Как работает пульсоксиметр
Прищепка, которая просвечивает палец красным и инфракрасным светом: как по цвету крови узнают насыщение кислородом, почему важен пульс и когда прибор ошибается
Пульсоксиметр — «прищепка» на палец, которая без укола измеряет, насколько кровь насыщена кислородом (сатурацию, SpO₂), и заодно считает пульс. С одной стороны пальца светят два светодиода — красный (660 нм) и инфракрасный (940 нм), с другой стоит фотодатчик. Гемоглобин, нагруженный кислородом, сильнее поглощает инфракрасный свет и пропускает красный, а гемоглобин без кислорода — наоборот. С каждым ударом сердца в пальце прибывает свежая артериальная кровь, и сигнал пульсирует; по этой пульсирующей части прибор отделяет артериальную кровь от кожи, костей и вен. Отношение красного сигнала к инфракрасному процессор переводит в проценты. Норма для здоровых лёгких — 95–99 %.
Кислород без укола
Пульсоксиметр — прибор, который без прокола кожи измеряет насыщение крови кислородом — сатурацию [1][2]. Её обозначают SpO₂ и показывают в процентах: какая доля гемоглобина — белка, который переносит кислород, — сейчас нагружена кислородом[2].
Современный пульсоксиметр — маленькая прищепка на палец, мочку уха или крыло носа[1]. Большинство приборов показывает заодно и пульс[2].
Два цвета света
Внутри прищепки — два крошечных светодиода с одной стороны пальца и фотодатчик с другой [2][1]:
- красный светодиод — длина волны 660 нм;
- инфракрасный — 940 нм, его глазом не видно.
Свет проходит сквозь палец, и часть его поглощается. Хитрость в том, что гемоглобин с кислородом и без кислорода поглощает эти два цвета по-разному[2]:
| Красный свет (660 нм) | Инфракрасный свет (940 нм) | |
|---|---|---|
| гемоглобин с кислородом | пропускает больше | поглощает больше |
| гемоглобин без кислорода | поглощает больше | пропускает больше |
Светодиоды включаются по очереди — сначала один, потом другой, потом оба гаснут, — около 30 раз в секунду. Так фотодатчик измеряет каждый цвет отдельно, а в паузе — фоновый свет комнаты, чтобы его вычесть [2].
Почему нужен пульс
Свет на пути поглощают не только артериальная кровь, но и кожа, кости, мышцы, жир, венозная кровь — и даже лак на ногтях[2]. Как отделить то, что нужно?
Помогает пульс — отсюда и название прибора. С каждым ударом сердца в палец приходит порция артериальной крови, сосуды расширяются, и света доходит чуть меньше. Сигнал пульсирует[1] [2]. Всё остальное — кожа, кость, вены — от удара к удару не меняется. Поэтому прибор вычитает из сигнала постоянную часть и оставляет только пульсирующую — она принадлежит именно артериальной крови [2].
Дальше процессор считает отношение красного сигнала к инфракрасному и по таблице, построенной на законе Бугера — Ламберта — Бера, переводит его в проценты насыщения[2].
Какая сатурация нормальная
Для человека без болезней лёгких нормой считают 95–99 %[2]. Показания обычно отличаются от точного анализа артериальной крови не больше чем на 2 % (в 95 % случаев — не больше чем на 4 %) [2].
Пульсоксиметр нужен в реанимации и на операциях, при болезнях лёгких и сердца, при апноэ во сне, пилотам и альпинистам на высоте. Во время пандемии COVID-19 он помогал заметить «тихую гипоксию»: человек чувствует себя сносно, а кислорода в крови опасно мало[2][1].
Когда прибор ошибается
- Холодные пальцы и плохое кровообращение — пульсирующий сигнал слишком слабый[2].
- Движение и дрожь, неправильно надетый датчик, огрубевшая кожа[2].
- Угарный газ: гемоглобин связывается с ним охотнее, чем с кислородом. Прибор видит «нагруженный» гемоглобин и показывает хорошую сатурацию, хотя человеку не хватает кислорода[2].
- Анемия: гемоглобина мало, и даже при высокой сатурации кислорода в крови недостаточно [2].
- Тёмная кожа: исследования показывают, что при низкой сатурации некоторые приборы завышают показания у людей с тёмной кожей[2].
- Ниже 80 % точность сильно падает[2]. Показания могут заметно отличаться даже на разных пальцах одной руки[1].
Пульсоксиметр не заменяет анализ крови: он ничего не говорит об углекислом газе и о том, сколько кислорода тратит организм[2]. А сатурация, которую обещают приложения для смартфонов, для медицинских целей ненадёжна[2].
История
- 1935 — немецкий врач Карл Маттес сделал первый двухволновый измеритель насыщения крови кислородом, с красным и зелёным, а позже красным и инфракрасным светофильтрами[1].
- 1940-е — американский физиолог Гленн Милликен создал первый портативный прибор [1].
- 1970-е — японский учёный Такуо Ояги обнаружил, что по пульсирующим колебаниям поглощения света можно вычислить насыщение кислородом именно артериальной крови. Это открытие и привело к первому современному пульсоксиметру[1].
О другом домашнем медицинском приборе — в статье «Тонометр», о светодиодах — в статье «Светодиодная лампа».
Частые вопросы
Какая сатурация нормальная?
Для человека без болезней лёгких нормой считают 95–99 %. При показаниях ниже 80 % точность пульсоксиметра сильно падает.
Почему пульсоксиметр иногда показывает неправильно?
Мешают холодные пальцы и плохое кровообращение, движение и дрожь, неправильно надетый датчик, огрубевшая кожа. При отравлении угарным газом прибор может показать хорошую сатурацию, хотя человеку не хватает кислорода.
Можно ли мерить сатурацию телефоном?
Исследования показывают, что приложения для смартфонов дают непостоянные результаты и для медицинских целей ненадёжны по сравнению с настоящими пульсоксиметрами.
Источники
- Википедия. Пульсоксиметр, ru.wikipedia.org. ru.wikipedia.org
- Wikipedia. Pulse oximetry, en.wikipedia.org. en.wikipedia.org
Обсуждение
Комментариев пока нет — начните обсуждение первым.
Чтобы написать комментарий или ответить, войдите на сайт: