Пульсоксиметрия

Обзор

УДК 312.6-056.22

ПУЛЬСОКСИМЕТРИЯ С.В. КАКОВ, В.П. МУЛЕР*

В анестезиологии применяется аппаратура для мониторинга с целью обеспечения безопасности больного, находящегося в состоянии анестезии. Пульсоксиметрия - это неинвазивный метод мониторинга процентного содержания гемоглобина, насыщенного кислородом (О2), с оценкой перфузии тканей (по амплитуде пульса) и частоты сердечных сокращений. Ряд моделей пульсоксиметров (ПМ) показывает графическое отображение объемного кровотока на участке тела, где располагается датчик.

Первая попытка пульсоксиметрии относится к 1874 г., когда Вирорд обнаружил, что поток красного света, проходя через кисть руки, ослабевает после наложения жгута. В 30-60 гг. XX века предпринимается попытки создать устройство для быстрого выявления гипоксемии. В 1936 г. К. Мэттесом в Лейпциге создан один из первых подобных приборов. В 1940 г. Г. Милликаном в Кембридже сконструирован гемоксиметр для диагностирования гипоксии у пилотов. Приборы были громоздки, т.к. не было компактной элементной базы, свет нужных волн получали с помощью системы светофильтров. В 1972 г. японским инженером Т. Аояги разработан метод регистрации колебаний абсорбции света при пульсации артерий. Первый ПМ был выпущен в 1975 году корпорацией Nihon Kohden, но в качестве источника света по-прежнему был светофильтр. В 1977 году корпорация MINOLTA выпустила ПМ, в котором световой поток от монитора передавался к датчику по световолоконному кабелю. Затем американский исследователь С. Вилбер создал легкий и компактный ушной датчик со светодиодами, применил для калибровки монитора и обработки данных микропроцессор, запатентовал свой алгоритм расчета SpO2. Объединения принципа Аояги и полупроводниковых технологий позволило Вилберу создать современный ПМ (компания BIOX). Скоро пульсоксиметрию признали самым популярным методом мониторинга в анестезиологии и интенсивной терапии. К 1990 г. ПМ выпускали >30 фирм, объем годовых продаж 65 тыс. шт.

Пульсоксиметрия основана на том, что оксигемоглобин (ОГ) и дезоксигемоглобин (ДОГ) отличаются по способности поглощать лучи инфра- и красного спектра. ОГ сильнее поглощает инфракрасные лучи, а ДОГ - красный свет. При пульсокси-метрии измеряется изменение абсорбции света при пульсации артерии. Гемоглобин служит своего рода фильтром для светового потока, причем «цвет» и «толщина» его могут меняться. «Цвет» фильтра зависит от % содержания ОГ. На этом базируется способность ПМ устанавливать степень оксигенации крови. На измерение «толщины» фильтра влияет рост объема крови в артериях и артериолах при каждой пульсовой волне. Врач определяет это как пульс, а ПМ - как «утолщение» фильтра. Так измеряется частота пульса и амплитуда пульсовой волны. Соотношение поглощения инфра- и красных волн анализирует микропроцессор, в итоге рассчитывается насыщение пульсирующего потока артериальной крови О2. Датчик состоит из источника света (два светоэмиссионных диода) и приемника света (фотодетектора), размещается на пальце руки, ноги, на мочке уха, то есть там, где возможна трансиллюминация (просвечивание насквозь) перфузи-руемых тканей. Это - т.н. трансмиссионная пульсоксиметрия.

ПМ просты и удобны в эксплуатации, портативны, безопасны для больного и врача, обеспечивают измерение сразу после подключения, дают быструю оценку оксигенации и гемодинамики. Любой измерительный прибор дает погрешность. На точность работы монитора влияет качество светодиодов. В идеале измерение должно проводиться при длине волны красного света 660 нм и инфракрасного - 940 нм. Могут использоваться другие, но близкие волны. Каждому экземпляру светодиодов присуща собственная уникальная характеристика излучения. При отклонении от идеальной длины волны на каждые 3 нм ошибка в измерении SpO2 составляет 0,5%, а разброс значений в партии может превышать ±15 нм. Чтобы величина SpO2 не зависела от датчика, светодиоды тестируют. Самые жесткие критерии отбора (±2 нм) применяются в фирме DATEX. Другие фирмы в датчике с помощью резистора кодируют пиковую длину волны излучения

*

ГУЗ ТО «Тульская областная больница»

каждого светодиода. ПМ калибруются при изготовлении и включении автоматически проверяют свой внутренний контур. Точность измерений максимальна при значениях сатурации 70-100% (±2%); при насыщении гемоглобина О2 от 69% до 50% погрешность составляет ±3%. Стандартное отклонение ±2% означает, что лишь в 68% случаев 8р02 находится в пределах ±2% от истинного значения, а в 95% случаев не менее ±4%. Т.е. в 5% случаев ПМ может показывать 8р02=90% при истинной величине 8а02=85%. Серьезные фирмы сами строят калибровочные кривые для своих моделей и алгоритмы расчета показателей. Мелкие производители ПМ обычно заимствуют эту информацию, а точность выводят, сравнивая показатели своей модели и мониторов известных фирм. В итоге ошибки наслаиваются на ошибки, и точность измерения снижается.

Скорость реакции ПМ на изменения 8р02 определяется линейной скоростью артериального кровотока, зависящей от сердечного выброса и просвета сосудов. В норме кровь достигает пальцевого датчика через 3-5 с, ушного - через 2-3 с после сердечного сокращения, но при выраженной периферической вазоконстрикции или гипокинетическом состоянии кровообращения этот интервал может увеличиться до 20-30 с, даже до 1,5 мин. На время реакции ПМ влияет интервал обновления данных на дисплее, равный ~5 с. ПМ отражает уровень 8р02 с задержкой в пределах от 10 с до 1,5 мин., что надо учитывать в опасных ситуациях (например, при интубации трахеи) и прекращать процедуру раньше, чем показания ПМ достигнут предельно допустимого уровня. Потенциальная возможность погрешностей заложена и в принципе измерения 8р02 и частоты пульса, и в его технической реализации [1-2].

Наибольшая склонность к отображению артефактной информации отмечается у простейших моделей ПМ, не имеющих систем защиты от помех и программ анализа сигнала, распознающих артефакты. На практике чаще приходится работать с мониторами, реагирующими на артефакты, как на реальную опасность. Поэтому анестезиолог должен знать причины возникновения артефактов и уметь их распознать. Самая частая причина ошибок ПМ - движение больного. Световые потоки от светодиодов частично рассеиваются, поглощаются и отражаются тканями пальца и мочки уха. Инфра- и красный потоки ослабляются тканями в равной степени. Толщина этого биофильтра индивидуальна, но при стабильном положении датчика ~постоянна, что легко учитывается ПМ. Но при движении больного или при смещении датчика расстояние и оптическая плотность между светодиодоми и фотодетектором меняются, что ведет к появлению артефактов. При мышечной дрожи, двигательном беспокойстве, судорогах надо вообще отказаться от пульсоксиметрии. Следующее препятствие на пути светового потока - венозная и капиллярная кровь - первый избирательный фильтр, который ослабляет инфра- и красное излучение в зависимости от уровня ОГ и ДОГ в крови. Но т.к. пульсация венул и капилляров незначительна, объем крови в них считается постоянным, учитываемым при расчетах. Пульсация артериального кровотока может передаваться на вены при сильном сдавлении пальца или мочки уха датчиком (нарушается отток крови от тканей); при выраженной вазодилатации, когда артериолы перестают сглаживать периферический кровоток и пульсация крови достигает венул; при недостаточности трехстворчатого клапана, при которой каждое сокращение правого желудочка сопровождается регурги-тацией крови в венозную систему; при острой дилатации правого желудочка (массивная ТЭЛА); при нахождении датчика значительно ниже уровня сердца; сходные по природе артефакты возникают в момент кашля. В этих случаях ПМ не отличает пульсацию артерий от пульсации вен и начинает включать в расчет поглощение света венозной кровью, занижая результат. Когда показания ПМ ниже ожидаемых, надо сменить расположение датчика. При нормальной форме кривой кровотока показаниям сатурации стоит доверять. Яркий свет в помещении тоже может исказить сигнал ПМ. Светодиоды датчика излучают прерывистый поток света, и когда оба светодиода гаснут, фотодетектор замеряет световой фон в помещении, который исключается из расчета 8р02. Тип ламп также влияет на результат. Оценить погрешность можно, сравнив показания ПМ при освещенном и закрытом от света датчике. Искажение сигнала ПМ может давать и диатермокоагуляция. Наводка от электрохирургического оборудования обычно видна на фотоплетизмограмме. Проблему

Обзор

решают по-разному: экранированием кабеля, прекращением измерения во время помех и пр. [3]

Снижение периферического пульсирующего кровотока, обусловленное периферической вазоконстрикцией (гиповолемия, гипотензия, холод, сердечная недостаточность) или поражением периферических сосудов. Такие изменения ведут к снижению амплитуды фотоплетизмограммы и ослаблению сигнала, анализ которого из-за неадекватной силы затруднен. При ослаблении периферического кровотока монитор может значительно усиливать электрический сигнал, но при этом неизбежно нарастает и фоновый шум фотодетектора. При критическом снижении амплитуды фотоплетизмограммы соотношение сигнал/шум становится настолько низким, что ведет к неточности расчета 8р02. Ряд моделей ПМ или прекращают индикацию 8р02, или предупреждают о неточности данных, или показывают величину 8р02, рассчитанную не по параметрам сигнала, а по параметрам шума. Описан случай, когда ПМ «Тритон» (Екатеринбург) исправно продолжал показывать вполне приличную 8р02 и нормальный пульс после окончания безуспешной реанимации. Еще один фактор, влияющий на величину 8р02 - концентрация гемоглобина в крови. При выраженной анемии, сочетающейся с расстройствами периферического кровотока, точность измерения 8р02 уменьшается на несколько %%. На показания ПМ влияет наличие в крови дисгемоглобинов - карбокси- и метгемоглобина. Нормальное содержание карбоксигемоглобина крови (1-3%) не сказывается на величине 8р02. При отравлении угарным газом или у больных с недавно полученными ожогами карбоксигемог-лобин может составлять десятки %% от общего количества гемоглобина. Поглощение света у карбоксигемоглобина и ОГ ~одинаково, поэтому вместо насыщения гемоглобина О2 ПМ у таких больных показывает сумму % концентраций карбоксиге-моглобина и ОГ, т.е. завышает показатели 8р02. Метгемоглобин образуется при действии ядов и лекарственных веществ (например нитропруссид натрия). Метгемоглобин поглощает инфра- и красный спектр так же, как и гемоглобин, насыщенный О2 на 85%. При умеренной метгемоглобинемии ПМ занижает 8р02, а при выраженной метгемоглобинемии показывает величину, близкую к 85%, которая почти не зависит от колебаний 8а02.

Ряд красителей (метиленовый синий, индоцианин), применяемые с диагностической или лечебной целью, меняют светопоглощающие свойства крови в частотном диапазоне, который используется в ПМ. Они поглощают свет с длиной волны 660 нм, и их в/в сопровождается быстрым и выраженным снижением величины 8р02 на 5-10 минут. Лак для ногтей обычно не искажает показания ПМ, но иногда может уменьшить сигналы обоих светодиодов, что не сказывается на расчете 8р02. Есть сведения, что синий лак может избирательно ослаблять излучение красного (660 нм) светодиода, что ведет к артефактному занижению 8р02.

Датчик ПМ может не работать при высокой температуре, т. к. тепло, идущее от него, ведет к образованию влаги на поверхности пальца: надо менять положение датчика каждые 20-30 мин. Когда показания ПМ сомнительны, их анализ должен сочетаться с клинической оценкой больного. Но не следует игнорировать показатели сатурации, говорящие о наступлении гипоксии.

Заключение. Пульсоксиметрия - метод для быстрой диагностики катастрофической гипоксии, развития дыхательной недостаточности или выхода из строя дыхательной аппаратуры. Распространение ПМ во многом зависит от возможностей лечебных учреждений, но необходимо дальнейшее развитие этого метода. Благодаря высокой информативности, неинвазивности, простоте и экономичности в применении пульсоксиметрия отнесена к обязательным методам мониторинга при любой анестезии. Этот тезис, впервые приведенный в Гарвардском стандарте анестезии (1985 г.), ныне является общепринятым.

Литература

1. Шурыгин И. А. Мониторинг дыхания: пульсоксиметрия,

капнография, оксиметрия. СПб.: Невский Диалект; М.:

,Издательство БИНОМ, 2000.

2. Смирнова Н. Н. и др. Опыт использования пульсоксимет-рии в практической анестезиологии.-http://www.anest.dsmu.edu.ua/journal/number1/smirnova.htm

3. Фернлей С.Дж. Пульсоксиметрия.-http://www.ua.arh.ru/0з/03_06.htm

Скорбим!

Из жизни безвременно

ушел Сергей Ашотович Гаспа-рян, стоявший у истоков информатизации медицины плечом к плечу со своими коллегами. Гаспарян С.А родился в 1932 г., окончил лечебный факультет

2 МОЛГМИ им. Н.И. Пирогова в 1957 г. и по распределению

работал в Медновской больнице Калининской области главным врачом и хирургом. В 1960 г. поступил в аспирантуру при кафедре оперативной хирургии 2 МОЛГМИ, затем работал ассистентом, доцентом, профессором этой кафедры до 1974 г. Кандидатом наук стал в 1963 г., доктором - в 1967 г. В 1966-1974 гг. был проректором 2 МОЛГМИ по учебной работе.

С 1972 г. и научно-педагогическая деятельность С. А. Гаспа-ряна была посвящена проблемам медицинской кибернетики и информатики. По его инициативе и при непосредственном участии были созданы: в 1969 г. - информационно-вычислительный центр 2 МОЛГМИ им. Н.И. Пирогова и отдел в составе трех лабораторий, в 1974 году - первые в мире отделение и кафедра медицинской и биологической кибернетики в медицинском вузе на медико-биологическом факультете 2 МОЛГМИ им. Н.И. Пирогова, заведующим которой он является с 1974 г. по настоящее время; в 1976 году - Республиканский информационно-вычислительный центр Минздрава РСФСР, который

С.А. Гаспарян возглавлял до 1985 г., в 1974 г. - проблемная комиссия по медицинской информатике и вычислительной технике (ныне - с 1993 г. - секция информатизации здравоохранения Ученого совета Минздрава России), в 1994 г. - отделение медицинской информатики МАИ. За этот период под его руководством реализованы три Федеральные программы по информатизации здравоохранения России, им разработаны научные основы концепции информатизации здравоохранения, концепции мониторинга здоровья населения России. С.А. Гаспарян был организатором десятков республиканских и международных конференций и форумов, под его редакцией издано 34 сборника научных трудов. С. А. Гаспаряном опубликовано сотни работ, в т. ч. - по проблемам медицинской информатики около 200, десятки докладов на Международных, 20 - на Всесоюзных и 33 - на республиканских конференциях, подготовлено более 40 докторов и кандидатов наук. Созданы модели оценки здоровья населения, модели развития сети здравоохранения на территории РСФСР, эпидемиологическая модель туберкулеза в России, разработаны модели, методы и критерии оценки для здравоохранения, деятельности медицинских вузов, НИИ и многопрофильных больниц.

Под руководством С.А. Гаспаряна разработаны и внедрены автоматизированные системы федерального уровня, АСУ больницей, АСУ «Медвуз», автоматизированные системы консультативной вычислительной диагностики неотложных состояний, функциональной диагностики кардиопульмонологического профиля, компьютерные системы контроля в палатах интенсивной терапии и реанимационных отделениях терапевтического и хирургического профиля, внедренные в ряде клиник. С. А. Гаспа-рян был президентом отделения медицинской информатики МАИ, удостоен звания «Заслуженный деятель науки Российской Федерации», награжден двумя орденами «Знак почета», медалями, знаками «Отличник здравоохранения», «За успехи в высшей школе», «Изобретатель СССР», медалями ВВЦ.

Вечный покой ему и вечная память!