Пульсоксиметр: устройство и принцип работы¶

Пульсоксиметр — это медицинский прибор неинвазивного типа, предназначенный для измерения насыщения (сатурации) кислородом артериальной крови гемоглобина (SpO₂) и частоты пульса. Устройство относится к классу диагностического оборудования функциональной диагностики и широко применяется как в клинической практике, так и в бытовых условиях для контроля дыхательной и сердечно-сосудистой систем.

¶Принцип работы

В основе работы пульсоксиметра лежит метод пульсовой оксиметрии, основанный на спектрофотометрии. Суть метода заключается в различной способности гемоглобина, связанного с кислородом (оксигемоглобин, HbO₂), и гемоглобина без кислорода (дезоксигемоглобин, Hb) поглощать свет с разной длиной волны.

Прибор использует два источника света:

• красный свет с длиной волны около 660 нм;
• инфракрасный свет с длиной волны около 940 нм.

Оксигемоглобин лучше пропускает инфракрасное излучение и сильнее поглощает красное, тогда как дезоксигемоглобин ведёт себя наоборот. Фотодетектор, расположенный напротив излучателей, фиксирует интенсивность прошедшего через ткань света. По соотношению поглощения на двух длинах волн вычисляется процент насыщения крови кислородом.

Дополнительно прибор учитывает пульсацию: в момент систолы объём артериальной крови в тканях увеличивается, что меняет светопоглощение. Это позволяет отделить сигнал артериальной крови от венозной и тканевой, а также рассчитать частоту сердечных сокращений.

¶Устройство и виды

Типичный пульсоксиметр состоит из следующих элементов:

• Датчик — содержит светодиоды и фотодетектор, размещается на пальце, мочке уха, ноге новорождённого или другом участке с хорошим кровоснабжением.
• Микропроцессор — обрабатывает сигнал и рассчитывает показатели.
• Дисплей — отображает значение SpO₂, пульс и иногда плетизмограмму.
• Источник питания — батарейки или аккумулятор.

По конструкции выделяют несколько типов:

¶История

Метод оксиметрии начал развиваться в 1930-х годах. В 1935 году немецкий врач Карл Маттес создал первый прибор для измерения насыщения крови кислородом, используя двухцветный светофильтр. В 1942 году Гленн Миллікен разработал оксиметр для военной авиации, позволявший пилотам контролировать кислородное обеспечение на высоте.

В 1972 году японский инженер Тэцуо Аояги и биоинженер Сусуму Накайити предложили использовать пульсацию крови для устранения помех от тканей, что стало основой современной пульсовой оксиметрии. В 1974 году компания Nihon Kohden выпустила первый коммерческий пульсоксиметр OLV-5100. В 1980-х годах технология получила широкое распространение в анестезиологии и интенсивной терапии.

¶Применение

Пульсоксиметрия является стандартом мониторинга в следующих областях:

• Анестезиология и реанимация — контроль оксигенации во время операций и искусственной вентиляции лёгких.
• Пульмонология — оценка дыхательной недостаточности, хронической обструктивной болезни лёгких, бронхиальной астмы.
• Кардиология — выявление гипоксемии при сердечной недостаточности.
• Педиатрия и неонатология — скрининг критических врождённых пороков сердца у новорождённых.
• Спортивная медицина и авиация — оценка переносимости нагрузок и гипоксии.
• Домашний мониторинг — наблюдение при COVID-19 и других респираторных заболеваниях.

¶Нормальные показатели и трактовка

Нормальные значения сатурации у здорового человека на уровне моря составляют 95–100 %. Значения ниже 90 % расцениваются как гипоксемия и требуют медицинского вмешательства. Показатель 88–90 % может указывать на необходимость кислородотерапии.

На точность измерений влияют:

• низкая перфузия тканей (шок, гипотермия);
• движения пациента;
• яркое внешнее освещение;
• лак на ногтях, искусственные ногти;
• карбоксигемоглобин и метгемоглобин (при отравлениях);
• анемия.

¶Ограничения метода

Пульсоксиметр измеряет насыщение гемоглобина кислородом, но не отражает:

• концентрацию гемоглобина в крови;
• объём кислорода, переносимого кровью;
• эффективность вентиляции (уровень CO₂).

При отравлении угарным газом прибор может показывать ложно завышенные значения, так как карбоксигемоглобин поглощает свет аналогично оксигемоглобину. Поэтому в таких случаях требуется анализ газов крови.

¶Современное развитие

Современные пульсоксиметры интегрируются в носимые устройства — смарт-часы и фитнес-браслеты, что расширяет возможности самостоятельного мониторинга. Однако точность потребительских устройств уступает медицинским приборам. Развиваются технологии дистанционной передачи данных и алгоритмы машинного обучения для прогнозирования ухудшения состояния пациентов.