Redni obiskovalci bolnic ali pa vsaj pozorni gledalci »zdravniških« nadaljevank so že velikokrat srečali aparat, na katerega smo priključeni z nekakšno ščipalko, ki jo nataknemo na prst na roki. Kljub temu, da je ta aparat nepogrešljiv v vsaki bolnici (še posebno na oddelkih intenzivne nege), pa sta povprečnemu pacientu njegovo ime in namen uporabe slabo poznana. Tudi sam sem njegove skrivnosti odkril šele pred kratkim in še to po službeni dolžnosti. Sedaj vem, da se aparat imenuje pulzni oksimeter in da z njim merijo hitrost srčnega utripanja ter nasičenost (saturacijo) kisika v arterijski krvi (za ljubitelje Urgence: tam se aparatu reče “pulse ox”). Vsem nam je jasno, kako ključen je za zdravnika podatek o bolnikovem srčnem utripu, v nadaljevanju pa bomo spoznali tudi, zakaj je pomembna informacija o nasičenosti kisika.

thumb pulzni oksimeter 1
Slika 1: Primer meritve s pulznim oksimetrom, ki preko ščipalke na prstu meri nasičenost kisika v arterijski krvi in srčni utrip. Med meritvijo sem bil očitno zelo živčen, saj mi je srce bilo s 97 utripi na minuto (Bpm, spodnja vrstica na zaslonu). Nasičenost (%SpO2) je bila hvala bogu v redu. Pulzni oksimetri drugih proizvajalcev so lahko videti tudi malo drugače, pri vseh pa je ključni del ščipalka.

Pa začnimo. Nasičenost kisika v krvi pove delež zapolnjenosti hemoglobina s kisikom, pri stoodstotni nasičenosti je ves hemoglobin v krvi do konca zapolnjen s kisikom (v krvi se hemoglobin nahaja v eritrocitih, na vsako molekulo hemoglobina pa se lahko vežejo do štiri molekule kisika). Če smo zdravi in normalno dihamo, se v pljučih kri napolni s kisikom praktično do roba – nasičenost kisika je v arterijski krvi normalno nekje med 95 in 100 odstotki. Arterijska kri potuje do tkiv, kjer se del kisika porabi (zanimivo, da tkiva ne “podihajo” vsega kisika iz krvi, ampak le približno eno četrtino) in nasičenost venozne krvi, ki prihaja nazaj v pljuča, je le še približno 70 odstotkov Če je nasičenost nizka že v arterijski krvi, so tkiva slabo preskrbljena s kisikom in bolnik ima lahko hude težave. To se zgodi ob različnih dihalnih stiskah, na primer pri astmi, pljučnici ali pa preprosto pri slabotnih bolnikih, ki ne morejo dobro dihati. S pulznim oksimetrom lahko zdravniki vsa ta stanja razmeroma preprosto nadzorujejo in v primeru padca nasičenosti primerno ukrepajo, na primer tako, da bolnika priključijo na umetna pljuča.

Preden se posvetimo dobrim in slabim lastnostim pulznih oksimetrov, si oglejmo princip njihovega delovanja. Ta temelji na dobro znanem dejstvu, da hemoglobin s kisikom bolje prepušča rdečo svetlobo kot hemoglobin, na katerega kisik ni vezan – s kisikom nasičena kri je živo rdeče barve (npr. arterijska kri), kri z malo kisika pa je temnejša (venozna kri). Nasičenost kisika lahko torej določimo tako, da posvetimo skozi kri in prepuščeno svetlobo analiziramo s pomočjo znanih absorpcijskih lastnostih hemoglobina. V ščipalki pulznega oksimetra je tako na eni strani rdeča lučka, na drugi strani prsta pa fotodetektor, ki meri absorpcijo svetlobe v arterijski krvi in iz nje določi nasičenost.

thumb pulzni oksimeter 2
Slika 2 Shema meritve: Na eni strani ščipalke je lučka, ki sveti skozi prst, na drugi strani pa detektor, ki meri, koliko svetlobe se absorbira v prstu. Meritev je popolnoma neinvazivna in bolniku ne škoduje.

Vendar pa meritev absorpcije svetlobe v arterijski krvi ni enostavna! Svetloba se namreč na poti skozi prst ne absorbira le v arterijski krvi ampak tudi v venozni krvi, kosti in ostalih tkivih. Kako torej nasičenost kisika določiti le za arterijsko kri? Te težave so iznajditelji pulznega oksimetra zaobšli na domiseln način. Natančen pogled na absorpcijo svetlobe v prstu razkrije, da ta ob vsakem srčnem utripu najprej malo naraste in potem spet pade. Do tega pride, ker se zaradi povečanega krvnega tlaka ob stisku srca arterije malo razširijo. V venah po drugi strani vpliva srca ni več tako čutiti, zato se te ob srčnih utripih ne razširjajo. Če torej od celotne absorpcije svetlobe v prstu odštejemo del, ki se s časom ne spreminja, nam ostane le še s časom spreminjajoča se absorpcija, v kateri pa se skriva neposredna informacija o arterijski krvi. Natanko to pa za svojo meritev potrebuje pulzni oksimeter!

Pri določanju nasičenosti kisika pa je še ena težava: absorpcija svetlobe v prstu ni odvisna le od nasičenosti kisika, ampak tudi od debeline prsta – več je snovi, skozi katero potuje svetloba, manj svetlobe pride skozi. Ker imamo ljudje zelo različno debele prste, se mora pulzni oksimeter pravzaprav spopasti z dvema neznankama – z nasičenostjo kisika in debelino prsta. Za dve neznanki pa potrebujemo dve enačbi. Pulzni oksimeter mora tako absorpcijo svetlobe meriti vsaj pri dveh različnih barvah in zares sta v ščipalki pravzaprav dve lučki in dva detektorja, ena lučka je ponavadi rdeča, druga pa infrardeča.

thumb pulzni oksimeter 3
Slika 3: Spreminjanje absorpcije s časom Zaradi širjenja žil ob srčnih utripih se absorpcija v prstu s časom spreminja. Ker se širijo le arterije, lahko na podlagi s časom spremenljive absorpcije določimo nasičenost kisika le v arterijski krvi. Na sliki se lepo vidi tudi en srčni utrip.

Sedaj lahko končno naštejemo dobre in slabe strani pulznih oksimetrov. Pri razmahu njihove uporabe v bolnicah so bile verjetno ključne tri lastnosti: neivazivnost (meritev s pulznim oksimetrom pacientu v nobenem primeru ne škoduje), hitrost meritve (meritev traja le nekaj deset sekund) in nizka cena, zaradi katere si nakup lahko privošči praktično vsaka bolnišnica. Res je, da je neinvazivna, hitra in poceni tudi »klasična metoda« določanja srčnega utripa z uro in štetjem, merjenje nasičenosti kisika pa je predstavljalo večji problem. Pred iznajdbo pulznih oksimetrov je bilo treba za določanje kisika v krvi pacientu odvzeti kri in jo poslati v laboratorij, kar ni bilo niti hitro niti prijetno. Dobri strani pulznih oksimetrov sta tudi, da je njihova uporaba preprosta ter da so majhni so in lahko prenosljivi. To zadnje pride prav na primer pilotom, ki želijo slediti nasičenosti svoje krvi med poletom na veliki višini (tam lahko do slabe preskrbe s kisikom pride zaradi padca zračnega tlaka v kabini).

Ponavadi ni ponavadi ni noben medicinski aparat popoln in tudi pulzni oksimeter ima nekaj slabih lastnosti, na katere morajo biti zdravniki pozorni. Najneprijetnejša lastnost izvira iz dejstva, da ima hemoglobin, na katerega je vezan ogljikov monoksid, zelo podobne absorpcijske lastnosti kot hemoglobin s kisikom. Zaradi tega pulzni oksimeter ne more zaznati zastrupitve z monoksidom, prav tako pa lahko da napačen rezultat pri verižnih kadilcih. Druga težava je, da za svoje delovanje potrebuje dobro prekrvavitev prsta. Če je prekrvavitev slaba, se arterije ob srčnih utripih premalo razširijo in oksimeter ne more ločiti med absorpcijo v arterijski krvi in ostalih tkivih v prstu (v takem primeru so vrhovi pri absorpciji s slike 4 premalo izraziti). V takih primerih si včasih pomagajo tako, da pulzni oksimeter namesto na prst priključijo na ušesno mečico, včasih pa meritev z njimi žal popolnoma odpove.

thumb pulzni oksimeter 4
Slika 4: Odvisnost absorbcije svetlobe v hemoglobinu od valovne dolžine svetlobe. Pri rdeči svetlobi (približno 660 nm) je absorbnost nasičenega hemoglobina (rdeča črta) s kisikom manjša od absorbnosti hemoglobina brez kisika (modra črta). Pulzni oksimetri poleg tega absorpcijo merijo tudi pri infrardeči svetlobi (približno 910 nm).

Usoda je hotela, da se je kmalu po tem, ko sem zbral informacije o pulznem oksimetru za tale prispevek, naš enoletni dečko zelo prehladil. Vnetje se mu je iz nosa razširilo še na grlo in sapnik. Kot bi mignil, je dobil tudi visoko vročino, zraven pa še očitne težave z dihanjem (seveda se je to začelo dogajati v soboto popoldne). Ker so pri malčkih dihalne poti že tako ali tako ozke, ni priporočljivo izzivati sreče in tako smo se takoj odpravili v bolnico na pregled. Tam so malega že takoj v sprejemni pisarni priključili tudi na – pulzni oksimeter. Kako mi je odleglo, ko se je na zaslonu prikazala vrednost 98 odstotkov…

Za konec pa še zahvala Kliničnemu oddelku za travmatologijo Kliničnega centra v Ljubljani, oddelek “E”, kjer so mi omogočili ogled pulznega oksimetra!