Pulse Oximetry: Beyond SpO2

Pulse Oximetry: Beyond SpO₂

Dean R Hess

Respiratory Care December 2016, 61 (12) 1671-1680; 

DOI: https://doi.org/10.4187/respcare.05208

Dịch bài: BS. Đặng Thanh Tuấn – BV Nhi Đồng 1

Tóm tắt

Công nghệ đo độ bão hòa oxy qua mạch nẩy (pulse oximetry) mới hơn có sẵn sử dụng nhiều bước sóng ánh sáng và do đó có thể đo hơn 2 dạng hemoglobin, bao gồm carboxyhemoglobin (SpCO), methemoglobin (SpMet) và tổng lượng hemoglobin (SpHb). Một số nghiên cứu đã chỉ ra độ chệch (bias) tương đối thấp, nhưng độ chính xác kém, đối với SpCO so với HbCO. Các đánh giá về SpMet đã được thực hiện chủ yếu ở các đối tượng bình thường. Các đánh giá lâm sàng về SpHb cho thấy rằng nó có thể chưa đủ chính xác để đưa ra quyết định truyền máu. Sự biến đổi dạng sóng của pulse oximeter theo hô hấp có thể hữu ích để đánh giá tình trạng mạch nghịch (pulsus paradoxus) ở những bệnh nhân bị tắc nghẽn đường thở; nó cũng có thể được sử dụng để đo tần số thở. Sự thay đổi áp lực mạch (pulse pressure) theo chu kỳ hô hấp đã được sử dụng để đánh giá khả năng đáp ứng với dịch truyền ở những bệnh nhân thở máy và tương tự, sự thay đổi biên độ dạng sóng mạch nẩy của pulse oximeter có thể được sử dụng để đánh giá khả năng đáp ứng với dịch truyền. Tuy nhiên, có những hạn chế đối với phương pháp này và vẫn còn phải xác định xem nó có thể được áp dụng trên lâm sàng như thế nào bằng công nghệ pulse oximeter hiện có. Tín hiệu đo độ bão hòa oxy qua mạch nẩy có lẽ hữu ích cho các ứng dụng ngoài SpO₂. Tuy nhiên, công nghệ hiện tại vẫn chưa trưởng thành và cần phải có những cải tiến. Với những cải tiến về công nghệ, việc sử dụng phương pháp đo độ bão hòa oxy qua mạch nẩy để phát hiện SpCO, SpMet, SpHb, mạch nghịch, tần số thở và khả năng đáp ứng dịch truyền có thể sẽ được cải thiện trong tương lai.

Giới thiệu

Phương pháp đo độ bão hòa oxy qua mạch nẩy thường được sử dụng để đánh giá SpO₂ và nhịp tim. Phép đo pulse oximeter thông thường sử dụng 2 bước sóng ánh sáng (đỏ và hồng ngoại) truyền qua một lớp mạch xung động, chẳng hạn như hệ thống mạch máu xa của ngón tay. Pulse oximeter sử dụng tỷ lệ tín hiệu đỏ/hồng ngoại và các bảng hiệu chuẩn độc quyền để tính SpO₂.1,2 Các nhà sản xuất tuyên bố độ chính xác là 2%, được đánh giá bằng SD về sự khác biệt giữa SpO₂ và oxyhemoglobin (HbO₂) bằng phép đo co-oximetry, được đo đồng thời trong đối tượng lành mạnh. SD 2% phản ánh sai số dự kiến là 4% (2 SD), đồng ý với sai số 3–4% được báo cáo trong các nghiên cứu lâm sàng.3 Hiệu suất của thế hệ pulse oximeter hiện tại đã được cải thiện trong việc thiết lập tín hiệu kém/tỷ lệ nhiễu, chẳng hạn như nhiễu do chuyển động và tưới máu kém. Gần đây, công nghệ pulse oximeter đã mở rộng ngoài phép đo SpO₂ sang các ứng dụng khác, chẳng hạn như đo carboxyhemoglobin (HbCO), methemo-globin (HbMet) và tổng lượng hemoglobin (SpHb). Phép đo pulse oximeter cũng đã được sử dụng để đánh giá mạch nghịch, khả năng đáp ứng dịch truyền và tần số thở. Mục đích của bài báo này là để xem xét những tiến bộ gần đây trong phép đo độ bão hòa oxy qua mạch nẩy.

Carboxyhemoglobin, Methemoglobin, Tổng Hemoglobin

Carboxyhemoglobin

Sự không chính xác của SpO₂ qua 2 bước sóng truyền thống khi có HbCO đã được đánh giá cao trong thời gian gần như miễn là pulse oximeter còn được bán trên thị trường.4 Điều này liên quan đến các đặc điểm hấp thụ ánh sáng của HbCO so với của HbO₂ (Hình 1). HbCO làm tăng sai SpO₂, thường bằng một lượng nhỏ hơn HbCO nhưng có thể dẫn đến đánh giá quá cao

HbO₂.6 Sự khác biệt giữa SpO₂ và HbO₂ do HbCO được gọi là khoảng trống (gap) của phương pháp đo pulse oximeter.7 Công nghệ đo độ bão hòa oxy qua mạch nẩy sử dụng 7+ hiện đã có bước sóng ánh sáng, thay vì 2 như bình thường, và do đó có thể đo được> 2 loại hemoglobin ở người, bao gồm carboxy-hemoglobin (SpCO).

Hình 1. Đặc điểm hấp thụ ánh sáng của hemoglobin, oxyhemoglobin, carboxyhemoglobin và methemoglobin. Ở bước sóng 660 nm, sự hấp thụ oxyhemoglobin và carboxyhemoglobin gần giống nhau. Từ Tham chiếu 5, với sự cho phép.

Trong nghiên cứu đầu tiên được công bố về công nghệ này, 10 tình nguyện viên hít thở 500 ppm CO cho đến khi HbCO của họ đạt 15%.8 SpCO có độ chệch (sai số trung bình) là -1% (SpCO - HbCO) và độ chính xác (SD của sai số) là 2%. Do đó, các giới hạn của thỏa thuận là −5 đến 3%. Trong một nghiên cứu tình nguyện bình thường khác, Feiner và cộng sự9 đã xác định liệu tình trạng giảm oxy máu có cản trở việc phát hiện chính xác HbCO hay không. F_IO₂ làm giảm xuống HbO₂ là 80%, và CO hít vào tăng lên HbCO là 12%.

Đo độ bão hòa oxy qua mạch nẩy phát hiện chính xác tình trạng giảm oxy máu với cả nồng độ HbCO bình thường và tăng cao (sai lệch 0,44% ± 1,69% khi HbCO <4% và −0,29% ± 1,64% khi HbCO ≥4%). HbCO được phát hiện chính xác trong tình trạng thiếu oxy máu và thiếu oxy vừa (sai lệch -0,98 ± 2,6 khi HbO₂ ≥95% và 0,7 ± 4,0 khi HbO₂ <95%). Tuy nhiên, khi HbO₂ giảm xuống dưới 85%, pulse oximeter luôn cho sai số chất lượng tín hiệu thấp và không báo SpCO. Các tác giả kết luận rằng, ở những người tình nguyện khỏe mạnh, pulse oximeter phát hiện chính xác tình trạng giảm oxy máu với cả HbCO thấp và cao, và SpCO chỉ phát hiện chính xác HbCO khi HbO₂> 85%.

Mức Hb và HbCO bất thường ảnh hưởng đến khả năng khuếch tán carbon monoxide (DLCO). Ruppel và cộng sự10 đã so sánh SpHb và SpCO với Hb và HbCO đo được để điều chỉnh DLCO. SpCO không khác biệt có ý nghĩa so với HbCO (2,1 ± 4,0 so với 2,5 ± 2,3), nhưng có sự thay đổi rộng. Có sự khác biệt nhỏ, nhưng đáng kể, trong DLCO được điều chỉnh, tùy thuộc vào việc sử dụng các giá trị đo oxy trong máu hoặc mạch. Dự đoán DLCO điều chỉnh cho Hb và HbCO là 22,5 ± 4,8 mL/phút/mm Hg đo bằng pulse oximeter và 23,5 ± 4,5 mL/phút/mm Hg bằng các giá trị đo từ phân tích khí máu động mạch. Các giới hạn thỏa thuận đối với DLCO điều chỉnh đo độ bão hòa oxy qua mạch nẩy vượt quá ngưỡng lâm sàng 3 mL/phút/mm Hg đối với điều chỉnh Hb và đối với điều chỉnh Hb + HbCO kết hợp. Giá trị DLCO dự đoán khác nhau> 3 mL/phút/mm Hg ở 17% đối tượng. Các tác giả kết luận rằng phép đo độ bão hòa oxy qua mạch nẩy có tính hữu ích hạn chế trong việc điều chỉnh các giá trị DLCO được dự đoán hoặc đo được. Tuy nhiên, họ cho rằng có thể hữu ích khi sàng lọc bệnh nhân để làm xét nghiệm xâm lấn, đặc biệt nếu DLCO gần với giới hạn dưới của mức bình thường.

Touger và cộng sự¹¹ đã đánh giá sự thống nhất giữa SpCO và HbCO trong một mẫu đối tượng ở khoa cấp cứu nghi ngờ ngộ độc CO. Mức HbCO dao động từ 0 đến 38%. Họ nhận thấy độ chệch là 1,4% và giới hạn thỏa thuận là -11,6 đến 14,4%. SpCO xác định đúng 11 trong số 23 đối tượng có HbCO> 15%, và có một trường hợp HbCO <15% trong đó SpCO> 15%. Trong một trường hợp, HbCO vượt quá 30%, trong khi SpCO là <5% và trong một trường hợp khác, giá trị SpCO vượt quá 20% và> 4 lần HbCO. Trong một bài xã luận kèm theo xuất bản của nghiên cứu này, Maisel và Lewis12 đề xuất rằng, vì tính không chính xác tiềm ẩn của nó, không nên sử dụng SpCO để thay thế cho phép đo HbCO trong phòng thí nghiệm.

Roth và cộng sự13 đã so sánh SpCO và HbCO ở 1.578 đối tượng tại khoa cấp cứu. Phân tích Bland-Altman cho thấy sự sai lệch giữa SpCO và HbCO là 2,3% (KTC 95% 2,1–2,5%) cho mọi đối tượng, 1,4% (KTC 95% 1,0–1,8%) cho người hút thuốc và 2,8% (KTC 95% 2,5– 3,1%) đối với người không hút thuốc và độ chính xác là 4,0% (4,4% đối với người hút thuốc, 4,3% đối với người không hút thuốc), dẫn đến giới hạn thỏa thuận từ −5,7 đến 10,4% (−7,4 đến 10,2% đối với người hút thuốc, −5,8 đến 11,4% đối với người không hút thuốc). Bởi vì mối quan hệ giữa SpCO và HbCO không được phân phối bình thường, họ cũng thực hiện phân tích BlandAltman bằng cách sử dụng các giá trị được biến đổi nhật ký. Điều này dẫn đến sai lệch SpCO cao hơn 3,0% so với HbCO (1,5% đối với người hút thuốc, 4,3% đối với người không hút thuốc) và độ chính xác là 3,3% (2,9% đối với người hút thuốc, 2,98% đối với người không hút thuốc), với giới hạn thỏa thuận từ −3,55 đến 9,53% (−4,3 đến 7,3% đối với người hút thuốc, −1,6 đến 10,3% đối với người không hút thuốc).

Caboot và cộng sự14 đã đánh giá độ chính xác của SpCO ở 50 trẻ em bị bệnh hồng cầu hình liềm. So với HbCO, độ lệch SpCO là 0,1% với độ chính xác ± 2,1%. Có sự thay đổi lớn hơn trong phép đo SpCO (0–10%) so với phép đo HbCO xâm lấn (0,4–4,4%). Đáng lưu ý, nồng độ HbCO trong nghiên cứu này thấp (<5%), đặt ra câu hỏi về mức độ phù hợp lâm sàng của những phát hiện này.

Trong một mẫu tiện lợi gửi đến phòng cấp cứu, Weaver và cộng sự15 đã đo SpCO và đồng thời xét nghiệm HbCO. Các giá trị âm tính giả hoặc dương tính giả được xác định là SpCO lớn hơn hoặc nhỏ hơn ít nhất 3% so với mức HbCO, được nhà sản xuất báo cáo là ± 1 SD về hiệu suất. Trong số 1.363 đối tượng, 122 (9%) đáp ứng tiêu chí về giá trị dương tính giả (khoảng 3–19%), trong khi 247 (18%) đáp ứng tiêu chí về giá trị âm tính giả (−13 đến −3%) (Hình 2). Nguy cơ khi đọc SpCO dương tính giả bao gồm nữ giới và có chỉ số tưới máu thấp hơn. HbMet, nhiệt độ cơ thể và huyết áp cũng ảnh hưởng đến độ chính xác của SpCO. Các tác giả cũng báo cáo sự thay đổi giữa các máy đo. Các tác giả kết luận rằng, mặc dù pulse oximeter hoạt động theo thông số kỹ thuật của nhà sản xuất, việc sử dụng thiết bị này khiến bác sĩ lâm sàng kỳ vọng một số chỉ số SpCO cao hơn hoặc thấp hơn đáng kể so với phép đo HbCO. Hơn nữa, các tác giả khuyến cáo không nên sử dụng SpCO để chỉ đạo phân loại hoặc quản lý bệnh nhân. Mặc dù SpCO tăng cao có thể mở rộng chẩn đoán ngộ độc CO ở những bệnh nhân có các triệu chứng không đặc hiệu, nhưng mức SpCO âm tính ở những bệnh nhân nghi ngờ bị ngộ độc CO không bao giờ được loại trừ ngộ độc CO và không nên sử dụng khi chưa xác nhận với HbCO đo được.

Sebbane và cộng sự16 đã so sánh SpCO với phép đo HbCO trực tiếp ở những đối tượng nghi ngờ ngộ độc CO tại khoa cấp cứu. SpCO dao động từ 1 đến 30%, và HbCO dao động từ 0 đến 34%. Sự khác biệt trung bình giữa HbCO và SpCO là −0,2 ± 3,3% (95% giới hạn thỏa thuận là −6,7 và 6,3%) cho cả nhóm thuần tập, −0,7% (giới hạn thỏa thuận −7,7 và 6,2%) đối với người không hút thuốc, và 0,6% (giới hạn thỏa thuận -5,0 và 6,2%) đối với người hút thuốc (Hình 3). Các ngưỡng tối ưu để phát hiện ngộ độc CO là SpCO lần lượt là 9 và 6% đối với người hút thuốc và người không hút thuốc. Các tác giả kết luận rằng SpCO không thể thay thế cho phép đo HbCO trong máu. Tuy nhiên, họ gợi ý rằng SpCO có thể hữu ích như một xét nghiệm sàng lọc đầu tiên trong khoa cấp cứu.

Thông thường của các nghiên cứu này là phát hiện SpCO có độ chệch tương đối thấp nhưng độ chính xác kém đối với SpCO so với HbCO. Có thể độ chệch là thấp do các kết quả sai xảy ra như nhau ở trên và dưới giá trị thực, chúng triệt tiêu lẫn nhau một cách hiệu quả.17 Một số bài xã luận đã được xuất bản về độ chính xác của SpCO. Maisel và Lewis12 thừa nhận rằng SpCO chính xác và đáng tin cậy sẽ là một tiến bộ quan trọng về mặt lâm sàng, mang lại tiềm năng chẩn đoán nhanh hơn và điều trị sớm hơn HbCO. Tuy nhiên, vì tính không chính xác của nó, không nên xem SpCO như một thông số thay thế cho HbCO. Họ gợi ý rằng nên thực hiện các nỗ lực để phát triển một phép đo SpCO chính xác hơn. Wilcox và Richards18 cho rằng sự phụ thuộc rộng rãi vào SpCO là quá sớm. 

Hình 2. Phân bố sự khác biệt giữa carboxy-hemoglobin được đo không xâm lấn (SpCO) so với qua máu (HbCO), được làm tròn đến điểm phần trăm đầy đủ gần nhất. Các đường đứt nét xung quanh số 0 đại diện cho phạm vi chính xác ± 3 điểm phần trăm, được nhà sản xuất báo cáo là ± 1 SD. Có 3 cá thể có SpCO - HbCO ≤ 11% và 8 cá thể có SpCO - HbCO ≥ 11%. Dữ liệu cho thấy rằng những máy này thường xuyên bị đánh giá thấp HbCO hơn. Từ Tham chiếu 15.

Các bác sĩ lâm sàng phải nhận thức được những hạn chế của SpCO và những bệnh nhân được coi là có nguy cơ mắc carboxyhemoglobin huyết phải được kiểm tra nồng độ trong máu xác nhận. Trong một đánh giá của Shamir và cộng sự17 được xuất bản vào năm 2012, các tác giả cho rằng hiện tại có quá nhiều độ chệch trong SpCO để đảm bảo một khuyến nghị cho việc ra quyết định lâm sàng.

Một vấn đề quan trọng được đánh giá cao là pulse oximeter đo SpCO sử dụng thuật toán 2 bước sóng thông thường để xác định SpO₂. Khi có mức HbCO đáng kể, các giá trị SpO₂ được hiển thị bao gồm các lỗi tương tự như phép đo độ bão hòa oxy qua mạch nẩy thông thường.¹⁹

Methemoglobin

HbMet được tạo ra khi sắt trong hemoglobin bị oxy hóa từ trạng thái sắt (Fe2+) sang trạng thái sắt (Fe3+), làm cho nó không có khả năng vận chuyển oxy và dịch chuyển đường cong phân ly HbO₂ sang trái.20 HbMet hình thành bình thường để phản ứng với ứng suất oxy hóa, được chống lại bởi cơ chế bảo vệ giữ mức HbMet dưới 1%. HbMet có thể do di truyền hoặc mắc phải. Bệnh nhân HbMet di truyền chịu đựng ở mức độ cao mà không có triệu chứng. HbMet thường được thu nhận nhiều hơn sau khi tiếp xúc với chất oxy hóa ngoại sinh. Chúng bao gồm nitrat, clorat, hợp chất anilin, dapsone, benzocain và oxit nitric dạng hít.

Hình 3. Bland-Altman vẽ biểu đồ sự khác biệt giữa cacboxyhemoglobin (HbCO) được đo bằng pulse oximeter (SpCO) và được đo thông qua phân tích khí máu trong phòng thí nghiệm so với giá trị trung bình của các phép đo. Từ Tham chiếu 16.

Giá trị SpO₂ của pulse oximeter 2 bước sóng thông thường bị ép xuống 85% khi có mức HbMet cao.19 Công nghệ đo độ bão hòa oxy qua mạch nẩy hiện có sẵn để đo methemoglobin (SpMet). Barker và cộng sự8 đã gây ra HbMet ở 10 người bình thường bằng cách truyền natri nitrit vào tĩnh mạch, dẫn đến nồng độ cao tới 12%. Độ lệch SpMet - HbMet là 0 và độ chính xác là 0,45. Feiner và Bickler21 gây ra methemoglobin huyết ở 12 đối tượng bình thường bằng cách sử dụng natri nitrit để tạo ra HbMet mục tiêu là 0,4–14,4%. Độ chính xác của SpMet được đánh giá ở cả tình trạng tăng oxy máu và giảm oxy máu gây ra với HbO₂ mục tiêu thấp tới 74%. Độ lệch SpMet là 0,16% với độ chính xác 0,83% và tương tự trong phạm vi HbO₂.

Ngoài các đối tượng bình thường, có rất ít đánh giá về độ chính xác của SpMet. Ở trẻ em bị bệnh hồng cầu hình liềm, Caboot và cộng sự14 báo cáo độ lệch -0,22% và độ chính xác ± 0,33% trong phạm vi HbMet 0,1-1,1%. Cho rằng HbMet là bình thường trong nghiên cứu này, mức độ phù hợp lâm sàng của những kết quả này là không rõ ràng. Annabi và Barker22 đã mô tả trường hợp một bệnh nhân phát triển HbMet thứ phát sau khi xịt benzocaine tại chỗ vào vùng hầu họng để chuẩn bị đặt nội khí quản. SpMet được theo dõi trong quá trình chẩn đoán và điều trị bằng xanh methylene, và các giá trị mà nó cung cấp (cao tới 33%) rất gần với HbMet đo được.

Như với phép đo độ bão hòa oxy qua mạch nẩy để đánh giá SpCO, SpO₂ được hiển thị sử dụng thuật toán 2 bước sóng thông thường. Ngoài ra còn có nhiễu xuyên âm giữa các kênh đo SpMet và SpCO, do đó, khi có HbMet đáng kể, thiết bị hiển thị SpCO tăng sai khi nó hiển thị SpMet chính xác.

Hemoglobin

Việc đo Hb là cần thiết trong việc chăm sóc bệnh nhân trong quá trình phẫu thuật, sau chấn thương và trong ICU. Phép đo Hb liên tục và không xâm lấn có thể được thực hiện bằng phép đo độ bão hòa oxy qua mạch nẩy (SpHb). Đã có một số đánh giá có hệ thống về công nghệ này được xuất bản và những đánh giá đó sẽ được xem xét tại đây.

Kim và cộng sự23 đã tiến hành tìm kiếm toàn diện tài liệu (từ năm 2005 đến tháng 8 năm 2013) để xác định các nghiên cứu đánh giá độ chính xác của SpHb so với các phép đo Hb trong phòng thí nghiệm. Chúng bao gồm 32 nghiên cứu (4.425 đối tượng, cỡ mẫu trung bình là 44, từ 10 đến 569 đối tượng/nghiên cứu) trong phân tích tổng hợp. Chênh lệch (sự khác biệt trung bình giữa không xâm lấn và phòng thí nghiệm) là 0,10 g/dL, và giới hạn thỏa thuận là −2,59 đến 2,80 g/dL. Độ chệch là 0,39 (giới hạn thỏa thuận −2,21 đến 2,98 g/dL) trong 13 nghiên cứu được thực hiện trong môi trường chu phẫu, −0,51 g/dL (giới hạn thỏa thuận −3,63 đến 2,62 g/dL) trong 5 nghiên cứu được thực hiện trong môi trường ICU , và −0,39 g/dL (giới hạn thỏa thuận −3,78 đến 2,99 g/dL) trong điều kiện khoa cấp cứu. Độ chệch và giới hạn của thỏa thuận là tương tự nhau giữa 3 thiết bị được đưa vào phân tích tổng hợp. Các tác giả kết luận rằng, mặc dù sự sai lệch giữa Hb không xâm lấn và các phép đo trong phòng thí nghiệm là nhỏ, các giới hạn thỏa thuận rộng rãi cho thấy các bác sĩ lâm sàng nên thận trọng khi đưa ra các quyết định lâm sàng dựa trên SpHb.

Hiscock và cộng sự24 đã xác định 18 nghiên cứu (1.516 đối tượng) kể từ năm 2011 so sánh SpHb với phép đo huyết sắc tố trong phòng thí nghiệm. Độ chệch (SpHb - phòng thí nghiệm) là −0,11 và các giới hạn thỏa thuận là −3,3 đến 3,0. Các tác giả kết luận rằng bác sĩ lâm sàng nên cân nhắc cẩn thận các giới hạn thỏa thuận trước khi đưa ra quyết định lâm sàng về SpHb.

Phương pháp tiếp cận Bland-Altman25 thường được sử dụng khi so sánh hiệu suất của một thiết bị với thiết bị khác. Giá trị trung bình của thiết bị tham chiếu và thử nghiệm được vẽ trên trục x so với sự khác biệt giữa các giá trị trên trục y. Độ chệch là sự khác biệt trung bình giữa các giá trị, độ chính xác là SD của sự khác biệt và các giới hạn của thỏa thuận được tính bằng độ chệch ± 1,96 × SD. Khoảng 95% tất cả các giá trị nằm giữa giới hạn dương và âm của thỏa thuận. Phân tích Bland-Altman giả định 1 mẫu/đối tượng, một tham số đo lường không thay đổi trong quá trình quan sát lặp lại ở mỗi đối tượng, số lượng quan sát tương đối lớn, phương sai bằng nhau trong các đối tượng và phân phối dữ liệu bình thường. Rice và cộng sự26 cho rằng những giả định này thường bị vi phạm khi đánh giá độ chính xác của SpHb. Họ cho rằng điều quan trọng hơn là phải xem xét thiết bị sẽ ảnh hưởng như thế nào đến việc đưa ra quyết định lâm sàng. Câu hỏi quan trọng cần được trả lời cho SpHb là: Bệnh nhân có cần được truyền máu không? Họ mô tả một lưới lỗi hemoglobin có thể được sử dụng để đánh giá độ chính xác lâm sàng của SpHb để xác định xem có nên truyền máu cho từng bệnh nhân hay không. Quyết định truyền máu cho bệnh nhân yêu cầu cả đo huyết sắc tố chính xác và lý do sinh lý để chọn truyền máu. Rice và cộng sự26 kết luận rằng dữ liệu chính xác được công bố cho SpHb không đủ để đưa ra quyết định truyền máu. SpHb, tốt nhất, có thể gợi ý cho bác sĩ lâm sàng rằng nên lấy một mẫu máu xác nhận.

Mạch nghịch (Pulsus Paradoxus)

Áp lực âm trong lồng ngực làm tăng sự trở lại tĩnh mạch, dẫn đến tăng lưu lượng máu ở phía bên phải của tim. Tuy nhiên, sự giảm áp lực trong lồng ngực cũng làm giãn nở mạch máu phổi, khiến máu dồn lại trong phổi, làm giảm hiệu quả lưu lượng máu đến phía bên trái của tim. Việc đổ đầy tim bên phải cũng gây ra sự dịch chuyển vách liên thất, làm ảnh hưởng đến việc đổ đầy tim bên trái. Kết quả là làm giảm thể tích nhát bóp khi hít vào tự phát, gây ra giảm huyết áp tâm thu. Mạch nghịch là sự giảm huyết áp tâm thu và biên độ sóng xung lớn một cách bất thường trong quá trình hít vào tự phát. Tác dụng ngược lại xảy ra trong quá trình thở áp lực dương, được gọi là mạch nghịch ngược. Mạch nghịch > 10 mm Hg là dấu hiệu của chèn ép tim, tắc nghẽn đường hô hấp trên và các bệnh phổi tắc nghẽn, chẳng hạn như hen suyễn và COPD. Sự thay đổi huyết áp tâm thu có thể được phát hiện bằng những thay đổi của biên độ của sóng mạch nẩy (plethysmogram) được đo bằng máy đo độ bão hòa oxy.

Frey và Butt27 đã đánh giá mối quan hệ giữa sóng xung nhịp được đo trong động mạch và những thay đổi trong sóng mạch nẩy của máy đo độ bão hòa oxy trong các trường hợp mạch nghịch. Nghiên cứu của họ bao gồm 62 đối tượng không đặt nội khí quản với một đường động mạch. Ở 57 trẻ em, sự thay đổi trên sóng mạch nẩy tương quan với mạch nghịch được đo từ huyết áp động mạch (r = 0,85). Độ nhạy để phát hiện mạch nghịch > 10 mm Hg với sự thay đổi trên sóng mạch nẩy > 8 mm là 89% và độ đặc hiệu là 90%. Các tác giả kết luận rằng sóng mạch nẩy của pulse oximeter là một phương pháp không xâm lấn nhanh chóng và dễ dàng thực hiện để ước tính khách quan của mạch nghịch.

Clark và cộng sự28 đã so sánh mạch nghịch được xác định từ sóng mạch nẩy của pulse oximeter với việc xác định thủ công bằng huyết áp kế ở 36 trẻ em. Để xác định mạch nghịch bằng cách sử dụng pulse oximeter, một băng quấn máy đo huyết áp đã được bơm căng cho đến khi sóng mạch nẩy biến mất. Áp suất băng quấn máy đo huyết áp được xả ở tốc độ 2 mm Hg/s, và hình ảnh sóng mạch nẩy ngắt quãng đầu tiên được lấy làm huyết áp tâm thu trong quá trình thở ra. Áp lực băng quấn máy đo huyết áp tiếp tục giảm cho đến khi xuất hiện sóng mạch nẩy, được lấy làm huyết áp tâm thu trong quá trình hít vào. Sự khác biệt giữa 2 áp suất này là mạch nghịch. Sự khác biệt trung bình giữa mạch nghịch đo bằng huyết áp kế và pulse oximeter là 0,1 mm Hg, với giới hạn thỏa thuận từ −3,9 đến 3,8 mm Hg.

Mạch nghịch đã được Arnold et al29 ước tính bằng cách sử dụng sự thay đổi động lực học trong khu vực dưới sóng mạch nẩy của pulse oximeter. Ở 219 trẻ em bị hen suyễn cấp tính, họ phát hiện ra rằng xung nhịp được ước tính từ pulse oximeter tương quan với phép đo chức năng phổi và sử dụng cơ hô hấp phụ. Các tác giả gợi ý rằng việc sử dụng pulse oximeter để đánh giá mạch nghịch có thể cho phép nhận biết sớm hơn và cải thiện quản lý các rối loạn gây ra mạch nghịch.

Trong 26 đối tượng được nhận vào ICU với bệnh hen suyễn hoặc COPD, Hartert và cộng sự30 đã đánh giá mức độ nghiêm trọng của lưu lượng khí với mạch nghịch. Họ định nghĩa sóng mạch nẩy của máy độ bão hòa oxy qua mạch nẩy thay đổi là sự thay đổi dạng sóng theo hô hấp, được đo bằng sự thay đổi (tính bằng mm) so với đường cơ sở (Hình 4). Mạch nghịch tương quan với sự biến đổi dạng sóng theo hô hấp của máy theo dõi độ bão hòa oxy qua mạch nẩy. Họ cũng phát hiện ra rằng phân tích sự thay đổi hô hấp trong dạng sóng mạch nẩy của pulse oximeter ở những đối tượng bị bệnh phổi tắc nghẽn phản ánh sự hiện diện và mức độ của auto-PEEP. Các tác giả kết luận rằng, vì phương pháp pulse oximeter có sẵn phổ biến trong các ICU và khoa cấp cứu, nó có thể là một phương tiện không xâm lấn hữu ích để liên tục đánh giá mạch nghịch và mức độ nghiêm trọng của bẫy khí ở bệnh nhân mắc bệnh phổi tắc nghẽn.

Perel31 đã báo cáo về sự biến đổi dạng sóng lâm sàng trong dạng sóng mạch nẩy của máy đo độ bão hòa oxy liên quan đến tắc nghẽn đường hô hấp trên đáng kể. Chỉ số tưới máu được tính bằng tỷ số giữa tín hiệu hồng ngoại có xung động và tín hiệu hồng ngoại không dao động, phản ánh biên độ của dạng sóng máy đo độ bão hòa oxy. Chỉ số sóng mạch nẩy của máy đo độ bão hòa oxy theo mạch nẩy được tính toán từ chỉ số tưới máu tối đa và tối thiểu được đo bằng pulse oximeter: Chỉ số sóng mạch nẩy = [(PImax - PImin)/PImax] × 100, trong đó PImax và PImin đại diện cho giá trị tối đa và tối thiểu của chỉ số tưới máu, tương ứng. Trong 4 trường hợp tắc nghẽn đường thở trên, chỉ số sóng mạch nẩy là 25–39%. Điều này minh họa một cách tiếp cận để đánh giá mạch nghịch do tắc nghẽn đường hô hấp trên.

Khả năng đáp ứng dịch truyền

Thông khí áp lực dương gây ra thể tích nhát bóp thất trái thấp hơn trong quá trình thở ra. Cơ chế chính là giảm thể tích đổ đầy thất trái trong quá trình thở ra, sau một thời gian trì hoãn do thời gian vận chuyển máu dài qua phổi, do giảm thể tích thất phải trong quá trình hít vào. Giảm thể tích nhát bóp thất phải khi hít vào là do giảm tiền tải thất phải và tăng hậu tải thất phải.

Hình 4. Các dường cong dạng sóng đo độ bão hòa oxy qua mạch nẩy từ một phụ nữ 60 tuổi bị đợt cấp COPD được đưa vào ICU trong tình trạng không thở được. A: Đường cong dạng sóng đo độ bão hòa oxy qua mạch nẩy của bệnh nhân tại thời điểm nhập viện, cho thấy sự biến đổi theo hô hấp sóng mạch nẩy của pulse oximeter. Mạch nghịch đo được của bà tại thời điểm này là 16 mm Hg. B: Sóng mạch nẩy của bệnh nhân sau 12 giờ điều trị tích cực. Mạch nghịch của cô tại thời điểm này là 8 mm Hg. Lưu ý sự vắng mặt của sự biến đổi dạng sóng hô hấp (RWV) trong đường cơ sở của máy đo độ bão hòa oxy sau khi cải thiện lâm sàng về lưu lượng khí và giải quyết tình trạng mạch nghịch tăng cao. Từ Tham chiếu 30, với sự cho phép.

Kết quả là làm tăng áp lực mạch (pulse pressure) khi hít vào (PPmax) và giảm áp lực mạch khi thở ra (PPmin). Sự thay đổi của áp lực mạch trong chu kỳ hô hấp được tính như sau: ΔPP (%) = {[PPmax - PPmin]/[(PPmax +

PPmin)/2]} × 100. Michard và cộng sự32 đã báo cáo rằng tăng PEEP có liên quan đến giảm cung lượng tim và tăng ΔPP từ 9 ± 7 đến 16 ± 13%. Khi truyền dịch, cung lượng tim tăng lên và ΔPP giảm từ 27 ± 13 xuống 14 ± 9%. Trong một nghiên cứu tiếp theo của Michard và cộng sự,33 ΔPP là 13% cho phép phân biệt giữa người đáp ứng dịch truyền và người không đáp ứng với độ nhạy là 94% và độ đặc hiệu là 96%. Có 2 hạn chế quan trọng của cách tiếp cận ΔPP. Đầu tiên, nó được mô tả trước kỷ nguyên thông khí bảo vệ phổi, sử dụng thể tích khí lưu thông là 8–12 mL/kg. Thứ hai, nó chỉ có giá trị nếu không có nỗ lực thở tự nhiên và nó có thể yêu cầu thuốc liệt cơ để đánh giá chính xác.

Gần đây, người ta quan tâm đến việc sử dụng những thay đổi trong sóng mạch nẩy của pulse oximeter để đánh giá ΔPP. Sóng mạch nẩy được đặc trưng bởi một dạng sóng nhanh đồng bộ với nhịp tim và một dạng sóng chậm đồng bộ với tần số thở. Cannesson và cộng sự34 đã so sánh biên độ sóng mạch nẩy của pulse oximeter (ΔPOP) và ΔPP ở những bệnh nhân nặng được thở máy. ΔPOP được tính bằng công thức tương tự như cho ΔPP: ΔPOP = 100 × {[POPmax - POPmin]/[(POPmax + POPmin)/2]}. Có sự thống nhất tốt (độ chệch = 0,8, độ chính xác ± 3,5%) giữa ΔPOP và ΔPP (Hình 5). Họ phát hiện ra rằng ΔPOP> 15% cho phép phân biệt giữa những bệnh nhân có biến đổi hô hấp trong ΔPP> 13% (giá trị tiên đoán dương tính 100%). Chỉ số sóng mạch nẩy đo lường sự thay đổi của chỉ số tưới máu trong một khoảng thời gian bao gồm một hoặc nhiều chu kỳ hô hấp. Cannesson và cộng sự35 đã báo cáo rằng giá trị ngưỡng chỉ số sóng mạch nẩy là 11,5% có thể phân biệt giữa ΔPOP> 13% và ΔPOP <13%, với độ nhạy 93% và độ đặc hiệu là 97%.

Hình 5. So sánh giữa áp lực động mạch xâm lấn và sóng mạch nẩy của pulse oximeter. Ghi đồng thời đạo trình điện tâm đồ (II), áp lực động mạch hệ thống (PA), đo độ bão hòa oxy qua mạch nẩy quang (khoang), và tín hiệu hô hấp (hô hấp) ở một bệnh nhân minh họa. POP = sóng mạch nẩy của pulse oximeter; PP = áp lực mạch. Từ Tham chiếu 34, với sự cho phép.

ΔPOP có thể có giá trị trong quá trình chuẩn độ PEEP.32 Sự gia tăng ΔPOP khi PEEP tăng có thể cho thấy sự quá căng phế nang và các tác động bất lợi về huyết động của PEEP. Khái niệm này được sử dụng trong quản lý vòng kín Intellivent về oxy hóa (Hamilton Medical, Reno, Nevada). Nhà sản xuất gọi đây là chỉ số tương tác tim - phổi, nhưng về mặt chức năng nó tương đương với ΔPOP. Nếu chỉ số tương tác tim-phổi> 15%, Intellivent giới hạn mức PEEP tối đa và hỗ trợ tăng F_IO₂ để kiểm soát tình trạng giảm oxy máu.

Sandroni và cộng sự36 đã tiến hành một đánh giá có hệ thống và phân tích tổng hợp về độ chính xác của ΔPOP và chỉ số sóng mạch nẩy như là những yếu tố dự báo khả năng đáp ứng dịch truyền ở người lớn thở máy. Đánh giá của họ bao gồm 10 nghiên cứu ghi danh 233 đối tượng. Thông khí kiểm soát thể tích được sử dụng trong mỗi nghiên cứu, và hầu hết sử dụng thể tích khí lưu thông là 8–10 mL/kg. Diện tích tổng hợp dưới đường cong ROC để xác định đáp ứng dịch truyền là 0,85 (KTC 95% 0,79–0,92). Độ nhạy gộp là 0,80 (KTC 95% 0,74–0,85) và độ đặc hiệu gộp là 0,76 (0,68–0,82). Diện tích dưới đường cong, độ nhạy và độ đặc hiệu lớn hơn trong các nghiên cứu với một lượng lớn bolus so với những nghiên cứu với lượng bolus nhỏ. Các tác giả kết luận rằng ΔPOP và chỉ số sóng mạch nẩy có hiệu quả như nhau để dự đoán khả năng đáp ứng dịch, nhưng dự đoán chính xác hơn khi truyền một lượng lớn dịch truyền.

Các vị trí đo độ bão hòa oxy qua mạch nẩy thường được sử dụng (ngón tay, tai và trán) đã được Shelley và cộng sự37 đánh giá để xác định vị trí nào cho phép trích xuất tín hiệu hô hấp tốt nhất khi áp lực dương và thông khí tự phát. Họ đã sử dụng phân tích quang phổ để cô lập tín hiệu hô hấp từ sóng mạch nẩy. Hiệu quả của thông khí mạnh hơn 18 lần trong sóng mạch nẩy ở tai so với sóng mạch nẩy ngón tay khi thở máy áp lực dương và mạnh hơn 12 lần khi thông khí tự phát. Tín hiệu hô hấp ở dạng sóng của pulse oximeter mạnh hơn 10 lần ở vùng đầu khi so sánh với ngón tay trong cả thở máy áp lực dương và thở tự phát. Các tác giả cho rằng phát hiện này là do khoảng cách giữa đầu và ngực ngắn hơn so với khoảng cách giữa ngón tay và ngực, và thực tế là hệ mạch của đầu tương đối không nhạy cảm với sự co mạch qua trung gian giao cảm cục bộ. Nó cũng có thể là thứ yếu do các tĩnh mạch từ đầu không có van và do đó có nhiều dòng chảy ngược tĩnh mạch hơn trong quá trình thông khí áp lực dương.

Alian và cộng sự38 đã đánh giá các biến đổi dạng sóng áp lực động mạch và sóng mạch nẩy phân tích tần số để phát hiện sớm chảy máu ở trẻ em trong quá trình phẫu thuật. Họ phát hiện ra rằng các thông số dạng sóng động mạch và sóng mạch nẩy có thể theo dõi những thay đổi về lượng máu trong giai đoạn chảy máu, cho thấy tiềm năng sử dụng sóng mạch nẩy như một màn hình không xâm lấn để theo dõi những thay đổi về lượng máu ở bệnh nhi. 

Shelley39 gợi ý một số đặc điểm mong muốn để phân tích hình ảnh sóng mạch nẩy của pulse oximeter (Bảng 1). Điều quan trọng cần đánh giá là biên độ mạch lớn trên sóng mạch nẩy không nhất thiết phải liên quan đến huyết áp động mạch cao, và ngược lại. Biên độ sóng mạch nẩy sẽ giảm khi huyết áp động mạch tăng đáng kể do tăng trương lực giao cảm. Với sự giãn mạch, biên độ sóng mạch nẩy tăng lên.39  

Addison40 đã viết một đánh giá quan trọng về việc sử dụng dạng sóng đo độ bão hòa oxy qua mạch nẩy để đánh giá khả năng đáp ứng dịch truyền. Ông cung cấp tổng quan chi tiết về các phương pháp xử lý tín hiệu được sử dụng trong các nghiên cứu riêng lẻ, chẳng hạn như chi tiết về tiêu chí loại trừ, lọc thủ công và xử lý trước, các vấn đề thay đổi thu được, chi tiết thu thập, lựa chọn khoảng thời gian đăng ký, phương pháp tính trung bình và các ảnh hưởng sinh lý đến sóng mạch nẩy. Các vấn đề được xác định bao gồm số lượng chu kỳ hô hấp mà ΔPOP và chỉ số sóng mạch nẩy được đánh giá, lọc thủ công bác sĩ lâm sàng để xác định dạng sóng nào sẽ sử dụng và vị trí thăm dò. Chỉ số sóng mạch nẩy là một thuật toán độc quyền và có rất ít thông tin liên quan đến việc xử lý tín hiệu của nó. Sóng mạch nẩy có sẵn cho các bác sĩ lâm sàng tại giường bệnh là một tín hiệu được xử lý cao, tín hiệu này khác nhau giữa các nhà sản xuất. Hầu hết các pulse oximeter sử dụng chức năng tăng tự động được thiết kế để tối đa hóa kích thước của dạng sóng được hiển thị.39 Nếu không có tùy chọn tắt chức năng thay đổi kích thước tự động này, không thể phân tích sự thay đổi biên độ của sóng mạch nẩy. Addison40 gợi ý rằng cần phải xử lý tín hiệu nghiêm ngặt hơn để có một thuật toán ΔPOP hoàn toàn tự động, mạnh mẽ để sử dụng trong môi trường lâm sàng.

Hiển thị dạng sóng: Khả năng thay đổi thang thời gian, chuyển đổi giữa các chế độ hiển thị thanh cuộn và xóa, có thể lựa chọn bước sóng (tín hiệu hồng ngoại so với tín hiệu đỏ so với khác)

Khả năng tắt chức năng tăng tự động và chức năng tự động canh giữa

Khả năng thiết lập mức tăng biên độ

Hiển thị số của biên độ và tín hiệu dòng điện một chiều

Khả năng sử dụng nhiều loại đầu dò (ngón tay, tai và phản xạ)

Đầu ra kỹ thuật số và tương tự để thu thập bằng thiết bị thu thập dữ liệu

Bảng 1. Các đặc điểm mong muốn cho một pulse oximeter được sử dụng để phân tích sóng mạch nẩy

Việc sử dụng máy đo độ bão hòa oxy để đánh giá khả năng đáp ứng dịch là hấp dẫn. Tuy nhiên, vẫn còn phải xác định xem nó có thể được ứng dụng lâm sàng như thế nào bằng cách sử dụng công nghệ đo độ bão hòa oxy qua mạch nẩy hiện có. Hơn nữa, ứng dụng của nó bị hạn chế vì ứng dụng sinh lý của nó phụ thuộc vào sự hỗ trợ của máy thở hoàn toàn (thông khí áp lực dương) và có thể ít hữu ích hơn với thông khí thể tích khí lưu thông thấp bảo vệ phổi. Cuối cùng, sự khác biệt trong biểu đồ toàn thể do vị trí ứng dụng của cảm biến đặt ra câu hỏi về khả năng tổng quát của phương pháp này.

Tần số thở

Sóng mạch nẩy của pulse oximeter phụ thuộc vào sự thay đổi thể tích máu động mạch và tĩnh mạch dưới đầu dò. Tín hiệu dòng điện xoay chiều tương ứng với điều biến biên độ biểu đồ sóng mạch nẩy của pulse oximeter, tương ứng với ΔPOP. Tín hiệu dòng điện một chiều tương ứng với sự điều biến cơ bản của sóng mạch nẩy ở tần số thở, liên quan đến sự chuyển động của máu tĩnh mạch không dao động dưới đầu dò. Do đó, sóng mạch nẩy có cả các thành phần đồng bộ nhịp tim và tần số thở, trong đó phần dòng điện một chiều phản ánh tần số thở và phần dòng điện xoay chiều phản ánh xung động mạch. Biên độ của sự thay đổi cường độ do hô hấp gây ra thay đổi theo sự thay đổi của áp lực trong lồng ngực do nhịp thở lên xuống. Biên độ của tín hiệu dòng điện một chiều cũng bị ảnh hưởng bởi tần số thở, với sự giảm biên độ khi tần số thở tăng.41

Các thuật toán đã được phát triển để cho phép trích xuất tần số thở từ pulse oximeter.42–48 Addison và các đồng nghiệp45 mô tả một phương pháp xác định tần số thở từ 3 khía cạnh của sóng mạch nẩy (Hình 6): (1) đường cơ sở (dòng điện một chiều) điều biến, (2) điều biến biên độ xung (POP), và (3) rối loạn nhịp xoang hô hấp do sự biến đổi của nhịp tim xảy ra trong suốt chu kỳ hô hấp (rối loạn nhịp xoang). Trong 63 đối tượng nhập viện với nhiều chẩn đoán khác nhau, có sự thống nhất tốt giữa tần số thở được xác định bằng thuật toán này và capnography (độ lệch 0,48 nhịp thở/phút với độ chính xác là 1,77 nhịp thở/phút).

Hình 6. Một phân đoạn của sóng mạch nẩy cho thấy 3 điều biến. BM = điều biến đường cơ bản (xung tim chạy trên đỉnh điều biến đường cơ bản); AM = điều biến biên độ (biên độ mạch tim thay đổi theo chu kỳ hô hấp); RSA = rối loạn nhịp xoang hô hấp (chu kỳ mạch thay đổi theo chu kỳ hô hấp). Các vùng hít vào và thở ra được thể hiện dưới dạng giản đồ trên một chu kỳ hô hấp. Từ Tham chiếu 45, với sự cho phép.

Tóm tắt

Tín hiệu đo độ bão hòa oxy qua mạch nẩy có lẽ hữu ích cho các ứng dụng ngoài SpO₂. Tuy nhiên, công nghệ hiện tại vẫn chưa trưởng thành, và những cải tiến là cần thiết. Với những cải tiến về công nghệ, việc sử dụng phương pháp đo độ bão hòa oxy qua mạch nẩy để phát hiện SpCO, SpMet, SpHb, xung nhịp, tần số thở và khả năng đáp ứng dịch truyền có thể sẽ được cải thiện trong tương lai.