Минимальные требования к респиратору для ИВЛ. Кондиционирование дыхательной газовой смеси
В современных условиях такой респиратор должен, как минимум, удовлетворять следующим требованиям:
• мониторинг и управление содержанием кислорода во вдыхаемом газе (Fi02) от 21 до 100%;
• мониторинг и управление адекватностью вентиляции в режиме реального времени;
• мониторинг и управление (коррекция) давлением в дыхательных путях: пиковым, средним, конечно-экспираторным и альвеолярным (auto-PEEP);
• тревожная сигнализация при преодолении установленных пределов: температуры, концентрации СO2 в выдыхаемом газе, а также при прекращении энергопитания (разряде аккумулятора), прекращении подачи сжатых газов в аппарат, дисконнекции, появлении попыток самостоятельного дыхания пациента;
• возможность реализации различных режимов вспомогательной вентиляции.
В общих чертах принцип работы струйного респиратора чрезвычайно простой. Его можно представить следующим образом.
На электромагнитный пневмоклапан подается газ (обычно кислород) под давлением 0,5-1,5 атм. (пневмоклапан обеспечивает прерывание газовой струи с заданной частотой). Через коннектор, в составе которого имеется металлическая игла (сопло) диаметром 1,0-2,0 мм, газ попадает в магистраль пациента. В связи с высокой скоростью струи в полости коннектора образуется разрежение, следствием чего является инжекция (подсос) атмосферного воздуха.
В силу физического своеобразия принципа работы аппарата струйной ИВЛ реализация функций управления Fi02, согреванием и увлажнением дыхательной смеси, а также мониторинга респираторной механики имеют принципиальные отличия и специфические сложности.
При реализации этих функций конструктору респиратора приходится решать ряд проблем.
Это, во-первых, непредсказуемый эффект инжекции (подсос атмосферного воздуха), существенно усложняющий кондиционирование (согревание и увлажнение) дыхательной газовой смеси, а также регуляция инспираторной фракции кислорода (FiO2).
Это, во-вторых, большая скорость газового потока, превышающая, по нашим данным, 200 мс-1, а также турбулентность газового потока, препятствующие использованию стандартных потоковых и газовых сенсоров.
Все это не позволяет получить корректную информацию о параметрах респираторной механики дыхания и газового состава дыхательной смеси и, следовательно, не позволяет осуществить полноценный мониторинг и управление адекватностью вентиляции. Рассмотрим подробнее эти проблемы.
Кондиционирование дыхательной газовой смеси
Сразу же после выхода из сопла инжектора струя подогретого и увлажненного кислорода смешивается в инжекторе с атмосферным воздухом. Температура и абсолютная влажность смеси уменьшаются. Причем этот эффект зависит от многих причин: от температуры и давления кислорода, подающегося в аппарат, диаметра сопла инжектора, коэффициента инжекции, особенностей конструкции блока кондиционирования газовой смеси. У аппаратов, в конструкции которых используется инжекционный принцип, объем атмосферного воздуха, примешивающегося к струе кислорода, может существенно варьировать в зависимости от сопротивления дыхательных путей, что также оказывает немалое влияние на температуру газовой смеси, поступающей к больному.
При втором способе управление температурным режимом не вызывает затруднений, однако достаточно часто возникают серьезные проблемы со стабильностью поддержания нужной влажности.
Вообще, вопрос о кондиционировании дыхательной газовой смеси при ВЧС ИВЛ и до настоящего времени не нашел еще полного решения.
Рассмотрим более подробно технические решения системы обогрева - увлажнения дыхательной смеси в двух наиболее совершенных импортных струйных аппаратах (данные получены из материалов сайтов компаний и других открытых источников).
Метод кондиционирования дыхательной смеси в аппарате Monsoon фирмы Acutronic (Switzerland). В аппарат под давлением, осуществляемым перистальтическим насосом подается предварительно нагретая вода. Нагрев воды до нужной температуры производится специальным блоком подогрева. Можно предположить, что он нагревает воду до температуры больше 100 С0 и она мгновенно испаряется на выходе из иглы. Единичные не испарившиеся капли воды разбиваются потоком и частично испаряются при попадании на нагреватель газового потока.
В целом это эффективная схема, с достаточно качественным испарением воды. Благодаря связи количества подаваемой воды с минутным объемом дыхания, удается получить влажность дыхательной смеси, близкую к 100%.
В аппарате ВЧС ИВЛ Life Pulse фирмы Bunnell вода забирается из мешка или банки, дальше насосом закачивается в камеру нагревателя-испарителя. В камере испарителя смонтированы три датчика воды на трех уровнях. За счет работы помпы уровень воды поддерживается между 1-ми 2-м датчиками. Если же вода достигает уровня 3-го датчика, работа помпы блокируется и формируется сигнал тревоги о неисправности в системе. Температура воды поддерживается около 70-80 °С.
Дыхательный газ проходит через камеру нагревателя-испарителя, насыщается парами воды и нагревается. Дальше через шланг пациента газ поступает на клапан, где прерывается и через иглу поступает в интубационную трубку.
Съемный блок увлажнения выполнен из металла. Он должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать давление газа. Для дезинфекции блок увлажнения снимается и обрабатывается. Дыхательная смесь с влажностью около 100% имеет высокую теплоемкость. Но, судя по всему, ее не хватает для всех случаев эксплуатации аппарата. Поэтому для исключения конденсации воды шланг пациента имеет встроенный проволочный нагреватель.
Так как подавать увлажненный горячий воздух с повышенной концентрацией кислорода в обычный электромагнитный клапан нельзя, компания применила оригинальное решение клапана.
Подвижный якорь электромагнита соединен со скобой. Скоба приводится в действие электромагнитом и пережимает шланг пациента. Этим достигается прерывание газового потока. Внешне узел клапана представляет собой довольно элегантное устройство.
A priori представляется, что решение системы увлажнения фирмы Bunnell является наиболее совершенным. Оно имеет следующие достоинства:
• обеспечивает качественное регулируемое увлажнение и согревание дыхательной газовой смеси;
• исключает переувлажнение (газовая смесь «возьмет» ровно столько влаги, сколько необходимо для ее полного насыщения);
• обеспечивает надежное детектирование отсутствия воды;
• хорошо продуман вопрос дезинфекции. Видимые недостатки:
• возможные утечки в блоке прерывания потока;
• наличие вынесенного к пациенту отдельного устройства;
• невысокий срок службы участка трубки, пережимаемого скобой, необходимость обеспечения легкого доступа для ее замены.
