Influence of erythrocyte velocity on impedance plethysmographic measurements

Abstract

Impedance plethysmography has been widely used clinically. However, uncertainty exists concerning the source of the impedance signal. The present study was designed to indicate the relative contributions made by blood volume changes and blood flow changes. Anin vitro flow system containing a pulsatile pump, a bovine carotid artery, a rigid tube, and a terminal resis tance was assembled. Impedance recordings were made on both the expansile artery and the rigid tube. The impedance signal from the rigid tube was taken as the flow-related component. The signal from the expansile artery represented the combined effects of volume changes and flow changes. The recordings were made over the full physiological range of pulse pressures and peak flow values, using both normal saline and blood (haematocrit =26±4%). No impedance change was detected in the rigid vessel using saline as the perfusate. When blood was used, the impedance signal from the rigid tube averaged about 10% of that from the expansile vessel and its morphology was different. Changes in erthrocyte velocity produced a small but definite change in the impedance signal recorded from the artery.

Sommaire

L'usage de la pléthysmographie d'impédance est largement répandu en clinique. Il reste toutefois des doutes au sujet de la provenance du signal d'impédance. Cette étude vise à établir les contributions apportées par les changements de volume et de circulation du sang. Après construction d'un système de circulationin vitro, composé d'une pompe pulsatile, d'une carotide de boeuf, d'un tube rigide et d'une résistance terminale, on enregistra l'impédance sur l'artère et le tube. Le signal émis par l'artère souple se révéla être une représentation des effets combinés des changements de volume et de circulation. Les enregistrements furent effectués sur toute la gamme physiologique des tensions différentielles et des valeurs de circulation maximale, à l'aide de saline normale et de sang (hématocrite =26±4%). Aucun changement d'impédance ne fut détecté dans le vaisseau rigide, lors de l'emploi de la saline somme perfusat. Avec le sang, le signal d'impédance émis par le tube rigide se situait autour de 10% de celui du vaisseau souple, et sa morphologie était différente. Des changements se produisirent également dans la vélocité érythrocyte, qui entraînèrent un changement léger, mais très net, dans le signal d'impédance enregistré dans l'artère.

Zusammenfassung

Widerstandsplethysmographie wird im klinischen Bereich weitverbreitet angewendet. Es besteht jedoch eine gewisse Untersicherheit hinsichtlich der Quelle des Impedanzsignals. Die vorliegende Arbeit zielt darauf ab, darzulegen, welche Auswirkungen Veränderungen in Blutvolumen und Blutdurchfluß hierauf haben. Einin vitro Durchflußsytem mit einer Pulsierpumpe, der Halsschlagader eines Rinds, einem starren Rohr und einem Endwiderstand wurde zusammengebaut. Der Widerstand wurde sowohl an der dehnbaren Arterie wie an dem starren Rohr gemessen. Das Widerstandssignal an dem starren Rohr wurde als durchflußbezogene Komponente angenommen. Das Signal von der dehnbaren Arterie stellte die kombinierte Wirkung von Volumen- und Durchflußveränderungen dar. Es wurde Messungen für den gesamten physiologischen Pulsdruckbereich und Spitzendurchflußwerte angestellt, wobei sowohl normale Salzlösung wie Blut (Hämatokrit= 26±4%) verwendet wurde. Im starren Gefäß wurde bei der Verwendung von Salzlösung als Perfusat keinerlei Veränderung des Widerstands beobachtet. Wurde Blut verwendet, ergab sich für das starre Rohr ein Widerstandssignal, das durchschnittlich bei etwa 10% des Signals des dehnbaren Gefäßes lag und dessen Morphologie unterschiedlich war. Veränderungen in der Erythrocytengeschwindigkeit ergaben eine kleine, aber definitive Veränderung des Widerstandssignals bei der Arterie.