De plaats van pols-oxymetrie bij de bewaking van patiënten tijdens operatie en op de intensive care-afdeling

Klinische praktijk
J.T.A. Knape
D.K. Appelboom
Citeer dit artikel als
Ned Tijdschr Geneeskd. 1988;132:812-5
Download PDF

Zie ook de artikelen op bl. 808 en 815.

Hoewel het gebruik van continue, invasieve en niet-invasieve bewakingsmethoden van hart en circulatie door de technische ontwikkelingen van de laatste jaren gemeengoed is geworden bij de bewaking van patiënten onder narcose en ernstig zieke patiënten op intensive care-afdelingen, was een betrouwbare, continue bewaking van de oxygenatie van het arteriële bloed bij deze patiënten tot voor kort nog steeds slechts mogelijk door het aanbrengen van polarografische elektroden in de bloedbaan of – vooral – door bloedgasanalyse. Dit laatste is kostbaar, technisch lastig, vereist de afname van arterieel bloed en verschaft geen continue informatie. Veranderingen in de oxygenatie van het bloed bij een patiënt onder narcose of op een intensive care-afdeling kunnen echter zeer snel en vaak onvoorzien optreden. De daaruit resulterende weefselhypoxie is een belangrijke oorzaak van morbiditeit en uiteindelijk de dood van een aantal patiënten. De transcutane meting van de zuurstofspanning kan continu plaatsvinden, maar is niet altijd een even betrouwbare maat voor de arteriële zuurstofspanning.1 Bij baby's is deze meting vaak wel nauwkeurig. Daarbij dient echter de meetplaats op de huid te worden voorbehandeld, moet de opnemer luchtdicht bevestigd worden en blijven en moet de huid voortdurend worden verwarmd om het capillairbed goed te doen doorstromen. De laatste jaren is er een nieuwe vorm van bewaking van de oxygenatie ter beschikking gekomen: pols-oxymetrie. Met deze methode kunnen op eenvoudige, niet-invasieve wijze de arteriële zuurstofverzadiging en de polsfrequentie continu worden bewaakt.

Geschiedenis

De bepaling van de zuurstofverzadiging van weefsel of bloed met oxymetrie berust op de verschillen in absorptiespectrum tussen hemoglobine (Hb) en oxyhemoglobine (HbO2). Wanneer door O2-binding Hb overgaat in HbO2 neemt de lichtabsorptie van het bloed tussen de golflengten 600 nm en 700 nm aanzienlijk af. Een oxymeter meet deze verandering in lichtabsorptie. Voor de berekening van de zuurstofverzadiging wordt veelal gebruik gemaakt van de wet van Lambert-Beer, die het verband beschrijft tussen enerzijds de lichtabsorptie en anderzijds de concentratie van de absorberende stoffen en de lengte van de lichtweg. Hoewel de wet van Lambert-Beer alleen geldt voor niet-verstrooiende media heeft de praktijk geleerd dat deze wet, met zekere restricties, in de oxymetrie ook goed kan gelden.

Gebruik makend van deze kennis pasten Krogh en Leicht in 1919 voor het eerst spectrometrie toe om zuurstofsaturatie te meten in het bloed van vissen.2 In het begin van de jaren dertig begon Nicolai met kwantitatief spectrofotometrisch onderzoek van door menselijke huid stralend licht om zuurstofconsumptie te kunnen meten,3 maar de eerste nauwkeurige zuurstofsaturatiemetingen in vitro werden verricht door Kramer uit Göttingen in 1934.4 Matthes en Gross waren vijf jaar later de eersten die licht toepasten van twee verschillende frequentiebanden in rood en infrarood.5 Deze laatste frequentie wordt niet beïnvloed door zuurstof, zodat voor veranderingen in dikte van het weefsel, doorbloeding en lichtintensiteit kon worden gecompenseerd.

In de V.S. en in Engeland werd de ontwikkeling van oxymetrie gestimuleerd vanuit de militaire vliegerij, omdat de toenmalige vliegtuigen geen drukcabines hadden en het probleem zich voordeed dat piloten het bewustzijn verloren tijdens luchtgevechten op grote hoogte. Millikan et al. ontwierpen een lichtgewicht oxymeter voor toepassing op het oor.6 Deze meter werd verbonden met een systeem dat de zuurstoftoevoer naar het masker van de piloot regelde afhankelijk van de aan het oor gemeten zuurstofverzadiging. De onnauwkeurigheid van de toen gebruikte instrumenten werd aanmerkelijk verbeterd door Wood en Geraci, die het infraroodfilter verbeterden en de meter voorzagen van een opblaasbaar ballonnetje waarmee de oorlel bloedleeg kon worden gemaakt ter kalibratie.7 Deze meter werd voor het eerst op beperkte schaal klinisch gebruikt bij pasgeborenen, tijdens thoraxchirurgie en voor diagnostiek in de cardiologie.

De bepaling van de zuurstofsaturatie van bloed in vitro door in plaats van doorschijnend licht gebruik te maken van gereflecteerd licht is een uitvinding van de Nederlanders Brinkman en Zijlstra uit Groningen.8 Een belangrijke verbetering was dat het gereflecteerde licht grotendeels onafhankelijk was van de dikte van het weefsel en van de hemoglobineconcentratie. Deze uitvinders van de ‘cycloop’-oxymeter (bevestigd op het voorhoofd) mogen worden beschouwd als de vaders van de techniek waarmee de huidige pols-oxymeters zijn uitgerust.9 Als directe toepassing van de ontdekking van Brinkman en Zijlstra ontwierpen Enson et al. een fiberoptische oxymeter, nadat speciale dunne en buigbare, dubbelgelaagde glasvezels beschikbaar waren gekomen.10 Hierbij verlichtten sommige vezels intra-arterieel het bloed (bijvoorbeeld tijdens hartcatheterisatie) en geleidden andere vezels het licht terug. Het ontstaan van de huidige generatie betrouwbare oxymeters is het gevolg van de vinding van de Japanner Aoyagi dat de veranderingen van het bloedvolume in weefsel tijdens elke arteriële pulsatie gebruikt kunnen worden om een signaal te krijgen dat alleen afhankelijk is van de veranderingen in arterieel bloed, zodat op deze manier niet-invasief de arteriële saturatie kan worden bepaald.11

Werkingsprincipe

De reflectie-pols-oxymetrie zoals die nu wordt toegepast, berust op de verschillen in absorptiespectra van hemoglobine en geoxygeneerd hemoglobine. Deze zijn maximaal in het rode gebied bij 640 nm. Daarnaast wordt bij een tweede golflengte gemeten, waarbij oxygenatie vrijwel geen verandering in lichtabsorptie door hemoglobine veroorzaakt (meestal rond 940 nm). De pulsaties van de arteriële bloedstroom moduleren de absorptie van het licht bij deze twee golflengten, in tegenstelling tot de overige weefsels en weefselvloeistoffen. In pathologische omstandigheden kan de aanwezigheid van bijzondere hemoglobinesoorten (carboxyhemoglobine en methemoglobine) de berekenig van de SaO2 verstoren.

Pols-oxymeters bestaan uit een opnemer (te plaatsen op de neusrug, de vinger, de oorlel of de voet bij kinderen), een microprocessor en een beeldscherm dat continu de zuurstofsaturatie, de polsfrequentie en liefst ook het plethysmogram weergeeft (figuur 1). De huidige toestellen zijn meestal draagbaar. In de opnemer zijn twee minuscule lichtbronnen aanwezig (zg. LED's) en een fotodetector. De differentiatie tussen de absorptie van licht door arterieel bloed en die van de andere weefsels wordt opgelost door de microprocessor. Deze ontleedt het gemeten licht van beide dioden in een wisselstroompje (overeenkomend met de pulserende component) en een gelijkstroompje (dat overeenkomt met de absorptie door niet pulserende componenten). Dit laatste wordt door de microprocessor geëlimineerd en het overblijvende pulserende deel wordt door de microprocessor verder verwerkt (figuur 2). Alternerend wordt licht van beide frequenties aan- en uitgeschakeld met een frequentie van rond de 700 Hz en de hiermee berekende saturatie op dat moment wordt gemiddeld over 3 tot 6 seconden, waardoor een snelle responstijd wordt bereikt.

De betrouwbaarheid van de metingen in het meetgebied tussen 60 en 99,5 is hoog en ligt binnen de 1,5 en 2.12-14 Metingen bij lagere saturaties zijn klinisch niet interessant. Dit betekent dat pols-oxymeters de SaO2 betrouwbaar meten in het gebied waarin de PaO2 ligt tussen ongeveer 34 mmHg (4,8 kPa) en 90 mmHg (12 kPa), dat wil zeggen in het klinisch belangrijke overgangsgebied tussen normaal geoxygeneerd arterieel bloed en hypoxemie. Wanneer een SaO2 wordt gemeten van 99 kan de PaO2 enorm variëren: van 90 mmHg tot bijvoorbeeld duizenden mmHg onder hyperbare omstandigheden. In dit gebied is de partiële zuurstofspanning een bruikbaardere graadmeter. Bij normale pH en normale temperatuur vormt een daling van de saturatie onder 94 een waarschuwing voor dreigende hypoxemie. Bij koorts en acidose is de PaO2 bij een gegeven SaO2 hoger.

Gebruik in de kliniek

Uit eigen ervaring en die van anderen blijkt dat de huidige pols-oxymeters kleine en goed te hanteren bewakingsapparaten zijn, waarvan de betrouwbaarheid is bewezen.12-15 Het gebruik ervan is vooral van waarde bij patiënten bij wie onverwacht perioden van hypoxemie kunnen optreden. Dit kan bijvoorbeeld gebeuren tijdens operaties waarbij van de anesthesist de toegang tot de patiënt of diens luchtwegen is bemoeilijkt, zoals bij neurochirurgische operaties of operaties in het hoofd-halsgebied. Een andere belangrijke toepassing zijn longoperaties bij patiënten met een slechte algemene longfunctie. Bij patiënten van een gekleurd ras, bij wie tijdens een operatie hypoxemie zich uitend als cyanose niet goed zichtbaar is, waarschuwt een pols-oxymeter wel op tijd. Kinderen zijn zeer kwetsbaar voor perioden van hypoxemie, en deze kunnen tijdens operaties bij kinderen gemakkelijk optreden. Bij kinderchirurgie is pols-oxymetrie een vereiste. Bij patiënten die onder lokale anesthesie (oogoperaties) of geleidingsanesthesie worden geopereerd, vindt vaak geen enkele vorm van instrumentele bewaking plaats. Pols-oxymetrie is dan van bijzondere waarde, aangezien met deze meetmethode zowel de hartfrequentie als de effectiviteit van de ademhaling continu kan worden bewaakt. Ook in de verkoeverkamer en op de intensive care-afdeling zijn vele toepassingsmogelijkheden voor pols-oxymetrie. Perioden van hypoxemie door centrale ademdepressie (door opiaten of ziekten van het centrale zenuwstelsel) of door longziekten (adult respiratory distress syndrome) kunnen met de pols-oxymeter vroegtijdig opgespoord worden en onmiddellijk worden behandeld. De zuurstofconcentratie van de inademingslucht van patiënten op een verkoeverkamer of op een intensive care-afdeling kan met behulp van pols-oxymetrie snel worden bijgesteld om een goede SaO2 te handhaven. Dit vermindert de duur van perioden waarin hoge (toxische) zuurstofconcentraties moeten worden toegediend en kan kosten besparen.16 Pols-oxymetrie kan bijdragen aan het tijdens beademing kiezen van een optimale positieve eindexpiratoire druk (PEEP) of een continue positieve luchtwegdruk (CPAP). Het transport van beademde patiënten is vaak zeer riskant; dit risico kan door bewaking met een pols-oxymeter worden verminderd. Ook kan de pols-oxymeter vroegtijdig waarschuwen voor hypoxie bij intubatie, uitzuigen van de luchtwegen, broncholavage en thoraxdrainage. Het toepassen van pols-oxymetrie en capnografie bij patiënten met ernstige longziekten geeft continue informatie over de Sao2 en de effectiviteit van de afgifte van koolzuur, doch niet over de pH van het bloed. Toch kan op deze wijze het aantal bloedgasanalysen ter bewaking van de behandeling drastisch worden verminderd.

Een beperking van pols-oxymetrie is onder andere het onvermogen te onderscheiden tussen oxyhemoglobine en carboxyhemoglobine; verder is de meetmethode minder betrouwbaar tijdens ernstige hypotensie of tijdens de toediening van hoge doses vaatvernauwende middelen, wanneer geen goede polsgolf zichtbaar is. Een aantal pols-oxymeters waarschuwt dan ook wanneer het polssignaal onvoldoende is. De huidige pols-oxymeters worden meestal niet gestoord door diathermie-apparatuur. Wel zijn de meeste gevoelig voor bewegingen van de patiënt. Een van de laatste types is hiervoor ook niet meer gevoelig door koppeling van de polsgolf aan het ECG-signaal. Tot slot kan men met een pols-oxymeter op eenvoudige wijze de polsfrequentie en de Sao2 bewaken tijdens endoscopieën waarbij soms zieke patiënten behandeld met een sedativum enige tijd zonder enige instrumentele bewaking tijdens het onderzoek in een verduisterde ruimte dienen te liggen.

Conclusie

Continue bewaking van de arteriële zuurstofvoorziening van patiënten bij wie hypoxemie dreigt, is met de huidige pols-oxymeters op eenvoudige, niet-invasieve wijze mogelijk. Bij de bewaking van ernstig zieke patiënten en kleine kinderen bij wie te late ontdekking van hypoxemie direct levenbedreigend is, is het gebruik van een pols-oxymeter zinvol. Tijdens operaties kunnen snelle veranderingen in de oxygenatie optreden. Een pols-oxymeter kan dan op eenvoudige wijze waardevolle informatie verschaffen. In de Verenigde Staten worden pols-oxymeters als onderdeel van de standaardbewakingsapparatuur op operatiekamers gezien;17 een advies van de Kerncommissie voor Anesthesiologie in Nederland zal hier waarschijnlijk op aansluiten.

Literatuur
  1. Shoemaker WC. Physiological and clinical significance ofPtcO2 and PtcCO2 measurement. Crit Care Med 1980; 9: 689-90.

  2. Krogh A, Leicht I. The respiratory function of the bloodin fishes. J Physiol 1919; 52: 288-300.

  3. Nicolai L. Uber Sichtbarmachung, Verlauf und chemischeKinetik der Oxyhemoglobinreduktion im lebenden Gewebe, besonders in dermenschlichen Haut. Arch Ges Physiol 1932; 372-89.

  4. Kramer K. Bestimmung des Sauerstoffgehaltes und derHämoglobin Konzentration in Hämoglobinlösungen undhämolysierten Blut auf lichtelektrischem Wege. Z Biol 1934; 95:126-34.

  5. Matthes K, Gross F. Zur Methode der fortlaufendenRegistrierung der Farbe des menschlichem Blutes. Arch Exp Pathol Pharmakol1939; 191: 523-8.

  6. Millikan GA, Pappenheimer JR, Rawson AJ, Hervey JD.Continuous measurement of oxygen saturation in man. Am J Physiol 1941; 133:390-5.

  7. Wood E, Geraci JE. Photoelectric determination of arterialoxygen saturation in man. J Lab Clin Med 1949; 34: 387-401.

  8. Brinkman R, Zijlstra WG. Determination and continuousregistration of the percentage oxygen saturation in small amounts of blood.Arch Chir Neerl 1949; 1: 177-83.

  9. Brinkman R, Zijlstra WG, Koopmans RK. A method forcontinuous observation of percentag of oxygen saturation in patients. ArchChir Neerl 1950; 1: 333-44.

  10. Enson Y, Briscoe WA, Polanyi ML, Cournand A. In vivostudies with an intravascular and intracardiac reflection oximeter. J ApplPhysiol 1962; 17: 552-8.

  11. Nakajima S, Hirai Y, Takase H, Kuse A, Aoyagi K, et al.Performances of new pulse wave ear oximeter. Kokyu To Junkan 1975; 23:41-5.

  12. Chapman KR, Urzo A d‘, Rebuck AS. The accuracy andresponse characteristics of a simplified ear oximeter. Chest 1983; 83:860-4.

  13. Cecil WT, Petterson MT, Lampoonsun S, Rudolph CD.Clinical evaluation of the Biox IIA ear oximeter in the critical careenvironment. Respir Care 1985; 30: 179-83.

  14. Yelderman M, New W. Evaluation of pulse oximetry.Anesthesiology 1983; 59: 349-52.

  15. Knape JTA. Het verloop van de arteriëlezuurstofsaturatie bij twee anesthesietechnieken voor (adeno)tonsillectomiebij kinderen. Ned Tijdschr Geneeskd1988; 132. Ter perse.

  16. Brougher LI, Blackwelder AK, Grossman GD, Staton GW.Effectiveness of medical necessity guidelines in reducing cost of oxygentherapy. Chest 1986; 90: 646-8.

  17. Calkins JM, Waterson CK. The experts opine: What is yourprediction of the acceptable standards in operating room monitoring,including gas monitoring, over the next five years? Surv Anesthesiol 1987;31: 57-61.

Auteursinformatie

Vereeniging voor Ziekenverpleging, Amsterdam.

Sint Lucas Ziekenhuis, Amsterdam.

D.K.Appelboom, anesthesioloog.

Contact Dr.J.T.A.Knape, anesthesioloog

Gerelateerde artikelen

Reacties