Prinsip Kerja Pulse Oximetry dan Keterbatasannya

Oleh :
dr.Dina Fauziah

Prinsip kerja alat pulse oximetry dan keterbatasannya harus dipahami tenaga kesehatan sehingga tidak akan terjadi kesalahan diagnosis maupun tata laksana pasien. Pengukuran saturasi oksigen dapat digunakan sebagai alat skrining awal pasien dengan gangguan respirasi, maupun monitoring kontinyu pasien kritis. Prinsip kerja alat pulse oximetry berdasarkan kemampuan membedakan absorbansi cahaya oleh Oksihemoglobin (O2Hb) dengan Deoksihemoglobin (HHb).[1-3]

Pada pasien dengan saturasi diatas 90%, penggunaan alat pulse oximetry dapat dipercaya karena rata-rata selisih antara hasil bacaan alat pulse oximetry dengan standar referensi Saturasi (SaO2) kurang dari 2% dengan standar deviasi kurang dari 3%. Akan tetapi ada beberapa kondisi dimana pulse oximetry tidak dapat diandalkan, yaitu pada pasien dengan saturasi di bawah 70%, anemia berat, dan pergerakan berlebih pada pasien.[1-3]

shutterstock_410821378-min

Prinsip Kerja Pulse Oximetry

Pulse oximetry mampu mengenali perbedaan absorbansi cahaya merah (R) dan near-infrared (IR) pada hemoglobin. Oksihemoglobin (O2Hb) dapat menyerap lebih banyak cahaya IR dibandingkan deoksihemoglobin (HHb). Hal ini sesuai dengan tampilan makroskopis darah arterial, kadar O2Hb yang tinggi akan tampak merah terang karena tidak banyak cahaya merah yang terserap. Sedangkan darah vena tampak tidak terlalu merah, karena kadar HHb yang lebih tinggi menyebabkan banyak menyerap cahaya merah.[1,2]

Memanfaatkan prinsip ini, pulse oximetry didesain memiliki dua sisi probe yang dapat mengapit jaringan. Salah satu sisi probe merupakan dioda pemancar cahaya (emitter) yang dapat memancarkan 2 panjang gelombang yang berbeda,  yakni gelombang merah 660 nm dan near-infrared 940 nm. Di sisi lain terdapat sensor cahaya (photodiode) yang akan mendeteksi cahaya yang telah melewati jaringan tubuh. Dikarenakan perbedaan kemampuan absorbansi cahaya dari O2Hb dan HHb maka pulse oximetry dapat menentukan proporsi Hb yang terikat dengan oksigen.[1,2]

Secara teori, pulse oximetry mengukur 2 komponen absorbansi yakni direct current (DC) dan alternating current (AC). DC merepresentasikan cahaya yang melewati jaringan, vena, dan kapiler, yang cenderung statis dan tidak dipengaruhi oleh faktor lain. Sedangkan AC merepresentasikan  cahaya yang melewati arteri dan berfluktuasi sesuai dengan siklus kardiak. Perubahan siklus kardiak memiliki pengaruh terhadap jumlah volume darah arteri, sehingga proporsi absorbansi cahaya R dan IR pun berubah-ubah. [2,3]

Pulse oximetry menggunakan amplitudo absorbansi untuk menghitung rasio modulasi cahaya R:IR dari kedua komponen, AC dan DC, sehingga didapatkan R value. Pada kondisi dimana saturasi oksigen rendah, kadar HHb meningkat dan terdapat peningkatan absorbansi cahaya R sehingga menghasilkan R value yang tinggi. Sedangkan ketika saturasi oksigen tinggi, kadar O2Hb meningkat, menyebabkan peningkatan absorbansi cahaya IR dan menurunkan R value. [2,3]

Di dalam pulse oximetry terdapat microprocessor yang dapat mengolah rasio yang terukur dari beberapa seri denyut nadi. Alat ini menentukan kadar SpO2 berdasarkan kurva kalibrasi, yang dihasilkan secara empirik melalui pengukuran R value pada sukarelawan dengan rentang saturasi 100% hingga sekitar 70%. Oleh karena itu, bila hasil pengukuran dibawah 70%, pulse oximetry tidak dapat diandalkan secara kuantitatif untuk mengevaluasi kondisi pasien.[2,4]

Keterbatasan Pulse Oximetry

Penggunaan pulse oximetry untuk mengukur saturasi oksigen di dalam darah arteri memiliki beberapa keterbatasan. Terdapat beberapa kesalahan yang dapat terjadi, yaitu kegagalan membaca SpO2 atau intermittent dropouts, SpO2 normal palsu, meningkat palsu, atau menurun palsu, serta fraksi O2Hb (FO2Hb) menurun palsu.

Penyebab Kegagalan Membaca SpO2 atau Intermittent Dropouts

Alat pulse oximetry dapat tidak membaca hasil saturasi oksigen pada pasien dengan perfusi yang buruk. Perfusi perifer yang buruk menyebabkan amplitudo gelombang yang rendah sehingga akurasi bacaan SpO2 menurun. Dengan kata lain, komponen penting untuk menghasilkan bacaan pulse oximetry yang akurat adalah volume darah dan denyut nadi arteri yang adekuat. Ketika alat berusaha mengukur saturasi oksigen pada pasien yang mengalami masalah perfusi, maka hasil yang muncul cenderung tidak akurat bahkan tidak dapat dibaca.[1-3]

Beberapa kondisi medis yang dapat menyebabkan perfusi perifer buruk adalah vasokonstriksi dan/atau hipotensi, yang disebabkan karena syok hipovolemik, hipotermia, penggunaan obat vasokonstriktor, dan penurunan output jantung akibat gagal jantung atau disritmia. Selain itu, penggunaan manset tensi atau gangguan arteri perifer di bagian atas tangan yang sama dengan pemasangan alat pulse oximetry juga dapat mengakibatkan amplitudo gelombang rendah. [1,2]

Penyebab SpO2 Normal atau Meningkat Palsu

Alat pulse oximetry memberikan hasil SpO2 normal atau meningkat palsu pada pasien dengan kondisi keracunan karbon monoksida/CO, dan krisis vasooklusif pada anemia sickle cell. [2]

Keracunan Karbon Monoksida

Gas CO terikat dengan hemoglobin lebih besar daripada O2, 240x lebih besar, membentuk ikatan COHb sehingga kadar O2Hb menurun. Sifat COHb serupa dengan O2Hb dalam menyerap cahaya merah (660 nm), tetapi COHb menyerap lebih sedikit cahaya IR (940 nm) dibandingkan dengan O2Hb. Karena itu, alat pulse oximetry standar yang hanya memancarkan cahaya merah dan near-IR tidak dapat membedakan antara COHb dan O2Hb.[2-4]

Krisis Vasooklusif pada Anemia Sickle Cell

Pengukuran saturasi oksigen dengan alat pulse oximetry pada pasien anemia sickle cell sering tidak tepat, terutama pada kondisi krisis vasooklusif. Banyak studi menunjukkan pemeriksaan pulse oximetry pada pasien ini memberikan hasil normal atau meningkat palsu. Hal ini karena kondisi dishemoglobinemia, yang menyebabkan hasil bacaan SpO2 cenderung lebih tinggi dari kondisi Fraksi O2Hb (FO2Hb) yang sesungguhnya.[2,5]

Penyebab SpO2 Menurun Palsu

Alat pulse oximetry memberikan hasil saturasi oksigen menurun palsu pada kondisi pulsasi vena, gerakan berlebih, penggunaan pewarna biologis intravena, penggunaan cat kuku, kelainan hemoglobin herediter, dan anemia gravis dengan kondisi hipoksia.[2]

Pulsasi Vena

Beberapa kondisi klinis dapat menyebabkan perubahan volume isi vena dan mempengaruhi hasil bacaan pulse oximetry. Peningkatan volume isi vena yang signifikan, seperti pada pasien regurgitasi trikuspid, menyebabkan saturasi vena ikut terukur oleh pulse oximetry sehingga menghasilkan bacaan saturasi oksigen yang rendah.[2]

Gerakan Berlebihan

Gerakan berlebihan seperti tremor atau kejang dapat merubah R value yang dihasilkan oleh pulse oximetry karena terdapat perubahan komponen absorbansi pada vena dan jaringan statis menjadi dinamis akibat tremor tersebut. Sehingga bacaan saturasi cenderung lebih rendah.[6]

Penggunaan Pewarna Biologis Intravena

Penggunaan pewarna biologis intravena seperti methylene blue untuk beberapa prosedur klinis dapat merubah warna darah sehingga menyerupai HHb dan memiliki R value yang lebih tinggi.[2,5]

Penggunaan Cat Kuku

Studi terbaru menunjukan penurunan <2% pada hasil bacaan saturasi pada pasien yang menggunakan cat kuku hitam dan coklat. [8]

Abnormalitas Hemoglobin Herediter

Abnormalitas hemoglobin herediter, seperti Hb Lansing, Hb Bonn, Hb Koln, Hb Hammersmith, dan Hb Cheverly, dapat merubah kemampuan absorbansi eritrosit terhadap cahaya R dan IR tanpa mempengaruhi afinitas oksigen sebenarnya. Sehingga seringkali menunjukan hasil bacaan saturasi yang lebih rendah dari kondisi sebenarnya.[2,7]

Anemia Gravis dengan Kondisi Hipoksia

Hasil bacaan saturasi pada pasien dengan anemia gravis tanpa gangguan oksigenasi tidak terpengaruh. Akan tetapi hasil bacaan saturasi (SpO2) yang lebih rendah dari kondisi saturasi (SaO2) sebenarnya ditemukan pada pasien anemia gravis dengan hipoksia. Hal ini dikarenakan jumlah eritrosit yang menurun dapat menyebabkan penurunan sebaran cahaya dan menghasilkan R value yang tidak sesuai dengan kurva kalibrasi. Selisih antara SpO2 dan SaO2 dapat lebih signifikan pada kondisi hipoksia yang lebih berat.[2,5]

Penyebab Penurunan Tingkat Akurasi Bacaan SpO2

Selain hasil menurun palsu, ada beberapa kondisi klinis yang dapat menurunkan tingkat akurasi bacaan SpO2, sehingga  mempengaruhi keputusan klinis yang harus diambil untuk pasien.

Dishemoglobinemia

Pada kondisi dishemoglobinemia seperti methemoglobinemia dan sulfhemoglobinemia, hasil bacaan saturasi pulse oximetry cenderung tidak akurat. Hal ini dikarenakan kedua jenis hemoglobin tersebut memiliki daya absorbansi IR dan R yang hampir sama sehingga menghasilkan R value mendekati 1 dan bacaan saturasi sebesar 85%. Tentunya hal ini berakibat penurunan akurasi hasil bacaan saturasi dengan menggunakan pulse oximetry. Hasil bacaan bisa lebih tinggi ataupun lebih rendah dari kondisi klinis yang sebenarnya.[2-4]

Posisi Probe yang Tidak Pas

Bila posisi probe tidak sesuai maka dapat menyebabkan penurunan absorbsi cahaya R dan IR sehingga R value mendekati 1 dan bacaan saturasi 85%. Hasil bacaan saturasi tidak akan sesuai dengan kondisi klinis.[2]

Sepsis dan Syok Septik

Pada kondisi sepsis hasil akurasi pulse oximetry cenderung menurun. SpO2 yang terbaca pulse oximetry dapat lebih tinggi maupun lebih rendah dari SaO2 pasien yang sebenarnya. Hal ini disebabkan karena perjalanan penyakit, penyakit penyerta, serta tatalaksana resusitasi cairan pada pasien sepsis yang sangat bervariasi, sehingga menyulitkan prediksi arah bias SpO2.[9]

Penyebab FO2Hb Menurun Palsu

Pengukuran fraksi O2Hb (FO2Hb) merupakan pengukuran saturasi dengan menggunakan co-oximeter. Hasil bacaan FO2Hb didapatkan dari konsentrasi O2Hb dibagi total konsentrasi spesies Hb lainnya seperti HHb, MetHb, dan COHb. Meski dianggap lebih akurat dibanding pemeriksaan SpO2, namun terdapat beberapa kondisi yang dapat mempengaruhi hasil bacaan FO2Hb.[2]

Hiperbilirubinemia Berat

Hiperbilirubinemia berat (>30 mg/dL) dapat ditemukan pada pasien dengan peningkatan metabolisme heme (hemolysis). Kondisi ini menyebabkan peningkatan kadar MetHb dan COHb sebagai hasil metabolisme yang mempengaruhi akurasi hasil bacaan FO2Hb.[2,3]

Hb Fetal (HbF)

Hb fetal (HbF) merupakan jenis hemoglobin yang lazim ditemukan pada neonatus. Walaupun tidak ada perbedaan sifat antara HbF dan HbA, akan tetapi HbF dapat teridentifikasi sebagai COHb oleh co-oximeter, sehingga menurunkan hasil bacaan FO2Hb.[2-4]

Kesimpulan

Pulse oximetry bekerja dengan prinsip dasar pembedaan absorbansi cahaya merah (R) dan near-infrared (IR) pada hemoglobin. Melalui pembedaan ini pulse oximetry bisa mendeteksi kadar oksihemoglobin (O2Hb) dan deoksihemoglobin (HHb) di darah pasien. Dikarenakan prinsip kerja yang berdasarkan pada perbedaan absorbansi cahaya, maka perubahan komposisi darah, kelancaran aliran darah, dan faktor lain yang mengganggu proses pengukuran absorbansi cahaya dapat mempengaruhi hasil bacaan pulse oximetry. Beberapa keterbatasan pulse oximetry adalah tidak dapat digunakan pada pasien dengan saturasi di bawah 70%, serta dapat terjadi kondisi kegagalan membaca SpO2 atau intermittent dropouts, SpO2 normal palsu, meningkat palsu, menurun palsu, dan FO2Hb menurun palsu. Selain itu, tingkat akurasi bacaan SpO2 juga dapat menurun pada keadaan dishemoglobinemia, posisi probe yang tidak pas, maupun pada pasien sepsis.

Referensi