El oxímetro de pulso es un espectrofotómetro que mide la absorción de luz de longitudes de onda específicas, al pasar por un lecho vascular arterial pulsátil.

OXIMETRÍA

El desarrollo de las técnicas modernas en la vigilancia del oxígeno sanguíneo es la culminación de siglos de hazañas científicas y médicas. Oximetría es un término general relativo o aplicable a las diferentes tecnologías capaces de medir la saturación de la hemoglobina (Hb) por el oxígeno. De manera general, las técnicas oximétricas se pueden dividir en: 1) Espectrofotometría para el análisis de la Hb in vitro; 2) Oximetría de pulso (SpO2) para medición no invasiva de la saturación de la Hb y 3) Oximetría fibróptica para medición invasiva de la saturación de la oxihemoglobina in vivo. Todas estas técnicas de oximetría se basan en principios espectrofotométricos que miden las porciones de luz transmitida y/o absorbida por parte de la Hb. Para los fines de esta revisión, nos ocuparemos de la oximetría de pulso que se puede conceptualizar como una técnica de monitoreo no invasivo que determina de manera continua y relativamente confiable la saturación arterial de oxígeno (SaO2) en el momento preciso que está sucediendo. La oximetría básicamente es la interpretación de la coloración sanguínea que depende de la SaO2. El cambio de color de la sangre al saturarse de oxígeno, es debido a las propiedades ópticas de la molécula de Hb (específicamente de la porción heme). A medida que la sangre se desoxigena se vuelve menos permeable a la luz roja, el tejido pierde entonces su apariencia rosada, tomando un tinte azulado; de manera que visto de una manera simplista, el oxímetro sólo tiene que medir lo rojo de la sangre arterial e interpretarlo en términos de saturación, pudiendo entonces establecer que el oxímetro de pulso mide la absorción de luz de longitudes de onda específicas que dependerá de la proporción existente entre Hb oxigenada y Hb desoxigenada.

La luz consiste en "paquetes" de energía que se conocen como cuantos. La intensidad de un rayo de luz está en función con la cantidad de cuantos que se generan por segundo. Los átomos de toda molécula se hallan en constante vibración, y estas vibraciones son similares a las que generan las ondas luminosas. En general, la luz tiende a ser absorbida al llegar a una sustancia cuando su frecuencia luminosa coincide con la vibración de los átomos de esa sustancia. Las características vibratorias de una determinada molécula pueden representarse como un espectro, o sea un gráfico de la absorbancia de energías electromagnéticas por la molécula a diversas longitudes de onda. La fracción de luz absorbida en una longitud de onda específica se denomina absortividad o coeficiente de extinción.

El espectrofotómetro genera una luz de intensidad conocida que penetra en la solución y mide la intensidad de la luz que sale de ella al ser transmitida a una superficie metálica cubierta por óxido. Si la fuente luminosa tiene longitudes de onda acordes con las frecuencias vibratorias de ciertas moléculas que hay en la solución, se puede medir indirectamente la concentración de esas moléculas. Esta medición se basa en el principio de que la intensidad luminosa que se absorbe al pasar por la solución es proporcional a la concentración de esa molécula en solución (ley de Beer).

Los oxímetros de pulso son espectrofotómetros de longitud de onda dual, con capacidad pletismográfica, que funcionan mediante la colocación de un lecho vascular arterial pulsátil entre una fuente de luz de dos longitudes de onda y un detector luminoso. El árbol vascular pulsante crea un cambio en el patrón de absorción de la luz, modificando la porción captada por el detector, resultando en una curva pletismográfica. La amplitud de la onda dependerá de la magnitud del pulso arterial, de la longitud de onda de la luz utilizada y de la saturación de oxígeno de la Hb arterial. El principio en el que se basa la determinación de la saturación de oxígeno con el oxímetro de pulso es la ley de Beer-Lambert, que establece que la absorción total de un sistema de absorbedores es igual a la suma de sus índices de absorción independientes. De modo tal, que ante una fuente de luz de intensidad constante, y una concentración de Hb dada, la saturación de oxígeno de la Hb es una función logarítmica de la intensidad de la luz transmitida a través de la muestra de Hb.

Resulta fundamental recordar que de manera general, existen normalmente dos tipos de Hb en la sangre, las llamadas hemoglobinas funcionales (la oxihemoglobina o Hb ligada al oxígeno, y la hemoglobina reducida (HbR), que si bien se encuentra desoxigenada, tiene la capacidad de unirse al oxígeno transformándose en oxihemoglobina); las hemoglobinas denominadas disfuncionales, las cuales presentan otro tipo de comportamiento no fisiológico cuando interactúan con el oxígeno (carboxihemoglobina, metahemoglobina y sulfahemoglobina). Es importante considerar este último señalamiento, dado que bajo condiciones normales las hemoglobinas denominadas funcionales son las más abundantes en la sangre, por lo que teóricamente se acepta para fines de oximetría de pulso que la sangre se compone solamente por dos absorbedores de luz, la oxihemoglobina (HbO2) y la HbR. Partiendo de este fundamento exclusivamente teórico, es que en la oximetría de pulso, se utiliza luz con sólo dos diferentes longitudes de onda. Las características del espectro de absorción de la luz de la HbO2 y de la HbR, presentan diferencias que son máximas en la región roja e infrarroja del espectro. Así a una longitud de onda de 660 nm, la luz roja visible se absorbe más por la HbR que por la HbO2, y a una longitud de onda de 940 nm, la luz infrarroja se absorbe más por la HbO2 que por la HbR. Estas dos luces de diferente longitud de onda (roja e infrarroja) se hacen pasar a través del árbol arterial y el porcentaje de HbO2 y HbR son determinados por la medición de la proporción de luz roja e infrarroja transmitida hasta el fotodetector.

Si bien la SpO2 se basa en la ley de Beer-Lambert, que es una expresión matemática relativamente simple en la práctica, la saturación se computariza a partir de algoritmos complejos, obtenidos de manera empírica, que se basan en señales relativas de absorbancia generadas cientos de veces por segundo.

Para el mejor entendimiento e interpretación de los datos proporcionados por la SpO2 hay que recordar que su obtención parte de fundamentos teóricos, y que en la práctica, debemos considerar la posibilidad de la presencia en sangre de algunas de las denominadas hemoglobinas disfuncionales. Baste señalar un ejemplo en el cual nuestras lecturas de SpO2 pueden resultar engañosamente "normales". La carboxihemoglobina (COHb) resulta de la unión de la Hb con monóxido de carbono (CO), para el cual tiene una afinidad 200 veces mayor que la que tiene para el O2. En la población no fumadora, resulta esperable encontrar de un 1 a un 3% de COHb, proveniente de la contaminación ambiental. En la población fumadora se pueden presentar niveles de COHb del 5 al 20%. Ante esta situación, debido a las características de absorción de la luz en las dos longitudes de onda usadas en la SpO2 por la HbO2 y por la COHb, el oxímetro de pulso, erróneamente lee la COHb como HbO2 al no poder distinguir las diferencias en sus coeficientes de extinción. Por este motivo, si monitorizamos con SpO2 a un fumador cuya sangre arterial contenga un 85% de HbO2 , un 5% de HbR y un 10% de COHb debido al tabaquismo y a la contaminación ambiental, el oxímetro de pulso adicionará a su lectura del 85% de HbO2 el 10% de COHb ante su entendible incapacidad para diferenciarlas, ya que los coeficientes de extinción de la HbO2 y de la COHb son prácticamente iguales (isobésticos) a los 660 nm, mientras que a los 940 nm el coeficiente de la COHb es muy bajo, produciendo un valor de saturación de la Hb mayor que el real, ofreciéndonos una lectura del 95% que nos proporcionará un falsa tranquilidad, cuando realmente su saturación correspondería al 85%, pero esta lectura sólo podría lograrse utilizando un cooxímetro que emplea tantas longitudes de onda como posibles absorbedores estén presentes en la solución estudiada.

Otra situación semejante que puede resultar desorientadora, es la suscitada con la presencia de metahemoglobina (MetHb), la cual puede ser inducida por el uso de algunos anestésicos locales (prilocaína, benzocaína), sulfonamidas, nitratos, nitroprusiato de sodio, antipalúdicos y dapsone. La presencia de MetHb, impide la reversibilidad de la unión con el oxígeno, dificultando la descarga de éste en los tejidos periféricos.
Con la presencia de niveles hasta de 20% de MetHb que generan cianosis periférica, las lecturas de SpO2 pueden encontrarse por arriba del 90%, y lo que es peor, con niveles de 20 a 60% de MetHb que tienen un importante significado clínico, o mayores del 70% que pueden resultar fatales, la lectura del oxímetro de pulso se estacionará sin mayores cambios alrededor del 85%, debido a las características de absorción de la luz de la MetHb, situación que puede resultar difícil de detectar aún cuando se utiliza un oxímetro con cuatro longitudes de onda (Fig. 18).

Finalmente, si bien es cierto que la SpO2 puede ser de utilidad en el paciente en estado crítico fundamentalmente por proporcionarnos datos de su evolución en tiempo real, no hay que olvidarse, que entre más desciendan las lecturas de la SpO2 por abajo del 90%, su concordancia con la SaO2 disminuirá cada vez más, ya que después de estos niveles, y debido a la forma de la curva de disociación de la hemoglobina una disminución importante en la PaO2 se traducirá en una disminución discreta en la lectura de la SpO2, sucediendo algo semejante en el segmento opuesto de la curva, en el lado de la hiperoxia, en donde grandes aumentos de la PaO2 generarán si acaso muy pequeños cambios en la SpO2. Otras situaciones clínicas que pueden afectar la precisión de la SpO2 son: la presencia de Hb fetal, y de Hbs mutantes, anemia grave (menor de 5 g/dl), presencia de intralípidos, fototerapia y el uso de lámparas infrarrojas. Dado que la SpO2 requiere de un flujo arterial pulsátil adecuado, condiciones como la hipotensión, vasoconstricción, paro cardiaco sin la reanimación adecuada, uso de bomba de circulación extracorpórea e hipotermia, disminuyen la perfusión digital y alteran la capacidad de los oxímetros de pulso. Por otra parte, condiciones que produzcan pulsación venosa significativa (insuficiencia ventricular derecha grave, regurgitación tricuspídea, y obstrucción del retorno venoso) pueden hacer incierta la SpO2. Por todos estos aspectos y algunos más, es que vale la pena conocer como es que fueron diseñados estos monitores, para poder entender e interpretar los datos que nos proporcionan, y así poder validar los cambios en nuestras conductas terapéuticas.

CAPNOGRAFÍA POR ESPECTROSCOPÍA INFRARROJA

Un capnograma es una representación gráfica, generada por la exposición continua de CO2 en las vías aéreas del paciente en función del tiempo.

La espectroscopía infrarroja es la medición de la energía absorbida de una estrecha banda de longitud de onda de luz infrarroja al hacerla pasar a través de una muestra de gas. La radiación infrarroja sólo puede ser absorbida por moléculas que sean poliatómicas o asimétricas; estas últimas, además deberán presentar niveles vibracionales de energía cuando sus átomos roten o vibren asimétricamente para permitir alterar el momento del dipolo (cambio de distribución de la carga positiva y negativa) dentro de la molécula. Por lo tanto, moléculas no polares como las de helio, argón e hidrógeno, y moléculas simétricas como el nitrógeno y el oxígeno no absorben la radiación infrarroja. En cambio, el CO2, el N2O, el vapor de agua y los anestésicos volátiles si absorben la radiación infrarroja cuando sus átomos rotan o vibran asimétricamente y lo hacen de una manera característica y única.
Por lo tanto cada substancia absorbe la radiación de una longitud de onda específica; y ya que el número de moléculas en la trayectoria de la luz infrarroja determina el grado de absorción, este tipo de analizadores infrarrojos pueden medir la presión parcial de un gas. De esta manera, mediante la elección de una longitud de onda, ante la cual la substancia en cuestión absorbe la luz más ávidamente, es posible medir la concentración de tal substancia incluso en una mezcla de gases. El CO2 absorbe fuertemente la luz comprendida dentro de una longitud de onda de 4.28 micrómetros, mientras que el N2O lo hace en el rango de los 4.35 a 4.50 micrómetros. Todos los anestésicos halogenados absorben fuertemente la luz cuya longitud de onda corresponde a los 3.5 micrómetros (Fig. 19).

Cuando se utiliza la capnografía, primero debe analizarse la morfología del capnograma, para posteriormente, basándose en la forma de la curva y en las condiciones clínicas de cada paciente, determinar si lo adecuado de la ventilación puede ser apropiadamente monitorizado por la presión parcial del bióxido de carbono al final de la expiración (CO2ET). Un capnograma es una representación gráfica generada por la exposición continua de la concentración de CO2 en las vías aéreas del paciente en función del tiempo. Ciertos estados fisiopatológicos y fallas en el equipo de administración de la anestesia producen cambios característicos en el capnograma. Si se logra reconocer estos cambios, el anestesiólogo puede interpretar los capnogramas y así aumentar su utilidad. Como con el electrocardiograma, los hallazgos específicos del capnograma deben ser examinados sistemáticamente. Primero debe observarse la presencia o no de CO2 exhalado (que junto con la visualización del paso de la sonda endotraqueal a través del cuerdas vocales, son los datos de mayor certeza de haber logrado una adecuada introducción endotraqueal). En segundo lugar se deben identificar y analizar las cuatro fases de capnograma: la fase I es una línea basal que corresponde a la inspiración; la fase II representa el inicio de la espiración graficando la baja tensión de CO2 en la salida del gas que corresponde al espacio muerto anatómico, y el aumento del CO2 a medida que el gas exhalado comienza a estar compuesto por cantidades crecientes de gas alveolar; la fase III representa la meseta en los valores graficados de la salida del CO2, al final de la cual, normalmente se alcanza el punto más alto y que corresponderá a la lectura capnométrica del CO2ET, y la fase IV de declinación hacia la línea basal propia de la inspiración.
Posteriormente, se evaluarán las concentraciones de CO2ET y en el momento del inicio de la inspiración (Fig. 20).

En relación a las mediciones de la tensión del CO2ET es necesario recordar que el CO2 difunde rápidamente a través de la membrana alvéolo-capilar. Si la ventilación y la perfusión se relacionan apropiadamente en todo el territorio pulmonar, la tensión de CO2 alveolar debe ser casi igual a la PaCO2. Sin embargo, ya que los pulmones comprenden un heterogéneo grupo de alvéolos individuales, mas que un solo alvéolo, la tensión alveolar de CO2 es un concepto matemático que representa la concentración de CO2 que resultaría si el gas de todos los alvéolos de los pulmones fueran colectados simultáneamente. Dado que la tensión alveolar de CO2 no puede ser medida directamente, se asume que el gas existente en la vía aérea al final de una exhalación completa, está compuesto principalmente por gas alveolar. De modo que la CO2ET es considerada (en teoría para fines de la capnometría) igual a la tensión de CO2 alveolar y por lo tanto de la PaCO2. Bajo la aceptación de este ultimo planteamiento, la aplicación más común de la capnografía consiste en aceptar los valores de CO2ET como un reflejo de la PaCO2, por lo que se utiliza en la práctica clínica para evaluar lo adecuado de la ventilación alveolar, en la hiperventilación electiva del paciente con hipertensión intracraneana, y como reflejo de la adecuación y efectividad de la reanimación cardiopulmonar, dado que para que logre disponerse de CO2 en el alvéolo, se requiere de la presencia de gasto cardiaco. Por otra parte se usan los cambios en las tendencias como reflejo de la ventilación de espacio muerto en pacientes con patología pulmonar, en la presentación de fenómenos embólicos pulmonares, identificación de embolismo aéreo, e incluso puede ser reflejo de cambios importantes en el gasto cardiaco. En términos generales, se acepta como normal el que la PaCO2 sea mayor en 4 a 7mm de Hg que el CO2ET, pudiendo incrementarse esta diferencia hasta en 14 a 25 mm de Hg en pacientes con insuficiencia respiratoria y trauma multisistémico, por lo que hay que tener presente que hay situaciónes clínicas que pueden hacer que la CO2ET sea un pobre indicador al perder su estrecha correlación con la tensión alveolar y por lo tanto también con la PaCO2. Pacientes con respiración superficial, flujos respiratorios de baja velocidad, o con vaciamiento desigual de diferentes segmentos pulmonares pueden no descargar gas alveolar puro a las vías respiratorias superiores y el valor medido de la CO2ET subestimará la tensión alveolar de éste.

Cuando el capnograma es anormal, la CO2ET no debe considerarse como un reflejo confiable de la PaCO2. No obstante, aunque el capnograma sea anormal, mientras su forma permanezca invariable, puede usarse la CO2ET como un control de "tendencia" con la condición de que la función cardiovascular sea constante. De esta manera, el uso de la CO2ET como reflejo no invasivo de la PaCO2 es cuestionable cuando existe enfermedad pulmonar o bajo gasto cardiaco.

Desde el punto de vista clínico, un análisis capnográfico anormal es un indicador más confiable de alteraciones en la relación ventilación/perfusión (V/Q) que como reflejo de la PaCO2. El gradiente existente entre la PaCO2 y el CO2ET aumenta, ya sea que la relación V/Q sea mayor de 1 o si disminuye, aunque el aumento en esta relación es lo que produce un efecto más pronunciado en este gradiente. Las condiciones clínicas asociadas con V/Q >1 (aumento de espacio muerto), incluyen embolia pulmonar y bajo gasto cardiaco. El broncoespasmo, atelectasias, neumonitis por aspiración y la intubación endobronquial (corto circuito intrapulmonar) son situaciones clínicas que se asocian con una V/Q<1. En resumen, si no son tomadas en cuenta todas estas situaciones en las que el CO2ET deja de ser un reflejo confiable de la PaCO2, los datos proporcionados por la capnografía nos pueden conducir a una inadecuada interpretación de la información, invalidando así los cambios que se hagan en el manejo de nuestros pacientes, pudiendo convertirse en factores generadores de mayor riesgo, en lugar de proporcionar condiciones de mayor seguridad.

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OXIMETRÍA Y CAPNOGRAFÍA