Safer Dive:血氧偵測器判讀指南

0
4185

文/賴瑋伶     繪圖/Andy Lu      手模/奕帆

身為進階的自由潛水者(大言不慚),可能會開始進行一些自主訓練。除了基本的自潛裝備之外,或許很多人也會考慮,是否該入手一支 老佛爺的指甲套 指夾式血氧偵測器,觀察自己的血氧濃度。本篇主要是介紹這個醫療儀器,應該如何正確操作合理地判讀數據

至於該怎麼運用在潛水訓練上,歡迎大家讀完文章以後一起討論、分享經驗。畢竟我目前使用血氧機的經驗大都來自於病人,而不是各位熱愛閉氣的超人啊。

等大家做好呼吸準備,就可以開始囉!

Alexey molchanov

什麼是血氧飽和濃度?

呼吸時進入肺部的氧氣,從肺泡擴散到肺部的微血管之後,其中很小一部分溶解在血液中,大部分與紅血球上的血紅素 (hemoglobin)結合,再順著血管被攜帶到全身各處,供細胞使用。

而血氧濃度,就是指血液中,有多少比例的血紅素與氧氣結合。我們一般指稱的血氧濃度,更精確地說,是指「動脈」(充氧血)中的血液氧氣飽和濃度 (arterial oxygen saturation, SaO2)

一個健康的人,身在海平面高度、呼吸一般空氣、處於靜止休息的情況下,動脈血氧飽和度大約介於96-98%;隨著血液循環,氧氣逐漸釋放給身體組織利用以後,最後回到右心房的靜脈血氧飽和度,平均約為75%。 (Ref. 1)

但很重要的一點是,我們不能單純根據以上數據,判斷一個人的血氧飽和度是否正常

舉例說明:

1. A小姐身在海平面高度、呼吸一般空氣、處於靜止休息的情況下,動脈血氧濃度為96%,但事實上,她平常處於完全相同的情況下,動脈血氧飽和度是99%。現在測得96%,對她來說有可能是異常。

2. B先生平常休息狀態下,動脈血氧飽和度正常(96-98%),但在(不閉氣)運動時,動脈血氧飽和度會下降超過5%,這也可能是異常的表現。

在此我們無法一一列舉所有狀況,再加上疾病綜合判斷會更複雜。若懷疑血氧異常、甚至伴隨身體不適,建議您就醫尋求專業諮詢。

若沒有健康上的疑慮,接著我們一起來看看這個玩具 儀器。

血氧偵測器原理

血氧偵測器,主要是運用了光譜分析法 (Spectrophotometry) 中的比爾定律 (Beer-Lambert Law) 。
這個定律告訴我們,當一個特定波長的光線,穿過某種溶液之後(溶液由會吸收此光線的溶質、和不吸收此光線的溶劑所組成),光的吸收度 (A),與吸收係數 (α)、光徑長 (l)、濃度 (c),成正比。

即 A = α l c

血液中的氧合血紅素 (oxyhemoglobin),主要吸收波長介於850-1000奈米的紅外光;去氧血紅素 (deoxyhemoglobin),主要吸收600-750奈米的紅光。血氧偵測器的設計,就是針對含氧和不含氧的血紅素,發出2種不同波長的光線(通常是940奈米、660奈米),再根據光的吸收度和其他數據,算出氧合血紅素和全血紅素的比例,也就是所謂的血氧飽和度。

在醫院內,可以透過抽取動脈中的血液,送到機器檢測,來得到血氧飽和度的數據。但一直抽血不僅麻煩又很痛啊!脈衝式血氧偵測器 (pulse oximeter)於是應運而生(大家平常會買的就是這種囉!)。

脈衝式血氧偵測器 (pulse oximeter)

主要組成:2個發光的二極體 (diodes)+1個光感測器 (photodector)

前者發出2種不同波長的光線,再由後者接收。

以下為穿透式的血氧器示意圖(指夾式多是這種)。另外也有反射式,感測器與發光器設在同一邊。

血氧檢測儀示意圖

脈衝式血氧機需要血管豐富的組織以利偵測,因此目前常見的設計大多針對手指、腳趾、耳垂、鼻翼、額頭等部位。但問題來了,這些部位的血管,可能同時有動脈、靜脈、微血管。儀器所顯示的數據,就是我們想要的動脈血氧飽和度嗎?

科學家用人體動脈的搏動,聰明地解決了這個問題。

血氧計原理
脈衝式血氧器夾在手指上時,光線除了穿過動脈、靜脈、微血管,也穿過了人體組織

由上圖可知,當儀器發射2種波長的光線(660nm/940nm),因為動脈博動的關係,事實上感光器會得到這2個光線在脈衝期的光吸收度(A+B/C+D),和非脈衝期的光吸收度(B/D)。

以上數據,經過數學計算、再以抽血測得的動脈血氧飽和度 (SaO2) 校準之後,就可以得出脈衝式的動脈血氧飽和度值 (SpO2)。而最後呈現在儀器上的數值,一般都是來自過去3-6秒內的數據平均。

SpO2的數據需要以SaO2校準,而SaO2的數據,通常來自參與血氧飽和度實驗的健康自願者。若透過人為的方式,使受試者的血氧過低,會有實驗道德上的問題,因此75%以下的SaO2校準資訊,是將受試者的實驗數據,加以數學推算得來的結果。

脈衝式血氧器的製造商,對於數值的準確性,大多如下宣告:

SpO2 70-100%:與真實數據約有±2%以內的差距

SpO2 50-70%:與真實數據約有±3%以內的差距(?)

因AIDA的官方學習手冊中有提到,當血氧濃度下降到45-50%時,就可能有失去意識(即black out, BO)。因此為了脈衝式血氧偵測器在70%以下的準確率,花了很多時間閱讀相關文獻。最後發現,實驗結果變異性非常大,SpO2與SaO2的差距,5%-20%都有 (Ref. 7-9)

脈衝式血氧偵測器的準確性,相關實驗結果如下:

SpO2 90%以上:與標準SaO2參考值,差距在±2-3%以內 (Ref. 10-12)

SpO2 90%以下準確度下降,SpO2 80%以下與標準值差距更明顯 (Ref. 13)

針對臨床上血氧飽和度變化大、較可能發生低血氧狀況的嚴重病人,脈衝式血氧機可信度較低 (Ref. 14)

因此幾乎所有關於脈衝式血氧機的回顧型文章,都建議臨床工作者,在較嚴重的缺氧情況下,需以抽取動脈血液得到的數值為判斷依據。 (Ref. 15-17)

使用方法與排除異常

一般我們購買的大都是夾手指的脈衝式血氧器,使用方法蠻直觀的,開機、選一隻手指伸進去,等待3-6秒,應該就可以看到血氧值。有些機型會連帶顯示心跳、甚至脈衝的圖形。以下列出一些常見的異常狀況,如果在偵測上有問題,可以先初步檢視一下是否有以下狀況,若可能是疾病造成,請就醫治療。

脈衝波形異常 解決方式
 探頭位置不正確  重置探頭、換位置 (其他手指或腳趾)
 移動  重置探頭、換位置
 血液灌流不足 (可能是血管收縮、或血壓太低)  重置探頭、換位置、讓肢體回暖
 溫度過低 (手腳冰冷)  重置探頭、換位置、讓肢體回暖
 皮膚色素  抽動脈血

 

高估數值 解決方式
 一氧化碳中毒 (抽菸也有可能)  使用能偵測一氧化碳血紅素的血氧儀器 (戒菸)
 糖化血色素太高的糖尿病病人  抽動脈血
 異常血紅素 (methhemoglobin, sulfhemoglobin)  使用能偵測異常血紅素的血氧儀器
 外在光源  移除外在光源

 

低估數值 解決方式
 脈衝波形過小  重置探頭、換位置
 異常血紅素(methhemoglobin, sulfhemoglobin)  使用能偵測異常血紅素的血氧儀器
 嚴重貧血 (血紅素 < 5mg/dL)  抽動脈血
 指甲油  卸除指甲油、換位置
 靜脈搏動  一般是疾病造成,但可嘗試排除是否探頭過緊

 

應用於自潛訓練的優點與限制

以下根據本篇文章有提到的內容簡單分析,在實際應用上,請大家多多分享經驗。

優點 說明
快速、客觀 發紺 (cyanosis) ,也可以用來評估缺氧,但有以下限制:

·   非常嚴重缺氧時才會有此表現(血氧濃度67%左右)

·   判斷上容易受其他狀況影響

a.  周邊組織灌流不足(例:因冷導致血管收縮,造成嘴唇發紫)

b.  皮膚色素

c.  貧血

限制 說明
準確性 整體來說,在血氧飽和度低於70-80%時,準確性沒有研究支持。
非當下數據 為過去3-6秒的平均值
偵測受血液灌流影響 與潛水相關的周邊血管收縮:

·   寒冷

·   潛水反射造成血液往中心分佈

 

以上問題或許能夠以反射式探頭解決(貼在額頭),但詢問廠商後得知,防水又支援遠端資料傳輸的血氧器,要價幾十萬。

 

結語

恭喜來到文章的結尾!。若您發揮超人般的耐心一路閱讀至此,或許可以理解為什麼光是一支老佛爺的指甲,需要連帶提到這麼多東西。在醫學上(或許人生也是如此),每一個主觀陳述與客觀數據,背後都有許多可能的原因。當我們擁有愈多資訊,判斷上就能夠愈「趨近」事實。

零風險的潛水方式/醫療行為並不存在,但讓它「趨向」安全,是我們能夠努力做到的事。

參考資料:

1. Oxygenation and mechanisms of hypoxemia, Uptodate
2. Julie-Ann Collins. Relating oxygen partial pressure, saturation and content: the haemoglobin–oxygen dissociation curve. Breathe 2015 11: 194-201.
3. Nitzan M, Romem A, Koppel R. Pulse oximetry: fundamentals and technology update. Med Devices (Auckl). 2014;7:231-9
4. Pulse oximetry, Uptodate
5. Jubran A. Pulse oximetry. Crit Care. 2015;19(1):272
6. Grace RF. Pulse oximetry. Gold standard or false sense of security? Med J Aust 1994; 160:638
7. Fanconi S. Pulse oximetry for hypoxemia: a warning to users and manufacturers. Intensive Care Med 1989; 15:540
8. Carter BG, Carlin JB, Tibballs J, et al. Accuracy of two pulse oximeters at low arterial hemoglobin-oxygen saturation. Crit Care Med 1998; 26:1128
9. Perkins GD, McAuley DF, Giles S, et al. Do changes in pulse oximeter oxygen saturation predict equivalent changes in arterial oxygen saturation? Crit Care 2003; 7:R67
10. Van de Louw A, Cracco C, Cerf C, et al. Accuracy of pulse oximetry in the intensive care unit. Intensive Care Med 2001; 27:1606.
11. Wouters PF, Gehring H, Meyfroidt G, et al. Accuracy of pulse oximeters: the European multi-centre trial. Anaesth Analg 2002; 94:S13.
12. Webb RK, Ralston AC, Runciman WB. Potential errors in pulse oximetry. II. Effects of changes in saturation and signal quality. Anaesthesia 1991; 46:207.
13. Jubran A, Tobin MJ. Reliability of pulse oximetry in titrating supplemental oxygen therapy in ventilator-dependent patients. Chest 1990; 97:1420.
14. Perkins GD, McAuley DF, Giles S, et al. Do changes in pulse oximeter oxygen saturation predict equivalent changes in arterial oxygen saturation? Crit Care 2003; 7:R67.
15. Pretto JJ. Clinical use of pulse oximetry: official guidelines from the Thoracic Society of Australia and New Zealand. Respirology. 2014 Jan;19(1):38-46
16. McMorrow RC. Pulse oximetry. Curr Opin Crit Care. 2006 Jun;12(3):269-71
17. Sinex JE. Pulse oximetry: principles and limitations. Am J Emerg Med. 1999 Jan; 17(1):59-67


延伸閱讀:

那次讓我差點致死的淺水昏迷:自由潛水BO奇幻之旅

那些自潛課程沒教的潛在危險(上)

ATMOS Mission One|平價也能擁有豪華功能的電腦錶

不想錯過新文章?那就加入女子的海Line吧!加入好友
Facebook 留言
分享文章

留言

這個網站採用 Akismet 服務減少垃圾留言。進一步瞭解 Akismet 如何處理網站訪客的留言資料