10.04.2024

Sairaanhoitajan on tärkeää osata arvioida mittalaitteen näyttämän tarkkuutta ja luotettavuutta. Virheelliset mittaustulokset voivat johtaa vääriin hoitotoimiin.

 

Sairaanhoitajilta vaaditaan kriittisyyttä pulssioksimetrin näyttämään. Joskus pulssioksimetri ja verenpainemittari näyttävät eri sykkeitä. Pulssioksimetri voi näyttää myös jopa viisi prosenttia väärin tai jopa aivan vääriä lukemia. Kyse on myös potilasturvallisuudesta. Se vaarantuu, jos potilas saa tilaansa sopimatonta hoitoa, koska mittalaite vioittunut.

Nykyään myydään edullisia pulssioksimetrejä, joita monia voi hyvin käyttää myös ammattikäytössä. Toisaalta on myös tilanteita, joissa ehdottomasti tulee käyttää tarkkoja, usein kalliita, laitteita ja muita mittausmenetelmiä.

 

Happikyllästeisyys on paras mitata valtimoverinäytteestä

Tarkin ja luotettavin mittausmenetelmä valtimoverinäyte, kun haluttaessa tietää kudosten hapetustilasta ja tehdä verikaasuanalyysi. Huomattavasti nopeampaa, helpompaa ja edullisempaa happikyllästeisyyden mittaaminen on esimerkiksi sormenpäästä tai korvannipukasta pulssioksimetrillä.

Huomioon on otettava, että pulssioksimetrin tarkkuus ± 3 prosenttia luvataan vain, kun happikyllästeisyys on 70 % – 100 % alueella. Koronavirustautiin liittyi erikoinen happikyllästeisyyden lasku varkain jopa lukemaan viisikymmentä prosenttia.

Pulssioksimetri ei kuitenkaan viidenkymmenen prosentin lukemalla näytä enää luotettavasti eikä tarkasti. Jääkin mysteeriksi, mitä happikyllästeisyys todella on ollut, ellei ole otettu valtimoverinäytettä ja tehty verikaasuanalyysia.

 

Pulssioksimetrin toimintaperiaate on monimutkainen

Pulssioksimetrin toiminta perustuu siihen, että hapetetussa hemoglobiinissa (HbO2) ja hapettomassa hemoglobiinissa (RHb) tapahtuvassa valon absorptiossa on merkittäviä eroja tietyillä aallonpituuksilla. Molaarinen absorptiokerroin kuvaa sitä, kuinka voimakkaasti kemiallinen aine absorboi valoa tietyllä aallonpituudella.

HbO2 absorboi enemmän punaista valoa (600 nm) ja päästää vastaavasti lävitseen enemmän infrapunavaloa (940 nm). RHb puolestaan absorboi enemmän valoa infrapuna-alueella, ja punaista valoa pääsee läpi enemmän kuin HbO2:lla.

Led tuottaa hyvin kapean valon spektrin mutta on muistettava kyseessä olevan kuitenkin spektri. Mikään led ei säteile valoa vain tarkalleen jollain tietyllä aallonpituudella. Jokainen säteilyn lähde säteilee jonkunlaisen spektrin, jossa on useita eri aallonpituuksia eri intensiteeteillä.

Yleisesti ajatellaan punaisen värin aallonpituudeksi 620–750 nm, mutta Elektroniikkalehdessä jostain syystä punaisen valon aallonpituudeksi esitetään kuusi sataa nm. Kuuden sadan nm:n aallonpituus on mieluummin oranssin värin alueella. Oranssi led myydään erikseen ja sen tyypillinen aallonpituus on 605 nm. Punaisen ledin intensiteetti on suurimmillaan 633 nm:n aallonpituudella. Infrapuna-alueen aallonpituuden Elektroniikkalehti näyttää mainitsevan oikein.

Perusrakenteinen pulssioksimetri koostuu kahdesta ledistä (punainen 600 nm ja infrapuna 940 nm) ja yhdestä fotodiodista (PD) heijastavassa tai läpäisevässä kokoonpanossa. Pulssioksimetri syöttää pulssimuotoista virtaa punaiselle ledille ja mittaa tuloksena saatavan signaalin fotodiodin avulla. Sen jälkeen sama toistetaan IR-ledille ja lopuksi vielä molemmille niiden ollessa sammutettuina. Näin saadaan pohjataso ympäristöstä tuleville ulkopuolisille valolähteille. Tuloksena saadaan fotopletysmonografinen signaali (PPG) molemmille aallonpituuksille.

Toisaalta myös fotodiodin herkkyys vaihtelee vastaanotettavan valon aallonpituuden mukaan. Kuitenkaan tämä asia ei aiheuttane ongelmia mittauksen luotettavuuden tai tarkkuuden suhteen. Asia on otettava huomioon pulssioksimetriä suunniteltaessa, joskaan ei enää sitä käytettäessä.

Mitatussa signaalissa on kyse sekä tasavirta- että vaihtovirtakomponenteista. Tasavirtakomponentti johtuu jatkuvasti heijastavista kudoksista kuten ihosta, lihaksista, luusta ja laskimoverestä. Kun keho on levossa eikä liikkeillä ole juuri merkitystä, vaihtovirtakomponentti syntyy pääasiassa sykkivän valtimoveren heijastamasta valosta.

Vaihtovirtakomponentin suuruus riippuu syketasosta ja valtimon seinämän paksuudesta: systolisessa vaiheessa eli pumppausvaiheessa heijastuvaa tai läpäisevää valoa havaitaan eri määrä kuin sydämen diastolisessa vaiheessa eli lepojaksolla.

Käytännön sairaalamittauksessa tästä on hyötyä. Usein verenpaine ja happikyllästeisyys mitataan samalla kertaa. Pulssioksimetri näyttää myös syketaajuuden laskettuaan sen vaihtovirtakomponentista. Kun myös verenpainemittari näyttää syketaajuuden, voidaan mittaustulosten luotettavuutta arvioida heti mittareiden näyttämien syketaajuuksien perusteella.

Jos mittarit näyttävät toisistaan poikkeavia syketaajuuksia kuten usein käy, täytyy ajatella esimerkiksi pulssioksimetrin näyttävän väärin. Tässä tilanteessa on hyvä vain odotella, näyttääkö pulssioksimetri pian eri lukemaa. Pienellä viiveellä pulssioksimetri alkaakin näyttää samaa syketaajuuslukemaa kuin verenpainemittari. Happikyllästeisyyslukemakin vaihtuu aivan toiseksi.

Happikyllästeisyys tulee mitata potilaan ollessa levossa, mikä tulisi mittauksia opetettaessa käydä läpi. Happikyllästeisyyden mittaaminen fyysisen aktiviteetin aikana lisää mittaustulosten virheitä ja epäluotettavuutta.

Systolisessa vaiheessa sydän pumppaa verta, jolloin verenpaine valtimoissa nousee. Verenpaineen nousu puolestaan laajentaa valtimoita ja johtaa niissä olevan veren tilavuuden kasvuun. Verimäärän lisääntyminen taas lisää valon absorptiota. Verenpaine vuorostaan laskee diastolisen vaiheen aikana. Sen seurauksena myös valon absorptio vähenee.

Laskemalla vaihtovirta- ja tasavirtakomponentit PPG-signaalista voidaan määrittää sydämen eteisveren valoabsorption muutos -a.d2. sen aiheuttaa sydämen pumppaama veri ilman muiden kudosten vaikutusta.

Vaihtovirtakomponenttien suhdetta tasavirtakomponenttiin kutsutaan perfuusioindeksiksi PI. Se tarkoittaa sykkivän verivirtauksen suhdetta ei-sykkivään staattiseen verivirtaukseen. PPG-pohjaisen syke- tai SpO2-mittausjärjestelmän tavoitteena on kasvattaa tasavirta- tai vaihtovirtasignaalisuhdetta.

Infrapuna- ja punaisen valon aallonpituuksien perfuusioindeksejä voidaan käyttää määrittämään suhteiden suhde (RoR), joka on PIred-suhteen suhde PIir-suhteeseen.

Beer-Lambertin lakia ei kuitenkaan voida käyttää suoraan, koska jokaisessa optisessa laiterakenteessa esiintyy useita muuttuvia tekijöitä, jotka aiheuttavat vaihtelua RoR:n ja SpO2:n suhteen välillä. Näitä ovat rakenteen mekaaniset väliseinämät, ledien ja fotodiodien väliset etäisyydet, elektroniikan ja mekaniikan kyky vaimentaa ulkoista hajavaloa, fotodiodin vahvistusvirheet ja monet muut.

Kliinisen luokan tarkkuuden saavuttamiseksi PPG-pohjaiselle SpO2-pulssioksimetrille on luotava hakutaulukko tai algoritmi RoR:n ja SpO2:n välisen korrelaation määrittämiseksi.

 

Vasta kalibroitu pulssioksimetri näyttää oikein

Mittausjärjestelmän tulee olla kalibroitu, jotta voidaan kehittää riittävän tarkka SpO2-algoritmi. SpO2-järjestelmän kalibroimiseksi on tehtävä kliininen tutkimus. Siinä osallistujien veren happitasoja alennetaan lääketieteellisin keinoin ja niitä seurataan lääkärin valvonnassa. Tätä kutsutaan hypoksiatutkimukseksi.

SpO2-mittausjärjestelmä voi olla vain yhtä tarkka kuin käytetty referenssimittaus. Vertailutasot voidaan mitata klipsillä sormenpäähän kiinnitettävillä oksimetreillä tai korkeimman mittausluokan tuovilla ko-oksimetreillä. Ko-oksimetria on kehoon tunkeutuva eli invasiivinen menetelmä veren happikyllästeisyyden mittaamiseksi. Se tarjoaa huippuluokan tarkkuuden, mutta soveltuu esimerkiksi teho-osastolla tapahtuvaan seurantaan.

Kalibrointiprosessia käytetään parhaan sovituskäyrän luomiseksi RoR-arvolle. Se lasketaan optisesta SpO2-laitteesta verrattuna ko-oksimetrillä suoritettuun kehonsisäiseen SaO2-mittaukseen. Tätä käyrää hyväksi käyttäen laaditaan hakutaulukko ja yhtälö SpO2-arvon laskemista varten.

Kalibrointi vaaditaan kaikille kehitettäville SpO2-mittareille, koska RoR riippuu useista muuttujista. Niitä ovat ledin aallonpituus ja intensiteetti, fotodiodin vaste, mittauskohta kehossa sekä ympäristön hajavalon vaimentaminen. Kaikki nämä vaihtelevat suunnittelukohtaisesti.

Korkeampi perfuusioindeksi sekä siitä seuraava voimakkaampi vaihtovirtasignaali punaisen ja IR-valon aallonpituuksilla lisäävät RoR-laskennan herkkyyttä ja parantavat siten SpO2-mittauksen tarkkuutta. Käänteisesti sanottuna käytettäessä pulssioksimetriä potilaan sormenpäässä potilaan puutteellinen ääreisverenkierto heikentää SpO2-mittauksen tarkkuutta. Jo yksin tämän vuoksi vuodepotilas kannattaa pitää lämpimänä lisäpeitoilla.

Hypoksiatutkimuksessa on kirjattava vähintään kaksi sataa mittausta tasaisin välein 100–70 prosentin välillä vaihtelevasta veren happikyllästeisyydestä. Mittauksiin tulee valita vaihteleva kokonaisuus koehenkilöitä ihonvärin, iän ja sukupuolen mukaan. Testihenkilöiden eroavaisuudet aiheuttavat hajontaa perfuusioindeksiin.

Kudoksen läpi valoa lähettävän trasmissiivisen pulssioksimetrin kokonaisvirheen tulisi olla alle 3,0 prosenttia ja refleksiivisen eli heijastukseen perustuvan oksimetrin alle 3,5 prosenttia. PPG-signaali voidaan luoda käyttämällä joko läpäisevää tai heijastavaa konfiguraatiota ledien ja fotodiodien sijoittelussa. Transmissiivinen konfiguraatio mittaa kehonosan läpi kulkevaa absorboitumatonta valoa. Kokoonpano sopii parhaiten sormen ja korvalehden kaltaisiin kehonosiin, joissa mittaus hyötyy suuresta kapillaaritiheydestä. Tämä tekee mittauksista vakaampia, toistettavampia ja vähemmän herkkiä sijoituskohteen vaihteluille. Transmissiiviset konfiguraatiot parantavat perfuusioindeksiä 40–60 dB. Heijastava PPG-rakenne valitaan, kun ledi ja fotodiodi on sijoitettava käytännön syistä vierekkäin esimerkiksi rannekkeessa tai rintavyössä.

 

Pulssioksimetrin näyttämän tulkinta vaatii kärsivällisyyttä

Pulssioksimetri on monimutkainen ja sen suorittama laskenta aiheuttaa viiveettä ja siksi pulssioksimetri ei normaalitilanteessa anna luotettavaa tulosta heti mittauksen alussa. Näytölle ilmestyvä ensimmäinen lukema ei olekaan usein kelvollinen potilastietojärjestelmään syötettäväksi.

Pulssioksimetrille tulee antaa hyvin aikaa suorittaa laskenta kokonaisuudessaan. Sen lukemaa täytyy jäädä seuraamaan vähäksi aikaa. Jos tulee vaikutelma, ettei pulssioksimetri anna oikeaa lukemaa, täytyy vaihtaa mittauskohtaa tai odottaa esimerkiksi sormien verenkierron vilkastumista.

Pulssioksimetri ei aina anna luotettavaa tulosta. Kokemukseni mukaan sairaalaosastolla oli kolme arvokasta sairaalakäyttöön tarkoitettua pulssioksimetriä, joista kaksi näytti keskenään hyvin erilaisia mittaustuloksia. Omasta sormenpäästäni toinen mittareista näytti happikyllästeisyydeksi 95 prosenttia, kun taas samaan aikaan toinen näytti korvannipukasta sata prosenttia. Pulssioksimetriin ei siis voi aina täysin luottaa. Pulssioksimetrit olivat sairaalakäyttöön tarkoitettuja kalliita, joiden arvo oli yhdeksän sataa euroa kappaleelta.

Normaali veren happikyllästeisyys on 97–99 prosenttia. Tyypillisesti terveiltä mitatessa mittari näyttää 98 prosentin happikyllästeisyyttä. Nyt kuitenkin pulssioksimetrit näyttivät keskimäärin 2,5 prosenttiyksikköä väärin. Tuollaisessa tilanteessa molemmat pulssioksimetrit tulisi lähettää kalibroitavaksi.

 

 

Potilasturvallisuus voi vaarantua sairaanhoitajan työssä

Potilasturvallisuus vi vaarantua esimerkiksi keuhkoahtaumatautipotilaan hoidossa, kun  hypoksemian aiheuttama hengityksen simulaatio on keskeinen seikka hypokseemisen potilaan hengityksen säätelyssä. Lisähappea tulee antaa varovasti tai hallitusti, mutta samalla tulee kuitenkin pyrkiä 88–92 prosentin happikyllästeisyyteen. Kuitenkin osaston sairaanhoitaja oli mitannut keuhkoahtaumatautipotilaan happikyllästeisyydeksi 98 prosenttia, kun lisähappea annettiin happiviiksillä 3 l/min ja sairaanhoitaja oli jatkanut vain normaalisti työvuoroaan.

Mittausten kanssa täytyykin olla aina edes vähän skeptinen. Täytyy pohtia, miksi lääkäri on määrännyt seurattavan potilaan happikyllästeisyyttä. Todennäköisesti lääkärin tavoitteena ei ollut 98 prosentin happikyllästeisyys keuhkoahtaumatautipotilaalla. Sairaanhoitajan olisi tuossa tilanteessa täytynyt käytännössä lopettaa lisähappi. Vähintään olisi olettanut hänen pienentävän lisähapen virtausta.

Happikyllästeisyyden mittauksissa, jos pulssioksimetri näyttää liian korkeaa lukemaa, vaarana on potilaan hypoksemia. Potilasturvallisuus voi tällöin vaarantua, koska hypoksemia voi aiheuttaa aivovaurion ja johtaa kuolemaan. Jos potilas saa lisähappea, liian korkea pulssioksimetrin lukema voi aiheuttaa riittämättömän lisähapen virtauksen ja hengenahdistuksen oireiden pahenemisen.

Toisaalta, jos pulssioksimetri näyttää liian korkeaa lukemaa ja potilas saa lisähappea, vaarana on hyperkapnia eli hiilidioksidin kertyminen. Tällöin hyperkapnia johtuu liian suuresta lisähapen virtauksesta. Se johtaa potilaan hengityksen vähentymiseen ja siksi myös hiilidioksidin vähäisempään poistumiseen uloshengityksessä. Tällöinkin potilasturvallisuus vaarantuu, sillä myös hyperkapniaan voi kuolla.

Korona-aikaan potilasturvallisuus saattoi vaarantua, koska koronaa sairastavilla ei ollut käytössään tai helposti saatavilla pulssioksimetriä, jolla happikyllästeisyyttä olisi voitu seurata. Koronavirustautiin liittyi poikkeuksellisen alhainen happikyllästeisyys, joillakin hoitoon hakeutuneilla potilailla jopa viisikymmentä prosenttia. Tämä on jo erittäin vaarallinen tila potilasturvallisuuden kannalta.

 

Potilaan kliininen tila varmistaa tuloksen

Potilaan tutkimisessa käytettävät yksinkertaiset mittalaitteet eivät ole aina kovin luotettavia tai tarkkoja ja potilaan kliinisen tilan muutakin arviointia tarvitaan. Esimerkiksi happikyllästeisyyden mittaamisessa pulssioksimetrillä mittaukseen liittyy ongelmia, joita on hyvä oppia tunnistamaan.

Teknologian lisääntyminen hoitotyössä tuo uudenlaisia haasteita. Nyt täytyy pystyä arvioimaan mittalaitteiden luotettavuutta, kun ehkä aiemmin ratkaisevaa oli kliinisen tutkimuksen tekevän hoitoalan ammattilaisen ammattitaito ja kokemus. Vaikka hoitohenkilökunnan avuksi onkin tuotu teknologiaa, nyt sitä käyttävien hoitajien ammattitaito korostuu eri tavalla. Tarvitaan teknologian ymmärtämistä muiden hoitajilta vaadittavien taitojen lisäksi.

 

 

Lähteet

 

Antonino, C. 2022. Hengityksen Vajaatoiminta (Hyperkapnia): syyt, oireet, diagnoosi, hoito. Parma: Emergency Live. Viitattu 23.9.2023. https://emergency-live.com/fi/terveys-ja-turvallisuus/hengitysvajaus-hyperkapnia-aiheuttaa-oireita-diagnoosi-hoito/

Elonheimo, P. 2018. Potilasta ei seurattu kahteen tuntiin, menehtyi hapenpuutteesta johtuneeseen aivovaurioon – erikoislääkärille sakot. Iltalehti 29.6.2018. Viitattu 23.9.2023. https://www.iltalehti.fi/kotimaa/a/201806292201042858

Finnerty, R. 2022. Happisaturaatio voidaan mitata tarkasti ranteesta. Stockholm: Elektroniktidningen Sverige AB. Viitattu 5.9.2023. https://etn.fi/index.php/tekniset-artikkelit/13063-happisaturaatio-voidaan-mitata-tarkasti-ranteesta

Helmenstine, A. 2020. The Visible Spectrum: Wavelengths and Colors. ThoughtCo. Viitattu 23.9.2023. https://www.thoughtco.com/understand-the-visible-spectrum-608329

LaMotte, S. 2020. Silent hypoxia: Covid-19 patients who should be gasping for air but aren’t. CNN 7.5.2020. Viitattu 23.9.2023. https://edition.cnn.com/2020/05/06/health/happy-hypoxia-pulse-oximeter-trnd-wellness/index.html

Limic Oy 2023. Valon spektri. Mitä LED valon spektrikuva kertoo?  Viitattu 23.9.2023. https://valokas.fi/valon-spektrikuva-mita-se-kertoo/

Paschotta, R. Spectral Response Of a Photodetector. RP Photonics AG. Viitattu 23.9.2023. https://www.rp-photonics.com/spectral_response_of_a_photodetector.html

Rudolf Riester GmbH 2023. ri-fox N Pulse Oximeter. Viitattu 23.9.2023. https://riester.de/products/vital-signs-devices/ri-fox-n-pulse-oximeter

Tao Liu, Miao Huang, Ruixuan Li, Jianwei Zeng, Yihui Li, Ru Fu, Xiaogang Li & Weihong Jiang 2022. Accuracy and stability evaluation of different blood sampling methods in blood gas analysis in emergency patients: A retrospective study. John Wiley & Sons. Viitattu 23.9.2023. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/jcla.24736

Vishay Intertechnology 2023. Products » LEDs » Orange. Viitattu 23.9.2023. https://www.vishay.com/en/leds/orange/