Текст книги "Графический мониторинг респираторной поддержки"

2) осуществление оценки различных методов интенсивной терапии, применяемых с целью улучшения состояния пациента;

3) выявление наличия неблагоприятных эффектов искусственной вентиляции легких (перерастяжение альвеол, задержка воздуха в легких, разгерметизация контура, десинхронизация пациента с респиратором и т. п.).

Глава 1
ДЫХАТЕЛЬНЫЕ КОНТУРЫ ДЛЯ СПОНТАННОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ И РАБОТА ДЫХАНИЯ

Спонтанное дыхание с созданием непрерывного положительного давления в дыхательных путях (CPAP) либо положительного давления конца выдоха (РЕЕР) являются неотъемлемой частью современной респираторной поддержки. Эти методы достаточно широко используются при острой дыхательной недостаточности, которая характеризуется снижением функциональной остаточной емкости легких (FRC), легочно-торакального комплайнса (Clt), увеличенной работой дыхания и тахипноэ.

Следовательно, основными задачами спонтанной вентиляции с положительным давлением являются увеличение FRC, Clt и уменьшение работы дыхания.

В то же время функциональные характеристики различных систем и/или респираторов, используемых для этих целей, достаточно вариабельны. Поэтому простое подключение пациентов к этим системам может способствовать увеличению работы дыхания, а не ее снижению.

На основе графического анализа вентиляции можно видеть возможности и недостатки различных систем PEEP/CPAP, которые используются в повседневной клинической практике с оценкой работы дыхания.

Работа дыхания

В соответствии с физиологией дыхания, поток вдыхаемого газа образовывается при создании разницы давлений между верхними дыхательными путями и альвеолами.

Во время спонтанного вдоха сокращение диафрагмы понижает интраплевральное давление, создавая разницу давлений между верхними и нижними дыхательными путями. В процессе же искусственной вентиляции легких вдох наступает, когда в верхних дыхательных путях создается положительное давление, которое и образует разницу давлений.

В любом случае транспульмональное давление (давление в верхних дыхательных путях минус интраплевральное давление) увеличивается, что приводит к растяжению легких. В целом увеличение транспульмонального давления будет определяться изменением объема легких, Vt и легочно-торакального комплайнса. Если у пациента с острой дыхательной недостаточностью есть эффективное спонтанное дыхание, то работа дыхания должна быть максимально адекватной.

Следует также признать, что количественная оценка работы дыхания требует использования методов, не являющихся легко доступными.

Любое изменение соотношения Vt/Paw легких может изменить работу дыхания. Нормальная кривая Vt/Paw приведена на рис. 1.1. Как результат малого изменения давлений нормальное спонтанное дыхание от FRC имеет место вдоль кривой Vt/Paw, как показано стрелками (Douglas M. E., Downs J. B., 1984). Работа дыхания в процессе вдоха может быть оценена по заштрихованной черным цветом площади кривой.

Рис. 1.1. Нормальная кривая Vt/Paw системы легкие – грудная клетка (L – T). Vt (дыхательный объем) изображен как доля общей емкости легких и как функция растягивающего давления. Растягивающее давление (R) соответствует внешнему давлению. Во время вдоха растягивающее давление увеличивается и Vt тоже возрастает от нормальной FRC. Как результат малого изменения давления наступает нормальное спонтанное дыхание от FRC вдоль кривой Vt/Paw, как указано стрелкой (стрелка правее R, которая направлена к знаку +). Работа дыхания на вдохе может быть оценена по заштрихованной черным цветом области под кривой L – T

Normal FRC – нормальная функциональная остаточная емкость легких;

Volume (percent) – общая емкость (объем) легких в процентах (долях)

Кривые Vt/Paw для нормальных легких (L), грудной клетки (T) и системы легкие – грудная клетка (L – T) изображены на рис. 1.2. Когда растягивающее давление (R) системы легкие – грудная клетка равно нулю, т. е. внешнему давлению окружающей среды, объем легких равен FRC. При FRC растягивающее давление в легких равно (по величине), но противоположно (по знаку относительно FRC) давлению для грудной клетки. Любое изменение соотношения Vt/Paw для легких и/или грудной клетки будет изменять кривую L – T и соответственно FRC (Douglas M. E., Downs J. B., 1984).

Рис. 1.2. Нормальная кривая Vt/Paw для грудной клетки (T), легких (L) и системы легкие – грудная клетка (L – T). Vt изображен, как доля общей емкости легких и как функция растягивающего давления. Растягивающее давление (грудную клетку и легкие) появляется, когда давление в дыхательных путях равно внешнему давлению. Когда растягивающее давление (R) для L – T = 0, растягивающее давление равно по величине, но противоположно по знаку давления в грудной клетке. Эти равные противоположные силы определяют и поддерживают FRC

Normal FRC – нормальная функциональная остаточная емкость легких;

Volume (percent) – общая емкость (объем) легких в процентах (долях)

Рис. 1.3. Нормальная кривая Vt/Paw для грудной клетки (T), легких (L) и системы легкие – грудная клетка (L – T) (непрерывные линии). Аномальные кривые Vt/Paw для L, T и L – T (пунктирные линии). Растягивающее давление (R) появляется, когда давление в дыхательных путях равно внешнему давлению. Аномально сдвинутые вправо кривые Vt/Paw характерны для синдрома острого повреждения легких и приводят к образованию новых кривых Vt/Paw для L – T и снижению FRC

Normal FRC – нормальная функциональная остаточная емкость легких;

Volume (percent) – общая емкость (объем) легких в процентах (долях);

Reduced FRC – сниженная функциональная остаточная емкость легких

Изменение кривой Vt/Paw для легких, которое имеет место у больных с синдромом острого повреждения легких, показано на рис. 1.3. Поскольку соотношение Vt/Paw для легких и грудной клетки при острой дыхательной недостаточности может быть изменено бесконечным числом способов, результатом будет «семейство» L – T кривых с правым сдвигом. Каждая из них будет иметь сниженный уровень FRC (рис. 1.4) (Douglas M. E., Downs J. B., 1984).

Сдвиг кривой Vt/Paw не только снижает FRC, но и может увеличивать работу дыхания. Когда функциональная остаточная емкость легких уменьшена, то для доставки того же Vt требуемое изменение давления, как правило, увеличивается (рис. 1.5) (Douglas M. E., Downs J. B., 1984). Когда требуемое изменение давления возрастает, то область внутри кривой, представляющая работу дыхания, тоже увеличивается. Если это имеет место, то у больного будет уменьшаться Vt и увеличиваться частота дыхания, чтобы минимизировать работу дыхания в первую очередь в течение фазы вдоха.

Рис. 1.4. Vt представлен как доля от общей емкости легких и как функция растягивающего давления. Растягивающее давление (R) имеет место, когда давление в дыхательных путях равно внешнему давлению. Кривая А представляет нормальное соотношение Vt/Paw для L – T. КривыеВиСсдвинуты вправо. Каждая кривая приводит к снижению FRC. Поскольку соотношение Vt/Paw легких и грудной клетки может быть изменено при синдроме острого повреждения легких бесконечным числом способов, результатом может быть «семейство» кривых L – T с правым сдвигом. У каждой может быть новая, немного измененная FRC

Normal FRC – нормальная функциональная остаточная емкость легких;

Volume (percent) – общая емкость (объем) легких в процентах (долях);

Reduced FRC – сниженная функциональная остаточная емкость легких

В этих условиях больных довольно часто переводят на искусственную вентиляцию легких. Однако увеличение с помощью CPAP/PEEP терапии FRC и легочно-торакального комплайнса является альтернативой ИВЛ по обеспечению снижения работы дыхания.

Восстановление функциональной остаточной емкости легких может быть осуществлено с помощью спонтанного дыхания с положительным давлением (CPAP/PEEP) и увеличения растягивающего давления (рис. 1.6) (Douglas M. E., Downs J. B., 1984). Стрелка показывает, что FRC нормализуется после начала дыхания с положительным давлением.

Рис. 1.5. Кривая Vt/Paw. Vt представлен как доля от общей емкости легких и как функция растягивающего давления (R). Растягивающее давление появляется, когда давление в дыхательных путях равно внешнему давлению. Кривая А представляет нормальнее соотношение Vt/Paw,аВ – кривую, сдвинутую вправо

Normal FRC – нормальная функциональная остаточная емкость легких;

Volume (percent) – общая емкость (объем) легких в процентах (долях);

Reduced FRC – сниженная функциональная остаточная емкость легких

В целом, поскольку тяжесть повреждения легких, а следовательно, и степень острой дыхательной недостаточности у каждого пациента различна, спонтанное дыхание с положительным давлением должно быть индивидуализировано, оттитровано для каждого больного, а также постоянно оцениваться в динамике.

Если применять положительное давление с учетом вышеуказанного графического анализа, то FRC будет увеличиваться и находиться в противоположной области кривой Vt/Paw, где необходимое изменение транспульмонального давления снижено. То есть легочно-торакальный комплайнс будет возрастать, а работа дыхания снижаться.

Рис. 1.6. Кривые Vt/Paw для системы легкие – грудная клетка (L – T). Эти кривые эквивалентны кривым, представленным на предыдущем рисунке (см. рис. 1.5). Когда растягивающее давление (R) увеличивается после начала дыхания с положительным давлением (PPB), FRC может нормализоваться, а работа дыхания, обеспечивающая спонтанное дыхание, может быть снижена почти до нормальной величины

Normal FRC – нормальная функциональная остаточная емкость легких;

Volume (percent) – общая емкость (объем) легких в процентах (долях);

Reduced FRC – сниженная функциональная остаточная емкость легких

Контуры и системы для спонтанной вентиляции с положительным давлением

В процессе спонтанного дыхания давление в дыхательных путях почти постоянно. Когда пациенту устанавливаются искусственные дыхательные пути, сопротивление потоку газа и работа дыхания увеличиваются (рис. 1.7). Если величина потока газа, поступающего из дыхательного контура (даже временно) меньше, чем скорость инспираторного потока пациента, то давление в дыхательных путях будет уменьшаться, а работа дыхания – увеличиваться (Smith R. А., Downs J. B., 1992).

Рис. 1.7. Кривые давлений во времени (P/t) и петля объем/давление (Vt/Paw) в процессе спонтанной вентиляции без положительного давления:

а – отображены давление в дыхательных путях (__, Paw) и интраплевральное давление (–, Ppl) во время спонтанной вентиляции без положительного давления. Обозначения:А, А′ – давление в конце выдоха, В – давление в конце вдоха; E – экспираторная часть кривой; I – инспираторная часть кривой; б – изображены давление, создаваемое дыхательной мускулатурой, дыхательный объем и петля Vt/Paw при спонтанном дыхании без положительного давления. Обозначения:А – легочно-торакальный объем в конце выдоха; С – легочно-торакальный объем в конце вдоха; В – конец вдоха; I – инспираторная часть петли Vt/Paw; E – экспираторная часть петли Vt/Paw. Работа дыхания на вдохе представлена площадью фигуры AIBC. Plt – математическая кривая динамики изменения давления в системе «легкие – грудная клетка»

С помощью дыхательного контура, изображенного на рис. 1.8, положительное давление можно применять исключительно во время выдоха (РЕЕР). Поскольку пациент выдыхает через клапан положительного давления, давление в дыхательном контуре выше атмосферного. Но вдох может наступить только тогда, когда давление в дыхательных путях чуть ниже атмосферного.

Таким образом, в процессе всего дыхательного цикла возникают достаточно большие изменения давления (рис. 1.9) (Douglas M. E., Downs J. B., 1984). Как показано на рис. 1.9, область, ограниченная контуром ABICDE, значительно больше, чем область AIBE на рис. 1.7. В любом случае площади этих областей представляют собой работу дыхания, и работа дыхания явно имеет наибольшую величину, когда давление в дыхательных путях значительно варьирует. Такое непрерывное положительное давление в дыхательных путях (СРАР) может применяться с помощью различных систем, но нужно помнить, что некоторые из них наиболее эффективны по сравнению с другими.

Рис. 1.8. Схематическое представление дыхательного контура, в котором положительное давление поддерживается исключительно во время выдоха

Рис. 1.9. Кривые давлений во времени (P/t) и петля объем/давление (Vt/Paw) в процессе вентиляции с положительным давлением в дыхательных путях:

а – изображены давление в дыхательных путях (__, Paw) и интраплевральное давление (–, Ppl) во время дыхания с положительным давлением исключительно на выдохе. Обозначения:А,А′ – давление в конце выдоха; В – давление перед открытием инспираторного клапана; С – давление в конце вдоха; D – давление перед открытием клапана РЕЕР;

I – инспираторная часть кривой; E – экспираторная часть кривой;

б – изображены давление, создаваемое дыхательной мускулатурой, дыхательный объем и петля Vt/Paw при дыхании с положительным давлением во время выдоха. Обозначения: А – легочно-торакальный объем в конце выдоха; В – легочно-торакальный объем на кривой Plt, когда открывается клапан вдоха; С – конец вдоха; F – легочно-торакальный объем в конце вдоха; D – легочно-торакальный объем при открытии клапана РЕЕР; G – легочно-торакальный объем при открытом клапане вдоха; I – инспираторная часть петли Vt/Paw; Е – экспираторная часть петли Vt/Paw. Работа дыхания на вдохе представлена площадью ABG (клапан вдоха открыт) плюс BICFG Plt – математическая кривая динамики изменения давления в системе «легкие – грудная клетка»

Непрерывное положительное давление в дыхательных путях может создаваться с помощью клапана потребности, который будет генерировать поток в ответ на усилие пациента, но потенциальный поток газа должен превышать пиковый инспираторный поток пациента. Поэтому система непрерывного потока обязательно должна включать резервуар. Типичный непрерывный контур СРАР с резервуаром представлен схематично на рис. 1.10.

Мешок-резервуар обеспечивает дополнительный источник газа во время фазы вдоха. В идеале размер и эластические свойства мешка-резервуара должны быть такими, чтобы сохранялось постоянное давление, несмотря на изменения объема. Скорость непрерывного газотока должна быть подобрана таким образом, чтобы поддерживать наполненным мешок-резервуар в течение всех фаз вдоха. Если резервуар велик по отношению к Vt пациента (например, 10 л) и сделан из тонкой, высоко эластичной резины, то поток газа может быть чуть больше минутного объема дыхания пациента. Это обеспечивает снижение изменений скорости потока через клапан РЕЕР и минимизацию флуктуаций давления в дыхательных путях в процессе всего дыхательного цикла.

Важно обратить внимание на тот факт, что снижение давления в дыхательных путях на вдохе или увеличение давления в дыхательных путях на выдохе более, чем на 4 см вод. ст., представляет собой неприемлемую степень сопротивления, и работа дыхания пациента будет увеличиваться.

Рис. 1.10. Схематичное представление дыхательного контура, в котором положительное давление поддерживается в течение всего дыхательного цикла

Чтобы этого избежать, необходимо постоянно оценивать изменения давления в дыхательном контуре во время фаз вдоха и выдоха с помощью манометра, помещенного в проксимальные дыхательные пути.

Идеализированное изображение давления в дыхательных путях, внутриплеврального давления и кривой Vt/Paw во время СРАР представлено на рис. 1.11 (Douglas M. E., Downs J. B., 1984).

Непрерывное положительное давление в дыхательных путях без мешка-резервуара может быть создано с помощью высоко поточной инспираторной системы (рис. 1.12).

Истекающая струя газа (обычно кислород) сжимается, и по мере того как газ ускоряется, создается субатмосферное давление (эффект Бернулли) и газ входит в трубку (эффект Вентури). Доставляемый газ представляет собой смесь из струи (обычно 100 %-ный кислород) и входящего газа (комнатный воздух), что обеспечивает концентрацию кислорода 30 – 40 %. Поскольку «подсос» внешнего воздуха увеличивает относительную влажность сжатого воздуха, добавочное увлажнение газовой смеси обычно не требуется. Тем не менее распылитель сжатого воздуха может быть спарен с контуром входящего воздуха, чтобы лучше увлажнять газовую смесь.

Рис. 1.11. Идеализированное изображение давления в дыхательных путях, интараплеврального давления и кривой Vt/Paw во время СРАР:

а – изображены давление в дыхательных путях (__, Paw) и интраплевральное давление (–, Ppl) при СРАР. Обозначения:А,А′ – давление в конце выдоха; В – давление в конце вдоха; E – экспираторная часть кривой; I – инспираторная часть кривой;

б – изображены давление, создаваемое дыхательной мускулатурой, легочно-торакальный объем и петля Vt/Paw в процессе дыхания с положительным давлением. Обозначения:D – легочно-торакальный объем в конце выдоха; А – конец выдоха; С – легочно-торакальный объем в конце вдоха; В – конец вдоха; F – отрезок от А до линии СВ; I – инспираторная часть петли Vt/Paw; E – экспираторная часть петли Vt/Paw. Работа дыхания на вдохе представлена площадью AIBCD. Площадь FADC представляет работу дыхания, произведенную СРАР. В целом это напоминает работу дыхания без положительного давления в дыхательных путях. Plt – математическая кривая динамики изменения давления в системе «легкие – грудная клетка»

Рис. 1.12.Схематическая иллюстрация инжектора газа

СРАР без мешка-резервуара может быть также создано с помощью клапана потребности потока. В идеале такой регулятор действует как генератор постоянного давления. Газовый поток инициируется в ответ на сни– жение давления в дыхательных путях, возникающее как результат инспираторного усилия пациента. Порог давления открывания (триггерная чувствительность) клапана потребности устанавливается врачом с учетом давления в дыхательном контуре либо давления в проксимальных дыхательных путях (что предпочтительнее). Характеристики типичного регулятора потребности потока схематично представлены на рис. 1.13.

В идеале система СРАР по потребности будет поддерживать в контуре постоянное давление в течение инспираторной и экспираторной фаз дыхательного цикла. Однако технические характеристики сопротивления таких регуляторов варьируют в достаточно широких пределах. Если градиент давления в дыхательных путях между концом вдоха и концом выдоха превышает 8 см вод. ст., система генерирует неприемлемую нагрузку сопротивления и увеличивает работу дыхания пациента.

Другим потенциальным источником увеличенной работы дыхания во время респираторной терапии положительным давлением является увлажняющее устройство (увлажнитель), особенно если газовый поток проходит через погруженный в воду механизм. Если потребность в потоке у пациента превышает поток в контуре, пациент должен вдыхать газ из резервуара через увлажнитель.

Рис. 1.13. Схематичное изображение клапана потребности потока:

а – регулятор СРАР по потребности потока. В течение вдоха давление в дыхательных путях снижается ниже СРАР; клапан потребности открывается, и газ доставляется пациенту;

б – когда пациент выдыхает, давление в дыхательных путях поднимается выше СРАР, клапан потребности закрывается, а клапан выдоха открывается для выдоха; в – выдох оканчивается, когда давление в дыхательных путях снижается до величины, «ощущаемой» клапаном выдоха

К сожалению, большинство увлажнителей имеет максимальное сопротивление к высокому потоку и значительно увеличивает рабо-ту дыхания. Хотя увлажнители проходного типа (пассивное увлажнение) имеют тенденцию оказывать меньшее сопротивление потоку, но газ не будет при высоких скоростях потока увлажняться адекватно.

Сегодня доступно достаточно большое разнообразие регулируемых клапанов РЕЕР. По конструкции они бывают либо зависимыми от силы тяжести, либо независимыми. Зависимые от тяжести клапаны обычно имеют встроенный утяжеленный шар (груз) или гидростатический механизм.

Рис. 1.14. Схематическое изображение гидростатического клапана РЕЕР. Поток газа из экспираторной части дыхательного контура направлен на диафрагму, утяжеленную столбом воды. Сила, противодействующая потоку газа, определяется весом столба воды и диафрагмы

Пример гидростатического клапана РЕЕР, приведен на рис. 1.14.

Чтобы правильно функционировать, эти клапаны должны быть расположены на линии, параллельной вектору тяжести.

Независимые от силы тяжести клапаны РЕЕР используют пневматические, магнитные, электромагнитные или пружинные механизмы, которые функционируют независимо от пространственной ориентации.

Пример независимого от тяжести клапана РЕЕР приведен на рис. 1.15.

Давление определяется напряжением, развиваемым двумя искривленными пружинами, прикрепленными к дисковому клапану. Использование кривой, а не прямолинейной ориентации служит для избежания внутренних флуктуаций напряжения по длине, характерных для пружин.

Следовательно, сила, прилагаемая к дисковому клапану, остается почти постоянной и в открытом, и в закрытом положении, иначе сопротивление потоку будет неприемлемо высоко.

Рис. 1.15. Схематическая иллюстрация клапана РЕЕР с пружинным напряжением. Поток газа из эскпираторной части дыхательного контура направлен против дискового клапана. Сила, противодействующая потоку газа, определяется напряжением пружины и весом дискового клапана, когда он в вертикальном положении

Идеальный клапан РЕЕР будет создавать предсказуемое давление, независимо от скорости потока газа. Хотя конструкция большинства клапанов РЕЕР предназначена для функционирования при определенном пороговом давлении, их ответ на скорость потока газа очень высоко вариабелен. Давление, генерируемое структурным сопротивлением потоку газа, трудно контролируется и может оказаться вредным для пациента, поскольку увеличивает работу дыхания.

Особое значение придается инспираторной нагрузке, даваемой механизмом доставки газа. Однако сопротивление потоку в клапане выдоха также может влиять на инспираторную работу дыхания. Эта ситуация уникальна для систем СРАР, использующих диагональный (косой) поток газа, потому что часть экспираторного давления происходит из сопротивления потоку газа, пересекающего экспираторный контур. Давление, даваемое сопротивлением экспираторного контура, происходит в первую очередь от клапана экспираторного давления.

Контуры СРАР, включающие клапаны, которые продуцируют давление, порождаемое сопротивлением потоку газа, могут приводить к преувеличенному снижению давления в дыхательных путях во время спонтанного вдоха.

При спонтанном вдохе поток отклоняется от прибора экспираторного давления к легким, что снижает соответствующее давление в контуре. Чем больше сопротивление потоку, тем больше снижение давления в дыхательных путях во время вдоха и тем больше увеличение давления в дыхательных путях при выдохе; отсюда больше работа дыхания.

Снижение давления в дыхательных путях можно интерпретировать как признак недостаточности непрерывного потока газа. Парадоксально, но очевидное средство защиты будет осложнять проблему. Когда скорость потока газа увеличивается, уровень СРАР поднимается. Таким образом, «выбранное» давление для клапана может быть снижено до восстановления первоначального СРАР, так как бо – льшая доля СРАР состоит (включает в себя) из давления, возникающего из-за сопротивления потоку, создаваемого клапаном, что приводит к большему снижению давления при вдохе.

Таким образом, влияние связанных с сопротивлением потоку характеристик клапана РЕЕР на инспираторную работу дыхания может быть минимизировано путем использования контуров СРАР с резервуаром, имеющим низкий поток, большой объем и высокую эластичность.

Целью применения респираторной терапии с помощью спонтанного дыхания с положительным давлением является минимизация работы дыхания пациента. Но следует помнить, что во время СРАР должен быть доступен потенциальный поток газа со скоростью, равной или превышающей скорость инспираторного потока пациента, что позволяет свести к минимуму колебания давления в дыхательных путях в течение дыхательного цикла.