SpO₂ пишут с прописными S и O, строчной p и индексом 2: S — saturation, p — pulse, то есть сатурация, измеренная пульсоксиметром. Буквы спереди важны: SaO₂ — та же величина из артериальной крови в анализаторе, ScvO₂ — из центральной вены, и цифры у них разные.
Сатурация — доля гемоглобина, занятого кислородом, а не количество кислорода в крови: при анемии SpO₂ может быть 99 %, а кислорода тканям не хватает. И не парциальное давление PaO₂ в mmHg, которое связано с сатурацией S-образной кривой и при 97 % равно около 90 mmHg.
Слева кончик пальца с ногтем зажат между светодиодами и фотодиодом: красный 660 nm и инфракрасный 940 nm вспыхивают по очереди и проходят сквозь палец, а артерия в нём пульсирует в такт сердцу. Справа на экранчике бежит развёртка пульсовой волны и мигает метка ударов, а бегунок шкалы внизу доезжает до 97 % — обычной сатурации здорового человека на уровне моря.
Паспорт величины
доля оксигемоглобина · пульс лист 1/1 · ред. 2026-09Пульсоксиметрия SpO₂ · % · min⁻¹
Безразмерная величина · доля оксигемоглобина в пульсирующей артериальной крови, %; пульс — удары в минуту
Два огонька, которые видят кровь насквозь
В 1972 году инженер токийской фирмы Nihon Kohden Такуо Аояги пытался мерить сердечный выброс по тому, как краска разбавляется в крови, и раздражался из-за помехи: сигнал света, прошедшего сквозь ухо, дрожал в такт пульсу. Он догадался, что эта дрожь и есть подарок — пульсирует только артериальная кровь, и если смотреть лишь на колеблющуюся часть света двух цветов, кожа, кость и вены из расчёта выпадут сами.
Так появился пульсоксиметр — прищепка, которая за секунды показывает, сколько процентов гемоглобина в артериях несёт кислород. К концу 1980-х годов она стала обязательной при наркозе, а в пандемию 2020 года — домашним прибором миллионов людей, и тогда выяснилось, что у людей с тёмной кожей она чаще показывает норму, когда кислорода уже мало.
Лист проводит свет сквозь палец, показывает, как из двух пульсовых волн получается процент, и разбирает, откуда берётся ошибка и что с ней делают регуляторы.
01 · Определение
два света · отношение R · калибровкаSpO₂ — доля оксигемоглобина среди гемоглобина, способного переносить кислород, измеренная по свету, прошедшему сквозь ткань. Оксигемоглобин ярко-красный и поглощает мало красного света на 660 nm, но больше инфракрасного на 940 nm, а восстановленный гемоглобин — наоборот; отношение двух поглощений и говорит, сколько гемоглобина занято кислородом.
Чтобы отсечь кожу, кость и венозную кровь, прибор берёт только пульсирующую часть сигнала, AC, и делит её на постоянную, DC, для каждого цвета, а затем делит красное отношение на инфракрасное. Получается безразмерное число R, «отношение отношений», и чем оно больше, тем ниже сатурация.
Из физики свет в пальце рассеивается слишком сложно, чтобы вывести проценты из R теоретически, поэтому связь находят опытом: добровольцы дышат смесью с пониженным кислородом, у них берут артериальную кровь, и точки «R — SaO₂» образуют калибровочную кривую, зашитую в прибор. Упрощённо она близка к прямой SpO₂ ≈ 110 − 25·R.
Что прибор видит, а что нет
Слева настоящий пальцевой пульсоксиметр на пальце, кожа которого окрашена по шкале Монка: на верхней крышке светится экран с сатурацией и пульсом, а вырез в корпусе показывает, как красный и инфракрасный светодиоды по очереди просвечивают кончик пальца над пульсирующей артерией к фотодиоду. Справа прикроватный монитор с двумя пульсовыми волнами, какими их видит фотодиод: их размах — это AC, а смещение — DC. Ползунки задают настоящую сатурацию артериальной крови, пигментацию кожи, перфузию и пульс; прибор показывает своё число, и лист сравнивает его с правдой.
Калибровка на светлых добровольцах
Меланин поглощает красный свет заметно сильнее инфракрасного, и в тёмной коже до пульсирующей артерии и обратно доходит меньше красного, а сигнал становится слабее и сдвинутым. Если калибровочную кривую набирали в основном на светлокожих добровольцах, прибор этот сдвиг не учитывает и завышает сатурацию, причём сильнее всего при низких значениях, когда ошибка опаснее. В 2020 году исследование в NEJM показало, что скрытая гипоксемия — настоящая SaO₂ ниже 88 % при SpO₂ 92—96 % — у чернокожих пациентов встречалась втрое чаще, чем у белых.
02 · Пересчёт
кривая · точность · высотаОт процентов к давлению кислорода
Введите сатурацию, парциальное давление кислорода или отношение R, и лист переведёт их друг в друга по кривой диссоциации гемоглобина, покажет, в каком диапазоне лежит настоящая SaO₂ при допустимой ошибке прибора, и какую сатурацию ждать на высоте.
Правило для памяти: 90 % сатурации — это около 60 mmHg кислорода, и ниже этой точки кривая обрывается круто вниз.
Угарный газ связывает гемоглобин в карбоксигемоглобин, который на 660 nm выглядит почти как оксигемоглобин, и при отравлении пульсоксиметр показывает нормальные 98 %, хотя кислорода крови не хватает. Метгемоглобин, наоборот, тянет показания к 85 % при любой настоящей сатурации; в обоих случаях правду даёт только CO-оксиметр газоанализатора.
| {k} | {v} | {note} |
{text}
04 · Приборы измерения
ухо · прищепка · часы · CO-оксиметрЧетыре способа увидеть цвет крови
Прибор для пилотов без кислородной маски
Во время войны Гленн Милликан построил ушной оксиметр, чтобы предупреждать лётчиков о нехватке кислорода на высоте. Мочку нагревали, чтобы кровь в ней стала почти артериальной, а прибор сравнивал красный и зелёный свет; он работал, но капризничал и требовал калибровки на каждом человеке, потому что пульсирующую часть сигнала ещё не умели выделять.
Прищепка Аояги
В прищепке два светодиода включаются поочерёдно, иногда с паузой, в которую фотодиод меряет фоновую засветку комнаты, и прибор получает три сигнала сотни раз в секунду. Из красной и инфракрасной волн он выделяет пульсирующие части, считает R, усредняет его за несколько секунд и переводит по таблице калибровки в проценты, а период волны даёт пульс.
Свет, который не проходит насквозь
Часы не могут просветить запястье насквозь, поэтому светодиод и фотодиод стоят рядом, и прибор ловит свет, рассеянный назад из-под кожи. Пульс так меряют уверенно, чаще зелёным светом, а сатурация выходит менее точной: сигнал слабее, запястье двигается, и большинство таких устройств не являются медицинскими изделиями.
Эталон, против которого судят прищепку
В газоанализаторе артериальную кровь разрушают, помещают в кювету и просвечивают десятками длин волн, так что прибор различает оксигемоглобин, восстановленный, карбокси- и метгемоглобин по отдельности. Его SaO₂ — это правда, по которой калибруют и проверяют пульсоксиметры, и в спорных случаях врач берёт кровь из артерии, а не верит прищепке.
05 · Правила записи
Sp и Sa · проценты · кислородБуква перед O₂ называет прибор
Сатурацию пишут с обозначением источника, целым числом процентов и условиями — дышит ли человек воздухом или получает кислород.
Первая строка справа теряет регистр, индекс и знак процента, вторая путает сатурацию с давлением кислорода, а третья ставит знак равенства между прищепкой и газоанализатором, хотя допустимая ошибка прибора — несколько процентов. Четвёртая называет долю занятого гемоглобина количеством кислорода, пятая приписывает прибору точность до десятых, которой у него нет, а шестая пишет пульс в герцах, хотя 72 удара в минуту — это 1,2 Hz.
06 · Соседние единицы
давление · длина волны · частотаSpO₂ окружают миллиметр ртутного столба, в котором меряют давление кислорода в крови, нанометр — длина волны, на которой гемоглобины различаются цветом, — и удары в минуту, которые тот же прибор считает по пульсовой волне.
Связано с сатурацией S-образной кривой диссоциации гемоглобина.
660 и 940 nm выбраны там, где гемоглобины различаются сильнее всего.
Пульс по периоду пульсовой волны, та же частота, что у сердца.
07 · Исторический раздел
архив · от мочки уха до FDAКак помеха стала главным сигналом
{title}
{text}
Как часто прибор пропускал нехватку кислорода
Высота столбика — доля пар измерений, где SpO₂ была 92—96 %, а настоящая SaO₂ ниже 88 %, у белых и чернокожих пациентов в исследовании Сьёдинга и соавторов, NEJM 2020; шкала от нуля до 12 %. Рамка обходит столбики.
Разница втрое при одном и том же числе на экране — и именно после этой работы регуляторы пересмотрели требования к испытаниям.
Прибор, у которого калибровка — это люди
У пульсоксиметра нет эталона, который можно положить в прищепку: калибровочную кривую для каждой модели снимают на живых людях, которых понемногу лишают кислорода в лаборатории, одновременно беря у них артериальную кровь. Стандарт ISO 80601-2-61 требует не меньше десяти здоровых добровольцев и нескольких сотен пар точек в диапазоне от 70 до 100 %, а точность выражают среднеквадратичной разницей Arms: регуляторы допускают не больше трёх-четырёх процентов.
Слабое место оказалось в составе этих десяти человек. Старые правила требовали лишь нескольких добровольцев с тёмной кожей, и приборы, проходившие испытания, на них почти не проверялись; средняя ошибка по всей группе выглядела малой, а систематический сдвиг для части людей в ней растворялся.
После исследований 2020—2022 годов FDA созвало экспертный совет и предложило испытывать приборы на людях всего диапазона пигментации, оценивая её объективно по цвету кожи, а не по анкете, и отдельно сообщать точность для каждой группы. Так вопрос справедливости впервые стал вопросом метрологии: кому досталась калибровка.
Семь основных единиц СИ
Каталог величин
Медицина
Капля кислоты меняет цвет сока, соль красит пламя, вода замерзает от стука. Под ними — все листы Simetrium по дисциплинам и по алфавиту.
Открыть указатель →