Pulsoksymetria – nieinwazyjna metoda przezskórnego oznaczania wysycenia krwi tlenem. Metoda opiera się na zasadzie spektrofotometrycznego pomiaru wysycenia (saturacji – SpO2) tlenem hemoglobiny, gdyż hemoglobina utlenowana wykazuje odmienne właściwości optyczne niż odtlenowana. Jednocześnie rejestrowana jest częstotliwość pracy serca (puls).
Do wykonywania pomiarów służą urządzenia zwane pulsoksymetrami.
Historia
Pierwsze urządzenie do pomiaru saturacji krwi wykorzystujące prześwietlanie tkanki małżowiny ucha zbudował Karl Matthes w 1935. W 1940 roku Glen Millikan wymyślił termin „oksymetr”, opisując słuchawkę do wykrywania hipoksji w lotach na dużych wysokościach.
Rozwój pulsoksymetrii nastąpił w 1972 roku dzięki bioinżynierowi Takuo Aoyagi z Nihon Kohden, który zauważył, że pulsujące zmiany w absorpcji światła prześwietlającego tkankę zależą wyłącznie od przepływającej krwi tętniczej. W 1975 roku chirurg Susumu Nakajima poinformował, że wraz ze współpracownikami testowali pierwsze urządzenie na pacjentach.
Postęp w elektronice w latach 80. XX wieku pozwolił na skonstruowanie niewielkich urządzeń, dających powtarzalne i obarczone małym błędem wyniki (w granicach 2%), dzięki czemu znalazły one szerokie zastosowanie kliniczne.
Oksymetria
Podstawą teoretyczną pulsoksymetrii jest prawo Lamberta-Beera zastosowane do cząstek hemoglobiny. Jest to szczególny przypadek spektrofotometrii, w której światło monochromatyczne jest wykorzystywane do rozpoznawania składu cząsteczkowego substancji. Długość fali powinna być tak dobrana, aby jego absorbancja była jak największa.
Analizując widma absorbancji hemoglobiny utlenowanej (HbO2) i odtlenowanej (Hb) można zaobserwować, że:
- absorbancja jest wysoka dla fal krótszych niż 600 nm
- wykresy widma przecinają się w jednym punkcie zwanym punktem izobestycznym, który odpowiada fali długości 805 nm
- dla długości fali 660 nm istnieje wtórny peak absorbancji dla deoksyhemoglobiny, przy jednoczesnej mniejszej absorbancji hemoglobiny utlenowanej (przez co krew utlenowana wydaje się bardziej czerwona niż krew odtlenowana)
- dla długości fali 940 nm istnieje wtórny peak absorbancji dla oksyhemoglobiny, przy jednoczesnej mniejszej absorbancji hemoglobiny odtlenowanej
Transmisja światła o długości 660 nm warunkuje obecność hemoglobiny utlenowanej, natomiast transmisja światła o długości 940 nm determinuje zawartość hemoglobiny odtlenowanej. Przyjmuje się, że karboksyhemoglobina (HbCO) i methemoglobina (HbMet) stanowi mniej niż 5% i ich udział jest pomijany w pomiarach. Podobnie pomija się obecność sulfhemoglobiny i hemoglobiny płodowej. Na podstawie pomiarów można wyznaczyć saturację według wzoru:
![{\mbox{Saturacja}}={\frac {\left[{\mbox{HbO}}_{2}\right]}{\left[{\mbox{HbO}}_{2}\right]+\left[{\mbox{Hb}}\right]}}\times 100\%](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/35f128008ebe07c6324f432cda988174f2b17c19)
Miernik
Czujnik pulsoksymetru składa się z nadajnika światła monochromatycznego o dwóch długościach fali i fotodetektora. Źródłem światła są najczęściej dwie diody, które świecą naprzemiennie ponieważ fotodetektor (fotodioda) nie odróżnia długości fal a jedynie ich natężenie. Fotodetektor wzmacnia wyłącznie światło o zmiennym natężeniu. Ustalony okres bez prześwietleń może być wykorzystany do korekcji pomiaru warunków oświetlenia otoczenia.
Diody przełączane są z częstotliwością 700 Hz. Uzyskany sygnał można podzielić na składowe stałą i zmienną. Składowa zmienna, która stanowi od 1% do 5% wartości całkowitej sygnału, jest głównym wyznacznikiem dokładności pomiaru. Analizowana jest jedynie ta część sygnału, która występuje w fazie skurczowej. Dzięki temu mierzona jest saturacja krwi tętniczej a pomijana jest saturacja w naczyniach żylnych i włosowatych.
Podawany wynik jest wartością uśrednioną z 2–16 sekund pomiaru. Niektóre modele pulsoksymetrów dodatkowo prezentują na ekranie krzywą pletyzmograficzną, która dostarcza informację o stanie krążenia obwodowego. Przy okazji mierzenia saturacji za pomocą pulsoksymetru odczytywana jest również częstość tętna.
Wskazania do pulsoksymetrii
- niewydolność oddechowa
- wentylacja jednego płuca
- bronchoskopia
- znieczulenie dziecka
- monitorowanie czynności życiowych matki i płodu
- monitorowanie stanu pacjenta:
- w trakcie znieczulenia ogólnego i bezpośrednio po jego zakończeniu
- ustalenie konieczności stosowania tlenoterapii
- w trakcie każdego stanu ciężkiego chorego
- zagrożenie hipoksją i jej unikanie
- utlenowanie i wentylacja noworodka
Zakres norm:
- 95–99% u zdrowych dorosłych oraz 91-96% u noworodków
- wyższe wartości zdarzają się w przypadku tlenoterapii (zwykle > 98%)
- niższe wartości mogą świadczyć o niewydolności oddechowej.
Źródła błędnych odczytów i ograniczenia
- zatrucie tlenkiem węgla zawyża wskazanie poziomu SpO2 na skutek rejestracji karboksyhemoglobiny zamiast oksyhemoglobiny, problem nadmiaru COHb dotyczy również nałogowych palaczy
- methemoglobinemia zakłóca pomiar, powodując że niskie wartości saturacji są zawyżone, a wysokie niedoszacowane, ustalając wynik na poziomie nie niższym niż 85%
- w niedokrwistości występuje liniowa zależność w niedoszacowaniu wartości saturacji a stężeniem hemoglobiny
- błękit metylenowy bardzo mocno zaniża odczyty pulsyksometru, nawet o 65%, inne kolorowe wskaźniki we krwi takie jak zieleń indocyjanowa i czerwień indygo również zaniżają wartości saturacji
- niska perfuzja tkankowa, która zmniejsza siłę sygnału i ustala ostateczny wynik na fałszywym stałym poziomie 85%
- artefakty ruchowe, czyli ruchy pacjenta lub drżenie mięśni, są najczęstszymi przyczynami zakłóceń
- lakier do paznokci zaniża wartości saturacji, zwłaszcza ciemne kolory, z wyjątkiem koloru czerwonego i purpurowego
- światło otoczenia, w zależności od rodzaju ksenonowe lub fluorescencyjne zawyża a podczerwone zaniża wyniki
- diatermia w niektórych typach pulsoksymentrów
- diody elektroluminescencyjne ze względu na niedokładne generowanie monochromatycznego światła
- tlenoterapia wyklucza stosowanie pulsoksymetru do wykrywania niedostatecznej wentylacji
- brak wystarczającej pulsacji: hipotermia, hipotensja, ucisk na tętnice, środki wazopresyjne; wartości wskazywane są niższe od rzeczywistych
- bradykardia wydłuża czas reakcji pulsoksymetru
- hiperoksja jest niewykrywalna
Bibliografia
- Vijaylakshmi Kamat, Pulse oximetry, „Indian Journal of Anaesthesia”, 46 (3), sierpień 2002 [dostęp 2014-04-29] (ang.).
- Reinhard Larsen, Anestezjologia, Wrocław: Urban & Partner, 2003, ISBN 83-87944-14-9.
- K. Matthes, Untersuchungen über die Sauerstoffsättigung des menschlichen Arterienblutes, „Naunyn-Schmiedeberg's Archives of Pharmacology”, 179 (6), 1935, s. 698–711, DOI: 10.1007/BF01862691 (niem.).
- Paul L. Marino, Intensywna terapia, wyd. III, Wrocław: Elsevier Urban & Partner, 2009, ISBN 978-83-7609-065-8.
- Ronald D. Miller, Anestezjologia, t. 1, Wrocław: Elsevier Urban & Partner, 2012, ISBN 978-83-7609-605-6.
- G.A. Millikan, The oximeter: an instrument for measuring continuously oxygen-saturation of arterial blood in man, „Review of Scientific Instruments”, 13 (10), 1942, s. 434–444, DOI: 10.1063/1.1769941 (ang.).
- John W. Severinghaus, Yoshiyuki Honda, History of Blood Gas Analysis. VII. Pulse Oximetry, „Journal of Clinical Monitoring”, 3 (2), 1987, s. 135–138, PMID: 3295125 [zarchiwizowane z adresu 2015-04-21].
- Per Rosenberg, Jussi Kanto, Lauri Nuutinen, Anestezjologia, Gdańsk: Novus Orbis, 1998, ISBN 83-85560-42-4.
- Zbigniew Rybicki, Intensywna terapia dorosłych, Lublin: Makmed, 2009, ISBN 978-83-927780-4-2.
- Tim Smith, Collin Pinnock, Ted Lin, Podstawy Anestezjologii, Wydanie Trzecie, Warszawa: DB Publishing, 2012, ISBN 978-83-62526-05-5.
