Perguntas e respostas: Atualizando oxímetros de pulso

Um dispositivo portátil usado para detectar níveis de oxigênio no sangue revolucionou a área médica há 50 anos e agora está recebendo atualizações essenciais.

Esforços para melhorar a precisão das leituras de oximetria de pulso para diversos grupos de pacientes e em vários ambientes estão em andamento. Joel Moss, MD, Ph.D., investigador sênior do NHLBI’s Laboratory of Translational Research, e Bennett Yang, pós-bacharelado do laboratório do Dr. Moss, descrevem esse processo e o futuro da pesquisa em oximetria de pulso.

P: Por que os oxímetros de pulso portáteis são importantes?

Bennett Yang: As células que compõem o corpo humano dependem do oxigênio para sobreviver. Minutos após a dessaturação de oxigênio, o tecido começa a morrer. Portanto, a importância de monitorar os níveis de oxigênio no sangue de um paciente, especialmente se estiverem baixos, como durante uma cirurgia ou se uma pessoa tiver COVID-19 ou pneumonia, não pode ser subestimada. O oxímetro de pulso, ou boi de pulso, foi criado para estimar de forma rápida e não invasiva a saturação de oxigênio no sangue de um paciente, para que pacientes e médicos possam monitorar e ajustar as necessidades de oxigênio de um indivíduo.

A portabilidade do oxímetro de pulso, como aqueles que podem ser colocados na ponta dos dedos, tornou-o mais acessível e valioso, tanto no hospital quanto em casa. O boi de pulso funciona emitindo luz vermelha e infravermelha próxima de uma superfície do dedo para um detector do outro lado. Sangue oxigenado e desoxigenado absorvem essas luzes de maneira diferente, o que permite que o oxímetro de pulso calcule a saturação de oxigênio com base nessas proporções.

P: Quais limitações os pesquisadores encontraram com os oxímetros de pulso?

Yang: O pulsox revolucionou a medicina, mas, como qualquer dispositivo, tem limitações. Por exemplo, a precisão do ox de pulso tende a diminuir à medida que os níveis de saturação de oxigênio caem, o que pode levar a leituras imprecisas. Isso, infelizmente, é quando a detecção de oxigênio é crítica.

Além disso, o oxímetro de pulso não funciona bem se o paciente tiver um fluxo sanguíneo ruim nas pontas dos dedos ou se estiver usando esmalte nas unhas. Perda de sangue, vasos sanguíneos contraídos e condições, variando de insuficiência cardíaca à doença de Raynaud, uma condição rara que interrompe o fluxo sanguíneo, podem contribuir para a diminuição da precisão.

O movimento físico também pode atrapalhar as leituras de pulso x. Isso é chamado de artefato de movimento. Isso é especialmente um problema para pacientes que têm níveis normais de saturação de oxigênio em repouso, mas dessaturam quando começam a se mover ou durante as atividades diárias.

Finalmente, e extremamente importante, o oxímetro de pulso tende a superestimar a saturação de oxigênio em pacientes com tons de pele mais escuros. A razão está na melanina, que é o pigmento da pele. O trabalho da melanina é principalmente bloquear a luz ultravioleta para proteger os tecidos de danos subjacentes. E faz isso bem.

Mas também absorve em uma variedade de comprimentos de onda, incluindo vermelho e infravermelho próximo, que são as luzes emitidas pelo oxímetro de pulso. Ele tende a fazer isso com diferentes intensidades. O efeito geral disso é que ele distorce as medições para cima em pacientes com tons de pele mais escuros.

P: O que a pandemia de COVID-19 revelou sobre disparidades de saúde relacionadas a leituras imprecisas de oximetria de pulso?

Yang: As armadilhas do boi de pulso não são ideias novas para a clínica, mas a pandemia levantou mais preocupações sobre a precisão do dispositivo. Os dados dos últimos três anos deixaram dolorosamente claro que as comunidades de cor, bem como as populações socioeconomicamente desfavorecidas, sofreram desproporcionalmente com o COVID. Isso inclui dessaturação de oxigênio mais frequente.

Lembre-se, o oxímetro de pulso tende a superestimar a saturação real para esses pacientes. Portanto, esses pacientes não apenas precisariam de intervenção médica com mais frequência, mas pesquisas recentes mostraram que eles também foram vítimas de atrasos sistêmicos em receber intervenções porque o oxímetro de pulso está essencialmente dizendo aos médicos que esses pacientes estão se sentindo melhor do que realmente estão. Portanto, as disparidades de saúde são agravadas pelas imprecisões do boi de pulso.

P: Como os pesquisadores estão estudando maneiras de atualizar essa tecnologia?

Yang: Atualizar o pulsox ajudará os médicos a fazerem as melhores escolhas para seus pacientes. Felizmente, vários projetos estão em andamento. Um deles inclui um novo boi de pulso de luz verde, que está sendo estudado por pesquisadores no Texas.

Seu dispositivo é baseado no princípio de que a diferença de absorção entre sangue oxigenado e desoxigenado é maior na faixa de luz verde. Além disso, a luz verde não penetra no dedo, assim como a luz vermelha e o infravermelho próximo. Em vez disso, o ox de pulso mede o reflexo da pele em vez de ser transmitido através dela. Um benefício é que a luz não precisa passar por duas camadas de pele e duas camadas de melanina, o que também ajuda a evitar fontes mais profundas de erro tecidual.

Os pesquisadores também calibraram seu dispositivo usando uma escala de cores de pigmentos da pele. Portanto, o ox de pulso pode se ajustar à cor da pele de cada paciente monitorado.

P: Como o programa de pesquisa de inovação para pequenas empresas do NHLBI está apoiando os aspectos translacionais dessa pesquisa?

Dr. Moss: O programa NHLBI para pequenas empresas e pesquisa em inovação (SBIR) foi estabelecido para financiar empresas que desenvolvem dispositivos e tecnologias que se alinham com os objetivos do NHLBI. Especificamente, nosso tópico 114 do SBIR é parte de um esforço para apoiar uma empresa no desenvolvimento de um oxímetro de pulso sem fio e fácil de usar que pode interagir com dispositivos móveis.

A ideia é que os pacientes que precisam monitorar continuamente sua saturação de oxigênio, como pacientes com doenças pulmonares, possam fazê-lo durante as atividades diárias e com tecnologia que pode registrar seus dados automaticamente. O SBIR menciona explicitamente a necessidade de recrutar uma população diversa para estudo clínico, o que fortalecerá a precisão do boi de pulso.

Esperamos ter duas empresas competindo por um prêmio da fase 1, talvez com testes clínicos, nos próximos 3 a 4 anos. Um protótipo desenvolvido por uma empresa avançaria para um ensaio clínico de fase 2, levando à aprovação do FDA.

Novamente, o objetivo é ter um oxímetro de pulso sem fio que meça os níveis de oxigênio durante o exercício, independentemente da cor da pele, e faça interface com dispositivos móveis.

A pesquisa foi publicada na revista PEITO.