Спирометры и датчики давления в дыхательном контуре (манометры)

Дыхательный объем, ритмически подаваемый больному из дыхательного контура, измеряется спирометром. Пневмотахограф — это дюзный дозиметр, функционирующий как спирометр. Камера смешения обеспечивает незначительное сопротивление газовому потоку. Снижение давления при преодолении этого сопротивления пропорционально скорости потока и измеряется датчиком градиента давления. Дыхательный объем рассчитывается математически как производное скорости потока. Конденсация паров воды и перепады температуры приводят к ошибкам в показаниях пневмотахографа, что ограничивает его клиническое использование.

Спирометр Райта (Wright), расположенный в экспираторном колене дыхательного шланга перед клапаном выдоха, измеряет выдыхаемый дыхательный объем (рис. 4-6). Поток газа внутри респирометра приводит во вращательное движение крыльчатки или роторы; степень ротации измеряется электронным, фотоэлектрическим или механическим способом. В современных наркозных аппаратах для измерения минутного объема дыхания и дыхательного объема применяют именно этот принцип. Выдыхаемый дыхательный объем зависит от параметров ИВЛ (установленных анестезиологом), но также изменяется при утечках, разгерметизации или неисправностях в работе респиратора. Спирометр Райта может давать ошибочные значения под воздействием инерции, силы трения и конденсации водяных паров. Кроме того, в измеряемый выдыхаемый дыхательный объем входит объем, "потерянный" в дыхательном контуре за счет сжатия газа и расширения дыхательных шлангов. Длинные шланги с высокой растяжимостью, большая частота дыхания и высокое давление в дыхательных путях — все это значительно увеличивает разницу между объемом смеси, подаваемым в дыхательный контур, и объемом, поступающим в дыхательные пути больного.

Датчики давления в дыхательном контуре (манометры) обычно расположены между направляющими клапанами вдоха и выдоха; точное месторасположение зависит от того, какая модель наркозного аппарата используется. Давление в дыхательном контуре обычно отражает давление в дыхательных путях. Повышение давления сигнализирует об ухудшении растяжимости легких, повышении дыхательного объема или обструкции в дыхательном контуре. Снижение давления может свидетельствовать об улучшении растяжимости легких, уменьшении дыхательного объема или утечке из контура. Если давление в контуре измеряется рядом с адсорбером углекислого газа, то оно не всегда соответствует давлению в дыхательных путях. Например, пережимание экспираторного колена дыхательного шланга во время выдоха будет препятствовать выходу газовой смеси из легких. Несмотря на возрастание давления в дыхательных путях, установленный рядом с адсорбером манометр будет показывать ноль, потому что направляющий клапан вдоха препятствует передаче давления.

Некоторые наркозные аппараты оборудованы дисплеями, графически отражающими давление в дыхательном контуре (рис. 4-7). Пиковое давление вдоха — максимальное давление в контуре в фазу вдоха, оно отражает динамическую растяжимость. Давление плато — это давление, измеренное во время инспираторной паузы (фаза дыхательного цикла, во время которой газоток отсутствует) и отражающее статическую растяжимость. При ИВЛ в отсутствие заболеваний легких пиковое давление вдоха равно давлению плато или слегка превышает его. Параллельное повышение пикового давления вдоха и давления плато происходит при увеличении дыхательного объема или при снижении растяжимости легких. Повышение пикового давления вдоха с незначительным изменением давления плато свидетельствует об увеличении объемной скорости инспираторного потока или увеличении сопротивления дыхательных путей (табл. 4-1). Таким образом, по форме кривой давления в дыхательном контуре можно судить о состоянии дыхательных путей.

Рис. 4-6. Спирометр Райта. (Из: Moshin W. W. Automatic Ventilation of the Lungs, 2nd ed. Blackwell, 1969. Воспроизведено с разрешения.)

Рис. 4-7. Давление в дыхательных путях (Рдп) в разные фазы дыхательного цикла. А. У здоровых людей пиковое давление вдоха равно давлению плато или слегка превышает его. Б. Параллельное повышение пикового давления вдоха и давления плато (разница остается практически неизменной) возникает при увеличении дыхательного объема или при снижении растяжимости легких. В. Повышение пикового давления вдоха с незначительным изменением давления плато свидетельствует об увеличении объемной скорости инспираторного потока или увеличении сопротивления дыхательных путей

Закупорку дыхательных путей мокротой или перегибание эндотрахеальной трубки можно легко устранить с помощью катетера для отсасывания. Гибкий фибробронхоскоп позволяет установить точный диагноз.

Испарители

Летучие анестетики (галотан, изофлюран, эн-флюран, десфлюран, севофлюран) перед поступлением к больному должны перейти из жидкого состояния в газообразное, т. е. испариться. При данной температуре молекулы летучего вещества в закрытой емкости распределяются между жидкой и газообразной фазами. Молекулы газа бомбардируют стенки емкости, создавая давление насыщенного пара (насыщенным паром называют газ, находящийся в равновесии с жидкой фазой того же вещества.— Примеч. пер.). Чем выше температура, тем больше тенденция перехода молекул из жидкой фазы в газообразную и тем выше давление насыщенного пара. Испарение требует затрат энергии (теплота испарения), что обеспечивается за счет потери тепла жидкостью. По мере испарения температура жидкости снижается, а давление насыщенного пара, соответственно, уменьшается — если только тепло не поступает извне.

В испарителе есть камера, в которой газ-носитель насыщается парами летучего анестетика.

ТАБЛИЦА 4-1. Причины увеличения пикового давления вдоха

Параллельное повышение пикового давления вдоха и давления плато Увеличение дыхательного объема Снижение растяжимости легких Отек легких Положение Тренделенбурга Плевральный выпот Асцит Тампонирование брюшной полости Инсуффляция газа в брюшную полость Напряженный пневмоторакс Эндобронхиальная интубация

Повышенное пиковое давление вдоха при нормальном давлении плато Увеличение скорости инспираторного потока Увеличение сопротивления дыхательных путей Перегибание эндотрахеальной трубки Бронхоспазм Закупорка мокротой Аспирация инородного тела Сдавление дыхательных путей "Грыжа" манжетки эндотрахеальной трубки

Хотя существует много моделей испарителей, в настоящей главе представлены лишь три наиболее важных. В универсальном медном испарителе газ-носитель (кислород), проходящий через анестетик, поступает через дозиметр типа Thorpe (рис. 4-8). Контрольный клапан испарителя отделяет контур испарителя от дозиметров подачи кислорода и закиси азота в дыхательный контур. Если испаритель не используется, то для предотвращения утечки или обратного потека газа контрольный клапан должен быть закрыт.

В конструкции использована медь из-за сравнительно высокой удельной теплоемкости (теплоемкость — количество тепла, необходимое для подъема температуры 1 г вещества на 1 ⁰C) и теплопроводности (теплопроводность — скорость проведения тепла через массу вещества), что способствует поддержанию постоянной температуры в испарителе.

Все газы, попадающие в испаритель, проходят через жидкий анестетик (барботируют) и насыщаются его парами; 1 мл жидкого анестетика соответствует приблизительно 200 мл его паров. Поскольку у ингаляционных анестетиков давление насыщенного пара больше, чем необходимое для анестезии парциальное давление, то перед поступлением к больному насыщение анестетиком газа, покидающего медный испаритель, следует понизить.

Например, давление паров галотана при 20 ⁰C составляет 243 мм рт. ст.; значит, давление насыщенного пара галотана, покидающего медный испаритель при давлении в 1 атм, составит 243/760, или 32 %. Если в испаритель поступает 100 мл кислорода, то выходить будет приблизительно 150 мл газа, при этом почти ¹/₃ составят пары галотана. Парциальное давление галотана, достаточное для анестезии, при давлении в 1 атм составляет всего 7 мм рт. ст., или менее 1 % (7/760). Чтобы достичь 1 % концентрации галотана, 50 мл его паров и 100 мл газа-носителя, покидающих медный испаритель, должны быть дополнены еще 4850 мл газа (5000 - 150 = 4850). Как следует из этого примера, каждые 100 мл кислорода, прошедшие через испаритель с галотаном, несут 1 % галотана, если общий поток газа в дыхательном контуре составляет 5 л/мин. Таким образом, в конечном счете концентрацию анестетика определяет поток газа-носителя, поэтому медный испаритель относится к испарителям измеряемого потока. Давление насыщенных паров изофлюрана и галотана практически одинаково, поэтому на изофлюран распространяются те же взаимоотношения между потоком газа-носителя через медный испаритель, общим потоком газа и концентрацией анестетика.

Давление насыщенного пара энфлюрана при 20 ⁰C составляет 175 мм рт. ст. Насыщенный газ-носитель, покидающий медный испаритель, заполненный энфлюраном, при давлении на уровне моря будет иметь концентрацию 175/760, или 23 %. Иными словами, 100 мл кислорода несут 30 мл паров энфлюрана (30/130 = 23 %). Значит, каждые 100 мл кислорода, проходя через медный испаритель с энфлюраном, несут 1 % энфлюрана, если общий поток в дыхательном контуре составляет 3 л/мин (30/3000 = 1 %).

Таким образом, количество паров, покидающих медный испаритель (выход паров), зависит от давления насыщенного пара летучего анестетика (Днп), скорости потока газа-носителя (Пг) через испаритель и барометрического давления (БД):

Выход паров анестетика = Пг х Днп/(БД - Днп).

Проведем расчет на примере энфлюрана:

Выход паров энфлюрана = 100 мл/мин х 175 мм рт. ст.

(760 мм рт. ст. - 175 мм рт. ст.) = 30 мл/мин.

Разделив полученное количество паров анестетика на общий поток газа в дыхательном контуре, получим процентное выражение (т. е. фракционную концентрацию):

Фракционная концентрация анестетика = 30 мл/мин (Выход паров анестетика)

3000 мл/мин (Общий поток газа) = 1 %.

Если общий поток газа внезапно снижается (например, иссякла закись азота в баллоне), концентрация летучего анестетика может достигать опасного уровня.

Рис. 4-8. Медный испаритель. (Из: Hill D. W. Physics Applied to Anaesthesia, 4th ed. Butterworths, 1980.

Воспроизведено с разрешения.)

Передозировка анестетика может иметь очень серьезные последствия, поэтому чрезвычайно важно точно дозировать его концентрацию во вдыхаемой смеси. Современные специализированные испарители (т. е. предназначенные только для одного анестетика) способны обеспечить постоянную концентрацию анестетика независимо от температуры или потока через испаритель. Поворот градуированной рукоятки управления против часовой стрелки (или по часовой в некоторых старых моделях) до необходимого значения делит общий поток на поток газа-носителя, который проходит в камере испарителя над поверхностью жидкого анестетика и насыщается парами, и обходной поток (шунт-поток), который покидает испаритель неизмененным (рис. 4-9). Часть поступающего в испаритель газа никогда не взаимодействует с жидкой фазой анестетика, поэтому специализированные испарители известны также как испарители с варьирующимся обходным потоком.

Термокомпенсация достигается применением биметаллических полос. Изменение скорости потока даже в широком диапазоне не влияет на концентрацию анестетика, потому что с жидким анестетиком взаимодействует все та же часть газа-носителя. Напротив, изменение состава носителя, например переход со 100 % кислорода на смесь 30 % кислорода и 70 % закиси азота, может вызвать преходящее снижение фракционной концентрации анестетика в связи с более высокой растворимостью закиси азота в жидких анестетиках.

Следует избегать заполнения специализированного испарителя "чужим"анестетиком. Например, случайное заполнение энфлюранового испарителя галотаном может привести к передозировке. Во-первых, давление насыщенного пара галотана выше (243 мм рт. ст. против 175 мм рт. ст. у энфлюрана), что вызовет увеличение количества паров анестетика на 40 %. Во-вторых, галотан мощнее энфлюрана более чем в 2 раза (см. гл. 7). И наоборот, при заполнении энфлюраном галота-нового испарителя анестезия будет слишком поверхностной.

Чрезмерное отклонение испарителя от вертикального положения может вызвать попадание анестетика в обходной канал, что приводит к опасному повышению концентрации анестетика. Колебания давления при ИВЛ вызывают обратный га-зоток через испаритель, непредсказуемо изменяя концентрацию анестетика в смеси. Этот феномен, получивший название "эффекта накачки", более выражен при низких скоростях потока газа. В новых, усовершенствованных моделях испарителей риск развития подобных осложнений снижен: например, в них автоматически компенсируется изменение внешнего давления (при изменении высоты над уровнем моря).

Давление насыщенных паров десфлюрана настолько высоко, что на уровне моря он закипает при комнатной температуре (см. табл. 7-3). Подобная высокая испаряемость в сочетании с мощностью, которая в 5 раз меньше мощности других анестетиков, создает уникальные в своем роде затруднения. Во-первых, процесс испарения, необходимый для обеспечения общей анестезии, сопровождается столь значительным охлаждением, что испарители обычной конструкции оказываются не в состоянии поддерживать постоянную температуру. Во-вторых, поскольку испарение протекает очень активно, требуется колоссальный поток свежего газа для обеспечения клинически приемлемых концентраций анестетика. Эти проблемы можно решить, применяя специальный десфлюрановый испаритель — Тес 6. Десфлюран находится в резервуаре (так называемом десфлюрановом отстойнике), где с помощью электрообогревателя поддерживается температура 39 ⁰C. При этом десфлюран испаряется, давление его насыщенного пара составляет 2 атм. В отличие от остальных испарителей с варьирующимся обходным потоком, через десфлюрановый резервуар поток свежего газа-носителя не проходит. Пары десфлюрана покидают резервуар и до выхода из испарителя смешиваются со свежей газовой смесью. Количество паров десфлюрана, покидающих резервуар, регулируется поворотом диска управления и скоростью потока свежего газа. Хотя испаритель Тес 6 поддерживает постоянную концентрацию десфлюрана независимо от уровня потока свежего газа, он не способен автоматически компенсировать снижение внешнего давления. Снижение внешнего давления не влияет на концентрацию анестетика, но снижает его парциальное давление. Таким образом, в местах, расположенных высоко над уровнем моря, анестезиолог должен вручную переустановить концентрацию на диске управления для достижения необходимого парциального давления паров.

Испарители с варьирующимся обходным потоком устанавливаются вне реверсивного контура, между дозиметрами и выходным патрубком подачи свежей смеси,— чтобы уменьшить риск резкого увеличения концентрации анестетика при экстренной подаче кислорода. Блокираторы и ограничители исключают одновременное использование более чем одного испарителя. В наркозных аппаратах старых конструкций, лишенных этих защитных приспособлений, испарители следует располагать в определенном порядке с целью снижения риска перекрестного загрязнения при одновременном включении двух из них. Исходя из давления насыщенного пара и мощности анестетика, рекомендуется следующий порядок расположения испарителей (в направлении от выходного патрубка подачи к дозиметрам): испаритель десфлюрана, метоксифлюрана, энфлюрана, севофлюрана, изо-флюрана, галотана.

Рис. 4-9. Современный испаритель, расположенный вне дыхательного контура. Для каждого ингаляционного анестетика существует свой испаритель