Пульсоксиметрия: определение и принцип работы¶

Пульсоксиметрия — неинвазивный метод оценки насыщения крови кислородом (SpO₂) и частоты пульса, основанный на измерении поглощения света тканями. Метод относится к классу фотометрических биомедицинских измерений и широко применяется в анестезиологии, реаниматологии, кардиологии, пульмонологии, а также в домашнем мониторинге. Ключевые характеристики метода: неинвазивность, отсутствие необходимости в заборе крови, высокая скорость получения результата (обычно несколько секунд) и относительная простота оборудования.

¶Физический принцип

Метод основан на двух закономерностях. Первая — закон Бера-Ламберта: разные формы гемоглобина (оксигемоглобин HbO₂ и дезоксигемоглобин Hb) по-разному поглощают свет в красном и инфракрасном диапазоне. Оксигемоглобин сильнее поглощает инфракрасный свет (длина волны около 940 нм), дезоксигемоглобин — красный (около 660 нм). Вторая — пульсовая волна: во время систолы кровеносные сосуды пальца (или другого участка) наполняются кровью, и поглощение света увеличивается; во время диастолы — уменьшается. Амплитудные колебания поглощения соответствуют пульсу, что позволяет отделить пульсовый компонент сигнала от фонового поглощения тканями, костями и венозной кровью.

По соотношению поглощения света в двух диапазонах вычисляется отношение «пульсовой» амплитуды в красном канале к аналогичной амплитуде в инфракрасном. Это отношение однозначно связано с долей оксигемоглобина в артериальной крови.

¶Устройство пульсоксиметра

Клинический пульсоксиметр состоит из трёх основных элементов:

• Датчик — содержит два светодиода (красный и инфракрасный) и фотоприёмник. Наиболее распространённые типы: напальцевый (клеммный), ушной, носовой, а также датчики-пластыри для новорождённых.
• Обработчик сигнала — аналогово-цифровой преобразователь и микропроцессор, выполняющий фильтрацию шумов, выделение пульсовой компоненты и расчёт SpO₂ по встроенной калибровочной кривой.
• Индикатор — экран или светодиодный дисплей, отображающий процент насыщения и частоту пульса в ударах в минуту.

Портативные и бытовые пульсоксиметры, получившие широкое распространение, часто выполнены в виде небольшого устройства, надеваемого на палец, с автономным питанием от батареек.

¶Классификация

По области применения пульсоксиметры делятся на:

• Стационарные — используются в операционных, реанимациях, палатах интенсивной терапии; подключаются к мониторам пациента.
• Транспортные и переносные — применяются в скорой помощи, при транспортировке пациентов.
• Бытовые (портативные) — предназначены для самостоятельного мониторинга в домашних условиях.
• Неонатальные — с датчиками, адаптированными для кожи новорождённых.

По способу измерения различают трансмиссионные пульсоксиметры (свет проходит сквозь ткань — палец, мочку уха) и отражательные (фотоприёмник расположен на той же стороне, что и светодиоды; применяются на лбу, грудной клетке, запястье).

¶Клиническое применение

Основная клиническая задача пульсоксиметрии — контроль артериальной сатурации у пациентов с риском гипоксемии. В анестезиологии и реаниматологии метод включён в стандарт мониторинга пациента под общим наркозом. Пульсоксиметрия используется при проведении искусственной вентиляции лёгких, при лечении обструктивного апноэ сна, у пациентов с хронической обструктивной болезнью лёгких, пневмонией и сердечной недостаточностью. В акушерстве и неонатологии метод применяется для контроля состояния новорождённых.

В период пандемии COVID-19 пульсоксиметрия получила широкое распространение в домашних условиях: снижение SpO₂ служит ранним признаком ухудшения состояния при вирусной пневмонии.

¶Ограничения и источники погрешностей

Несмотря на простоту, метод имеет ряд ограничений:

• Метгемоглобинемия — при повышенном уровне метгемоглобина показание «зависает» около 85 % независимо от реальной сатурации.
• Карбоксигемоглобин (при отравлении угарным газом) — большинство стандартных пульсоксиметров не различают HbCO и HbO₂, занижая или завышая результат.
• Нарушение перфузии — холодные конечности, шок, вазоспазм приводят к слабому пульсовому сигналу.
• Лак, тёмный лак для ногтей, татуировки — могут искажать измерение.
• Движение пациента и артефакты — вызывают ложные срабатывания.
• Анемия — при низком гемоглобине пульсоксиметрия может показывать нормальную сатурацию при фактическом дефиците кислорода в тканях.

Клинически значимой считается сатурация ниже 94 % (у здорового человека в норме — 95–98 %); значения ниже 90 % указывают на тяжёлую гипоксемию и требуют медицинского вмешательства.

¶История

Принцип спектрофотометрического измерения сатурации был заложен в работах немецкого физиолога Карла Матиаса (Karl Matthes) в 1930-х годах. Первый коммерческий трансмиссионный пульсоксиметр был создан в 1970-х годах: в 1972 году японский инженер Акира Аояги запатентовал базовый принцип, а в 1974 году совместно с компанией Nihon Kohden разработал первое клиническое устройство. Широкое внедрение метода в анестезиологическую практику произошло в 1980-х годах, после чего пульсоксиметрия стала стандартом мониторинга в операционных.

Источники:

• Бараш П., Каллен Б., Стоэлинг Э. Клиническая анестезиология
• Справочник по анестезиологии и реаниматологии
• Matthes K. Untersuchungen über den Sauerstoffgehalt des Blutes // Klinische Wochenschrift, 1935
• Aoyagi T., Kishi M. et al. Improvement in the device for pulse oximetry // Biomedical Science Instrumentation, 1974
• Стандарты мониторинга пациента ASA (American Society of Anesthesiologists)