채혈 없이 혈액 산소량 측정할 수 있는 이유는?

코로나19 감염 증상 파악 수단 중 하나로 펄스옥시미터(pulse oximeter)가 숙박 요양이나 자택 요양을 위한 검사 도구로 쓰이기도 했다. 펄스옥시미터는 혈액에 산소가 얼마나 포함되어 있는지 나타내는 산호포화도를 측정할 수 있어 산소량 감소로 코로나19 감염으로 인한 답답함을 수치화할 수 있다. 펄스옥시미터는 어떻게 혈중 산소량을 측정할까.

혈액 내 산소는 헤모글로빈에 의해 운반된다. 혈액 속 헤모글로빈이 얼마나 산소를 운반하고 있는지 나타내는 게 산호포화도다. 예를 들어 혈중에 있는 헤모글로빈 절반이 산소를 운반할 경우 펄스옥시미터 값은 50%, 혈중 모든 헤모글로빈이 산소를 운반하면 100%다. 인간의 정상치는 96% 이상이며 95% 미만은 호흡 부전을 일으킬 위험이 있다.

펄스 옥시미터는 혈액 중 산소 포화도를 빛을 이용해 측정한다. 빛은 발광부에서 수광부를 향해 조사된다. 발광부는 손톱, 손가락으로 복부가 수광부가 되도록 손가락을 펄스 옥시미터에 꽂아 혈액 산소량을 측정할 수 있다. 손가락에는 동맥과 정맥이 있어 헤모글로빈은 동맥을 통해 산소를 전신에 옮긴다. 따라서 펄스 옥시미터는 동맥의 산소포화도를 측정하는 것이다.

빛만으로 어떻게 혈액 산소 포화도를 측정할까. 헤모글로빈은 조사된 빛을 얼마나 흡수하느냐에 따라 산소량을 측정한다. 헤모글로빈은 산소 유무에 따라 각각 색깔이 다르고 산소 운반 헤모글로빈은 선명한 빨간색, 산소를 운반하지 않는 헤모글로빈은 어두운 적색이다. 색상차에서 산소 유무에 따라 헤모글로빈은 빛을 흡수하는 양이 다르다. 혈중 헤모글로빈이 많을수록 헤모글로빈에 빛이 흡수되어 투과하는 빛의 양을 줄일 수 있다. 손가락 부분에 빛을 조사해 단위 면적당 헤모글로빈이 산소를 운반하는 양을 측정한다.

또 펄스 옥시미터는 2가지 파장이 다른 빛을 이용한다. 하나는 파장이 650nm 적생광, 다른 하나는 파장 950nm 적외선이다. 2종류 빛으로 빛 흡수율을 측정하고 산소를 운반하는 헤모글로빈량을 측정하는 것이다.

펄스 옥시미터는 헤모글로빈에 의해 흡수되는 적색광과 적외선 빛의 양을 비교해 산소 포화도를 계산한다. 또 빛으로 산소 포화도를 측정하기 때문에 실내 빛은 측정을 방해하는 소음이라고 할 수 있다. 실내 조명 등 환경 노이즈를 억제하기 위해 펄스 옥시미터는 적색광과 적외선 빛을 동시에 점등하지 않고 빠르게 2가지를 전환한다. 먼저 붉은 빛 조명이 켜지고 빨간불이 손가락을 통해 수광부에 도달하며 실내가 밝은 조명 하에서도 수광부에 도달한다. 그런 다음 적색광을 해제하고 적외선이 간다. 적외선 역시 손가락을 통과해 수광부에 도달한다. 펄스 옥시미터는 이후 적색광과 적외선을 모두 멈추고 실내 빛을 기록한다.

마지막으로 측정한 실내조명을 측정값에서 차감해 적색광과 적외선 수준을 따진다. 물론 너무 실내 빛이 강하면 올바른 측정 결과를 얻지 못할 가능성이 있기 때문에 주의가 필요하다. 정확하게 측정하려면 강한 빛을 멀리하거나 펄스 옥시미터를 천이나 손 등으로 덮을 필요가 있다.

또 발광부와 수광부 사이에 손가락이 삽입되어 있지 않거나 손톱에 매니큐어를 바르고 있어도 매니큐어가 빛을 흡수해버릴 가능성도 있다. 펄스 옥시미터로 정확한 측정 결과를 얻으려면 실내 조명이나 태양광을 최대한 차단한 상태에서 손가락에 아무 것도 바르지 않은 상태에서 손가락을 끼울 필요가 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.