Б.Д. Зислин, А.В. Чистяков, А.В. Марков, Д.В. Почепко, М.Б. Конторович, В.А. Багин, Н.Ш. Гаджиева

 

Б.Д. Зислин, доктор мед. наук. Зам. главного врача МУ ГКБ №40 по науке.

 

В необходимости мониторинга основных жизненных функций в анестезиологии и интенсивной терапии уже никто не сомневается. В Свердловской области обязательное использование пульсоксиметрии, неинвазивного измерения артериального давления, кардиоскопии и термометрии при анестезиологическом пособии и интенсивной терапии регламентировано стандартом, утвержденным областным министерством здравоохранения.

Мониторинг респираторных газов (кислорода и двуокиси углерода) в нашей стране пока еще не получил должного распространения из-за высокой стоимости зарубежных образцов и отсутствия, до последнего времени, отечественных приборов. Все это не могло не отразиться на качестве анестезиологического обеспечения операций и интенсивной терапии, а также на сдерживании дальнейшего развития таких областей медицины, как функциональная диагностика, клиническая физиология, фармакология.

В настоящее время на фирме Тритон ЭлектроникС впервые в нашей стране разработан и апробирован модуль капнометрии и оксиметрии, позволяющий обеспечить мониторинг респираторных газов, удовлетворяющий современным требованиям. Настоящая статья призвана подготовить широкий круг анестезиологов и реаниматологов к применению этого метода мониторинга.

Капнометрия - это метод определения парциального давления двуокиси углерода (СО2) в выдыхаемом газе. Она является одним из наиболее важных методов мониторинга газообменной функции легких и занимает в настоящее время центральное место в мониторных программах, используемых в анестезиологии и реаниматологии.

Возможности капнометрии и перспективы ее использования в анестезиологии и интенсивной терапии трудно переоценить. Помимо контроля адекватности респираторной поддержки во время оперативных вмешательств и длительной ИВЛ при критических состояниях, капнометрия и ее графическая реализация (капнография) позволяет в режиме реального времени диагностировать целый ряд синдромов, нередко возникающих в практике интенсивной терапии.

Это, во-первых, синдром разгерметизации дыхательного контура при ИВЛ и острые нарушения проходимости дыхательных путей (закупорка, перегиб, транслокация в глотку интубационной трубки, окклюзия трахеи и крупных бронхов сгустками мокроты и крови, кусочками опухоли, бронхоспазм и др.).

Это, во-вторых, синдром острых расстройств системной гемодинамики (коллапс, асистолия) или легочного кровообращения (тромбоэмболия).

Это, в-третьих, менее острые синдромы, такие как нарастающая гиповолемия (кровотечение) и злокачественная гипертермия.

Кроме того, на основе капнометрии появляется возможность рассчитать сердечный выброс, а при дополнительном использовании оксиметрии и минутной вентиляции решить проблему компенсации энергозатрат организма больного при критических состояниях (мониторинг метаболизма).

Столь значительные информационные возможности капнометрии обусловили необходимость в ряде стран включить ее в протоколы мониторинга некоторых критических состояний в виде рекомендаций (резолюция Всемирной федерации анестезиологических обществ, 1992 г.) или обязательного использования (стандарт анестезиологического обеспечения оперативных вмешательств штата Нью-Йорк, США).

Мониторинг содержания кислорода в дыхательной газовой смеси, также как и капнометрия, призван контролировать эффективность газообмена. Однако диапазон его диагностических возможностей несколько уже, чем при капнометрии. Причин этому несколько.

Во-первых, оксиметрия √ это самый "молодой" метод мониторинга дыхательной функции. Его "возраст" составляет не более двух десятков лет. Поэтому еще не изучены все возможности этого метода и, следовательно, не определены все сферы его применения.

Во-вторых, в отличие от двуокиси углерода, на альвеолярную и капиллярную концентрацию которого мало влияют такие факторы, как альвеоло-капиллярный шунт и положение кривой диссоциации оксигемоглобина, при газообмене кислорода влияние этих факторов весьма существенно, что и не позволяет использовать его альвеолярную концентрацию для индикации напряжения РО2 в легочном капилляре.

Тем не менее, уже сегодня содержание кислорода в дыхательной газовой смеси занимает важную позицию в мониторинге дыхательной функции легких. Можно выделить, по крайней мере, два аспекта его использования.

Это, во-первых, мониторинг кислорода в инспираторном газе (FIO2). В настоящее время без контроля этого параметра невозможно проводить даже кратко-временную искусственную вентиляцию легких. В этом плане мониторинг FIO2 по своей значимости не уступает пульсоксиметрии и неинвазивному измерения артериального давления.

Это, во-вторых, как было указано выше, вместе с регистрацией выделенной двуокиси углерода и минутной вентиляции, мониторинг потребления кислорода. Он позволяет довольно точно определить состояние энергетики организма и наметить пути ее коррекции. По мере совершенствования технологии регистрации кислорода в газовой среде, создания более точных и быстродействующих сенсоров, дальнейшего изучения возможностей применения этого метода, сфера использования мониторинга О2 может расшириться.

 

Общие сведения по технологии анализа респираторных газов модулем фирмы Тритон электроникС.

Капнометрический сенсор прибора основан на использовании метода абсорбционной инфракрасной спектроскопии.

Газы, как и любые другие вещества, имеют свойственный им спектр поглощения. Основная спектральная линия поглощения СО2 соответствует длине волны около 4300 нм. Концентрацию СО2 в выдыхаемом воздухе определяют по поглощению света в диапазоне этой длины волны.

Сенсор прибора (рис.1) содержит измерительную камеру, через которую прокачивается проба газа. Через эту же камеру пропускается инфракрасное излучение и измеряется его поглощение, зависящее от концентрации углекислого газа. По величине поглощения инфракрасного света вычисляется количество молекул газа, находящихся на пути излучения (фактически это парциальное давление).

 

 

Рисунок 1

Общая схема капнометрического сенсора

 

[ Показать рисунок в новом окне ]

 

 

В качестве источника излучения применяется лазер с необходимой длиной волны. Использование лазера позволяет существенно уменьшить объем измерительной камеры, что приводит к уменьшению величины отбора пробы и неизменно отражается на сокращении времени получения информации. Применение лазера, кроме того, обеспечивает капнометрическому сенсору высокие динамические характеристики.

Оксиметрический датчик модуля использует электрохимический принцип.

Любая электрохимическая ячейка всегда содержит анод и катод, выполненные из различных металлов и погруженные в электролит. В гальванической измерительной ячейке между анодом и катодом самопроизвольно возникает разность потенциалов. Этого достаточно для восстановления кислорода на катоде и инициации соответствующего окислительного процесса на аноде. Возникающая в результате реакции сила тока между анодом и катодом, пропорциональна концентрации кислорода в пробе газа.

Кислородный сенсор нашего модуля содержит анод из свинца, катод из золотой пленки, раствор кислоты, служащий электролитом и тефлоновую мембрану, избирательно пропускающую из газовой смеси только кислород (рис. 2).

 

Рисунок 2

Схема кислородного сенсора

 

 

Особенностью сенсора является его высокое быстродействие. Время реакции занимает не более 0,1 секунды, что позволяет получить качественную оксиграмму.

Модуль анализа респираторных газов состоит из:

- капнометрического и оксиметрического сенсоров;

- блока пневматики с компрессором, клапаном и соединительными трубками для транспорта газовой пробы из дыхательных путей пациента к сенсорам;

- микроконтроллера для обработки результатов и управления всеми элементами модуля;

- системы осушения пробы.

Модуль позволяет непрерывно измерять и отображать:

- содержание двуокиси углерода и кислорода на вдохе (FICO2, FIO2 в %) и в конце выдоха (FETCO2, FETO2 в %);

- парциальное давление двуокиси углерода и кислорода на вдохе (PICO2, PIO2) и в конце выдоха (PETCO2, PETO2) в мм рт.ст.;

- частоту дыхания (f).

Совмещение двух сенсоров в одном модуле имеет существенные достоинства, т.к. позволяет использовать одни и теже механизмы транспорта газов, осушения пробы и обработки результатов анализа. В данный модуль может быть включен еще и сенсор скорости газового потока, что значительно расширит его функциональные возможности и позволит обеспечить мониторинг биомеханики дыхания и метаболизма.

 

Мониторинг респираторных газов в клинике

Капнометрический сенсор был апробирован в отделениях интенсивной терапии ГКБ ╧40. Произведено одновременное исследование газового состава артериальной крови и показаний капнометрических сенсоров мониторов Тритон электроникС и NPB (Puritan Bennett) у 22 больных с острой церебральной недостаточностью (коматозные состояния √ 8 пациентов) и послеоперационной продленной ИВЛ (таб. 1). Всего ИВЛ проводилась 16 больным (72,7%).

 

Таблица 1

Напряжение двуокиси углерода в артериальной крови и альвеолярном газе (мм рт.ст.)

 

 

 

На основании материалов, помещенных в таблице 1, можно придти к заключению, что показания обоих модулей капнометрии полностью соответствовали уровню напряжения СО2 в артериальной крови. Показания обоих сенсоров практически совпадали с уровнем РаСО2. Отмечалась также весьма тесная корреляционная связь изучаемых показателей. Наибольшую ценность мониторинг напряжения двуокиси углерода имеет при искусственной вентиляции легких, поскольку именно при ней почти полностью нивелируется влияние дыхательного центра на процесс регуляции дыхания, в связи с чем газообмен больного зависит, в основном, только от качества работы респиратора и квалификации анестезиолога (реаниматолога). Поэтому мы ограничимся описанием наиболее часто встречающихся капнографических синдромов, в основном применительно к ИВЛ.

1. Гиповентиляция (рис. 3).

При ИВЛ наиболее частой причиной этого синдрома является недостаточный объем альвеолярной вентиляции.

 

Рисунок 3

Капнограмма при гиповентиляции

 

При гиповентиляции регистрируется характерная капнограмма с постепенным повышением плато кривой выше уровня 5% СО2. Значительно реже подобная капнограмма может встретиться при повышенной продукции СО2 при гиперметаболических синдромах (сепсис, ожоги и др.), резорбция СО2 из брюшной полости (лапароскопия) в условиях неизменной вентиляции.

Дифференцировать эти синдромы несложно, если учесть, что при гиповентиляции нарастание концентрации СО2 в альвеолярном газе наступает намного быстрее (в считанные минуты), в то время как при гиперметаболизме уровень напряжения СО2 остается стабильным в течение длительного времени (несколько часов и даже суток). При лапароскопии, в силу высокой диффузионной способности СО2, его уровень быстро повышается вслед за инсуфляцией газа в брюшную полость, а затем остается неизменным или снижается.

 

2. Гипервентиляция (рис. 4)

Наиболее частыми причинами гипервентиляции в условиях ИВЛ являются неправильный расчет необходимого объема минутной вентиляции, а также преднамеренное его увеличение, например, для коррекции внутричерепной гипертензии. Кроме того, причиной гипервентиляции могут быть неисправности в респираторе.

 

Рисунок 4

Капнограмма при гипервентиляции

 

Капнограммы при гиповентиляции, при гипервентиляции, при остановке вентиляции

 

[ Показать в новом окне ]

 

Капнограмма при гипервентиляции будет регистрировать постепенное снижение напряжения углекислоты в выдыхаемом воздухе. В связи с тем, что периферические (внесосудистые) запасы двуокиси углерода достаточно велики и они быстро компенсируют вымывание СО2 из крови, гипокапния при гипервентиляции наступает не мгновенно. И если капнограмма регистрирует устойчивое снижение концентрации СО2 в альвеолярном газе, то это значит, что гипервентиляция продолжается уже значительное время, не менее 30-40 минут и, следовательно, при истощении периферических запасов углекислого газа, имеется реальная опасность дальнейшего углубления гипокапнии. Это обстоятельство необходимо учитывать при преднамеренном использовании гипервентиляции.

 

3. Прекращение вентиляции (апное)

При ИВЛ причинами этого синдрома являются, прежде всего, разгерметизация дыхательного контура (отсоединение дыхательных шлангов от респиратора, отсоединение интубационной трубки от адаптера). Причиной прекращения вентиляции могут быть окклюзия интубационной трубки, а также ошибочная интубация пищевода или смещение интубационной трубки из трахеи в ротоглотку. И, наконец, причиной апное может быть отказ (остановка) респиратора, что при использовании респираторов, выработавших временной ресурс, встречается не так уже редко.

При спонтанной вентиляции причин апное может быть много: от центральной депрессии дыхания (действие наркотиков, вклинение стволовых структур головного мозга) до рекураризации, регургитации желудочного содержимого, западения языка. На капнограмме регистрируется отсутствие дыхательных циклов (рис.5).

 

Рисунок 5

Капнограмма при остановке вентиляции

 

 

 

4. Увеличение дыхательного мертвого пространства (рис. 6)

Основу этого синдрома составляет увеличение числа вентилируемых, но не перфузированных или мало перфузированных альвеол. Это встречается при острой гиповолемии, различного генеза гипотонии, при остром легочном повреждении и респираторном дистресс синдроме. Крайним проявлением данного синдрома являются массивная эмболия легочной артерии или остановка кровообращения.

На капнограмме регистрируется быстрое, в течение 8-10 циклов, снижение кривой (рис.8). В крайних случаях (остановка сердца) отмечается исчезновение дыхательных волн.

Необходимо учитывать, что сама по себе искусственная вентиляция легких инициирует увеличение объема дыхательного мертвого пространства, особенно ее режимы, сопровождающиеся возрастанием альвеолярного давления (CMV-PEEP, IRV, CPAP, BIPAP и др.). В этой связи необходимо учитывать, что именно в данных случаях информативность PETCO2 существенно страдает и, при высоком уровне альвеолярного давления, все больше расходится с напряжением СО2 в артериальной крови.

 

Рисунок 6

Капнограмма при прогрессирующем увеличении дыхательного мертвого пространства

 

5. Рециркуляция СО2 в контуре респиратора (рис. 7)

Причин этого синдрома несколько. Чаще всего это неисправности наркозного аппарата, либо истощение сорбента углекислоты при использовании адсорбера. Могут возникнуть препятствия в транспортирующей пробу газа магистрали (капли воды, мокрота, кровь), загрязнение анализатора. Нередко причиной рециркуляции СО2 является значительное преобладание инспираторного потока над экспираторным (частичная обструкция дыхательного тракта, раннее экспираторное закрытие дыхательных путей), а также высокая частота дыхания (у новорожденных младенцев) или при высокочастотной искусственной вентиляции легких.

Капнографическая кривая имеет характерный вид: нарастающий подъем изолинии, указывающий на присутствие СО2 во вдыхаемом газе. При неизменном объеме минутной вентиляции может постепенно возникнуть гиповентиляция (гиперкапния).

При высокой частоте дыхания отмечается отсутствие на капнограмме альвеолярного плато, что связано с незавершенным выдохом. Кроме того, при высокой частоте дыхания либо отсутствует повышения уровня СО2, либо он повышается очень медленно, что может быть объяснено установившимся равновесием содержания углекислого газа в анатомическом мертвом пространстве.

 

Рисунок 7

Капнограмма при рециркуляции СО2 в дыхательном контуре

 

Разумеется, при синдроме рециркуляции СО2 в дыхательном контуре показатели капнографа никак не отражают напряжение СО2 в артериальной крови. Для того чтобы в этой ситуации избежать больших ошибок в работе капнографа, необходимо тщательно следить за исправностью респиратора, появлением препятствий в транспортирующей магистрали и камере анализатора.

В капнометрическом модуле фирмы Тритон ЭлектроникС слежение за проходимостью транспортной магистрали и чистотой камеры анализатора осуществляется автоматически. При появлении капель жидкости процессор обеспечивает продувку магистрали, а при попадании жидкости в камеру анализатора √ останавливает исследование, естественно, сигнализируя пользователю, высушивает камеру и, примерно через 10 минут, автоматически включает прибор.

При высокой частоте дыхания получить удовлетворительную информацию об альвеолярном СО2 можно следующими приемами: в неонатологии √ путем надавливания на грудную клетку младенца, что способствует удлинению выдоха и дает возможность получить альвеолярное плато; при высокочастотной ИВЛ √ кратковременным отсоединением респиратора от пациента, что также обеспечивает полноценный выдох (рис. 8).

 

Рисунок 8

Капнограмма при высокой частоте вентиляции

Капнограммы при прогрессирующем увеличении дыхательного мертвого пространства, при рециркуляции СО2 в дыхательном контуре, при высокой частоте вентиляции

[ Показать в новом окне ]

 

Выше мы уже указывали, что сфера клинического применения оксиметрии несколько уже, чем капнометрии.

Мы указывали также, что в отличие от капнометрии, при оксиметрии практически невозможно определить альвеолярную концентрацию кислорода. Этому препятствуют, по крайней мере, три фактора: неравномерность вентиляционно-перфузионных соотношений, влияние кривой диссоциации оксигемоглобина на экстракцию кислорода из альвеолярного газа, неравномерность вымывания газа из разных регионов легких. Таким образом, приходится констатировать, что точную концентрацию кислорода в альвеолярном газе невозможно получить даже теоретически. Она может быть определена лишь сугубо ориентировочно. Причем, ошибка в определении этого параметра будет тем больше, чем больше нарушения газового гомеостаза организма.

И тем не менее некоторую полезную информацию при индикации концентрации кислорода в экспираторном газе можно использовать.

При быстро возникающей гиповентиляции, снижение FETO2 наступит несколько быстрее, чем повышение FETСO2. Это объясняется тем, что запасы в организме двуокиси углерода существенно превышают запасы кислорода. Однако при вентиляции смесями, обогащенными кислородом, особенно с высоким FIO2, значение данного теста несколько нивелируется, т.к. при вентиляции высокими концентрациями кислорода увеличивается ФОЕ и она какое-то время может быть поставщиком альвеолярного кислорода.

По этой же причине оксиметрия быстрее, чем капнометрия, реагирует на остановку кровообращения (FETO2 выравнивается с FIO2). Однако еще быстрее в этих случаях реагирует электрокардиограмма и пульсовая волна пульсоксиметра.

И, наконец, на основании показателя альвеолярной концентрации кислорода, пускай даже и не очень точного, можно получить важные сведения о потреблении организмом кислорода.

Информация о концентрации кислорода в инспираторном газе (FIO2) имеет существенно более важное практическое значение.

Контроль FIO2 позволяет правильно построить респираторную терапию при многих критических состояниях, особенно связанных с острым повреждением легких.

Этот показатель предоставляет неоценимую информацию о состоянии газовой смеси при струйной инжекционной вентиляции, при которой концентрация кислорода в инспираторной газе весьма вариабельна, т.к. зависит от сопротивления в дыхательных путях. Кроме того, информация о FIO2 позволяет вовремя заметить неисправности в дыхательной аппаратуре, а также критическое снижение кислорода в инспираторном газе при наркозе газовыми смесями.

Вторым важным в практическом плане параметром является инспираторно-экспираторный градиент кислорода [D(FI-FET)O2], который в определенной степени отражает потребление кислорода организмом. Этот показатель, не детализируя причин, быстро сигнализирует об изменениях альвеолярного газообмена. Кроме того, он может с успехом использоваться для мониторинга метаболизма.

Приведенные данные позволяют прийти к заключению, что наиболее значимыми в практическом отношении параметрами оксиметрии являются FIO2 и D(FI-FET)O2.

Апробация оксиметрического сенсора проводилась на базе отделений интенсивной терапии ГКБ ╧40 и областного пульмонологического центра. Обследовано 55 больных. Респираторная поддержка 22 пациентов с острыми нарушениями церебрального кровообращения проводилась в условиях синхронизированной вспомогательной вентиляции (SIMV). 18 пациентам при операциях на легких проводилась высокочастотная струйная вентиляция и 15 пациентов через 10-12 часов после операций на легких находились на спонтанной вентиляции в условиях инсуфляции 3 л/мин кислорода (таб. 2).

 

Таблица 2

Результаты апробации кислородного сенсора

P1 - различия с спонтанной вентиляцией
P2 - различия с высокочастотной вентиляцией

 

Материалы, приведенные в таблице 2, позволяют констатировать, что полученные нами данные подтверждают известный в физиологии дыхания постулат: уровень потребления кислорода прямо пропорционален его концентрации в инспираторном газе. Судя по полученной информации, этот феномен наиболее отчетливо проявляется при FiO2, превышающей 40%. Этот факт является косвенным подтверждением относительной точности функционирования оксиметрического сенсора. Относительно низкий уровень потребления кислорода в наших исследованиях может вызвать сомнение в том, что регистрируется концентрация кислорода не в экспираторном, а в смешанном газе. Это сомнение опровергается, во-первых, тем, что, по нашим расчетам, истинное потребление кислорода, составляя 0,318╠0,02 л/мин., превышало нормальные величины и, во-вторых, тем, что инспираторная концентрация СО2 неизменно находилась на нулевом уровне, что исключало вероятность анализа смешанного газа, т.к. в противном случае концентрация СО2 должна была бы превышать нулевое значение.

Поскольку в мониторе Тритон электроникС оксиметрический и капнометрические сенсоры объединены в одном модуле, то вся необходимая пользователю информация, в режиме реального времени, присутствует на экране монитора.

Резюмируя все выше изложенное, можно констатировать, что сегодня уже появилась реальная возможность в рутинной клинической практике обеспечить мониторинг респираторных газов, как при анестезиологическом пособии, так и в процессе интенсивной терапии критических состояний.