Pulse Oximetry

 

HEMOGLOBIN & PULSE OXIMETRY By Kemalasari

 

Hemoglobin • Hemoglobin (Hb) adalah molekul protein pada sel darah merah (eritrosit) yang mengandung zat besi (Fe). • Fungsi hemoglobin adalah sebagai media transport oksigen dari paru-paru ke seluruh tubuh dan membawa karbondioksida dari  jaringan tubuh tubuh ke paru-paru. paru-paru. • Oksigen diperlukan oleh sel-sel tubuh untuk melakukan proses pembakaran metabolisme tubuh dalam menghasilkan energi.

 

Hemoglobin • Hemoglobin yang mengikat oksigen dari paruparu akan membentuk Oksihemoglobin (HbO2) yang kemudian dibawa ke seluruh sel tubuh. • Di pembuluh kapiler, oksihemoglobin (HbO2) akan terurai menjadi hemoglobin (Hb) dan oksigen (O2). Kemudian oksigen akan berdifusi ke sel tubuh, sedangkan hemoglobin akan membawa (mengikat) karbondioksida dari  jaringan tubuh ke paru-paru. • Hemoglobin yang melepas oksigen dan mengikat karbon dioksida dari jaringan tubuh akan membentuk Dioksihemoglobin (RHb).

 

Pertukaran Gas Oksigen dan Karbondioksida • Di dalam Alveolus, terjadi pertukaran udara (udara yang mengandung oksigen dimasukkan ke dalam darah, sedangkan karbondioksida di dalam darah dikeluarkan ke udara).

 

Pengikatan O2

 –  Alveolus memiliki O2 lebih tinggi dari pada O2 di dalam darah.  – O2 masuk ke dalam darah melalui difusi melewati membran alveolus  – Di dalam darah, O2 sebagian besar (98%) diikat oleh Hb yang terdapat pada Eritrosit menjadi Oksihemoglobin (HbO2).  – Selain diikat oleh Hb, sebagian kecil O2 larut di dalam plasma darah (2%).  – Setelah berada di dalam darah, O2 kemudian masuk ke jantung melalui vena pulmonalis untuk diedarkan ke seluruh tubuh yang membutuhkan.

 

Pengeluaran CO2

 – Di jaringan, CO2 lebih tinggi dibandingkan yang ada di dalam darah.  – Ketika O2 di dalam darah berdifusi ke jaringan, maka CO2 di jaringan akan segera masuk ke dalam darah.  – Ketika CO2 berada di dalam darah sebagian besar (70%) CO 2 akan diubah menjadi ion bikarbonat(HCO3 –  –))  – 20% CO2 akan terikat oleh Hb pada Eritrosit.  – Sedangkan 10% CO2 lainnya larut dalam plasma darah.  – Di dalam darah, CO2 di bawa ke jantung, kemudian oleh jantung CO2 dalam darah dipompa ke paru-paru melalui arteri pulmonalis.  – Di paru-paru CO akan dikeluarkan dari tubuh melalui ekspirasi.

2  

Hemoglobin • Kandungan zat besi (Fe) yang terdapat dalam hemoglobin akan membuat darah berwarna merah. • Hemoglobin yang banyak mengikat oksigen (oksihemoglobin), akan membuat darah berwarna merah cerah. • hemoglobin yang sudah melepas oksigen, dan mengikat karbondioksida (dioksihemoglobin) akan membuat darah berwarna merah tua (merah kebiru-biruan).

 

Hemoglobin • Dalam keadaan normal, 100 ml darah mengandung 14 gram hemoglobin yang mampu mengangkut 0.03 gram oksigen. • Biasanya, kadar hemoglobin ditentukan sebagai jumlah hemoglobin dalam gram bagi setiap dekaliter (100 mililiter). Sehingga kadar hemoglobin menggunakan satuan gram/dl, yang artinya banyaknya gram hemoglobin dalam 100 mililiter darah.

 

Hemoglobin • Umumnya nilai normal hemoglobin tergantung dari umur. • Nilai normal hemoglobin adalah: Bayi baru lahir : 17 – 22 gram/dl Bayi umur 1 minggu Bayi umur 1 bulan  Anak-anak Laki-laki dewasa Perempuan dewasa Laki-laki tua Perempuan tua

: : : : : : :

15 15 – 20 gram/dl 11 11 – 20 gram/dl 11 – 11 – 13 gram/dl 14 – 18 gram/dl 12 – 16 gram/dl 12.4 – 14.9 gram/dl 11.7 – 13.8 gram/dl

 

Hemoglobin • Jika kadar hemoglobin dalam maka darahakan lebihterjadi rendah dari nilai normal hemoglobin, penyakit anemia. • Seseorang dapat dikatakan menderita anemia bila kadar Hb-nya dibawah 14 gr/dl bagi pria dewasa, dibawah 12 gr/dl bagi perempuan dewasa, dan kurang dari 11 gr/dl bagi anak-anak usia 1 tahun sampai masa pubertas. •  Apabila Hb dibawah normal, maka distribusi oksigen juga tidak normal, sehingga fungsi tubuh  juga terganggu. • Penyebab anemia, antara lain: sering perdarahan, kurang gizi, gangguan sumsum tulang, pengobatan kemoterapi dan abnormalitas hemoglobin bawaan

 

Hemoglobin •

Pengukuran kadar hemoglobin dalam darah dapat dilakukan dengan 2 cara (metode), yaitu: 1. Meto Metode de Inva Invasi sive ve 2. Metode Non-invasive.

 

Metode Invasive • Pada metode Invasive, pengukuran kadar hemoglobin dalam darah dilakukan dengan melukai kulit (menggunakan jarum untuk menusuk kulit) pada waktu pengambilan sampel darah. • Kemudian untuk diuji.sampel darah dimasukkan ke mesin otomatis • Didalam mesin otomatis, hemoglobin dipisahkan dari sel darah merah sehingga berbentuk larutan. Kemudian hemoglobin dicampur dengan bahan kimia sianida (cyanide) yang dapat mengikat kuat molekul hemoglobin dan membentuk cyanmethemoglobin. • Dengan menyinarkan cahaya melalui larutan cyanmethemoglobin cyanmethemogl obin dan mengukur jumlah cahaya yang diserap (khususnya bagi gelombang antara 540 nanometer), ditentukan. jumlah hemoglobin dan oksigen dapat

 

Metode Non-invasive • Pada metode Non-invasive, pengukuran kadar hemoglobin dalam darah dilakukan tanpa melukai kulit (diluar jaringan kulit) dengan menggunakan media gelombang cahaya. • Cahaya yang digunakan adalah cahaya merah yang mempunyai panjang gelombang 600 – 600 – 750 nm, dan cahaya inframerah yang mempunyai panjang gelombang 850 – 850 – 1000 nm. • Penggunaan cahaya(HbO ini didasari pada karakteristik dari oksihemoglobin ) dan dioksihemoglobin 2 (RHb), dimana oksihemoglobin menyerap lebih banyak cahaya inframerah dan melewatkan cahaya merah. Sedangkan dioksihemoglobin lebih banyak menyerap cahaya merah dan melewatkan cahaya inframerah.

 

Pulse Oximetry • Pulse oximetry adalah suatu metode noninvasive untuk monitoring persentase dari hemoglobin (Hb) yang saturasi dengan oksigen (SpO2). • hemoglobin) Prinsip: Hemoglobin yangmenyerap mengikat oksigen lebih banyak infrared, infrared,(oxysedangkan hemoglobin yang tidak mengikat oksigen (deoxyhemoglobin) lebih banyak menyerap cahaya red. • Pulse Oximetry menggunakan sensor cahaya infrared dan cahaya red. • Pulse Oximetry dipengaruhi oleh banyak variabel: cahaya yang berkenaan dengan lingkungan, getaran, hemoglobinhemoglobin yang abnormal, tingkat denyut nadi dan irama denyut nadi.

 

Oksigen Saturasi (SpO2) • Salah satu indikator yang sangat penting dalam supply oksigen didalam tubuh adalah Oksigen saturasi (SpO ), Karena dia bisa menunjukkan apakah 2hemoglobin dapat mengikat oksigen atau tidak. • Oksigen saturasi adalah persentase dari pada Hemoglobin yang mengikat oksigen dibandingkan dengan jumlah total hemoglobin dalam darah (oksihemoglobin dan dioksihemoglobin) yang tersedia

 

Oksi Ok sige gen nS Sat atur uras asii (S (SpO pO2) • Hubungan antara tekanan parsial oksigen dalam darah (PO2) dan oksigen saturasi dalam darah adalah : “Semakin tinggi PO2  dalam darah maka semakin tinggi pula SpO2 ”. • Nilai PO2 dalam keadaan normal adalah sekitar 90 mm Hg Hg d dan an ok oksi sige gen n sat satur uras asii ada adala lah h 95 % - 10 100% 0%.. Oleh karena itu, kadar oksigen yang saturasi dengan hemoglobin dalam darah dapat diukur. • Nilai SpO2 dihitung dari persamaan

SpO2

 



[ H  HbO bO 2 ]

[TotalHemog lobin ]  

Pulse Oximetry • Oksihemoglobin menyerap lebih banyak cahaya inframerah dan melewatkan lebih banyak cahaya merah. Sedangkan dioksihemoglobin lebih banyak menyerap cahaya merah dan melewatkan lebih banyak cahaya • inframerah. Cahaya merah mempunyai panjang gelombang 660 nm. Cahaya inframerah mempunyai panjang gelo ge lomb mban ang g 940 nm. nm.

RHb

 

Pulse Oximetry • Persentase hemoglobin yang saturasi dengan oksigen dapat dihitung dengan membandingkan tegangan  AC dan DC dari masing-masing masing-masing sumber cahaya. • tegangan AC dibentuk oleh aliran darah pada pembulu arteri, sedangkan tegangan DC dibentuk oleh aliran darah pada pembulu vena, tulang, jaringan tissue dan jaringan yang lainya. • tegangan AC terbentuk dari kerja  jantung yang memompa darah, ja jadi di aliran darah pada arteri kadang cepat kadang lambat.

 

Pulse Oximetry • Pengukuran oximetry dilakukan dengan cara mengukur intensitas cahaya RED dan IR yang diletakkan di jari telunjuk atau telinga pasien. • Pulsa oximetry menggunakan dua led (R dan IR) yang berfungsi sebagai transmite probe, dan photo dioda sebagai detection probe.sensor • Dua led itu terdiri dari cahaya red ( panjang panjang gelom gelombang bang sekit sekitar ar 660nm), dan cahaya infrared (panjang gelombang 940nm)

 

Pulse Oximetry Sensor 

Amplifier and Filter 

ADC

Hardware

Microcontroller and RS232

Software

• Secara umum, oximetry terdiri dari 2 perangkat dasar : perangkat hardware dan perangkat software. • Perangkat hardware digunakan untuk mengukur penyerapan cahaya merah dan cahaya inframerah (pulsa oximetry). • Perangkat software digunakan untuk mengolah pulsa oximetry dengan metode Fast Fourier Transform (FFT), dan menghitung kadar oksihemoglobin oksihemoglobin (HbO2) dan dioksihemoglobin dioksihe moglobin (Hb).

dioksihemoglobin dioksihe moglobin (Hb).  

Pulse Oximetry

 

Sensor Pulse Oximetry

• Lokasi sensor umumnya di  jari tangan, dikening & daun daun

telinga.  

Rangkaian Amplifier  • Rangkaian Amplifier menggunakan penguat kaskade (bertingkat) agar didapat penguatan yang cukup dan sekaligus dapat memisahkan antara sinyal AC dengan sinyal DC. Karena sinyal dari sensor, sensor, tegangann tegangannya ya cukup kecil yaitu sekitar 50 mV, maka perlu dikuat sebesar 460 kali untuk menghasilkan tegangan output 0 – 0 – 5 V

 

Rangkain Notch Filter 50 Hz

• rangkaian notch filter yang berfungsi meredam sinyal pengganggu yang berasal dari jala-jala dengan frekuensi 50 Hz

 

Rangkaian Low Pass Filter 10 Hz Frekuensi cut off: R4

  fc R1

R2

C5

1 

2  

 R2 R4C 3C 5

C3

• low pass filter 10 Hz yang berfungsi untuk melewatkan sinyal dengan frekuensi sebesar 10 Hz atau kurang dari 10 Hz dan meredam sinyal dengan frekwensi yang lebih besar dari 10 Hz.

 

Teori Dan Perhitungan Pulse Oximetry • Fungsi dari oksigen saturasi arteri (SpO2) ( SpO2) digambarkan sebagai “perbandingan HbO2 dengan total jumlah Hb arteri yang tersedia ters edia untuk melepas oksigen” SpO Sp O2

 H  HbO bO  2



 2  HbO  H bO  

• Perambatan

 Hb b  H

cahaya di dalam didalam darah diuraikan oleh hukum Beer-Lambert.  I 



 I 0



 L        e

 

Teori Dan Perhitungan Pulse Oximetry • Nil Nilai ai ra rasio sio R di dihit hitung ung dari dari :  R

 AC red   D  DC  C red    

 AC ired   D  DC  C ired 

 

Teori Dan Perhitungan Pulse Oximetry • Nilai SpO2 dapat dihitung dengan memasukkan nilai R pada persamaan linier :

SpO2

 110    

25  R

 Hb  H b  1 .37   SpO2  RH  R Hb



 Hb  H b  H  Hb bO  



2

 

Result

 

SENSOR MAX30100

Blok Diagram Sensorchip MAX30100 metode reflectance mode LED mode LED dimana photo dioda diletakkan sejajar dengan LED sehingga sumber cahaya yang melalui pembuluh darah (arteri) akan dipantulkan, lalu diterima oleh  photo dioda.

 

Hasil SPO2 dengan Sensor MAX30100

 

kelemahan • Terbatas hanya dapat mengukur di dalam jaringan yang relatif tipis • Dapat terinterfrensi oleh cahaya luar, hemoglobin yang tidak normal, dan kecepatan dan irama pulsa. • Tidak bisa memberi pengukuran yang akurat jika ada ganguan pada pernapasan.