Классификация режимов искуственной вентиляции легких, утвержденная на согласительной конференции по аппаратам ИВЛ американской ассоциации по респираторной терапии. Параметры вдоха и выдоха, фазы дыхательного цикла и логика переключения аппарата ИВЛ.
Аннотация к работе
БУРДЕНКО РАМН ОТДЕЛЕНИЕ РЕАНИМАЦИИ www nsicu.
План
Введение
В течение одного вдоха нет места сомнению, - есть только путь! Ямамото Цунетомо
(«Сокрытое в листве»)
Введение
Сколько в мире режимов ИВЛ? Можно ли разобраться в этом многообразии? Кажется, вот, выучил все режимы, а фирмы в погоне за коммерческим успехом создали новое поколение аппаратов и опять назвали одно и то же разными терминами. Не волнуйтесь коллеги, у нас есть вдох и выдох, а остальное - частности. Разберемся. Прежде всего, о терминах: нам кажется бессмысленным выдумывать переводные русскоязычные термины, когда есть оригинальные, - английские. Более того, всегда есть опасность, что кто-нибудь решит, что он точнее раскрыл смысл термина, например, вместо привычного РЕЕР или ПДКВ вдруг возникает «положительное конечное экспираторное давление». Вот на флоте никому ведь не придет в голову переводить такие термины как мичман (midship-man - средний корабельный человек) или боцман (boat’s man - корабельный человек), я думаю, большинство боцмано?в даже и не догадываются, как переводится на великий и могучий русский язык их непростая должность, а служба идет. Итак, режимы мы будем называть английскими именами.
В мире много разных аппаратов ИВЛ и у каждого аппарата несколько режимов вентиляции. Производители этой замечательной техники весьма часто одни и те же режимы называют по-разному, но случается, что разные вещи называют почти одинаково.
Цель этой книги, - рассказать, как наши коллеги, врачи-реаниматологи, во всем мире договорились классифицировать режимы ИВЛ. Автором этой классификации является профессор Кливлендского университета Роберт Чатбурн (Robert L. Chatburn).
Эта классификация режимов ИВЛ впервые опубликована в 1991 [Respir Care; 36(9):1123-1155], затем, повторно, 1992 году в 37 томе
5
А. Горячев И. САВИН того же журнала «Respiratory Care» в рамках результатов согласительной конференции по аппаратам ИВЛ (Consensus statement on the essentials of mechanical ventilators) Американской ассоциации по респираторной терапии (AMERICANASSOCIATION for Respiratory Care) стр.1026-1044. В 2001 году в 46 томе того же журнала на стр. 604-621 под заголовком «Anew system for understanding modes of mechanical ventilation» опубликован финальный вариант этой классификации. Эта классификация режимов ИВЛ подробно описана и разобрана в трех книгах из списка литературы [2, 4, 7].
Другие авторы, являющиеся признанными авторитетами в вопросах ИВЛ [1, 3, 5, 6], в своих руководствах применяют эту классификацию, отсылая читателя к первоисточнику.
В нашей книге мы используем общепринятую английскую терминологию, чтобы избежать путаницы, неизбежно возникающей при переводе. Мы надеемся, что книга поможет нашим коллегам читать медицинскую литературу в оригинале. Все английские термины мы перевели, объяснили и прокомментировали. Для затравки скажем, чтобы описать режим ИВЛ нужно: 1. назвать паттерн дыхания
2. указать принцип управления
3. описать особенности вентиляционной стратегии. Как это сделать, вы узнаете из книги.
www.nsicu.ru 6
www.nsicu.ru Авторы: А. Горячев, И. Савин
Часть I Основа взаимопонимания авторов и читателей
Часть I Основа взаимопонимания авторов и читателей
1.1. Самая простая классификация аппаратов ИВЛ (или о чем speech)
NPVАППАРАТЫ ИВЛ, создающие отрицательное давление вокруг грудной клетки пациента для обеспечения вдоха. HFVАППАРАТЫ ИВЛ, вдувающие воздух в легкие с частотой более 60 циклов в минуту.
PPV аппараты ИВЛ, вдувающие воздух в легкие с частотой не более 60 циклов в минуту.
PPV(positive pressure ventilation), NPV(negative pressure ventilation) и вообще откуда дует ветер
В английском языке слова, обозначающие дыхание и ветер, звучат почти одинаково это breeze (бриз) и breathe (дышать). В обоих случаях воздух из зоны высокого давления перемещается в зону низкого давления. Ученые, изучающие дыхание, договорись принять атмосферное давление (pressure) за ноль (0 - zero). Если ниже атмосферного, - отрицательное (negative), а если выше, - положительное (positive). Когда мы дышим самостоятельно, вдыхая, мы создаем отрицательное давление в дыхательных путях, а выдыхая, - положительное. Кто не понял, сделайте несколько дыхательных упражнений. Полость грудной клетки расширяется, давление воздуха в дыхательных путях становится ниже атмосферного, - происходит вдох, при выдохе - наоборот. Таким образом, самостоятельное дыхание, - это NPV(negative pressure ventilation) поскольку на вдохе давление воздуха в дыхательных путях ниже атмосферного. Существуют аппараты ИВЛ NPV. Это большой герметичный сундук, из которого торчит голова пациента. Чтобы состоялся вдох, давление в сундуке должно упасть ниже атмосферного, вызвав расширение грудной клетки. Довольно физиологично, но весьма громоздко.
9
А. ГОРЯЧЕВ И. САВИН
Самая простая классификация аппаратов ИВЛ §1.2
Аппараты ИВЛ NPV типа «Iron lung»
HFV (high frequency ventilation) - высокочастотная ИВЛ в природе используется хищниками, которые не умеют потеть, например, со-баками. При этом типе дыхания объем одного вдоха меньше мертвого пространства. Этот тип дыхания по-английски называется panting. Газообмен происходит за счет непрерывного перемешивания воздуха. Легкие выполняют роль радиатора и испарителя, позволяя хищнику, одетому в меховую шубу, не погибнуть от теплового шока. По мере того, как технические задачи, связанные с адекватным увлажнением и согреванием дыхательной смеси аппаратов ВЧИВЛ (HFV), находят решение, эти замечательные машины занимают достойное место в клинике. Более к аппаратам ИВЛ HFV на страницах этого руководства мы не вернемся.
Те аппараты ИВЛ, которые мы применяем в операционной и в реанимационном зале, используют принцип PPV(positive pressure ventilation), поскольку давление воздуха в дыхательных путях пациента на вдохе выше атмосферного. Если в конце выдоха давление снижается до уровня атмосферного, - это ZEEP(zero end expiratory www.nsicu.ru 10
Часть I Основа взаимопонимания авторов и читателей pressure или нулевое давление конца выдоха). Если в конце выдоха давление не снижается до уровня атмосферного, - это PEEP(positive end expiratory pressure) или ПДКВ (положительное давление конца выдоха). Кстати, давление в дыхательных путях измеряют в сантиметрах водного столба (см Н2О) и в миллибарах (mbar или мбар).
1 миллибар=0,9806379 см водного столба.
11
А. ГОРЯЧЕВ И. САВИН
Респираторная механика - необходимый минимум §1.2 1.2. Респираторная механика - необходимый минимум
- Какие параметры вдоха и выдоха измеряет аппарат ИВЛ?
Время (time), объем (volume), поток (flow), давление (pressure).
Время (time)
- Что такое ВРЕМЯ?
Время - это мера длительности и последовательности явлений
На графиках давления, потока и объема время бежит по горизонтальной оси «Х». Измеряется в секундах, минутах, часах. С позиций респираторной механики нас интересует длительность вдоха и выдоха, поскольку произведение потокового времени вдоха (Inspiratory flow time) на поток равно объему вдоха, а произведение потокового времени выдоха (Expiratory flow time) на поток равно объему выдоха.
Временные интервалы дыхательного цикла (их четыре)
Что такое «вдох - inspiration» и «выдох - expiration»?
Вдох это вход воздуха в легкие. Длится до начала выдоха. Выдох - это выход воздуха из легких. Длится до начала вдоха. Иными словами, вдох считается с момента начала поступления воздуха в дыхательные пути и длится до начала выдоха, а выдох - с момента начала изгнания воздуха из дыхательных путей и длится до начала вдоха.
Эксперты делят вдох на две части.
www.nsicu.ru 12
Часть I Основа взаимопонимания авторов и читателей
Inspiratory time = Inspiratory flow time Inspiratory pause
Inspiratory flow time - временной интервал, когда в легкие поступает воздух.
Что такое «инспираторная пауза» (inspiratory pause или inspiratory hold)?
Это временной интервал, когда клапан вдоха уже закрыт, а клапан выдоха еще не открыт. Хотя в это время поступления воздуха в легкие не происходит, инспираторная пауза является частью времени вдоха. Так договорились. Инспираторная пауза возникает, когда заданный объем уже доставлен, а время вдоха еще не истекло. Для спонтанного дыхания - это задержка дыхания на высоте вдоха. Задержка дыхания на высоте вдоха широко практикуется индийскими йогами и другими специалистами по дыхательной гимнастике. В некоторых режимах ИВЛ инспираторная пауза отсутствует.
Для аппарата ИВЛ PPV выдох expiratory time - это временной интервал от момента открытия клапана выдоха до начала следующего вдоха. Эксперты делят выдох на две части.
Expiratory time = Expiratory flow time Expiratory pause.
Expiratory flow time - временной интервал, когда воздух выходит из легких.
Что такое «экспираторная пауза» (expiratory pause или expiratory hold)?
Это временной интервал, когда поток воздуха из легких уже не поступает, а вдох еще не начался. Если мы имеем дело с «умным» аппаратом ИВЛ, мы обязаны сообщить ему сколько времени, по нашему мнению, может длиться экспираторная пауза. Если время экспираторной паузы истекло, а вдох не начался, «умный» аппарат ИВЛ объявляет тревогу (alarm) и начинает спасать пациента, поскольку считает, что произошло апноэ (apnoe). Включается опция Apnoe ven-
13
А. ГОРЯЧЕВ И. САВИН
Респираторная механика - необходимый минимум §1.2 tilation. В некоторых режимах ИВЛ экспираторная пауза отсутствует. Total cycle time - время дыхательного цикла складывается из времени вдоха и времени выдоха.
Total cycle time (Ventilatory period) = Inspiratory time Expiratory time или Total cycle time = Inspiratory flow time Inspiratory pause Expiratory flow time Expiratory pause
Этот фрагмент убедительно демонстрирует трудности перевода: 1. Expiratory pause и Inspiratory pause вообще не переводят, а просто пишут эти термины кириллицей. Мы используем буквальный перево, - задержка вдоха и выдоха.
2. Для Inspiratory flow time и Expiratory flow time в русском языке нет удобных терминов.
3. Когда мы говорим «вдох» - приходится уточнять: - это Inspiratory time или Inspiratory flow time.
Для обозначения Inspiratory flow time и Expiratory flow time мы будем www.nsicu.ru 14
Часть I Основа взаимопонимания авторов и читателей использовать термины потоковое время вдоха и выдоха.
Инспираторная и/или экспираторная паузы могут отсутствовать.
Объем (volume)
- Что такое ОБЪЕМ?
Некоторые наши курсанты отвечают: «Объем - это количество вещества».
Для несжимаемых (твердых и жидких) веществ это верно, а для газов не всегда.
Пример: Вам принесли баллон с кислородом, емкостью (объемом) 3л, - а сколько в нем кислорода? Ну конечно, нужно измерить давление, и тогда, оценив степень сжатия газа и ожидаемый расход, можно сказать, надолго ли его хватит.
15
А. ГОРЯЧЕВ И. САВИН
Респираторная механика - необходимый минимум §1.2
Механика - наука точная, поэтому прежде всего, Объем - это мера пространства.
И, тем не менее, в условиях спонтанного дыхания и ИВЛ при нормальном атмосферном давлении мы используем единицы объема для оценки количества газа. Сжатием можно пренебречь.* В респираторной механике объемы измеряют в литрах или миллилитрах.
Для описания объемов используются три слова 1. Пространство (space).
2. Емкость (capacity). 3. Объем (volume).
Объемы и пространства в респираторной механике.
Дыхательный объем (VT) по-английски Tidal volume - это величина одного обычного вдоха или выдоха.
Минутный объем (MV) - по-английски Minute volume - это сумма дыхательных объемов за минуту. Если все дыхательные объемы в течение минуты равны, можно просто умножить дыхательный объем на частоту дыханий.
Мертвое пространство (DS) по-английски Dead** space - это суммарный объем воздухоносных путей (зона дыхательной системы, где нет газообмена).
*Когда дыхание происходит под давлением выше атмосферного (барокамера, глобоководные аквалангисты и т.д.), сжатием газов пренебрегать нельзя, поскольку меняются их физические свойства, в частности растворимость в воде. В результате - кислородное опьянение и кесонная болезнь.
В высокогорных условиях при низком атмосферном давлении здоровый спортсмен-альпинист с нормальным уровнем гемоглобина в крови испытывает гипоксию, несмотря на то, что дышит глубже и чаще (дыхательный и минутный объемы увеличены).
**второе значение слова dead - бездыханный www.nsicu.ru 16
Часть I Основа взаимопонимания авторов и читателей Объемы, исследуемые при спирометрии
Дыхательный объем (VT) по-английски Tidal volume - это величина одного обычного вдоха или выдоха.
Резервный объем вдоха - РОВД (IRV) по-английски Inspired reserve volume - это объем максимального вдоха по завершении обычного вдоха.
Емкость вдоха - ЕВ (IC) по-английски Inspiratory capacity - это объем максимального вдоха после обычного выдоха.
IC = TLC - FRC или IC = VT IRV
Общая емкость легких - ОЕЛ (TLC) по-английски Total lung capacity - это объем воздуха в легких по завершении максимального вдоха.
Остаточный объем - ОО (RV) по-английски Residual volume - это объем воздуха в легких по завершении максимального выдоха.
Жизненная емкость легких - ЖЕЛ (VC) по-английски Volume capacity - это объем вдоха после максимального выдоха.
VC = TLC - RV
Функциональная остаточная емкость - ФОЕ (FRC) по-английски Functional residual capacity - это объем воздуха в легких по завершении обычного выдоха.
FRC = TLC - IC
Резервный объем выдоха - РОВЫД (ERV) по-английски Expired reserve volume - это объем максимального выдоха по завершении обычного выдоха.
ERV = FRC - RV
17
А. ГОРЯЧЕВ И. САВИН
Респираторная механика - необходимый минимум §1.2
Поток (flow)
- Что такое ПОТОК?
- «Объемная скорость» - точное определение, удобное для оценки работы насосов и трубопроводов, но для респираторной механики больше подходит: Поток - это скорость изменения объема
В респираторной механике поток (V) измеряют в литрах в минуту.
www.nsicu.ru 18
Часть I Основа взаимопонимания авторов и читателей
Объем - это произведение потока на время вдоха или площадь под кривой потока.
VT = V x Ti
19
А. ГОРЯЧЕВ И. САВИН
Респираторная механика - необходимый минимум §1.2
Это представление о взаимоотношении потока и объема используется при описании режимов вентиляции.
Давление (pressure)
- Что такое ДАВЛЕНИЕ?
Давление(pressure) - это сила, приложенная к единице площади
Давление в дыхательных путях измеряют в сантиметрах водного столба (см Н2О) и в миллибарах (mbar или мбар). 1 миллибар=0,9806379 см водного столба.
(Бар (греч.????? — тяжесть) — внесистемная единица измерения давления, равная 105 Н/м? (ГОСТ 7664-61) или 106 дин/см? (в системе СГС).)
Значения давлений в разных зонах дыхательной системы и градиенты (gradient) давления
По определению давление - это сила, которая уже нашла себе применение, - она (эта сила) давит на площадь и ничего никуда не перемещает. Грамотный доктор знает, что вздох, ветер, и даже ураган, создается разностью давлений или градиентом (gradient).
Например: в баллоне газ под давлением 100 атмосфер. Ну и что, стоит себе баллон и никого не трогает. Газ в баллоне спокойно себе давит на площадь внутренней поверхности баллона и ни на что не отвлекается. А если открыть? Возникнет градиент (gradient), который и создает ветер.
www.nsicu.ru 20
Часть I Основа взаимопонимания авторов и читателей
Дtrialия: Paw - давление в дыхательных путях Pbs - давление на поверхности тела Ppl - плевральное давление
Palv- альвеолярное давление Pes - пищеводное давление Градиенты: Ptr-трансреспиратонное давление Ptr = Paw - Pbs Ptt-трансторакальное давление Ptt = Palv - Pbs
Pl-транспульмональное давление Pl = Palv - Ppl Pw-трансмуральное давление Pw = Ppl - Pbs
(Легко запомнить: если использована приставка «транс» - речь идет о градиенте).
Главной движущей силой, позволяющей сделать вдох, является разность давлений на входе в дыхательные пути (Pawo- pressure airway opening) и давление в том месте, где дыхательные пути заканчиваются - то есть в альвеолах (Palv). Проблема в том, что в альвеолах технически сложно померить давление. Поэтому для оценки дыхательного усилия на спонтанном дыхании оценивают градиент между пищеводным давлением (Pes), при соблюдении условий измерения
21
А. ГОРЯЧЕВ И. САВИН
Респираторная механика - необходимый минимум §1.2 оно равно плевральному(Ppl), и давлением на входе в дыхательные пути (Pawo).
При управлении аппаратом ИВЛ наиболее доступным и информативным является градиент между давлением в дыхательных путях (Paw) и давлением на поверхности тела (Pbs- pressure body surface). Этот градиент (Ptr) называется «трансреспиратораное давление», и вот как он создается: 1. При NPV Pawo соответствует атмосферному, то есть ноль, а Pbs становится отрицательным в результате работы аппарата. Аппарат ИВЛ NPV типа «Kirassa»
2. При PPV Давление на поверхности тела (Pbs) равно нулю, то есть соответствует атмосферному, а Pawo выше атмосферного, то есть положительное.
www.nsicu.ru 22
Часть I Основа взаимопонимания авторов и читателей
Как видите, ни один из методов ИВЛ не соответствует полностью спонтанному дыханию, но если оценивать воздействие на венозный возврат и лимфоотток аппараты ИВЛ NPV типа «Kirassa» кажутся более физиологичными. Аппараты ИВЛ NPV типа «Iron lung», создавая отрицательное давление над всей поверхностью тела, снижают венозный возврат и, соответственно, сердечный выброс.
Без Ньютона здесь не обойтись.
Исаак Ньютон
Давление (pressure) - это сила, с которой ткани легких и грудной клетки противодействуют вводимому объему, или, иными словами, сила, с которой аппарат ИВЛ преодолевает сопротивление дыхательных путей, эластическую тягу легких и мышечно-связочных структур грудной клетки (по третьему закону Ньютона это одно и то же поскольку «сила действия равна силе противодействия»).
Equation of Motion уравнение сил, или третий закон Ньютона для системы «аппарат ИВЛ - пациент»
В том случае, если аппарат ИВЛ осуществляет вдох синхронно с дыхательной попыткой пациента, давление, создаваемое аппаратом ИВЛ (Pvent), суммируется с мышечным усилием пациента (Pmus) (левая часть уравнения) для преодоления упругости легких и грудной клетки (elastance) и сопротивления (resistance) потоку воздуха в дыхательных путях (правая часть уравнения).
Pmus Pvent = Pelastic Presistive (давление измеряют в миллибарах)
Pelastic= E x V (произведение упругости на объем)
23
А. ГОРЯЧЕВ И. САВИН
Респираторная механика - необходимый минимум §1.2
Presistive = R x V (произведение сопротивления на поток) соответственно Pmus Pvent = E x V R x V
Pmus(мбар) Pvent(мбар) = E(мбар/мл) x V(мл) R(мбар/л/мин) x V(л/мин)
Заодно вспомним, размерность E - elastance (упругость) показывает на сколько миллибар возрастает давление в резервуаре на вводимую единицу объема (мбар/мл);R - resistance сопротивление потоку воздуха проходящему через дыхательные пути (мбар/л/мин).
Ну и для чего нам пригодится это Equation of Motion (уравнение сил)?
Понимание уравнения сил позволяет нам делать три вещи: Во-первых, любой аппарат ИВЛ PPV может управлять одномоментно только одним из изменяемых параметров входящих в это уравнение. Эти изменяемые параметры - давление объем и поток. Поэтому существуют три способа управления вдохом: pressure control, volume control, или flow control. Реализация варианта вдоха зависит от конструкции аппарата ИВЛ и выбранного режима ИВЛ.
Во-вторых, на основе уравнения сил созданы интеллектуальные прtrialмы, благодаря которым аппарат рассчитывает покаtrialли респираторной механики (например.: compliance (растяжимость), resistance (сопротивление) и time constant (постоянная времени «?» ).
В-третьих, без понимания уравнения сил не понять такие режимы вентиляции как “proportional assist”, “automatic tube compensation”, и “adaptive support”.
www.nsicu.ru 24
Часть I Основа взаимопонимания авторов и читателей
Главные расчетные параметры респираторной механики resistance, elastance, compliance
1. Сопротивление дыхательных путей (airway resistance) Сокращенное обозначение - Raw.
Размерность - СМН2О/Л/сек или мбар/мл/сек
Норма для здорового человека - 0,6-2,4 СМН2О/Л/сек.
Физический смысл данного показателя говорит, каким должен быть градиент давлений (нагнетающее давление) в данной системе, чтобы обеспечить поток 1 литр в секунду. Современному аппарату ИВЛ несложно рассчитать резис?танс (airway resistance), у него есть датчики давления и потока - разделил давление на поток, и готов результат.
Для расчета рези?тсанс аппарат ИВЛ делит разность (градиент) максимального давления вдоха (PIP) и давления плато вдоха (Pplateau) на поток (V).
Raw = (PIP-Pplateau)/V - Что и чему сопротивляется?
Респираторная механика рассматривает сопротивление дыхательных путей воздушному потоку. Сопротивление (airway resistance) зависит от длины, диаметра и проходимости дыхательных путей, эндотрахеальной трубки и дыхательного контура аппарата ИВЛ. Сопротивление потоку возрастает, в частности, если происходит накопление и задержка мокроты в дыхательных путях, на стенках эндотрахеальной трубки, скопление конденсата в шлангах дыхательного контура или деформация (перегиб) любой из трубок. Сопротивление дыхательных путей растет при всех хронических и острых обструктивных заболеваниях легких, приводящих к уменьшению диаметра воздухоносных путей. В соответствии с законом Гагена-Пуазеля при уменьшении диаметра трубки вдвое для обеспечения того же потока градиент давлений, создающий этот поток (нагнетающее давление), должен быть увеличен в 16 раз.
Важно иметь в виду, что сопротивление всей системы определяется зоной максимального сопротивления (самым узким местом). Устра-
25
А. ГОРЯЧЕВ И. САВИН
Респираторная механика - необходимый минимум §1.2 нение этого препятствия (например, удаление инородного тела из дыхательных путей, устранение стеноза трахеи или интубация при остром отеке гортани) позволяет нормализовать условия вентиляции легких. Термин рези?станс широко используется российскими реаниматологами как существительное мужского рода. Смысл термина соответствует мировым стандартам.
Важно помнить, что: 1. Аппарат ИВЛ может измерить резис?танс только в условиях принудительной вентиляции у релаксированного пациента. 2. Когда мы говорим о резис?танс (Raw или сопротивлении дыхательных путей) мы анализируем обструктивные проблемы преимущественно связанные с состоянием проходимости дыхательных путей.
3. Чем больше поток, тем выше рези?тсанс.
2. Упругость (elastance) и податливость (compliance) Прежде всего, следует знать, это строго противоположные по- trial и elastance =1/compliance. Смысл понятия «упругость» подразумевает способность физического тела при деформации сохранять прилагаемое усилие, а при восстановлении формы - возвращать это усилие. Наиболее наглядно это свойство проявляется у стальных пружин или резиновых изделий. Специалисты по ИВЛ при настройке и тестировании аппаратов в качестве модели легких используют резиновый мешок. Упругость дыхательной системы обозначается символом E. Размерность упругости мбар/мл, это означает: на сколько миллибар следует поднять давление в системе, чтобы объем увеличился на 1 мл. Данный термин широко используется в работах по физиологии дыхания, а специалисты по ИВЛ пользуются понятием обратным «упругости» - это «растяжимость» (compliance) (иногда говорят «податливость»).
- Почему? - Самое простое объяснение: - На мониторах аппаратов ИВЛ выводится compliance, вот мы им и пользуемся.
Термин комплайнс (compliance) используется как существи- www.nsicu.ru 26
Часть I Основа взаимопонимания авторов и читателей тельное мужского рода российскими реаниматологами так же часто, как и резис?танс (всегда когда монитор аппарата ИВЛ показывает эти параметры).
Размерность комплайнса - мл/мбар показывает, на сколько миллилитров увеличивается объем при повышении давления на 1 миллибар.
В реальной клинической ситуации у пациента на ИВЛ измеряют комплайнс респираторной системы - то есть легких и грудной клетки вместе. Для обозначения комплайнс используют символы: Crs (compliance respiratory system) - комплайнс дыхательной системы и Cst (compliance static) - комплайнс статический, это синонимы. Для того, чтобы рассчитать статический комплайнс, аппарат ИВЛ делит дыхательный объем на давление в момент инспираторной паузы (нет потока - нет рези?тсанс).
Cst = VT/(Pplateau -PEEP)
Норма Cst (комплайнса статического) - 60-100мл/мбар Приводимая ниже схема показывает, как на основе двухкомпонент-ной модели рассчитывается сопротивление потоку (Raw), статиче-
27
А. ГОРЯЧЕВ И. САВИН
Респираторная механика - необходимый минимум §1.2 ский комплайнс (Cst) и упругость (elastance) дыхательной системы.
Важно иметь в виду, что измерения выполняются у релаксированного пациента в условиях ИВЛ, управляемой по объему с переключением на выдох по времени. Это значит, что после того, как объем доставлен, на высоте вдоха клапаны вдоха и выдоха закрыты. В этот момент измеряется давление плато.
Важно помнить, что: 1. Аппарат ИВЛ может измерить Cst (комплайнс статический) только в условиях принудительной вентиляции у релаксированного пациента во время инспираторной паузы. 2.Когда мы говорим о статическом комплайнсе (Cst, Crs или растяжимости респираторной системы), мы анализируем рестриктивные проблемы преимущественно связанные с состоянием легочной паренхимы.
Философское резюме можно выразить двусмысленным утверждением: Поток создает давление
Обе трактовки соответствуют действительности, то есть: во-первых, поток создается градиентом давлений, а во-вторых, когда поток наталкивается на препятствие (сопротивление дыхательных путей), давление увеличивается. Кажущаяся речевая небрежность, когда вместо «градиент давлений» мы говорим «давление», рождается из клинической реальности: все датчики давления расположены со стороны дыхательного контура аппарата ИВЛ. Для того, чтобы измерить давление в трахее и рассчитать градиент, необходимо остановить поток и дождаться выравнивания давления с обоих концов эндотрахеальной трубки. Поэтому в практике обычно мы пользуемся показателями давления в дыхательном контуре аппарата ИВЛ.
По эту сторону эндотрахеальной трубки для обеспечения вдоха объемом Хмл за время Усек мы можем повышать давление вдоха (и соответственно градиент) на сколько у нас хватит здравого смысла и клинического опыта, поскольку возможности аппарата www.nsicu.ru 28
Часть I Основа взаимопонимания авторов и читателей
ИВЛ огромны.
По ту сторону эндотрахеальной трубки у нас находится пациент, и у него для обеспечения выдоха объемом Хмл за время Усек есть только сила упругости легких и грудной клетки и сила его дыхательной мускулатуры (если он не релаксирован). Возможности пациента создавать поток выдоха ограничены. Как мы уже предупреждали, «поток - это скорость изменения объема», поэтому для обеспечения эффективного выдоха нужно предоставить пациенту время.
Постоянная времени (?)
Так в отечественных руководствах по физиологии дыхания называется Time constant. Это произведение комплайнс на рези?тсанс. ? = Cst х Raw
вот такая формула. Размерность постоянной времени, естественно секунды. Действительно, ведь мы умножаем мл/мбар на мбар/мл/сек. Постоянная времени отражает одновременно эластические свойства дыхательной системы и сопротивление дыхательных путей. У разных людей ? разная. Понять физический смысл данной константы легче, начав с выдоха. Представим себе, завершен вдох, - начат выдох. Под действием эластических сил дыхательной системы воздух выталкивается из легких, преодолевая сопротивление дыхательных путей.
Сколько времени займет пассивный выдох?
- Постоянную времени умножить на пять (? х 5). Так устроены легкие человека. Если аппарат ИВЛ обеспечивает вдох, создавая постоянное давление в дыхательных путях, то у релаксированного пациента максимальный для данного давления дыхательный объем будет доставлен за то же время (? х 5).
29
А. ГОРЯЧЕВ И. САВИН
Респираторная механика - необходимый минимум §1.2
Данный график показывает зависимость процентной величины дыхательного объема от времени при постоянном давлении вдоха или пассивном выдохе.
При выдохе по истечении времени ? пациент успевает выдохнуть 63% дыхательного объема, за время 2? - 87%, а за время 3? - 95% дыхательного объема. При вдохе с постоянным давлением аналогичная картина.
Практическое значение постоянной времени: Если время, предоставляемое пациенту для выдоха <5?, то после каждого вдоха часть дыхательного объема будет задерживаться в легких пациента.
Максимальный дыхательный объем при вдохе с постоянным давлением поступит за время 5?.
При математическом анализе графика кривой объема выдоха расчет www.nsicu.ru 30
Часть I Основа взаимопонимания авторов и читателей постоянной времени позволяет судить о комплайнс и рези?тсанс.
Данный график показывает, как современный аппарат ИВЛ рассчитывает постоянную времени.
Бывает, что статический комплайнс рассчитать невозможно, т. к. для этого должна отсутствовать спонтанная дыхательная активность и необходимо измерить давление плато. Если разделить дыхательный объем на максимальное давление, получим еще один расчетный показатель, отражающий комплайнс и рези?тсанс.
Разные авторы используют разные имена, но мы должны знать, что это синонимы: CD = Dynamic Characteristic = Dynamic effective compliance = Dynamic compliance. CD = VT/(PIP- PEEP)
Больше всего сбивает с толку название - «динамический комплайнс», поскольку измерение происходит при неостановленном потоке и, следовательно, данный показатель включает и ком-плайнс, и рези?станс. Нам больше нравится название
31
А. ГОРЯЧЕВ И. САВИН
Респираторная механика - необходимый минимум §1.2
«динамическая характеристика».
Когда этот показатель снижается, это значит, что либо понизился комплайнс, либо возрос рези?тсанс, либо и то и другое. (Или нарушается проходимость дыхательных путей, или снижается податливость легких.) Однако если одновременно с динамической характеристикой мы оцениваем по кривой выдоха постоянную времени, мы знаем ответ.
Если постоянная времени растет, это обструктивный процесс, а если уменьшается, значит легкие стали менее податливы. (пневмония?, интерстициальный отек?...)
www.nsicu.ru 32
Часть I Основа взаимопонимания авторов и читателей 1.3. Повреждение легких при ИВЛ
Старики говорили нам: «Посадите пациента на ИВЛ, а потом не снимите». В чем-то они правы, ИВЛ может повреждать легкие. В настоящее время проблеме VILI (ventilator induced lung injury) посвящено большое количество исследований. Наши земляки расшифровывают VILI как вентилятор индуцированное повреждение легких. Обсудим, какие варианты повреждения легких известны при ИВЛ.
1.Неадекватное увлажнение.
2. Баротравма.
3. Волюмтравма.
4. Ателектотравма.
5. Биотравма.
6. Токсичность кислорода.
Увлажнение
Для того, чтобы предметно говорить об увлажнении, напомним определения физического понятия влажности. Абсолютная влажность (АВ) - это количество водяного пара, содержащегося в единице объема газа (единица измерения - мг/л). Максимальная абсолютная влажность (МАВ) - это максимальное количество (мг/л) водяного пара для данной температуры газа или емкость газа для паров воды при данной температуре. Чем выше температура газа, тем больше максимальная абсолютная влажность. Насыщение газа водяным паром больше МАВ невозможно - происходит конденсация влаги в виде тумана и росы.
33
А. ГОРЯЧЕВ И. САВИН
Повреждение легких при ИВЛ §1.3
Соотношение максимальной абсолютной влажности и температуры воздуха
Температура С?
Макс. абсолютная влажность мг/л
15 20 30 31 32 33 34 35 36 37
13 17 30 32 34 36 38 40 42 44
Относительная влажность (ОВ) - это отношение реальной абсолютной влажности газа к максимальной абсолютной влажности для данной температуры газа, выраженное в процентах (АВ/МАВ?100%)
Соотношение максимальной абсолютной влажности и температуры воздуха
Уздорового человека при дыхании через нос происходит согревание воздуха до 37?С и увлажнение до 100% относительной влажности, что соответствует 44мг/л абсолютной влажности. Ежедневные потери здорового человека при самостоятельном дыхании через нос составляют приблизительно 250мл воды и 350ккал тепла в сутки. Важно отметить, что испарение происходит со слизистой оболочки носа и верхних дыхательных путей.
Мерцательный эпителий трахеи и бронхов представлен преимущественно цилиарными клетками (cilia - ресничка). Каждая такая клетка имеет 200-250 ресничек, которые колеблются с частотой 15/сек, непрерывно изгоняя бронхиальный секрет из дыхательных путей. Бронхиальный секрет продуцируют бокаловидные клетки эпителия и бронхиальные железы. Мерцательный эпителий трахеи и бронхов может эффективно работать только при нормальной вязкости бронхиального секрета. www.nsicu.ru 34
Часть I Основа взаимопонимания авторов и читателей
В современных руководствах по ИВЛ [3, 4, 9, 10] вместо привычного термина увлажнение используется понятие «кондиционирование дыхательной смеси». Кондиционирование включает в себя очистку (фильтрацию), согревание и увлажнение дыхательной смеси. Избыточное увлажнение приводит к конденсации влаги и разжижению секрета, - изгнание такого секрета требует большего количества движений ресничек.
Недостаток увлажнения дыхательной смеси приведет повышению нагрузки на бронхиальные железы, избыточной потере воды - до 800мл и энергии - до 500ккал в сутки. При этом в отличие от нормальной физиологической ситуации, когда согревание и увлажнение вдыхаемого воздуха происходит в полости носа, - у интубиро-ванного или трахеостомированного пациента испарение происходит со слизистой оболочки трахеи и бронхов, что приводит к повышению вязкости бронхиального секрета. При достижении критического уровня вязкости цилиарные клетки оказываются не в состоянии удалять секрет из дыхательных путей. После этого цилиарные клетки утрачивают реснички. Очевидно, что нарушение эвакуации мокроты приводит к росту частоты воспалительных осложнений. Повреждение реснитчатого эпителия выявляются уже через 10 минут вентиляции сухим газом. Процесс восстановления ресничек длительный и энергозатратный. Длительность восстановления зависит от большого количества факторов и в каждом случае индивидуальна, но в среднем занимает 2-3 недели после восстановления влажности и нормальной температуры дыхательной смеси.
Важно отметить, что после того, как резервы увлажнения с поверхности трахеи и бронхов исчерпаны, и неувлажненный воздух достигает альвеол, начинается испарение с поверхности альвеол и происходит повреждение сурфактанта.
Вязкая мокрота налипает на стенки интубационной или трахеостомической трубки, сужая ее просвет вплоть до полной обтура-ции.
Таким образом, идеальное решение задачи кондиционирования дыхательной смеси выглядит так:
35
А. ГОРЯЧЕВ И. САВИН
Повреждение легких при ИВЛ §1.3
В ТРАХЕЮ ПАЦИЕНТА ДОЛЖНА ПОСТУПАТЬ ОЧИЩЕН-НАЯ ДЫХАТЕЛЬНАЯ СМЕСЬ 100% ВЛАЖНОСТИ НАГРЕТАЯ ДО 37?С.
Очевидно, холодные увлажнители барботажного и пульверизаторного типа не обеспечивают достаточного увлажнения и не согревают дыхательную смесь.
К сожалению, на основании собственного опыта и авторитетного мнения классиков [3, 4, 5, 7, 10] мы вынуждены отметить, что тепло-влагосберегающие фильтры для ИВЛ при великолепной фильтрации (в том числе антибактериальной) не обеспечивают необходимого увлажнения.
Долгое время лучшими были нагревательные увлажнители типа «Benett» (аппараты ИВЛ Drager), где в закрытой емкости с большой поверхностью испарения автоматически поддерживается нужная температура воды. Недостатком этих увлажнителей является то, что при движении по шлангу дыхательного контура к пациенту дыхательная смесь несколько охлаждается, а влага конденсируется на стенках шлангов.
В настоящее время лучшими являются увлажнители - обогреватели, где в дополнение к емкости испарителя в шлангах проложен нагревающий провод. Благодаря системе автоматического поддержания температуры, получающей информацию из трех точек дыхательного контура, удается добиться оптимального увлажнения и согревания дыхательной смеси и избежать выпадения конденсата в дыхательном контуре (увлажнители Fisher&Pyker).
При спонтанном дыхании для уменьшения потерь тепла и влаги на трахеостомическую трубку необходимо надевать тепло-вла-госберегающий фильтр («искусственный нос»), который достаточно эффективно кондиционирует дыхательную смесь, не ограничивая свободы пациента. Очень важно следить за проходимостью искусственного носа, который может забиваться слизью при кашле.
www.nsicu.ru 36
Часть I Основа взаимопонимания авторов и читателей
Приводим наиболее простую шкалу оценки вязкости бронхиального секрета: 1. Жидкий - после аспирации мокроты санационный катетер чист. 2. Умеренно вязкий - после аспирации мокроты санационный катетер сразу очищается при промывании водой.
3. Вязкий - после аспирации мокроты санационный катетер трудно отмыть от мокроты.
Баротравма
Баротравма - это разрыв тканей легких или бронхов в ходе ИВЛ. Дословный перевод - повреждение давлением.
Последствия разрыва > пневмоторакс или пневмомедиасте-нум > выключение части легких из газообмена и смещение средостения > гипоксия и нарушения гемодинамики > угроза жизни пациента.
Наиболее часто при ИВЛ баротравма происходит в зонах где альвеолы прилежат к бр
Список литературы
Литература: Chang D W CLINICALAPPLICATION of Mechanical Ventilation by David W. Chang 3d Edition 2006
Chatburn R L Fundamentals of Mechanical Ventilation:ASHORT Course on the Theory ANDAPPLICATION of Mechanical Ventilators by Robert L. Chatburn 2nd Edition 2004
Hess D R &. Kacmarek R M Essentials of Mechanical Ventilation by Dean R. Hess and Robert M. Kacmarek 2nd Edition 2002
MACINTYRE N R & Branson R D Mechanical Ventilation by Neil R. MACINTYRE and Richard D. Branson 2nd Edition 2008
Papadakos PJ & Lachmann B Mechanical Ventilation: CLINICALAP-plications and Pathophysiology by Peter J. Papadakos and B. Lachmann 2008
Pilbeam S P Mechanical Ventilation: Physiological and CLINICALAP-plications (Mechanical Ventilation) by Susan P. Pilbeam and J. M. Cairo 4-th Edition 2006.
Tobin M J Principles and Practice of Mechanical Ventilation, by Martin J. Tobin 2nd Edition 2006
Гриппи М Патофизиология легких (перевод с английского) «Бином» М. 1997
Кассиль В Л, Выжигина М А, Лескин Г С Искусственная и вспомогательная вентиляция легких — М., 2004
Сатишур О Е Механическая вентиляция легких - М.,2006
www.nsicu.ru 252
Оглtrialие: 0.1.Введение................................................................................................5 1.0 .Часть первая (основа взаимопонимания авторов и читателей)..8 1.1.Самая простая классификация аппаратов ИВЛ (или о чем speech).......................................................................................9 1.2.Респираторная механика - необходимый минимум ......................12 1.3.Повреждение легких при ИВЛ.........................................................33 2.0. Часть вторая
(основы классификации режимов ИВЛ) ..............................................44 2.1. Вступление ко второй части книги.................................................45 2.2.Управление вдохом (Control) и управляемая переменная (Control Variable)......................................................................................48 2.3.Фазы дыхательного цикла и логика переключения аппарата ИВЛ............................................................................................61 3.4.Что такое trigger (триггер), или как аппарат ИВЛ узнает, что пора начать вдох?...................................................................................65 2.5.Предельные параметры вдоха (Limit variable).............................. 69 2.6.Программа, выполняющая переключение с вдоха на выдох - Cycle..........................................................................74 2.7.PEEP, СРАРИ Baseline.......................................................................77 2.8.Почувствуйте разницу (отличия программ работающих во время дыхательного цикла).................................................................. 81 2.9.Выяснение отношений между фазовыми и управляемыми переменными............................................................................................83 2.10. Паттерны ИВЛVENTILATORY Patterns................................................91 2.11.Под знаком CMV...............................................................................94 2.12.Под знаком CSV................................................................................96 2.13.Под знаком IMV................................................................................99 2.14.Использование принципа обратной связи в управлении аппаратом ИВЛ.......................................................................................103 2.15.Эволюция логических систем (принципов) управления аппаратом ИВЛ.......................................................................................104 2.16.Стратегия управления вдохом Control Strategy..........................108 Часть третья (имена режимов ИВЛ и характеристики).....................112 3.1.Внимание!Warnning!.......................................................................113
3.2.Режимы вентиляции и терминологическая путаница..................114 3.3.СРАР...................................................................................................116 3.4.CMV...................................................................................................119 3.5.Inverse RATIOVENTILATION....................................................................131 3.6.Pressure cycled ventilation................................................................134 3.7.Pressure SUPPORTVENTILATION..............................................................136 3.8.Intermittent MANDATORYVENTILATION SIMV......................................145 3.9.Спонтанное дыхание на двух уровнях давления..........................157 3.10.Biphasic positive airway pressure (BIPAP).....................................161 3.11.BILEVEL.............................................................................................172 3.12.Bivent...............................................................................................175 3.13.Mandatory minute ventilation..........................................................178 3.14.Вступление к описаниям режимов с двойным управлением (Dual Control)...................................................................181 3.15.Двойное управление в течение вдоха Dual control within a breath........................................................................................................183 3.16.Volume Support...............................................................................186 3.17.PRVC...............................................................................................189 3.18.AUTOFLOW..........................................................................................194 3.19.Automode.........................................................................................197 3.20 Proportional assist ventilation или Proportional pressure support.......................................................................................199 3.21.NAVA...............................................................................................202 3.22.Smartcare PS....................................................................................204 3.23.Adaptive support..............................................................................206 3.24.Опции..............................................................................................211 3.25.Заключение.....................................................................................215 3.26.Словарь...........................................................................................225 3.26.Список литературы........................................................................251
Если Вы врач-реаниматолог, не можете ответить, что значат: «паттерн ИВЛ», «способ согласования вдохов», «способ управления вдохом», «управляемый параметр», «временные интервалы дыхательного цикла», «фазы дыхательного цикла», «фазовые переменные», «условные переменные» и «принцип управления», как работает триггер аппарата ИВЛ и как происходит переключение с вдоха на выдох - эта книга для Вас. Мы постоянно сталкиваемся с тем, что одинаковые режимы ИВЛ на разных аппаратах имеют разные названия и, нередко разные режимы ИВЛ названы одинаково или почти одинаково.
Цель этой книги, - рассказать, как наши коллеги, врачи-реаниматологи, во всем мире договорились классифицировать режимы ИВЛ. Автором классификации является профессор Кливлендского университета Роберт Чатбурн (Robert L. Chatburn).
Эта классификация режимов ИВЛ утверждена на согласительной конференции по аппаратам ИВЛ (Consensus statement on the essentials of mechanical ventilators) Американской ассоциации по респираторной терапии и опубликована в 2001 году в 46 томе журнала «Respiratory Care» на стр. 604-621 под заголовком «A new system for understanding modes of mechanical ventilation».
Книга поможет понять, чем отличаются 6 вариантов режима «IMV» на аппаратах фирмы Drager. Являются ли синонимами названия режимов: «BIPAP», «Duo-PAP», «ARPV/ Biphasic», «BIVENT», «Bilevel», «SPAP», «APRV», «Intermittent CPAP», «CPAPWITH release»? В книге описано 28 режимов созданных на основе способа согласования вдохов CMV. Как лаконично описать режим ИВЛ, чтобы его нельзя было спутать с другим и Вас поняли коллеги во всем мире? Авторы книги приводят описание всех известных им режимов ИВЛ - более шестидесяти.
Книга богато иллюстрирована и сопровождена англо-русским словарем респираторных терминов, что поможет Вам читать научную литературу и инструкции к аппаратам ИВЛ в оригинале.
Книгу написали А.С. Горячев и И.А. Савин - врачи реаниматологи высшей категории отделения реанимации НИИ нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко. Электронная книга - «Основы ИВЛ» и полный текст в формате PDF в свободном доступе на сайте www.nsicu.ru.