonna di fluido non comprimibile un cambiamento di pressione produce la medesima alterazione in ogni punto (principio di pascal), un circuito fluid filled in continuità l’albero arterioso trasmette la variazione pressoria dal vaso al trasduttore. Nello specifico, il sistema di monitoraggio è costituito da diversi elementi dalla cui performance dipende l’affidabilità delle misure:

  • catetere intravascolare rigido e corto con l’estremo distale nel vaso a contatto con il flusso ematico;
  • circuito non compliante, semirigido, di lunghezza inferiore ad 1 metro, riempito di fluido;
  • porta distale (stopcock 3 vie) per campionamento ematico needless e lavaggio manuale;
  • trasduttore pressorio monouso (Disposable Pressure Transducers – DPT) interposto al circuito;
  • interfaccia aria-fluido (porta prossimale – stopcock 3 vie) con tappo a vite forato (vented cap);
  • valvola per flush continuo e boli rapidi manuali intermittenti (squeeze flush o snap tab device);
  • circuito di lavaggio con sacca di soluzione di lavaggio e pressure bag;
  • cavo elettrico riutilizzabile che trasmette il segnale in uscita dal trasduttore;
  • processore per l’analisi dei dati;
  • display per la visualizzazione del segnale.

trasduttore

La componente centrale del sistema è il trasduttore, dispositivo che recepisce il segnale pressorio meccanico fisiologico e trasforma l’energia cinetica e potenziale in segnale elettrico. Negli attuali DPT è costituito da un sottile diaframma flessibile, in continuità con catetere e circuito, sulla cui superficie sono posizionati 4 fili conduttori (4 resistori connessi in configurazione a ponte di Wheatstone a costituire un estensimetro o strain gauge). L’onda pressoria trasmessa dalla colonna fluida del circuito deforma la membrana mettendo in tensione i fili la cui resistenza varia in risposta allo strain: si genera una corrente elettrica in uscita, di voltaggio proporzionale alla deflessione, quindi alla pressione. Il segnale elettrico viene trasmesso, amplificato, filtrato e convertito in valore numerico digitale (in mmHg) e rappresentazione grafica (curva pressoria in funzione del tempo).

circuito interno di un Disposable Pressure Trandsucer
circuito interno di un Disposable Pressure Trandsucer

L’efficacia del monitoraggio si basa sull’accuratezza dei dati rilevati: tre procedure sono propedeutiche alla misurazione:

  • azzeramento (zero setting): le pressioni vascolari sono misurate in relazione ad un valore di riferimento, la pressione atmosferica (760 mmHg slm), cui sono soggetti sia il circuito di monitoraggio che il sistema da esaminare; per valutare solo le variazioni attribuibili a cambiamenti fisiologici è necessario sottrarre la pressione atmosferica attraverso l’azzeramento. Questa manovra prevede l’esposizione all’aria della colonna fluido (attraverso una porta vented sul trasduttore), seguita da una regolazione elettronica, in modo che la pressione atmosferica rappresenti il valore iniziale o zero (0). Deve essere effettuato all’inizio della misurazione e ripetuto ad ogni setup, nel contesto di variazioni pressorie significative, specie se ingiustificate, e quando il dato sia dubbio. 
  • livellamento (levelling): le misurazioni pressorie in un sistema riempito di fluido sono relative ad un punto scelto arbitrariamente: se il paziente non è supino il valore non è omogeneo in tutto il sistema arterioso. La pressione aumenta nei distretti inferiori al livello del cuore e si riduce in quelli superiori (variabili! reverse trendelenburg vs trendelenburg) per effetto della pressione idrostatica, proporzionale alla altezza della colonna ematica sopra quel livello. Il razionale del livellamento, cruciale rispetto al valore misurato, è di eliminare l’effetto della pressione idrostatica; se improprio può determinare errori significativi nelle misurazioni emodinamiche: introduce un errore assoluto pari a +/-1.36mmHg ogni 1 cm di offset (trasduttore inferiore sovrastima/ superiore sottostima); la consistenza dell’errore relativo potenziale è proporzionale al valore misurato. Ad ogni modifica della posizione del paziente il livello del trasduttore deve essere controllato; lo spostamento del trasduttore non richiede un ri-azzeramento, per le minime alterazioni nella pressione atmosferica.
  • calibrazione: correlazione con una pressione esterna costante nota (colonna Hg/H2O), non necessaria con i trasduttori monouso di corrente generazione che rispondono a standard di accuratezza accettabili.
procedure di azzeramento e livellamento
fig 1. la procedura di azzeramento nega gli effetti della pressione atmosferica; fig 2. il livellamento annulla l’effetto della pressione idrostatica.

Livello di riferimento

Il livello di riferimento è fondamentale: in posizioni diverse rispetto a quella supina il trasduttore per il monitoraggio della pressione arteriosa andrebbe sistemato a livello della radice aortica, perchè il valore a questo livello è il determinante della pressione di perfusione coronarica e cerebrale. La proiezione della radice aortica coincide con la proiezione del punto centrale dell’atrio destro, che corrisponde ad una distanza verticale di 5 cm sotto l’angolo sternale (angolo di Lewis), intersezione tra seconda costa e sterno; un vantaggio importante di questa localizzazione è che rimane costante sia a paziente supino che in posizione semiseduta sino a 60° perchè l’atrio destro è sostanzialmente sferico (posto che il punto sia a 5 cm dall’angolo di lewis su una linea immaginaria perpendicolare allo sterno). Una localizzazione alternativa comune è la posizione medio-toracica a livello del IV spazio intercostale sulla linea ascellare media (asse flebostatico); con questo punto di riferimento le misurazioni sono accurate solo a paziente supino, perchè l’atrio non ha una relazione costante con questa posizione quando la parte superiore del corpo viene sollevata. In neurorianimazione o neuroanestesia, in sitting position, è possibile posizionare il trasduttore a livello del meato acustico, per valutare con accuratezza la pressione di perfusione cerebrale; in questo caso la pressione aortica sarà più elevata di un livello uguale alla differenza tra il trasduttore e la radice aortica. In decubito laterale, a prescindere dal fatto che l’arto incannulato sia posizionato superiormente a cuore e radice aortica, ovvero sia l’arto dipendente, la misurazione non viene influenzata se il trasduttore è al livello di riferimento e il flusso arterioso non compromesso.

livello del trasduttore
punti di riferimento per il livellamento del trasduttore

Risposta dinamica del sistema

Durante il ciclo cardiaco si verificano diverse variazioni pressorie: i cambiamenti corrispondono ad eventi meccanici fisiologici, avvengono rapidamente e sono associati a onde di diversa frequenza; quando l’onda colpisce il trasduttore, questo deve riprodurre fedelmente le variazioni perchè l’onda arteriosa rimanga affidabile, quindi il monitoraggio sia accurato. Se la risposta è subottimale i dati rilevati ne saranno influenzati determinando diagnosi scorrette. La risposta dinamica del sistema di trasduzione è caratterizzata da due proprietà fisiche, la frequenza naturale ed il coefficiente di damping.

frequenza naturale

Il sistema di monitoraggio è caratterizzato da una frequenza naturale o di risonanza, che descrive quanto rapidamente oscilla se stimolato; è direttamente proporzionale al diametro di catetere e circuito e inversamente proporzionale a compliancelunghezza, densità del fluido contenuto. Nel caso monitoraggio pressorio una seconda sorgente di energia, la pressione arteriosa, viene introdotta nel sistema di trasduzione. L’onda pressoria arteriosa è un’onda complessa che può essere scomposta (analisi di Fourier) in onde sinusoidali (derivate dai diversi segnali pressori meccanici) di differente frequenza ed ampiezza, multiple o armoniche della frequenza fondamentale (prima armonica), equivalente alla frequenza cardiaca (ad esempio per una HR di 60 bpm è pari a 1 Hz). Nel monitoraggio clinico per riprodurre l’onda pressoria dobbiamo rappresentare la frequenza fondamentale e le sue prime 6-10 armoniche; per una HR di 60-120 bpm dobbiamo riprodurre onde sino a frequenze di 12-20 Hz. Se la frequenza naturale del sistema di traduzione è superiore ai 20 Hz l’onda arteriosa sarà accurata. Se invece la frequenza naturale del sistema di trasduzione si avvicina alla frequenza dell’onda arteriosa il segnale di output sarà distorto, con un’esagerata amplificazione di picchi e valli dell’onda, sovrastima della sistolica e lieve sottostima della diastolica.

frequenza di risposta del sistema

La frequenza di risposta descrive il range dinamico di frequenze di oscillazione che l’output di un sistema di trasduzione è in grado di riprodurre; un sistema di monitoraggio deve essere in grado di rispondere a HR tra 30 e 180 bpm; a frequenze più alte o basse l’output può essere ridotto o compromesso. Le proprietà fisiche di una membrana capace di una così ampia frequenza di risposta possono risuonare creando generare artefatti; Gli artefatti di risonanza appaiono sull’onda come rumore eccessivo o riverbero (overshoot o ringing); quindi i sistemi di monitoraggio emodinamico richiedono un certo livello di “smorzamento” o damping.

damping

Il coefficiente di damping esprime la velocità di decadimento delle oscillazioni del sistema di trasduzione, causata dalla dissipazione dell’energia per forze resistive; è un fenomeno insieme positivo e negativo: permette di ridurre gli artefatti di risonanza ma riduce la frequenza di risposta e può risultare in perdita di informazioni. Il metodo più semplice per valutarlo è il fast-flush o square wave test (test dell’onda quadra), che permette di osservare come varia l’output (traccia visualizzata) in risposta ad una modifica improvvisa del segnale di input. Il trasduttore viene esposto alla pressione di 300 mmHg del circuito di lavaggio aprendo la valvola di flush e rilasciandola improvvisamente; prima che ricompaia l’onda si verificano alcune oscillazioni, il cui numero che dipende dal grado di damping:

zero damping le oscillazioni non diminuiscono: situazione teorica, l’energia si perde inevitabilmente nel tempo;

underdamping = damping factor < 0.6: si generano molteplici oscillazioni (>2) e overshoot; fattori che causano underdamping: aumento della lunghezza e della compliance del circuito. L’onda underdamped presenta sovrastima significativa della pressione sistolica, sottostima della diastolica;

damping ottimale = 0.64, ⅔ del damping critico (1.5-2 oscillazioni), miglior compromesso tra accuratezza e rapida risposta, è il grado desiderabile per i moderni sistemi di misurazione;

damping critico = 1 ritorno alla baseline senza overshoot/oscillazioni ma ritardo nella nuova misura;

overdamping > 1 non overshoot (< 1.5 oscillazioni) ma ritorno alla baseline molto lento, troppo per una misura rapidamente variabile come la pressione arteriosa: attenua, smussa la risposta, si perde la definizione; i picchi e le depressioni pressorie saranno attenuati, con sottostima della pressione sistolica e sovrastima della diastolica anche se il valore della la pressione media rimarrà accurato. Il sistema diviene overdamped quando l’onda non si propaga adeguatamente per la presenza di bolle d’aria, coaguli, trombi, inginocchiamenti, depressurizzazione del sistema di lavaggio, presenza di raccordi e porte multipli sul circuito.

valutazione della risposta dinamica del sistema attraverso square wave test e valutazione del grado di damping
valutazione della risposta dinamica del sistema attraverso square wave test e valutazione del grado di damping

I componenti del circuito sono designati per ottimizzare la frequenza di risposta del sistema e permettere una riproduzione accurata delle onde pressorie attraverso l’ampio range di frequenze comunemente registrate nella pratica clinica, ma diversi fattori possono impattare sulla risposta dinamica e introdurre errori di misura:

  • manipolazione del sistema di monitoraggio: sostituzione di uno dei tratti o dell’intero circuito rigido con tubi elastici complianti che assorbono l’onda smorzandola e distorcendola o di calibro eccessivo/ridotto; allungamento e aggiunta di connessioni (stopcocks);
  • utilizzo di cateteri di calibro ridotto (<18G) o di lunghezza eccessiva;
  • introduzione di bolle d’aria, coaguli e trombi nella colonna di fluido o inginocchiamenti (kinking) del catetere e del circuito, che distorcono i segnali misurati determinando una restrizione della trasmissione e/o impedendo il movimento dei fluidi.

Il test dell’onda quadra deve essere ripetuto almeno ogni 8-12h, ad ogni modificazione significativa delle condizioni emodinamiche, dopo ogni set up e/o sostituzione del sistema o di sue parti, ogni qualvolta l’onda risolti attutita.

gestione del circuito

  • utilizzare come soluzione di lavaggio NaCl 0.9%; è possibile addizionare eparina sodica non frazionata (0.25-2 UI/ml) o sodio citrato (1.4%). La la somministrazione di eparina è a rischio di sensibilizzazione, HIT e contaminazione dei prelievi (ACT, PT, aPTT, TEG), senza evidenze conclusive circa la superiorità delle soluzioni eparinate nel prevenire la trombosi del sistema; 
  • effettuare il priming del circuito senza pressurizzare per evitare sviluppo di turbolenza e formazione di bolle;
  • pressurizzare la flush bag e mantenerla costantemente a 300 mmHg, con la roller clamp del deflussore aperta, per garantire un flush continuo a ≃3-5 ml/h;
  • identificare inequivocabilmente le porte di accesso come di pertinenza di un circuito arterioso per differenziarle da accessi venosi;
  • minimizzare le connessioni sul circuito ed utilizzare sistemi luer lock; sostituire i tappi aperti;
  • rimpiazzare l’intero circuito ad intervalli di 96h (IB) e la sacca quando a < ¼ del volume di origine.

Post collegati

pressione arteriosa invasiva I – indicazioni, monitoraggio, complicanze 

pressione arteriosa invasiva III – variazioni caratteristiche dell’onda (link disponibile dal 03-10)

Keynotes

Monitoraggio Pressione Arteriosa Invasiva – presentazione su slideshare

English Version – Invasive Arterial Pressure monitoring – keynote on slideshare

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Velia Antonini
Velia Antonini
M. Velia Antonini CCN/CCP trained as ECMO specialist, Cardiovascular Perfusionist & Sonographer, she is an ICU Nurse in Parma & lecturer at UNIMORE, Italy and is member of ECMOed, the ELSO education taskforce. She’s Social Media Editor for ELSO a runs an ECLS educational blog on EuroELSO website and is member of the Social Media council of ASAIO Journal, and Social Media team of ESICM, IFAD & SMART.

2 Commenti

  1. Salve, ho letto il suo articolo sulla misura della pressione intra arteriosa. L’analisi dinamica del sistema è stata la mia tesi di laurea nel 1998 (ingegneria biomedica a Roma), se vuole ne possiamo parlare. Un saluto

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