Большинство людей редко обращают внимание на свой пульс за пределами тренажерного зала, вместе с тем для врачей анализ пульсовых характеристик является достаточно информативным инструментом оценки состояния сердечной деятельности.
Ученые химики-технологи из Стэнфордского университета (Stanford University), США, сконструировали сердечный монитор, толщина которого меньше долларовой банкноты, и размеры которого не больше почтовой марки. Гибкий, как кожа, монитор, который крепится на кисть при помощи лейкопластыря, обладает чувствительностью, достаточной для определения жесткости сосудистой стенки и выявления сердечно-сосудистых проблем.
Устройство может применяться для длительного мониторирования сердечной деятельности, предоставляя врачам безопасный метод выявления жизненно важных показателей у новорожденных, а также у пациентов хирургического профиля с высоким риском.
Пульсовые характеристики достоверно отражают состояние стенок артерий и состояние сердца. По мнению ученых, чем качественнее сенсорное устройство, тем вероятнее врачи смогут выявить проблемы на стадиях субклинического повреждения органов, до развития грозных клинических состояний.
Пульс
При измерении пульса на запястье мы ощущаем под указательным и средним пальцами ритмичные толчки, отражающие насосную функцию сердца и прокачивание крови через сосудистое русло. Каждый толчок в действительности состоит из двух отдельных ударов, даже если они трудноразличимы при пальпации. Первый, более сильный толчок, отражает выталкивание крови из камер сердца, второй, более слабый, — отраженную волну из нижних отделов артериального русла.
Соотношение характеристик этих двух пульсовых ударов может быть использовано для оценки состояния сердечно-сосудистой системы организма, в том числе, для оценки жесткости стенки артерий. Изменения в функциональном состоянии сердца также находят свое отражение в характере пульсовой волны.
Для создания сердечного монитора в равной степени высокочувствительного и небольшого по размеру ученые использовали слой резины средней толщины с нанесенными на ее поверхность тонкими шишечками пирамидальной формы. Размеры каждой такой пирамидки составляют всего несколько микрон — меньше размеров человеческого эритроцита.
Воздействие давления на устройство вызывает деформацию пирамидок, которые изменяют ширину зазора между двумя частями монитора. Эти изменения приводят к существенным изменениям электромагнитного поля и электрического тока в приборе.
Использование множества таких микросенсорных датчиков на конечностях создает подобие «электронной» кожи. При установке монитора на запястье он определяет пульсовую волну, отраженную при прохождении по сосудистому руслу пациента.
Прибор настолько чувствителен, что может фиксировать более двух толчков пульсовой волны — при обработке полученных данных ученые заметили дополнительную волну в конечной части пульсовой кривой, ранее не фиксируемую существующими диагностическими устройствами. По мнению ученых, эти данные могут иметь дополнительное диагностическое значение.
Артериальное давление и новорожденные
Во врачебной практике уже используются подобные, правда, гораздо более громоздкие мониторы для отслеживания сердечной деятельности больных во время операционных вмешательств или при назначении новых лекарственных препаратов. Но в будущем устройство, сконструированное американскими учеными, даст возможность мониторировать дополнительные жизненные функции организма.
Теоретически этот прибор можно использовать также для измерения артериального давления при соответствующей калибровке обрабатываемых устройством сигналов пульсовой волны.
Этот неинвазивный метод мониторирования сердечной деятельности может с успехом заменить внутрисосудистые катетеры, устанавливаемые непосредственно в артерию.
Применение внутрисосудистых катетеров сопряжено с высоким риском инфицирования, что исключает возможность их использования у новорожденных и больных с высоким риском. Сконструированный монитор наружного применения даст возможность безопасного получения информации о деятельности сердца, в особенности в хирургии у детей раннего возраста.
Ученые продолжают работу над усовершенствованием монитора с целью обеспечения его работы в дистанционном режиме — используя беспроводные коммуникации врачи могли бы напрямую получать информацию о состоянии сердечной деятельности пациентов при помощи мобильного телефона, всего лишь используя устройство толщиной не больше человеческого волоса.
Для пациентов с высоким риском развития сердечно-сосудистых заболеваний ношение такого микродатчика могло бы обеспечить постоянный мониторинг функционального состояния сердца без нарушения привычного режима больных.
Schwartz G., Tee B.C., Mei J. et al. (2013) Flexible polymer transistors with high pressure sensitivity for application in electronic skin and health monitoring. Nat. Commun., 4: 1859.
Stanford University (2013) Engineers monitor heart health using paper-thin flexible ‘skin’. ScienceDaily, May 17 (www.sciencedaily.com/releases/2013/05/130516105702.htm).
Ольга Федорова
