Основы пульсоксиметрии
Belintelmed Ltd.
  +375 (17) 316-61-77     +375 (17) 385-17-58   Fax  +375 (17) 316-61-80     info@belintelmed.com
Ресурсы

На главную | Ресурсы | Статьи

Основы пульсоксиметрии

Для нужд практической и прикладной медицины требуется способ быстрой и неинвазивной оценки кислородного статуса артериальной крови. Поиски такого способа проводились с 30-х годов 20 столетия. В 1940 году был сконструирован первый гемоксиметр для выявления гипоксемии у летчиков во время полета. Разработанное оборудование было громоздким и требовало сложного обслуживания. Указанные обстоятельства явились причиной ограниченного применения гемоксиметров в клинической практике. Развитие технологий позволило уже в 1975 году выпустить на рынок первый мобильный неинвазивный пульсоксиметр, позволяющий осуществлять длительное мониторирование насыщения гемоглобина артериальной крови кислородом.

Основу метода пульсоксиметрии составляют два ключевых физиологических явления:

  • Способность гемоглобина в зависимости от его оксигенации в разной степени поглощать свет определенной длины волны при прохождении этого света через участок ткани (оксиметрия).
  • Пульсация артерий и артериол в соответствии с ударным объемом сердца (пульсовая волна).
Принцип оксиметрии

Рисунок 1. Принцип оксиметрии (пояснения в тексте).

Принцип оксиметрии заключается в следующем. Дезоксигемоглобин (гемоглобин, не содержащий кислорода – RHb) интенсивно поглощает красный свет, слабо задерживая инфракрасный. Оксигемоглобин (полностью оксигенированный гемоглобин, каждая молекула которого содержит четыре молекулы кислорода – HbO2) хорошо поглощает инфракрасное излучение, слабо задерживая красное. По соотношению красного (R) и инфракрасного (IR) потоков, дошедших от источника излучения до фотодетектора через участок ткани (например, мочку уха, палец) определяется степень насыщения гемоглобина крови кислородом – сатурация, SpO2 (рис. 1).

Пульсовая волна образуется в результате пульсации артерий и артериол, вызванной выбросом определенного объема крови (ударного объема) в аорту левым желудочком. Каждая пульсовая волна приводит к ритмичному, в такт сокращения сердца, изменению кровенаполнения исследуемого участка ткани. Результатом регистрации таких колебаний кровенаполнения является фотоплетизмограмма (ФПГ).

Фотоплетизмограмма

Рисунок 2. Фотоплетизмограмма.

Анализ ФПГ позволяет определить частоту сердечных сокращений и оценить качество периферического кровотока (рис. 2). В различных клинических ситуациях амплитуда ФПГ способна меняться в десятки раз. ФПГ позволяет составить довольно точное впечатление о локальном кровотоке. Снижение амплитуды ФПГ служит признаком периферической вазоконстрикции и/или уменьшения ударного объема сердца, а повышение амплитуды свидетельствует об обратном. Тонус сосудов – основной фактор, определяющий высоту волн ФПГ.

Еще одним важным достоинством регистрации фотоплетизмограммы является возможность выделить долю интенсивности светового потока, который поглощается непосредственно гемоглобином артериальной крови. При прохождении света через участок ткани он встречает различные препятствия, которые условно можно разделить на несколько слоев (рис. 3).

Поглощение световых потоков от светодиодов

Рисунок 3. Поглощение световых потоков от светодиодов
различными тканями (объяснения в тексте).

Слой 1 – это ткани (кожа, подкожная клетчатка, ноготь, кость), слой 2 – капиллярная и венозная кровь, слой 3 – кровь, остающаяся в артериолах к концу каждой пульсации, своего рода «конечно-систолический объем» артериального русла, cлой 4 – дополнительный объем артериальной крови, притекающий в артериолы во время систолы сердца.

В момент, предшествующий сердечному сокращению, ослабление световых потоков обусловлено первыми тремя слоями: на фотодиод падает излучение, которое расценивается как фоновое. Когда до артерий доходит очередная пульсовая волна, объем крови в них увеличивается и поглощение света изменяется. На пике пульсовой волны различие между фоновым и текущим излучениями становится максимальным. Фотодетектор измеряет это различие и считает, что его причина – дополнительное количество артериальной крови, появившейся на пути излучения. Этой информации оказывается достаточно, чтобы по специальному алгоритму рассчитать степень насыщения гемоглобина артериальной крови кислородом – SaO2, которая обозначается как SpO2 при измерении пульсоксиметром.

Таким образом, применение одного принципа измерения (просвечивание тканей) позволяет определить сразу три диагностических параметра: степень насыщения гемоглобина артериальной крови кислородом (SpO2), частоту сердечных сокращений, объемную амплитуду кровенаполнения участка ткани. Поскольку измерение проводится путем просвечивания тканей, такой метод получил название «трансмиссионная пульсоксиметрия». На основе данного метода функционируют подавляющее большинство используемых в медицинской практике пульсоксиметров.

Приводится по: Диагностические возможности неинвазивного мониторирования
насыщения гемоглобина артериальной крови кислородом в клинике
внутренних болезней: метод.рекоменд. / Д.В. Лапицкий [и др.]. – Минск : БГМУ, 2017. – 68 с.