ABC zabiegów diagnostycznych i leczniczych w pediatrii
Odcinek 27: Podstawy monitorowania utlenowania organizmu i pulsoksymetia u dzieci

dr med. Ewa Cichocka-Jarosz, dr med. Przemko Kwinta, dr med. Janina Lankosz-Lauterbach z Katedry Pediatrii Wydziału Lekarskiego Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie
dr hab. med. Henryk Mazurek
Kierownik Kliniki Pneumonologii i Mukowiscydozy Instytutu Gruźlicy i Chorób Płuc w Rabce-Zdroju
Data utworzenia: 24.11.2005
Ostatnia modyfikacja: 27.02.2008
Opublikowano w Medycyna Praktyczna Pediatria 2005/05

Utlenowanie organizmu pozwalają określić takie parametry, jak: ciśnienie parcjalne (prężność) tlenu (PaO₂) oraz wysycenie hemoglobiny krwi tętniczej tlenem (SaO₂). Ciśnienie parcjalne odzwierciedla zawartość tlenu w osoczu, natomiast wysycenie - utlenowanie zawartej w erytrocytach hemoglobiny. U dzieci podczas oddychania powietrzem atmosferycznym PaO₂ krwi tętniczej jest większe niż u dorosłych. Wzajemną zależność pomiędzy PaO₂ krwi tętniczej a wiekiem przedstawiono na rysunku 1.[1] Wysycenie hemoglobiny krwi tętniczej tlenem (SaO₂) zależy między innymi od: PaO₂, stężenia 2,3-difosfoglicerynianu (2,3-DPG) w erytrocytach, pH krwi i temperatury ciała. Zależność pomiędzy SaO₂ a PaO₂ w organizmie przy pH krwi równym 7,4 i temperaturze ciała wynoszącej 37°C przedstawia krzywa dysocjacji oksyhemoglobiny (p. rys. 2.).[2,3] Odpowiadające wartości liczbowe obu parametrów przedstawiono w tabeli.[4] W celu utrzymania dostatecznej dostawy tlenu do tkanek PaO₂ krwi tętniczej nie powinno być mniejsze niż 70 mm Hg, a odpowiadające mu wysycenie nie mniejsze niż 85%. Mniejsze wartości u dzieci bez siniczej wady serca stanowią wskazanie do tlenoterapii.[3] Oceniając kształt krzywej dysocjacji oksyhemoglobiny (litera S), można zauważyć, że:[5]

Tabela. Zależność pomiędzy wysyceniem hemoglobiny tlenem (SaO₂) a ciśnieniem parcjalnym tlenu we krwi tętniczej (PaO₂) przy pH krwi równym 7,4 i temperaturze ciała wynoszącej 37°C

PaO2 (mm Hg)	SaO2 (%)
10	13,5
20	35
30	57
40	75
50	83,5
60	89
70	92,7
80	94,5
90	96,5
100	97,4

Rys. 1. Zależność pomiędzy ciśnieniem parcjalnym tlenu we krwi tętniczej a wiekiem

Rys. 2. Krzywa dysocjacji oksyhemoglobiny

1. Istnieją niewielkie różnice w zawartości tlenu w hemoglobinie w zakresie ciśnień parcjalnych tlenu 70-100 mm Hg (przy PaO₂ równym 70 mm Hg wysycenie hemoglobiny wynosi 93%, a przy PaO₂ 100 mm Hg odpowiednio 97%). Przy prawidłowym stężeniu hemoglobiny we krwi tlenoterapia mająca na celu zwiększenie wysycenia hemoglobiny tlenem do 100% nie poprawia dystrybucji tlenu do tkanek, a jedynie może zwiększyć ryzyko powikłań wynikających ze zwiększenia PaO₂.

2. Spłaszczenie krzywej u podstawy i szczytu, a stromy odcinek w części środkowej powodują, że zmiana PaO₂ o 30 mm Hg w zakresie 40-70 mm Hg drastycznie zmienia zawartość tlenu w hemoglobinie, ale ta sama zmiana w zakresie 70-100 mm Hg jest klinicznie prawie nieistotna.

3. Krzywa dysocjacji oksyhemoglobiny zależy między innymi od pH krwi, ciśnienia parcjalnego CO₂ i temperatury ciała. Jednym ze sposobów oceny zdolności wiązania tlenu przez hemoglobinę jest obserwacja zmian parametru P50. Mianem P50 określa się ciśnienie parcjalne tlenu, przy którym połowa Hb jest wysycona tlenem (tzn. SaO₂ = 50%). Prawidłowo P50 wynosi 27 mm Hg. Zwiększenie P50 wskazuje na przesunięcie krzywej dysocjacji oksyhemoglobiny w prawo i zmniejszenie powinowactwa hemoglobiny do tlenu. Stan taki występuje między innymi w kwasicy, hipertermii i hiperkapnii. P50 mniejsze od 27 mm Hg wskazuje na przesunięcie krzywej dysocjacji oksyhemoglobiny w lewo i zwiększenie powinowactwa do tlenu (np. w zasadowicy, hipotermii, przy dużej zawartości hemoglobiny płodowej, niedoborze 2,3-DPG w erytrocytach, w czasie pobytu na obszarach wysoko położonych).

Techniki pomiaru utlenowania

Do technik pomiarowych utlenowania należą badania inwazyjne in vitro z pobraniem próbek krwi oraz badania in vivo. Wśród badań in vitro wymienia się:[2,6]

1. gazometrię krwi tętniczej, w której prawidłowo przy oddychaniu tlenem atmosferycznym pH wynosi 7,35-7,45, ciśnienie parcjalne CO₂ 35-45 mm Hg, a PaO₂ co najmniej 70 mm Hg;
2. gazometrię arterializowanej krwi włośniczkowej, która w porównaniu z gazometrią tętniczą wykazuje mniejsze pH i większe ciśnienie parcjalne CO₂ (oraz mniejsze ciśnienie parcjalne tlenu). Prawidłowe wartości to: pH 7,3-7,35, ciśnienie parcjalne CO₂ 40-45 mm Hg, a tlenu 40-60 mm Hg;
3. gazometrię żylną, która pozwala sprawdzić pH i ciśnienie parcjalne CO₂, ale nie utlenowanie. Ciśnienie parcjalne tlenu we krwi żylnej może być użytecznym wskaźnikiem aktualnej relacji pomiędzy perfuzją a utlenowaniem tkanek. Prawidłowe wartości gazometrii żylnej to: pH 7,25-7,3, ciśnienie parcjalne CO₂ 45-50 mm Hg, a ciśnienie parcjalne tlenu 30-45 mm Hg.

Pomiary ciśnienia parcjalnego tlenu można także wykonywać in vivo za pomocą:[6]
1. wewnątrznaczyniowej elektrody tlenowej;
2. przezskórnej elektrody tlenowej (wadą tej metody jest możliwość nadmiernego ogrzania, obrzęku lub oparzenia skóry; dodatkowo wymagana jest codzienna kalibracja urządzenia);
3. dospojówkowej elektrody tlenowej (umieszczanej w worku spojówkowym pod powieką po uprzednim znieczuleniu miejscowym).

Mniej inwazyjną, tańszą, a tym samym bardziej dostępną metodę stanowi pulsoksymetria, która pozwala pośrednio określić PaO₂ krwi tętniczej z równoczesnym monitorowaniem tętna. Pulsoksymetr pozwala zmierzyć procent wysycenia hemoglobiny tlenem (SpO₂) w naczyniach kapilarnych, określony jako stosunek hemoglobiny utlenowanej (HbO) do sumy hemoglobiny utlenowanej i odtlenowanej (tzw. hemoglobina funkcjonalna).

W badaniu wykorzystuje się technikę spektrofotometrii, która polega na umieszczeniu na powierzchni skóry czujnika optycznego. Zgodnie z fizycznym prawem Lamberta i Beera[7] roztwór umieszczony w pojemniku absorbuje (A) przechodzący przez niego promień świetlny:

A = E x c x l

(E - oznacza molowy stały współczynnik absorpcji, charakterystyczny dla danej substancji przy danej długości fali absorbowanego światła; c - stężenie roztworu; l - grubość warstwy roztworu).

Zasady pulsoksymetrii

Pulsoksymetria opiera się na dwóch zasadach:
1. obecności pulsującego przepływu krwi w naczyniach
2. różnych spektrach absorpcyjnych Hb utlenowanej (oksyhemoglobiny) i Hb odtlenowanej (deoksyhemoglobiny).

W czujniku pulsoksymetru, który umieszcza się na skórze pacjenta, znajdują się 2 diody oraz fotodetektor. Pierwsza dioda emituje światło czerwone o długości fali 660 nm, które wybiórczo pochłaniane jest przez hemoglobinę odtlenowaną (deoksyhemoglobinę), natomiast druga - światło podczerwone o długości fali 940 nm, które wybiórczo pochłaniane jest przez hemoglobinę utlenowaną (oksyhemoglobinę).[8] Światło emitowane przez obie diody absorbowane jest przez tkanki (w tym przez krew), a jego natężenie mierzone jest na fotodetektorze (fot. 1.). Natężenie światła dochodzącego do fotodetektora zależy m.in. od zawartości oksyhemoglobiny i deoksyhemoglobiny we krwi.

Fot. 1. Czujnik pulsoksymetru z widocznymi: (a) 2 diodami, w tym jedną świecącą na czerwono oraz (b) fotodetektorem

W czasie rozkurczu serca fotodetektor mierzy absorpcje tkanek i "niepulsującej" krwi, a w czasie skurczu całkowitą absorpcję tkanek i krwi. Następnie wyliczana jest różnica będąca podstawą do określenia wysycenia hemoglobiny tlenem. Największa dokładność pomiarów mieści się w zakresie wysycenia 80-100%, gdzie wynosi około 2%. Im wartości wysycenia są mniejsze, tym większy jest błąd pomiaru. Zmiana absorpcji pomiędzy rozkurczem a skurczem serca pozwala również na określenie częstotliwości rytmu serca.

Pulsoksymetria jest metodą nieinwazyjną i powszechnie dostępną, dlatego należy ją stosować w pierwszej kolejności, gdy (1) trzeba szybko rozstrzygnąć, czy chory jest zagrożony hipoksją oraz (2) chory wymaga monitorowania stanu utlenowania. Według The Technology Assessment Task Force of Society of Critical Care Medicine wskazaniem do pulsoksymetrii jest stałe monitorowanie wysycenia u pacjentów zagrożonych hipoksją lub poddanych inwazyjnym procedurom diagnostycznym oraz określenie punktu końcowego w interwencjach terapeutycznych.[9] Pomiar SpO₂ jest wystarczający, jeśli nie ma równoczesnej potrzeby oceny równowagi kwasowo-zasadowej lub prężności tlenu. Pulsoksymetria może być wykorzystywana do pomiarów ciągłych (monitorowanie) lub wykonywanych okresowo (punktowo).

Ogólne wskazania do pulsoksymetrii

Obecnie przyjęte ogólne wskazania do zastosowania pulsoksymetrii jako dodatkowego parametru funkcji życiowych obejmują:[10]
1. monitorowanie w okresie około- i pooperacyjnym
2. monitorowanie na oddziałach intensywnej opieki medycznej dzieci i noworodków
3. monitorowanie terapii tlenem w warunkach szpitalnych i pozaszpitalnych
4. monitorowanie zabiegów resuscytacyjnych
5. przesiew i monitorowanie w warunkach ostrego dyżuru
6. monitorowanie dziecka chorego i po urazie w czasie transportu
7. ocenę krążenia obwodowego (z oceną ciśnienia tętniczego i napływu kapilarnego).

Szczegółowe wskazania do wykonania pulsoksymetrii

A. na oddziale noworodkowym:[10,11]
   1. noworodki wymagające tlenoterapii lub wentylacji mechanicznej (każdy noworodek podłączony do respiratora)
   2. noworodki zagrożone hipoksją:
      a. z ostrymi chorobami układu oddechowego, krążenia lub innymi zaburzeniami prowadzącymi do hipoksji
      b. u których występują lub podejrzewa się występowanie bezdechu lub hipowentylacji
      c. z dysplazją oskrzelowo-płucną lub innymi przewlekłymi chorobami układu oddechowego
   3. monitorowanie stanu noworodka w czasie resuscytacji, na sali porodowej
   4. ocena działań niepożądanych w czasie procedur medycznych (np. w czasie toalety drzewa oskrzelowego u dzieci zaintubowanych)
   5. monitorowanie stanu noworodka w czasie zabiegów diagnostycznych i operacyjnych
   6. monitorowanie stanu utlenowania u dzieci zagrożonych hiperoksemią i jej powikłaniami (np. retinopatia wcześniaków)
   7. badanie przesiewowe w kierunku wrodzonych wad serca
       - pomiar wysycenia hemoglobiny tlenem u każdego noworodka przed wypisem z oddziału noworodkowego pozwala na wczesne rozpoznanie niektórych wrodzonych wad serca.[12] Zaleca się, aby podczas pobierania u dziecka krwi do badań przesiewowych w kierunku fenyloketonurii i wrodzonej niedoczynności tarczycy, dokonać pomiaru wysycenia hemoglobiny tlenem na dowolnej kończynie dolnej (przez 2 min).[13] Jeżeli przez cały czas pomiaru wartość SpO₂ jest większa niż 94%, wynik testu jest ujemny. W przypadku stwierdzenia wysycenia hemoglobiny tlenem <90%, test jest dodatni. U dzieci, u których obserwuje się wartości 90-94%, badanie należy powtórzyć, dodatkowo dokonując pomiaru na prawej kończynie górnej i dowolnej kończynie dolnej. Jeżeli nadal obserwowane są wartości w granicach 90-94% lub stwierdza się różnicę pomiędzy kończyną górną a dolną większą niż 4%, wynik testu również należy uznać za dodatni. W przypadku dodatniego wyniku testu pulsoksymetrycznego noworodka należy skierować do kardiologa dziecięcego.

B. w chorobach układu oddechowego
   1. astma oskrzelowa
Aby określić stopień zaostrzenia astmy, oprócz oceny klinicznej i czynnościowej podaje się ocenę SaO₂. Wartości przy oddychaniu powietrzem atmosferycznym >95%, w przedziale 91-95%, oraz <91% wskazują na zaostrzenie astmy odpowiednio w stopniu łagodnym, umiarkowanym lub ciężkim.[14] W dużym badaniu wieloośrodkowym izolowana ocena wyjściowego wysycenia hemoglobiny za pomocą pulsoksymetru nie stanowiła dobrego wskaźnika konieczności hospitalizacji dzieci z zaostrzeniem astmy.[15] Natomiast niektóre prace wskazują, że pomiar wyjściowego wysycenia w zakresie pewnych wartości może stanowić dobry wskaźnik predykcyjny czasu trwania i intensywności leczenia bronchodylatacyjnego. Mehta i wsp.[16] wykazali, że u dzieci z łagodnym lub umiarkowanym zaostrzeniem astmy wyjściowe wysycenie hemoglobiny 91% jest wskaźnikiem konieczności prowadzenia częstej wziewnej terapii bronchodylatacyjnej przez ponad 4 godziny (wskaźnik wiarygodności LR: 6,5), a wartość 89% - przez ponad 12 godzin (LR: 9,8).
   2. pozaszpitalne zapalenie płuc
Mimo że w potwierdzeniu rozpoznania zapalenia płuc nadal "złotym" standardem pozostaje badanie radiologiczne klatki piersiowej, przyjmuje się, że u każdego dziecka zgłaszającego się do szpitala z powodu zapalenia płuc należy ocenić wysycenie hemoglobiny tlenem za pomocą pulsoksymetru. Ocena wysycenia hemoglobiny tlenem jest pomocna w podjęciu decyzji o hospitalizacji. Przyjmuje się, że wartość SpO₂ 92% stanowi wskazanie do leczenia szpitalnego i tlenoterapii zarówno u niemowląt, jak i starszych dzieci chorych na zapalenie płuc.[17] Jeżeli nie udaje się utrzymać SpO₂ >92% przy ciśnieniu tlenu w mieszaninie oddechowej wynoszącym 60%, należy rozważyć hospitalizację na oddziale intensywnej opieki medycznej. Chorych leczonych tlenem należy badać co najmniej co 4 godziny, w tym oceniać wskazania pulsoksymetru.[18] Aktualnie nie ma jednoznacznych danych dotyczących zastosowania pulsoksymetrii w diagnostyce i leczeniu dzieci z zapaleniem oskrzelików.[19]
   3. choroby śródmiąższowe płuc
Próba obciążenia wysiłkiem z pomiarem SpO₂ jest najprostszym badaniem pozwalającym wykazać dyskretne zaburzenia dyfuzji, które nie ujawniają się w spoczynku. Skrócenie czasu kontaktu erytrocytów z błoną pęcherzykowo-włośniczkową (powietrzem pęcherzykowym) podczas wysiłku prowadz0 w chorobach śródmiąższowych płuc do zmniejszenia SpO₂ (co najmniej o 4%).
   4. monitorowanie niektórych procedur diagnostycznych (np. bronchoskopii)
   5. badanie przesiewowe w kierunku bezdechu sennego poprzez całonocną rejestrację SpO₂.
Pulsoksymetria stanowi także element pełnego badania polisomnograficznego.

Technika pomiaru

1. Wybierz odpowiedni dla dziecka czujnik pulsoksymetru. Aktualnie zaleca się, o ile jest to możliwe, stosowanie czujników jednorazowego użytku.
2. Wybierz miejsce założenia czujnika. U noworodków o masie ciała do 3 kg czujnik najlepiej jest założyć na dłoni lub grzbiecie stopy (fot. 2.), a u noworodków o masie ciała >3 kg i dzieci starszych - na dłoni, kciuku, palcu wskazującym lub dużym palcu stopy.

Fot. 2. Prawidłowe umieszczenie czujnika na grzbiecie stopy u noworodka

   a. sprawdź obecność tętna
   b. unikaj zakładania na tę samą kończynę czujnika pulsoksymetru i mankietu do mierzenia ciśnienia krwi
   c. u dzieci z wadami serca dokładnie rozważ miejsce założenia czujnika, tak aby wskazania urządzenia najlepiej odzwierciedlały stan utlenowania chorego. Ponieważ u wielu noworodków w pierwszych godzinach życia często stwierdza się prawo-lewy przeciek krwi, czujnik najlepiej jest założyć na prawej kończynie górnej, co lepiej odzwierciedla stopień utlenowania mózgu niż lokalizacja na stopie lub kończynie górnej lewej.
3. Załóż czujnik na wybrane miejsce.
   a. fotodetektor powinien się znajdować naprzeciwko diody emitującej światło czerwone
   b. umocuj czujnik (opaską lub taśmą)
   c. w przypadku stosowania fototerapii lub lamp zabiegowych dodatkowo osłoń czujnik nieprzejrzystym materiałem
4. Podłącz czujnik do pulsoksymetru i włącz urządzenie.
5. Przy przewlekłym pomiarze (monitorowanie ciągłe pacjenta) ustaw granice alarmów!
   a. przy tlenoterapii zalecana wartość górnego alarmu wynosi 95-97%
   b. zalecana wartość dolnego alarmu - 87-90%
6. Obserwuj wskazania pulsoksymetru co najmniej przez 30 sekund i zanotuj wartość po odczytaniu stabilnego zapisu.
7. Co kilka godzin sprawdzaj miejsce, w którym założony jest czujnik (odparzenie, ucisk opaski).
8. Wynik niezgodny z oczekiwaniem lub rozpoznaniem/podejrzeniem klinicznym wymaga weryfikacji w pełnym badaniu gazometrycznym.

Zalety pulsoksymetrii

1. Metoda nieinwazyjna, ogranicza konieczność wykonywania badań gazometrycznych
2. Metoda łatwa w użyciu, nie wymaga przygotowywania pacjenta ani specjalnego przygotowywania sprzętu (przede wszystkim nie wymaga kalibracji)
3. Szybkim zmianom stanu pacjenta odpowiada bardzo szybka zmiana wyświetlanych na monitorze parametrów
4. Możliwość ciągłego monitorowania
5. Możliwość obserwacji trendów w czasie

Ograniczenia w stosowaniu pulsoksymetrii[5,20]

1. Występowanie innych postaci hemoglobin, takich jak: methemoglobina (HbMet), hemoglobina tlenkowęglowa (HbCO), hemoglobina płodowa (HbF). HbMet i HbCO mają zbliżoną absorbancję do Hb utlenowanej, stąd też standardowe pulsoksymetry odczytują te wartości łącznie i nie dają informacji o faktycznym niedotlenieniu. W przypadku współistnienia sinicy i prawidłowego wysycenia hemoglobiny oraz przy podejrzeniu zatrucia tlenkiem węgla i azotynami konieczne jest wykonanie gazometrii arterializowanej krwi włośniczkowej lub gazometrii tętniczej. Jest to szczególnie ważne przy interpretacji odczytów wysycenia u dzieci z dużym (>10%) stężeniem hemoglobiny tlenkowęglowej lub methemoglobiny. Jedynym pulsoksymetrem pozwalającym na eliminację błędu pomiaru wysycenia u chorych zatrutych tlenkiem węgla jest niedostępny w Polsce RadicalTM (Masimo Corp., USA). Utlenowania nie można także dokładne ocenić na podstawie SpO₂ u dzieci z dużą zawartością (>50%) HbF. Nie opisano wpływu HbS (w niedokrwistości sierpowatokrwinkowej) na pomiar wysycenia hemoglobiny tlenem. Hiperbilirubinemia nie wpływa na odczyty pulsoksymetrów nowej generacji.
2. Zmniejszona perfuzja obwodowa tkanek w stanach klinicznych przebiegających ze zmniejszeniem rzutu serca, hipotermią, obkurczeniem łożyska naczyniowego, podawaniem presorów (dopaminy), obrzękami. Dobrą opinią cieszą się pulsoksymetry Nelcor i Ohmeda, w których zapis krzywej pletyzmograficznej stanowi kontrolę siły sygnału dochodzącego do detektora. Pozwala to na zmniejszenie ryzyka błędu interpretacji w wyniku badania pulsoksymetrycznego. Należy zauważyć, że alarm pulsoksymetru "brak sygnału tętna" może być niezwykle istotnym objawem i pozwolić rozpoznać stan zagrożenia życia u dziecka.
3. Niedokrwistość - wykazano tendencję do niedoszacowania przez pulsoksymetr wartości SpO₂ w miarę zmniejszania się stężenia hemoglobiny we krwi. Błąd pomiaru przy stężeniu hemoglobiny we krwi wynoszącym 80 g/l może wynosić 10-15%.
4. Zawyżanie oceny u dzieci, u których wysycenie hemoglobiny tlenem wynosi <83%. Przyczyną jest kalibracja sprzętu przygotowana przez producenta na podstawie pomiarów wykonywanych dla SpO₂ >85% i ekstrapolowania wyniku dla wartości mniejszych. Stąd niedokładność pomiaru zwiększa się wraz ze zmniejszeniem utlenowania.
5. Trudności w rozpoznaniu hiperoksemii - rzeczywiste ciśnienie parcjalne tlenu we krwi u dzieci, u których wysycenie hemoglobiny tlenem >95%, może wynosić ponad 100 mm Hg.
6. Duża aktywność dziecka, częste i energiczne ruchy kończyn, na których najczęściej umieszcza się czujniki pulsoksymetrów, mogą zaburzać pomiar absorpcji (najczęściej na monitorze pulsoksymetru pojawia się komunikat o słabym sygnale lub braku sygnału).
7. Niedokładność oceny (zawyżenie pomiaru) u dzieci z zespołem brązowego dziecka po fototerapii lub przy ciemnej pigmentacji skóry. Jeśli czujniki umieszczone są na opuszkach palców, zafałszowanie pomiaru może także powodować ciemny lakier na paznokciach (czarny, niebieski, zielony). Lakier koloru czerwonego lub purpurowego oraz sztuczne paznokcie akrylowe nie wpływają na wynik pomiaru SpO₂.
8. Barwniki podane dożylnie, na przykład stosowany w methemoglobinemii błękit metylenowy w dawce 2-5 mg/kg mc., mogą być przyczyną fałszywie małych wskazań pulsoksymetru (SpO₂ 65% w czasie 10-60 min od podania leku).
9. Pomiar utrudniają intensywne źródła światła (np. lampy do fototerapii, oświetlenie sali zabiegowej), dlatego na czujniki pulsoksymetru należy nakładać nieprzejrzyste opaski.
10. Czujniki umieszczone na palcu dają odpowiedź w ciągu 20-30 sekund, stąd zarówno zmniejszenie utlenowania, jak i jego zwiększenie, zostają zauważone z opóźnieniem.

---