Bioingenieria On The Net 25 de Julio de 2000 ________________________________________________________________ R E V I S T A I N S U M O S & I N S T R U M E N T O S #4 .......El articulo de hoy....... MEDICIONES DE LA QUIMICA SANGUINEA - Parte 2 En la Parte 1 de este articulo se realizo un pequenio glosario de los terminos que se utilizan en el ambito de la medicion de la quimica sanguinea. Ademas, se describieron los metodos de registro de hemoglobina y hematocrito. Ahora seguiremos con la exposicion de las bases para la medicion de presiones parciales y saturacion de oxigeno. T e n s i o n d e O x i g e n o ________________________________________________________________ La tension (o presion parcial) de oxigeno (PO2) es una medida comun de los estados de oxigenacion. La presion parcial de oxigeno en la hemoglobina determina que tan bien el oxigeno es entregado a las celulas de los tejidos del cuerpo. La mas comun referencia es la presion parcial de oxigeno ARTERIAL (PaO2). Si la presion parcial de oxigeno es mayor que la del tejido circundante, el oxigeno difunde hacia el tejido. En el caso contrario, no existe difusion de este gas y comienza a producirse danio tisular. Mediciones electroquimicas de PO2 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ Se pueden obtener mediciones de la PO2 utilizando el electrodo de Clark con un electrodo de platino y otro, de referencia, de plata/cloruro de plata (ver Figura 1 anexa a este e-mail). El electodo provee un camino para la siguiente reduccion: O2 + 4 e(-) ---> 2 O(-) El electrodo de platino tiene afinidad con el oxigeno. Si se conoce un valor de referencia para la PO2 (obtenido en la calibracion), preferiblemente cero, entonces la corriente que circule por el electrodo dependera solo de las variaciones de la presion de oxigeno de la muestra. Presion parcial de oxigeno transcutanea ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ La presion parcial y la saturacion de oxigeno no son siempre verdaderos indicadores del consumo de oxigeno en los tejidos. Se sabe desde 1851 que el oxigeno es espirado desde los tejidos vivos. Se puede utilizar una combinacion de medios caloricos y opticos para determinar la cantidad de oxigeno espirado y correlacionarla con la presion parcial arterial bajo condiciones controladas. Este metodo de medicion de la PaO2 es llamado "presion parcial de oxigeno transcutanea" (PtcO2). Sin embargo, existen muchas complicaciones en la medicion de la PtcO2. Muchos estudios han intentado correlacionar saturacion arterial de oxigeno con el oxigeno espirado medido. Las mediciones mas precisas se realizaron manteniendo una temperatura constante de 45 grados centígrados para asegurar la perfusion. Esto causa la complicacion de quemaduras en la piel, y los sensores necesitan ser movidos regularmente. A causa de la naturaleza de la PtcO2, las mediciones en los adultos son poco comunes, pero la hemoglobina y piel de los infantes responden mejor a las mediciones de PtcO2, que han obtenido un lugar en el monitoreo de la oxigenacion neonatal. Medicion optica de la PO2 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ Existen muchas variaciones en la medicion de gases por medios opticos. La medicion optica basica para la PO2 es por "fluorescencia". se utiliza un cable de fibra optica para excitar remotamente una tintura fluorescente. esta tintura emite una senial de mayor longitud de onda que la radiacion de excitacion (corrimiento de Stokes). La senial emitida se mide y correlaciona con el valor de PO2. La figura 2 anexada a este e-mail muestra la configuracion de un sensor fluorescente. El oxigeno actua como un estinguidor de la fluorescencia, ya que el mismo atenua la intensidad de la fluorescencia de la tintura. Para el oxigeno, la medicion se realiza a traves de, por ejemplo, acido pirenobutirico (como sustancia fluorescente) con una membrana selectiva de goma de silicona. ________________________________________________________________ E S P A C I O P U B L I C I T A R I O Ya se registro a Inter-Konsultas? El sistema de intercambio de informacion cientifico-tecnologica implementado por Bioingenieria On The Net. Compuesto actualmente por mas de 200 estudiantes y profesionales de mas de 20 paises. 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Las mediciones mas comunes son la "saturacion arterial de oxigeno" (SaO2), la "saturacion de sangre venosa" (SvO2), y el "fotopletismograma de saturacion sanguinea arterial" (SpO2). Las mediciones de SpO2 son llamadas tambien mediciones de pulsioximetria. Las mediciones de saturacion pueden realizarse invasivamente utilizando oximetria de reflexion o de fluorescencia, o no invasivamente a traves de las lecturas del fotopletismograma de transmision o de reflexion. Existe una importante relacion entre PO2 y SO2. En la figura 3 anexa a este e-mail se puede obsevar un grafico que relaciona estas dos variables, conocido como curva de disociacion de la hemoglobina. La saturacion porcentual de oxigeno es no-lineal respecto a la presion parcial, en una relacion sigmoidea. Una presion parcial de 13.3 KPa (100 mmHg) equivale a un 100% de saturacion. Un aumento en la presion parcial por encima de los 13.3 KPa indica oxigeno libre no ligado a la hemoglobina. En este estado, el oxigeno no contribuye mucho en la oxigenacion de los tejidos. Esto significa que la saturacion porcentual brinda una noticia retrasada de desaturacion. Oximetria de transmision ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ Las mediciones continuas de SaO2 y SvO2 se utilizan para evaluar si el oxigeno esta siendo entregado adecuadamente a los tejidos. El oxigeno es consumido o espirado. Si es entregado a los tejidos y no se consume, entonces la oxigenacion no sera adecuada. Los primeros oximetros utilizaban esquemas invasivos para extraer muestras que luego se analizaban mediante transmision de luz para evaluar la oxigenacion. El concepto basico de la oximetria es la transmision de luz a traves de una muestra de sangre, y que esta absorba una determinada cantidad de luz, de acuerdo a la ley de Beer. Para aplicaciones de oximetria se asume que la hemoglobina total esta compuesta por solo dos sustancias: hemoglobina oxigenada (O2Hb) y hemoglobina desoxigenada -reducida- (RHb). Esta es una aproximacion muy simplista, pero es la base de la mayoria de las mediciones de oximetria. Para mediciones in vivo, el trayecto recorrido por la luz es constante y conocido. La O2Hb y la RHb se pueden medir simultaneamente utilizando dos longitudes de onda distintas. Las tecnologias actuales utilizan LEDs (diodos emisores de luz) para este fin, alternando los ciclos de encendido y apagado. Pulsioximetria ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ La pulsioximetria esta basada en la transmision, absorcion y dispersion de la luz mientras pasa a traves de la hemoglobina. La ley de Beer determina la transmision de luz a traves de una sustancia. En pulsioximetria, la luz ilumina sangre venosa y arterial y ademas debe atravesar los tejidos entre la fuente emisora y el receptor (fotodiodo). La Figura 4 anexada a este e-mail representa el camino que debe atravesar la luz e indica un recorrido variable (AC) y otro constante (DC). Para calcular el fotopletismograma digital de pulsioximetria (DPP) de saturacion de oxigeno (SpO2) se utilizan dos ecuaciones. Un ejemplo de una senial de DPP puede verse en la Figura 5. El primer paso consiste en utilizar las seniales temporales de luz roja e infrarroja para calcular un valor llamado "R". R es la relacion normalizada de las intensidades roja e infrarroja transmitidas. R = (ACr/DCr) / (ACi/DCi) Luego se puede utilizar la siguiente aproximacion empirica para obtener el valor de SpO2: SpO2 = 110 - 25 R Existen muchas areas donde la pulsioximetria ofrece limitaciones. Ya se menciono una limitacion, la asuncion de solo dos tipos de hemoglobina. Para la mayoria de las mediciones, el porcentaje de otras sustancias es pequenio como para afectar notablemente las mediciones. Existen casos en cuidados intensivos en que estas otras sustancias pueden estar presentes y afectar las lecturas. La solucion a este problema es utilizar fuentes de luz adicionales (de otras longitudes de onda) para calcular las sustancias extra. Una segunda limitacion de la pulsioximetria es la luz ambiental. Como actualmente se utiliza la luz transmitida, el fotodiodo receptor es susceptible a la luz ambiente. Esta radiacion puede provenir de luces interiores, del sol o de lamparas de fototerapia. Para corregir este problema, se puede hacer una tercera medicion, sin emision de los LEDs, y restarla luego de la intensidad transmitida. Utilizando un microprocesador, la substraccion puede realizarse de forma sencilla. Una tercera limitacion es la llamada "baja perfusion". La pulsioximetria se basa en una fuente de senial pulsatil. Si esta senial es pequenia comparada con el valor de DC, usualmente 1 unidad en 1000, el calculo del valor R se vuelve impreciso. Hay dos razones para la imprecision: el error por redondeo y la resolucion. El error por redondeo puede compensarce utilizando mas precision durante el calculo de R. Otra limitacion, dificil de eliminar, son los artefactos producidos por movimiento y la respuesta del sistema nervioso autonomo. Cada vez que se produce una accion del sistema nervioso autonomo, ocurre una transicion o movimiento en la senial de pulsioximetria. La tecnica mas comun para corregir los artefactos por movimiento es la promediacion de mediciones consecutivas. Oximetria por reflectancia ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ Una tecnica alternativa a la DPP son las mediciones por reflectancia, cuyo diagrama de trabajo se muestra en la Figura 6. Como las pruebas de reflectancia pueden realizarce en forma plana sobre el area de medicion, provee mayor proteccion, respecto de la luz ambiente, que una prueba realizada a traves de un dedo. Sin embargo, las mediciones por reflectancia tienen menos intensidad que aquellas por transmision. Si se aumenta la temperatura de la zona de prueba, aumenta la perfusion y la intensidad de la senial. Schmidt y otros desarrollaron un sensor optico integrado para mediciones de superficie in-vivo. __________________________________________________________ En una proxima edicion seguiremos con la exposicion de las bases para la medicion de PH, glucosa y concentracion de electrolitos. __________________________________________________________ DESEA COMPARTIR SU EXPERIENCIA? Si quiere escribir un articulo sobre algun item relacionado con la tematica de la Revista I&I, puede hacerlo! Tal articulo debe ser un resumen de algun tema especifico o de alguna experiencia en el uso o reparacion de equipos biomedicos y de laboratorio. Envielo a feedback@bioingenieros.com junto a sus datos personales y un resumen de su curriculum. D i c c i o n a r i o de B i o i n g e n i e r i a ---------------------------------------------------------------- CAPNOGRAFIA: CAPNO : del griego KAPNOS --> Humo GRAFIA : del griego GRAPHE --> Accion de Escribir Tecnica que permite el analisis y la visualizacion de la concentracion de dioxido de carbono (CO2) en el gas utilizado para la respiracion. Para su medida se emplean sistemas que ofrecen el valor digital de la concentracion de CO2, expresado en porcentaje o en mmHg, y permiten la representacion grafica en tiempo real a traves de osciloscopios o monitores. ---------------------------------------------------------------- (c) Bioingenieria On The Net, 2000 www.bioingenieros.com www.bioingenieros.com.ar Sus opiniones son importantes, por favor acerquelas a feedback@bioingenieros.com ---------------------------------------------------------------- ================================================================ Obtenga su web-mail gratuito y para siempre! 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