Mesure de la saturation en oxygène: oxymétrie de pouls Pierre Laforêt Interne DESAR 2016-2017 CHU Félix Guyon 1
Historique
Historique 1935, Carl Matthes: Premier saturomètre, non invasif et non pulsatile 1970, Hewlett-Packard: premier appareil commercialisé. Mesure de la saturation en oxygène (oreille) en chauffant les tissus à 41 C pour augmenter le flux sanguin 3
Historique 1974, Takuo Aoyagi découvre que la saturation pléthysmographique en O2 (SpO2) pouvait être mesurée en analysant les pulsations de signaux lumineux traversant les tissus. Découverte à l origine des oxymètres de pouls modernes 1982: Commercialisation du premier oxymètre de pouls à usage routinier: le Nellcor 4
Principes
Principes Dans le sang artériel: SaO2 HbO2 = HbO2 / (HbO2 +Hb) x 100 Afin d approcher la SaO2 l oxymètre de pouls (SpO2) doit pouvoir: mesurer en continu et en temps réel l HbO2 et l Hb reconnaître la pulsatilité du signal démontrant son origine artérielle 6
Loi de Beer-Lambert
Loi de Beer Lambert Aλ = -log10 (I/I0) = Ɛλ.l.C I/I0 transmittance de la solution (sans unité) C concentration molaire de la solution (en mol.l 1) Aλ Ɛλ absorbance ou densité optique à une longueur d'onde λ (sans unité) absorptivité molaire (coefficient d'extinction molaire) (L mol 1 cm 1). Elle dépend de la longueur d'onde, la nature chimique de l'entité et la température 8 l longueur du trajet optique dans la solution traversée
Loi de Beer Lambert Aλ = -log10 (I/I0) = Ɛλ.l.C L'absorption d'un faisceau de lumière monochromatique dans un milieu est proportionnelle à la concentration d un milieu 9
Application
Application Takuo Aoyagi Hb et l HbO2 ont une différence d absorption des ondes lumineuses permettant de les distinguer: HbO2: Infrarouge (850 à 1000 nm) Hb: Rouge (600 à 750 nm) 11
Application Oxymétrie de pouls: spectrophotométrie Les ondes émises sont absorbées par tous les tissus traversés (peau, tissus, cartilage, os, mais surtout le sang capillaire) Loi de Beer-Lambert Les variations d absorption des ondes lumineuses sont fonctions des variations temporelles de la concentration d un tissu 12
Application Oxymétrie de pouls: Calcul du rapport entre l absorption des deux ondes lumineuses R/IR A partir d un tableau d équivalence, le moniteur affiche la Sp02 Valeurs calibrées à partir de références obtenues en exposant des sujets volontaires sains à une diminution de la FIO2 13
Application Oxymétrie de pouls: plethysmographie Ecoulement sanguin: Flux inconstant et pulsatile: systole Flux constant non pulsatile: diastole 14
Application Oxymétrie de pouls: plethysmographie Seule variable existante = flux systolique artériel Analyse des variations d absorption dans l IR uniquement: amplitude, durée, variabilité (notamment respiratoire) Absorption variable: variation du volume de sang arteriel IR Absorption constante: partie non pulsatile du sang artériel Absorption constante: sang veineux Absorption constante: tissus, os... 15
Application Oxymétrie de pouls: plethysmographie Construction d une courbe systolo-diastolique: reflet du caractère pulsatile de l écoulement sanguin au niveau du site de mesure 16
Application Oxymétrie de pouls: plethysmographie Interêt de la courbe plethysmographique? Initialement: Ondulation rapide: reflet de l activité cardiaque Valider la Sp02 (caractère pulsatile = origine artérielle) 17
Application Oxymétrie de pouls: plethysmographie Interêt de la courbe plethysmographique? Ondulation rapide: reflet de l activité cardiaque Valider la Sp02 (caractère pulsatile = origine artérielle) Ondulation lente: reflet des variations du retour veineux en fonction du cycle respiratoire 18
Application Oxymétrie de pouls: plethysmographie Similitude avec la courbe de PA invasive Indices dynamiques: Δsystolic pressure variation [ΔSPV] ΔDDown ΔPression Pulsée [ΔPP] ΔPréejection period [ΔPEP] Applicables à la pethysmographie? 19
Matériel
Matériel Moniteur: calcul de la Sp02 limites d alarmes courbe de pléthysmographie (onde pulsatile) Capteur: doigts, nez, lobe de l oreille émetteur: deux diodes (deux λ) émission de I0 détecteur: mesure de I 21
Interprétation
Interprétation Courbe de dissociation de l hémoglobine (courbe de Barcroft) 23
Interprétation Courbe de dissociation de l hémoglobine (courbe de Barcroft) Relation non linéaire entre Sa02 et Pa02 chute de la SaO2 de 97 à 90% chute de 92 à 85% précision des oxymètres de pouls: de l ordre de 2% écart valeur réelle/valeur mesurée Réglage de l alarme: 93-94% 24
Limites
Limites Intrinsèques: Liées à des modifications d absorption des ondes présence d une hémoglobine anormale, colorants (bleu méthylène, carmin indigo), vernis à ongles Ex: intoxication au CO HbCO absorbe les mêmes λ que HbO2 Sp02 = somme HbC0 + Hb02 Intoxication oxycarbonée de 20 % avec une HbO2 à 77 % SpO2 affichée 97 % : 77+20 % 26
Limites Extrinsèques: Altération de la transmission des ondes lumineuses Vasoconstriction distale majeure (hypothermie, hypovolémie, choc cardiogénique ) Perte de la pulsatilité Sp02 et courbe de plethsymographie interprétables 27
Limites Extrinsèques: Altération de la transmission des ondes lumineuses Principe de base: seul le sang artériel est en mouvement Mobilisation du patient (spontanée, frissons ) Altération du signal pulsatile par interférence 28
Limites Extrinsèques: Altération de la transmission des ondes lumineuses interférences électromagnétiques: bistouri électrique Les signaux électriques qui donnent naissance à la courbe de pléthysmographie sont de très faibles amplitude 29
Limites Extrinsèques: Altération de la transmission des ondes lumineuses Lumière ambiante excessive photothérapie, soleil et scialytique Interférence avec le signal émis 30
Limites Limites d interprétation Absence de détection de l hyperoxie Sp02 100% Production de radicaux libres, inflammation pulmonaire 31
Limites Limites d interprétation Sp02 mesurée = moyenne de 8 cycles Si chute brutale de Sa02: délais de plusieurs secondes avant chute de Sp02 32
Pour aller plus loin: applications de la plethysmographie
Pour aller plus loin Indice de perfusion basé sur le ratio composante pulsatile/non pulsatile Informations sur la perfusion périphérique de patients en états critiques Lima AP, Beelen P, Bakker J. Use of a peripheral perfusion index derived from the pulse oximetry signal as a non-invasive indicator of perfusion. Crit Care Med 2002;30:1210 3. 34
Pour aller plus loin Indice de perfusion population adulte de 108 individus volontaires sains indice de perfusion 1,4 (0,7 3): TRC < 2s T centrale et périph < 7 C 37 patients en état critique avec hypoperfusion périphérique TRC > 2s T centrale et périph > 7 C IP < 1,4: diagnostic hypoperfusion périphérique (Se 84% Sp 88%) Couplé à la T centrale et périph (Se 86%, Sp 100%) 35
Pour aller plus loin Indices prédictifs de la réponse au remplissage vasculaire Même patient: Avant remplissage Après remplissage 36
Pour aller plus loin 37
Pour conclure
Pour conclure Oxymétrie de pouls: Estimation fiable de la Sa02 Méthode simple et non invasive Repose sur la différence d absorption des ondes lumineuses entre Hb02 et Hb (Loi de Beer Lambert) Relation non linéaire entre Sp02 et Pa02 Limites intrinsèques: modification d absorption (autres types d Hb, colorants ) Nouveaux oxymètres: mesure de l HbCO Limites extrinsèques: altération de transmission (mouvements, interférences ) Limites d interprétation (hyperoxie, vasoconstriction périphérique) 39
Pour conclure Plethysmographie: Valider la Sp02: ondulation rapide (caractère pulsatile = origine artérielle) Evaluation de la perfusion distale: Indice de perfusion Informations sur la volémie: ΔPP corrélé à ΔPPleth Pléthysmographie de l oxymètre de pouls :un ancien tracé plein d avenir 40
Merci de votre attention
Sources 42