8.4. Оксиметри і пульсоксиметри

Оксиметри ─ прилади для неінвазивного (без взяття проби крові) вимірювання насичення крові киснем. Їх дія заснована на специфічних спектрах поглинання молекул гемоглобіну, які переносять кисень з легень до всіх частин тіла і входять до складу еритроцитів ─ червоних кров'яних тілець крові.

В альвеолах легень молекули гемоглобіну (Hb) хімічно приєднують до себе кисень, перетворюючись на оксигемоглобін (HbO₂). З потоком крові вони потрапляють в різні органи і біологічні тканини тіла, де молекули HbO₂ віддають кисень оточуючим клітинам і перетворюються на відновлений гемоглобін Hb. Без постійного надходження кисню клітини швидко втрачають здатність функціонувати і відмирають, особливо реагують на недостачу кисню нервові клітини головного мозку. Тому функції, які виконують в організмі людини молекули гемоглобіну є життєво важливими, а показник насичення крові киснем є надзвичайно важливим в діагностиці.

Зазвичай в крові у значних кількостях присутні лише оксигемоглобін і відновлений гемоглобін. Спектри цих форм гемоглобіну на деяких ділянках помітно відрізняються. Сильне поглинання обома цими формами гемоглобіну фіолетового (380-450 нм), синього (450-480 нм), блакитного (480-510 нм), зеленого (510-550 нм) світла надають крові червоне забарвлення. Значно різне поглинання оксигемоглобіном і відновленим гемоглобіном червоного світла (620-760 нм) зумовлює різні відтінки кольору артеріальної (насиченою киснем) і венозної крові. Ця відмінність і дозволила створити оксиметри, призначені для неінвазивного вимірювання насиченості крові киснем.

Рис. 8.25. Спектри поглинання різних форм гемоглобіну: 1 - відновлений гемоглобін (Hb); 2 - оксигемоглобін (HbО₂); 3 - карбоксигемоглобін (HbCO)

8.4.1. Принцип дії оксиметрів

Вибирають 2 різні довжини хвилі: одну, яку називають "опорною" або "референтною", ─ в тій області спектра, де HbO₂ і Hb поглинають світло однаково слабо, наприклад, при λ₀ = 780 нм; другу, "вимірювальну", ─ у тому спектральному інтервалі, де коефіцієнти поглинання молекул HbO₂ і Hb значно відрізняються, наприклад, при λ_і = 650 нм. Якщо крізь якусь частину тіла, наприклад, крізь мочку вуха або крізь палець пропустити пучок світла, в якому є спектральні складові зазначених довжин хвилі, то при проходженні крізь тіло складова з "вимірювальною" довжиною хвилі поглинається сильніше. І на виході з тіла вона виявляється значно слабкішою, ніж "опорна" спектральна складова. Інтенсивність "вимірювальної" складової до того ж тим менше, чим нижче рівень насичення крові киснем. Вимірювання і порівняння спектральних інтенсивностей складових різних довжин хвиль і дозволяє кількісно визначити насиченість крові киснем.

8.4.2. Принцип дії пульсоксиметрів

Як і оксиметри, пульсоксиметри є спектрофотометричними двохвильовими сенсорами. Світло від двох світлодіодів, випромінюючих світло одинієї довжини хвилі λ_і = 660 нм та іншої довжини хвилі λ₀ = 940 нм, пропускають крізь досліджувану ділянку тіла (також найчастіше палець).

Оксигемоглобін і відновлений гемоглобін по-різному поглинають світло з довжиною хвилі 660 нм. Фотодіод приймає світло на протилежній стороні пальця. Як і у фотоплетизмографа, сигнали на обох довжинах хвилі мають постійну і змінну складові, обумовлені пульсування крові і диханням. Аналізуючи цей сигнал, пульсоксиметр виконує всі завдання, що і фотоплетизмограф, але ще визначає і насичення киснем артеріальної крові.

Оксиметри і пульсоксиметри показують у відсотках співвідношення збагаченого киснем гемоглобіну до кількості всього гемоглобіну крові. Норма сатурації кисню, визначеної пульсоксиметром, дорівнює 95-100%.

Рис. 8.26. Приклади пульсоксиметрів