SpO₂ schreibt man mit großem S und O, kleinem p und tiefgestellter 2: S steht für Sättigung (saturation), p für Puls, also die mit einem Pulsoxymeter gemessene Sättigung. Die vorderen Buchstaben sind wichtig: SaO₂ ist dieselbe Größe, im Analysator aus arteriellem Blut bestimmt, ScvO₂ stammt aus zentralvenösem Blut, und ihre Zahlen unterscheiden sich.
Die Sättigung ist der Anteil des Hämoglobins, der Sauerstoff gebunden hat, nicht die Sauerstoffmenge im Blut: Bei Anämie kann SpO₂ 99 % betragen, während das Gewebe zu wenig Sauerstoff bekommt. Sie ist auch nicht der Partialdruck PaO₂ in mmHg, der mit der Sättigung über eine S-förmige Kurve verknüpft ist und bei 97 % etwa 90 mmHg beträgt.
Links steckt eine Fingerkuppe mit Nagel zwischen den Leuchtdioden und einer Fotodiode: Rotes Licht bei 660 nm und infrarotes bei 940 nm blitzen abwechselnd auf und durchdringen den Finger, während die Arterie darin im Takt des Herzens pulsiert. Rechts läuft auf dem kleinen Display die Pulskurve, eine Schlagmarke blinkt, und der Schieber der Skala darunter wandert bis 97 % — die übliche Sättigung eines gesunden Menschen auf Meereshöhe.
Einheitenblatt
Oxyhämoglobinanteil · Puls Blatt 1/1 · Stand 2026-09Pulsoxymetrie SpO₂ · % · min⁻¹
Dimensionslose Größe · Anteil des Oxyhämoglobins im pulsierenden arteriellen Blut, %; Puls in Schlägen pro Minute
Zwei Lichter, die das Blut durchschauen
1972 versuchte Takuo Aoyagi, Ingenieur der Tokioter Firma Nihon Kohden, das Herzzeitvolumen anhand der Verdünnung eines Farbstoffs im Blut zu messen, und ärgerte sich über eine Störung: Das Signal des Lichts, das durch das Ohr fiel, schwankte im Takt des Pulses. Er erkannte, dass dieses Schwanken ein Geschenk war — nur das arterielle Blut pulsiert, und wenn man nur den schwankenden Anteil des Lichts zweier Farben betrachtet, fallen Haut, Knochen und Venen von selbst aus der Rechnung.
So entstand das Pulsoxymeter — ein Clip, der in Sekunden anzeigt, wie viel Prozent des Hämoglobins in den Arterien Sauerstoff tragen. Bis Ende der 1980er-Jahre wurde es bei der Narkose Pflicht, in der Pandemie 2020 zum Heimgerät von Millionen Menschen — und dabei zeigte sich, dass es bei Menschen mit dunkler Haut häufiger einen Normalwert anzeigt, wenn der Sauerstoff schon knapp ist.
Dieses Blatt schickt Licht durch einen Finger, zeigt, wie aus zwei Pulswellen ein Prozentwert wird, und untersucht, woher der Fehler kommt und was die Behörden dagegen tun.
01 · Definition
zwei Lichter · Verhältnis R · KalibrierungSpO₂ ist der Anteil des Oxyhämoglobins am sauerstofftransportfähigen Hämoglobin, gemessen mit Licht, das durch das Gewebe gegangen ist. Oxyhämoglobin ist hellrot und absorbiert wenig rotes Licht bei 660 nm, aber mehr infrarotes bei 940 nm, desoxygeniertes Hämoglobin verhält sich umgekehrt; das Verhältnis der beiden Absorptionen verrät, wie viel Hämoglobin Sauerstoff gebunden hat.
Um Haut, Knochen und venöses Blut auszublenden, nimmt das Gerät nur den pulsierenden Anteil des Signals, AC, und teilt ihn für jede Farbe durch den konstanten Anteil, DC; danach teilt es das rote Verhältnis durch das infrarote. Heraus kommt eine dimensionslose Zahl R, das „Verhältnis der Verhältnisse“, und je größer sie ist, desto niedriger die Sättigung.
Licht wird im Finger zu kompliziert gestreut, um den Prozentwert theoretisch aus R abzuleiten, deshalb ermittelt man den Zusammenhang experimentell: Probanden atmen ein Gasgemisch mit vermindertem Sauerstoffgehalt, man entnimmt ihnen arterielles Blut, und die Punkte „R — SaO₂“ ergeben eine Kalibrierkurve, die im Gerät hinterlegt wird. Vereinfacht liegt sie nahe an der Geraden SpO₂ ≈ 110 − 25·R.
Was das Gerät sieht und was nicht
Links ein echtes Fingerpulsoxymeter an einem Finger, dessen Haut nach der Monk-Skala gefärbt ist: Auf dem oberen Deckel leuchtet das Display mit Sättigung und Puls, und ein Ausschnitt im Gehäuse zeigt, wie die rote und die infrarote Leuchtdiode abwechselnd die Fingerkuppe über der pulsierenden Arterie bis zur Fotodiode durchleuchten. Rechts ein Bettmonitor mit zwei Pulswellen, wie die Fotodiode sie sieht: Ihre Amplitude ist AC, ihr Versatz DC. Die Schieberegler stellen die tatsächliche arterielle Sättigung, die Hautpigmentierung, die Perfusion und den Puls ein; das Gerät zeigt seine Zahl, und das Blatt vergleicht sie mit der Wahrheit.
Kalibrierung an hellhäutigen Probanden
Melanin absorbiert rotes Licht deutlich stärker als infrarotes, und in dunkler Haut gelangt weniger rotes Licht zur pulsierenden Arterie und zurück; das Signal wird schwächer und verschoben. Wurde die Kalibrierkurve überwiegend an hellhäutigen Probanden erstellt, berücksichtigt das Gerät diese Verschiebung nicht und überschätzt die Sättigung, am stärksten bei niedrigen Werten, wo der Fehler am gefährlichsten ist. 2020 zeigte eine Studie im NEJM, dass okkulte Hypoxämie — eine wahre SaO₂ unter 88 % bei SpO₂ von 92—96 % — bei schwarzen Patienten dreimal so häufig vorkam wie bei weißen.
02 · Umrechnung
Kurve · Genauigkeit · HöheVon Prozent zum Sauerstoffdruck
Geben Sie eine Sättigung, einen Sauerstoffpartialdruck oder ein Verhältnis R ein: Das Blatt rechnet sie entlang der Sauerstoffbindungskurve des Hämoglobins ineinander um, zeigt, in welchem Bereich die wahre SaO₂ bei zulässigem Gerätefehler liegt, und welche Sättigung in der Höhe zu erwarten ist.
Merkregel: 90 % Sättigung entsprechen etwa 60 mmHg Sauerstoff, und unterhalb dieses Punktes fällt die Kurve steil ab.
Kohlenmonoxid bindet Hämoglobin zu Carboxyhämoglobin, das bei 660 nm fast wie Oxyhämoglobin aussieht, und bei einer Vergiftung zeigt das Pulsoxymeter normale 98 %, obwohl dem Blut Sauerstoff fehlt. Methämoglobin dagegen zieht die Anzeige bei jeder wahren Sättigung in Richtung 85 %; in beiden Fällen liefert nur das CO-Oxymeter des Blutgasanalysators die Wahrheit.
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04 · Messgeräte
Ohr · Clip · Uhr · CO-OxymeterVier Wege, die Farbe des Blutes zu sehen
Ein Gerät für Piloten ohne Sauerstoffmaske
Im Krieg baute Glenn Millikan ein Ohroxymeter, um Piloten vor Sauerstoffmangel in der Höhe zu warnen. Das Ohrläppchen wurde erwärmt, damit sein Blut nahezu arteriell wurde, und das Gerät verglich rotes und grünes Licht; es funktionierte, war aber launisch und musste an jedem Menschen kalibriert werden, weil man den pulsierenden Anteil des Signals noch nicht abtrennen konnte.
Aoyagis Clip
Im Clip schalten sich zwei Leuchtdioden abwechselnd ein, manchmal mit einer Pause, in der die Fotodiode das Umgebungslicht des Raums misst, sodass das Gerät hunderte Male pro Sekunde drei Signale erhält. Aus der roten und der infraroten Welle trennt es die pulsierenden Anteile ab, berechnet R, mittelt es über einige Sekunden und rechnet es über die Kalibriertabelle in Prozent um; die Periode der Welle liefert den Puls.
Licht, das nicht hindurchgeht
Eine Uhr kann das Handgelenk nicht durchleuchten, deshalb sitzen Leuchtdiode und Fotodiode nebeneinander, und das Gerät fängt das unter der Haut zurückgestreute Licht auf. Den Puls misst man so zuverlässig, meist mit grünem Licht, die Sättigung dagegen ist ungenauer: Das Signal ist schwächer, das Handgelenk bewegt sich, und die meisten dieser Geräte sind keine Medizinprodukte.
Die Referenz, an der der Clip gemessen wird
Im Blutgasanalysator wird arterielles Blut hämolysiert, in eine Küvette gefüllt und mit Dutzenden Wellenlängen durchleuchtet, sodass das Gerät Oxyhämoglobin, Desoxyhämoglobin, Carboxy- und Methämoglobin einzeln unterscheidet. Seine SaO₂ ist die Wahrheit, an der Pulsoxymeter kalibriert und geprüft werden, und in Zweifelsfällen nimmt der Arzt arterielles Blut ab, statt dem Clip zu glauben.
05 · Schreibregeln
Sp und Sa · Prozent · SauerstoffDer Buchstabe vor O₂ nennt das Gerät
Die Sättigung schreibt man mit Angabe der Quelle, als ganze Prozentzahl und mit den Bedingungen — ob der Mensch Raumluft atmet oder Sauerstoff erhält.
Die erste Zeile rechts verliert Groß- und Kleinschreibung, Index und Prozentzeichen, die zweite verwechselt Sättigung mit Sauerstoffdruck, und die dritte setzt Clip und Blutgasanalysator gleich, obwohl der zulässige Gerätefehler einige Prozent beträgt. Die vierte nennt den Anteil des beladenen Hämoglobins eine Sauerstoffmenge, die fünfte schreibt dem Gerät eine Genauigkeit auf Zehntel zu, die es nicht hat, und die sechste gibt den Puls in Hertz an, obwohl 72 Schläge pro Minute 1,2 Hz sind.
06 · Benachbarte Einheiten
Druck · Wellenlänge · FrequenzSpO₂ ist umgeben vom Millimeter Quecksilbersäule, in dem der Sauerstoffdruck im Blut gemessen wird, vom Nanometer — der Wellenlänge, bei der sich die Hämoglobine in der Farbe unterscheiden — und von den Schlägen pro Minute, die dasselbe Gerät aus der Pulswelle zählt.
Mit der Sättigung über die S-förmige Sauerstoffbindungskurve verknüpft.
660 und 940 nm liegen dort, wo sich die Hämoglobine am stärksten unterscheiden.
Puls aus der Periode der Pulswelle, dieselbe Frequenz wie die des Herzens.
07 · Historischer Teil
Archiv · vom Ohrläppchen bis zur FDAWie eine Störung zum Hauptsignal wurde
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Wie oft das Gerät Sauerstoffmangel übersah
Die Balkenhöhe ist der Anteil der Messpaare, bei denen SpO₂ 92—96 % betrug, die wahre SaO₂ aber unter 88 % lag, bei weißen und schwarzen Patienten in der Studie von Sjoding et al., NEJM 2020; Skala von null bis 12 %. Der Rahmen umläuft die Balken.
Ein dreifacher Unterschied bei derselben Zahl auf dem Display — und gerade nach dieser Arbeit überarbeiteten die Behörden die Prüfanforderungen.
Ein Gerät, dessen Kalibrierung Menschen sind
Für das Pulsoxymeter gibt es keine Referenz, die man in den Clip legen könnte: Die Kalibrierkurve jedes Modells wird an lebenden Menschen aufgenommen, denen man im Labor schrittweise Sauerstoff entzieht und gleichzeitig arterielles Blut abnimmt. Die Norm ISO 80601-2-61 verlangt mindestens zehn gesunde Probanden und mehrere hundert Wertepaare im Bereich von 70 bis 100 %, und die Genauigkeit wird als quadratisch gemittelte Abweichung Arms angegeben: Die Behörden lassen höchstens drei bis vier Prozent zu.
Die Schwachstelle lag in der Zusammensetzung dieser zehn Menschen. Die alten Regeln verlangten nur wenige Probanden mit dunkler Haut, und die geprüften Geräte wurden an ihnen kaum getestet; der mittlere Fehler der ganzen Gruppe wirkte klein, und eine systematische Verschiebung bei einem Teil der Menschen ging darin unter.
Nach den Studien von 2020—2022 berief die FDA ein Expertengremium ein und schlug vor, Geräte an Menschen des gesamten Pigmentierungsspektrums zu prüfen, die Pigmentierung objektiv anhand der Hautfarbe statt per Fragebogen zu bestimmen und die Genauigkeit für jede Gruppe gesondert anzugeben. So wurde eine Frage der Gerechtigkeit erstmals zu einer Frage der Metrologie: Für wen wurde kalibriert?
Die sieben SI-Basiseinheiten
Größenkatalog
Medizin
Ein Tropfen Säure ändert die Farbe des Safts, Salz färbt die Flamme, Wasser gefriert durch ein Klopfen. Darunter alle Simetrium-Blätter, nach Fachgebieten und alphabetisch.
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