Medición de variables fisiológicas con oxígeno y sangre, forma no invasiva de monitorear pacientes

Desde que Isaac Newton empezara con sus experimentos de descomposición de haces de luces blancos en 1666, la humanidad se ha preguntado acerca de las propiedades que pueden tener los haces irradiados de luz. Su fragmentación de la luz a través del prisma fue el punto de partida para la pregunta ¿Qué son y qué se puede hacer con los rayos lumínicos?

Cuando el físico alemán Joseph Von Fraunhofer desarrolló la retícula de difracción y el primer espectroscopio, que podía separar y medir diferentes longitudes de onda (espectros) de un haz de luz, la espectroscopia empezó su peregrinaje como ciencia, relacionando fundamentos como la química y la física de los materiales. Ahora, ¿por qué es importante esto en las ciencias de la salud? El avance de la física óptica permitió la construcción de instrumentos de medición tales cómo los analizadores de sangre y de orina, muy importantes para el diagnóstico de una amplia gama de patologías en la población; sin embargo, en esta entrada del blog nos centramos en detalle a describir un instrumento cuya invención fue toda una revolución en la ingeniería biomédica y que al presente nos resulta tan natural, que no coincibimos que una institución prestadora de salud no lo tenga dentro de su inventario.

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El pulsioxímetro fue diseñado en 1935 por Karl Mathes, con el objetivo de medir la saturación de oxígeno en la sangre (condición importante para el sistema de circulación corporal) que permite detectar anormalidades en la salud de las personas, como la hipoxia. La hemoglobina, sustancia encargada de capturar el oxígeno en la circulación pulmonar y llevarlo hasta que se dé el intercambio gaseoso en vasos, posee una condición que la torna especial: dependiendo de la ausencia o no de oxígeno, permite al fluido sanguíneo absorber longitudes de onda especifica; en caso de estar cargada de oxígeno logra absorber longitudes de onda infrarroja (920nm) y en el caso contrario ayuda a absorber longitudes de onda roja (660nm); la razón entre estas dos magnitudes posibilita obtener la saturación de oxígeno. El pulsioxímetro de principio rojo/infrarrojo fue desarrollado por los ingenieros biomédicos Takuo Aoyagi y Michio Kish, y fue implementado por primera vez en cirugía en Japón en 1975.

Aunque la pulsioximetría necesita de un ajuste de medición por métodos de aproximación numéricos, tiene una ventaja significativa al ser un método no invasivo para el paciente, lo que disminuye considerablemente el riesgo de intervención; el principio utilizado en esta, es muy explorado en la investigación actual. Algunos grupos de investigación en ingeniería biomédica de diversas instituciones en el mundo, están trabajando en diferentes aplicaciones no invasivas para el monitoreo de variables fisiológicas como:

• En la Escuela de Medicina Keck, de la Universidad del Sur de California, en Estados Unidos, avanzan en el análisis sobre el monitoreo de enfermedades cardiacas a través de técnicas espectroscópicas y pulsioximetría. A la fecha han diseñado el NICCU, un dispositivo que se coloca el pie del infante para monitorear anormalidades en el pulso cardiaco y así determinar enfermedades congénitas.
• Otro caso es el de la Universidad de Kagawa, en Japón, donde se trabaja en el desarrollo de un sistema no invasivo para la medición de glucosa a través de técnicas de espectroscopía.

Estos ejemplos listan como una ciencia óptica y permiten obtener desarrollos altamente innovadores para las ciencias médicas,  facilitando la inclusión de la ingeniería biomédica en procesos de diseño para lograr un mayor acceso de la población a la salud.