Респираторы и тревожная сигнализация при разгерметизации

Функция респираторов (аппаратов ИВЛ) — созда­ние градиента давления между проксимальными дыхательными путями и альвеолами. Анестезио­логические респираторы являются структурным компонентом наркозного аппарата. Старые респи­раторы работали как генераторы отрицательного давления вокруг грудной клетки (например, "же­лезные легкие"), в противоположность им совре­менные модели создают положительное давление в верхних дыхательных путях. Дыхательный цикл респиратора состоит из четырех фаз: вдох, период между вдохом и выдохом, выдох, период между выдохом и вдохом. Респираторы классифицируют в зависимости от различных характеристик фаз дыхательного цикла.

Во время вдоха респираторы генерируют дыха­тельный объем, подавая поток газа по градиенту давления. На всем протяжении дыхательного цикла вне зависимости от механических свойств легких сохраняется либо постоянное давление (генерато­ры постоянного давления), либо постоянная ско­рость потока (генераторы постоянного потока) (рис. 4-10A и 4-10Б). Генераторы переменного дав­ления и потока характеризуются непостоянным давлением и потоком на протяжении одного цикла, но характер их изменений стереотипно повторяется в каждом цикле. Например, респиратор, который генерирует синусоидальный поток, должен быть от­несен к генераторам переменного давления и потока (рис. 4-10B). Повышение сопротивления дыхатель­ных путей или снижение растяжимости легких бу­дет сопровождаться увеличением пикового давле­ния вдоха, но скорость потока, генерируемая этим типом респиратора, меняться не будет.

Фаза вдоха завершается по достижении установ­ленного времени, давления вдоха или дыхательного объема, поэтому респираторы также классифици­руют по способу переключения с фазы вдоха на фазу выдоха. В респираторах с переключением по времени дыхательный объем и пиковое давление

Рис. 4-10. Графики давления, объема и потока в зависимости от типа респиратора

вдоха варьируются в зависимости от растяжимости легких. Дыхательный объем зависит от заданных установок продолжительности вдоха и скорости ин-спираторного потока (например, респиратор Айр-шельда). В респираторах с переключением по дав­лению фаза вдоха заканчивается при достижении заданного давления в дыхательных путях. Если утечки в дыхательном контуре существенно снижа­ют пиковое давление, то респиратор этого типа мо­жет неопределенно долго оставаться в фазе вдоха. Однако небольшие утечки не вызывают значитель­ного снижения дыхательного объема, так как пере­ключения на выдох не произойдет до достижения заданной величины давления. Поскольку в респи­раторах с переключением по давлению использует­ся эффект Вентури (т. е. подсасывается воздух), то увеличение потока достигается ценой снижения фракционной концентрации кислорода во вдыхае­мой смеси (например, так происходит в компактных моделях респиратора Bird для лечения перемежаю­щимся положительным давлением в дыхательных путях). В респираторах с переключением по объе­му продолжительность фазы вдоха и давление в ды­хательных путях колеблются в зависимости от дос­тижения заданного объема (параллельно с этим обычно существует ограничение по давлению). Многие анестезиологические респираторы — это респираторы с ограничением по объему, но с пе­реключением по времени (например, респиратор Drager AV-E).

В фазе выдоха при использовании большинства респираторов давление в дыхательных путях сни­жается до уровня атмосферного. Поэтому поток из легких носит пассивный характер и зависит глав­ным образом от сопротивления дыхательных пу­тей и растяжимости легких. Положительное дав­ление в конце выдоха можно обеспечить, создав препятствие выдоху. Некоторые респираторы ста­рых моделей генерируют отрицательное давление выдоха. В настоящее время отрицательное давле­ние на выдохе практически не используют в связи с риском преждевременного экспираторного за­крытия дыхательных путей.

Следующая фаза вдоха обычно начинается по­сле определенного заданного временного интерва­ла (принудительная ИВЛ), но в некоторых аппа­ратах эта фаза инициируется отрицательным давлением, создаваемым самостоятельным вдохом больного (вспомогательная ИВЛ). Перемежаю­щаяся принудительная ИВЛ дает возможность больному самостоятельно дышать в промежутках между принудительными вдохами. В отличие от вспомогательной или принудительной ИВЛ, при перемежающейся принудительной ИВЛ во время самостоятельного вдоха в дыхательные пути не всегда поступает объем, соответствующий задан­ному дыхательному объему. При синхронизиро­ванной перемежающейся принудительной ИВЛ попытка самостоятельного вдоха запускает прину­дительный вдох, что предотвращает "борьбу" боль­ного с респиратором.

Между устройством анестезиологических рес­пираторов многих типов существует сходство. Дыхательный объем подается воздуходувным ком­плексом, состоящим из резиновых мехов и про­зрачного пластмассового колпака. Предпочтитель­нее использовать поднимающиеся (стоячие) мехи, так как они привлекают внимание персонала, спадаясь при разгерметизации контура (рис. 4-11). В отличие от них опускающиеся (висячие) мехи продолжают наполняться под действием силы тя­жести, даже если они не соединены с дыхательным контуром (см. рис. 4-11).

В респираторе мехи выполняют ту же функ­цию, что дыхательный мешок — в дыхательном контуре. По пневмоприводу респиратора кислород под давлением (см. рис. 4-2) поступает в простран­ство между внутренней стенкой колпака и наруж­ной стенкой мехов. Нарастающее давление сжима­ет гофрированные мехи, проталкивая газовую смесь в дыхательный контур. Таким образом, внут­ри респиратора расположены два отдельных кон­тура, разделенных стенками мехов: наружный кон­тур, в котором находится кислород под высоким давлением, приводящий в действие респиратор, и внутренний контур, соединенный с дыхателъным контуром наркозного аппарата.

Расход кислорода, необходимый для работы пневмопривода респиратора, равен, как минимум, минутному объему дыхания. Например, если по­ток свежего газа (кислорода) составляет 2 л/мин и респиратор подает в дыхательный контур б л смеси в 1 мин, то расход кислорода на работу пнев­мопривода составит не менее 8 л/мин. Об этом не следует забывать, когда стационарная система га­зоснабжения по каким-либо причинам выходит из строя и используются кислородные баллоны.

Электронные блоки управления современных анестезиологических респираторов позволяют в ши­роких пределах манипулировать дыхательными объемами, пиковым давлением вдоха, частотой ды­хания, инспираторными паузами, соотношением фаз вдоха и выдоха, перемежающимися вдохами, поло­жительным давлением в конце выдоха. Работа этих респираторов невозможна без кислорода под давле­нием (для пневмопривода дыхательных мехов) и электрообеспечения (часто с батарейным источни­ком питания) для электронного блока управления.

Рис. 4-11. Два типа мехов, применяемых в респираторах наркозных аппаратов. Если утечка превышает поток свеже­го газа, то поднимающиеся мехи (А) спадаются, тогда как опускающиеся мехи (Б) заполняются и продолжают функ­ционировать. Штриховкой обозначен внешний кислородный контур (пневмопривод), который обеспечивает работу респиратора и закрывает предохранительный клапан во время вдоха. Пневмопривод работает от сжатого кислорода, находящегося под высоким давлением. Незаштрихованный газ в полости мехов — это часть дыхательного контура

Тревожная сигнализация — неотъемлемый эле­мент анестезиологического респиратора. Когда респиратор работает, ни в коем случае нельзя от­ключать тревожную сигнализацию разгерме­тизации. Рассоединение элементов дыхательного контура (разгерметизация) — главная причина анестезиологических осложнений — обнаруживает себя снижением пикового давления в контуре. В рес­пираторе имеются и другие системы тревоги, кото­рые сигнализируют о чрезмерном увеличении дав­ления в дыхательных путях, низком давлении в кислородной магистрали или неспособности рес­пиратора обеспечить заданный МОД.

Когда респиратор работает, то предохрани­тельные клапаны реверсивного контура следует закрыть или функционально вывести из контура. Анестезиологические респираторы обычно имеют свои собственные предохранительные клапаны, ко­торые остаются закрытыми во время вдоха, что обеспечивает генерацию положительного давления. Когда в фазе выдоха мехи вентилятора заполняют­ся, то давление в контуре возрастает и предохрани­тельные клапаны респиратора открываются. Зали-пание этого клапана приводит к резкому подъему давления в дыхательных путях. И наоборот, если предохранительные клапаны дыхательного конту­ра не полностью закрыты или не отключены функционально, то давление в дыхательных путях может быть недостаточно высоким для обеспечения ИВЛ. Поскольку предохранительные клапаны респи­ратора во время вдоха закрыты, то к заданному дыхательному объему добавляется поток свежего газа из контура и к больному поступает этот сум­марный объем. Например, если поток свежего газа составляет 6 л/мин, соотношение вдоха и выдо­ха — 1: 2, частота дыхания — 10/мин, то к каждому заданному дыхательному объему будет добавляться еще 200 мл:

(6000 мл/мин) х (33 %)/ 10/мин ≈ 200 мл/мин.

Таким образом, увеличение потока свежего газа увеличивает МОД. Более того, в фазу вдоха не сле­дует включать экстренную подачу кислорода, так как предохранительный клапан респиратора за­крыт и всплеск давления в контуре обязательно бу­дет передаваться на легкие больного.

При утечке в мехах высокое давление из пнев-мопривода передается на дыхательные пути боль­ного, что чревато баротравмой легких. Эту неис­правность можно выявить по более высокой, нежели предполагаемая, фракционной концентра­ции кислорода во вдыхаемой смеси. Неправильное присоединение шлангов респиратора к наркозно­му аппарату и дыхательному контуру может вызвать гипоксическое повреждение головного моз­га. Другие неисправности в работе респиратора включают нарушение электроснабжения, обструк­цию потока, электромагнитную интерференцию и дисфункцию клапанов.