Investigarea sistemului cardiovascular uman: EKG, evaluarea tensiunii arteriale i a ritmului cardiac1

Investigarea sistemului cardiovascular uman: EKG, evaluarea tensiunii arteriale i a ritmului cardiac2

1. Sistemul cardiovascular Are rolul de a transporta hrana i oxigenul n interiorul organismului i de a colecta reziduurile de la nivel celular. Buna lui func ionare este afectatat de sedentarism, de stresul zilnic i de alimenta ia nesntoas, precum i de eventualele predispozi ii genetice. Acestea pot genera diferite afec iuni cardio-vasculare: hipertensiune arterial, infarct de miocard, hipercolesterolemie, ateroscleroz etc. Ne propunem o scurt prezentare a modului de func ionare a aparatului circulator i a metodelor de investigare neinvaziv a acestuia, cu referire la componenta sa principal, inima. Pornind de la premisa c preven ia afec iunilor cardiovasculare ncepe cu controlul regulat al tensiunii arteriale i al ritmului cardiac, vom descrie metodele de msurare i de monitorizare a acestora. Principala component a aparatului circulator, inima, este un organ muscular cavitar de dimensiuni mari, situat n regiunea median a toracelui. Spre deosebire de al i muchi, ea nu obosete niciodat. Inima este o pomp aspiratoare-respingtoare, circula ia sngelui fiind posibil datorit contrac iilor ei ritmice. Are o greutate de aproximativ 340 g la brba i i ceva mai pu in la femei. Inima are patru camere principale, aranjate n perechi, care i permit func ionarea ca o pomp. Fiecare dintre ele are pere i musculari care se contract pentru a asigura circulatia sangelui. Cele dou atrii se gsesc n spatele i deasupra celor dou ventricule. Atriile i ventriculele nu comunic ntre ele datorit existen ei septului interatrial i septului interventricular.

Cum are loc circula ia sngelui? Sngele este pompat ctre artere prin aort pentru a transporta oxigen spre organe i esuturi. Apoi se ntoarce la inim prin vene, ncrcat cu dioxid de carbon spre a fi pompat n al doilea circuit, de aceast dat ctre plmni, pentru a fi oxigenat. Sngele revine la inima de la plmni prin venele pulmonare, aducnd o nou cantitate de oxigen. Ptrunde n atriul stng, care se contract i mpinge sngele prin valva mitral, n ventriculul stng.Figura 1.1 Structura inimii

Investigarea sistemului cardiovascular uman: EKG, evaluarea tensiunii arteriale i a ritmului cardiac3

Cnd ventriculul stng se umple, valva mitral se nchide, miocardul se contarct, iar sngele intr n artera aort prin valvele aortice deschise. Pe acest drum sngele ajunge la esuturi, unde elibereaz oxigenul i se ncarc cu dioxid de carbon. Sngele revine n inim din jumtatea inferioar a corpului, prin vena cav inferioar, iar din jumatatea superioar a corpului, prin vena cav superioar. Ptrunde n atriul drept, acesta se contract i sngele trece n ventriculul drept prin valva tricuspid. Contrac ia ventriculului drept expulzeaz sngele ncrcat cu dioxid de carbon n artera pulmonar prin valvele pulmonare, ctre plmni, de unde preia o nou cantitate de oxigen. Se ntoarce apoi la inima prin venele pulmonare, pentru un nou ciclu. Acest proces este repetat de 50-60 de ori n fiecare minut. Pentru a asigura circula ia sngelui, pompa cardiac trebuie s nving rezisten a vascular, deci s func ioneze ca o pomp cu presiune dat de for a de contrac ie a cordului. Circula ia n vene are loc ca o consecin a circula iei sngelui n artere i n capilare. Ce este ritmul cardiac? La fiecare btaie a inimii, cele dou atrii se contract mpreun i ncarc ventriculele cu snge. Dup aceea are loc contrac ia ventriculelor. Sincronizarea acestor contrac ii este dependent de un sistem excitoconductor de control al ritmului. Principalul centru de control este nodul sinoatrial, din atriul drept. De aici, impulsurile sunt conduse la cele dou atrii, determinnd contrac ia acestora. Trecerea sngelui din atrii n ventricule i apoi n arborele vascular mpreun cu fenomenele care determin i nso esc aceast deplasare de snge se numete revolu ie cardiac. Ea dureaz 0,8 secunde i cuprinde contrac ia atriilor sau sistola atrial, cu durata de 0,1 secunde, contrac ia ventriculelor (sistola ventricular) cu durata de 0,3 secunde, urmat de diastola atrial, 0,7 s i de diastola ventricular, 0,5 s, rezultnd astfel o diastol general de 0,4 s. Revolu ia cardiac ncepe cu umplerea atriilor n timpul diastolei atriale, sngele venos din venele cave ptrunznd n atriul drept, iar sngele din venele pulmonare, n cel stng. Ptrunderea sngelui destinde pere ii relaxa i ai atriilor, pn la o anumit limit, cnd ncepe contrac ia atrial, deci sistola atrial, care evacueaz tot sngele atrial n ventricule. Acumularea sngelui n ventricule duce la creterea presiunii intraventriculare i nceperea sistolei ventriculare. n timpul sistolei ventriculare, datorit presiunii ridicate din ventricule, care depete presiunea din artera pulmonar i din aort, se nchid valvele atrio-ventriculare i se deschid valvele sigmoide. Dup expulzarea sngelui din ventricule, pere ii acestora se relaxeaz i ncepe diastola ventricular, cnd, datorit presiunii sczute din ventricule, se nchid valvele sigmoide i se deschid cele atrio-ventriculare. La nceputul diastolei ventriculare, sngele este aspirat din atrii de ctre ventricule. La sfritul diastolei ventriculare, contrac ia atrial (sistola atrial) contribuie la vrsarea n ventricule a restului de snge din atrii.

Investigarea sistemului cardiovascular uman: EKG, evaluarea tensiunii arteriale i a ritmului cardiac4

n timpul revolu iei cardiace, atriile i ventriculele prezint sistole (contrac ii) i diastole (relaxri) succesive, care se efectueaz n acelai timp i n cavit ile drepte i n cele stngi. Diastola general, adic relaxarea ntregii inimi, se suprapune pe diastola ventricular, dar dureaz mai putin dect aceasta, din cauza sistolei atriale care ncepe n ultima perioada a diastolei ventriculare. La omul normal au loc 70-80 de revolu ii cardiace/min, ceea ce reprezint de fapt btile inimii. Zgomotul specific se datoreaz unor por iuni de pe valvele dintre camerele inimii, numite cuspide. Ele se deschid pentru a permite trecerea sngelui din atrii n ventricule, apoi se nchid brusc cu un zgomot specific, de btaie a inimii. Unul dintre principiile constructive ale unui dispozitiv care s nregistreze ritmul cardiac se bazeaz pe absorb ia puternic a radia iei infraroii n ap. Sngele este o solu ie apoas, iar zone precum lobul urechii sau vrful degetelor sunt puternic vascularizate. Atunci cnd inima pulseaz, cantitatea de snge din aceste zone oscileaz cu perioada btilor inimii. Deci dac dispunem de un emi tor de infraroii i un receptor separate de lobul urechii sau de vrful degetului, putem s surprindem btile inimii. Evident, receptorul trebuie s comunice cu o plac de achizi ie care s transforme prin intermediului software-ului tensiunea oscilatorie de la bornele receptorului de infraroii n semnal digital. Noi am utilizat un astfel de pletismograf construit dintr-un led cu emisie n domeniul infrarou i un fototranzistor care s recep ioneze fluxul de radia ie infraroie ce strbate lobul urechii umane.(figura 1.2). Acestea au fost centrate ntr-un clete de rufe, aplicabil pe lobul urechii sau pe deget.Placa de achizi ie utilizat a fost NIDAQ 6013, iar software-ul a fost scris n LabVIEW.

Figura 1.2

Figura 1.3 Monitorizarea ritmului cardiaci

Investigarea sistemului cardiovascular uman: EKG, evaluarea tensiunii arteriale i a ritmului cardiac5

Figura 1.4 Semnalul ob inut la monitorizarea ritmului cardiac

Monitorizarea ritmului cardiac

Monitorul de ritm cardiac al firmei Vernier se bazeaz pe existen a curen ilor de intensitate foarte mic care apar pe suprafa a pielii umane la fiecare btaie a inimii. Dup cum pute i observa n figura 1.5, el con ine cele dou mnere pe care subiectul le va ine strns, cu ambele mini, respectnd pozi iile indicate pentru degete i un receptor care se va conecta cu interfa a analog-digital (Go!Link, spre exemplu). Semnalele electrice din piele sunt preluate de ctre electrozii inclui n mnere i transmise wireless printr-un cmp electromagnetic de frecven joas spre receptor. Este obligatoriu ca sge ile marcate pe Figura 1.5 mnere i pe receptor s aib acelai sens n timpul utilizrii monitorului. Transmisia wireless are raza de 80-100 cm. Noi am nregistrat ritmul cardiac al unei doamne n timp ce efectua 10 genuflexiuni, apoi se relaxa. Semnalele ob inute pot fi observate n figura 1.6. Se poate interpreta semnalul n tensiune ob inut n reprezentarea de jos sau semnalul reprezentnd numrul btilor inimii pe minut, ob inut n reprezentarea din partea superioar a figurii.

Investigarea sistemului cardiovascular uman: EKG, evaluarea tensiunii arteriale i a ritmului cardiac6

Figura 1.6

Am transferat semnalul ob inut ntr-un fiier xls pentru ca s-l pute i reprezenta i interpreta. Accesa i deci fiierul ritm cardiac.xls, fila de calcul tabelar SEMNAL TENSIUNE i efectua i urmtoarele: Reprezenta i grafic semnalul n tensiune U exprimat n V, n func ie de timpul t exprimat n s, Calcula i durata btilor inimii msurnd timpul scurs ntre dou vrfuri succesive de amplitudine. Calcula i valoarea ritmului cardiac n BPM. Accesa i apoi fiierul ritm cardiac.xls, fila de calcul tabelar RITM i efectua i urmtoarele: Reprezenta i grafic ritmul cardiac exprimat n BPM (bti pe minut), n func ie de timpul t exprimat n s. Identifica i din grafic intervalul de timp ct a efectuat genuflexiuni i intervalul de timp necesar relaxrii ncerca i s calcula i rata de accelerare i rata de relaxare a ritmului cardiac.

Cum comenta i valorile ritmului cardiac nainte de a efectua efort fizic, cele 10 genuflexiuni, i dup perioada de relaxare?

Investigarea sistemului cardiovascular uman: EKG, evaluarea tensiunii arteriale i a ritmului cardiac7

2. Ce este i cum se msoar tensiunea arterial?

Tensiunea arterial variaz n permanen , att n cursul unei zile ct i pe parcursul unei luni. Ea este influen at de schimbrile de anotimp, de temperatura ambiant i de starea individului. De aceea, tensiunea arterial trebuie msurat periodic, iar rezultatele trebuie notate cu aten ie. Ea poate s variaze considerabil n cursul unei zile, fiind influen at de factori mentali i fizici: strile de angoas, efortul fizic, tabagismul, cafeina, stressul, etc. Cele dou valori ale tensiunii arteriale (TA) msoar presiunea sanguin n timpul contrac iei i al relaxrii inimii (sistola, respectiv diastola). Din acest motiv, valorile tensionale poart numele de tensiune sistolic (valoarea cea mai mare) i tensiune diastolic (valoarea cea mai mic). Presiunea sngelui n artere crete atunci cnd inima se contract i scade cnd inima se relaxeaz. n cazul unui adult, valorile presiunii arteriale situate sub nivelul de 140 de milimetri coloana de mercur (prescurtat 140 mmHg) pentru sistolic i 90 mmHg pentru diastolic sunt considerate normale. n general, medicii privesc aceste valori ca pe un prag maxim admis. Dac n urma a dou determinari valorile tensiunii arteriale depesc limitele normale, vorbim despre hipertensiune arterial cu consecin e asupra ntregului organism. n tabelul urmtor sunt prezentate grupele de tensiune arterial.

Tipul de tensiune arterial Optim Normal La limita superioar HTA (hipertensiune arterial) gr. I (uoar) HTA(hipertensiune arterial) gr. II (moderat) HTA(hipertensiune arterial) gr. III (sever) HTA (hipertensiune arterial) sistolic izolat

Tensiunea sistolic (mm Hg) 140

Tensiunea diastolic (mm Hg)