El oxímetro de pulso, un dispositivo médico japonés que vuelve a brillar en la pandemia

La noticia del contagio del nuevo coronavirus que sufrió el presidente de Estados Unidos Donald Trump dio la vuelta a todo el mundo. El equipo médico que atendió al mandatario explicó que le habían suministrado oxígeno artificialmente porque su concentración de oxígeno en sangre había disminuido en dos ocasiones. La concentración de oxígeno se mide con un dispositivo llamado oxímetro de pulso. Aunque no mucha gente lo sabe, se trata de un equipo médico originalmente desarrollado en Japón que luego se difundió al resto del mundo, al igual que el gastroscopio.

El oxímetro de pulso permite medir la concentración saturada de oxígeno (SpO2) —oxígeno ligado a la hemoglobina— de forma inmediata, proyectando dos tipos de luz con distinta longitud de onda en la punta del dedo y analizando la luz que se filtra sin absorberse. Cuanto más oxígeno hay ligado a la hemoglobina, más claro es el tono rojo de la luz. La concentración de oxígeno en sangre se calcula digitalizando la intensidad del color.

Los modelos de oxímetros de pulso actuales se han simplificado mucho; un pequeño dispositivo con sensor similar a una pinza de la ropa se fija en la punta del dedo para que mida las pulsaciones y la concentración de oxígeno y las muestre en una pequeña pantalla que lleva integrada. La concentración máxima es del 100 % y el valor normal oscila entre el 99 % y el 96 %. Una concentración inferior al 90 % se considera demasiado baja y se trata de inmediato suministrando oxígeno al paciente.

Las constantes vitales que suelen medirse en el hospital son cuatro: la tensión arterial, la frecuencia cardíaca, la frecuencia respiratoria y la temperatura; pero la concentración de oxígeno en sangre es un valor tan importante para la vida que se dice que el oxímetro de pulso mide la quinta.

Aoyagi descubrió los principios y varias empresas desarrollaron los dispositivos

El doctor alemán Karl Matthes (1905-1962) propuso medir la concentración de oxígeno en sangre en la oreja con dos filtros —rojo y verde— ya en 1935. Aunque se diseñó un método para ejecutar la propuesta de Matthes, no llegó a generalizarse porque requería procedimientos molestos para el paciente como presionar la oreja antes de la medición y calentarla durante el proceso.

Aoyagi Takuo (1936-2020) fue quien descubrió los principios para medir la concentración de oxígeno en sangre. Tras graduarse en ingeniería en la Universidad de Niigata en 1958, primero trabajó para Shimadzu Corporation y en 1971 entró en Nihon Kohden, fabricante y distribuidor de equipos médicos, donde se topó con el tema de la medición del oxígeno en sangre por casualidad. Aoyagi se consagró al importante reto de desarrollar métodos de medición continua no invasivos para acercarse al ideal de la monitorización del paciente: la automatización del tratamiento.

Aoyagi Takuo en el laboratorio de Nihon Kohden en 1994.

En 1972, cuando trabajaba en mejorar un dispositivo para medir la sangre arterial que bombea el corazón, Aoyagi descubrió que era posible utilizar el pulso cardíaco para medir la saturación del oxígeno en la sangre arterial; aquel fue el gran hallazgo que sentó la base teórica del oxímetro de pulso e hizo posible el desarrollo de los dispositivos actuales.

Aoyagi presentó los resultados de sus investigaciones y un prototipo creado a partir de los principios que había descubierto en un congreso en 1974, pero el hallazgo no captó especialmente la atención del sector médico y quedó aparcado, sin ver reconocido su valor, durante un largo tiempo. Nihon Kohden lanzó a la venta un oxímetro de oreja basado en la investigación de Aoyagi en 1975, pero el sensor, iluminado con una minibombilla, funcionaba mal y necesitaba muchas mejoras, por lo que su desarrollo terminó interrumpiéndose por falta de demanda. A pesar de todo, el investigador del Laboratorio de Electricidad Aplicada de la Universidad de Hokkaidō Nakajima Susumu (actualmente, director del Moriyama Memorial Hospital), a quien se había cedido el prototipo de Aoyagi en 1974, presentó el primer artículo sobre el oxímetro de pulso, que se tradujo al inglés.

Minolta Camera (actual Konica Minolta), que había estado investigando por su cuenta, lanzó al mercado en 1977 el primer oxímetro de pulso de dedo del mundo, OXIMET MET-1471, que obtuvo una excelente acogida en Estados Unidos. Con ello se descubrió que las muertes hospitalarias por falta de oxígeno eran sorprendentemente comunes, que la deficiencia de oxígeno influía en la recuperación de los pacientes y que el oxímetro de pulso permitía detectar al instante signos peligrosos al mostrar las fluctuaciones en la concentración de oxígeno de la sangre de forma continua. Todo indicaba que el nuevo dispositivo iba a tener un gran impacto en la práctica médica.

La elevada incidencia de muertes por carencia de oxígeno durante las operaciones quirúrgicas bajo anestesia elevó la demanda de dispositivos para monitorizar continuamente la concentración de oxígeno sin necesidad de extraer sangre durante los años ochenta. En aquella época, Aoyagi señaló que el eterno problema que planteaba el desarrollo de tal equipo era que debía reunir dos condiciones: poder medir la concentración de oxígeno de forma estable y poder reaccionar ante cambios bruscos de dicha variable.

En 1980 Biox sacó a la venta un oxímetro de pulso comercial que hacía posible una medición estable al conectar un led a un ordenador. El anestesista William New Jr. (1942-2017), responsable de la buena reputación del dispositivo en la Universidad de Stanford, desempeñó un papel clave en su aplicación práctica. Consciente de la utilidad del equipo y dispuesto a difundirlo, New fundó la empresa Nellcor y en 1982 su oxímetro N-100 salió a la venta no solo en Estados Unidos, sino en todo el mundo.

Recapitulando, los hitos que impulsaron de forma decisiva la generalización y el perfeccionamiento del oxímetro de pulso fueron el descubrimiento de los principios por parte de Aoyagi Takuo, el diseño del dispositivo para dedo por parte de Minolta Camera, la fabricación de un dispositivo altamente estable por parte de Biox y el lanzamiento de un equipo adaptado a las necesidades hospitalarias por parte de Nellcor.

El reconocimiento de Aoyagi como inventor del oxímetro de pulso

Aoyagi Takuo publicó sus resultados en artículos en japonés pero no en inglés, como es el caso de muchas otras ideas geniales que se descubren o se inventan en Japón. Antaño solía pasar que, cuando el inventor carecía de medios para anunciar al resto del mundo sus ingenios y descubrimientos pioneros, alguien de otro país se le adelantaba o bien copiaba su idea exacta y le arrebataba el reconocimiento por sus logros.

En el caso del oxímetro de pulso, hubo una persona que ayudó a restaurar el reconocimiento al autor de la idea original: el profesor estadounidense John W. Severinghaus (1922-), una autoridad mundial en fisiología respiratoria que supo de la existencia de Aoyagi gracias a los crecientes rumores sobre su genialidad. Severinghaus viajó a Japón para reunirse con Aoyagi en 1987 y luego difundió sus hallazgos en un artículo en inglés gracias al cual el científico nipón pasó a ser conocido mundialmente como el inventor del oxímetro de pulso.

Aoyagi (centro) y Severinghaus en 1987.

En la década de los cincuenta, la incidencia de muertes de pacientes bajo anestesia era de 1 de cada 2.000 casos. Actualmente, con el oxímetro de pulso, se ha reducido a 1 de cada 100.000. Considerando que en Japón se administran unos 2 millones de anestesias al año, los fallecimientos derivados anuales han pasado de 1.000 a 20. Aunque este logro no se debe en exclusiva al oxímetro, el dispositivo ha contribuido enormemente a alcanzarlo.

Además de reducir drásticamente las muertes por insuficiencia de oxígeno bajo anestesia en los quirófanos de todo el mundo, el oxímetro de pulso también ha ayudado de forma notable a elevar la proporción de vidas que se salvan en la medicina de urgencias. El desarrollo de modelos de tamaño reducido ha permitido su implantación incluso en ambulatorios pequeños, y ahora el oxímetro se emplea para una amplia variedad de fines, como diagnosticar a personas con síntomas de resfriado y otras enfermedades respiratorias o controlar la reacción a ciertas medicaciones.

En una conferencia especial que impartió en 1997 para la Asociación Japonesa de Anestesiología Pediátrica, Sten Lindahl, un biólogo del oxígeno sueco que formaba parte de la Sección de Fisiología y Medicina del Comité de los Premios Nobel, afirmó “Hay una persona a la que quiero recomendar para el Nobel: Aoyagi Takuo, que descubrió los principios del oxímetro de pulso”. Si se hubiera otorgado el Premio Nobel por la invención del oxímetro de pulso, seguramente los galardonados habrían sido Aoyagi, por descubrir sus principios, y New, por adaptarlo para el uso hospitalario y difundirlo al resto del mundo.

Aoyagi Takuo ganó el Premio de Ingeniería Biomédica del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE, por sus siglas en inglés) de Estados Unidos por sus hallazgos. La ceremonia de entrega tuvo lugar el 20 de junio de 2015 en Nueva York. El motivo por el que se otorgó el galardón fue “la invención pionera del oxímetro de pulso, que ha contribuido enormemente en la mejora de la medicina”. Aoyagi fue la primera persona japonesa en recibir esta distinción.

Aoyagi en la ceremonia de entrega de premios del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos de Estados Unidos, en 2015.

Muchas vidas salvadas en la pandemia del coronavirus

Aoyagi falleció en abril de 2020, justo cuando el nuevo coronavirus empezaba a causar estragos en Japón. Había seguido investigando para el perfeccionamiento del oxímetro y formando a sus sucesores hasta un año y medio antes.

Fue una curiosa coincidencia que el oxímetro de pulso viviera un nuevo auge con la propagación de la pandemia. Cuando en todo el mundo empezaron a registrarse casos de una “neumonía silenciosa” que provocaba una insuficiencia respiratoria aguda sin síntomas previos, surgió la necesidad imperiosa de medir la concentración de oxígeno en sangre para diagnosticar a los pacientes. En Japón, la noticia de que a los pacientes con síntomas leves que se alojaban en hoteles se les suministraban termómetros y oxímetros para hacerles el seguimiento, estos dispositivos empezaron a agotarse en las tiendas de electrodomésticos y otros comercios. Si no se hubiera contado con aparatos capaces de determinar fácilmente una variable que indica el agravamiento de la enfermedad como es la concentración saturada de oxígeno en sangre, el número de víctimas hubiera crecido exponencialmente.

El Apple Watch Series 6, que salió a la venta en septiembre de 2020, lleva una aplicación que mide la concentración de oxígeno en sangre por la muñeca. El reloj proyecta una luz led verde y roja y una luz led de infrarrojos sobre las venas de la muñeca, lee la cantidad de luz reflejada con un fotodiodo y calcula el nivel de oxígeno en sangre interpretando el color de la sangre mediante un sofisticado algoritmo. Aunque no puede usarse en un contexto médico, resulta útil para comprobar las variaciones de la concentración de oxígeno en sangre durante la actividad física. El camino que abrió Aoyagi sigue ampliándose en la actualidad.

Historia del desarrollo del oxímetro de pulso

Fotografía del encabezado: Oxímetro de pulso para dedo con pantalla portátil.
Fotografías del artículo: Nihon Kohden.