INTRODUCCIÓN

La pandemia de COVID-19, coqueluche, bronquiolitis a virus sincitial respiratorio, gripe (influenza), nos puso en la necesidad de un instrumento asequible de detección remota de la desaturación de oxígeno que pueda manejar de forma precisa y lo más segura para la detección y el seguimiento iniciales, advirtiendo a las personas si deben o no buscar atención médica experta. También es inevitable la ocurrencia de privación de O2 cuando hay períodos prolongados porque esto puede llevar a producir acidosis, inflamación, estrés celular o muerte celular, insuficiencia en la producción de energía por alteraciones en el adenosín trifosfato (ATP).

Es de vital importancia considerar que la hipoxia profunda breve (definida como SaO2 50%-70% durante aproximadamente 600 segundos) no se debería asociar con compromiso cardiovascular y es tolerada siempre y cuando la persona esta sana y sin patologías de base, no debería haber efectos nocivos aparentes.

Pero una hipoxia crónica induce a un conjunto de adaptaciones y tensiones que pueden resultar en una mayor tolerancia a la hipoxia o a la enfermedad, como en la adaptación a la altitud o en el síndrome del mal de montaña crónico. En seres humanos sanos, la hipoxia profunda breve produce un aumento de la ventilación minuto y del gasto cardíaco, pero poca o ninguna alteración en la química sanguínea. Los efectos de la hipoxia profunda aguda sobre el sistema nervioso central incluyen disminución transitoria del rendimiento cognitivo, basado en alteraciones en la atención provocadas por interrupciones de la conectividad cerebral frontal/central. Sin embargo, siempre que no haya disminución del gasto cardíaco o isquemia, la hipoxemia profunda breve en seres humanos sanos se tolera bien sin evidencia de acidosis o deterioro cognitivo duradero.

Las enfermedades por diferentes virus, bacterias, hongos, parásitos, como también enfermedades en que las vías respiratorias donde se inflaman, estrechan y ocurre mayor producción de mucosa de lo normal, lo que conlleva dificultad a la respiración (por ej.: asma), en el caso de una infección respiratoria causada por el virus SARS-CoV2, el cual genera una cascada de eventos sistémicos, afectando diferentes órganos y tejidos. ^1,2,3,4

Nuestro objetivo en este artículo es presentar los argumentos necesarios para poder considerar como una herramienta fácil de manejar en un aparato como el smarphone inteligente (CI), en el que se puede incorporar la aplicación para que pueda realizar la oximetría en cada persona.

Hemos realizado una revisión actualizada de los efectos de la hipoxemia en diferentes órganos y sistemas principales que sea de utilidad como material de referencia para profesionales y estudiantes de la salud.

Para esto realizamos una búsqueda bibliográfica en los portales Cochrane, MedLine, PubMED, MedScape, Scielo, Google Scholar, y Springer Link7, así como en los sitios donde se almacena, organiza, mantiene y se difunde información digital⁸, habitualmente archivos informáticos, que pueden contener trabajos científicos, conjuntos de datos o software, y sobre un total de 150 artículos, seleccionamos, de estos utilizamos 70 artículos^5,8,13,15 para esta revisión en base a su relevancia.

ANTECEDENTES:

Takuo Aoyagi nacido el 14 de febrero de 1936 en la Prefectura de Niigata, Japón, en 1958 se graduó en la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Niigata con grado en ingeniería eléctrica. Primero su sueño era hacer un sensor de saturación de oxígeno en la sangre para ventilación artificial, y para lograr esto investigo sobre la oximetría.

En 1972, Takuo Aoyagi, ingeniero eléctrico de la empresa Nihon Kohden en Tokio, realiza varios estudios sobre la medición del gasto cardíaco de forma no invasiva mediante el método de dilución de tinte utilizando un oxímetro de oído disponible comercialmente. Compensó las señales roja e infrarroja para cancelar el ruido del pulso que impedía medir con precisión el lavado del tinte. Descubrió que los cambios en la saturación de oxígeno anulaban la cancelación de su pulso. Luego se dio cuenta de que estos cambios pulsátiles podrían usarse para calcular la saturación a partir de la relación de los cambios de pulso en el rojo y el infrarrojo. Sus ideas, ecuaciones e instrumentos fueron adaptados, mejorados y comercializados con éxito por Minolta alrededor de 1978, estimulando a otras empresas a mejorar aún más y comercializar los oxímetros de pulso en todo el mundo a mediados de la década de 1980.

La oximetría de pulso es una técnica rápida y no invasiva que permite valorar la continua oxigenación, y esto permite detectar cambios súbitos e inesperados en el estado clínico de una persona sana como también en una enferma.

Los oxímetros de pulso actuales permiten medir la cantidad de luz roja e infrarroja en un área de flujo sanguíneo pulsátil. Esto es debido a que la luz roja es absorbida principalmente por la sangre desoxigenada y la luz infrarroja es absorbida principalmente por la sangre oxigenada, con estos parámetros se puede medir el fenómeno de la proporción de absorción de la luz a través del cual un cuerpo absorbe radiaciones determinadas longitudes de onda. ^1,2,3

Debido a que la cantidad de luz absorbida varía con cada onda de pulso, la diferencia de medición entre 2 puntos en la onda de pulso ocurre en el flujo sanguíneo arterial, con más de varios cientos de mediciones por segundo. Esto se compara con los valores basales, dando tanto la saturación de oxígeno de oximetría de pulso (SpO₂) como la frecuencia del pulso.

El oxímetro de pulso extrae y muestra SpO2 además de la frecuencia cardíaca en la forma de una onda fotopletismografía (PPG) que está basada en un sistema optoelectrónico⁴ formado por un diodo emisor de luz (light emitting diode [LED]) y un elemento receptor (fototransistor), cada 3 a 6 segundos. La sonda del oxímetro tiene 2 lados, un lado es del pulso que contiene 2 diodos emisores de luz que transmiten 2 longitudes de onda de luz, y el otro lado contiene un fotodetector. La luz roja a 660 nm y la luz infrarroja cercana (NIR) a 940 nm se transmiten a través del tejido (piel, arterias, capilares, venas, huesos y grasa), y la luz que no se absorbe es detectada por el fotodetector en el lado opuesto.⁷

Resultando que la oximetría de pulso es un parámetro de monitoreo estándar para los anestesiólogos en todos los casos que realizan anestesia. Es además importante considerar en las personas internadas en un hospital según la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. (FDA) presentan factores de riesgo respiratorio, y si usan gabapentina, pregabalina, pueden sufrir graves alteraciones respiratorias, en especial si se usan los opioides.

El oxímetro de pulso (conocido también como «saturómetro») es un dispositivo pequeño que permite medir cuánto oxígeno contiene la sangre sin necesidad de extraerla mediante un con una aguja, al cual la denominaremos “nivel de saturación de oxígeno” (SatO2). El porcentaje testeado nos indica cuánto oxígeno transporta la sangre en relación al máximo que sería capaz de transportar. En circunstancias normales, el valor debe ser mayor del 85% en la altura y de 95% a nivel del mar. También considerar que algunas personas con padecimientos preexistentes sean cardíacos o pulmonares podrían tener una lectura basal mucho más baja ^4,5,6.

Los oximetros modernos miden la cantidad de luz roja e infrarroja en un área de flujo sanguíneo pulsátil ^23,24,25,26.

Debido a que la sangre desoxigenada absorbe principalmente la luz roja y la sangre oxigenada absorbe principalmente la luz infrarroja, se puede medir la relación de absorción. Debido a que la cantidad de luz absorbida varía con cada onda de pulso, la diferencia de medición entre 2 puntos en la onda de pulso ocurre en el flujo sanguíneo arterial, con más de varios cientos de mediciones por segundo. Esto se compara con los valores de referencia, dando tanto la saturación de oxígeno de la oximetría de pulso (SpO2) como la frecuencia del pulso.

Los oxímetros de pulso extraen y muestran la SpO2 y la frecuencia cardíaca además la forma de onda fotopletismográfica (PPG) cada 3 a 6 segundos. Un lado de la sonda del oxímetro de pulso contiene 2 diodos emisores de luz que transmiten 2 longitudes de onda de luz, y el otro lado contiene un fotodetector. ^7,15,16,19]

La luz roja a 660 nm y la luz infrarroja cercana (NIR) a 940 nm se transmiten a través de los tejidos (piel, arterias, capilares, venas, huesos y grasa), y la luz que no se absorbe es detectada por el fotodetector del lado opuesto.

Los oxímetros actuales

El equipo utilizado para la oximetría de pulso incluye lo siguiente:

Actualmente, los 2 tipos básicos de sondas de oxímetro de pulso son sondas de transmisión y sondas de reflectancia ^20,21,22,23.

PUEDEN SER FACTORES INTERFERENTES DE ERROR O MAL FUNCIONAMIENTO DEL OXÍMETRO:

SONDAS DE TRANSMISIÓN

Con las sondas de transmisión, el emisor de luz y el sensor se colocan uno frente al otro en el tejido pulsátil, como un dedo o una oreja. Las luces utilizadas para medir la oxigenación del tejido generalmente se colocan frente a un detector que rodea aproximadamente 5-10 mm de tejido que contiene flujo sanguíneo pulsátil, como la punta del dedo o el lóbulo de la oreja. ^29,30,31

Las indicaciones para la oximetría de pulso incluyen las siguientes:

LECTURAS INEXACTAS

Diversas situaciones pueden causar una lectura errónea de SpO2, especialmente con el uso de sondas de transmisión. Los pigmentos más oscuros de la piel, ciertos esmaltes de uñas, dishemoglobinemias (por ejemplo, carboxihemoglobina, metahemoglobina), tintes intravenosos (por ejemplo, azul de metileno), hipoperfusión e hipoxia (especialmente con lecturas de SpO2 menor 80%) pueden causar errores. También se ha demostrado que el movimiento y la exposición a la luz ambiental o excesiva causan lecturas erróneas de SpO₂.

TIEMPO DE LECTURA DE LA SpO2

Al realizar en las extremidades distales:

OXIMETRIA EN RECIEN NACIDOS:

En nuestros recién nacidos, debemos considerar que dedos o la oreja generalmente son muy pequeños, entonces podemos colocar el saturómetro sobre la palma de la mano y/o la planta del pie.

Ahora tenemos la posibilidad de usar un sistema de oxímetro de cámara en teléfonos inteligentes (TI) modificado como una herramienta de detección para la hipoxemia, donde también se puede calcular si una persona tiene un nivel de SpO2 por debajo del umbral de 85% en la altura y de 92%, 90% y 88% a nivel del mar. ^33,34,35,36 Un valor de oximetría de pulso por debajo de 85% (3,500 mts/nm), o 90% (nivel del mar), la Sp02 son umbrales que nos pueden sugerir la necesidad de atención médica, pero otros umbrales podrían ser valiosos clínicamente.

Hemos hallado durante nuestra investigación la existencia de monitores de SpO2 basados en los teléfonos inteligentes (TI), especialmente aquellos que dependen solo de hardware incorporado sin modificaciones, y brindan la oportunidad para detectar y monitorear afecciones respiratorias en contextos donde los oxímetros de pulso están menos disponibles.

Los recursos basados en teléfonos inteligentes para monitorear la saturación de oxígeno en la sangre han sido explorados anteriormente, empleando varias soluciones utilizadas para recopilar y estabilizar la señal PPG1, aumentar el sensor de cámara de banda ancha con filtro IR2 y filtrar la señal resultante para la corrección de ruido o valores atípicos.³. Algunas soluciones requieren hardware adicional, como un filtro de color o una fuente de luz externa, ^1,2,4,6 , mientras que otras se basan únicamente en el hardware incorporado del smartphone y emplean técnicas de software para procesar la señal PPG3. ^7,11 Trabajos previos indican que existe la posibilidad de que los monitores de SpO2 basados en teléfonos inteligentes llenen los vacíos en el acceso a la atención, pero carecen de datos de validación en una gama completa de niveles de SpO2 clínicamente relevantes. Si bien las técnicas de evaluación previas para estos estudios basados en teléfonos inteligentes permiten hacer una técnica de vigilancia personal, en los próximos años se alcanzará la obtención de resultados muy confiables. Lo que es determinante es que de 100 personas 80 utilizan teléfonos celulares, lo que significa que muy bien se aplicaría el axioma de prevenir antes de curar, interpretado como cada persona tendrá a su alcance un instrumento de alerta, lo que demanda de forma inmediata la atención médica correspondiente.

CONCLUSIONES

Los resultados de clasificación de este estudio indican una dirección a considerar para permitir una detección más accesible de la hipoxemia a través de teléfonos inteligentes no modificados. Teniendo en cuenta la posición única de los teléfonos inteligentes en los bolsillos de miles de millones de personas en todo el mundo, sería útil no sólo reproducir la función de un oxímetro de pulso en el software, sino también proporcionar una pantalla inicial para niveles bajos de SpO2 clínicamente significativos. Es importante considerar este potencial, ya que las aplicaciones de software ya se están utilizando de esta manera incluso cuando esas aplicaciones no han sido aprobadas los requisitos reglamentarios de la FDA. El sistema es el primer sensor de cámara de teléfono inteligente no modificado que informa precisión en niveles inferiores al 85 % de SpO2 y logró una sensibilidad relativamente alta (81 %) y especificidad (79 %) al clasificar sujetos con SpO2 por debajo de 85% y en la altura menor a 90 %.

Este proceso de predicción de SpO2, que incluye hardware de teléfonos inteligentes, aplicaciones de software personalizadas, procesamiento de datos, aprendizaje profundo y evaluación. En general, el modelado de CNN funcionó bien con estos datos de entrada, aprendiendo una función que aproxima los datos de forma no lineal.

Además, investigamos en la literatura revisada y encontramos que si la frecuencia cardíaca (FC) o la frecuencia respiratoria (FR), que se correlacionan con caídas agudas en la SpO2, fueron factores importantes que contribuyeron a la precisión del modelo. También hallamos que los investigadores descubrieron que codificar los datos de entrada como 3 latidos a 60 lpm, eliminando efectivamente la frecuencia cardíaca como una característica discernible de los datos de entrada, solo redujo la precisión del modelo en 0,35 a un MAE promedio = 5,35 (σ = 2,20), lo que indica que la FC no fue un factor importante que contribuyó al rendimiento del modelo, el FR no se codificó en los datos de entrada, ya que 3 seg. no es tiempo suficiente para ver un solo ciclo de respiración para los sujetos que descansan en una posición reclinada. En general, este nivel de desempeño en una muestra de sujetos de prueba relativamente pequeña (n = 6 sujetos con s = 12108 muestras totales) indica que la precisión del modelo podría aumentar si se recolectaran más muestras de entrenamiento de experimentos de FiO₂ más variados, lo que representa una gama más amplia de usuarios potenciales del sistema.