Cuando la luz reemplazó a las agujas nació el pulsioxímetro

Un pulsioxímetro es un instrumento médico que se coloca en la punta del dedo de la mano y que permite determinar, mediante el uso de luz, la frecuencia cardíaca y la saturación de oxígeno de la sangre.

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Por: Alfredo Campos Mejía

Cuando la luz reemplazó a las agujas nació el pulsioxímetro

Cuando la luz reemplazó a las agujas nació el pulsioxímetro

CDMX.-  Un pulsioxímetro es un instrumento médico que se coloca en la punta del dedo de la mano y que permite determinar, mediante el uso de luz, la frecuencia cardíaca y la saturación de oxígeno de la sangre de una persona de forma rápida, continua y no invasiva. Desde hace unos 30 años, estos dispositivos forman parte del equipamiento con el que cuentan los hospitales para el cuidado de los pacientes, y en 2020 se volvieron importantes aliados para monitorear el estado de salud de los enfermos con Covid-19. Pero para apreciar mejor los beneficios de una tecnología vale la pena recordar cómo se hacían las cosas antes de su desarrollo.

El siglo pasado, los médicos se percataban durante una cirugía de una concentración anormalmente baja de oxígeno en la sangre cuando la piel de un paciente se volvía azulada o el color de su sangre se oscurecía. Si no se daban cuenta de ello a tiempo el paciente corría el riesgo de morir. Hasta hace unos 40 años, para conocer la oxigenación de la sangre de una persona era necesario extraerle una muestra sanguínea y analizarla en un laboratorio, lo que tenía 3 inconvenientes importantes: 1) proporcionaba la oxigenación del paciente solamente en el momento de la punción, 2) era un procedimiento invasivo y 3) tomaba cierto tiempo conocer el resultado, tiempo que podría resultar muy valioso.

Detectar los niveles de saturación de oxígeno sin necesidad de extraer sangre era un sueño en el que trabajaban científicos en la primera mitad del siglo pasado. Afortunadamente, en los años 70 el doctor en ingeniería japonés Takuo Aoyagi logró hacer ese sueño realidad al desarrollar la técnica de la pulsioximetría, que condujo a la fabricación de los primeros pulsioxímetros comerciales en la década de los 80. La pulsioximetría (también conocida como oximetría de pulso) representó un gran avance en el cuidado de los pacientes, ya que permite monitorear de manera continua el pulso y la oxigenación de la sangre de forma muy sencilla y sin agujas que perforen la piel, haciendo posible detectar las concentraciones bajas de oxígeno rápidamente para tomar las medidas necesarias de manera oportuna. Hoy en día, los pulsioxímetros (también conocidos como oxímetros de pulso) se han vuelto indispensables como parte de los cuidados al paciente durante la anestesia, en las salas de recuperación y de terapia intensiva, mejorando su seguridad. El Dr. Aoyagi falleció en 2020, pero gracias a su trabajo se han podido salvar muchas vidas.

Uno de los síntomas asociados a Covid-19 es la dificultad para obtener una buena oxigenación a través de la respiración debido al deterioro pulmonar que el nuevo coronavirus provoca en algunas personas. Aunque muchas veces este es un síntoma que el paciente identifica con facilidad, no siempre es así, lo que podría llevar a una insuficiencia respiratoria con resultados fatales. Por fortuna, gracias a los pulsioxímetros es posible determinar cuando una persona no está incorporando el oxígeno suficiente a su sangre para así poder recibir atención médica de inmediato.

El funcionamiento de un pulsioxímetro se basa en un hecho muy simple conocido por casi todos: cuando la luz pasa a través de un líquido transparente.

Y es que las células de nuestro cuerpo necesitan el gas oxígeno que hay en el aire para llevar a cabo sus actividades y para poder vivir. Muchas de estas actividades celulares generan como desecho bióxido de carbono, gas que es tóxico para las células y que debe eliminarse del cuerpo. Este proceso de intercambio de oxígeno y bióxido de carbono se lleva a cabo a través de nuestros sistemas respiratorio y circulatorio: cuando inhalamos aire, el oxígeno pasa de nuestros pulmones a la sangre, mientras que cuando exhalamos el dióxido de carbono es expulsado. Una de las funciones importantes de la sangre es el llevar el oxígeno a todas las células del cuerpo y el transportar el bióxido de carbono para ser desechado. Este transporte de gases se lleva a cabo gracias a una proteína llamada hemoglobina. A la hemoglobina que lleva consigo oxígeno se le llama hemoglobina oxigenada, y ésta puede entregar dicho oxígeno a las células que así lo requieran en diferentes partes del cuerpo. Por otro lado, a la hemoglobina que no tiene oxígeno (porque ya lo entregó a las células) se le llama hemoglobina no oxigenada, y ésta podrá convertirse nuevamente en hemoglobina oxigenada al llegar a los pulmones y recargarse con oxígeno.

El cuerpo humano debe tener una elevada proporción de hemoglobina oxigenada en relación a la no oxigenada para poder funcionar adecuadamente. Esta proporción expresada en forma de porcentaje es justamente la que mide la saturación de oxígeno, lo que calculan y muestran los pulsioxímetros, y es simplemente la división de la hemoglobina oxigenada entre la hemoglobina disponible (la suma de la oxigenada más la no oxigenada). Se considera que una saturación de oxígeno normal es de 95 % o superior, pero ésta puede variar dependiendo de diversos factores, como la altura sobre el nivel del mar de la ciudad en la que se vive. ¿Y cómo se logra medir por medio de la luz?

El funcionamiento de un pulsioxímetro se basa en un hecho muy simple conocido por casi todos: cuando la luz pasa a través de un líquido transparente, por ejemplo, un vaso de vidrio con agua, lo atraviesa casi sin atenuarse. En cambio, si el vaso tuviera un líquido muy oscuro (un refresco por ejemplo), el haz de luz prácticamente no saldría del otro lado debido a que sería absorbido casi en su totalidad por el líquido. Dicha absorción depende de lo largo del recipiente: si es muy delgado contendrá poco líquido para absorber la luz, y si es muy largo contendrá mayor cantidad de líquido que absorberá más luz. La absorción también depende del color (o longitud de onda) que utilicemos. El pulsioxímetro tiene por uno de los lados que están en contacto con el dedo dos fuentes de luz LED: una roja y otra infrarroja invisible para nuestros ojos (como la que se usa en los controles remotos de las televisiones), y en el extremo opuesto tiene un fotodetector, que mide la luz que ha atravesado el dedo; este fotodetector es capaz de detectar variaciones muy pequeñas en la luz que es absorbida dentro del dedo. Estas variaciones se deben a que cada que nuestro corazón late, las arterias que llevan la sangre oxigenada al cuerpo (incluido el dedo de la mano) se ensanchan un poco y luego vuelven a su tamaño normal. Este ensanchamiento periódico hace que la luz que emite el pulsoxímetro deba viajar a través de una mayor extensión de sangre oxigenada por unos instantes, siendo por consiguiente absorbida un poco más, y este cambio lo percibe el fotodetector, lo procesa el pulsioxímetro y lo despliega como un valor de frecuencia cardíaca.

La saturación de oxígeno es un parámetro menos sencillo de determinar, y para ello es necesario conocer la manera en que la hemoglobina oxigenada y la no oxigenada absorben la luz de diferentes longitudes de onda con mucha precisión (lo que se conoce como su espectro de absorción) e iluminar el dedo con dos longitudes de onda distintas. El espectro de absorción ha sido determinado en el laboratorio, y en cuanto a las fuentes de luz que iluminan el dedo, resulta conveniente emplear un LED de luz roja y otro que emite luz infrarroja. Conociendo la variación en la absorción de la luz por el dedo para dos longitudes de onda distintas, es posible determinar la saturación de oxígeno en la sangre de una persona mediante el empleo de un modelo matemático con un error cercano al 2 %, dependiendo del instrumento. Cabe señalar que esta absorción de luz en el dedo es inofensiva.

Si bien es cierto que los pulsioxímetros son instrumentos muy precisos si se usan adecuadamente, hay ciertos factores que pueden causar errores en los valores que muestra. Algunos de ellos requieren la evaluación de un profesional de la salud, sin embargo, otros son muy sencillos de identificar y controlar, por ejemplo:

  • El movimiento corporal debe evitarse durante la medición ya que puede afectar los resultados;
  • Si por algún motivo se bloquea la circulación sanguínea debido a una opresión ejercida en los brazos o los dedos se pueden alterar las mediciones;
  • Si el pulsioxímetro no se coloca adecuadamente proporcionará una medición incorrecta.
  • El uso de barniz de uñas o de uñas de acrílico puede ocasionar que el instrumento indique valores incorrectos de saturación de oxígeno.

Para finalizar, el conocimiento de las propiedades ópticas de los tejidos biológicos hace posible obtener información muy valiosa que puede usarse para monitorear las funciones del organismo y diagnosticar posibles enfermedades o funcionamientos anormales. Aún hay mucho por hacer al respecto, y muchos científicos están trabajando para seguir poniendo la luz al servicio de la salud.

Alfredo Campos Mejía es ingeniero físico por la Universidad Autónoma de San Luis Potosí.

Alfredo Campos Mejía es también maestro y doctor en ciencias (Óptica) por el Centro de Investigaciones en Óptica, A.C. (CIO) en donde ha trabajado desde 2015 en el área de divulgación de la ciencia e investigación.

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