* Του Καθηγητή κ. Ιορδάνη Κιοσκερίδη

Το αίμα ρέει μέσω της καρδιάς, των αρτηριών, των φλε­βών και των τριχοειδών αγγείων, μεταφέροντας θρεπτικά υλικά, ηλε­κτρολύτες, ορμόνες, βιταμίνες, αντισώματα και το οξυγόνο στους ιστούς. Η δέσμευση και η μεταφορά του οξυγόνου επιτελείται από την πρωτεΐνη αιμοσφαιρίνη, που είναι το κύριο συστατικό των ερυθρών αιμοσφαιρίων του αίματος. Το αίμα προσλαμβάνει οξυγόνο καθώς διέρχεται από τους πνεύμονες, όπου και αποβάλλει το διοξείδιο του άν­θρακα.

Με την ιατρική εξέταση της παλμικής οξυμετρίας (pulse oximetry), προσδιορίζεται ο κορεσμός του αίματος σε οξυγόνο, ο οποίος αποτελεί έναν γενικό δείκτη της ικανότητας μεταφοράς του οξυγόνου μέσω του αίματος.

Η παλμική οξυμετρία με τη σημερινή της μορφή αναπτύχθηκε στην Ιαπωνία το 1974 από τον Takuo Aoyagi. Πριν την εφαρμογή της, η μέτρηση του κορεσμού οξυγόνου γινόταν μόνο με επεμ­βατικές μεθόδους και ειδικότερα με τη λήψη αρτηριακού αίματος με σύριγγα.

Το αίμα στα ενήλικα άτομα διαθέτει τέσσερις (4) τύπους αιμοσφαιρίνης, με σημαντικότερους την οξυαιμοσφαιρίνη (HbΟ₂) και τη δεοξυαιμοσφαιρίνη (RHb). Με τη μέθοδο της παλμικής οξυμετρίας μετράται ο λειτουργικός κορεσμός σε οξυγόνο της αιμοσφαιρίνης SpO₂ από τον λόγο της οξυαιμοσφαιρίνης προς το άθροισμα της οξυαιμοσφαιρίνης και της δεοξυαιμοσφαιρίνης. Ο λόγος της οξυαιμοσφαιρίνης προς την ολική αιμοσφαιρίνη ονομάζεται κλασματικός κορεσμός οξυγόνου SaO₂ και μετράται με τη μέθοδο της οξυμετρίας με επεμβατικό τρόπο.

Τιμές του κορεσμού οξυγόνου στο αρτηριακό αίμα άνω του 96% θεωρούνται φυσιολογικές, ενώ τιμές κάτω του 89% σημαίνουν αναπνευστική ανεπάρκεια. Η ακρίβεια των μετρήσεων εξαρτάται έντονα από τις συγκεντρώσεις στο αίμα των δύο τύπων αιμοσφαιρίνης που αγνοούνται (μεθαιμοσφαιρίνη και καρβοξυαιμοσφαιρίνη). Υπό φυσιολογικές συνθήκες, όπου οι συγκεντρώσεις αυτών είναι πολύ μικρές, η ακρίβεια της μέτρησης είναι περίπου 3% σε υψηλές τιμές του κορεσμού. Η ακρίβεια μειώνεται όταν ο κορεσμός είναι μικρότερος από το 80%.

Σχήμα 1. Διάταξη μέτρησης του SpO₂ από το παλμικό οξύμετρο στο δάκτυλο του εξετα­ζόμενου,

με τη χρήση ενός ερυθρού και ενός υπέρυθρου led, και μιας φωτοδιόδου

Η μέτρηση του λειτουργικού κορεσμού οξυγόνου SpO₂ με τα παλμικά οξύμετρα βασίζεται στον νόμο των Beer-Lambert, ο οποίος αποτελεί τη βάση της φασματοφωτομετρίας, και επιπλέον στη ρυθμική διαδικασία άντλησης της καρδιάς, η οποία προκαλεί μετρήσιμες περιοδικές μεταβολές στη ροή και στον όγκο του αίματος μέσω των αρτηριών (οπτική πληθυσμογρα­φία).

Η μέτρηση του SpO₂ γίνεται κατά κανόνα στο δάκτυλο του χεριού, με τον τρόπο που εικονίζεται στο Σχ. 1 και σπανιότερα στον λοβό του αυτιού. Τα ανωτέρω δύο σημεία του σώματος έχουν επιλεγεί καθώς είναι σχετικά διάφανα στην ακτινοβολία και με καλή παλμική ροή του αρτηριακού αίματος. Στα παλμικά οξύμετρα χρησιμοποιούνται δύο δίοδοι εκπομπής φωτός (led), στο ερυθρό (660nm) και στο υπέρυθρο (940nm) φάσμα, όπου η δεοξυαιμοσφαιρίνη και η οξυαιμοσφαιρίνη, αντίστοιχα, εμφανίζουν τη μέγιστη απορρόφηση. Οι δίοδοι εκπέμπουν διαδοχικά φωτεινούς παλμούς μικρής διάρκειας, με συχνότητα μερικών εκατοντάδων Hertz.

Η απορρόφηση της ακτινοβολίας δεν οφείλεται μόνο στο αρτηριακό αίμα, αλλά επιπλέον στο φλεβικό αίμα και στους ιστούς που πα­ρεμβάλλονται μεταξύ των δύο led και της φωτοδιόδου (Σχ. 1). Η απορρόφηση σε κάθε μήκος κύ­ματος που οφείλεται μόνο στο αρτηριακό αίμα μπορεί να διακριθεί από την ολική, εξαιτίας της παλμικής της μορφής (οπτική πληθυσμογρα­φία). Από τον λόγο των παλμικών σημάτων της φωτοδιόδου στο ερυθρό και στο υπέρυθρο, υπολογίζεται ο λειτουργικός κορεσμός οξυγόνου SpO₂, συνήθως μέσω πειραματικών δεδομένων. Καθώς το ηλεκτρικό σήμα παλμικής μορφής από τη φωτοδίοδο είναι συγχρονισμένο με τους κτύπους της καρδιάς, τα παλμικά οξύμετρα μετρούν επιπλέον του SpO₂ και τον καρδιακό ρυθμό. Αρκετά μοντέλα απεικονίζουν και την κυματομορφή του σήματος απορρόφησης στο υπέρυθρο, όπως εικονίζεται στο Σχ. 1.

Αν και η αρχή λειτουργίας της παλμικής οξυμετρίας είναι αρκετά σύνθετη, τα σύγχρονα παλμικά οξύμετρα με την εξέλιξη της ψηφιακής τεχνολογίας αποτελούν ιδιαίτερα αξιόπιστες ιατρικές συσκευές ευρείας χρήσης και χαμηλού κόστους, τόσο σε οικιακό όσο και σε νοσοκομειακό περιβάλλον (Σχ. 2).

Σχήμα 2. Εμπορικά παλμικά οξύμετρα για οικιακή χρήση (α) και για επαγγελματική/νοσο­κομειακή

χρήση (β), με probe δακτύλου είτε αυτιού.

Διαβάστε περισσότερα στο σύγγραμμα Βιοϊατρική Τεχνολογία του Καθηγητή κ. Ιορδάνη Κιοσκερίδη που κυκλοφορεί από τις Εκδόσεις ΤΖΙΟΛΑ εδώ.