Определение и измерение физиологических переменных
Основной задачей медицинской аппаратуры является измерение физиологических переменных. Переменная есть некоторая величина, значения которой изменяются в течение времени. Переменная, связанная с физиологическими процессами в организме называется физиологической. Примерами физиологических показателей являются температура тела, электрическая активность сердца, артериальное давление, параметры дыхательной активности.
Измерение физиологических показателей необходимо и при диагностике заболеваний и при наблюдении за процессом лечения. В любом случае измеренные значения сравнивают с так называемыми нормальными, полученными при тех же самых измерениях у большого числа здоровых людей.
Чтобы физиологический показатель имел ценность при диагностике конкретного заболевания, необходимо иметь возможность легко его измерить, не создавая пациенту значительных неудобств. Одни физиологические показатели, такие как температура тела и пульс, удовлетворяют этим требованиям, другие показатели труднее поддаются измерению и для их изучения необходима сложная электронная аппаратура.
Некоторые физиологические показатели изменятся медленно, например масса тела, другие изменяются непрерывно и достаточно быстро. Мгновенное значение физиологических показателей, например напряжение электрокардиосигнала, несет мало информации. Чтобы этот показатель был полезным его необходимо регистрировать в течение определенного временного интервала. Запись электрокардиосигнала необходимо проводить в течение, по крайней мере, одного цикла работы сердца. В некоторых случаях клинически важная информация появляется при регистрации весьма редко и физиологический показатель следует регистрировать длительное время. Например, регистрация нарушений сердечного ритма, отклонений артериального давления.
Размеры анатомических структур обычно описываются в единицах длины, поверхности и объема. Изменение положений или смещение описываются в единицах скорости или ускорения. Возрастание объема жидкости, проходящей через сечение сосуда с различной скоростью, может быть описано в терминах изменения скорости на данном отрезке сосуда. Смещение определенного количества крови за единицу времени может быть выражено как скорость объемного кровотока. Так, например, количество крови, выбрасываемой в аорту левым желудочком в каждую минуту, представляет собой объемную скорость кровотока и получило название «минутный объем сердца», или «сердечный выброс».
Изменение значения скорости или направления движения крови может быть вызвано действием таких сил, как, например, сила тяжести или сила сокращающихся мышц. При многих различных условиях противоположно действующие силы уравновешиваются и не вызывают никакого движения (см. рис. 1.10). Подобно этому ведут себя силы, которые мы обозначаем терминами «артериальное» или «венозное давление». Пока давление в цилиндрическом канале остается постоянным, силы, действующие изнутри, уравновешиваются силами растяжения стенок, система остается неподвижной. Если давление колеблется, растяжение стенок меняется, цилиндр растягивается или пульсирует при каждом повышении давления. Сокращение левого желудочка создает силу, вызывающую быстрое повышение скорости кровотока в аорте. Величина действующих сил в каждый момент представлена, как произведение массы выброшенной крови на ее ускорение (см. рис. 1.10).
Рис. 1.10. Физические свойства любой механической системы определяются несколькими основными показателями, такими, как положение или размеры, время и силы. Взаимоотношение между этими величинами выражается в терминах изменений смещения, скорости, ускорения, течения, давления.
Иногда важную информацию можно получить только при измерении физиологического показателя с использованием определенной стимуляции. Стимуляция предполагает создание определенных условий или использование специальной программы упражнений, или применение некоторых медикаментов. Измерение физиологических показателей при стимуляции являются откликом на стимуляцию.