Мониторинг ДС включает в себя широкий спектр методов оценки, начиная от таких низкотехнологичных подходов как тщательное физикальное обследование, до сложных технологий для мониторинга оксигенации и вентиляции.
а) Физикальное обследование. Физикальное обследование может дать важную информацию о вентиляции и оксигенации пациента. Вентиляцию можно оценить, определив ЧДД (обычно 12-20 в минуту у взрослых), а также внимательно изучив характер движения ГК во время вдоха, обращая внимание на использование дополнительных инспираторных мышц (например, лестничной, трапециевидной и грудино-ключично-сосцевидной). Гипопноэ (поверхностное или редкое дыхание) или уменьшение ЧДД (брадипноэ) могут указывать на снижение вентиляции.
Поверхностное дыхание может быть вызвано мышечной слабостью или увеличенной эластичностью легких, что обычно сопровождается компенсаторным пропорциональным увеличением ЧДД для поддержания вентиляции. Брадипноэ может быть вызвано угнетением респираторного драйва (например, уменьшением ЧДД при передозировке наркотиков).
И наоборот, стойкое тахипноэ (например, >35 в минуту у взрослого) может указывать на сохраняющуюся увеличенную работу дыхания, развивающуюся ДН и необходимость во вспомогательной механической поддержке, такой как неинвазивная ИВЛ или проведение ИВЛ с интубацией трахеи, в зависимости от этиологии ДН.
Сокращение грудино-ключично-сосцевидных мышц или лестничных мышц, часто у пациента в сидячем согнутом положении, называется симптомом треножника (см. рис. 1). Данный симптом указывает на неадекватную функцию диафрагмы, чаще всего при эмфиземе, которая приводит к уплощению диафрагмы и создает механически невыгодные условия для ее сокращения. В данном случае у пациентов может наблюдаться симптом Гувера, то есть втяжение нижних реберных дуг в зоне фиксации диафрагмы к ГК.
Рисунок 1. Пациент с хронической обструктивной болезнью легких принимает позу, называемую симптомом треножника. Больной сидит наклонившись вперед и положив руки на колени, чтобы обеспечить механическое преимущество вспомогательным дыхательным мышцам, таким как грудино-ключично-сосцевидная и трапециевидная. Уплощение диафрагмы, сопровождающее хроническую обструктивную болезнь легких, снижает способность диафрагмы создавать давление, что влечет за собой повышенную зависимость от вспомогательных дыхательных мышц и приводит к данной позе
При осмотре ногтевого ложа и губ также можно выявить цианоз, что может свидетельствовать о наличии гипоксемии. Цианоз возникает, когда снижается SpO2, но при этом требуется наличие >5 г десатурированного Hb. Таким образом, у пациентов с полицитемией можно наблюдать цианоз при относительно высоких значениях SpO2, тогда как у пациентов с выраженной анемией цианоз может не выявляться даже при низком SpO2.
б) Анализ газового состава артериальной крови. Забор артериальной крови, выполняемый либо путем чрескожной пункции артерии, либо путем забора крови из постоянного артериального катетера, дает важную информацию о состоянии оксигенации и вентиляции пациента, а также об остроте и степени компенсации выявленных нарушений. РаСО2 отражает вентиляцию и элиминацию углекислого газа.
Во многих, но не во всех случаях, значение РаСО2 приближается к значению альвеолярного РаСО2. РаСО2 тесно связано с отношением продукции углекислого газа к альвеолярной вентиляции:
(1)
РаО2 отражает уровень оксигенации. Обычно уровень оксигенации оценивается с помощью альвеолярно-артериальной разницы по кислороду [Р(А-а)О2], которая рассчитывается как:
(2)
где дыхательный коэффициент равен количеству молей углекислого газа, производимому на каждый моль потребленного кислорода (обычно ~0,8 при нормальных метаболических условиях в состоянии покоя, но зависит от потребляемой пищи и скорости метаболизма). Нормальные значения Р(А-а)О2 зависят от возраста и положения тела и могут быть приблизительно рассчитаны с помощью простого уравнения:
(3)
Нормальные возрастные значения РаО2 с учетом возраста в сидячем положении можно рассчитать с помощью уравнения:
(4)
Нормальные значения РаО2 обычно находятся в диапазоне 70-95 мм рт.ст. в зависимости от возраста пациента.
Измерение РаСО2 помогает оценить адекватность вентиляции пациента. На уровне моря нормальный диапазон значений РаСО2 = 35-45 мм рт.ст. Значения РаСО2 <35 мм рт.ст. указывают на гипервентиляцию, которая развивается либо как первичное респираторное событие (например, на фоне тревоги), либо как реакция на другой повреждающий фактор (например, гипоксемию, сепсис, заболевание печени).
Аналогичным образом значения РаСО2 >45 мм рт.ст. указывают на гиповентиляцию, гиперкапнию и респираторный ацидоз, которые могут возникать либо в результате угнетения активности дыхательного центра (например, передозировка наркотиков), либо вследствие ДН (например, слабость дыхательной мускулатуры).
Оценка уровня бикарбоната пациента (НСО3-) помогает определить хронический характер изменений РаСО2 пациента, исходя из того, что концентрация бикарбоната определяется уравнением Хендерсона-Хассельбаха:
(5)
Острое повышение РаСО2 приводит к тому, что нормальные почки начинают задерживать бикарбонат, тогда как резкое снижение уровня РаСО2 например при гипервентиляции из-за тревоги или заболевания печени, может привести к тому, что неизмененные почки будут выводить бикарбонат для сохранения уровня pH организма (нормальные значения 7,35-7,45).
С помощью уравнения Винтера, которое предсказывает ожидаемое содержание РаСО2 при снижении концентрации бикарбоната вследствие метаболического ацидоза [уравнение (6)], клиницист также может оценить, является ли вентиляторный ответ пациента на метаболический ацидоз адекватным. В частности, измеренное значение РаСО2, превышающее ожидаемое значение, указывает на неадекватный вентиляторный ответ, тогда как значение РаСО2, которое попадает в ожидаемый диапазон, указывает на ожидаемый соответствующий вентиляторный ответ на нарушение метаболизма (т.е. ацидоз).
(6)
Когда у пациента выявляются гиперкапния и гипоксемия, полезно рассчитать Р(А-а)О2 при дыхании атмосферным воздухом и определить, является ли она нормальной или увеличенной с учетом возраста пациента. Из шести механизмов гипоксемии только два (гиповентиляция и вдыхание воздуха с пониженным содержанием кислорода, как при подъеме на большую высоту или при дыхании гипоксической газовой смесью) ассоциируются с нормальной Р(А-а)О2 (табл. 1).
В клинических условиях на уровне моря гипоксемия на фоне нормальной Р(А-а)О2 указывает на то, что она вызвана гиповентиляцией, что должно побудить клинициста рассмотреть различные причины угнетения активности дыхательного центра или другие причины развития ДН, которые препятствуют развитию нормального вентиляторного ответа (например, слабость дыхательных мышц).
Все чаще вместо определения газового состава артериальной крови оценивают газовый состав венозной крови, поскольку получить венозную пробу проще и безопаснее. Можно использовать венозную кровь, полученную из ПВК, но анализ газового состава крови, полученной из ЦБК, считается более точным. Получена хорошая корреляция между pH венозной и артериальной крови, при этом уровень pH венозной крови в среднем на 0,03 ниже; РСО2 венозной крови и РаСО2 коррелируют хуже, при этом РСО2 венозной крови в среднем на 3-8 мм рт.ст. выше и не может быть надежно сопоставимо с РаСО2.
Точность показателей газового состава венозной крови считается неприемлемой у пациентов с гипотензией и выраженной гиперкапнией, но нормальные значения РСО2 венозной крови позволяют исключить гиперкапнию.
в) Пульсовая оксиметрия. Пульсовая оксиметрия — это неинвазивный метод оценки оксигенации артериальной крови. Процент оксигенированного Hb измеряется при прохождении света с двумя разными длинами волн [660 нм (для дезоксигемоглобина) и 940 нм (для оксигемоглобина)] через кровоснабжаемую ткань (например, палец, мочка уха, лоб), идентифицируется пульсирующий компонент (который содержит артериальную кровь и фоновые тканевые элементы) и из него для выделения артериального компонента вычитается непульсирующий компонент. Пульсоксиметр может определять процент оксигенированного Hb в диапазоне от 100% и до 75%.
Большинство врачей считают выходной сигнал пульсоксиметра неточным для значений SpO2 <70%, хотя вероятность низкого SpO2 не следует сбрасывать со счетов (см. рис. 2). Мониторинг с использованием пульсовой оксиметрии может помочь идентифицировать значительное снижение РаО2 <60-65 мм рт.ст., но данный метод относительно нечувствителен к изменениям РаО2 в диапазоне 90-65 мм рт.ст.
Рисунок 2. Иллюстрация проведения маневра задержки вдоха для определения давления плато. Давление в дыхательных путях во время искусственной вентиляции легких с управлением по объему повышается по мере того, как подается дыхательный объем, и достигает пикового значения. Задержка вдоха начинается от момента достижения пикового давления, что предотвращает выдох, вследствие этого давление снижается до уровня «плато», которое составляет ~20 см вод.ст. Градиент давлений между пиковым и давлением плато отражает давление, необходимое для преодоления сопротивления ДП. Спустя чуть более 1 с задержка вдоха заканчивается, и давление в ДП снижается до уровня положительного давления в конце выдоха (ПДКВ). Разница между давлением плато и ПДКВ используется для расчета статической эластичности системы дыхания путем деления этой разницы на дыхательный объем
Длительные эпизоды гипоксемии часто встречаются у послеоперационных пациентов после внесердечных операций, но остается неясным, улучшает ли клинические исходы рутинный непрерывный мониторинг оксигенации. Истинное значение пульсовой оксиметрии для принятия решений в ОНМП также остается неопределенным.
г) Мониторинг углекислого газа - капнометрия и чрескожное измерение напряжения углекислого газа. Долю углекислого газа в выдыхаемом воздухе можно измерить в реальном времени с помощью инфракрасной капнометрии. С учетом данных об атмосферном давлении может быть рассчитано РСО2. Капнограмма выдоха (см. рис. 3) представляет собой непрерывный график выдыхаемого РСО2 в зависимости от времени или выдыхаемого объема и отражает последовательное поступление газа из различных отделов (например, эндотрахеальной трубки, НДП и, наконец, альвеол, где РСО2 находится в равновесии с РаСО2 в конечно-капиллярной крови).
Рисунок 3. Капнограмма в норме и при патологии легких. А — иллюстрация капнограммы пациента с хронической обструктивной болезнью легких, парциальное давление углекислого газа (РСО2) при выдохе повышается на всем его протяжении, поскольку скорость выведения углекислого газа из разных частей легкого варьирует. В — иллюстрация нормальной капнограммы, на которой РСО2 при выдохе достигает плато с более равномерным выведением углекислого газа. РСО2 в конце выдоха — это самая высокая точка альвеолярного плато
Форма капнограммы может указывать на наличие ХОБЛ, поскольку опорожнение участков легких с увеличенным мертвым пространством (см. ниже) может привести к появлению на капнограмме восходящего контура (см. рис. 3), тогда как достижение так называемого альвеолярного плато на нормальной капнограмме (см. рис. 3) указывает на то, что альвеолярный газ состоит из смеси с относительно небольшим вкладом областей с увеличенным мертвым пространством.
Значение РеСО2, измеренное при капнометрии в конце выдоха (т.е. максимальное зарегистрированное значение), представляет собой PetCO2 в конце спокойного выдоха. Примечательно, что значение PetCO2 всегда ниже РаСО2, потому что даже в норме существует компонент вентиляции мертвого пространства (Vd/Vt), связанный с анатомическим мертвым пространством проводящих ДП (т.е. трахея и ДП до уровня альвеолярных ходов и альвеол, где происходит газообмен).
Численная разность между РаСО2 и средним значением парциального давления СО2 в выдыхаемом газе (РеСО2, определяемое как РСО2, измеренное в мешке, в котором был собран весь выдыхаемый объем) коррелирует с величиной вентиляции объема мертвого пространства (т.е. области легкого, которые вентилируются, но не перфузируются, обычно 0,3-0,4), и определяется уравнением Бора:
(7)
где РеСО2 — среднее значение парциального давления СО2 в выдыхаемом газе.
Разница между РаСО2 и РеСО2 может составлять всего несколько миллиметров ртутного столба, но при изменении вентиляционно-перфузионных отношений [например, при ТЭЛА, ателектазе] данная разница может со временем изменяться. Измерение PetCO2 (значение РСО2 в конце спокойного выдоха) может быть клинически полезным для оценки динамики состоянии пациента, обнаружения интубации пищевода, обнаружения дисконнекции от аппарата ИВЛ и определения перфузии во время СЛР, но данный показатель не является надежной заменой РаСО2.
Кроме того, измерение доли мертвого пространства имеет прогностическое значение у пациентов с ранним ОРДС, у которых увеличение мертвого пространства приводит к линейному повышению риска летального исхода.
Чрескожное измерение РСО2 с помощью нагреваемых контактных датчиков, прикладываемых к коже, представляет собой альтернативный неинвазивный метод оценки РСО2. Несмотря на недавние технические улучшения, данный подход менее широко используется в клинической практике, по крайней мере, у взрослых.
д) Содержание кислорода в артериальной крови и системная доставка кислорода. Содержание кислорода в артериальной (СаО2) и венозной крови (CvO2) используется для расчета сердечного выброса с помощью уравнения Фика [уравнение (8)], что является альтернативой определению сердечного выброса методом термодилюции с помощью катетера в легочной артерии, направленного по потоку (Swan-Ganz). Уравнение Фика:
(8)
где содержание кислорода выражается в мл О2/100 мл крови и рассчитывается как:
(9)
В нормальных условиях (например, при SaO2 95%, Hb 15 г/100 мл и потреблении О2 250 мл/мин) содержание кислорода в артериальной крови составляет ~20 мл/100 мл, а поскольку ScvO2 75%, содержание кислорода в центральной венозной крови составляет 15 мл/100 мл, что делает нормальную артериовенозную разницу содержания О2 в крови при нормальном сердечном выбросе -5 мл/100 мл.
Системная доставка кислорода определяет количество кислорода, доставленного к тканям, и высчитывается путем умножения величины содержания кислорода в артериальной крови на сердечный выброс:
(10)
где нормальное значение составляет 1000 мл/мин.
е) Измерение вентиляции - минутный объем дыхания и альвеолярная вентиляция. Минутный объем дыхания (VE), который представляет собой объем газа, выделяемый из ДП за 1 мин, высчитывается умножением ЧДД на выдыхаемый дыхательный объем газа, измеренный при ТТ и атмосферном давлении на уровне моря, насыщенный водяными парами (BTPS — barometric pressure at sea level, saturated). Barometric pressure at sea level, saturated — это стандартные условия, при которых выполняются многие измерения большей частью оборудования, предназначенного для оценки функции легких, и аппаратами ИВЛ.
Данные приборы используют измерители потока для определения выдыхаемого воздушного потока и интегрируют полученный сигнал для измерения величины дыхательного объема. Альтернативный способ измерения дыхательного объема в условиях ОРИТ — это импедансная плетизмография, при которой используются калиброванные электромагнитные катушки в ремнях, закрепленных на ГК и животе, для отслеживания ЧДД и изменений грудного объема.
Альвеолярная вентиляция — это скорость доставки газа в л/мин к газообменным участкам легких (то есть альвеолам и альвеолярным ходам). Часть минутного объема вентиляции, которая не участвует в газообмене, называется вентиляцией мертвого пространства (VD) и определяется уравнением (7). Минутная альвеолярная вентиляция (VA) и вентиляция мертвого пространства связаны следующим образом:
(11)
где VE — минутный объем дыхания; VA — минутная альвеолярная вентиляция; VD — вентиляция мертвого пространства.
Отсюда следует, что при таких состояниях, как острое повреждение легких и ОРДС, когда отношение объема мертвого пространства к минутной вентиляции может быть очень большим, требуется высокий минутный объем дыхания (VE) для достижения достаточной минутной альвеолярной вентиляции (VA). Для состояний, вызванных заболеваниями нервно-мышечного аппарата, напротив, характерны небольшие дыхательные объемы и увеличенное отношение Vd/Vt, поскольку анатомическое мертвое пространство является фиксированным и составляет более высокую долю уменьшенного дыхательного объема.
ж) Измерение продукции углекислого газа. Измерение продукции углекислого газа иногда называют непрямой калориметрией, поскольку оно дает показатель скорости метаболизма и позволяет оценить потребности в калориях. Метаболические «тележки», которые одновременно измеряют не только выработку углекислого газа, но и потребление кислорода и дыхательный коэффициент, обычно используются в клинической практике для расчета метаболической потребности при назначении лечебного питания.
В норме базовая продукция углекислого газа находится в диапазоне 200 мл/мин, но она может сильно варьировать, поскольку у пациентов в критическом состоянии часто встречается гиперметаболизм, например при сепсисе и ССВР.
Дыхательный коэффициент также дает представление о составе пищи, поскольку при употреблении углеводов дыхательный коэффициент равен 1, тогда как при употреблении жирных кислот это соотношение —- 0,8, а аминокислот — 0,7. Таким образом, сбалансированное питание должно обеспечивать дыхательный коэффициент 0,85. Дыхательный коэффициент, равный 1, в сочетании с высоким уровнем продукции углекислого газа предполагает, что доля углеводов в рационе чрезмерна.
з) Измерение растяжимости системы дыхания. Растяжимость системы дыхания — это изменение объема дыхательной системы, вызванное изменением приложенного давления (то есть давления на вдохе), математически является величиной, обратной эластичности. Растяжимость ухудшается при таких состояниях, как повреждение легких и ОРДС или фиброз легких, при которых диффузное воспаление и фиброз изменяют структуру легких и способствуют увеличению их «жесткости». Статическая растяжимость системы дыхания у пациентов, которым проводится ИВЛ с управлением по объему, измеряется путем кратковременной инспираторной задержки в конце вдоха.
Предполагая, что у пациента нет спонтанных дыхательных усилий, давление в ДП измеряется после прекращения потока воздуха. Это давление принято называть давлением плато (Pplateau). Разница между данным давлением и ПДКВ называется движущим давлением, то есть давлением, необходимым для доставки дыхательного объема (см. рис. 2). Статическая растяжимость дыхательной системы (CRS) затем рассчитывается как:
(12)
где ΔV — изменение объема; ΔР — изменение давления; Pplateau — давление плато.
Показатель растяжимости системы дыхания не только отражает состояние легких, но и включает вклад ГК и БП. Таким образом, пациенты с деформациями ГК или патологическим ожирением имеют более низкие значения растяжимости системы дыхания даже при отсутствии легочной патологии. Нормальные значения растяжимости системы дыхания находятся в диапазоне 50-70 мл/см вод.ст. Пациенты с ОРДС обычно имеют значения растяжимости дыхательной системы <30 см вод.ст. Если растяжимость легких <20-25 см вод.ст., отлучение от ИВЛ затруднено или невозможно вследствие чрезмерной работы дыхания (см. далее).
и) Измерение активности дыхательного центра. Дыхательный центр, расположенный в мосту и продолговатом мозге, регулирует дыхательную активность. Гиперкапния — сильный стимул к увеличению вентиляции. Данная реакция может быть притуплена хронической задержкой углекислого газа или такими ЛП, как наркотики. Гипоксемия — это более слабый стимул вентиляции легких, который усиливается гиперкапнией и притупляется гипокапнией.
Таким образом, активность дыхательного центра можно оценить, изучив реакцию на изменение содержания углекислого газа в крови при гиперкапническом вентиляционном ответе. При использовании одного метода активность дыхательного центра оценивают, когда пациент повторно вдыхает выдыхаемый газ, при этом отслеживают минутную вентиляцию и РСО2 в конце спокойного выдоха. График, отражающий взаимосвязь РСО2 в конце спокойного выдоха с минутной вентиляцией, используется для измерения дыхательной активности. Однако данный метод непрактичен в условиях ОРИТ.
Другой метод — измерение отрицательного давления в ДП в течение первых 100 мс вдоха (Р0,1). Данный метод позволяет избежать проблемы снижения вентиляторного ответа из-за ОДП, но он все же подвержен притупляющему влиянию некоторых ЛП и недооценивает активность дыхательного центра у пациентов со слабостью дыхательной мускулатуры, что в ОРИТ встречается часто. У пациентов, которые не могут быть отлучены от ИВЛ, практический способ оценить сохранность активности дыхательного центра состоит в том, чтобы определить, увеличивается ли ЧДД при отключении пациента от аппарата ИВЛ (обычно в диапазоне 30-40 в минуту), поскольку уровень РаСО2 после отключения повышается.
к) Измерение силы дыхательных мышц. Слабость дыхательных мышц давно признана одной из причин развития ДН и неудачного отлучения от механической ИВЛ в ОРИТ. В последние годы это представление укрепилось в связи с ростом осведомленности о слабости дыхательной мускулатуры, приобретенной в ОРИТ после перенесенного критического состояния. Однако измерение силы дыхательных мышц остается сложной задачей из-за необходимости различать фактическую слабость и снижение работоспособности мышц вследствие неспособности пациента сотрудничать или приложить полное усилие на вдохе.
Наиболее часто используемыми показателями силы дыхательных мышц являются максимальное давление на вдохе и выдохе (Pimax, или MIP, и Реmax, или МЕР). Данные показатели получают путем измерений давления с помощью манометра, когда пациент вдыхает с максимальной силой по отношению к уровню остаточного объема и выдыхает с максимальной силой по отношению к уровню общей емкости легких. Нормальное максимальное давление на вдохе обычно <75 см вод.ст., а нормальное максимальное давление на выдохе обычно >125 см вод.ст.
Когда значение максимального давления на вдохе >—20/—30 см вод.ст., отлучение от механической ИВЛ может быть затруднено, а положительные значения <60 см вод.ст. указывают на функциональную недостаточность кашля.
Однако данные показатели имеют низкую прогностическую ценность при отлучении пациентов от механической ИВЛ, поскольку многие из вышеуказанных пациентов не могут сотрудничать. Данная проблема может быть решена путем присоединения одностороннего клапана к концу эндотрахеальной трубки, который позволяет производить выдох, но не вдох, с последующим измерением давления на вдохе в течение 20-25 с.
л) Измерение работы дыхания. Работа дыхания — это произведение давления на объем для каждого вдоха (см. рис. 4). Компоненты включают работу, необходимую для преодоления эластической отдачи легких и перемещения ГК и живота, сопротивления ДП и вязкости легких, а также для преодоления инерции. При рестриктивных заболеваниях легких инспираторная работа дыхания увеличивается из-за снижения растяжимости легких. При обструктивных заболеваниях работа дыхания увеличивается вследствие повышенного сопротивления ДП.
Рисунок 4. Петли «давление-объем», иллюстрирующие компоненты работы дыхания у здоровых людей и у пациентов с рестриктивными или обструктивными заболеваниями легких. Линия между «а» и «с» отражает работу, затрачиваемую на преодоление эластического сопротивления при увеличении объема легких, но в итоге эта работа сводится к нулю, поскольку статические силы возвращают легкое в его нейтральное положение. При рестриктивной патологии петля наклонена к оси абсцисс больше, чем обычно, потому что легкое более жесткое и на единицу изменения давления объем меняется меньше. Обструктивная кривая имеет больший наклон в сторону оси ординат, потому что (например, при эмфиземе) легкие более растяжимы и начинают вдох с большего объема. Площадь под кривой «аЬс» отражает работу, потраченную на преодоление резистивного сопротивления во время вдоха, а площадь под кривой «еда» отражает работу, потраченную на преодоление резистивного сопротивления во время выдоха. Работа, связанная с преодолением резистивного сопротивления на выдохе, больше у пациентов с обструктивным заболеванием легких
В клинических условиях более практичным способом оценки работы дыхания на вдохе является вычисление показателя РТР (pressure-time product) — производного «давление-время» (в см вод.ст.-секундах). Показатель производного «давление-время» может быть рассчитан с учетом величины снижения давления в ДП во время вдоха, давления в пищеводе (измеренного с помощью пищеводного баллонного манометра) или трансдиафрагмального давления (измеренного с помощью пищеводного и желудочного баллонного манометра) как показателя работы диафрагмы. Работу дыхания можно рассчитать для каждого вдоха или за минуту, умножив работу за один вдох на ЧДД.
Коммерчески доступные приборы, использующие манометрию пищевода, автоматически рассчитывают инспираторную работу дыхания, что может иметь определенное значение при оценке возможности прекращения механической ИВЛ. Если снижение давления на вдохе, необходимое для достижения адекватного дыхательного объема, слишком велико, расчетная работа дыхания будет высокой и вероятность успешного отлучения от ИВЛ будет снижена.
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
