عنوان :

مقاله کنترل اتوماتیک فشارخون با استفاده از کنترلر PID و تنظیم

پارامترهای آن توسط الگوریتم ژنتیک

تعداد صفحات : ۱۱۱

نوع فایل : ورد و قابل ویرایش

چکیده

الگوریتم ژنتیک یک روش آماری برای بهینه سازی و جستجو است . الگوریتم جزئی از محاسبات تکاملی است که خود جزئی از هوش مصنوعی می باشد. ویژگی های خاص این الگوریتم باعث می شود که نتوانیم آن را یک جستجو گر تصادفی ساده قلمداد کنیم. در واقع ایده اولیه این روش از نظریه تکاملی داروین الهام گرفته شده و کارکرد آن بر اساس ژنتیک طبیعی استوار می باشد , از الگوریتم ژنتیک در کاربرد های مختلفی مثل بهینه سازی توابع ، شناسایی سیستم ها و پردازش تصویر استفاده شده است . این روش بهینه سازی با روش جستجوی موازی از مؤثرترین روش های بهینه سازی است .

یکی از مهمترین عوامل در عمل جراحی کنترل فشارخون است . زیرا در این حالت افزایش فشارخون ممکن است ، به خونریزی شدید و حتی مرگ بیمار منجر گردد .بنابراین در این پروژه ، با استفاده از الگوریتم ژنتیک و الگوریتم های هم تکاملی هم کارانه  ، کنترل کننده PID بهینه برای کنترل فشارخون حین عمل جراحی طراحی گردیده است . با استفاده از این روش ، می توان سطح فشار خون را در سطح دلخواه با خطای حالت ماندگار صفر تنظیم نمود .

در فصل دوم این پایان نامه ، در رابطه با فشار خون و روش های درمان پزشکی آن صحبت خواهد شد . فصل سوم به بررسی کنترلر PID و الگوریتم ژنتیک و مدل های ریاضی موجود برای سیستم فشارخون و همچنین تنظیم پارامترهای کنترلر PID با استفاده از الگوریتم ژنتیک ، اختصاص داده می شود . در فصل  چهارم الگوریتم های هم تکاملی هم کارانه و استفاده از آن ها برای تنظیم پارامترهای کنترلر PID مورد بحث قرار خواهد گرفت .  در فصل پنجم نتایج به دست آمده از شبیه سازی سیستم فشار خون و طراحی کنترلر آن مورد مطالعه قرار گرفته است.

نتایج نشان داد که با استفاده از روش پیشنهادی در این پروژه, تنظیم فشار خون بیمار در مدت زمان مناسب و با دقت کافی امکان پذیر می گردد. این روش به هیچ عنوان به پارامترهای بیمار وابسته نبوده  و بطور کاملا” مستقل عمل می کند . در واقع با استفاده از این روش تا حد ممکن دخالت طراح و هنر و تجربه وی در پروسه طراحی کنترلر، کاهش داده شده و طراحی کنترلر و تنظیم پارامترهای آن به صورت کاملا اتوماتیک انجام می شود.

مستقل شدن از دخالت نیروهای انسانی ، درصد خطای ناشی از اشتباهات فردی و تجهیزات دستی را کاهش داده و دقت در کنترل بیماری و افزایش سرعت بهبود بیمار را در پی خواهد داشت.

از این روش می توان در کنترل فشارخون بیمار حین عمل جراحی استفاده نمود ، زیرا به دلیل استفاده از الگوریتم بهینه ساز ، نوسانات ناگهانی فشارخون را نداریم و به علت پایداری سیستم ، می توان از کنترل قطعی فشارخون بیمار اطمینان پیدا کرد . استفاده از الگوریتم ژنتیک به علت حذف پاسخ های ضعیف در فضای حالت ، سرعت و قطعیت سیستم را افزایش می دهد .

 واژه های کلیدی: تنظیم فشارخون، الگوریتم ژنتیک، کنترلر PID، مدل های ریاضی، الگوریتم هم تکاملی همکارانه

فهرست مطالب

فصل اول   مقدمه              ۱
فصل دوم   بیماری فشارخون و روش های درمان پزشکی       ۴
۲-۱   مقدمه                       ۴
۲-۲   تعریف فشار خون           ۶
۲-۳   انواع فشار خون                ۷
۲-۳-۱   علائم                             ۷
۲-۳-۲   تشخیص                        ۸
۲-۳-۳   درمان                   ۸
۲-۴   افزایش فشار خون                      ۱۱
۲-۴-۱   شکل فشار خون بدخیم یا تشدید شده                    ۱۲
۲-۵   عوارض ناشی از فشار خون بالا             ۱۲
۲-۵-۱   نارسایی قلبی                                ۱۲
۲-۵-۲   نارسایی کلیه                           ۱۳
۲-۵-۳   ضعف بینایی                 ۱۳
۲-۵-۴   سکته مغزی                           ۱۳
۲-۵-۵   حمله گذرای ایسکمی                    ۱۴
۲-۵-۶   فراموشی                   ۱۴
۲-۵-۷   بیماری عروق قلبی              ۱۴
۲-۵-۸   سکته (حمله) قلبی                 ۱۵
۲-۵-۹   بیماری عروق محیطی                 ۱۵
۲-۶   شیوه های درمان فشار خون بالا                  ۱۵
۲-۷   برخی داروهای پایین آورنده فشار خون             ۱۶
فصل سوم   استفاده از الگوریتم ژنتیک در تنظیم پارامترهای کنترلر PID  ۱۷
۳-۱   مقدمه                 ۱۷
۳-۲   کنترلر PID              ۱۸
۳-۲-۱   مقدمه                         ۱۸
۳-۲-۲   اجزای کنترلر                       ۱۹
۳-۲-۳   PID پیوسته                                ۲۰
۳-۲-۴   بهینه سازی کنترلر                             ۲۰
۳-۲-۵   مشخصات کنترلر های تناسبی-مشتق گیر-انتگرالگیر          ۲۱
۳-۲-۶   مثالی از تنظیم پارامترهای کنترلر PID           ۲۲
۳-۲-۶-۱   کنترل تناسبی        ۲۳
۳-۲-۶-۲   کنترل تناسبی – مشتق گیر          ۲۴
۳-۲-۶-۳   کنترل تناسبی – انتگرالی       ۲۵
۳-۲-۶-۴   اعمال کنترلر PID 26
۳-۳   الگوریتم ژنتیک        ۲۷
۳-۳-۱   مقدمه               ۲۷
۳-۳-۲   تاریخچه الگوریتم ژنتیک          ۲۸
۳-۳-۳   زمینه های بیولوژیکی        ۲۹
۳-۳-۴   فضای جستجو               ۳۰
۳-۳-۵   مفاهیم اولیه در الگوریتم ژنتیک       ۳۱
۳-۳-۵-۱   اصول پایه              ۳۱
۳-۳-۵-۲   شمای کلی الگوریتم ژنتیک        ۳۱
۳-۳-۵-۳   کد کردن  ۳۲
۳-۳-۵-۴   کروموزوم               ۳۲
۳-۳-۵-۵   جمعیت            ۳۳
۳-۳-۵-۶   مقدار برازندگی                 ۳۳
۳-۳-۵-۷   عملگر برش             ۳۴
۳-۳-۵-۸   عملگر جهش              ۳۶
۳-۳-۶   مراحل اجرای الگوریتم ژنتیک        ۳۸
۳-۳-۷   همگرایی الگوریتم ژنتیک                 ۴۳
۳-۳-۸   شاخص های عملکرد            ۴۴
۳-۳-۸-۱   معیارITAE        ۴۴
۳-۳-۸-۲   معیار IAE     ۴۴
۳-۳-۸-۳   معیار ISE     ۴۴
۳-۳-۸-۴   معیار MSE          ۴۵
۳-۴   تنظیم پارامترهای کنترلر PID با استفاده از الگوریتم ژنتیک         ۴۵
۳-۴-۱   تاریخچه       ۴۶
۳-۴-۲   نحوه تنظیم پارامترهای کنترلر PID با استفاده از الگوریتم ژنتیک               ۴۶
۳-۵   مدل سازی ریاضی سیستم تنظیم فشار خون                ۴۷
۳-۵-۱   مقدمه             ۴۷
۳-۵-۲   مدل های دینامیکی توسعه داده شده          ۴۸
۳-۵-۲-۱   مدل اول          ۴۸
۳-۵-۲-۲   مدل دوم             ۴۹
۳-۵-۲-۳   مدل سوم            ۵۰
۳-۵-۲-۴   مدل چهارم                ۵۲
۳-۶   پیاده سازی سیستم تحویل دارو برای تنضیم فشارخون     ۵۳
فصل چهارم   الگوریتمهای هم تکاملی هم کارانه             ۵۵
۴-۱   مقدمه               ۵۵
۴-۱-۱   مفهوم هم تکاملی در طبیعت        ۵۵
۴-۱-۲   الگوریتم های هم تکاملی ( CEAs)             ۵۶
۴-۲   تاریخچه            ۵۷
۴-۳   چرا از الگوریتمهای هم تکاملی استفاده می کنیم؟          ۵۸
۴-۳-۱   فضای جستجوی بزرگ یا نامحدود         ۵۹
۴-۳-۲   عدم وجود یا مشکل بودن بیان ریاضی معیار مطلق برای ارزیابی افراد          ۶۰
۴-۳-۳   ساختارهای پیچیده و یا خاص      ۶۱
۴-۴   معایب هم تکاملی            ۶۲
۴-۵   طبقه بندی الگوریتم های هم تکاملی                 ۶۴
۴-۵-۱   ارزیابی             ۶۴
۴-۵-۱-۱   کیفیت و چگونگی Payoff        ۶۶
۴-۵-۱-۲   روش های اختصاص برازندگی          ۶۶
۴-۵-۱-۳   روش های تعامل بین افراد             ۶۷
۴-۵-۱-۴   تنظیم زمان به هنگام سازی      ۶۸
۴-۵-۲   نحوه نمایش          ۶۹
۴-۵-۲-۱   تجزیه مسأله به اجزای کوچکتر      ۶۹
۴-۵-۲-۲   توپولوژی فضایی          ۶۹
۴-۵-۲-۳   ساختار جمعیت                  ۶۹
۴-۶   چهارچوب کلی الگوریتم هم تکاملی همکارانه          ۷۰
۴-۷   مقاوم بودن در الگوریتم های هم تکاملی هم کارانه          ۷۰
۴-۸   تئوری بازیهاوتحلیل الگوریتم هم تکاملی براساس مفاهیم تئوری بازی تکاملی  ۷۲
۴-۹   زمینه های کاربرد الگوریتم های هم تکاملی            ۷۵
فصل پنجم   شبیه سازی ها و نتایج      ۷۸
۵-۱   مقدمه                      ۷۸
۵-۲   کنترل بهینه فشارخون حین عمل جراحی توسط الگوریتم ژنتیک         ۷۸
۵-۲-۱ شبیه سازی سیستم کنترل اتوماتیک فشارخون با کنترلر PID والگوریتم ژنتیک۷۹
۵-۲-۱-۱  انتخاب مدل ریاضی           ۷۹
۵-۲-۱-۲   انتخاب کنترلر       ۸۰
۵-۲-۱-۳   انتخاب تابع برازندگی برای الگوریتم ژنتیک        ۸۱
۵-۲-۱-۴   اعمال کنترلر و عمل کردن الگوریتم ژنتیک            ۸۲
۵-۲-۲   نتایج شبیه سازی            ۸۴
۵-۲-۳   پاسخ های حاصل از اجرای برنامه شبیه سازی شده       ۸۵
فصل ششم   نتیجه گیری و پیشنهادات       ۸۸
۶-۱   نتیجه گیری          ۸۸
۶-۲   پیشنهادات          ۸۹
مراجع           ۹۰

مراجع

[۱] A. M. Albisser and J. Tiran,”A mathematical modeling stuffy of insulin with closed-and-open loop control,” in Proc. IEEE Int. Symp. Circuits Syst., PP.489-492, 1980,

[۲] A. H. Clemens, “Feedback Control dynamics for glucose controlled insulin infusion system,” Med. Progr. Technol., Vol. 6, PP. 91-98, 1979.

[۳] F. W. Chapman,J. C. Newell, and R. J. Roy, “A feedback controller for ventilatory therapy,” Ann. Biomed. Eng., Vol. 8, PP. 359-372, 1985.

[۴] R. K. Millard, P. Hutton, E. Pereira and C. Prys Roberts, “On using a self-tuning controller for blood pressure regulation during surgery in man,” Comput. Biol. Med., Vol 1, No. 1, PP. 1-18, 1987.

[۵]T. Kitamura, K. Matsuda and H. Akashi, “Adaptive control technique for artificial hearts,” IEEE Trans. Biomed. Eng., Vol. 33, PP. 839-844, 1986.

[۶] K. Sagawa,”Closed loop physiological control of the heart,” Ann. Biomed Eng., Vol. 8,PP. 415-429, 1980.

[۷]D. S. Childress, “Closed loop control in prosthetic systems: historical perspectice,” Ann. Biomed. Eng., Vol. 8, PP. 293-303, 1980.

[۸] S. Isaka, A. V. Sebald, “Control Strategies for arterial blood pressure regulation” IEEE Trans. Biomed. Eng. Vol. 40. No. 4. A, PP. 353-363 April 1993

[۹] ح . نصری ، آ . برادران ، فشارخون بالا ، انتشارات مرید ، دانشگاه علوم پزشکی و خدمات درمانی شهرکرد ، چاپ اول ۱۳۸۲

[۱۰] حجت الله اکبرزاده پاشا ، حیدر اکبرزاده پاشا ، اباذر اکبرزاده پاشا ، راهنمای کلینیکی داروها ، مرکز نشر پاشا ، چاپ ششم ، تابستان ۱۳۷۶

[۱۱] Y. Gao and M. J. Er, “An Intelligent adaptive control scheme for postsurgical blood pressure regulation,” IEEE Trans. Neural Networks,vol. 16, No. 2, PP. 475-483,March 2005

[۱۲] J. Ma, K. Y. Zhu and S. M. Krishnan, “Automatic postoperative blood pressure control,” Proc. 22^nd Annual EMBS Inter. Conf. PP. 817-820,July 2000

[۱۳] J. W. Huang, C. M. Held and R. J. Roy, “Drug infusion for control of blood pressure during anesthesia” Proc. American Control Conf. PP. 3488- 3492 June 2000

[۱۴] ع . ا . قره ویسی و گ .  حسنی فرد ، “طراحی سیستم کنترل فشارخون بیمار با استفاده از روش پسگام ” پنجمین کنفرانس مهندسی پزشکی ایران ، ۱۳۸۴

[۱۵] L. C. Sheppard, “Computer control of the infusion of  vasoactive drugs,” Ann. Biomed. Eng., vol. 8, pp. 4 3 1 4 , 1980.

[۱۶] B. Widrow, “Adaptive model control applied to realtime blood-pressure regulation,” Black C Ed, Pattern Recognition and Machine Learning. McGraw- Hill, Berlin, 1985, pp. 310-324.

[۱۷] J. M. Amsparger, B. C. McInnis, J. R. Glover, and N. A. Nomann, “Adaptive control of blood pressure,” IEEE Trans. Biomed. Eng., vol. BME-30, no. 3, pp. 168-176, 1983.

[۱۸] A. J. Koivo, “Automatic continuous-time blood pressure control in dogs by means of hypotensive drug injection,” IEEE Trans. Biomed. Eng., vol. BME-27,

no. 10, pp. 574-581, 1980.

[۱۹] T. Masuzawa and Y. Fukui, “The control system for physiological system-optimal control of blood pressure by using vaso-active drugs,” JSPE (in Japanese), vol. 55, no. 2, pp. 406-411, 1989.

[۲۰] D. E. Goldberg, Genetic Algorithms in Search, Optimization, and machine learning, Addison-Wesley 1989

فصل اول : مقدمه

امروزه کنترل اتوماتیک ، نقش مهمی در پزشکی مدرن ایفا می نماید . از کاربردهای کنترل در پزشکی ، سیستم های تزریق انسولین[۱،۲] ، کنترل تنفس[۳،۴] ، قلب مصنوعی[۵،۶] و کنترل اندام های مصنوعی[۷] را میتوان نام برد.

از دیگر کاربردهای مهم و حیاتی کنترل در پزشکی ، کنترل فشار خون است . بطور ساده می توان گفت ، فشار خون متناسب با برون ده قلبی و مقاومت رگ ها است ، لذا برای کاهش فشار خون در فشار خون بالا می توان ، برون ده قلبی و یا مقاومت رگی را کاهش داد.[۸] روش معمول برای کاهش فشار خون ، کم کردن مقاومت رگی ، از طریق تزریق داروهای بازکننده رگ است .

داروی کاهنده فشار خون مورد استفاده در این پایان نامه ، داروی سدیم نیترو پروساید[۱] است که از طریق مهار پیام عصبی از گره های سمپاتیک و پاراسمپاتیک فشارخون را کاهش می دهد . [۹،۱۰]

می توان گفت ، یکی از مهمترین عوامل در عمل جراحی کنترل فشارخون است .[۱۱] زیرا در این حالت افزایش فشارخون ممکن است ، به خونریزی شدید و حتی مرگ بیمار منجر گردد . به طور کلی ،    می توان کنترل فشار خون در عمل جراحی را به دو دسته کلی کنترل فشار در حین عمل جراحی و بعد از عمل جراحی تقسیم بندی نمود .

کنترل فشار خون بعد از عمل جراحی ، معمولاً در بیماران قلبی که عمل بای پس عروق کرونری[۲] داشته اند انجام می گیرد ،[۱۲،۱۳] زیرا در این بیماران خطر افزایش فشار خون وجود دارد .کنترل فشار خون در حین عمل جراحی از اهمیت ویژه ای برخوردار است ، از دلایل آن می توان به کاهش خون ریزی داخلی ، آشکارسازی جزئیات ساختارهای آناتومی بدن که ممکن است توسط خونریزی محو شده باشند و همچنین تسریع و تسهیل در عمل جراحی ، اشاره کرد .[۱۴]

محققین زیادی در رابطه با کنترل فشار خون به تحقیق پرداخته اند . در اواخر دهه ۱٩٧٠ سیستم های کنترل فشارخون گسترش زیادی یافتند . شپارد[۳] [۱۵] یک کنترل کننده PID را برای کنترل فشار خون بکار برد ، ولی این کنترل کننده نتوانست نسبت به اختلافات جزئی پاسخ به داروهای هایپوتنسیو عملکرد خوبی داشته باشد . استفاده از کنترل تطبیقی توسط ویدرو[۴] [۱۶] ، آنسپارگر[۵] و همکارانش[۱۷] بررسی شد ، ولی این روش نیز نسبت به اغتشاشهای موجود ، کارایی خوبی نداشت . کویوو[۶] [۱۸]، سیستم کنترل فشار خونی را در یک سطح پایین نگه می داشت ولی محدوده فشارخونی که می تواست به عنوان مرجع در نظر گرفته شود ، کم بود . فوکوی[۷] و ماسوزاوا[۸] [۱۹] از منطق فازی برای کنترل فشار خون استفاده کردند ، بطوریکه فشار خون را در یک سطح بالا ، برای بعضی کاربردهای پزشکی ، کنترل می نمودند ولی نوسانات به سادگی در پاسخ ظاهر می شدند ، زیرا وجود زمان مرده در پاسخ را در مرحله طراحی در نظر نگرفته بودند .[۴۷]

الگوریتم ژنتیک ، یک روش بهینه سازی تصادفی است که ایده اولیه آن از مکانیسم انتخاب طبیعی و ژنتیک تکاملی گرفته شده است ،[۲۰]  این روش بهینه سازی با روش جستجوی موازی از مؤثرترین روش های بهینه سازی است .

در این پروژه ، با استفاده از الگوریتم ژنتیک و الگوریتم های هم تکاملی هم کارانه  ، کنترل کننده PID بهینه برای کنترل فشارخون حین عمل جراحی طراحی گردیده است . با استفاده از این روش ، می توان سطح فشار خون را در سطح دلخواه با خطای حالت ماندگار صفر تنظیم نمود .

در فصل دوم این پایان نامه ، در رابطه با فشار خون و روش های درمان پزشکی آن صحبت خواهد شد . فصل سوم به بررسی کنترلر PID و الگوریتم ژنتیک و مدل های ریاضی موجود برای سیستم فشارخون و همچنین تنظیم پارامترهای کنترلر PID با استفاده از الگوریتم ژنتیک ، اختصاص داده می شود . در فصل  چهارم الگوریتم های هم تکاملی هم کارانه و استفاده از آن ها برای تنظیم پارامترهای کنترلر PID مورد بحث قرار خواهد گرفت .  در فصل پنجم نتایج به دست آمده از شبیه سازی سیستم فشار خون و طراحی کنترلر آن مورد مطالعه قرار گرفته و در نهایت در فصل ششم ، نتایج بدست آمده از این تحقیق بیان شده و پیشنهاداتی برای مطالعات آینده ارائه خواهد گردید .

 فصل دوم : بیماری فشارخون و روش های درمان پزشکی

۲-۱  مقدمه

در فصل قبل اهمیت ویژه کنترل اتوماتیک فشارخون در حین عمل جراحی و همچنین تحقیقاتی را که در این رابطه محققین زیادی انجام داده اند اشاره شد ، حال می خواهیم در مورد بیماری فشار خون مفصل تر بحث کنیم .

دستگاه قلب و عروق بدن انسان از یک پمپ با عنوان قلب و کیلومتر ها راه ارتباطی بین اعضا سراسر بدن با عنوان عروق تشکیل شده است.[۲۵]

خون تصفیه شده توسط یک رگ بزرگ با عنوان آئورت از قلب خارج می شود، در مسیر خود به قسمت های کوچکتر تقسیم شده و پس از چندین تقسیم سر انجام به مویرگ های کوچکی تبدیل می شود که به خاطر داشتن منافذ ریز در مسیر خود، کار تبادل مواد و انرژی را با بافت ها انجام می دهند.

این مویرگ های کوچک خود مجددا بزرگ و بزرگتر شده و سرانجام از به هم پیوستن همه ی آنها دو سیاهرگ فوقانی و تحتانی بزرگ بوجود آمده که خون را به قلب وارد می کنند. این خون توسط شریان ریوی به ریه ها برده شده و پس از تصفیه مجددا به قلب بر می گردد تا همان طور که در ابتدا گفته شد توسط شریان آئورت از قلب خارج گردد.

به طور تقریبی کل خونی که در دستگاه قلب و عروق جریان دارد، چیزی حدود ۵ لیتر است و تمام این ۵ لیتر در طول یک دقیقه به قلب وارد شده و از آن خارج می شود. برای آنکه خون بتواند در بدن و در درون رگ ها گردش داشته باشد لازم است که همواره دارای فشار باشد، این فشار را قلب تامین می کند، یعنی با استفاده از قدرت عضلانی خود باز و بسته شده و خون را به گردش در می آورد.

در انتهای هر بار باز شدن، چیزی حدود ۱۰۰ میلی لیتر خون در قلب وجود دارد که وقتی بسته می شود حدود ۸۰-۷۰ درصد آن وارد ابتدای آئورت می کند. وقتی این خون وارد ابتدای آئورت، می شود، فشاری ایجاد می کند که به آن فشار ماکزیمم گفته می شود، حالا قلب شروع به باز شدن می کند تا خون را از ریه ها و همچنین از قسمت های مختلف بدن وارد خود کند. اکنون دریچه ای که در ابتدای آئورت وجود دارد بسته می شود و خون راهی ندارد جز اینکه در مسیر آئورت به راه خود ادامه دهد. خونی که وارد ابتدای آئورت شده بود و فشار ماکزیمم را ایجاد می کرد اکنون به تدریج کم می شود و بدنبال آن طبیعی است که فشار آن هم کم شود اما این فشار به صفر نمی رسد زیرا در مسیر تخلیه آئورت زمانی می رسد که قلب پر شده و مجددا می خواهد خون خود را تخلیه کند. فشار درون شریان آئورت، قبل از باز شدن مجدد دریچه، فشار مینیمم نامیده می شود. از آنجایی که دیواره ی عروق بزرگ و از جمله آئورت خاصیت الاستیسیته دارند ، این فشار ها در مسیر رگ های بزرگ بدن قابل انتقال و همچنین قابل اندازه گیری هستند. . فشار خون سرخرگ ها بوسیله میزان تلاش قلب و سلامتی عروقی خونی مشخص می شود. فشار خون بالا یا هیپرتاسیون[۹] زمانی رخ می دهد که این فشار افزایش یابد.

با توجه به آنچه گفته شد فشار خون در قسمت های مختلف بدن، قابل اندازه گیری است اما بر اساس تجربه بهترین محل اندازه گیری فشار خون، قسمت فوقانی ساعد است.

برای اندازه گیری هر چیزی واحدی وجود دارد و واحد اندازه گیری فشار خون یا در واقع واحد اندازه گیری فشاری که در ابتدای آئورت وجود دارد میلی متر جیوه است که البته در محاوره و در گفتگو های میان پزشک و بیمار بخاطر سهولت از واحد بزرگ تر یعنی سانتی متر جیوه استفاده می شود.

۲-۲  تعریف فشار خون

فشار خون از نظر همودینامیک عبارتست از  نیرویی که خون بر دیواره رگ هایی که در آن جریان دارد وارد می کند. ازدیاد فشار خون از افزایش برون ده قلبی با بالا رفتن مقاومت عروقی و یا هر دو ناشی می شوند. مطالعات مختلف نشان داده که در تمام سطوح فشار خون، خطر مرگ و میر در اثر بیماری های قلبی عروقی متناسب با بالا رفتن میزان فشار خون افزایش می یابد. در واقع نمی توان مرز مشخصی را به عنوان مرز فشار خون طبیعی و فشار خون بالا تعریف کرد، چون فشار خون متغیری است که به صورت پیوسته در جامعه توزیع شده و معیار مشخصی برای طبیعی و یا غیر طبیعی بودن آن وجود ندارد. در واقع فشار خون بالا سطحی از فشار خون است که در آن فواید درمان، بیش از خطر های عدم درمان باشد. فشار خون طبیعی بر اساس فشار سیستولی پایین تر از ۱۲۰mmHg و برای فشار خون دیاستولی پایین تر از ۸۰mmHg است و فشار خون دیاستولی ۸۰ تا ۹۰ و سیستولی ۱۲۰ تا ۱۳۹ به عنوان پره هایپرتانسیون شناخته می شود. شیوع فشار خون بالا در جوامع گوناگون متفاوت بوده و از حدود ۱۰ تا ۶۰ درصد متغیر می باشد. هر چه فشار خون بیشتر باشد، خطر بیماری های قلبی عروقی بیشتر و امید به زندگی کمتر خواهند بود.

فشار خون بالا زمانی ایجاد می شود، که فشار خون در دیواره ی رگ ها بیش از حد معمول بالا رود. این وضعیت بسیار خطرناک است، زیرا گاهی اوقات تاثیرات مخرب آن در مرور زمان افزایش می یابد و حتی ممکن است تا زمانی که به بالاترین حد ممکن نرسیده باشد، مشخص نشود، این مسئله باعث شده است که گاهی از فشار خون به “کشنده آرام” هم یاد کنند. مخالف آن یعنی فشار خون پایین زمانی اتفاق می افتد که فشاری که خون را در رگ ها به سمت قلب و مغز و سایر اعضا داخلی بدن می رساند، بسیار کم شود که باعث سر گیجه و منگی می شود.

فشار خون طبیعی اغلب متغیر است. میزان فشار خون از فردی به فرد دیگر تغییر کرده و در هر فرد طی روز به طور طبیعی بر اساس کار قلب بالا یا پایین می رود. با افزایش سن فشار خون به آرامی بالا می رود. در یک فرد جوان طبیعی، متوسط فشار خون حدود ۸۰/۱۲۰ است. به طور ایده آل فشار خون باید زیر ۸۵/۱۴۰ باشد. اگر فشار خون به طور مداوم از این میزان بالاتر رفت و مثلا به ۹۰/۱۶۶ رسید، نیازمند درمان است. برای اندازه گیری فشار خون، دو عدد باید مورد توجه قرار بگیرد: عدد سیستولی (انقباض قلب) و عدد دیاستولی(انبساط قلب) .

عدد سیستولی: فشار خون در مقابل دیواره رگ ها وقتی قلب تازه از تلمبه زدن متوقف شده است این عدد اول یا بالایی است که خوانده می شود. معمولا روی ۱۰۰ یا بالاتر از آن قرار دارد. بین ۱۲۰ تا ۱۳۵ حالت نرمال است.

عدد دیاستولی: فشار خون در دیواره رگ ها بین هر ضربان قلب، زمانی که قلب در حالت استراحت قرار دارد است. این عدد دوم یا پایینی است که خوانده می شود. معمولا روی ۸۵ یا پایین تر باید باشد.[۲۱]

۲-۳ انواع فشار خون

چهار نوع فشار خون وجود دارد : مطلوب ، نرمال ، بالاتر از نرمال و بالا. فشار خون بالا نیز به سه نوع تقسیم بندی می شود. در زیر انواع این فشار خون ها و راه های در مانشان بررسی شده است.

۲-۳-۱ علائم

تا زمانیکه صدمات ایجاد شده توسط فشار خون در بدن نمایان نشده اند، هیچ نشانه یا علامتی برای آن وجود ندارد. در مراحل جدی تر فشار خون (مرحله ۲ و ۳) بیمار دچار سردرد، تهوع و استفراق و اختلالات بینایی می شود. با مرور زمان شدید تر شدن این عارضه ممکن است باعث مسدود، باریک و ضعیف تر کردن رگ ها شود. این مسئله باعث لخته شدن خون می شود که ممکن است به قلب و رگ ها، کلیه ها و شبکه چشم صدمه وارد کند.

۲-۳-۲  تشخیص

پزشکان ممکن است در معاینات سالانه خود فشار خونتان را نیز اندازه گیری کنند و این زمانی است که ممکن است تازه متوجه شوید که فشار خونتان بالاتر از حد نرمال است. اگر شک دارید، می توانید همیشه با مراجعه به داروخانه ها فشار خونتان را تست کنید و اگر اعداد آن بالاتر از نرمال بود با پزشک خود تطبیق دهید تا از آن مطمئن شوید. به طور معمول، تشخیص فشار خون بالا زمانی اتفاق می افتد که به دفعات متعدد فشار خونتان بالاتر از ۱۴۰ تا ۱۹۰ خوانده شود.

۲-۳-۳  درمان

فشار خون بالایی که در مراحل اولیه قرار دارد و کمی بالاتر از حد نرمال است ممکن است با تغییر روش های زندگی مثل کم کردن وزن، ترک عادات بد غذایی، مصرف کمتر نمک و روغن، ترک سیگار، عدم استفاده از مشروبات الکلی، کم کردن فشار های عصبی و ورزش کردن درمان شود. گاهی لازم است که فشار خونتان را در منزل اندازه بگیرید تا مطمئن شوید که تغییرات انجام شده نتیجه بخش بوده است یا خیر.

هدف از درمان، رساندن فشار خون به کمتر از ۹۰/۱۴۰ در افراد معمولی و کمتر از ۸۵/۱۳۰ در بیماران مبتلا به بیماری کلیوی یا دیابت است. با این هدف که در دراز مدت خطر عوارض وخیمی که گفته شد کاهش پیدا می کند. اگر فشار خون به مراحل ۲ و ۳ برسد، معالجه آن ضروری است. این جا به ۴ دسته از داروهایی که برای معالجه فشار خون بالا استفاده می شوند اشاره می کنیم:

باز دارنده های ACE : که از رها شدن هورمونی به نام آنژیوتنشن در بدن جلوگیری می کند و بنابراین باعث باز شدن رگ های خونی می شود.
ادرار آور ها که با دفع نمک و آب های زائد بدن به این مساله کمک می کنند.
داروهای مهار کننده تپش  قلب که باعث کندتر شدن ضربان قلب می شوند و به همین ترتیب فشار را نیز پایین می آورند.
داروهای گشاد کننده رگ ها که رگ های خونی را باز کرده و میزان تلاشی را که قلب باید صرف تلمبه کردن خون به همه نقاط بدن کند را پایین می آورد.

در واقع همه افراد فشار خون دارند! خون برای گردش موثر در عروق بدن از نیرو و فشاری برخوردار است که آن را به نقاط مختف بدن میرساند. این افزایش فشار خون است که بیماری تلقی می شود. افزایش فشار خون می تواند اعضای مختلفی از جمله قلب، عروق خونی، کلیه ها و مغز را تحت تاثیر قرار دهد .

فشار خون بالا در چه کسانی دیده می شود؟ فشار خون بالا خصوصا در افراد مسن بسیار شایع است. تقریبا در حدود یک نفر از هر چهار هزار نفر از فشار خون بالا رنج می برند. در بیماران جوانتر در مردان شایعتر است ولی در سنین بالاتر در زنان بیشتر از مردان دیده می شود. به طور کلی با افزایش سن خطر ابتلا افزایش می یابد.

عوامل مستعد کننده چیست؟ بیشتر مردم (نزدیک به ۹۵ درصد آنها) از نوعی افزایش فشار خون رنج می برند که علت خاصی برای آن یافت نشده است. به این فرم افزایش فشار خون اولیه گفته می شود. ۵ درصد باقی مانده مبتلایان به فشار خون افزایش یافته علت مشخصی برای بیماری خود دارند. به این نوع افزایش فشار خون ثانویه گفته می شود.

عوامل زیر در بروز این نوع فشار خون موثر هستند:

بیمار کلیوی: به دلیل احتباس آب و نمک در بدن موجب بالا رفتن فشار خون می شود. این افزایش، خود می تواند باعث ایجاد بیماری کلیوی شود و یا آن را بدتر کند.
بیماری های غدد درون ریز:(مانند سندرم کوشینگ، هایپرپلازی آدرنال و فئوکروموسایتوما).
داروها و سموم: افزایش فشار خون می تواند عارضه جانبی استروئید ها، الکل، کوکائین، سیکلوسپورین و اریتروپوئیتین باشد.
مصرف مواد حاوی تیروزین مانند برخی پنیر ها در افرادی که از دارو های ضد افسردگی خاصی استفاده می کنند.

چرا باید فشار خون بالا را کنترل کرد؟ فشار خون بالا یک عامل خطر مهم در ایجاد نارسایی قلبی است. همچنین می تواند موجب نارسایی کلیه، مشکلات عروق محیطی، تخریب عروق شبکیه چشم، سکته مغزی و حمله قلبی شود به همین دلیل پیشگیری و درمان آن بسیار مهم است.

اگر میزان فشار خون به سرعت بالا رفته و به حدود ۱۳/۲۰۰ برسد به آن فشار خون بد خیم گفته می شود که آسیب زیادی ایجاد می کند و موجب مرگ و میر می شود.

فشار خون بالا چگونه تشخیص داده می شود؟

اندازه گیری فشار خون: فشار خون در چند نوبت و در شرایط استاندارد اندازه گیری می شود.
عکس قفسه سینه: ممکن است علائم نارسایی قلبی و بزرگ شدن قلب را نشان دهد.
نوار قلب: ممکن است بزرگی بطن چپ یا کم خونی موضعی (ایسکمی) را نشان دهد.
آزمایش خون: اوره ها و الکترولیت ها برای بررسی عملکرد کلیه و همچنین چربی و قند خون.
آزمایش ادرار: برای یافتن بیماری کلیوی.

 ۲-۴ افزایش فشار خون

افزایش فشار خون به دو دسته تقسیم می شود:

افزایش فشار خون فوریتی
افزایش فشار خون ضرورتی[۱۰]

افزایش فشار خون فوریتی به تعدادی از موقعیت های بالینی اطلاق می شودکه در درجه اورژانس بودن آن بستگی به مدت زمان افزایش فشار خون و بیماری زمینه ایی مثل دیسکسیون[۱۱] حاد و آئوریسم آئورت[۱۲] دارد.

درمان افزایش فشار خون اورژانس احتیاج به دارو های تزریقی و کاهش فشار خون در عرض چند دقیقه تا یک ساعت دارد و در این نوع از افزایش فشار خون همراهی آسیب به بافت های هدف[۱۳](مغز وکلیه، قلب و چشم) از نکات مهم آن است .

افزایش فشار خون ضرورتی به مواردی از افزایش فشار خون اطلاق می شود که علی رغم فشار خون بالا سیر پیشرونده و حاد و آسیب بافت های هدف وجود ندارد و علائم کلینیکی شدید نیز ممکن است دیده نشود. البته با توجه به موقعیت بالینی و بیماری زمینه ای می توان فشار خون این بیماران را حتی با دارو های خوراکی نیز کنترل و درمان کرد.

فشار خون این بیماران باید در طی ۳۰ دقیقه تا چند ساعت تحت کنترل قرار بگیرد. تعداد زیادی از موقعیت های بالین این نوع فشار خون و اورژانس مشترک است.[۲۲]

حال به نوع کلاسیک حملات افزایش فشار خون اشاره می کنیم:

 ۲-۴-۱  شکل فشار خون بدخیم یا تشدید شده

دارای مشخصه افزایش فشار خون، فشار خون بالای ۱۴۰mmHg و آسیب های عروقی است که در معاینه بالینی می تواند با اگزودا و خونریزی و ادم پایی همراه گردد.

واژه تشدید شده، در غیاب ادم پایی ولی همراهی آن با Grada III رتینوپاتی بوده، در حالیکه واژه فشار خون بدخیم، با همراهی رتینوپاتی Grade IV یعنی ادم پایی شناخته می شود.

با توجه به اینکه از لحاظ درمانی این دو نوع از افزایش فشار خون هیچگونه تفاوتی ندارد و بررسی فوتوسکوپی نمی تواند مشخص کننده اختلاف کلینیکی و پیش آگهی باشد، امروزه از واژه فشار خون بدخیم تشدید شده[۱۴] استفاده می شود.

یکی از عوارض فشار خون بدخیم یا تشدید شده آنسفالوپاتی، ناشی از افزایش فشار خون است که دارای علائم سر درد، تغییر وضعیت هوشیاری و اختلال دید، تهوع و استفراغ و حتی تشنج می تواند یاشد. معمولا علائم بالینی با کنترل فشار خون برگشت پذیر است و سیر بالینی و علائم عصبی آن با سیر آهسته همراه است و علائم لوکال عصبی نیز دیده نمی شود.

۲-۵  عوارض ناشی از فشار خون بالا

چون فشار خون بالا بروز آسیب به قلب و عروق خونی می شود، در صورت عدم درمان می تواند سبب بروز مشکلات طبی شده که خیلی از بالقوه کشنده هستند. می توان با بررسی منظم فشار خون و درمان مناسب ار برخی از این بیماری ها اجتناب کرد.

۲-۵-۱  نارسایی قلبی

تلاش برای پمپ کردن در مقابل فشار بالای عروق سبب بروز فشار روی قلب می شود. این کار اضافی طی زمان، قلب را بزرگ می کند. عاقبت، قلب نارسا شده و خون کافی را نمی تواند به بدن برساند با پیشرفت این وضعیت علائمی مثل ضعف و خستگی بروز می کند. بعدا به واسطه بزرگی قلب، مایع در ریه ها و پا ها جمع شده و سبب بروز سرفه، تنگی نفس، تورم ساق و مچ پا می شود.