Pulzní oxymetr

Pokrok na rozmezí letectví, elektroniky a medicíny nám v posledních letech přinesl možnost zakoupit na trhu dostupný, cenově přijatelný a dostatečně miniaturní přístroj, jehož využití je v kokpitu velmi praktické.

Při stoupání s letadlem do velkých výšek klesá v okolí letadla celkový tlak vzduchu a tím i parciální tlak kyslíku. Při letu bez potřebného vybavení kyslíkovým systémem, při jeho selhání nebo při dekompresi kabiny jsou osoby na palubě letadla vystaveny nedostatku kyslíku – hypoxii. Pulzní oxymetr je přístroj, který nás má včas varovat, že taková situace skutečně hrozí.

Pulzní oxymetr je v nejmenším provedení podobný většímu kolíčku na prádlo. Klapne se na konec libovolného prstu a on měří okysličení krve protékající tímto prstem. Na přístroji je displej, který obvykle ukazuje dvě různé hodnoty. První je % SpO₂, neboli saturace hemoglobinu kyslíkem. Je vyjádřená jako procentuální podíl okysličeného červeného krevního barviva v tepenné krvi. Vysvětlení této hodnoty se budu věnovat podrobněji. Druhou hodnotou je tepová frekvence.

Propracovanější přístroje mají otočný displej, který se automaticky orientuje podle polohy v prostoru tak, aby zůstal čitelný. Tato vlastnost je velmi praktická. V praxi hrozí záměna obou zobrazených hodnot saturace a pulzu, protože často dosahují podobných hodnot. Pro odlišení by důležitější hodnota saturace krve měla být zobrazená většími číslicemi nebo jinou barvou, než tepová frekvence. Čitelnost displeje ve tmě je výhodná při letu v noci. Přístroj je napájen mikrotužkovou baterií, což je v letadle podle Murphyho zákonů vždy riziková okolnost hrozící selháním v nejméně příznivý okamžik. Obvyklé je, že přístroj se zapne automaticky při nasazení na prst. Při sejmutí z prstu se automaticky vypíná a tím se šetří energie baterie.  Některé přístroje mají i indikátor kvality měřeného signálu, který může varovat před chybou měření.

Zakoupit je také možné větší přenosné modely, kde je oddělen kolíček se senzorem, který je propojen kabelem s tělem přístroje. Takové mívají také zvukový a optický alarm při dosažení kriticky nízkých hodnot saturace krve. Další výhodou tohoto provedení je možnost klapnutí senzoru na ušní lalůček a měření saturace krve protékající ušním boltcem. Například při létání s větroněm v dlouhé vlně může dojít k prochladnutí pilota, prsty se nedokrvují a měření na prstu může indikovat nesprávně nízké hodnoty saturace krve. Ušní lalůček je blíže k srdci, krev zde protékající se okysličením více podobá krvi protékající mozkem a měření v takové situaci je spolehlivější. Nevýhodou je samozřejmě větší hmotnost přístroje a vyšší cena.

Co nám v letadle hrozí při nedostatku kyslíku, se dočtete ve starším článku Hypoxie při létání ve velkých výškách. Ze zkušeností získaných při výuce v leteckých školách vím, že kolegové piloti jsou obvykle technicky zaměření lidé a biologie je mimo oblast jejich zájmu. Proto, abych srozumitelně vysvětlil funkci pulzního oxymetru, musím začít poznámkami z fyziologie dýchání.

Kyslík potřebujeme v těle jako okysličovadlo při spalování biologického paliva. Energii získává spalováním každá buňka těla a využívá ji pro udržení života a k plnění svojí funkce. Kyslík se k buňkám rozvádí oběhovým systémem. Plíce dýchají vzduch a okysličují krev, která je srdcem a tepnami rozváděna do celého těla. Při nedostatku kyslíku buňky strádají nedostatkem energie, jejich funkce selhávají a postupně odumírají.

Volně rozpuštěný kyslíku v krvi není pro zásobování tkání dostatečný. Potřebujeme mít v krvi navíc přenašeč, který na sebe v plících kyslík naváže a v tkáních jej odevzdá. Je jím hemoglobin, obsažený v červených krvinkách. Krev je z 35 až 49 objemových procent složená jen ze samotných červených krvinek. Nedostatek červených krvinek a hemoglobinu v nich obsažených, tak zvaná anemie, způsobuje nedostatek kyslíku v těle a pro pilota znamená mimo jiné zvýšenou citlivost na hypoxii ve velkých výškách.

Hemoglobin okysličený v plicích je po těle rozváděn tepnami do tkání a odevzdá buňkám kyslík. Odkysličený hemoglobin se vrací žilami do srdce, a dále do plic, kde se znovu okysličí. Plíce nejsou dokonalé a nedokáží okysličit 100 % hemoglobinu, ale u zdravého člověka přibližně 95-98 %. Podíl okysličeného hemoglobinu z celkového množství hemoglobinu v tepenné krvi vyjádřený v procentech se nazývá saturace krve. Používáme pro něj zkratku SpO₂. To je nejdůležitější hodnota, kterou nám pulzní oxymetr ukazuje.

Pulsní oxymetr funguje na principu měření průsvitnosti prstu nebo ucha. Využívá vlastnost, že okysličený a odkysličený hemoglobin mají rozdílné barvy a rozdílně pohlcují světla vybraných barev. Na jedné straně čelistí pulzního oxymetru jsou typicky umístěné dvě malé LED diody, které prosvěcují prst. Jedna dioda je červená, druhá je infračervená. Na druhé straně přístroje je fotodioda, která měří prostupnost prstu pro světla těchto vybraných vlnových délek. Z naměřených hodnost se počítá saturace krve, výpočet není triviální a podrobnosti je možné najít zde.

Normální hodnoty saturace krve ve výšce blízké hladině moře jsou 98-95 %. Hodnota 100 % saturace vyvolává podezření na otravu oxidem uhelnatým. Celá řada chorob způsobuje, že hodnoty saturace mohou klesat, ale to je problém lékařů a jejich pacientů. Závislost saturace na výšce letu se nazývá saturační křivka a není lineární, ale má esovitý průběh. Při stoupání bude saturace klesat nejprve pomalu, s narůstající výškou bude pokles saturace rychlejší.

Při nedostatku kyslíku tělo spouští kompenzační reakci, která nás částečně chrání před následky hypoxie. Zrychluje se srdeční frekvence, narůstá celkový výkon srdce, stoupá krevní tlak. Dýcháme rychleji a prohloubeněji. Krev je přednostně nasměrována do životně nejpotřebnějších orgánů, jako je mozek.

Letecký předpis L6/II nám přikazuje, že bez kyslíku a přetlakované kabiny můžeme létat ve výškách do 10 000 ft. Mezi 10 000 a 13 000 ft můžeme létat omezenou dobu 30 minut. Saturační křivka, kompenzační reakce a čas užitečného vědomí (viz hypoxie) nám zajišťují, že můžeme v těchto výškách létat bez závažných projevů hypoxie. Tolerance výšek a citlivost na hypoxii je vrozená, během života se nemění, nedá se trénovat. Předpis je spíše přísnější, aby vyhovoval 95 % populace.

Hodnoty saturace:

• 98-95 % jsou normální hodnoty
• 95-85 % se obvykle neprojevuje žádnými příznaky, kompenzační reakce nás chrání před příznaky hypoxie, narůstá tepová a dechová frekvence
• 85-75 % se projevují zlepšením nálady, hovorností, žertovností, nárůstem odvahy, odbrzděním sebekontroly, ochotou neobvykle manévrovat, zvýšenou snahou komunikovat, pocitem euforie, pocitem lehké opilosti
• 75-60 % - obtížné dýchání, úzkost, slabost, nevůle, pocit na zvracení, bolest hlavy, zhoršení koncentrace, návaly horka a chladu, ztuhlost, mravenčení, pocit na zvracení, zešednutí zorného pole, trubicovité vidění, neostré vidění, snížení schopnosti rozumět mluvené řeči, zpožděná odpověď na změny polohy
• 60 % a níže - bezprostředně hrozící hypoxické křeče a bezvědomí

Uvedené hodnoty jsou hrubě orientační a mohou se u jednotlivých osob výrazně lišit, jak pravidelně vídáme u pilotů v hypobarické komoře. Na projevech hypoxie se podílí také rychlost stoupání, doba letu v hladině, fyzická zátěž, psychická zátěž, chlad, nemoci, životospráva, léky a vibrace.

V praxi jsem si ověřil jednu záludnost, která naprosto běžně zcela znehodnocuje použití pulsního oxymetru. Příznaky mírné hypoxie jsou sotva postřehnutelné, vcelku příjemné, cítíte se naprosto v pohodě, cítíte s v plné síle a soustředění a cítíte se perfektně. Jenže nejste. Mírně euforizující účinek hypoxie nám brání nejen rozeznat na sobě příznaky hypoxie a snížení výkonosti. Dokonce nám brání poslechnout varování přístroje.

Letíte ve FL 110, cítíte se dobře, naprosto normálně. Pulzní oxymetr vám ukazuje saturaci 81 %. To, co udělá téměř každý pilot je, že kolíček sejme a hodí do palubní přihrádky. „Jakápak hypoxie, vždyť já jsem naprosto OK,“ říkáte si. Právě jste ze svého pulzního oxymetru udělali luxusní kolíček na prádlo a podlehli ďábelským svodům hypoxie.

Nejen, že vaše objektivní výkonnost (schopnost logického myšlení, rozhodování, reakční doba, smysly) je snížená. Jakmile v této situaci nastane stresová situace (zastavení motoru, ztráta dohlednosti, dezorientace apod.), stres vede k prudkému nárůstu spotřeby kyslíku. Jenže není, kde ho brát. Příznaky hypoxie se prudce zhorší a nedovolí vám stresovou reakci vyřešit, například při zastavení motoru přepnout palivové nádrže. Taková historka se odehrála už opakovaně, například Piper P28R v americkém La Sal v Utahu, 23. ledna 2003.

Kromě saturace měří pulzní oxymetr také tepovou frekvenci. Průměrně má hodnotu kolem 75 úderů za minutu u mužů a okolo 82 u žen. Sportovci mají hodnoty nižší až k 40 úderům za minutu. Hodnota narůstá především při jakékoli námaze, zátěži, stresu. V souvislosti s hypoxií je nutné vědět, že nárůst tepové frekvence je projevem kompenzatorní reakce, kterým nás tělo chrání před projevy hypoxie. Stoupání s letadlem do výšky a následný pokles saturace krve způsobuje nárůst tepové frekvence. To je přirozená obranná reakce, nikoli důsledek hypoxie. Proto hodnoty pulsu 80-90 v klidu ve FL 100 jsou odpovídající i pro trénovaného jedince.

Snížená hodnota saturace krve varuje před hrozící hypoxií, ale pouze po splnění celé řady podmínek:

• Při nedostatku červených krvinek v krvi (anémii) ukazuje oxymetr normální saturaci, ale do tkání není dopravován dostatek kyslíku a hrozí hypoxie. Anémie výrazně zvyšuje citlivost na hypoxii a pilot by anemií trpět neměl. Proto je předpisem nařízena kontola množství hemoglobinu v krvi při některých prohlídkách u leteckého lékaře.
• Hemoglobin poškozený otravou oxidem uhelnatým při pronikání výfukových plynů do kabiny je pěkně červený a přístroj ukazuje falešně příznivé hodnoty. Kuřáci mají běžně 5-10 % i více hemoglobinu trvale poškozeného oxidem uhelnatým podle intenzity kouření. Kuřák by si měl odpočítat ze saturace indikované přístrojem 5-10 % a řídit se těmito upravenými hodnotami. Vliv cigaretového kouře odezní přibližně po 8 hodinách abstinence cigaret.
• Plně funkční oběhový systém těla musí spolehlivě zásobovat všechny části těla. K nedokrevnosti mozku může dojít při hyperventilaci (dýcháním prohloubenějším a rychlejším, než by odpovídalo situaci) – vysvětlení najdete ve článku Z hluboka nedýchat! V takové situaci přístroj ukazuje normální hodnoty, ale mozek je hypoxický.
• Jinou situací je prochladnutí, kdy tepenná krev je z důvodu úspory tepla směřována v těle do centrálních orgánů a částí těla, aby nedocházelo k dalším tepelným ztrátám kůží. Koncové části těla (prsty u končetin, špička nosu a podobně) jsou nedokrevné a hromadí se v nich odkysličená krev. Přístroj umístěný na prstu prochladlé končetiny ukazuje falešně nízké hodnoty. Stejně tak svalový třes při prochladnutí znemožňuje čidlu měřit správně.
• Kůže prstu musí být dobře průsvitná. Mozoly a kožní choroby mohou narušovat měření.
• Nadměrná intenzita okolního světla vnáší chybu měření arteficiálním osvícením fotodiody zevním světlem.
• Napočítal jsem 501 různých nemocí, které lékaři znají a které snižují saturaci krve.

To všechno jsou zásadní nevýhody měření saturace krve jako varování před hypoxií, kdy nám pulzní oxymetr dává nepravdivou informaci. Ideální by bylo měřit parciální tlak kyslíku v krvi mozkových tepen, což je pochopitelně neproveditelné bez použití hrubého násilí na těle pilota. Proto má saturace krve jednu zásadní výhodu: můžeme ji měřit dostupnými prostředky bez invaze do těla.

Při použití pulzního oxymetru vás čeká ještě jedno překvapení. Při stoupání od země do výšky asi 5000 stop bude ukazovat stále stejné hodnoty, jako na zemi. S dalším stoupání bude hodnota SpO₂ pomalu klesat. Ve výšce asi 10 000 až 12 000 stop začnou hodnoty saturace krve oscilovat. Hodnoty zobrazené oxymetrem začnou dva až třikrát za minutu stoupat a klesat přibližně mezi 90 % (pohoda, nic se neděje) a 80 % (těžká hypoxie vyžadující rozhodné řešení). Na vině není porucha oxymetru.

Za oscilace může fenomén, který lékaři znají pod pojmem Cheyneovo-Stokesovo dýchání, které se projevuje nejen u některých nemocí, ale také u neaklimatizovaných osob ve velkých výškách. Jde o nepravidelné dýchání, kdy se prohloubené a zrychlené dýchání cyklicky střídá s povrchním zpomaleným dýcháním nebo až se zástavou dechu. Cykly intenzivního a povrchního dýchání se střídají dvakrát až třikrát za minutu.

Příčina tohoto jevu je dobře známa. Na vině je nesprávná regulace dechu mozkem. Za normálních okolností na zemi je rychlost dechu řízená hladinou CO₂ v krvi. Proč je v krvi CO₂, proč ho tam musí být správné množství a k čemu vede jeho nedostatek, se dočtete v článku Z hluboka nedýchat!

Na zemi řídí rychlost dechu čidlo CO₂ v krvi. Při stoupání do velké výšky jsme vystaveni hypoxii a řízení dechu přebírá čidlo, které měří množství kyslíku v krvi a hypoxii dohání prohloubeným a zrychleným dechem. Následkem bude nadměrné vydýchání CO₂ z krve. Krev se stává příliš zásaditou, což nedělá mozku dobře a poškozuje to jeho funkci. Proto čidlo CO₂ znovu vstoupí do řízení dechu a začne zase dýchání brzdit.

Po fázi prohloubeného a zrychleného dechu následuje fáze povrchního dýchání nebo úplné zástavy dechu. S oscilující frekvencí dechu hypoxického pilota samozřejmě osciluje také saturace krve. Jestliže jsme vydýchali příliš mnoho CO₂, mozek začne dýchání zpomalovat, tím ale ve velké výšce prohloubí hypoxii. Oscilace hodnot saturace krve jsou projevem rozvinuté hypoxie a je rozhodně vhodné začít klesat.

Praktické rady pro použití pulzního oxymetru:

• Aby vám byl pulsní oxymetr na palubě platný, stanovte si hodnotu saturace, pod kterou nejste ochotni jít. Takovou rozumnou hodnotou je 85 %. A za každou cenu to dodržujte, ať jsou vaše subjektivní pocity jakkoli dobré.
• Za žádnou cenu se nikdy nesnažte vylepšovat hodnotu saturace krve prohloubeným dýcháním, zrychlováním nebo zadržováním dechu. Svůj dech se nikdy nesnažte jakkoli vědomě ovlivňovat! Vaše tělo to dokáže nejlépe podvědomě a samo. Při vědomém ovládání dechu hrozí hyperventilace - viz Z hluboka nedýchat!
• Pulzní oxymetr na palubě není pozvánkou k létání bez kyslíku nad 10 000 ft. Pulzní oxymetr ukazuje pouze vaši okamžitou saturaci. Při stresu a řešení krizové situace dojde k náhlému prudkému poklesu saturace a nohy se vám podlomí v nejméně vhodném okamžiku.
• Pulzní oxymetr je vhodnou pomůckou pro kontrolu funkčnosti palubního kyslíkového systému.
• Pulzní oxymetr není certifikovaný palubní přístroj. Nesvěřujte mu svůj život.
• Oxymetr vyzkoušejte na zemi. Pokud ukazuje neočekávané hodnoty, pátrejte po příčině.
• Při prochladnutí nemusí oxymetr ukazovat správně. Lépe bude ukazovat na uchu.
• Jestliže jste kuřák, nekuřte 8 hodin před letem. Jestliže jste před letem kouřili, odpočítejte si na saturaci 5-10 % podle intenzity kouření.
• Pokud použijete kyslík za letu, saturace krve se upraví za několik vteřin.
• Při vypínání kyslíkového systému i v malých výškách u země dochází ke krátkodobému poklesu saturace krve a krátkému snížení výkonnosti. Nevypínejte kyslík těsně před přistáním, abyste při podrovnání byli v plné výkonnosti.