Cómo Funciona un Oxímetro de Pulso.

Los oxímetros de pulso miden la cantidad de hemoglobina en la sangre que transporta oxígeno. A esto se le conoce también como saturación de oxígeno. Si trabajas en el cuidado de la salud, o has sido paciente, es muy probable que hayas utilizado oxímetros de pulso. Puedes encontrarlos en áreas como quirófanos, recuperación, cuidados intensivos, salas y ambulancias. Veamos cómo funciona un oxímetro de pulso.

Los oxímetros de pulso son de uso común porque:

• No son invasivos.
• Son baratos de comprar y usar.
• Tienen diseño compacto, fácil de transportar.

Saturación de oxígeno.

Los oxímetros de pulso miden la saturación de oxígeno. Antes de aprender los principios de cómo funciona un oxímetro de pulso, necesitamos comprender qué es la saturación de oxígeno.

Todos sabemos que necesitamos oxígeno para la vida. El oxígeno ingresa a los pulmones y luego pasa a la sangre. La sangre transporta el oxígeno a los diversos órganos de nuestro cuerpo. La principal forma en que se transporta el oxígeno en nuestra sangre es a través de la hemoglobina. Puedes imaginar las moléculas de hemoglobina (Hb) como “autos” y las “carreteras” como nuestros vasos sanguíneos. Las moléculas de oxígeno entran en estos autos y viajan alrededor del cuerpo hasta llegar a su destino.

La saturación de oxígeno simplemente se refiere al porcentaje de la hemoglobina disponible que transporta oxígeno. Tome las situaciones a continuación. Hay 16 unidades de hemoglobina y ninguna de las 16 tiene oxígeno. La saturación de oxígeno es por lo tanto 0%.

Si 8 de las 16 Hb tienen oxígeno. La saturación de oxígeno es por lo tanto del 50%. Y, por supuesto, cuando toda la Hb tiene oxígeno, la saturación es del 100%. En resumen, la saturación de oxígeno le indica el porcentaje de la hemoglobina total que transporta oxígeno.

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Cómo funciona un oxímetro de pulso.

El oxímetro de pulso usa luz para calcular la saturación de oxígeno. La fuente emite luz que atraviesa la sonda del oxímetro de pulso y llega al detector de luz.

Si se coloca un dedo entre la fuente de luz y el detector de luz, la luz ahora tendrá que pasar a través del dedo para alcanzar el detector. Parte de la luz será absorbida por el dedo y la parte no absorbida llega al detector de luz.

La cantidad de luz que absorbe el dedo depende de muchas propiedades físicas y el oxímetro de pulso utiliza estas propiedades para calcular la saturación de oxígeno.

La cantidad de luz absorbida depende de lo siguiente:

• Concentración de la sustancia absorbente de luz.
• Longitud del recorrido de la luz en la sustancia absorbente
• La oxihemoglobina y la desoxihemoglobina absorben la luz roja e infrarroja de manera diferente

Se inserta un dedo en la sonda. Por encima del dedo están las fuentes de luz que emiten luz. En el dedo hay una arteria que transporta la sangre que le interesa al oxímetro de pulso y una vena a través de la cual la sangre sale del dedo. Debajo del dedo está el detector de luz.

La hemoglobina (Hb) absorbe la luz. La cantidad de luz absorbida es proporcional a la concentración de Hb en el vaso sanguíneo. Cada Hb absorbe parte de la luz, por lo que cuanto más Hb por unidad de área exista, más luz se absorbe. Esta propiedad se describe en una ley de física llamada "Ley de Beer".

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Ley de Beer: la cantidad de luz absorbida es proporcional a la concentración de la sustancia absorbente de luz.

Al medir la cantidad de luz que llega al detector de luz, el oxímetro de pulso sabe cuánta luz ha sido absorbida. Mientras más hemoglobina exista en el dedo, más es la cantidad de luz absorbida.

La cantidad de luz absorbida es proporcional a la longitud del recorrido de la luz. La luz emitida por la fuente tiene que viajar a través de la arteria del dedo. La luz viaja en un camino más corto en una arteria delgada y viaja a través de un camino más largo en una arteria más ancha. Aunque la concentración de Hb puede ser la misma en ambas arterias, la luz se encuentra con más Hb en la arteria más ancha, ya que viaja en un camino más largo.

Por lo tanto, cuanto más largo sea el camino que debe recorrer la luz, más se absorbe la luz. Esta propiedad se describe en una ley de física llamada "Ley de Lambert".

Ley de Lambert: La cantidad de luz absorbida es proporcional a la longitud del camino que la luz tiene que recorrer en la sustancia absorbente.

La oxihemoglobina absorbe más luz infrarroja y la desoxihemoglobina absorbe más luz roja. Hemos visto cómo la concentración y la trayectoria de la luz afectan la absorción de la luz. Además de estos, el oxímetro de pulso hace uso de otra propiedad importante para calcular la saturación de oxígeno. Es decir, la oxihemoglobina y la desoxihemoglobina absorben la luz de diferentes longitudes de onda de una manera específica.

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¿Qué es la longitud de onda?

Toda la luz está compuesta de ondas. La distancia entre las "puntas" de las olas es igual a la longitud de onda. Las longitudes de onda de la luz son muy cortas, y la unidad de medida es nanómetro (nm) (1 metro = 1.000.000.000 de nanómetros). Diferentes "colores" de luz tienen su propia longitud de onda.

El oxímetro de pulso utiliza la propiedad de que la oxihemoglobina y la desoxihemoglobina absorben la luz de diferentes longitudes de onda de una manera específica. Esta propiedad se puede demostrar en un laboratorio.

El oxímetro de pulso usa dos luces para analizar la hemoglobina. Uno es una luz roja, que tiene una longitud de onda de aproximadamente 650 nm. La otra es una luz infrarroja, que tiene una longitud de onda de 950 nm.

El oxímetro de pulso calcula la saturación de oxígeno al comparar la cantidad de luz roja e infrarroja que absorbe la sangre. Dependiendo de las cantidades de oxi Hb y desoxi Hb presentes, la proporción de la cantidad de luz roja absorbida en comparación con la cantidad de luz infrarroja absorbida cambia.

Usando esta relación, el oxímetro de pulso puede calcular la saturación de oxígeno. A medida que cambia la cantidad de oxi Hb y desoxi Hb, la relación de luz que compara la luz roja y la infrarroja también cambia. El oxímetro de pulso usa la relación para calcular la saturación de oxígeno.

La absorbancia de la luz depende de:

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• Concentración de la sustancia absorbente de luz.
• Longitud del recorrido de la luz en la sustancia absorbente.
• La oxihemoglobina y la desoxihemoglobina absorben la luz roja e infrarroja de manera diferente.

La computadora del oxímetro de pulso toma estos factores y calcula la saturación.

Ajuste de Calibración.

El oxímetro de pulso usa la Ley de Beer y Lambert (la absorbancia depende de la concentración y la longitud del camino) como parte de sus factores que usa para calcular la saturación de oxígeno. Lamentablemente, hay un problema. En física, la ley de Beer y Lambert tiene criterios muy estrictos para ser precisos. Por ejemplo, la luz que atraviesa la muestra debe pasar directamente sobre la muestra.

Sin embargo, en la vida real, esto no sucede. La sangre no es un líquido rojo puro. En cambio, está lleno de varios objetos irregulares, como glóbulos rojos, etc. Esto hace que la luz se difunda, en lugar de ir en línea recta. Por lo tanto, la Ley de Beer y Lamberts no puede aplicarse de forma estricta.

Una solución a esto es usar un "gráfico de calibración" para corregir los errores. Un oxímetro de pulso de prueba se calibra primero con voluntarios humanos. El oxímetro de pulso de prueba se adjunta al voluntario y luego se le pide al voluntario que respire concentraciones de oxígeno cada vez más bajas. A intervalos, se toman muestras de sangre arterial.

A medida que la sangre de los voluntarios se desatura, las mediciones directas realizadas en la sangre arterial se comparan simultáneamente con las lecturas mostradas por el oxímetro de pulso de prueba. De esta manera, se observan estrictamente los errores debidos a la incapacidad de aplicar la ley de Beer y Lambert y un gráfico de calibración de corrección está hecho.

Una copia de este gráfico de calibración de corrección está disponible dentro de los oxímetros de pulso en uso clínico. Al hacer sus cálculos, la computadora se refiere al gráfico de calibración y corrige la lectura final que se muestra. Los estudios de voluntariado descritos anteriormente no permiten que la saturación caiga por debajo de aproximadamente 75 - 80%. Para las saturaciones por debajo de esto, la curva de calibración se estima matemáticamente. Por lo tanto, los oxímetros de pulso son típicamente menos precisos por debajo de las saturaciones de aproximadamente 75 - 80%.

Los oxímetros de pulso miden la sangre pulsátil.

En una parte del cuerpo como un dedo, la sangre arterial no es lo único que absorbe la luz. La piel y otros tejidos también absorben algo de luz. Esto plantea un problema, porque el oxímetro de pulso solo debe analizar la sangre arterial mientras ignora la absorbancia de la luz de los tejidos circundantes.

Para ver un ejemplo de cómo los tejidos pueden interferir, tome las dos situaciones que se muestran a continuación. Uno es un dedo delgado y el otro es un dedo gordo. Los tejidos en el dedo delgado absorben solo un poco de luz extra, mientras que el dedo más gordo absorbe mucha más luz. Sin embargo, el oxímetro de pulso no tiene forma de medir si el dedo es gordo o delgado y, por lo tanto, tiene el potencial de confundirse porque no sabe cuánta luz absorbe la sangre y cuánto absorbe los tejidos que rodean la sangre.

Afortunadamente, hay una solución inteligente para el problema. El oxímetro de pulso solo quiere analizar la sangre arterial, ignorando los otros tejidos alrededor de la sangre. Afortunadamente, la sangre arterial es lo único que late en el dedo. Todo lo demás no es pulsante. Por lo tanto, cualquier "cambio de absorbancia" debe deberse a la sangre arterial.

Por otro lado, el oxímetro de pulso sabe que cualquier absorbancia que no esté cambiando debe deberse a cosas no pulsátiles como la piel y otros tejidos "no arteriales".

Entonces, la imagen de la señal final que alcanza el oxímetro de pulso es una combinación de la "absorbancia cambiante" debido a la sangre arterial y la "absorbancia no cambiante" debido a otros tejidos.

El oxímetro de pulso puede usar algunas matemáticas inteligentes para extraer la señal de "absorbancia cambiante" de la señal total. La computadora resta la parte no cambiante de la señal de absorbancia de la señal total. Después de la resta, solo queda la "señal de absorbancia cambiante", y esto corresponde a la sangre arterial pulsátil. De esta manera, el oxímetro de pulso puede calcular la saturación de oxígeno en la sangre arterial mientras ignora los efectos de los tejidos circundantes.

La señal pulsátil es muy pequeña, en comparación a la señal total. Por lo general, solo alrededor del 2% de la señal total es pulsátil. Fuera de toda la luz que pasa a través del dedo, el oxímetro de pulso analiza solo la pequeña parte pulsátil. Debido a que es una cantidad tan pequeña de la luz total, el oxímetro de pulso es muy susceptible a errores si, por ejemplo, la sonda no está colocada correctamente o si el paciente mueve la sonda.

Rastro pletismográfico (Pletismo).

Los oxímetros de pulso a menudo muestran el cambio pulsátil en la absorbancia en forma gráfica. Esto se denomina "traza pletismográfica" o, más convenientemente, como "pleth".

El pleth es un gráfico extremadamente importante para ver. Te dice qué tan buena es la señal pulsátil. Si la calidad de la señal pulsátil es pobre, entonces el cálculo de la saturación de oxígeno puede ser incorrecto.

El oxímetro de pulso utiliza cálculos muy complicados para calcular la saturación de oxígeno. Un mal seguimiento de los datos puede engañar fácilmente a la computadora para que calcule erróneamente la saturación de oxígeno. Como seres humanos, nos gusta creer lo que es bueno, por lo que cuando vemos una saturación agradable como el 99%, tendemos a creerlo, cuando en realidad la saturación real de los pacientes puede ser mucho menor. Por lo tanto, siempre mire primero el pleth, antes de mirar la saturación de oxígeno.

El pleth se ve afectado por factores que afectan el flujo sanguíneo periférico. Por ejemplo, la presión arterial baja o la temperatura fría periférica pueden reducirlo.

Fuente de luz

Los oxímetros de pulso usan un tipo de fuente de luz llamada "diodos emisores de luz" (LED), que se usan comúnmente en electrónica. Los diodos emisores de luz son ideales para oxímetros de pulso ya que:

• Son baratos, por lo que pueden usarse incluso en sondas desechables.
• Son muy compactos, ya que pueden caber en sondas muy pequeñas.
• Emite luz en longitudes de onda precisas.
• No calienta mucho durante el uso, por lo que, es menos probable que cause quemaduras al paciente.

Los diodos emisores de luz vienen en una variedad de tipos que emiten luz en longitudes de onda específicas. Afortunadamente, hay diodos emisores de luz (LED) que emiten luz roja y las longitudes de onda de la luz infrarroja y, por lo tanto, se utilizan convenientemente en oxímetros de pulso.

Contabilización de la luz ambiental.

La sonda de oxímetro de pulso, tiene un LED rojo y un LED infrarrojo. Al otro lado, hay un detector de luz. El detector de luz está expuesto a tres fuentes de luz. Además de las fuentes de luz LED roja e infrarroja, también hay luz en la habitación (luz ambiental) en la que está trabajando el oxímetro de pulso.

Parte de esta luz de la habitación también puede llegar al detector. El oxímetro de pulso tiene que trabajar con estas tres fuentes de luz. Con la luz roja e infrarroja calcula la saturación de oxígeno. Por otro lado, la luz de la habitación es un "ruido" no deseado y debe tenerse en cuenta.

En realidad, ambos LED nunca se iluminan juntos. En funcionamiento, el oxímetro de pulso enciende y apaga rápidamente los LED en una secuencia particular. Primero, el oxímetro de pulso activa la luz LED roja. La luz roja pasa por el dedo y llega al detector. La luz de la habitación perdida también llega al detector. Por lo tanto, el detector registra la luz roja y la luz ambiental que cae sobre él.

A continuación, el oxímetro de pulso apaga la luz LED roja y enciende la luz LED infrarroja. La luz infrarroja atraviesa el dedo y llega al detector. La luz de la habitación perdida también llega al detector. Por lo tanto, el detector registra la luz infrarroja y la luz ambiental que cae sobre él.

Finalmente, el oxímetro de pulso apaga las luces LED rojas e infrarrojas. Ahora la única luz que cae sobre el detector es la luz de la habitación. El oxímetro de pulso ahora registra el nivel de luz de la habitación. Debido a que el oxímetro de pulso ahora conoce el nivel de luz de la habitación, puede restarlo de las lecturas para obtener los niveles reales de luz roja e infrarroja.

Problemas con el oxímetro de pulso.

Ahora veamos algunos problemas que pueden influir en el funcionamiento del oxímetro de pulso.

Problema de movimiento.

Cuando piensa en los problemas asociados con los oxímetros de pulso, es importante recordar que la señal que se analiza es realmente pequeña. Como se explicó anteriormente, solo se analiza aproximadamente el 2% de la luz total.

Con una señal tan pequeña, es fácil ver cómo pueden ocurrir errores. Los oxímetros de pulso son muy vulnerables al movimiento, como un paciente que mueve su mano. A medida que el dedo se mueve, los niveles de luz cambian dramáticamente. Una señal tan pobre dificulta que el oxímetro de pulso calcule la saturación de oxígeno.

Problema de derivación óptica.

El oxímetro de pulso funciona mejor cuando toda la luz pasa a través de la sangre arterial. Sin embargo, si la sonda es del tamaño incorrecto o no se ha colocado correctamente, parte de la luz, en lugar de atravesar la arteria, pasa por el lado de la arteria (derivación).

Esto reduce la fuerza de la señal pulsátil haciendo que el oxímetro de pulso sea propenso a errores. Por lo tanto, es importante seleccionar la sonda del tamaño correcto y colocar el dedo correctamente en la sonda elegida para obtener mejores resultados.

Problema de demasiada luz ambiental.

Como se discutió anteriormente, además de la luz de los LED, la luz ambiental (ambiente) también llega al detector. Para un buen funcionamiento del oxímetro de pulso, la fuerza de la luz LED que cae sobre el detector debe ser buena en comparación con la fuerza de la luz ambiental que cae sobre el detector.

Si la luz ambiental es demasiado fuerte, la señal de luz LED se "sumerge" en el ruido de la luz ambiental. Esto puede conducir a lecturas erróneas. Por lo tanto, es importante minimizar la cantidad de luz ambiental que cae sobre el detector.

Se puede tratar de alejar fuentes fuertes de luz ambiental, o también cubrir la sonda del oxímetro de pulso y el dedo con un paño, etc.

Problema de interferencia electromagnética.

Los equipos eléctricos como la diatermia quirúrgica emiten fuertes ondas eléctricas que pueden ser recogidas por los cables del oxímetro de pulso. Estas ondas forman pequeñas corrientes en los cables, lo que confunde al oxímetro de pulso que supone que estas corrientes provienen del detector de luz. Durante el uso de la diatermia, se debe tener cuidado al interpretar las lecturas del oxímetro de pulso.

Problema de mala perfusión periférica.

Un buen flujo de sangre periférica hace que las arterias de los dedos sean muy pulsátiles. Como se discutió anteriormente, es el cambio pulsátil en la absorbancia que se usa en el cálculo de la saturación de oxígeno.

Cuando la perfusión periférica es pobre, las arterias son mucho menos pulsátiles. Por lo tanto, el cambio en la absorbancia es menor y el oxímetro de pulso puede encontrar la señal inadecuada para calcular correctamente la saturación de oxígeno.

Problema de no detectar hiperoxia.

Al principio, discutimos que la saturación de oxígeno se refiere a la cantidad de hemoglobina que transporta oxígeno. En el siguiente ejemplo, toda la hemoglobina transporta oxígeno y, por lo tanto, la saturación de oxígeno es del 100%.

Sin embargo, la hemoglobina no es la única forma en que se transporta el oxígeno en la sangre. También se puede disolver oxígeno adicional en la solución en la que viajan los glóbulos rojos (plasma). El problema es que el oxímetro de pulso no puede "ver" el oxígeno extra disuelto. Entonces, a pesar de que la sangre de este paciente está llena de oxígeno adicional, la saturación aún muestra el 100%, en lugar de decir el 120%.

La saturación del 100% en el ejemplo anterior nos dice que el paciente está recibiendo suficiente oxígeno. Sin embargo, no dice que el paciente está recibiendo demasiado oxígeno (hiperoxia). El oxígeno, si bien es necesario para la vida, puede ser dañino si se administra en exceso. Por lo tanto, se deben utilizar otros medios, como, por ejemplo, la gasometría arterial, para detectar la hiperoxia.

Problema de calibración.

Como se mencionó anteriormente, los oxímetros de pulso se calibran con humanos. Esto significa que las bajas saturaciones pueden no ser precisas.

Problema de tintes coloreados y esmalte de uñas.

El tinte, o el azul de metileno, si está en la circulación del paciente, reducirá artificialmente la saturación de oxígeno mostrada. El esmalte de uñas puede afectar la precisión de la determinación de saturación.

Problema de hemoglobinas anormales.

La hemoglobina anormal puede afectar las lecturas del oxímetro de pulso. El monóxido de carbono se combina con la hemoglobina para formar carboxihemoglobina (carboxiHb). La mayoría de los oxímetros de pulso no pueden detectar por separado la carboxiHb.

En cambio, considera la carboxiHb como oxihemoglobina. Esto es peligroso ya que la carboxiHb no transporta oxígeno, y la saturación de oxígeno artificialmente alta que se muestra puede tranquilizar a todos de manera errónea. Otra hemoglobina anormal, llamada metahemoglobina, hace que la saturación muestre lecturas falsas hacia aproximadamente el 85%.

Para Cerrar.

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Hemos llegado al final del tema sobre el oxímetro de pulso. Esperamos que te haya dado una buena introducción al tema y te ayude en tu conocimiento general.