SpO₂ si scrive con S e O maiuscole, p minuscola e pedice 2: S sta per saturation, p per pulse, cioè la saturazione misurata con il pulsossimetro. Le lettere davanti contano: SaO₂ è la stessa grandezza misurata nel sangue arterioso con l'emogasanalizzatore, ScvO₂ quella del sangue venoso centrale, e i loro valori sono diversi.
La saturazione è la frazione di emoglobina legata all'ossigeno, non la quantità di ossigeno nel sangue: in caso di anemia la SpO₂ può essere del 99 % mentre ai tessuti l'ossigeno manca. E non è nemmeno la pressione parziale PaO₂ in mmHg, legata alla saturazione da una curva a S: al 97 % corrisponde a circa 90 mmHg.
A sinistra la punta di un dito con l'unghia è stretta tra i LED e il fotodiodo: il rosso a 660 nm e l'infrarosso a 940 nm si accendono a turno e attraversano il dito, mentre l'arteria al suo interno pulsa al ritmo del cuore. A destra, sul piccolo display scorre la traccia dell'onda di polso e lampeggia l'indicatore dei battiti, mentre il cursore della scala in basso arriva al 97 %, la saturazione abituale di una persona sana al livello del mare.
Scheda dell'unità
frazione di ossiemoglobina · polso scheda 1/1 · rev. 2026-09Pulsossimetria SpO₂ · % · min⁻¹
Grandezza adimensionale · frazione di ossiemoglobina nel sangue arterioso pulsante, %; polso — battiti al minuto
Due lucine che vedono il sangue in trasparenza
Nel 1972 Takuo Aoyagi, ingegnere della società di Tokyo Nihon Kohden, cercava di misurare la gittata cardiaca seguendo la diluizione di un colorante nel sangue ed era infastidito da un disturbo: il segnale della luce che attraversava l'orecchio tremolava al ritmo del polso. Capì che quel tremolio era un regalo: pulsa soltanto il sangue arterioso, e se si guarda solo la parte oscillante della luce di due colori, pelle, osso e vene escono da soli dal calcolo.
Nacque così il pulsossimetro, una pinza che in pochi secondi indica quale percentuale dell'emoglobina arteriosa trasporta ossigeno. Verso la fine degli anni 1980 divenne obbligatorio in anestesia e, durante la pandemia del 2020, un apparecchio domestico per milioni di persone; fu allora che emerse che nelle persone con pelle scura mostra più spesso un valore normale quando l'ossigeno è già scarso.
La scheda fa passare la luce attraverso un dito, mostra come da due onde di polso si ottiene una percentuale e analizza da dove nasce l'errore e che cosa ne fanno le autorità regolatorie.
01 · Definizione
due luci · rapporto R · calibrazioneLa SpO₂ è la frazione di ossiemoglobina sull'emoglobina in grado di trasportare ossigeno, misurata dalla luce che ha attraversato i tessuti. L'ossiemoglobina è rosso vivo e assorbe poca luce rossa a 660 nm ma più infrarosso a 940 nm, mentre l'emoglobina ridotta fa il contrario; il rapporto tra i due assorbimenti indica quanta emoglobina è legata all'ossigeno.
Per escludere pelle, osso e sangue venoso, lo strumento prende solo la parte pulsante del segnale, AC, e la divide per quella costante, DC, per ciascun colore, poi divide il rapporto del rosso per quello dell'infrarosso. Ne risulta un numero adimensionale R, il «rapporto dei rapporti»: più è grande, più la saturazione è bassa.
Nel dito la luce viene diffusa in modo troppo complesso per ricavare la percentuale da R in via teorica, perciò il legame si trova sperimentalmente: dei volontari respirano una miscela povera di ossigeno, si preleva loro sangue arterioso e i punti «R — SaO₂» formano la curva di calibrazione memorizzata nello strumento. In forma semplificata è vicina alla retta SpO₂ ≈ 110 − 25·R.
Che cosa vede lo strumento e che cosa no
A sinistra, un vero pulsossimetro da dito su un dito la cui pelle è colorata secondo la scala di Monk: sul coperchio superiore si illumina lo schermo con saturazione e polso, e una finestra nell'involucro mostra come i LED rosso e infrarosso illuminano a turno la punta del dito, sopra l'arteria pulsante, verso il fotodiodo. A destra, un monitor da posto letto con due onde di polso come le vede il fotodiodo: la loro ampiezza è AC, lo spostamento è DC. I cursori impostano la vera saturazione del sangue arterioso, la pigmentazione della pelle, la perfusione e il polso; lo strumento mostra il suo numero e la scheda lo confronta con la verità.
Calibrazione su volontari di pelle chiara
La melanina assorbe la luce rossa molto più dell'infrarosso, e nella pelle scura raggiunge l'arteria pulsante e torna indietro meno luce rossa, così il segnale diventa più debole e spostato. Se la curva di calibrazione è stata costruita soprattutto su volontari di pelle chiara, lo strumento non tiene conto di questo spostamento e sovrastima la saturazione, tanto più ai valori bassi, quando l'errore è più pericoloso. Nel 2020 uno studio sul NEJM ha mostrato che l'ipossiemia occulta — SaO₂ reale sotto l'88 % con SpO₂ al 92—96 % — si presentava nei pazienti neri tre volte più spesso che nei bianchi.
02 · Conversione
curva · precisione · altitudineDalla percentuale alla pressione dell'ossigeno
Inserisci la saturazione, la pressione parziale dell'ossigeno o il rapporto R, e la scheda li convertirà l'uno nell'altro lungo la curva di dissociazione dell'emoglobina, mostrerà in quale intervallo si trova la vera SaO₂ con l'errore ammesso dello strumento e quale saturazione aspettarsi in quota.
Regola da ricordare: una saturazione del 90 % corrisponde a circa 60 mmHg di ossigeno, e sotto questo punto la curva precipita.
Il monossido di carbonio lega l'emoglobina formando carbossiemoglobina, che a 660 nm appare quasi come ossiemoglobina: in caso di intossicazione il pulsossimetro mostra un normale 98 % anche se l'ossigeno nel sangue è insufficiente. La metaemoglobina, al contrario, trascina la lettura verso l'85 % qualunque sia la saturazione vera; in entrambi i casi la verità la dà solo il CO-ossimetro dell'emogasanalizzatore.
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04 · Strumenti di misura
orecchio · pinza · orologio · CO-ossimetroQuattro modi di vedere il colore del sangue
Uno strumento per piloti senza maschera d'ossigeno
Durante la guerra Glenn Millikan costruì un ossimetro auricolare per avvertire i piloti della carenza di ossigeno in quota. Il lobo veniva riscaldato perché il sangue al suo interno diventasse quasi arterioso, e lo strumento confrontava luce rossa e verde; funzionava, ma era capriccioso e richiedeva una calibrazione su ogni persona, perché ancora non si sapeva isolare la parte pulsante del segnale.
La pinza di Aoyagi
Nella pinza due LED si accendono alternativamente, talvolta con una pausa in cui il fotodiodo misura la luce ambientale della stanza, e lo strumento riceve tre segnali centinaia di volte al secondo. Dalle onde rossa e infrarossa estrae le parti pulsanti, calcola R, lo media su alcuni secondi e lo converte in percentuale con la tabella di calibrazione, mentre il periodo dell'onda fornisce il polso.
Una luce che non passa da parte a parte
Un orologio non può attraversare il polso con la luce, perciò LED e fotodiodo stanno uno accanto all'altro e lo strumento cattura la luce diffusa all'indietro da sotto la pelle. La frequenza cardiaca si misura così in modo affidabile, più spesso con luce verde, mentre la saturazione risulta meno precisa: il segnale è più debole, il polso si muove e la maggior parte di questi apparecchi non sono dispositivi medici.
Il riferimento con cui si giudica la pinza
Nell'emogasanalizzatore il sangue arterioso viene emolizzato, posto in una cuvetta e attraversato da decine di lunghezze d'onda, così lo strumento distingue separatamente ossiemoglobina, emoglobina ridotta, carbossi- e metaemoglobina. La sua SaO₂ è la verità su cui si calibrano e si verificano i pulsossimetri, e nei casi dubbi il medico preleva sangue arterioso invece di fidarsi della pinza.
05 · Regole di scrittura
Sp e Sa · percentuale · ossigenoLa lettera prima di O₂ indica lo strumento
La saturazione si scrive indicando la fonte, in percentuale intera e con le condizioni: se la persona respira aria ambiente o riceve ossigeno.
La prima riga a destra perde le maiuscole, il pedice e il segno di percentuale, la seconda confonde la saturazione con la pressione dell'ossigeno, e la terza mette un segno di uguale tra la pinza e l'emogasanalizzatore, benché l'errore ammesso dello strumento sia di alcuni punti percentuali. La quarta chiama quantità di ossigeno la frazione di emoglobina legata, la quinta attribuisce allo strumento una precisione al decimo che non possiede, e la sesta scrive il polso in hertz, mentre 72 battiti al minuto corrispondono a 1,2 Hz.
06 · Unità vicine
pressione · lunghezza d'onda · frequenzaAttorno alla SpO₂ stanno il millimetro di mercurio, con cui si misura la pressione dell'ossigeno nel sangue, il nanometro — la lunghezza d'onda alla quale le emoglobine si distinguono per colore — e i battiti al minuto, che lo stesso strumento conta sull'onda di polso.
Legata alla saturazione dalla curva di dissociazione dell'emoglobina a forma di S.
660 e 940 nm sono scelti dove le emoglobine differiscono di più.
Il polso dal periodo dell'onda di polso, la stessa frequenza del cuore.
07 · Sezione storica
archivio · dal lobo dell'orecchio alla FDACome un disturbo divenne il segnale principale
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Quanto spesso lo strumento non vedeva la carenza di ossigeno
L'altezza della colonna è la quota di coppie di misure in cui la SpO₂ era al 92—96 % e la SaO₂ reale sotto l'88 %, nei pazienti bianchi e neri dello studio di Sjoding e colleghi, NEJM 2020; scala da zero al 12 %. Il riquadro gira attorno alle colonne.
Una differenza di tre volte con lo stesso numero sullo schermo — ed è dopo questo lavoro che le autorità regolatorie hanno rivisto i requisiti delle prove.
Uno strumento la cui calibrazione sono le persone
Il pulsossimetro non ha un campione da mettere nella pinza: la curva di calibrazione di ogni modello si ricava su persone vive, alle quali in laboratorio si toglie gradualmente ossigeno prelevando nello stesso tempo sangue arterioso. La norma ISO 80601-2-61 richiede almeno dieci volontari sani e alcune centinaia di coppie di punti nell'intervallo dal 70 al 100 %, e la precisione si esprime come differenza quadratica media Arms: le autorità ammettono non più di tre-quattro punti percentuali.
Il punto debole si rivelò la composizione di quelle dieci persone. Le vecchie regole richiedevano solo pochi volontari con pelle scura, e gli strumenti sottoposti alle prove non venivano quasi verificati su di loro; l'errore medio sull'intero gruppo sembrava piccolo, mentre lo spostamento sistematico per una parte delle persone vi si dissolveva.
Dopo gli studi del 2020—2022 la FDA ha convocato un comitato di esperti e ha proposto di provare gli strumenti su persone dell'intera gamma di pigmentazione, valutandola oggettivamente dal colore della pelle e non con un questionario, e di riportare la precisione separatamente per ciascun gruppo. Così la questione dell'equità è diventata per la prima volta una questione di metrologia: a chi è toccata la calibrazione.
Le sette unità di base del SI
Catalogo delle grandezze
Medicina
Una goccia d'acido cambia il colore del succo, il sale colora la fiamma, l'acqua gela con un colpo. Sotto, tutte le schede di Simetrium, per disciplina e in ordine alfabetico.
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