Por Gonzalo Páez Padilla (CIO)
En estos últimos meses, los hemos visto en los mostradores de las farmacias, o hemos oído de ellos en las noticias o en la conversación con amigos: los pulsioxímetros, pequeños aparatos que se colocan en el dedo y que nos muestran un valor llamado “saturación de oxígeno”. En las siguientes líneas explicaremos su principio de funcionamiento.
¿Qué mide un oxímetro?
Es un instrumento ideado para medir los niveles de oxigenación de la sangre. Cuando se hace en forma directa, se extrae sangre y se determina la saturación de oxígeno mediante un análisis arterial de sangre (se abrevia como SaO2). Desafortunadamente, los valores de saturación pueden variar muy rápido, y con análisis de sangre sólo se tiene información de saturación del momento en que se extrae.
Por otra parte, con un pulsioxímetro se mide indirectamente con luz la saturación de oxígeno capilar periférica (SpO2); es decir, es una estimación de la saturación arterial (SaO2). El pulsioxímetro presenta como ventaja que puede monitorear de forma continua la saturación de oxígeno; no es cara y no duele.
¿Qué es la saturación de oxígeno?
Los glóbulos rojos, mediante la hemoglobina, transportan oxígeno de los pulmones a los diferentes tejidos de nuestro cuerpo; la hemoglobina durante el proceso de nuestra respiración se liga al oxígeno en los vasos capilares del pulmón, y en el flujo de sangre entrega este oxígeno a las células. La hemoglobina ligada al oxígeno se le llama oxihemoglobina (HbO2), y a la que no tiene oxígeno ligado se le conoce como desoxihemoglobina (Hb).
La saturación de oxígeno capilar periférica (SpO2) se calcula como la proporción de la concentración de oxihemoglobina respecto a la concentración total de hemoglobina. Esta relación está incompleta en el caso que se presente hemoglobina no-funcional, es decir, es aquella que no puede transportar oxígeno.
¿Cómo funciona un pulsioxímetro?
Su funcionamiento se basa en una técnica óptica conocida como espectroscopía de absorción. Pensemos en una bebida transparente embotellada de color amarillo; se ve así porque absorbe muchos de los colores de la luz, pero deja pasar (transmite) el amarillo; si diluimos esa bebida con agua, la observaremos menos amarilla, y conforme agregamos más agua veremos la mezcla en amarillo más tenue porque la mezcla agua-bebida está cada vez menos concentrada. Si medimos la cantidad de luz que absorbe (o transmite), sabremos la concentración.
Así también, podemos medir la hemoglobina y la desoxihemoglobina; si las iluminamos y cuantificamos la cantidad de luz que pasa a través de ellas, podemos conocer su concentración. De esta manera, sólo requerimos iluminar el tejido (nuestro dedo, por ejemplo), y únicamente necesitamos dos colores, porque queremos medir la proporción de concentración de dos substancias.
Si ponemos nuestro dedo enfrente de la lámpara del teléfono celular (o una linterna), veremos que se observa rojo. Sabemos, mediante mediciones con instrumentos llamados espectrómetros, que nuestro tejido es translúcido al rojo y a los “colores” más allá del rojo (infrarrojo, como los iluminadores nocturnos de las cámaras de seguridad o el control remoto de la televisión).
Así, el pulsioxímetro es un espectrómetro simplificado que se ilumina con un LED rojo y otro infrarrojo, y usa un fotodetector que convierte la luz en electricidad, como se muestra en la figura. Conforme cambia la concentración de la oxihemoglobina respecto a la concentración de hemoglobina funcional, cambian la proporción de intensidad de la luz recibida de los dos LEDS que mide el fotodetector.
Figura. El pulsioxímetro se basa en espectroscopía de absorción y pletismografía óptica. Un LED rojo y otro infrarrojo iluminan a través del dedo el fotodetector que registra la información del fotopletismograma, y calcula la saturación de oxígeno y la frecuencia cardiaca.
¿Por qué funciona para diversas personas sin necesidad de calibrar?
Cuando iluminamos el dedo, no solamente hay hemoglobinas; también existen hueso, piel, grasa, uña, entre otros tejidos; esto varía de persona a persona, igual que su grosor de dedo o su color de su piel, lo que requeriría realizar calibraciones muy complicadas. Afortunadamente, la pulsioximetría usa también la pletismografía óptica: cada vez que pulsa nuestro corazón, la cama de tejido microvascular o los vasitos sanguíneos varían su concentración de sangre y, por tanto, cambia la absorción de luz.
El fotodetector es suficientemente sensible para detectar esta variación, así que podemos separar la absorción de la sangre pulsátil de la absorción constante. Esta técnica es la pletismografía óptica, y la gráfica que muestra la variación se llama fotopletismograma (algunos pulsioxímetros la muestran). La variación, y por tanto la absorción, está relacionada directamente con el ciclo cardiaco, variando entre un máximo y un mínimo entre sus fases de diástole y sístole que se observan claramente en el fotopletismograma. Con las variaciones máximas y mínimas podemos determinar la frecuencia cardiaca.
¿Qué más existe en pulsioxímetría?
Hay versiones de pulsioxímetros que entregan una medición confiable aún con baja perfusión sanguínea (cuando se reduce el flujo de sangre), o en presencia de hemoglobina no-funcional, o discriminan mejor la sangre arterial de la venosa. Se ha estado desarrollando investigación para realizar la fotopletismografía de manera remota, es decir, aquella que no requiere contacto. Esto se logra a través de tomar video y utilizar técnicas de procesamiento de imágenes, o se usan otras técnicas muy sensibles como la holografía digital.
Como comentamos, la pulsioximetría se basa en espectroscopía de absorción, y en el Centro de Investigaciones en Óptica, A. C. (CIO) existen grupos que basan su investigación en el uso o mejora de diversas técnicas de espectroscopía (incluyendo esta interesante área de pulsioximetría) que son herramientas poderosas para conocer las propiedades ópticas de las sustancias o su composición.
Autor
El doctor Gonzalo Páez Padilla es investigador titular C en el Centro de Investigaciones en Óptica (CIO). Contacto: Eleonor León Torres eleon@cio.mx.
Crédito de las imágenes
Centro de Investigaciones en Óptica (CIO)
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