فشار خون یک علامت حیاتی کلیدی است که به سلامت قلب و عروق ما بینشی می دهد. اما فشار خون معمولاً تنها چند بار در سال توسط پزشک اندازه‌گیری می‌شود – و این اندازه‌گیری‌ها ممکن است همیشه دقیق نباشند (مثلاً شاید در مطب دکتر عصبی هستید). یک دستگاه پوشیدنی که می تواند به طور مداوم فشار خون را کنترل کند، قرائت های آموزنده تری را ارائه می دهد و به پزشکان اجازه می دهد روندها را نظارت کنند و تغییرات بعدی فشار خون را تشخیص دهند و در نهایت سلامت قلب را بهبود بخشند.
تقریباً یک دهه پیش، با همکاری دولت هند، NIBIB پیشرو بود یک تلاش بین المللی برای ایجاد یک سیستم سایش بدون کاف. بر اساس سال ها تحقیق، اکنون دانشمندان در حال اصلاح چنین دستگاهی هستند. این دستگاه که از گرافن، یکی از نازک‌ترین مواد در جهان است، در قسمت زیرین مچ قرار می‌گیرد و می‌تواند فشار خون را با دقتی قابل مقایسه با یک کاف فشار خون استاندارد اندازه‌گیری کند. اگرچه این فناوری هنوز در مراحل ابتدایی خود است، اما محققان تصور می کنند که مانیتور 24/7 پوشیده شود. دستگاه بود اخیرا شرح داده شده است که در فناوری نانو طبیعی.
تیفانی لش، Ph.D.، مدیر برنامه در بخش انفورماتیک بهداشتی در NIBIB، توضیح داد: «ماشین فشار خون در اواخر قرن نوزدهم توسعه یافت و فناوری زیربنایی آن تغییر قابل توجهی نکرده است. برخلاف کاف‌های فشار خون سنتی، این دستگاه می‌تواند نظارت مستمر و بدون مزاحمت را فعال کند که می‌تواند راه را برای ارزیابی فشار خون از راه دور و شبانه‌روزی هموار کند. از آنجایی که بیماری های قلبی عروقی عامل اصلی مرگ و میر در سراسر جهان است، چنین دستگاهی ظرفیت کاهش مرگ های بالقوه قابل پیشگیری را دارد.
در نگاه اول، دستگاه خون مانند یک خالکوبی موقت به نظر می رسد – گرافن و اجزای ریز داخل آن مانند برچسب های شفاف ریز هستند که مستقیماً به پوست می چسبند. این کاربرد حتی مشابه است: دستگاه را – که به نوار نازکی از کاغذ متصل است – روی پوست قرار دهید، کاغذ را با آب مرطوب کنید و کاغذ را با دقت بردارید و دستگاه فشار خون را پشت سر بگذارید.
دکتر Deji Akinwande، استاد دانشگاه تگزاس در آستین، نویسنده این مطالعه، توضیح داد که «خالکوبی‌های الکترونیکی» مشابه قبلاً مورد مطالعه قرار گرفته‌اند، اما معمولاً از فیلم‌های فلزی استفاده می‌کنند که کاملاً روی پوست قرار نمی‌گیرند. او گفت: «در دستگاه‌های قبلی، لغزش‌های زیادی بین لایه فلزی و پوست وجود دارد، که منجر به آثار متحرکی می‌شود که می‌توانند سیگنال واقعی را که ما در تلاش برای گرفتن آن هستیم، بپوشانند. از آنجایی که گرافن بسیار نازک و انعطاف‌پذیر است، از دست‌ساخته‌های حرکتی رنج نمی‌برد و ما می‌توانیم اندازه‌گیری‌های دقیق را در مدت زمان طولانی ثبت کنیم.
خالکوبی فشار خون را مستقیماً مانند مانیتورهای سنتی اندازه گیری نمی کند. درعوض، خالکوبی‌ها به بیوامپدانس، معیاری برای مقاومت بدن در برابر جریان الکتریکی متکی هستند. خالکوبی‌ها حاوی الکترودهای کوچکی هستند که جریان کوچکی را به شریان مچ وارد می‌کنند و سپس حس می‌کنند که این جریان چگونه تحت تأثیر شریان قرار می‌گیرد. سپس این اندازه‌گیری‌های بیوامپدانس را می‌توان با استفاده از یادگیری ماشینی به خوانش فشار خون تبدیل کرد.
محققان خالکوبی های بیوامپدانس خود را در هفت فرد سالم ارزیابی کردند. به طور متوسط، هر شرکت‌کننده تقریباً چهار ساعت به‌طور مداوم تحت نظر قرار گرفت که در نتیجه تقریباً 2000 اندازه‌گیری برای هر شرکت‌کننده انجام شد. شرکت‌کنندگان تمرین‌های مختلفی را برای بالا بردن عمدی فشار خون خود انجام دادند، مانند انجام تمرینات ایستادن روی دست، دوچرخه‌سواری ثابت، یا انجام مانور والسالوا (که در آن فرد سعی می‌کند به‌زور با دهان بسته و بینی‌اش فشار داده شده بازدم کند). در طول این آزمایش‌ها، شرکت‌کنندگان همچنین برای اندازه‌گیری فشار خون مرجع از یک مانیتور فشار خون درجه پزشکی استفاده می‌کردند و محققان دریافتند که خالکوبی‌های بیوامپدانس آنها می‌تواند فشار خون شرکت‌کنندگان را با دقت بالا تعیین کند.
سپس محققان توانایی سیستم خود را برای محاسبه خوانش فشار خون برای شرایطی فراتر از موارد ارزیابی شده در آزمایش های اولیه خود ارزیابی کردند. از شرکت‌کنندگان دعوت شد تا فعالیت‌های بیشتری را انجام دهند – مانند پیاده‌روی یا شرکت در ورزش‌های شدید (مانند پیاده‌روی گسترده و محرک عرق در فضای باز یا ورزش‌های فشاری). پس از این فعالیت‌ها، محققان خوانش‌های فشار خون (در حالی که شرکت‌کنندگان هنوز بودند گرفته شد) را ارزیابی کردند. در حالی که خالکوبی‌های بیوامپدانس می‌توانستند در برابر نور، گرما، آب یا عرق مقاومت کنند، دقت فشار خون آنها در طول نظارت پس از ورزش اندکی کاهش یافت. محققان به گنجاندن داده‌های اضافی، از جمله اندازه‌گیری‌های بالاتر فشار خون ناشی از ورزش، در الگوریتم‌های یادگیری ماشینی خود ادامه خواهند داد، که باید دقت آنها را بهبود بخشد.
محققان همچنین قصد دارند دستگاه خود را بیشتر بهینه کنند تا داده های فشار خون به صورت بی سیم منتقل شود. در حال حاضر، خالکوبی نیاز به اتصال به تجهیزات خارجی با استفاده از یک سیم طلایی نازک دارد که امکان اندازه گیری فشار خون را فراهم می کند.
دکتر روزبه جعفری، نویسنده این مطالعه، گفت: «این نسل اول دستگاه هنوز در مراحل اولیه است، اما وعده این فناوری این است که به معنای واقعی کلمه می‌توان آن را در هر زمان پوشید و داده‌های بیوفیزیکی زیادی را ارائه کرد.» استاد دانشگاه A&M تگزاس و نویسنده اصلی کمک هزینه NIBIB. “فشار خون و فشار خون بالا با شرایط سلامتی جدی و تهدید کننده زندگی مرتبط است و توانایی نظارت مداوم بر این شاخص حیاتی می تواند مداخلات پیشگیرانه ای را که می تواند سلامت عمومی را بهبود بخشد.”
و مانند پژوهش نشان می‌دهد که سطح فشار خون در طول همه‌گیری افزایش یافته است، یافتن راه‌هایی برای پایش مداوم فشار خون، به‌ویژه در میان افراد مبتلا به فشار خون، ممکن است اهمیت فزاینده‌ای پیدا کند.
این مطالعه تا حدی توسط کمک مالی NIBIB (R01EB028106) پشتیبانی شد. منابع مالی دیگر عبارتند از: دفتر تحقیقات نیروی دریایی (Grant N00014-18-1-2706) و بنیاد ملی علوم (Grant 1738293).
مرجع تحقیق: Kireev, D., Sell, K., Ibrahim, B. و همکاران. پایش مداوم فشار خون شریانی بدون کاف توسط تاتوهای بیوامپدانس گرافن. ملی فناوری نانو. 17864–870 (2022). https://doi.org/10.1038/s41565-022-01145-w
