Si alguna vez un equipo médico te investigó un problema cardíaco, lo más probable es que te hayan pegado un montón de electrodos en el pecho para conectarte a un electrocardiograma. Es el gold standard cuando se trata de entender la actividad eléctrica del corazón y permite diagnosticar muchísimas condiciones. Pero a veces el médico solo necesita la información básica: el pulso y si efectivamente hay oxígeno en la sangre.
Por suerte existe un dispositivo barato y simple que entrega exactamente esa información. Es el pulsioxímetro, una pieza casi imprescindible para monitorear signos vitales. Veamos cómo funciona.
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Si no estás familiarizado con el aparato, es ese cilindro plástico que el médico te pone en la punta del dedo. Coloca dos LEDs de un lado del dedo y un fotodiodo del otro. Con esos componentes simples es posible determinar el porcentaje de hemoglobina de tu sangre que está transportando oxígeno en ese momento. También se puede leer el pulso, dato útil cuando se necesita evaluar el estado de un paciente de un vistazo.
La oximetría de pulso nació de la cabeza de Takuo Aoyagi, un ingeniero eléctrico de Nihon Kohden en Tokio. En 1972 trabajaba en una forma no invasiva de medir el gasto cardíaco usando el método de dilución de colorante, que consiste en inyectar un tinte trazador y ver cómo decae su concentración en la sangre con el tiempo. Leía ese decaimiento ópticamente con un oxímetro de oreja. Esos dispositivos pasaban luz roja e infrarroja a través del tejido auricular para estimar oxígeno en sangre, pero exigían calibraciones frustrantes y pasos engorrosos como exprimir antes la sangre del tejido. El problema de fondo: los primeros oxímetros se basaban en la absorción total de luz, que se ve afectada por piel, tejido y sangre venosa, cuando en realidad lo que se quería medir era el oxígeno de la sangre arterial.
Mientras Aoyagi trabajaba con el equipo, notó que el pulso del paciente aparecía constantemente como una ondulación molesta en la salida. Dedicó esfuerzo a tratar de cancelar esa onda equilibrando las señales rojas e infrarrojas entre sí. Después se dio cuenta de algo más: cuando bajaba la saturación de oxígeno del paciente, la cancelación se rompía. De ahí saltó al insight clave: la razón entre la absorción de luz roja e infrarroja podía usarse para determinar la saturación de oxígeno en la sangre arterial.
Todo se reduce a la naturaleza de la sangre. La hemoglobina viene en dos variantes relevantes: la oxihemoglobina, que lleva una molécula de O₂, y la desoxihemoglobina, que no. Son de colores distintos, razón por la cual la sangre arterial es rojo brillante y la venosa es más oscura. Absorben luz de manera distinta, al punto de que es clínicamente útil. A una longitud de onda de 660 nm (roja), la desoxihemoglobina absorbe notablemente más luz que su prima oxigenada. Alrededor de 940 nm (infrarrojo cercano), la oxihemoglobina absorbe más. Casi todos los pulsioxímetros usan estas dos longitudes de onda; ambas penetran el tejido sin problema y es fácil conseguir LEDs que las emitan.
¿Cómo se traduce la luz en un número?
La lectura es relativamente directa. El dispositivo enciende y apaga alternadamente los dos LEDs muchas veces por segundo, e incluye una tercera fase con ambos apagados para que el fotodiodo reste la luz ambiente. El fotodiodo recibe luz que pasó por todo el dedo: piel, hueso, grasa, sangre venosa y arterial. La mayor parte no cambia segundo a segundo, pero la sangre arterial sí, con cada latido.
Cuando se muestrean las pulsaciones del LED infrarrojo y rojo, el fotodiodo entrega una señal con un nivel continuo proveniente de la luz que atravesó el dedo y un componente pequeño que ondula al ritmo del pulso humano. Esa ondulación viene del flujo pulsátil de la sangre arterial, y su frecuencia se usa para medir el pulso. El nivel continuo se elimina restando el valle del pico de ambas señales (roja e infrarroja), lo que deja únicamente el componente de absorción debido a la sangre arterial fresca.
El nivel de oxigenación en la sangre arterial se calcula entonces comparando la razón entre la luz roja y la infrarroja captadas en ese trozo de la señal. La razón se convierte en un número legible mediante una tabla de búsqueda basada en la ley de Beer-Lambert sobre concentración de sustancias en solución. El número que aparece se etiqueta como SpO₂. La "p" significa "peripheral" (periférico), para indicar que es una medición óptica y no determinada directamente con técnicas de gas sanguíneo.
¿Cuándo el pulsioxímetro se equivoca?
La distinción importa porque hay varias condiciones bajo las cuales las lecturas pueden ser imprecisas. En lo más básico, el sensor se confunde si el paciente se mueve mientras lo usa, porque la señal pulsátil se vuelve menos clara. Tampoco distingue carboxihemoglobina de oxihemoglobina, porque ambas absorben luz casi igual a 660 nm. La carboxihemoglobina es el resultado del monóxido de carbono entrando en la sangre, así que una víctima de inhalación de humo puede mostrar un SpO₂ alto mientras su sangre lleva muy poco oxígeno.
El esmalte de uñas y el tono de piel también impactan la cantidad de luz que cruza el dedo, alterando las lecturas, y el flujo sanguíneo limitado en los dedos puede dar problemas adicionales.
Una técnica imperfecta pero revolucionaria
No será perfecta, pero la oximetría de pulso es enormemente útil la mayor parte del tiempo. Permite a los equipos médicos obtener una mirada casi instantánea a los signos vitales más importantes de manera completamente no invasiva. La tecnología revolucionó la atención de urgencia y la cirugía, donde ha jugado un rol gigante en el monitoreo bajo anestesia.
La simpleza del dispositivo hizo que esta información médica crítica sea accesible a cualquiera que pueda pagar un equipo de USD 20 con un par de LEDs y un fotodiodo. Hoy incluso se puede registrar la saturación de oxígeno durante el sueño con un smartwatch común gracias a desarrollos derivados de esta misma técnica, lo que ayuda a diagnosticar condiciones complejas como la apnea del sueño. Todo porque la sangre transmite la luz un poquito distinto dependiendo de cuán oxigenada esté.
