Nichtinvasive, indirekte Messung des Blutdruckes mittels Pulswellengeschwindigkeit - Anwendung in der Schlafmedizin

Abstract

Arterielle Hypertonie gehört zu den wichtigsten Risikofaktoren von kardiovaskulären Erkrankungen. Besonders der nächtliche Blutdruck hat einen besonderen Aussagewert bei der Bestimmung des Risikos, an solchen Erkrankungen zu versterben. Die obstruktive Schlafapnoe gehört zu den atmungsbedingten Schlafstörungen. Ihre Prävalenz ist in der Altersgruppe über 40 Jahre sehr hoch. Obstruktive Schlafapnoe ist mit arterieller Hypertonie assoziiert und geht mit einem erhöhten Risiko für kardiovaskuläre Ereignisse wie Herzinfarkt, Herzrhythmusstörung und Hirninfarkt einher. Die ursächlichen Beziehungen zwischen obstruktiver Schlafapnoe und kardiovaskulärem Risiko bzw. Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind nicht ausreichend untersucht. In der vorliegenden Arbeit wird deshalb eine kontinuierliche, nichtinvasive Blutdruckbestimmung auf der Basis der Pulswellengeschwindigkeit vorgestellt, validiert und bei Patienten mit schwerer Schlafapnoe eingesetzt, um das Blutdruckverhalten bei dieser Erkrankung zu untersuchen. Grundlage der Bestimmung des Blutdruckes aus der Pulswellengeschwindigkeit sind physikalische Beziehungen zwischen der Pulswellengeschwindigkeit und der Gefäßelastizität (Elastizitätsmoduls). Letztere wird ganz wesentlich auch vom Blutdruck bestimmt. Somit kann mittels Messung der Pulswellengeschwindigkeit, Rückschluss auf den Blutdruck gezogen werden. Die Funktion zwischen Blutdruck und Pulswellenlaufzeit muss aufgrund unterschiedlicher individueller Gefäßsteifheit kalibriert werden. Es wurden drei Studien durchgeführt. In einer Gruppe von 50 Probanden wurde die Blutdruckbestimmung durch Messung der Pulslaufzeit (BDPTT) mit der traditionellen Messung nach Riva Rocci am Arm (BDRR) während Fahrrad Ergometrie verglichen. In einer zweiten Studie an 12 Patienten erfolgte die Validierung des BDPTT gegen die intraarterielle Messung. In der dritten Studie untersuchten wir die Blutdruckfluktuationen und Atmungsparameter in Apneophasen im Schlaf bei 97 Patienten mit schwerer Schlafapnoe. Der Korrelationskoeffizient zwischen systolischen BDPTT und dem Manschettendruck (BDRR) in der Studie 1 betrug 0,83 (276 Messungen) für alle Probanden. Die Vertrauensintervalle im Bland-Altman Plot waren +/-19,8 mmHg, ohne bemerkenswerte Differenz zwischen den BD-Mittelwerten. In der Studie 2 korrelierten systolischer BDPTT und systolischer BDPTT der intraarteriellen Messung (BDIA, R=0,947) sowie diastolischer BDPTT und diastolischer BDIA (R=0,419). Die Mittelwertdifferenzen waren 0,78 mmHg (sytolisch) und 4,78 mmHg (diastolisch). Die Vertrauensintervalle betrugen +/-18,9 mmHg (systolisch) und +/-18,5 mmHg (diastolisch). In Studie 3 zeigte sich, dass der systolische BD in Perioden besonders langer Apnoen und kurzer Atmungsphasen im Verlauf der Apnoe anstieg, jedoch nicht wieder auf Ausgangswerte zurückging. Die war mit einer deutlichen Blutdruckerhöhung und extremen Blutdruckspitzen verbunden („Superposition“). Unsere Ergebnisse zeigen die klinische Verwendbarkeit der Pulslaufzeit-basierten BD-Messung mit Einpunktkalibrierung. Wir zeigen neue Phänomene des Blutdruckverhaltens (Superposition) bei Patienten mit schwerer obstruktiver Schlafapnoe zeigen. Diese BD-Superposition findet in Zusammenhang mit bestimmten Atemmustern statt. Die extrem hohen Blutdrücke in den Phasen der Superposition stellen ein erhöhtes nächtliches Risiko für kardiovaskuläre Ereignisse dar.

Arterial hypertension is one of the most important risk factors for cardiovascular diseases. Night-time blood pressure (BP) has the greatest significance for estimation of patient’s risk. The obstructive sleep apnea has high prevalence in people older than 40 years. It is associated with hypertension and increased risk for cardiovascular events. The mechanisms behind the causal relationship between obstructive sleep apnea arterial hypertension are not well known. Therefore, we investigated BP behavior in patients with severe obstructive sleep apnea using a novel method based on the pulse transit time (PTT). The determination of arterial BP by using the PTT bases on the physical relation between pulse wave velocity and arterial stiffness (elasticity modulus). Latter is determined by the arterial BP. Thus, measurement of the pulse wave velocity allows conclusion about BP. However, patients have different vessels stiffness, which demands for individual calibration of the measuring system. Three studies were performed. In a group of 50 volunteers, cycling on a bicycle ergometer, the systolic BPPTT and the BP measured by using the Riva Rocci-technique (BPRR) were compared. In second study in 12 volunteers, the intra-arterial BP (BPIA) served a Gold standard for the validation of BPPTT. Further, in a third investigation, we studied the behavior of BP during periods of apnea in 97 patients with severe obstructive sleep apnea. In study 1, the mean correlation factor between BDRRsyst and BDPTTsyst was R=0.83. The difference of mean systolic BPPTT and BPRR in bicycle ergometer group was below 1 mmHg and the limits of agreement were +/-19.8 mmHg. In the study 2, the mean correlation factor between BPPTT and BPIA was R=0.947 (systolic) and R=0.419 (diastolic). The limits of agreement in the Bland–Altman-Plot were 18.9 mmHg and 18.5 mmHg for systolic and diastolic BP, respectively. Mean arterial BP differed comparing both method by 0.78 mmHg (systolic) and 4.78 mmHg (diastolic). In study 3, we observed characteristic apnea-related BP-patterns, but in addition, periods of long apneas combined with short breathing intervals occurred, where the BP did not level to values before the apnea, but increased continuously. In these periods, called superposition, BP reached extremely high values. The results of our studies reveal the usefulness of the BP measurement by using PTT and one-point-calibration. We detected a novel phenomenon of nighttime BP behavior in patients with severe obstructive sleep apnea. The extremely high nighttime BP increases the risk for cardiovascular events and may add to hypertension in these patients. The finding supports the necessity of continuous BP pressure measurement during night.