Les oxymètres de pouls ne fonctionnent pas aussi bien pour les personnes à la peau foncée

Le problème de ces dispositifs médicaux, essentiels pour traiter la COVID-19 et d’autres maladies respiratoires, met à nu comment les préjugés raciaux peuvent affecter les soins de santé de manière inattendue et nuisible.

Au début de la pandémie de COVID-19, l’épouse de Kimani Toussant, épidémiologiste, lui a apporté un article sur la façon dont les oxymètres de pouls semblaient être moins précis chez les personnes à la peau plus foncée. Les petits appareils, qui peuvent mesurer instantanément et sans douleur le niveau d’oxygène dans le sang d’une personne en transmettant la lumière, généralement du bout du doigt, sont un outil essentiel en médecine et ont été particulièrement indispensables pendant la pandémie.

Toussaint, professeur à l’école d’ingénierie de l’Université Brown qui étudie l’imagerie optique, dit qu’il était familier avec les oxymètres de pouls, mais qu’il n’avait pas suivi de près les études au fil des ans qui ont soulevé des préoccupations quant à leur précision inégale. « J’ai été un peu surpris que ce soit quelque chose qui n’a pas été abordé il y a si longtemps », dit-il. Finalement, Toussaint et l’un de ses doctorants, Rutendo Jakachira, ont entrepris le projet de concevoir un meilleur oxymètre de pouls, qui fonctionnerait aussi bien pour les personnes de toutes les couleurs de peau.

Toussaint et Jakachira ne sont que deux des nombreux chercheurs qui s’attaquent au problème désormais bien documenté des oxymètres de pouls et de leur piètre performance chez les Noirs et d’autres personnes à la peau plus foncée. C’est un problème critique d’iniquité dans le système médical avec l’un de ses outils les plus largement utilisés. (Pour en savoir plus sur les préjugés raciaux dans les soins de santé, regardez « Bad Input: Medical Devices », ci-dessous.)

Mais réparer l’oxymétrie de pouls n’est pas facile. Premièrement, il y a des obstacles réglementaires. Les recommandations actuelles de la Food and Drug Administration pour tester les oxymètres de pouls ne garantissent pas de manière adéquate que les appareils sont précis pour les personnes ayant un large éventail de tons de peau, disent les experts. Et cela ne s’applique qu’aux oxymètres de pouls médicaux utilisés dans les établissements de santé professionnels. La FDA n’exige aucun test pour les dispositifs à bœuf pulsé en vente libre.

Malgré le nouvel accent mis sur le problème, il existe encore des lacunes dans la compréhension des raisons pour lesquelles les oxymètres de pouls ne fonctionnent pas aussi bien chez les personnes à la peau plus foncée. Entre-temps, les fournisseurs de soins de santé, qui doivent toujours compter sur les appareils qu’ils savent défectueux, ont besoin de meilleurs conseils sur ce qu’ils peuvent faire dès maintenant pour remédier à ces lacunes.

Ici, nous expliquerons ce à quoi les scientifiques sont confrontés lorsqu’il s’agit de résoudre le problème de l’oxymétrie de pouls, certaines des nombreuses solutions déjà en cours et ce que les cliniciens et les patients doivent savoir maintenant.

Un oxymètre de pouls transmet la lumière à travers une partie du corps, souvent du bout des doigts. Il peut déterminer la quantité d’oxygène dans le sang en fonction de la mesure dans laquelle certaines longueurs d’onde de la lumière sont absorbées par l’hémoglobine, une protéine dans le sang. Les mesures qu’il produit sont critiques car une lecture à faible teneur en oxygène peut être une urgence, nécessitant une action vitale comme de l’oxygène supplémentaire ou parfois même un ventilateur.

Mais dès la fin des années 1980, les chercheurs ont remarqué que les oxymètres de pouls semblaient fournir des lectures moins précises chez les personnes à la peau plus foncée. Et la pandémie de COVID-19 a attiré l’attention sur le problème, lancée en décembre 2020 par une étude publiée dans le New England Journal of Medicine. Il a constaté que les patients noirs dans un hôpital du Michigan étaient près de trois fois plus susceptibles que les patients blancs d’avoir une hypoxémie cachée, ou une faible saturation en oxygène du sang, qui n’était pas détectée par un oxymètre de pouls.

Regardez un court métrage sur la façon dont les préjugés affectent le développement des technologies médicales.

Même après une vague d’études documentant le problème, les scientifiques ne savaient pas dans quelle mesure des lectures inexactes nuisaient aux gens. Certains experts se sont demandé si les lectures d’oxymétrie de pouls de 1 ou 2 points de pourcentage étaient suffisamment significatives pour faire une différence dans les résultats médicaux, explique Ashraf Fawzy, MD, pneumologue et médecin en soins intensifs et professeur adjoint de médecine à Johns Hopkins.

Mais la pandémie de COVID-19 a fourni de nombreuses occasions d’enquêter sur cette question. Certains des protocoles développés pour traiter la maladie reposaient sur des coupures spécifiques d’oxygène dans le sang. Cela signifiait que les chercheurs pouvaient voir qui était admissible aux médicaments contre la COVID-19 et quand. Et, dit Fawzy, la recherche utilisant ces données a montré que les patients noirs et hispaniques étaient respectivement 29% et 23% plus susceptibles de subir un retard dans le diagnostic d’oxygène sanguin suffisamment faible pour qu’ils puissent bénéficier de médicaments ciblés COVID-19. Fawzy dit que la recherche, qu’il a co-écrite et publiée dans JAMA Internal Medicine en 2022, a démontré que le recours à l’oxymétrie de pouls « retardait les soins pour les patients noirs et hispaniques par rapport aux patients blancs ».

Un problème avec la technologie des oxymètres de pouls, dit Toussaint, est que l’hémoglobine n’est pas la seule chose qui absorbe la lumière. La mélanine, qui donne à la peau son pigment, aussi. Ne pas en tenir compte dans la conception des oxymètres de pouls signifie que les appareils ne sont pas aussi précis chez les personnes ayant plus de mélanine dans leur peau, dit-il.

Les algorithmes alimentant les oxymètres sont également potentiellement problématiques, explique Valencia Koomson, professeur agrégé au département de génie électrique et informatique de l’Université Tufts, qui travaille au développement d’un meilleur dispositif d’oxymétrie de pouls.

Les oxymètres de pouls sont comparés à une mesure plus invasive appelée test de gaz du sang artériel, dans laquelle le sang est prélevé dans une artère. (La plupart des tests sanguins de routine proviennent des veines; les artères sont plus difficiles à atteindre, mais transportent du sang plus riche en oxygène.) Les fabricants d’appareils comparent les résultats d’un oxymètre de pouls aux résultats d’un test de gaz sanguins dans un groupe de personnes à différents niveaux de saturation en oxygène. Ensuite, ils utilisent ces données pour créer un algorithme permettant de prédire la saturation en oxygène du sang d’une personne à partir de la seule lecture de l’oxymètre. Mais si un fabricant ne recueille pas suffisamment de données – par exemple, si les tests ne sont pas effectués sur des personnes ayant une assez grande variété de tons de peau plus foncés – alors l’algorithme développé ne sera probablement pas aussi précis pour les personnes ayant ces tons de peau plus foncés, dit Koomson.

Ces algorithmes, cependant, sont considérés comme des secrets commerciaux, ce qui rend difficile de savoir exactement ce qu’ils contiennent ou comment les améliorer.

Bien que les preuves que les oxymètres de pouls sont moins précis pour les personnes à la peau plus foncée soient convaincantes, il existe encore des lacunes importantes dans la recherche fondamentale et dans la façon dont ils sont réglementés. « Nous travaillons sur des solutions tout en essayant simultanément de comprendre quel est le problème ici », explique Michael Lipnick, professeur agrégé à l’Université de Californie à San Francisco qui codirige le projet Open Oximetry, une collaboration visant à améliorer les oxymètres de pouls.

La recherche fondamentale sur la performance de l’oxymétrie de pouls ne mesure généralement pas directement le teint, mais utilise plutôt la race ou l’origine ethnique auto-identifiée comme substitut. Des mesures plus précises sont nécessaires, mais les outils actuellement utilisés pour mesurer la peau, dont celui appelé échelle de Fitzpatrick, présentent des lacunes. « Il n’a jamais été destiné à être utilisé de la manière dont il a été adopté », explique Ellis Monk, professeur agrégé de sociologie à l’Université Harvard.

À l’origine, l’échelle de Fitzpatrick a été utilisée pour mesurer comment différents tons de peau ont réagi à la lumière UV, ce qui signifie que l’échelle penche vers les tons de peau (notamment les plus clairs) qui sont plus sensibles aux UV. Pour tenter de résoudre ce problème, Monk a développé une nouvelle échelle de mesure des tons de peau qui a été adoptée par Google pour informer sa recherche et son développement en apprentissage automatique.

La nécessité d’une telle échelle s’étend au-delà de l’oxymétrie de pouls, note Monk, englobant la reconnaissance faciale, les voitures autonomes, et plus encore. « Tout type d’application de vision par ordinateur à détection de lumière va se heurter à cette question de « Comment pouvons-nous nous assurer que tout fonctionne bien pour tout le monde ? » », raconte-t-il. Eh bien, vous avez besoin d’une mesure convenue afin que vous puissiez construire un échantillon représentatif de personnes à tester. »

Certains scientifiques essaient également de voir si d’autres variables que le teint de la peau peuvent contribuer aux inexactitudes de l’oxymétrie de pouls. Par exemple, des recherches du laboratoire de recherche sur l’hypoxie de l’UCSF suggèrent que les oxymètres de pouls font plus d’erreurs chez les personnes à la peau plus foncée qui souffrent également d’une « faible perfusion » ou qui ont moins de sang atteignant le bout de leurs doigts.

Des changements sont également nécessaires dans la façon dont la FDA réglemente le développement des oxymètres de pouls. Pour en mettre de nouveaux sur le marché, les directives de la FDA suggèrent que les fabricants testent leurs dispositifs sur au moins 10 sujets, dont deux (ou 15%, si le groupe est plus grand) doivent avoir une pigmentation de la peau plus foncée. « Préoccupantement petite » et « terriblement inadéquate » sont quelques-unes des façons dont les experts ont décrit ces directives lors d’une réunion tenue par l’agence en novembre 2022 pour discuter de la question.

Sur la base en partie des commentaires de cette réunion, la FDA devrait publier de nouvelles directives pour les fabricants qui cherchent à mettre de nouveaux oxymètres de pouls sur le marché.

Le laboratoire d’hypoxie de l’UCSF, l’un des collaborateurs de l’Open Oximetry Project, teste depuis longtemps des dispositifs d’oxymétrie de pouls. Lipnick dit qu’il prévoit de tester les appareils avec les nouvelles directives de la FDA une fois qu’ils seront finalisés, et d’aider les personnes qui développent de nouveaux oxymètres de pouls à tester leurs prototypes.

Et il y a une dernière ride qui rend tout cela particulièrement déroutant pour les consommateurs. Vous pourriez être l’une des nombreuses personnes qui ont acheté un oxymètre de pouls en vente libre pendant la pandémie pour aider à surveiller vos niveaux d’oxygène à la maison. Mais contrairement aux appareils utilisés dans les milieux médicaux, les fabricants de ceux vendus en ligne et en magasin n’ont pas besoin d’afficher des données de performance. Cela signifie que les utilisateurs d’appareils domestiques ont encore moins d’assurance de leur exactitude.

Alors que la FDA travaille sur de nouvelles normes réglementaires, diverses équipes d’ingénieurs relèvent déjà le défi de créer un meilleur oxymètre de pouls.

Des étudiants de l’Université Johns Hopkins ont travaillé sur un nouvel appareil qui utilise des composants bon marché et prêts à l’emploi et un nouvel algorithme prenant en compte le teint de la peau dans ses calculs. Leur objectif est de rendre le dispositif accessible dans les pays à faible revenu avec moins de ressources médicales.

L’équipe de Toussaint chez Brown adopte une approche différente. Au lieu de compter sur les différentes longueurs d’onde de la lumière pour différencier le sang riche en oxygène du sang désoxygéné, ils visent à exploiter une autre propriété de la lumière: sa polarisation. L’espoir est que l’utilisation d’une propriété différente de la lumière pourrait aider à mieux atténuer certains des facteurs de confusion qui conduisent à des inexactitudes dans les lectures d’oxymétrie de pouls, y compris la mélanine.

Koomson, quant à lui, tire les leçons de l’amélioration des signaux radio face aux interférences provenant par exemple du brouillard et de leur application aux oxymètres de pouls. L’idée est de créer un appareil qui fait un meilleur travail pour s’assurer que les signaux lumineux de l’appareil vont là où ils doivent aller sans l’interférence de facteurs tels que le teint de la peau qui pourraient affecter les performances.

Ces dispositifs en sont tous aux premiers stades de développement, commençant tout juste à être testés sur des personnes en milieu médical, il faudra donc un certain temps avant qu’ils ne soient largement disponibles.

Que peuvent faire les cliniciens jusqu’à ce que ces nouveaux appareils soient disponibles?

S’appuyer beaucoup plus sur le test des gaz du sang artériel n’est pas une option réaliste, en partie parce que ce test est douloureux, a plus de complications potentielles, nécessite une formation spéciale et ne fournit pas de résultats instantanés (comme le font les oxymètres de pouls).

Tom Valley, professeur adjoint au département de médecine interne de la division des soins pulmonaires et intensifs de l’Université du Michigan, affirme qu’un ajustement facile n’est pas de se fier uniquement à la lecture de l’oxymètre de pouls, mais de prêter plus d’attention aux symptômes signalés par une personne et aux indices d’un examen physique. « Je peux certainement penser à des moments dans mon passé où j’ai peut-être ignoré ce que quelqu’un disait parce que j’avais un chiffre objectif qui disait que tout allait bien », explique Valley, co-auteur de l’étude 2020 du New England Journal of Medicine qui a contribué à susciter une attention renouvelée sur le problème des oxymètres de pouls. « Peut-être que j’ai été induit en erreur par un chiffre inexact, et j’ai trop fait confiance à cet appareil. »

Une autre alternative proposée consiste à modifier le seuil de niveau d’oxygène qui incite les médecins à fournir de l’oxygène supplémentaire. En règle générale, ils prescrivent de l’oxygène supplémentaire lorsque la saturation en oxygène descend en dessous de 92%. Mais certains experts disent qu’augmenter ce niveau pour les patients à la peau plus foncée est logique. Valley dit que cette solution de contournement est celle qu’il a utilisée avec les patients noirs, bien qu’il craint que cela ne crée une autre disparité: certains pourraient recevoir un traitement supplémentaire à l’oxygène ou même être obligés de rester plus longtemps dans un hôpital inutilement.

Cette possibilité pourrait être partiellement atténuée en utilisant des cibles d’oxygène plus élevées pour tous les patients mesurés avec un oxymètre de pouls, pas seulement ceux à la peau plus foncée, comme le proposent les auteurs d’une étude de décembre 2022 publiée dans la revue Respiratory Care. Les chercheurs ont noté que cela pourrait entraîner une légère augmentation du nombre de personnes recevant trop d’oxygène, bien que les experts soupçonnent que les avantages d’obtenir de l’oxygène pour les personnes qui en ont besoin l’emportent sur les risques potentiels (qui ne sont pas clairs) de fournir trop à certaines personnes qui n’en ont pas.

Malgré leurs lacunes, les oxymètres de pouls restent indispensables. « Nous ne voulons pas que les gens perdent complètement confiance » en eux, dit Lipnick.

« Il est également important de réaliser que dans toutes les études qui ont été faites, nous avons montré que cela ne se produit pas tout le temps. Cela n’arrive que dans une petite minorité de cas », explique Fawzy de Johns Hopkins. « Mais l’important est que cela se produise potentiellement chez les personnes plus malades, où les chiffres comptent encore plus. »

Il n’y a pas grand-chose qu’une personne à la peau foncée puisse faire: c’est un problème systémique. Pourtant, Fawzy suggère que si vous êtes dans une situation dans laquelle une lecture d’oxymètre de pouls indique que vos niveaux d’oxygène sont normaux mais que vous vous sentez toujours essoufflé, il vaut la peine de repousser doucement avec votre fournisseur.

« Donc, pour quelqu’un qui a une maladie respiratoire, qu’elle soit chronique ou aiguë », dit Fawzy, « et que ses symptômes ne correspondent pas vraiment à ce qu’il voit sur l’oxymètre de pouls, c’est probablement une bonne idée de demander des soins supplémentaires s’il craint que son taux d’oxygène ne soit pas mesuré correctement. »

Note de la rédaction : La vidéo incluse dans cet article a été rendue possible grâce au soutien de la Fondation Kapor, qui travaille à la reconstruction d’un secteur, d’une économie et d’une société technologiques plus équitables.

Catherine Roberts

Catherine Roberts est journaliste spécialisée dans la santé et les sciences chez Consumer Reports. Elle travaille chez CR depuis 2016, couvrant les maladies infectieuses, les insectes et les insecticides, les dispositifs médicaux grand public tels que les appareils auditifs et les tensiomètres, la confidentialité de la santé, etc. En tant que civile, ses passions comprennent les balades à vélo, les films d’horreur et la fiction, ainsi que la recherche de terriers de lapin. Suivez-la sur Twitter @catharob.