В Японии ежегодно множество людей попадают в больницы с удушьем, вызванным застреванием моти (рисовых лепешек) в горле. Только в пределах обслуживания Токийского управления пожарной охраны регистрируется около 100 таких случаев в год, причем более половины происходят в декабре и январе [2]. Это связано с национальной традицией употреблять моти в период новогодних праздников.
Когда что-то перекрывает дыхательные пути, счет идет на минуты. Без поступления кислорода извне мозг быстро теряет свои функции, после чего останавливается сердце. Все органы тела могут работать только при постоянном снабжении кислородом – наша уязвимость к его нехватке поистине велика.
Но как же организм получает кислород из окружающей среды? Сначала воздух, вдыхаемый через рот, проходит по трахее и достигает легких. Те пронизаны тончайшими кровеносными сосудами, куда проникает кислород из воздуха. Кровь циркулирует по всему телу, обеспечивая доставку кислорода ко всем органам.
Эту жизненно важную функцию выполняют красные кровяные тельца (эритроциты), которые можно сравнить с грузовиками, перевозящими кислород. Роль кузова в этом сравнении играет гемоглобин – благодаря его способности связывать и высвобождать кислород происходит эффективное снабжение тканей.
В больницы действительно часто поступают люди с кислородной недостаточностью. Причинами могут быть не только удушье, но и заболевания легких или бронхов, такие как пневмония или астма. В подобных случаях необходимо восполнять нехватку кислорода с помощью кислородной маски.
Для определения степени кислородной недостаточности используют анализ насыщения крови кислородом. В больницах ежедневно проводят анализ газов крови, прокалывая артерию на запястье. Однако этот метод показывает состояние на момент забора крови, что его существенно ограничивает.
Через минуту состояние может резко ухудшиться, и, даже если уровень кислорода критически упадет, этот момент невозможно будет зафиксировать. Особенно при тяжелых заболеваниях – ситуация меняется буквально каждую секунду. Если вам скажут: «У вас серьезные проблемы с легкими, и в любой момент вам может стать хуже. Давайте сегодня будем брать кровь каждую минуту», вряд ли это покажется вам приемлемым.
Есть еще одна сложность: трудно определить недостаток кислорода у человека без сознания.
Например, во время операции под общим наркозом дыхание полностью останавливают, а подачу воздуха обеспечивает аппарат искусственной вентиляции. В этот период, даже если в легких возникнут проблемы, пациент не сможет пожаловаться на нехватку воздуха. Нельзя ли так же, как измеряют давление, пульс или температуру, определять уровень насыщения кислородом без повреждения кожи? Когда-то один японец бросил вызов этой сложнейшей задаче.
Исследователь Аояги Такуо, работавший в компании – производителе медицинского оборудования Nihon Kohden, стал создателем пульсоксиметра, который сегодня используется по всему миру. Аояги обратил внимание, что оксигемоглобин (гемоглобин, связанный с кислородом) и дезоксигемоглобин (несвязанный) по-разному поглощают красный свет. Из-за этого кровь, насыщенная кислородом, имеет ярко-алый цвет, а бедная кислородом – темно-красный. Пульсоксиметр способен улавливать эту разницу в поглощении света (оттенке красного) прямо через кожу – то есть, определяет соотношение «грузовиков с грузом» и «пустых».
Если надеть его на палец, он мгновенно вычислит примерный уровень насыщения крови кислородом в процентах. Эта цифра меняется в реальном времени – достаточно лишь надеть на палец небольшой датчик. Поразительное удобство. На официальном сайте Nihon Kohden есть раздел под названием «Такуо Аояги и пульсоксиметр», где рассказывается история разработки [3].
Впервые Аояги представил этот принцип на научной конференции в 1974 году. Уже в следующем году пульсоксиметр выпустили как коммерческий продукт, но тогда он не получил широкого признания, и разработка приостановилась. Однако позже, после серии смертей пациентов из-за кислородного голодания во время операций под общим наркозом в США, пульсоксиметр вновь привлек внимание. В 1988 году компания возобновила производство.
Говорят, тогда Аояги сделал такое предсказание: «Сейчас это отдельное устройство, но в будущем оно станет незаменимой частью систем мониторинга жизненных показателей».
Биомониторы – это устройства, которые в реальном времени измеряют и отображают ключевые показатели жизнедеятельности, такие как артериальное давление, пульс и температуру тела. В клинической практике их часто называют мониторами витальных функций или просто мониторами и используют при наблюдении за множеством пациентов.
Сегодня в эти аппараты по умолчанию встроен пульсоксиметр – будущее, которое предсказал Аояги, стало реальностью. Оцениваемый с помощью пульсоксиметра уровень насыщения крови кислородом обозначается как SpO₂ («эс-пи-о-два») и является одним из ключевых показателей состояния пациента.
Рис. 61. Пульсоксиметр
Буквы в аббревиатуре SPO₂ расшифровываются следующим образом: S означает saturation (сатурация, степень насыщения), P – percutaneous (чрескожный, то есть измеряемый через кожу), а O₂ – кислород. Таким образом, SPO₂ буквально означает «насыщение крови кислородом, измеренное через кожу».
Нормальные значения SpO₂ составляют примерно 96–99 %. Другими словами, у здорового человека этот показатель будет близок к 100 %. Это означает, что кровь практически постоянно насыщена кислородом почти до максимального уровня.
В 2015 году Аояги стал первым японцем, удостоенным IEEE Medal for Innovations in Healthcare Technology – престижной награды Американского института инженеров электротехники и электроники за инновации в медицинских технологиях.
Компания Nihon Kohden и сегодня остается лидером на японском рынке не только в производстве биомониторов, но и таких устройств, как АВД (автоматические наружные дефибрилляторы) и энцефалографы.
В апреле 2020 года, когда мир охватила пандемия COVID-19 и пульсоксиметры стали жизненно важным инструментом, Аояги ушел из жизни в возрасте 84 лет. Его смерть не стала громкой новостью, но для нас, медиков, да и для пациентов по всему миру, его изобретение – без сомнения, одно из величайших достижений в истории медицины.