Labor Medizinische Gerätetechnologie

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1 Labor Medizinische Gerätetechnologie Anleitung Indirekte Blutdruckmessung Physiologie Versuch 4

2 Vorbereitung Systole und Diastole Mittlerer arterieller Druck Korotkofftöne Messung des Blutdrucks EKG Einleitung Die Blutdruckmessung ist eine einfache und risikolose Untersuchung, durch die man Informationen über die Funktion von Herz und Kreislauf erhält. Als Blutdruck wird der Druck in den Schlagadern (Arterien) des Körperkreislaufs bezeichnet. Bei jedem Herzschlag schwankt er zwischen einem Maximalwert (systolischer Wert) und einem Minimalwert (diastolischer Wert). Die Blutdruckmessung erfolgt meist indirekt mit Hilfe einer aufblasbaren Manschette am Arm oder Bein, die mit einem Manometer verbunden ist. Diese indirekte Messung entwickelte der italienische Arzt Scipione Riva-Rocci (RR) im Jahr 896. Die Manschette wird beispielsweise am Arm etwa zwei Finger breit oberhalb der Ellenbeuge angelegt und solange aufgepumpt, bis durch die Arterie kein Blut mehr fließt. Durch Ablassen der Luft vermindert sich der Druck der Manschette auf die zusammengedrückte Arterie, sodass das Blut wieder passieren kann. Dabei entstehen die sogenannten Korotkoff- Töne (Strömungsgeräusche). Die Messung wird traditionell in Millimeter Quecksilbersäule (mmhg) angegeben, die SI-Einheit für Druck ist jedoch Pascal (Pa, kpa).

3 3 Systole und Diastole Das Herz schlägt in einem Viertaktrhythmus: Die zwei aktiven Phasen (Anspannungsund Austreibungsphase) bilden die Systole. Die zwei passiven Phasen (Entspannungsund Füllungsphase) die Diastole. Überschreitet in der Anspannungsphase der Druck in der Herzkammer den in der Aorta (Öffnungsdruck), so geht die Aortenklappe auf und die Austreibungsphase beginnt. Dieser Zeitpunkt fällt mit dem ersten Herzton zusammen. Der zweite Herzton entsteht beim Zufallen der Aortenklappe am Ende der Austreibungsphase. Bei der Diastole sind die Kammern schlaff und leer. Damit das Blut, welches in der Systole ausgestoßen wurde, nicht in die Kammer zurückfließen kann, schließen sich die Taschenklappen. Die mit Blut gefüllten Vorhöfe ziehen sich automatisch zusammen. Dadurch werden die Segelklappen geöffnet und das Blut strömt in die Kammern. Während die Dauer der Systole ungefähr konstant bleibt, variiert die Diastole stark mit den Herzfrequenzänderungen. Abbildung : Aortadruck in Abhängigkeit der Zeit Anmerkung: mmhg = torr = 33 Pa Nach Konvektion werden indirekt aufgenommene Blutdrücke durch das Verhältnis systolischer Druck/ diaystolischer Druck angegeben. Beispielsweise wurde ein systolischer Druck von 35 mmhg und ein diaystolischer Druck von 80 mmhg gemessen. Der Blutdruck würde also 35/ 80 und der Pulsdruck 55 mmhg betragen. 3

4 4 Mittlerer arterieller Druck Der mittlere arterielle Blutdruck (Mean Arterial Pressure) ist ein zu berechnender Wert, der die Größe des Blutdrucks als treibende Kraft im Körperkreislauf angibt. Er kann exakt bestimmt werden, indem die Fläche unter der arteriellen Druckkurve gemittelt wird. Liegt jedoch nur der systolische und der diastolische Blutdruck vor, kann der MAP nach Gleichung eins bestimmt werden: MAP = (SystolischerDruck + DiastolischerDruck) 3 () MAP = P ulsdruck 3 + DiastolischerDruck () Da der Druck in herzfernen Arterien etwas niedriger ist als in herznahen Arterien, ist der MAP vom Füllungsgrad der Gefäße abhängig. Der arterielle Druck ist wegen des hydrostatischen Drucks abhängig von der Körperlage des Patienten. Beim stehenden Menschen ist der Druck im Kopf um den Betrag des hydrostatischen Drucks vermindert, in den Beinen entsprechend erhöht. Abbildung : Blutdruckunterschiede in Abhängigkeit der Körperlage Der höchste arterielle Druck herrscht während der Systole und umfasst eine Spanne zwischen mmhg. Er entsteht bei der Kontraktion der linken Herzkammer. Der diastolische Druck liegt zwischen mmhg. Diese Werte beziehen sich auf einen gesunden, ruhenden Erwachsenen. Die mathematische Differenz zwischen systolischem und diaystolischem Druck nennt man Pulsdruck (= Pulse Pressure, PP). Dieser ist direkt proportional zum Hubvolumen des Herzens und steht umgekehrt zur Herzrate und den peripheren Widerständen in Beziehung. Beispielsweise nimmt das Volumen des vom Herzen ausgestoßenen Blutes bei einer Anstrengung zu. Der systolische Druck steigt stärker als der diastolische, sodass der Pulsdruck zunimmt. 4

5 Die Beziehung zwischen Fluss (Q), Druck (MAP) und Widerstand (R) lässt sich wie folgend ausdrücken: Q = MAP R Dabei gilt [Q] = l/min, [MAP ] = mmhg und [R] = mmhg min/l. (3) 5 Blutdruckmessung Man unterscheidet die direkte (invasive) Blutdruckmessung mittels eines Druckfühlers in einem Blutgefäß von der indirekten (nichtinvasiven) Messung, die mit Hilfe einer Blutdruckmanschette an einer Extremität durchgeführt wird. Eine Methode zur Blutdruckmessung nutzt die Arteria brachialis am Oberarm zwischen den Muskelgruppen der Ellenbogenstrecker und -beuger. Eine Manschette wird hier so stark aufgepumpt, dass der Manschettendruck die Arterie vollständig zusammenpresst. Beim langsamen Ablassen des Drucks werden die Korotkoff- Geräusche etwas unterhalb des systolischen Blutdrucks hörbar und verstummen oberhalb des diastolischen Blutdrucks. Die Manschette sollte möglichst breit und faltenlos um den Arm gewickelt werden. Während der Messung muss der Arm so gestützt werden, dass sich die Manschette in Herzhöhe befindet. Des Weiteren sollte der Blutdruck immer am nichtdominanten Arm des Patienten gemessen werden. Abbildung 3: Blutdruckmessung Alle indirekten Blutdruckmessungen stellen nur eine Annähreung des tatsächlichen Blutdruckes dar und können von den Versuchsdurchführenden bzw. der Qualität und Kalibrierung der Geräte abhängig sein. 5

6 6 Korotkoff- Geräusche Korotkofftöne sind Strömungsgeräusche an der teilweise abgedrückten Arterie. Oberhalb des systolischen Drucks ist die Arterie ständig geschlossen und unterhalb des diastolischen Drucks ständig geöffnet. In beiden Fällen entstehen keine Geräusche. Wird der Manschettendruck langsam unter den systolischen Druck reduziert, fließt das Blut wieder durch die Arterie. Dabei kann der erste Korotkoffton mit einem Stethoskop detektiert werden (vgl. A in Abb. 4). Dieser Druck entspricht annähernd dem systolischen Druck. Wenn der Manschettendruck weiter reduziert wird, steigt die Intensität der Korotkofftöne, was durch ein Zischen zu erkennen ist. Der zweite Korotkoffton (Annäherung des diastolischen Druckes) tritt auf, wenn das Zischen plötzlich gedämpft klingt und das Geräusch schließlich komplett verschwindet. Zu diesem Zeitpunkt wirkt auf das Gefäß keine Kompression mehr (B in Abb. 4) und das Blut kann wieder verwirbelungsfrei hindurch strömen. Abbildung 4: Blutdruckmessung mittels Korotkoff- Geräusche Die Korotkofftöne treten mit Beginn der T- Welle im EKG auf. Der systolische Druck wird plötzlich nach der R- Welle erkennbar sein. Obwohl das EKG stark von den Versuchsbedingungen (Anstrengung/ Ruhe) abhängt, sollte die Beziehung zwischen P- Welle und Ton gleichmäßig bleiben. 6

7 7 Geräte und Hilfsmittel Sphygmomanometer (SS9L) Stethoskop (SS30L) Biopac Elektroden Set (SSL) mit Einweg Vinyl-Elektroden (EL 503) Biopac Elektrodengel MP 30 Unit Verbindung zu einem PC mit der Biopac Student Lab Software Die folgende Tabelle soll Ihnen Anhaltspunkte zur Klassifizierung der Blutdrücke geben. Beachten Sie, dass die Messungen von vielen verschiedenen Faktoren wie beispielsweise dem Alter und Gewicht, der sportlichen Aktivität, dem Kaffeekonsum und dem persönlichen Empfinden etc. abhängig sind. Blutdruck- für Erwachsene ab 8 Jahren Klassifizierung [Systolischer Druck]= mmhg [Diastolischer Druck]= mmhg Normal < 0 und < 80 Milde Hypertonie 0-39 oder Stufe Hypertonie oder Stufe Hypertonie 60 oder 00 Anmerkungen: - Um die Korofkofftöne möglichst gut zu erkennen bedarf es einer ruhigen Umgebung. Lassen Sie sich nicht von Hintergrundgeräuschen ablenken. - Das BIOPAC Sphygmomanomater ist für Armumfänge zwischen 5,4 cm und 40,6 cm ausgelegt. - Pumpen Sie die Manschette nicht höher als nötig auf und halten Sie den hohen Druck nicht zu lange aufrecht. Warten Sie zwischen jeder Blutdruckmessung zirka eine Minute. - Beobachten Sie den Blutdruck unter verschiedenen Umständen (ausgeruht, nach einer Anstrengung etc). Beachten Sie aber, dass immer eine Person nach der gleichen Technik misst. - Der Proband darf nicht unter Herzkrankheiten oder Bluthochdruck leiden. Er sollte eine Stunde vor Beginn der Messung weder geraucht, noch Kaffee konsumiert haben bzw. sich schweren körperlichen Belastungen aussetzen. - Um korrekte Messungen aufzunehmen ist es wichtig, dass der Druck - 3 mmhg pro Sekunde nachlässt. Üben Sie die Technik mit einer Uhr bevor Sie mit den Aufnahmen beginnen! 7

8 8 Versuchsdurchführung Folgende Aufgaben sollen Sie im Rahmen des Praktikums durchführen:. Nehmen Sie den systolischen und den diaystolischen Druck auf!. Vergleichen Sie den arteriellen Blutdruck des linken mit dem des rechten Arms unter den gleichen Bedingungen! 3. Vergleichen Sie den Blutdruck des Probanden unter verschiedenen Bedingungen (ruhend/ angestrengt)! 4. Berechnen und vergleichen Sie den Pulsdruck und den MAP bei verschiedenen experimentellen Situationen! 5. Bestimmen Sie die Pulswellengeschwindigkeit indem Sie die Zeit zwischen der R- Welle (EKG) und den Korotkofftönen messen. Aufbau - Verbinden Sie die Manschette (SS9L) mit dem Kanal (CH ), das Stethoskop (SS30L) mit dem Kanal 3 und das Elektrodenset (SSL) mit dem Kanal 4 der MP 30 Unit! Abbildung 5: Versuchsaufbau - Schalten Sie die Biopac MP 30 Unit ein! - Säubern Sie das Stethoskop (Ohrenstöpsel und Membran)! - Die Elektroden sind an dem Elektrodenschwamm mit dem Elektrodengel zu versehen. Eine Elektrode wird am rechten Arm (über dem Handgelenk), eine am rechten und die andere am linken Bein, jeweils über den Knöcheln platziert. 8

9 - Schließen Sie das Elektrodenset an. Achten Sie dabei auf die korrekte Farbe: Rechter Unterarm Rechtes Bein Linkes Bein Weißer Anschluss Schwarzer Anschluss (Erde) Roter Anschluss Abbildung 6: Standard Elektrodenanordnung - Legen Sie die Manschette an und starten Sie das Biopac Student Lab Programm. Öffnen Sie Lesson 6"(L6 BP ) und wählen Sie einen Dateinamen! Kalibrierung - Stellen Sie sicher, dass die Elektroden richtig sitzen! Der Proband muss während der Kalibrieung ruhig sitzen und darf die Manschette nicht tragen. - Klicken Sie auf Calibrate und drücken Sie den Saugball zirka 0- Mal bis 00 mmhg erreicht sind! - Starten Sie Ihre Aufnahme und lassen Sie den Druck auf 40 mmhg sinken! Die Kalibrierung endet nach acht Sekunden automatisch. - Kontrollieren Sie die Daten! Falls die Druckkurve Spitzen oder Verzerrungen aufweist, wiederholen Sie die Kalibrierung ( Redo ). Achten Sie darauf, dass das Ventil am Saugball vollständig geschlossen ist. 9

10 Blutdruckmessung - Stellen Sie sicher, dass die Manschette luftleer ist und schließen Sie das Ventil. - Um den Einfluss der Schwerkraft zu minimieren, sollten Sie Ihren Arm auf den Tisch legen oder ihn in Höhe des Herzens halten. - Bringen Sie die Manschette, wie in untenstehender Abbildung gezeigt, an. Das aufgenähte Label sollte über der Brachialarterie des Probanden liegen. Die Richtungspfeile weisen nach unten. Abbildung 7: Positionierung der Manschette Das untere Ende der Manschette sollte sich zirka vier cm über der Ellenbeuge befinden. - Schließen Sie den Klettverschluss und stellen Sie sicher, dass die Manschette nicht mehr verrutscht. - Klippen Sie die Skala an die Manschette, sodass Sie sie frontal ablesen können und Parallaxenfehler vermeiden. - Fühlen Sie durch leichtes Drücken auf die Arterie, an welcher Stelle der Puls am deutlichsten zu spüren ist und bringen Sie dort das Stethoskop an. - Pumpen Sie die Manschette bis 60 mmhg auf und lassen Sie dann den Druck zügig ab (zirka - 3 mmhg pro Sekunde). Die Mehrheit der Laborteilnehmer sollte einen systolischen Druck unter diesem Wert haben. - Notieren Sie den Druck an dem erstmals Korotkoffgeräusche zu hören sind (Systole) und schreiben Sie ebenfalls den Druck auf, an dem sie wieder verschwinden (Diastole). Bemerkung: Zwar liegt der Druckwert an dem die Geräusche gedämpft klingen näher an dem diastolischen Druck, jedoch ist es nicht leicht diese Dämpfung festzustellen. 0

11 9 Datenaufnahme Achtung:! Pumpen Sie die Manschette nicht höher auf als nötig!! Lassen Sie niemals den Manschettendruck länger als Min bei über 0 mmhg! Segment : Linker Arm, sitzend - Wiederholen Sie die Anweisungen zur Blutdruckmessung und platzieren Sie die Manschette am linken Arm des Probanden! - Pumpen Sie den Manschettendruck auf 60 mmhg und starten Sie die Aufnahme ( Record ) durch Klicken auf OK! - Lassen Sie den Druck mit - 3 mmhg pro Sekunde ab und setzen Sie beim Aufkommen des ersten Korotkofftons einen Marker (PC= F9; MAC=ESC)! - Verfahren Sie ebenso mit dem diaystolischen Druck. Die Korotkofftöne sind verschwunden wenn dieser erreicht ist. - Klicken Sie auf Suspend um die Messung zu unterbrechen! - Entfernen Sie die Manschette so schnell wie möglich um dem Probanden Unannehmlichkeiten zu ersparen. - Wiederholen Sie die Messung! - Ihre Aufnahmen sollten der untenstehenden Abbildung ähneln. Abbildung 8: Aufnahme Segment

12 Segment : Rechter Arm, sitzend - Platzieren Sie die Manschette am rechten Arm des Probanden! - Klicken Sie auf Resume und pumpen Sie den Manschettendruck über das Level der Korotkofftöne. - Lassen Sie den Druck mit - 3 mmhg pro Sekunde ab und setzen Sie beim Aufkommen des ersten Korotkofftons einen Marker (PC= F9; MAC=ESC)! - Nehmen Sie den diaystolischen Druck auf! - Klicken Sie auf Suspend um die Messung zu unterbrechen! - Entfernen Sie die Manschette so schnell wie möglich um dem Probanden Unannehmlichkeiten zu ersparen. - Wiederholen Sie die Messung! - Ihre Aufnahmen sollten der obenstehenden ähneln. Segment 3: Rechter Arm, liegend - Der Proband soll sich während dieser Messung auf den Boden legen! - Platzieren Sie die Manschette an seinem rechten Arm! - Klicken Sie auf Resume und pumpen Sie den Manschettendruck über das Level der Korotkofftöne und bestätigen Sie mit OK! - Lassen Sie den Druck mit - 3 mmhg pro Sekunde ab und setzen Sie beim Aufkommen des ersten Korotkofftons einen Marker (PC= F9; MAC=ESC)! - Verfahren Sie ebenso mit dem diaystolischen Druck. - Klicken Sie auf Suspend um die Messung zu unterbrechen! - Entfernen Sie die Manschette so schnell wie möglich um dem Probanden Unannehmlichkeiten zu ersparen. - Wiederholen Sie die Messung!

13 Segment 4: Rechter Arm, nach einer Anstrengung - Lösen Sie die Elektroden, sodass sich der Proband frei bewegen kann! - Die Testperson soll 50 Liegestütze machen, oder fünf Minuten rennen um die Herzrate anzuheben. - Schließen Sie die Elektroden wieder an und platzieren Sie die Manschette am rechten Arm! - Klicken Sie auf Resume und pumpen Sie den Manschettendruck über das Level der Korotkofftöne und bestätigen Sie mit OK! - Lassen Sie den Druck mit - 3 mmhg pro Sekunde ab und setzen Sie beim Aufkommen des ersten Korotkofftons einen Marker (PC= F9; MAC=ESC)! - Verfahren Sie ebenso mit dem diaystolischen Druck. - Klicken Sie auf Suspend um die Messung zu unterbrechen! - Entfernen Sie die Manschette so schnell wie möglich um dem Probanden Unannehmlichkeiten zu ersparen. - Wiederholen Sie die Messung! - Wenn alle Messreihen abgeschlossen sind, klicken Sie bitte auf Done und bestätigen Sie das Ende mit Yes. 3

14 0 Datenanalyse - Öffnen Sie Ihre Daten und zoomen Sie zu Segment. - In untenstehender Tabelle ist die Kanalbelegung abgebildet. Kanal Anzeige Einheit Ch Manschettendruck mmhg Ch 3 Stethoskop mv Ch 4 ECG Lead mv - Sie erkennen über der Markierungsregion Zellen, in denen die Messungen wie folgend eingestellt werden müssen: Kanal Ch Ch Ch Messung Wert BPM T Jede Messung ist unterteilt in Kanalnummer, Art der Messung und deren Ergebnis. Value: Mit dem I- Beam- Cursor können Sie sich Werte an verschiedenen Punkten anzeigen lassen. Wählen Sie ganze Flächen an, ist der gesuchte Wert der Endpunkt Ihrer Markierung. BPM: Beats per Minute. Dieser Wert ist der Quotient aus dem zeitlichen Unterschied zwischen Beginn und Ende Ihrer Markierung ( T ) und 60 Sekunden. - Markieren Sie den Zeitpunkt, wenn im Feld Stethoscope der erste Ton zu erkennen ist. Um den Korotkoffton von den Umgebungsgeräuschen zu unterscheiden bedenken Sie bitte, dass dieser zur Zeit der T- Welle im EKG auftreten muss. - Bestimmen Sie auf diese Art auch den diastolischen Druck und wiederholen Sie die Prozedur für alle Segmente! - Sehen Sie sich den EKG- Komplex in der Region zwischen Systole und Diastole genauer an (markieren Sie dazu von R- Welle zur R- Welle). Notieren Sie den BPM- Wert und den T - Wert! Tipp: Sie können den Ch (Manschettendruck) ausblenden um die Anzeige zu vergrößern. - Da der BTM- Wert sich in jedem Zyklus ändert, sollten Sie drei R- Wellen untersuchen und den Mittelwert bilden. - Bestimmen Sie die Werte für alle acht Segmente. Speichern Sie Ihre Aufnahmen! 4

15 Daten und Berechnungen Datum: Name des Probanden: Alter des Probanden: Größe des Probanden: Gewicht des Probanden: Geschlecht des Probanden: Tabelle : Systolischer Druck (Ch ) Zustand Messung Druck (Marker) Ø Marker. Korotkoffton Ø Ton Linker Arm sitzend Rechter Arm sitzend Rechter Arm liegend Rechter Arm angestrengt 3 Tabelle : Diastolischer Druck (Ch ) Zustand Messung Druck (Marker) Ø Marker. Korotkoffton Ø Ton Linker Arm sitzend Rechter Arm sitzend Rechter Arm liegend Rechter Arm angestrengt 5

16 4 Tabelle 3: BPM Messungen Zustand Messung Ablauf Ablauf Ablauf 3 Ø Ablauf Ø Messung Linker Arm sitzend Rechter Arm sitzend Rechter Arm liegend Arm angestrengt 5 Tabelle 4: Berechnung MAP und Pulsdruck Zustand Ø Systole Ø Diaystole BPM MAP Pulsdruck Linker Arm sitzend Rechter Arm sitzend Rechter Arm liegend Rechter Arm angestrengt 6 Tabelle 5: Zeitpunkt der Korotkofftöne Zustand Messung T [Ch] Mittelwert (berechnet) Linker Arm sitzend Rechter Arm sitzend Rechter Arm liegend Rechter Arm angestrengt 6

17 7 Tabelle 6: Bestimmung der Pulswellengeschwindigkeit Abstand Zeit Geschwindigkeit Abstand zwischen Brustbein und rechter Schulter? Abstand zwischen rechter Schulter und Armbeuge? Gesamtabstand? Zeit zwischen R- Welle und erstem Korotkoffton? Geschwindigkeit= Strecke / Zeit 8 Fragenkatalog Aufgabe : Notieren Sie die Differenz des systolischen Drucks zwischen der automatischen Aufnahme und dem subjektiven Empfinden des Versuchsdurchführenden! Welche Faktoren führen zu diesem Unterschied? Ist das bei jeder Person gleich? Erklären Sie Ihre Antwort! Aufgabe : Verändern sich systolischer und diastolischer Druck wenn Ihre Herzrate steigt? Wie beeinflusst diese Änderung Ihren Pulsdruck? Aufgabe 3: Nennen Sie drei Fehlerquellen bei der indirekten Blutdruckmessung! Aufgabe 4: Stellen Sie eine Gleichung auf, die den Fluss, den Druck und den Widerstand bei der Ermittlung des MAP berücksichtigt! Aufgabe 5: Der Blutfluss (l / min) durch den Lungenkreislauf entspricht dem des Körperkreislaufs. Der pulmonare Widerstand ist jedoch fünf mal kleiner. Verwenden Sie die in Aufgane 4 aufgestellte Gleichung um zu zeigen, dass der pulmonare Druck fünf mal niedriger als der Druck im Körperkreislauf ist. Aufgabe 6: Definieren Sie den ersten und zweiten Korotkoffton. Welcher liegt bei dem systolischen Druck und welcher bei dem diastolischen? Aufgabe 7: Warum ist der Hauptarteriendruck (MAP) nicht gleich: (Systolischer Druck - Diastolischer Druck) /? Aufgabe 8: Definieren Sie den Begriff Pulsdruck. Warum ändern sich die Werte im systolischen/ diastolischen Druck? Warum steigt der Pulsdruck nach einer Anstrengung? 7

18 Aufgabe 9: Wieso kann der Blutdruck im linken und rechten Arm der Testperson unterschiedlich sein? Aufgabe 0: Nennen Sie eine andere Arterie, außer der Oberarmarterie, die für die indirekte Blutdruckmessung in Frage käme. Begründen Sie ihre Auswahl! Aufgabe : Sie haben vielleicht bemerkt, dass Sie während der Messungen ein Anschwellen Ihrer Hand gespürt haben. Erklären Sie diesen Effekt! 9 Empfohlene Literatur [ ] Bolz, Armin; Urbaszek, Wilhelm: Technik in der Kardiologie. Eine interdisziplinäre Darstellung für Ingenieure und Mediziner. Berlin: Springer, 00 [ ] Kramme, Rüdiger: Medizintechnik. Verfahren, Systeme, Informationsverarbeitung.. Aufl, Heidelberg: Springer, 00 8