Pulsossimetria

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Pulsossimetriaè unnon invasivometodo per il monitoraggio di una personasaturazione di ossigeno.Nonostante la lettura della saturazione periferica di ossigeno (SpO₂) non è sempre identico alla lettura più desiderabile della saturazione arteriosa di ossigeno (SaO₂) daemogasanalisianalisi, i due sono correlati abbastanza bene che il metodo di pulsossimetria sicuro, conveniente, non invasivo ed economico è prezioso per misurare la saturazione di ossigeno inclinicouso.

Nella sua modalità di applicazione più comune (trasmissiva), un dispositivo sensore è posizionato su una parte sottile del corpo del paziente, solitamente unpunta delle ditaolobo dell'orecchio, o nel caso di aninfante, attraverso un piede.Il dispositivo fa passare due lunghezze d'onda della luce attraverso la parte del corpo a un fotorilevatore.Misura l'assorbanza mutevole in ciascuno deilunghezze d'onda, consentendogli di determinare ilassorbanzea causa del pulsaresangue arteriososolo, esclusosangue venoso, pelle, ossa, muscoli, grasso e (nella maggior parte dei casi) smalto per unghie.^[1]

La pulsossimetria a riflettanza è un'alternativa meno comune alla pulsossimetria trasmissiva.Questo metodo non richiede una sezione sottile del corpo della persona ed è quindi adatto a un'applicazione universale come i piedi, la fronte e il torace, ma presenta anche alcune limitazioni.La vasodilatazione e l'accumulo di sangue venoso nella testa a causa del ritorno venoso al cuore compromesso possono causare una combinazione di pulsazioni arteriose e venose nella regione della fronte e portare a SpO spuria₂risultati.Tali condizioni si verificano durante l'anestesia conintubazione endotrachealee ventilazione meccanica o in pazienti inPosizione di Trendelenburg.^[2]

Contenuti

• 1Storia
• 2Funzione
• 3Indicazione
  • 3.1 Vantaggi
  • 3.2 Limitazioni
  • 3.3 Aumento dell'utilizzo
  • 3.4 Rilevamento precoce di COVID-19
  • 4Misure derivate
  • 5Vedi anche
  • 6Note
  • 7 Riferimenti
  • 8Link esterni

Nel 1935, il medico tedesco Karl Matthes (1905–1962) sviluppò il primo orecchio a due lunghezze d'onda O₂misuratore di saturazione con filtri rosso e verde (poi filtri rosso e infrarossi).Il suo metro è stato il primo dispositivo a misurare O₂saturazione.^[3]

L'ossimetro originale è stato realizzato daGlenn Allan Millikannegli anni '40.^[4]Nel 1949, Wood aggiunse una capsula a pressione per spremere il sangue dall'orecchio in modo da ottenere una O assoluta₂valore di saturazione quando il sangue è stato riammesso.Il concetto è simile all'odierna pulsossimetria convenzionale, ma era difficile da implementare a causa dell'instabilitàfotocellulee sorgenti luminose;oggi questo metodo non è utilizzato clinicamente.Nel 1964 Shaw assemblò il primo ossimetro auricolare a lettura assoluta, che utilizzava otto lunghezze d'onda della luce.

La pulsossimetria è stata sviluppata nel 1972 daTakuo Aoyagie Michio Kishi, bioingegneri, aNihon Kohdenutilizzando il rapporto tra l'assorbimento della luce rossa e infrarossa dei componenti pulsanti nel sito di misurazione.Susumu Nakajima, un chirurgo, e i suoi collaboratori hanno testato per la prima volta il dispositivo su pazienti, segnalandolo nel 1975.^[5]È stato commercializzato daBioxnel 1980.^[6][5][7]

Nel 1987, lo standard di cura per la somministrazione di un anestetico generale negli Stati Uniti includeva la pulsossimetria.Dalla sala operatoria, l'uso della pulsossimetria si è diffuso rapidamente in tutto l'ospedale, prima astanze di ricovero, e poi aunità di terapia intensiva.La pulsossimetria è stata di particolare valore nell'unità neonatale dove i pazienti non prosperano con un'ossigenazione inadeguata, ma troppo ossigeno e fluttuazioni nella concentrazione di ossigeno possono portare a problemi di vista o cecità daretinopatia del prematuro(ROP).Inoltre, ottenere un'emogasanalisi da un paziente neonatale è doloroso per il paziente e una delle principali cause di anemia neonatale.^[8]Gli artefatti da movimento possono rappresentare una limitazione significativa al monitoraggio della pulsossimetria, con conseguenti falsi allarmi frequenti e perdita di dati.Questo perché durante il movimento e la periferica bassaperfusione, molti pulsossimetri non sono in grado di distinguere tra sangue arterioso pulsante e sangue venoso in movimento, portando a una sottovalutazione della saturazione di ossigeno.I primi studi sulle prestazioni della pulsossimetria durante il movimento del soggetto hanno chiarito le vulnerabilità delle tecnologie di pulsossimetria convenzionali agli artefatti da movimento.^[9][10]

Nel 1995,Masimoha introdotto la tecnologia di estrazione del segnale (SET) in grado di misurare con precisione durante il movimento del paziente e la bassa perfusione separando il segnale arterioso dal segnale venoso e altri.Da allora, i produttori di pulsossimetria hanno sviluppato nuovi algoritmi per ridurre alcuni falsi allarmi durante il movimento^[11]come l'estensione dei tempi di media o il congelamento dei valori sullo schermo, ma non pretendono di misurare le condizioni mutevoli durante il movimento e la bassa perfusione.Quindi, ci sono ancora importanti differenze nelle prestazioni dei pulsossimetri in condizioni difficili.^[12]Sempre nel 1995 Masimo ha introdotto l'indice di perfusione, quantificando l'ampiezza della perifericapletismografoforma d'onda.È stato dimostrato che l'indice di perfusione aiuta i medici a prevedere la gravità della malattia e gli esiti respiratori avversi precoci nei neonati,^[13][14][15]prevedere un basso flusso della vena cava superiore nei neonati di peso alla nascita molto basso,^[16]fornire un indicatore precoce di simpatectomia dopo anestesia epidurale,^[17]e migliorare il rilevamento di malattie cardiache congenite critiche nei neonati.^[18]

I documenti pubblicati hanno confrontato la tecnologia di estrazione del segnale con altre tecnologie di pulsossimetria e hanno dimostrato risultati costantemente favorevoli per la tecnologia di estrazione del segnale.^[9][12][19]È stato anche dimostrato che le prestazioni della pulsossimetria della tecnologia di estrazione del segnale si traducono nell'aiutare i medici a migliorare i risultati dei pazienti.In uno studio, la retinopatia del prematuro (danno oculare) è stata ridotta del 58% in neonati con peso alla nascita molto basso in un centro che utilizzava la tecnologia di estrazione del segnale, mentre non vi era alcuna diminuzione della retinopatia del prematuro in un altro centro con gli stessi medici che utilizzavano lo stesso protocollo ma con tecnologia di estrazione senza segnale.^[20]Altri studi hanno dimostrato che la pulsossimetria della tecnologia di estrazione del segnale si traduce in un minor numero di misurazioni dei gas nel sangue arterioso, un tempo di svezzamento dell'ossigeno più rapido, un utilizzo inferiore del sensore e una durata inferiore della degenza.^[21]Le capacità di misurazione attraverso il movimento e la bassa perfusione ne consentono l'uso anche in aree precedentemente non monitorate come il pavimento generale, dove i falsi allarmi hanno afflitto la pulsossimetria convenzionale.A riprova di ciò, nel 2010 è stato pubblicato uno studio fondamentale che mostra che i medici del Dartmouth-Hitchcock Medical Center che utilizzano la pulsossimetria della tecnologia di estrazione del segnale sul pavimento generale sono stati in grado di ridurre le attivazioni del team di risposta rapida, i trasferimenti di terapia intensiva e i giorni in terapia intensiva.^[22]Nel 2020, uno studio retrospettivo di follow-up presso la stessa istituzione ha mostrato che in dieci anni di utilizzo della pulsossimetria con la tecnologia di estrazione del segnale, insieme a un sistema di sorveglianza dei pazienti, non ci sono stati decessi di pazienti e nessun paziente è stato danneggiato dalla depressione respiratoria indotta da oppioidi mentre era in uso il monitoraggio continuo.^[23]

Nel 2007 Masimo ha introdotto la prima misurazione delindice di variabilità pleto(PVI), che numerosi studi clinici hanno dimostrato fornisce un nuovo metodo per la valutazione automatica e non invasiva della capacità di un paziente di rispondere alla somministrazione di liquidi.^[24][25][26]Livelli di liquidi adeguati sono fondamentali per ridurre i rischi postoperatori e migliorare gli esiti del paziente: è stato dimostrato che volumi di liquidi troppo bassi (sottoidratazione) o troppo alti (idratazione eccessiva) riducono la guarigione delle ferite e aumentano il rischio di infezioni o complicanze cardiache.^[27]Di recente, il Servizio sanitario nazionale nel Regno Unito e la Società francese di anestesia e terapia intensiva hanno elencato il monitoraggio PVI come parte delle strategie suggerite per la gestione dei fluidi intraoperatori.^[28][29]

Nel 2011, un gruppo di lavoro di esperti ha raccomandato lo screening neonatale con pulsossimetria per aumentare il rilevamento dicardiopatie congenite critiche(CCHD).^[30]Il gruppo di lavoro del CCHD ha citato i risultati di due ampi studi prospettici su 59.876 soggetti che utilizzavano esclusivamente la tecnologia di estrazione del segnale per aumentare l'identificazione del CCHD con un numero minimo di falsi positivi.^[31][32]Il gruppo di lavoro CCHD ha raccomandato di eseguire lo screening neonatale con pulsossimetria tollerante al movimento che è stata validata anche in condizioni di bassa perfusione.Nel 2011, il Segretario alla Salute e ai Servizi Umani degli Stati Uniti ha aggiunto la pulsossimetria al pannello di screening uniforme raccomandato.^[33]Prima dell'evidenza per lo screening utilizzando la tecnologia di estrazione del segnale, meno dell'1% dei neonati negli Stati Uniti veniva sottoposto a screening.In data odierna,La Fondazione Neonatoha documentato lo screening quasi universale negli Stati Uniti e lo screening internazionale è in rapida espansione.^[34]Nel 2014, un terzo grande studio su 122.738 neonati che utilizzava anche esclusivamente la tecnologia di estrazione del segnale ha mostrato risultati positivi simili ai primi due grandi studi.^[35]

La pulsossimetria ad alta risoluzione (HRPO) è stata sviluppata per lo screening e il test dell'apnea notturna a domicilio in pazienti per i quali non è pratico eseguirepolisonnografia.^[36][37]Memorizza e registra entrambipulsazionie SpO2 a intervalli di 1 secondo ed è stato dimostrato in uno studio per aiutare a rilevare disturbi respiratori del sonno nei pazienti chirurgici.^[38]

Spettri di assorbimento dell'emoglobina ossigenata (HbO2) e dell'emoglobina deossigenata (Hb) per lunghezze d'onda rosse e infrarosse

Il lato interno di un pulsossimetro

Un monitor dell'ossigeno nel sangue mostra la percentuale di sangue che viene caricato con ossigeno.Più specificamente, misura di quale percentualeemoglobina, la proteina nel sangue che trasporta l'ossigeno, viene caricata.Gli intervalli normali accettabili per i pazienti senza patologia polmonare vanno dal 95 al 99 percento.Per un paziente che respira aria nella stanza o nelle vicinanzelivello del mare, una stima della pO arteriosa₂può essere fatto dal monitor di ossigeno nel sangue“saturazione di ossigeno periferico”(SpO₂) lettura.

Un tipico pulsossimetro utilizza un processore elettronico e un paio di piccolidiodi emettitori di luce(LED) di fronte afotodiodoattraverso una parte traslucida del corpo del paziente, solitamente un polpastrello o un lobo dell'orecchio.Un LED è rosso, conlunghezza d'ondadi 660 nm, e l'altro èinfrarossicon una lunghezza d'onda di 940 nm.L'assorbimento della luce a queste lunghezze d'onda differisce significativamente tra il sangue carico di ossigeno e il sangue privo di ossigeno.L'emoglobina ossigenata assorbe più luce infrarossa e consente il passaggio di più luce rossa.L'emoglobina deossigenata consente il passaggio di più luce infrarossa e assorbe più luce rossa.I LED seguono il loro ciclo di uno acceso, poi l'altro, quindi entrambi si spengono circa trenta volte al secondo, il che consente al fotodiodo di rispondere separatamente alla luce rossa e infrarossa e di adattarsi anche alla linea di base della luce ambientale.^[39]

Viene misurata la quantità di luce che viene trasmessa (in altre parole, che non viene assorbita) e vengono prodotti segnali separati normalizzati per ciascuna lunghezza d'onda.Questi segnali fluttuano nel tempo perché la quantità di sangue arterioso presente aumenta (letteralmente pulsa) ad ogni battito cardiaco.Sottraendo la luce trasmessa minima dalla luce trasmessa in ciascuna lunghezza d'onda, gli effetti di altri tessuti vengono corretti, generando un segnale continuo per il sangue arterioso pulsatile.^[40]Il rapporto tra la misurazione della luce rossa e la misurazione della luce infrarossa viene quindi calcolato dal processore (che rappresenta il rapporto tra l'emoglobina ossigenata e l'emoglobina deossigenata) e questo rapporto viene quindi convertito in SpO₂dal responsabile del trattamento tramite atabella di ricerca^[40]basato sulLegge Beer-Lambert.^[39]La separazione del segnale serve anche ad altri scopi: una forma d'onda pletismografica ("onda pleth") che rappresenta il segnale pulsatile viene solitamente visualizzata per un'indicazione visiva degli impulsi e della qualità del segnale,^[41]e un rapporto numerico tra l'assorbanza pulsatile e quella di base ("indice di perfusione“) può essere utilizzato per valutare la perfusione.^[25]

Una sonda del pulsossimetro applicata al dito di una persona

Un pulsossimetro è adispositivo medicoche controlla indirettamente la saturazione di ossigeno di un pazientesangue(invece di misurare la saturazione di ossigeno direttamente attraverso un campione di sangue) e le variazioni del volume del sangue nella pelle, producendo afotopletismogrammache possono essere ulteriormente elaboratialtre misurazioni.^[41]Il pulsossimetro può essere incorporato in un monitor paziente multiparametrico.La maggior parte dei monitor visualizza anche la frequenza cardiaca.Sono inoltre disponibili pulsossimetri portatili a batteria per il trasporto o il monitoraggio domestico dell'ossigeno nel sangue.

Vantaggi[modificare]

La pulsossimetria è particolarmente conveniente pernon invasivomisurazione continua della saturazione di ossigeno nel sangue.Al contrario, i livelli di gas nel sangue devono altrimenti essere determinati in laboratorio su un campione di sangue prelevato.La pulsossimetria è utile in qualsiasi ambiente in cui un pazienteossigenazioneè instabile, compresoterapia intensiva, impostazioni operative, di recupero, di emergenza e di reparto ospedaliero,pilotiin aeromobili non pressurizzati, per valutare l'ossigenazione di qualsiasi paziente e determinare l'efficacia o la necessità di supplementiossigeno.Sebbene un pulsossimetro venga utilizzato per monitorare l'ossigenazione, non può determinare il metabolismo dell'ossigeno o la quantità di ossigeno utilizzata da un paziente.A tal fine, è necessario anche misurarediossido di carbonio(CO₂) livelli.È possibile che possa essere utilizzato anche per rilevare anomalie nella ventilazione.Tuttavia, l'uso di un pulsossimetro per rilevareipoventilazioneè compromessa con l'uso di ossigeno supplementare, poiché è solo quando i pazienti respirano l'aria ambiente che le anomalie nella funzione respiratoria possono essere rilevate in modo affidabile con il suo utilizzo.Pertanto, la somministrazione di routine di ossigeno supplementare può essere ingiustificata se il paziente è in grado di mantenere un'adeguata ossigenazione nell'aria ambiente, poiché può far sì che l'ipoventilazione non venga rilevata.^[42]

Per la loro semplicità d'uso e la capacità di fornire valori di saturazione di ossigeno continui e immediati, i pulsossimetri sono di fondamentale importanza inmedicina d'emergenzae sono anche molto utili per i pazienti con problemi respiratori o cardiaci, in particolareBPCO, o per la diagnosi di alcunidisordini del sonnocomeapneaeipopnea.^[43]I pulsossimetri portatili a batteria sono utili per i piloti che operano in un aeromobile non pressurizzato sopra i 10.000 piedi (3.000 m) o 12.500 piedi (3.800 m) negli Stati Uniti^[44]dove è richiesto ossigeno supplementare.I pulsossimetri portatili sono utili anche per alpinisti e atleti i cui livelli di ossigeno possono diminuire in quotaaltitudinio con esercizio.Alcuni pulsossimetri portatili utilizzano un software che traccia l'ossigeno nel sangue e il polso di un paziente, servendo come promemoria per controllare i livelli di ossigeno nel sangue.

I recenti progressi della connettività hanno anche consentito ai pazienti di monitorare continuamente la saturazione di ossigeno nel sangue senza una connessione cablata a un monitor ospedaliero, senza sacrificare il flusso dei dati dei pazienti ai monitor al posto letto e ai sistemi centralizzati di sorveglianza dei pazienti.Masimo Radius PPG, introdotto nel 2019, fornisce pulsossimetria senza fili utilizzando la tecnologia di estrazione del segnale Masimo, consentendo ai pazienti di muoversi liberamente e comodamente pur essendo monitorati in modo continuo e affidabile.^[45]Radius PPG può anche utilizzare il Bluetooth protetto per condividere i dati del paziente direttamente con uno smartphone o un altro dispositivo intelligente.^[46]

Limitazioni[modificare]

La pulsossimetria misura esclusivamente la saturazione dell'emoglobina, nonventilazionee non è una misura completa della sufficienza respiratoria.Non è un sostituto pergas nel sanguecontrollato in laboratorio, perché non dà indicazioni di deficit di base, livelli di anidride carbonica, sanguepH, obicarbonato(HCO₃⁻) concentrazione.Il metabolismo dell'ossigeno può essere facilmente misurato monitorando la CO espirata₂, ma i dati sulla saturazione non forniscono informazioni sul contenuto di ossigeno nel sangue.La maggior parte dell'ossigeno nel sangue è trasportata dall'emoglobina;nell'anemia grave, il sangue contiene meno emoglobina, che nonostante sia satura non può trasportare tanto ossigeno.

Letture erroneamente basse possono essere causate daipoperfusionedell'estremità utilizzata per il monitoraggio (spesso a causa del freddo di un arto o divasocostrizionesecondario all'uso divasopressoreagenti);applicazione errata del sensore;altamentecallosopelle;o movimento (come brividi), specialmente durante l'ipoperfusione.Per garantire la precisione, il sensore deve restituire un impulso costante e/o una forma d'onda dell'impulso.Le tecnologie di pulsossimetria differiscono nelle loro capacità di fornire dati accurati durante condizioni di movimento e bassa perfusione.^[12][9]

Anche la pulsossimetria non è una misura completa della sufficienza di ossigeno circolatorio.Se c'è insufficienteflusso sanguignoo emoglobina insufficiente nel sangue (anemia), i tessuti possono soffrireipossianonostante l'elevata saturazione arteriosa di ossigeno.

Poiché la pulsossimetria misura solo la percentuale di emoglobina legata, si verificherà una lettura falsamente alta o falsamente bassa quando l'emoglobina si lega a qualcosa di diverso dall'ossigeno:

• L'emoglobina ha un'affinità maggiore per il monossido di carbonio rispetto all'ossigeno e può verificarsi una lettura elevata nonostante il paziente sia effettivamente ipossiemico.Nei casi diavvelenamento da monossido di carbonio, tale imprecisione può ritardare il riconoscimento diipossia(basso livello di ossigeno cellulare).
• Avvelenamento da cianurofornisce una lettura elevata perché riduce l'estrazione di ossigeno dal sangue arterioso.In questo caso, la lettura non è falsa, poiché l'ossigeno nel sangue arterioso è effettivamente alto nell'avvelenamento da cianuro precoce.^{[chiarimenti necessari]}
• Metaemoglobinemiatipicamente provoca letture di pulsossimetria a metà degli anni '80.
• La BPCO [soprattutto la bronchite cronica] può causare letture errate.^[47]

Un metodo non invasivo che consente la misurazione continua delle dishemoglobine è il polsoCO-ossimetro, costruita nel 2005 da Masimo.^[48]Utilizzando lunghezze d'onda aggiuntive,^[49]fornisce ai medici un modo per misurare le dishemoglobine, la carbossiemoglobina e la metaemoglobina insieme all'emoglobina totale.^[50]

Utilizzo in aumento[modificare]

Secondo un rapporto di iData Research, il mercato statunitense del monitoraggio della pulsossimetria per apparecchiature e sensori ha superato i 700 milioni di dollari nel 2011.^[51]

Nel 2008, più della metà dei principali produttori di apparecchiature mediche esportatori a livello internazionale inCinaerano produttori di pulsossimetri.^[52]

Individuazione precoce del COVID-19[modificare]

I pulsossimetri sono usati per aiutare con la diagnosi precoce diCOVID-19infezioni, che possono causare inizialmente impercettibile bassa saturazione arteriosa di ossigeno e ipossia.Il New York Timesha riferito che “i funzionari sanitari sono divisi sul fatto che il monitoraggio domiciliare con un pulsossimetro debba essere raccomandato su base diffusa durante il Covid-19.Gli studi sull'affidabilità mostrano risultati contrastanti e ci sono poche indicazioni su come sceglierne uno.Ma molti medici stanno consigliando ai pazienti di prenderne uno, rendendolo il gadget di riferimento della pandemia”.^[53]

Guarda anche:Fotopletismogramma

A causa delle variazioni dei volumi di sangue nella pelle, apletismograficola variazione può essere vista nel segnale luminoso ricevuto (trasmittanza) dal sensore su un ossimetro.La variazione può essere descritta come afunzione periodica, che a sua volta può essere suddiviso in una componente CC (il valore di picco)^[un]e una componente AC (picco meno valle).^[54]Il rapporto tra la componente CA e la componente CC, espresso in percentuale, è noto come il(periferica)perfusioneindice(Pi) per un impulso e in genere ha un intervallo compreso tra 0,02% e 20%.^[55]Una misurazione precedente chiamata ilpulsossimetria pletismografica(POP) misura solo la componente "AC" ed è derivato manualmente dai pixel del monitor.^[56][25]

Indice di variabilità pletometrica(PVI) è una misura della variabilità dell'indice di perfusione, che si verifica durante i cicli respiratori.Matematicamente si calcola come (Pi_max- Pi_min)/Pi_max× 100%, dove i valori Pi massimo e minimo provengono da uno o più cicli respiratori.^[54]È stato dimostrato che è un indicatore utile e non invasivo della reattività continua ai fluidi per i pazienti sottoposti a gestione dei fluidi.^[25] Ampiezza della forma d'onda pletismografica della pulsossimetria(ΔPOP) è una tecnica precedente analoga per l'uso sul POP derivato manualmente, calcolato come (POP_max- POP_min)/(POP_max+ POP_min)*2.^[56]

• Emogasanalisi
• Capnografia
• Indice polmonare integrato
• Monitoraggio respiratorio
• Attrezzature mediche
• Ventilazione meccanica
• Sensore dell'ossigeno
• Saturazione di ossigeno
• Fotopletismogramma, misurazione dell'anidride carbonica (CO₂) nei gas respiratori
• Apnea notturna
• Ulaif

1. ^Questa definizione utilizzata da Masimo varia dal valore medio utilizzato nell'elaborazione del segnale;ha lo scopo di misurare l'assorbanza del sangue arterioso pulsatile rispetto all'assorbanza della linea di base.

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