Pulsoxymetrie

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Pulsoxymeter
Fingerpulsoxymeter mit integriertem Clip

Die Pulsoxymetrie oder Pulsoximetrie ist ein Verfahren zur nicht invasiven Ermittlung der arteriellen Sauerstoffsättigung über die Messung der Lichtabsorption bzw. der Lichtremission bei Durchleuchtung der Haut (perkutan), nebenbei dienen die verwendeten Geräte auch zur gleichzeitigen Pulsfrequenzkontrolle.

Das Prinzip wurde erstmals 1935 von K. Matthes (Leipzig) am menschlichen Ohrläppchen beschrieben. Eine Weiterentwicklung zur einfachen klinischen Anwendbarkeit fand zunächst nicht statt. Erst 1972 gelang eine nutzbare Realisierung durch den japanischen Bio-Ingenieur Takuo Aoyagi. In einer parallelen Eigenentwicklung fand dieses Werkzeug in Deutschland unter der Bezeichnung Photoplethysmographie erstmals 1976 Anwendung in der psychophysiologischen Forschung in einem Migräne-Forschungsprojekt, konstruiert und angewandt von Christian-Peter Bernhardt, veröffentlicht im Juni 1978 an der Universität Hamburg.

Prinzip[Bearbeiten]

Gemessen wird mit einem Sättigungsaufnehmer (Clip oder Klebesensor) an einem leicht zugänglichen Körperteil, vorzugsweise an einem Finger, Zeh, am Ohrläppchen oder bei frühgeborenen Säuglingen auch am Fußballen oder Handgelenk. Die so ermittelte Sauerstoffsättigung wird als SpO2 (partielle Sauerstoffsättigung) bezeichnet. Um den Messwert dieser nichtinvasiven, photometrischen Bestimmung der Sauerstoffsättigung eindeutig von der an einer entnommenem Blutprobe mittels Blutgasanalyse ermittelten arteriellen Sauerstoffsättigung zu unterscheiden, deutet das p in dieser Bezeichnung auf das pulsoxymetrische Messverfahren hin.

S_\mathrm{p}O_\mathrm{2}=\frac{HbO_\mathrm{2}}{HbO_\mathrm{2}+Hb}

HbO2: Konzentration des mit O2 beladenen Hämoglobins(oxygeniertes Hämoglobin)

Hb: Konzentration des Hämoglobins, dessen Transportplätze für O2 noch frei sind (desoxygeniertes Hämoglobin)

Der Sensor hat auf der einen Seite zwei in einem definierten (Infra-)Rot-Bereich (s. u.) leuchtende Lichtquellen, auf der anderen einen Fotosensor. Durch die unterschiedliche Färbung des mit Sauerstoff gesättigten Hämoglobins entsteht für das durchstrahlende Rotlicht eine unterschiedliche Absorption, die der Fotosensor misst. Über den Clip oder Klebesensor wird neben der Sättigung auch der Puls in den kleinsten Blutgefäßen (Kapillaren) erfasst.

Gemessen werden drei Werte, die Absorption des Lichts (nach dem Gesetz von Beer-Lambert-Bouguer) im 660 nm-Bereich, im 940 nm-Bereich und – zur Tarierung – ohne die Strahlung der Messlichtquellen, nur mit Umgebungslicht. Die unterschiedliche Absorption des Lichtes ergibt eine Differenz.

Die Messung erfasst das pulsierend durchströmende Blut und nicht das Gewebe und die Gefäße. Anhand eines Vergleichs des Messergebnisses mit einer Referenztabelle ermittelt ein Überwachungsmonitor, welcher prozentuale Anteil der roten Blutkörperchen gesättigt ist. Übliche Werte liegen beim Gesunden zwischen 96 und 100 %.

Praktische Anwendung der Pulsoxymetrie[Bearbeiten]

Pulsoxymetrische Darstellung mit Plethysmogramm (3. Kurve von oben)

Im Rettungsdienst und auf Intensivstationen sowie in der Anästhesie ist die Pulsoxymetrie Teil des Standardmonitorings des Patienten. Bei Frühgeburten wird zur weiteren häuslichen Überwachung oft ein Überwachungsmonitor eingesetzt, der die Atemfrequenz, die Sauerstoffsättigung und den Puls misst.

Bei der Überwachung von Frühgeborenen in der neonatalen Intensivmedizin kommt häufig auch die duale Pulsoxymetrie (rechts - links) zum Einsatz, um bei diagnostiziertem persistierenden Ductus arteriosus den Unterschied zwischen präduktaler und postduktaler Sauerstoffsättigung im zeitlichen Verlauf zu erfassen.

Die Pulsoxymetrie wird in der Sportfliegerei bei Flügen in große Höhen eingesetzt, um so durch Selbstkontrolle einer Hypoxie vorbeugen zu können.

Auch im Bereich des Höhenbergsteigens werden immer öfter Pulsoxymeter verwendet, um frühzeitig Hinweise auf eine drohende Höhenkrankheit zu erhalten.

Zerebrale Oxymetrie[Bearbeiten]

Spezielle Geräte sind in der Lage die Sauerstoffsättigung nicht nur durch die Haut, sondern auch durch den Schädelknochen hindurch zu messen. Bei der sog. zerebralen Oxymetrie kann Lichtsender und Lichtempfänger nicht in einer Linie hintereinander angebracht werden. Der Sender und die Empfänger sind wenige Zentimeter voneinander entfernt an der Stirn befestigt. Geringe Mengen des Infrarotlichts gelangen durch den Knochenschädel und das Gehirn und werden dort in einer Tiefe von bis zu 2,5cm gestreut. Durch die Streuung wird das Licht in alle Richtungen verteilt und gelangt somit auch zu den Empfängern auf der Haut. Die beiden Empfänger messen die Sättigung in einer bestimmten Entfernung voneinander. Auf diese Weise kann durch die beiden leicht unterschiedlichen Messwerte bei bekannten Streuungswinkel die Sauerstoffsättigung des Blutes im schädelnahen Gehirn abgeschätzt werden. Bei jungen gesunden Patienten die normale Luft atmen, beträgt die Sättigung in diesem kapillarähnlichen Bereich ca. 60-70%. Bei älteren Patienten oder kranken Patienten kann dieser Ausgangswert auch niedriger sein. Kommt es zu einem Sauerstoffmangel im Gehirn z.B. durch einen Unterversorgung mit Blut, fällt dieser Wert ab. Schätzungen nach ist 50% als der absolute untere Grenzwert anzusehen, bei dem Hirnschäden entstehen können. Zur Anwendung kommt die zerebrale Oxymetrie bei Operationen an den hirnversorgenden Gefäßen z.B. der Arteria Karotis. Bei diesen Operationen muss teilweise die Blutversorgung des Gehirn auf einer Seite kontrolliert unterbrochen werden. Durch Messung der zerebralen Sauerstoffsättigung, kann abgeschätzt werden, wie lange das Gehirn mit der eingeschränkten Blutversorgung auskommen kann. Kommt es zum Abfall der Sättigung kann es notwendig sein, die Operation an der Arterie zu unterbrechen und zum Beispiel einen provisorischen Shunt einzulegen, der die Blutversorgung wieder herstellt.[1]

Messfehler[Bearbeiten]

  • Bei lackierten Fingernägeln (blauer, grüner und schwarzer; nicht jedoch roter und purpurfarbener Lack[2]) wird Licht durch den Lack absorbiert und erreicht die Fotozelle nur abgeschwächt.[3]
  • Künstliche Fingernägel aus Acryl führen in Abhängigkeit vom Pulsoxymeter ebenfalls zu Messfehlern.[4]
  • Bei Patienten mit verringerter peripherer Kapillardurchblutung (beispielsweise bei Schock und Hypothermie) kann es passieren, dass falsche Werte angezeigt werden bzw. dass eine Pulsoxymetrie nicht möglich ist.
  • Durch die Bindung von Kohlenmonoxid (CO) an Hämoglobin werden konventionelle Pulsoxymeter getäuscht und geben falsch-hohe Sauerstoffsättigungsraten an. Mit neueren 7-Wellen-Pulsoxymetern kann jedoch auch der CO-gesättigte Anteil des Hämoglobins detektiert werden.[5] Der prozentuale Anteil des im Blut mit Kohlenstoffmonoxid belegten Hämoglobins wird auch als COHb abgekürzt (Kohlenmonoxid-Hämoglobin).
  • Bei mechanischem Stoß, z. B. bei einer Fahrt über unebenes Gelände, treten Fehler durch Veränderung der Messanordnung auf.
  • Infrarotwärmelampen, MetHb-Werte (0,4 - 8,4 %) in Normoxie, Onychomykose, sowie Methylenblau verursachen falsch niedrige SpO2-Werte.[2]

Literatur[Bearbeiten]

  • K. Matthes: Untersuchungen über die Sauerstoffsättigung des menschlichen Arterienblutes. Naunyn-Schmiedebergs-Archiv für experimentelle Pathologie und Pharmakologie, 1935, Volume 179, Issue 6, pp 698-711
  • J. A. Pologe: Pulse Oximetry : Technical Aspects of Machine Design. Internat. Anesthesia Clin., 1987, 25 (3), S. 137-153
  • J. G. Webster: Design of Pulse Oximeters, Taylor & Francis, 1997, ISBN 0750304677
  • John W. Severinghaus, MD,and Yoshiyuki Honda, MD: HISTORY OF BLOOD GAS ANALYSIS. VII. PULSE OXlMETRY"History of Pulse Oximetry"
  • C.-P. Bernhardt: "Konstruktion eines Photoplethysmographen mit Infrarot-Aufnehmer und dessen Anwendung in der psychophysiologischen Forschung", Diplomarbeit Psychologie, Universität Hamburg 1978

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Pulsoxymetrie – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. J. .. Sch n, H. .. Paarmann, M. .. Heringlake: Zerebrale Oxymetrie. In: Der Anaesthesist. 61, 2012, S. 934–940, doi:10.1007/s00101-012-2066-5.
  2. a b Heck, Fresenius: Repetitorium Anästhesiologie. Springer, Berlin; 5. Auflage 2007. ISBN 978-3-540-46575-1
  3. Hinkelbein J, Genzwuerker HV, Sogl R, Fiedler F. Effect of nail polish on oxygen saturation determined by pulse oximetry in critically ill patients. Resuscitation 2007;72(1):82-91
  4. Hinkelbein J, Koehler H, Genzwuerker HV, Fiedler F. Artificial acrylic finger nails may alter pulse oximetry measurement. Resuscitation 2007;74(1):75-82
  5. Coulange M, Barthelemy A, Hug F, Thierry AL, De Haro L. Reliability of new pulse CO-oximeter in victims of carbon monoxide poisoning. Undersea Hyperb Med. 2008 Mar-Apr;35(2):107-11. PMID 18500075
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