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