© Masson, Paris. Ann Fr Anesth R&anim, 8 : 171-174, 1989

MONITORA GE PEROPERA TOIRE

Oxym trie de pouls

G. ROLLY, L. VERSICHELEN

D6partement d'Anesth~siologie, H6pital Universitaire, De Pintelaan 185, B 9000 Gand, Belgique

L'oxym6trie de pouls, technique d'application r6cente en anesth6siologie clinique, permet la mesure non effractive et continue de la saturation art6rielle en oxyg~ne et du rythme cardiaque. Bas6e sur la loi physique de Lambert-Beer, elle mesure la saturation ~ l'aide de deux fr6quences distinctes, d'un photod6tecteur et d'un programme sophistiqu6 de calcul.

1. PRINCIPES DE L'OXYMI=TRIE

Le principe sur lequel l'oxym6trie de pouls est fond6 peut 6tre r6sum6 ainsi : la << couleur >> du sang varie selon le degr6 de saturation en oxygSne de l'h6moglobine. L'oxym~tre d6termine la satura- tion en oxyg6ne par la mesure de l'absorption de deux lumi6res rouge et infrarouge par l'oxyh6mo- globine. A cet effet, la loi de Lambert-Beer est appliqu6e. Cette loi d6crit Fextinction de l'inten- sit6 d'un faisceau lumineux ~ travers un liquide au moyen de l'6quation suivante : 1 = I' • e -Cd"

06 I est l'intensit6 de la lumi~re transmise, I' l'intensit6 de la lumi6re incidente, a l e coefficient d'absorption, C la concentration du solut6 et d l'6paisseur de la couche absorbante.

La mesure des caract6ristiques d'extinction de l'h6moglobine (ou plus exactement des deux h6moglobines, satur6e et d6satur6e) forme la base de l'oxym6trie. L'extinction est le degr6 d'absorp- tion de lumi~re d'une longueur d'onde bien d6ter- min6e. Lorsque la quantit6 de lumi~re est faible, le tissu 6tudi6 absorbe fortement la lumi~re et est de ce fait opaque.

La figure 1 montre les caract6ristiques de l'h6- moglobine satur6e et d6satur6e, en fonction de la longueur d'onde du faisceau lumineux. Pour les longueurs d'onde inf6rieures ~ 600 nm (lumi6re rouge), on note une extinction marqu6e. Au-des- sus de 600 nm, l'extinction diminue rapidement et l'h6moglobine devient transparente. A une lon- gueur d'onde de 660 nm, l'absorption augmente

1

(RE#) (INF'I=IAREI~) 660am 940nm

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WAVELENGTH (nm )

Fig. 1. - - Degr6 d'extinction de la lumi6re dans le spectre rouge et infrarouge, pour l'oxyh6moglobine (HbO~) et l'h6mo- globine r6duite (Hb).

lorsque la saturation en oxyg~ne diminue. Cette relation, allant d'un 6tat de saturation complete celui de d6saturation totale, pr6sente un caract~re lin6aire. A une longueur d'onde de 940 nm (ainsi que pour les longueurs d'onde voisines dans le spectre infrarouge), l'oxyh6moglobine devient plus absorbante que l'h6moglobine d6satur6e. La rela- tion reste lin6aire, mais est invers6e.

Ces caract6ristiques, ainsi que d'autres consid6- rations d'ordre technique, ont d6termin6 le choix des longueurs d'onde utilis6es pour les oxym~tres de pouls. Ce sont des longueurs d 'onde bien pr6- cises: 660 nm (spectre rouge) et 910, 925 ou 940 nm selon les oxym~tres (spectre infrarouge). Le rapport entre les deux absorptions diff6rentes permet d'61iminer l'effet de la distance parcourue par le faisceau lumineux dans les tissus.

Le probl~me majeur, lors de l'application de la th6orie de l'oxym6trie au d6veloppement d'un appareil clinique, est la diff6renciation de l'absorp- tion par l'h6moglobine de l'absorption par les

Requ le 21 novembre 1988 ; accept6 apr6s r6vision le 13 mars Tir6s a part : G. Rolly. 1989.

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Fig. 2. -- D6tail de fonctionnement de l'oxymbtre.

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autres composantes des tissus humains [6]. Les oxym6tres de pouls envoient deux ondes lumi- neuses dans un syst6me pulsatile, qui a son origine dans les pulsations art6rielles. Les autres tissus et fluides ne pr6sentent pas d'6tat pulsatile : ils ne modifient donc pas de faqon cyclique la lumi6re qui les traverse. Dans l'oxym6tre de pouls, c'est la portion pulsatile du signal qui est utilis6e, et c'est l'absorption de l'6nergie lumineuse par le d6bit art6riel pulsatil e qui fournit la base des calculs n6cessaires pour la d6termination clinique de la saturation.

2. R~LISATION PRATIQUE

2.1. L'oxym6tre, bore noire mal connue

Lorsque l'oxym6tre fonctionne, les diodes de lumi6re rouge et infrarouge sont activ6es alternati- vement, puis il y a une p6riode de non-activation (fig. 2). Cette s6quence est reproduite h une fr6- quence 61ev6e (400 fois par seconde dans certains oxym6tres). La lumi~re transmise est d'abord con- vertie en un signal 61ectrique, qui est ensuite modul6 et analys6. La saturation est calcul6e selon une formule complexe, qui tient compte des chan- gements pulsatiles de l'extinction dans le spectre rouge par rapport aux changements dans le spectre infrarouge. Les calculs ainsi obtenus sont modul6s et une moyenne arithm6tique est calcul6e sur une p6riode d6termin6e dans la plupart des oxym6tres.

D'autres oxym6tres attribuent dans leur pro- gramme de calcul peu d'importance ~t une mesure unique discordante, afin d'dliminer les interf6- rences ou les valeurs erron6es dues h des mouve- ments du patient. Certains oxym~tres changent de tonalit6 acoustique lorsqu'une d6saturation sur- vient.

Dans certains oxym6tres, le signal infrarouge est 6galement employ6 pour rendre visible la courbe de pouls, qui est alors semblable ~ la courbe pl6thysmographique classique. Quelques appareils augmentent automatiquement cette courbe de pouls jusqu'h une amplitude maximale, tandis que d'autres, apr6s une stabilisation initiale, gardent le m6me facteur de multiplication, de sorte qu'il est possible de suivre les changements de perfusion tissulaire en observant l'amplitude de la courbe.

2.2. Les capteurs

Diff6rents capteurs sont utilis6s ; ils se fixent soit sur le doigt (le plus fr6quemment), soit sur l'orteil, le nez, l'oreille ou la peau lorsque le capteur est compos6 de deux 616ments s6par6s. Les capteurs en forme de << clip >> doivent ~tre chang6s de place r6guli6rement, surtout chez les malades en hypovol6mie et chez les enfants, pour 6viter l'effet n6faste de la pression continue. Des brfilures superficielles, dues ~ une surchauffe acci- dentelle du capteur jusqu'~ 70 °C, se sont pro- duites chez des enfants [9]. Une coloration r6si- duelle de la peau avec hyperpigmentation a 6t6 6galement not6e chez un enfant.

OXYMETRIE DE POULS 173

3. LIMITES ET PIEGES DE L'OXYMETRE DE POULS

Pour i 'interpr6tation de la valeur de la satura- tion art6rielle, il faut se rappeler la forme sinusoi- dale classique de la relation entre la saturation et la pression partielle d'oxyg~ne. Si on tient compte de la temp6rature du patient et du pH sanguin, une Sao 2 de 98 % correspond h une Pao2 de 100 mmHg et une Sao 2 de 90 % ~ une Pao2 de 60 mmHg. Une baisse de la saturation en-dessous de 90 % doit donc ~tre consid6r6e comme un signe alarmant.

De m~me que pour toute m6thode d'analyse cli- nique, des fautes de lecture sont possibles. Pour I'oxym6trie, une faute de plus ou moins 2 % est g6n6ralement admise. On a toutefois constat6 que certains oxym6tres 6taient moins exacts que ne le laissaient supposer les donn6es du construc- teur [11]. Pour certains appareils, on a constat6 que les capteurs ne donnaient pas des valeurs fiables [3].

L'h6moglobine n'est pas uniquement pr6sente dans l 'organ!sme sous forme d'oxyh6moglobine (Hbo2) et d'h6moglobine ( H b ) ; elle peut aussi prendre d'autres formes telles que la carboxyh6- moglobine (HbCO) et la meth6moglobine (MtHb), qui sont appel6es dysh6moglobines. Le m6canisme de mesure de l 'oxym6tre est incapable de diff6ren- cier l 'oxyh6moglobine et les dysh6moglobines. Les valeurs de Sao2, mesur6es par les oxymbtres de pouls sont calcul6es comme suit :

Hb t o t a l e - Hb d6satur6e Sa°2 = Hb totale × 100

En pr6sence de dysh6moglobines, la formule devient la suivante :

HbO2 + HbCO + MtHb Sa°2 = Hb + HbO 2 + HbCO + MtHb x 100

Lorsque les dysh6moglobines sont pr6sentes en grande quantit6, les oxym~tres de pouls affichent une saturation faussement 61ev6e, par exemple en cas d'intoxication au CO [2].

Les oxym~tres ne font pas de diff6rence entre l 'h6moglobine adulte et l 'h6moglobine foetale. Des 6tudes exp6rimentales ont toutefois d6montr6 que les differences ne sont pas grandes. En pratique clinique, l 'erreur est n6gligeable [10].

En salle d'op6ration, les oxym~tres sont sensi- bles aux interf6rences caus6es par la lumibre pro- venant des lampes chirurgicales et des appareils fibres bptiques, ainsi qu'au rayonnement des lampes de r6chauffement ~ infrarouges [1].

Des co lo ran t s , occasionnellement inject6s au malade, provoquent 6galement des erreurs de lec- ture de la saturation [12, 13].

Les oxym~tres sont en g6n6ral pourvus d'alar- mes acoustiques et visuelles ajustables, pour pr6- venir d 'une d6saturation mena~ante. La fiabilit6 de ces alarmes a 6t6 6tudi6e et il a 6t6 rapport6, dans une 6tude r6cente, que dans 75 % des cas les

alarmes auditives n'6taient pas caus6es par des changements dans les param6tres physiologiques pour lesquels I 'oxym6tre est con~u, mais 6taient dues ~ des mouvements du patient, ~ des interf6- rences ou ~ des probl6mes m6caniques. Seulement 3 % de ces alarmes signalaient une situation dan- gereuse p o u r le patient [7].

4. INDICATIONS DE L'OXYMETRIE DE POULS EN ANESTHESIE

La simplicit6 d'application pratique de cette technique non effractive et I ' importance capitale de la notion de saturation en oxyg6ne expliquent le succ6s croissant de ! 'oxym6trie de pouls [4, 14]. Aux Etats-Unis, les implications m6dico-16gales de l'anesth6sie ont contribu6 h populariser cette tech- nique. D'autre part, l 'appareil permet d 'obtenir en continu des donn6es qu'aucune autre technique ne procure.

HR 8aO 2 ml~l % C(38m 15kg

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E ,d Fig. 3. Mesures de la saturation artdrielle (trac6 sup6rieur) et de la ff6quence cardiaque (trac6 inf6rieur) avec un oxym~tre de pouls chez un petit enfant. Avant l'introduction du bron- choscope et apr6s le retrait du bronchoscope, une ddsaturation prononcde est not6e.

En salle d'op6ration, l 'emploi de cette technique en routine est pleinement justifi6. En attendant une utilisation g6n6ralis6e, les indications les plus utiles sont l 'induction de l'anesth6sie, en particu- lier chez les enfants et lorsqu'une intubation endo- trach6ale difficile est pr6vue ou survient (fig. 3), ainsi que le monitorage de la ventilation pulmo- naire dans des situations pr6caires telles que l 'on peut les rencontrer en O R L : chirurgie au laser des cordes vocales (fig. 4) et de la t rach6e ; 16sions bronchiques (fig. 5).

L'oxym6trie est indiqu6e pour le monitorage de routine durant l'anesth6sie : elle permet de d6celer rapidement les hypoxies dues ~ des erreurs d'ajus- tement des d6bitm~tres, ~ une d6connexion acci- dentelle des tuyaux du respirateur (dans ce cas la

G. ROLLY, L. VERSICHELEN

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Fig. 4. - - Mesures de la saturation art6rielle (trac6 superieur) et de la fr6quence cardiaque (trac6 inf6rieur) avec un oxym6tre de pouls chez un enfant. Imm6diatement avant l 'introduction du cath6ter nasotrach6al pour la ventilation ~t haute fr6quence

e t apr~s la d6tubation, une d6saturation survient ; lots de la ventilation h haute fr6quence avec de l'air, une bonne satura- tion est pr6sente.

5. A V E N I R I M M I ~ D I A T

Une nouvelle gamme d'oxym6tres de pouls est actuellement mise sur le march6. Ces appareiis permettent non seulement la mesure de la satura- tion et du pouls, ainsi que la visualisation de la courbe du pouls, mais aussi le stockage des don- n6es et la reprdsentation graphique de la courbe de tendance. Un capnographe du type aspiratif est incorpor6, ainsi qu'un appareil de mesure de la concentration en protoxyde d'azote. L'analyse des anesth6siques inhalds, pr6vue tr6s prochainement, va encore 61argir les possibilit6s de monitorage de ces appareils.

La simplicit6 d'application pratique de l'oxym6- trie de pouls et la possibilit6 de d6tecter tr~s t6t une situation dangereuse rendent ces appareils indispensables pour assurer la s6curit6 du patient en anesth6sie clinique.

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Fig. 5. Mesures de la saturation art6rielle (trac6 supeneur) et de la fr6quence cardiaque (trac6 inf6rieur), avec un oxym~- tre de pouls chez un malade en d6tresse respiratoire. Seule l 'introduction du bronchoscope, la ventilation • haute fr6- quence avec 100 % d'oxyg~ne et la chirurgie au laser de la tumeur bronchique restaurent la saturation art6rielle.

capnographie permet toutefois une d6tection plus rapide) ou h une hypoperfusion.

Le transfert du patient en salle de r6veil est souvent associ6 a des hypoxies et l'emploi de l'oxym6tre de pouls s'impose ici 6galement [5]. Enfin l'oxym6tre est utile en unit6 de soins inten- sifs, surtout chez les patients ventil6s.

Peu d'6tudes rapportent la fr6quence de d6tec- tion d'hypoxie. Une 6tude portant sur 4 700 pa- tient~ a d6montr6 que des hypoxies (incidents criti- ques) survenaient dans 6 % des anesth6sies ; l'inci- dence des alarmes erron6es 6tait de 2 % seule- ment [8]. Les d6saturations au cours de l'entretien de l'anesth6sie 6taient g6n6ralement moins graves, mais plus fr6quentes, que celles observ6es durant l'induction et la fin de l'anesth6sie.

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