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

Хотя существует много моделей испарителей, в на­стоящей главе представлены лишь три наиболее важных. В универсальном медном испарителегаз-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