Transcript oximetría de pulso

Oxímetria de pulso
Principios científicos y descripción
del funcionamiento de los
monitores de saturación de
oxígeno
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Debido a que el oxígeno es de importancia vital en el
funcionamiento de nuestro organismo, es sumamente
valioso para la clínica conocer los parámetros que
rigen su asimilación e intercambio en los diferentes
niveles fisiológicos.
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Aspectos fisiológicos de la oxigenación
Transporte de Oxígeno
El suministro de oxígeno (O2) en el cuerpo lo componen los pulmones
y el aparato circulatorio. El suministro de O2 a los tejidos depende de
la cantidad de O2 que entra a los pulmones, el adecuado intercambio
gaseoso pulmonar, el riego sanguíneo de los tejidos y la capacidad de
la sangre para transportar O2.
El flujo sanguíneo depende del grado de constricción del lecho
vascular en los tejidos y del gasto cardíaco.
La concentración de O2 en la sangre está determinada por la cantidad
O2 disuelto, la cifra de Hemoglobina de la sangre y la afinidad de la
Hemoglobina por el O2.
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Una pregunta que el médico se debe responder
muchas veces frente a un paciente es cuanto
oxígeno hay en sangre y si la cantidad es
adecuada. Existen varios parámetros a tener en
cuenta para este diagnóstico.
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Parámetros como la presión arterial de oxígeno
(PaO2), saturación de oxígeno (SaO2), hemoglobina
(Hb), presión parcial de oxígeno (PO2), presión
parcial de dióxido de carbono (PCO2), son
necesarios para establecer el estado hemodinámico
de un paciente
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Análisis de estado ácido-base
Mediante este análisis bioquímico se determinan PO2, PCO2 y
pH, calculándose el estado ácido-base.
es un método invasivo que consiste en la extracción de una
muestra de sangre del paciente, en general de sangre arterial,
pudiendo extraerse de cualquier arteria del cuerpo.
Cuando se trata de pacientes de cierta gravedad, como por
ejemplo aquellos bajo asistencia respiratoria mecánica
(ARM), este dato es crucial, y el análisis debe repetirse
frecuente y periódicamente.
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Este tipo de estudios presenta entonces dos inconvenientes:
Las molestias que se ocasionan al paciente en forma repetida,
y más importante aún;
Los resultados no son inmediatos sino que se demora en
efectuar el análisis en el laboratorio.
Esta demora puede ser, en ciertos casos, inadmisible si se
requiere operar de modo inmediato sobre los parámetros
de la ARM.
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El paso siguiente, naturalmente es pensar en las
ventajas que podría tener la monitorización de
estos parámetros, de un modo continuo, exacto,
no invasivo, e incruento
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El 99% del O2 que se disuelve en la
sangre se combina con la proteína
transportadora de O2, la hemoglobina
(Hb)
La curva de disociación de la HbO2
(oxihemoglobina), es una curva que
relaciona el porcentaje de saturación
del O2 en la Hb y por tanto su poder
de transportación con la PO2
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Curva normal
de disociación
del O2
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Existen factores que pueden afectar la curva de disociación de la
HbO2: el pH, la temperatura y la concentración de 2,3
Difosfoglicerato (2,3,DPG).
Una elevación de la temperatura o una caída del pH desplazan la
curva hacia ala derecha, requiriéndose una PO2 mayor para que la
Hb fije una cantidad dada de O2.
Por el contrario, un descenso de la temperatura y un aumento del
pH desplazan la curva hacia la izquierda.
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Saturación (%)
Desplazamiento a la
izquierda
Normal
Desplazamiento a la
derecha
pO2
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De cualquier modo, resulta evidente que la saturación de la
hemoglobina es una variable que está directamente
relacionada con el contenido de oxígeno de la sangre
arterial
Medir el porcentaje de saturación de la hemoglobina en la
sangre arterial nos posibilitará conocer la cantidad de
oxígeno transportado, o dicho de otro modo la saturación
de oxígeno
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los principios de la oximetría están basados en la
absorción espectro-fotométrica de longitudes de
onda específicas de la luz por la sangre
definiremos
un
pulsioxímetro
como
un
espectrofotómetro que mide la absorción de luz de
longitudes de onda específicas, al pasar por un lecho
vascular arterial pulsátil
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Apuntes de historia
En 1860, el invento del espectroscopio por Robert
Wilhelm Eberhard Bunsen permitió por primera vez
analizar la composición de la luz en longitudes de
onda, pero no fue hasta el año 1930, en que la fotocélula de selenio pudo utilizarse en la práctica, que el
espectro fue usado para el análisis cuantitativo de la
saturación de oxígeno
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Apuntes de historia
Milikan desarrolla un método
de medición óptica
de la
saturación sanguínea, debido a
que los pilotos de la fuerza
aérea de EEUU se desvanecían
a causa de las altas fuerzas “G”
a que eran sometidos durante
las caídas en picada. Se mide
en el lóbulo de la oreja,
calefaccionándolo, se acuña el
término “oxímetro”
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Apuntes de historia
Wood agrega una cápsula de
presión, para eliminar la sangre
del lóbulo y lograr el ajuste de
cero, en un esfuerzo para
obtener la saturación absoluta
de O2. Concepto similar al de
los oxímetros convencionales
de hoy, pero fallido debido a la
inestabilidad de las fotocélulas
y las fuentes luminosas. No se
emplea clínicamente.
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Apuntes de historia
Shaw ensambla su primer
oxímetro de oreja de lectura
absoluta,
usando
ocho
longitudes de onda de la luz.
Comercializado por Hewlett
Packard, su uso se limita a la
función pulmonar y a estudios
del sueño, debido al elevado
costo y gran tamaño.
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Apuntes de historia
En 1972, Aoyaghi en Nihon
Kohden inventa el oxímetro de
pulso convencional usando la
relación entre la absorción de
la luz roja y la infrarroja, de los
componentes pulsantes en el
sitio de lectura.
Es comercializado en 1981 por
BIOX/Ohmeda y por Nellcor en
1983.
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Principio de funcionamiento en Oximetría
convencional
La reacción del oxígeno con la hemoglobina aumenta
enormemente la transmisión de la luz roja a través de
soluciones conteniendo hemoglobina y por tanto, de
la sangre, mientras que a nivel del infrarrojo el efecto
del oxígeno es opuesto, es decir, hace la sangre más
opaca. Con las otras longitudes de onda no hay
cambios en la absorción de la luz
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El funcionamiento del oxímetro se basa en el supuesto
de que la hemoglobina existe en dos formas principales
en la sangre:
Oxigenada (HbO2) con moléculas de O2 débilmente
enlazadas
Reducida (Hb) sin enlace con moléculas de O2
Ambas formas absorben diferentes cantidades de luz. El
oxímetro mide la absorción relativa de luz roja a 660 nm
y de luz infrarroja a 940 nm por parte de la HbO2 y la Hb.
Debido a que la HbO2 y la Hb permiten que diferentes
cantidades de luz pasen en estas longitudes de onda, el
oxímetro puede convertir esta información de intensidad
de luz relativa en valores de SpO2 y pulso.
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Absorción de luz, para diferentes longitudes de onda y
para diferentes tipos de Hb
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Un oxímetro de pulso indica la saturación de oxígeno
arterial y el pulso del paciente midiendo la absorción de
luz de estas longitudes de onda. La sonda aplicada al
paciente emite una luz que pasa a través del tejido y se
convierte en una señal electrónica por medio del
fotodetector.
El tejido absorbe cierta cantidad de luz. La señal
electrónica pasa al equipo y es amplificada. El circuito
convierte convenientemente la señal pulsante de
intensidad de luz en valores de pulso y saturación de
oxígeno (SpO2).
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El oxímetro puede diferenciar entre la absorción de
luz de la hemoglobina y la de otros líquidos y
componentes de los tejidos mediante el uso de un
sistema pulsátil de dos longitudes de onda.
Este sistema se basa en el hecho de que el flujo de
sangre arterial pulsa, en tanto que otros fluídos no lo
hacen.
La pulsación del flujo de sangre arterial modula la luz
que pasa a través del mismo. Los otros fluídos no
modulan la luz sino que tienen un valor de absorción
fijo.
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Absorción de la
luz
por
los
distintos tejidos
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Aquí se presenta un problema, la sangre y por tanto la SaO2 es
pulsátil, por ende, al ser variable esta, no se sabe si la variación de la
medida es debido a una variación de la variable misma o debido a la
pulsatilidad del flujo sanguíneo.
Pulsación de la cantidad de sangre
debajo de la sonda, que implica al
mismo tiempo una pulsación de la
SaO2
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Es por esta razón que estos sensores contienen en realidad dos
emisores a dos longitudes de diferentes y un receptor como de
manera que a una de las longitudes de onda la absorción es muy
dependiente de la SaO2, y a la otra longitud de onda la absorción
teóricamente no varia con la SaO2 pero si con la cantidad de sangre,
es decir, varía con el pulso.
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De esta manera se tiene una señal que varía con el pulso y con la
SaO2, y una señal que varía solamente con el pulso, o sea, se puede
modular la primera con la segunda de manera de obtener un lectura
permanente de la SaO2.
Se utilizan diodos electroluminosos (LED) en dos longitudes de onda:
660 nm (rojo) y 940 nm (cerca de infrarrojo).
Estas longitudes de onda son las adecuadas, pues son valores en los
cuales la separación es la más alta entre la hemoglobina y los
espectros de absorción de la oxihemoglobina.
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Usando circuitos electrónicos, se igualan las señales en las longitudes
de onda infrarrojas y rojas y se calcula la relación de transformación
de la luz de roja-infrarroja, que se relaciona directamente con el SpO2
mediante el pulso oximétrico.
Cada segundo, se realizan aproximadamente 600 medidas
individuales y mediante un algoritmo implementado en el interior del
microprocesador, se compara con valores obtenidos anteriormente y
después se usan fórmulas específicas a cada fabricante.
El valor visualizado se obtiene realizando un promedio entre los 3-6
valores anteriores y actualizado cada (0,5 - 1,0) seg. El promedio se
utiliza pues tiende a reducir los artefactos y señales erróneas.
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Diagrama en bloques funcional
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Diagrama en bloques funcional
Explicación de la funcion de cada bloque, en speach, eventualmente rediseño
del circuito
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Equipos comerciales
Dyne OP 210
Minor
Oxim
Mindray
PM 600
Medix Oxi 3
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Equipos portátiles
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Distintos tipos de sensores
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Inconvenientes de este diseño
El modelo visto hasta aquí, puede considerarse como la primer
generación de oxímetros, utilizada masivamente en salas de terapia
intensiva, quirófanos o en forma ambulatoria, para el control clínico
de pacientes bajo algún tipo de terapia por oxígeno o sometidos a
ARM.
Puede considerárselo satisfactorio, pero bajo ciertas restricciones
importantes.
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Inconvenientes de este diseño
Debemos mencionar entonces dichas limtaciones, a saber:
Cuando el paciente se mueve, se producen
alteraciones insalvables de la lectura, dando lugar
a errores y falsas alarmas, inadmisibles en una
terapia intensiva.
El modelo supone que la única sangre pulsante es
la arterial, descartando la venosa, introduciendo
un importante error
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Inconvenientes de este diseño
Los oxímetros son difíciles de calibrar, se calibran
mediante voluntarios humanos, hasta un mínimo
de SaO2 de 80%, los valores inferiores se
extrapolan, aumentando el error.
El diseño de dos longitudes de onda en la mayoría
de los oxímetros asume solamente dos fracciones
absorbentes de la hemoglobina (HbO2 y Hb) que
no consideran la presencia de Metahemoglobina
(MetHb) y de Carboxihemoglobina (COHb).
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Inconvenientes de este diseño
Un problema mayor: el nivel de señal
a leer depende de la perfusión en el
sitio de lectura.
Si la perfusión no es adecuada,
debido a vasoconstricción, hipotermia
o bajo volúmen cardíaco, la relación
señal/ruido
se
empobrece
notoriamente.
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Diseños superadores: estado-del-arte de la
oximetría
Si bien no es nuestro objetivo aquí hacer promoción de ninguna
marca comercial, es necesario apuntar que una empresa ha logrado
recientemente desarrollar una tecnología que supera los
inconvenientes señalados, pudiendo adjudicarse la calidad de nueva
generación en oximetría.
Sustentada por numerosos estudios clínicos, la tecnología MASIMO
SET representa el estado-del-arte en la materia.
Incluso podría decirse que actualmente no resulta ético para la
profesión médica, utilizar oxímetros de la generación anterior.
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Diseños superadores: estado-del-arte de la
oximetría
En 1989 Diab y Kiani de la corporación Masimo inventaron la
Oximetría de Pulso de Extracción de Señal, incluyendo Filtros
Adaptivos, Transformación Discreta de la Saturación (Discrete
Saturation Transform/DST) y Transformación Rápida de la
Saturación (Fast Saturation Transform/FST), que separan la señal
arterial del ruido no arterial, (como por ejemplo la sangre venosa
durante el movimiento).
El resultado fue un oxímetro de pulso que ha sido científica y
clínicamente probado para ser exacto durante los movimientos del
paciente y la baja perfusión.
Hoy en día mas del 70% de los oxímetros construidos en el mundo
tiene tecnología Masimo SET.
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Diseños superadores: avances técnicos logrados
Veremos un breve detalle de cómo es que estos avances han
mejorado el modo en que la saturación es leída.
Transformación Discreta de la Saturación (Discrete Saturation
TransformTM - DST):
Esta innovación, es un circuito que calcula un algoritmo de
separación, y consecutivamente, calcula la proporción de de
densidad óptica que corresponde para la saturación de oxigeno
arterial (ra) y un estimado de la saturación de oxigeno venosa (rv).
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Diseños superadores: avances técnicos logrados
Estas densidades no son conocidas de antemano pero son
requeridas para obtener una señal de referencia apropiada para el
cancelador adaptador de ruido (ANC).
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Diseños superadores: avances técnicos logrados
La curva típica de funcionamiento de este circuito, en ausencia de
movimiento del paciente, es decir cuando su acción no es requerida
sería:
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Diseños superadores: avances técnicos logrados
Ahora bien, en caso de movimiento, o contemplando la interferencia
de la pulsación de sangre venosa, pueden presentarse tres casos
típicos.
En estos 3 casos se ven las gráficas con diferentes niveles de SpO2
con el paciente en movimiento
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Caso I: en figura A se ve un proceso de cancelación de ruido correspondiente
a un valor de densidad óptica para una saturación de oxigeno de 36%.
Para un SpO2 de 36%, la señal de referencia calculada es la de color violeta,
y es muy similar a la señal fisiológica, la roja. Estas señales se cancelan una
con otra en el ANC, proporcionando una señal de salida baja en el DST™.
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Caso II: En la figura B, se ve un proceso de cancelación de ruido
correspondiente para otro valor de densidad óptica para una
saturación de oxigeno de 60%. Tal como parece la señal de
referencia roja, tiene una pequeña diferencia con la señal fisiológica
rojo claro. Esto proporciona una señal de salida mayor contenida en
el DST™, y el ruido no es cancelado como en la figura A.
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Caso III: En la figura C, se ve un proceso de cancelación de ruido
para otro valor de densidad óptica para una saturación de oxigeno
de 95%. Aquí la señal de referencia es realmente el ruido de
referencia. En azul se muestra la pequeña diferencia con la señal
fisiológica en rojo. Esto proporciona una señal de salida mayor,
contenida en el DST™, y una parte de la señal no es cancelada como
en la figura A.
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Entre los valores de saturación de oxigeno de 60%, 95 % y
superiores a 95%, la situación es similar como la figura A.
Esto dirá que el resultado de la salida en el DST™ será relativamente
pequeño. De aquí, que el resultado plotea 2 picos. Puesto que la
saturación de oxigeno arterial es mas grande que la venosa, el pico
“rigth-most” se ve en el display del DST™ como saturación arterial
de oxigeno. (Pico en rojo), El pico “left-most” en el display del DST™
esta relacionado con la saturación de oxigeno venosa (pico en azul).
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Ventajas de esta tecnología en el uso clínico
Gracias a la exactitud lograda mediante estos desarrollos, es posible
actualmente efectuar monitoreos y mediciones precisas de la SaO2,
tanto en adultos como en niños y bebés.
En este último caso,
este requerimiento es una condición
imprescindible en aquellos bebés nacidos prematuramente, dado el
alto riesgo que se presenta, del desarrollo de retinopatías por
terapia de oxígeno mal suministrada.
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Ventajas de esta tecnología en el uso clínico
En efecto, los vasos sanguíneos de la retina empiezan a
desarrollarse 3 meses después de la concepción y completan su
desarrollo en el momento del nacimiento normal. Cuando un bebé
nace muy prematuramente se altera el desarrollo del ojo.
Efectivamente, el uso excesivo de oxígeno para tratar a los bebés
prematuros estimula el crecimiento anormal de los vasos
sanguíneos oculares, pudiendo provocar serios daños, incluso la
ceguera.
Dado que estos pacientes necesitan esta administración de O2,
debido a inconvenientes respiratorios, y se debe lograr una buena
saturación, se comprende que el rango seguro de concentraciones
de O2 a administrar es muy estrecho.
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Ventajas de esta tecnología en el uso clínico
Concluimos en que el control de esta oxigeno-terapia solo puede ser
exacto mediante oxímetros de gran precisión, si pretendemos
mantener la SaO2 por ejemplo entre 93% y 97%, ni más ni menos.
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Equipos de nueva generación
Los equipos desarrollados según las innovadoras tecnologías vistas,
además de su exactitud y precisión poseen una serie de
prestaciones de gran utilidad.
Línea
RADICAL de
MASIMO SET
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Equipos de nueva generación
Posición
horizontal o
vertical
Unidades
interconectables
Frente
extraíble
Presentación
numérica o
curva
Que se
convierte en
unidad portátil
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Equipos de nueva generación
Lectura en
condiciones
extremas
Indicación de
calidad de la
señal
Indicación del
índice de
perfusión
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Equipos de nueva generación
La lectura se orienta automáticamente
con la posición del equipo
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Equipos de nueva generación
RAD 7 equipo
de sala
RAD 9 equipo
de sala
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Equipos de nueva generación
Terapia
ambulatoria
portátil
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Bibliografía
www.masimo.com
A Sola, L. Chow, M. Rogido, Pulse oxymetry in neonatal care in 2005. A
comprehensive state of the art review. Anales de Pediatría
Oximetría de pulso. Trabajo final original/Cátedra Electromedicina, Alumno Sebastían
P. Rubio, revisión Juan Salerno, Edgardo Marino – 2005
Manual del Oxímetro de pulso Biox Ohmeda 3740
Manual del Oxímetro de pulso Biox Ohmeda 3700
Fisiologia Médica, William F. Ganong
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