Пульсоксиметрия

Пульсоксиметрия — это неинвазивный метод измерения уровня насыщения крови кислородом (сатурации, SpO₂) и частоты пульса (ЧСС), основанный на спектрофотометрическом анализе изменений оптической плотности тканей, вызванных пульсацией артериального русла. Метод является стандартным в клинической медицине, анестезиологии, интенсивной терапии и неотложной помощи, а также широко применяется в домашних условиях для мониторинга состояния пациентов с хроническими заболеваниями дыхательной и сердечно-сосудистой систем.

Принцип действия

Пульсоксиметрия базируется на двух физических явлениях: различном поглощении света оксигемоглобином (HbO₂) и дезоксигемоглобином (Hb) на определённых длинах волн, а также на пульсовой модуляции сигнала, позволяющей выделить артериальную компоненту из общего поглощения тканями.

Спектрофотометрия гемоглобина

Оксигемоглобин и дезоксигемоглобин имеют разные спектры поглощения в красном и инфракрасном диапазонах. HbO₂ сильнее поглощает инфракрасный свет (длина волны около 940 нм), а Hb — красный свет (около 660 нм). Пульсоксиметр излучает свет на этих двух длинах волн попеременно с частотой несколько сотен герц. Фотодетектор, расположенный напротив излучателя (обычно на противоположной стороне пальца или мочки уха), измеряет интенсивность прошедшего света.

Пульсовая компонента

Ткани организма (кожа, мышцы, кости, венозная кровь) поглощают свет постоянно, создавая фоновый сигнал. Артериальная кровь, поступающая в ткани во время систолы, увеличивает объём артериального русла, что приводит к дополнительному поглощению света. Пульсоксиметр анализирует только переменную (пульсовую) составляющую сигнала, выделяя её из постоянной. Это позволяет исключить влияние венозной крови и других тканей и получить значение, характеризующее именно артериальную сатурацию.

Алгоритм расчёта

Отношение поглощения красного и инфракрасного света в пульсовой компоненте (R) обрабатывается микропроцессором, который по эмпирической калибровочной кривой, полученной на здоровых добровольцах, пересчитывает его в значение SpO₂ в процентах. Частота пульса определяется по частоте пульсовых волн.

Устройство пульсоксиметра

Типичный пульсоксиметр состоит из следующих основных компонентов:

• Излучатели: два светодиода (LED) — красный (660 нм) и инфракрасный (940 нм).
• Фотодетектор: фотодиод, преобразующий световой сигнал в электрический.
• Микропроцессор: управляет работой светодиодов, обрабатывает сигнал, вычисляет SpO₂ и ЧСС, управляет дисплеем.
• Дисплей: обычно жидкокристаллический (LCD) или светодиодный (LED), отображающий значения сатурации и пульса, а также плетизмограмму (волновую форму пульса).
• Датчик: может быть выполнен в виде зажима (клипсы) для пальца, накладки на мочку уха, лобного датчика или датчика для новорождённых (на стопу или ладонь).

Классификация пульсоксиметров

Пульсоксиметры классифицируются по нескольким признакам.

По назначению и месту использования

• Стационарные (мониторные): используются в отделениях реанимации и интенсивной терапии, операционных, палатах. Встраиваются в многофункциональные мониторы пациента, имеют расширенные возможности (тренды, сигналы тревоги, подключение к центральной станции).
• Портативные (транспортные): компактные приборы для использования при транспортировке пациентов, в машинах скорой помощи, в полевых условиях.
• Напалечные (пальцевые): наиболее распространённые бытовые и амбулаторные модели. Просты в использовании, работают от батареек, имеют небольшой дисплей. Обычно не предназначены для непрерывного мониторинга.
• Фитнес-трекеры и смарт-часы: многие современные носимые устройства (например, Apple Watch, Samsung Galaxy Watch, Fitbit) оснащены встроенными пульсоксиметрами. Их точность может быть ниже, чем у медицинских приборов, и они не предназначены для диагностики.
• Детские: имеют специальные датчики меньшего размера и более мягкие зажимы, адаптированные для новорождённых и детей младшего возраста.

По типу датчика

• Просветные (трансмиссионные): излучатель и фотодетектор расположены друг напротив друга (например, на пальце). Свет проходит через ткань. Это наиболее распространённый тип.
• Отражательные (рефлекторные): излучатель и фотодетектор расположены рядом на одной стороне датчика. Свет отражается от тканей. Используются для лобных датчиков и некоторых типов нательных датчиков.

Применение

Пульсоксиметрия является обязательным компонентом мониторинга во многих клинических ситуациях.

Медицина

• Анестезиология и интенсивная терапия: непрерывный контроль сатурации во время наркоза, послеоперационного периода, при искусственной вентиляции лёгких.
• Пульмонология: диагностика и мониторинг хронической обструктивной болезни лёгких (ХОБЛ), бронхиальной астмы, пневмонии, дыхательной недостаточности.
• Кардиология: оценка эффективности лечения сердечной недостаточности, выявление гипоксемии при врождённых пороках сердца.
• Неонатология: скрининг на критический врождённый порок сердца у новорождённых (пульсоксиметровый скрининг).
• Неотложная помощь: быстрая оценка состояния пациента при травмах, отравлениях, шоке, остановке дыхания.
• Сомнология: выявление ночной гипоксемии при синдроме обструктивного апноэ сна.

Домашнее использование

Пациенты с хроническими заболеваниями лёгких (ХОБЛ, муковисцидоз, лёгочная гипертензия) могут использовать пульсоксиметр для самоконтроля, особенно при появлении одышки или ухудшении самочувствия. В период пандемии COVID-19 пульсоксиметры получили широкое распространение для мониторинга состояния пациентов, находящихся на амбулаторном лечении, так как снижение сатурации может быть ранним признаком ухудшения.

Спорт и высотная медицина

• Спортсмены: контроль уровня кислорода в крови во время тренировок на выносливость, особенно в условиях высокогорья.
• Альпинисты и пилоты: оценка адаптации к гипоксии на больших высотах.

Ограничения и источники ошибок

Пульсоксиметрия имеет ряд ограничений, которые необходимо учитывать при интерпретации результатов.

• Низкая перфузия: при гипотермии, шоке, низком сердечном выбросе пульсовая волна может быть слишком слабой для получения точного сигнала.
• Движения: артефакты движения (дрожание, судороги, движения пальца) могут искажать сигнал.
• Внешний свет: яркий солнечный свет, операционные лампы или флуоресцентное освещение могут создавать помехи.
• Пигментация кожи: некоторые исследования показывают, что у людей с тёмным цветом кожи пульсоксиметры могут завышать показатели сатурации, особенно при низких значениях SpO₂. Эта проблема привлекла внимание в период пандемии COVID-19.
• Красители: метиленовый синий, индигокармин, зелёный индоцианин могут влиять на поглощение света.
• Лак для ногтей: тёмные (синие, чёрные, зелёные) лаки могут снижать точность измерений. Рекомендуется снимать лак с пальца, на который надевается датчик.
• Карбоксигемоглобин (COHb) и метгемоглобин (MetHb): пульсоксиметр не может отличить эти формы гемоглобина от оксигемоглобина. При отравлении угарным газом (CO) SpO₂ может быть ложно завышена, а при метгемоглобинемии — стремиться к 85% независимо от истинного содержания кислорода.
• Анемия: при тяжёлой анемии общее количество гемоглобина снижено, но насыщение оставшегося гемоглобина может быть нормальным, поэтому SpO₂ может оставаться в норме, несмотря на снижение общего содержания кислорода в крови.

Нормальные значения и интерпретация

У здорового человека в покое на уровне моря нормальная сатурация (SpO₂) составляет 95–100%. Значения ниже 90% (гипоксемия) считаются клинически значимыми и требуют медицинской оценки. При хронических заболеваниях лёгких (например, ХОБЛ) допустимы более низкие значения (88–92%), но это определяется врачом.

Интересные факты

• Первый прототип пульсоксиметра был создан в 1972 году японским инженером Такуо Аояги (Takuo Aoyagi), работавшим в компании Nihon Kohden. Однако коммерческое распространение прибор получил только в 1980-х годах.
• В 1995 году пульсоксиметрия была включена в стандарт обязательного мониторинга во время анестезии Американским обществом анестезиологов (ASA).
• Пульсоксиметрия стала одним из ключевых методов диагностики и мониторинга при COVID-19, так как снижение сатурации часто происходит без субъективного ощущения одышки («тихая гипоксия»).

Источники

• Аояги Т. «Пульсоксиметрия: история и принципы». Журнал клинической мониторинговой медицины, 2003.
• Клинические рекомендации по пульсоксиметрии. Министерство здравоохранения РФ, 2020.
• Шульц К. «Пульсоксиметрия: физические основы и клиническое применение». Анестезиология и реаниматология, 2018.
• Международные стандарты ISO 80601-2-61:2017 «Медицинские электрические изделия. Часть 2-61: Частные требования к пульсоксиметрам».
• Оксфордский справочник по анестезиологии, 5-е издание, 2021.