Глава 3 Оксиметрия Технология метода

Оксиметрия — это измерение содержания кислорода в различных средах, как жидких, так и газообразных. В анестезиологии и интенсивной терапии данный термин имеет более специфическое значение.

В медицине критических состояний оксиметрией называется измерение концентрации кислорода в дыхательных газовых смесях.

Несмотря на очевидную важность оксиметрического контроля, он получил распространение лишь в течение двух прошедших десятилетий. Такая задержка связана в основном с довольно серьезными техническими проблемами, которые удалось решить относительно недавно.

Первые оксиметры, способные работать в мониторном режиме, представляли собой электрохимические устройства, чей потенциал зависел от концентрации кислорода в анализируемой среде. Из-за низкой скорости реакции они заслужили название "медленных" и оказались пригодными преимущественно для контроля концентрации кислорода во вдыхаемом газе. В результате сформировалось устойчивое представление об оксиметрии в целом как о методе мониторинга наркозно-дыхательной аппаратуры.

Кардинальные изменения в этой области произошли в 1985 году, когда финская фирма DATEX разработала первый быстродействующий оксиметр и приступила к его серийному производству. Вскоре стало очевидно, что способности оксиметрии не ограничиваются мониторингом содержания кислорода в шланге вдоха респиратора. Возможность определения альвеолярной концентрации кислорода делает оксиметрию методом мониторинга не только аппаратуры, но и состояния пациента; к тому же клиническая ценность получаемой при этом информации оказывается весьма и весьма высокой. Тем не менее внедрение оксиметрии — самого молодого метода мониторинга газообмена — в повседневную практику отделений анестезии и интенсивной терапии происходит медленнее, чем она того достойна.

Медленная оксиметрия

Это первый и наиболее широко применяемый вариант метода. Медленнодействующие оксиметры отличаются малой скоростью ответа на изменения концентрации кислорода: обычное время реакции — 2-3 с (в некоторых случаях — 15 с). Очень редкие модели оксиметров имеют время реакции 0,6-1,0 с. Главное, если не единственное, назначение оксиметров данного типа — отслеживать содержание кислорода во вдыхаемом или вдуваемом газе, поэтому медленная оксиметрия по своей сути является методом мониторинга наркозно-дыхательной аппаратуры и не дает никакой информации о состоянии пациента.

Датчик медленного оксиметра располагается, как правило, в шланге вдоха респиратора или наркозного аппарата (mainstream analysis)¹. При попытке установить датчик между тройником контура и интубационной трубкой или в шланге выдоха монитор не успевает реагировать на быстрые чередования концентраций кислорода во вдыхаемом и выдыхаемом газах и демонстрирует усредненную величину РО₂ диагностическая ценность которой близка к нулю².

¹Подробнее о системах газоанализаторов см. в гл. "Канпофафия".

²В единичных моделях медленнодействующих оксиметров используется принцип непрерывною отбора пробы iata (sick-stream analysis) Более того, с помощью системы внутренних клапанов, управляемых сшпалами с капнофафа, удается раздельно определять, концентрации кислорода не только во вдыхаемом, но н в выдыхаемом газе. Так работают, к примеру, мультигазовые мониторы OXICAP и RGM 5250 фирмы OHMEDA.

При всем при том медленнодействующие оксиметры обладают рядом неоспоримых достоинств. Они относительно недороги, компактны, очень просты в обращении и способны своевременно обнаруживать изменения концентрации кислорода в дыхательной смеси.

Датчик для медленной оксиметрии — это электрохимическая система, на потенциал которой влияет концентрация кислорода. В медицине нашли применение три разновидности таких датчиков:

• полярографический элемент Кларка;

• гальванический элемент;

• циркониевый элемент.

Полярографический элемент, изобретенный в 1952-1954 годах американским физиологом, биохимиком и электрохимиком Леландом Кларком¹, состоит из двух электродов — тончайшего платинового катода, впаянного в стеклянный стержень, и серебряного анода,— погруженных в раствор хлористого калия. На электроды подается слабое поляризующее напряжение. Кислород, проникающий в раствор из окружающей среды через тонкую тефлоновую мембрану, восстанавливается на катоде, что сопровождается появлением тока, сила которого зависит от концентрации кислорода.

¹Leland С. Clark Jr. известен также как открыватель анаболического эффекта стероидных гормонов и как изобретатель пузырькового экстракорпорального оксигенатора. Собственно, полярографический электрод был создан Кларком для контроля работы оксигенатора, однако вскоре получил широчайшее распространение как компонент анализагоров газового состава крови.

Не рискуя утомлять читателя описанием электрохимических процессов, протекающих на электродах, перейдем к некоторым существенным подробностям работы системы. Между платиновым катодом и тефлоновой мембраной имеется тончайший слой электролита, где и совершается процесс восстановления кислорода. На проникновение кислорода через мембрану и насыщение им раствора требуется от 3 до 15 с, чем и определяется замедленная реакция монитора. Мембрана и раствор электролита нуждаются в периодической замене. Стоимость специальных наборов для ухода за измерительным элементом — около 70 долларов США. Средний срок службы самого элемента — около 3 лет; по их истечении точность измерения, особенно в диапазоне высоких концентраций кислорода, начинает снижаться. Интенсивность электрохимических процессов зависит от температуры, а изменения температуры влекут за собой снижение точности измерения. Еще одним фактором, нарушающим работу элемента, служит присутствие в анализируемом газе паров галотана (фторотана). К немногочисленным достоинствам системы относятся компактность и дешевизна мониторов (500-700 долларов США); при этом, однако, нужно учитывать неизбежность последующих расходов (около 100 долларов в год) на поддержание прибора в рабочем состоянии.

Гальванический элемент (galvanic [fuel] cell) на сегодняшний день — самый распространенный вариант кислородного датчика. Это — электрохимическая система, состоящая из золотого катода и свинцового анода, погруженных в раствор гидроксида калия, способная вырабатывать электрический ток в присутствии кислорода. Сила тока линейно зависит от концентрации кислорода в окружающей среде. Поскольку ухаживать за датчиком гальванического элемента практически не нужно, система используется гораздо шире, чем полярографические электроды. На срок службы элемента влияет концентрация кислорода в газовых смесях, поэтому в документации обозначается в размерности "%часы". Так, если срок эксплуатации элемента равен 200 000 % часам, это означает, что в атмосфере чистого кислорода датчик отработает приблизительно 3 мес., а в атмосферном воздухе — около 15 мес.¹. Средняя продолжительность жизни элемента в нормальных рабочих условиях составляет примерно один год, по прошествии которого калибровки становятся все более затруднительными, а потом и вовсе невозможными. Регенерации датчик не подлежит, а его ежегодная замена обходится в 400 долларов США.

¹Данный гальванический элемент подобен обычной батарейке, срок службы которой зависит от нагрузки.

В настоящее время выпускаются гальванические элементы с повышенной скоростью реакции, которая достигается за счет применения сверхтонких тефлоновых мембран. В частности, скорость реакции гальванического датчика монитора Poet IQ (CRITICARE) — 600 миллисекунд. Такая скорость уже позволяет измерять как инспираторную, так и конечно-экспираторную концентрацию кислорода, но еще непригодна для точного воспроизведения оксиграммы на дисплее. Серьезный недостаток системы — высокие эксплуатационные расходы: средний срок службы датчика стоимостью 300 долларов — всего 6 мес.

Циркониевый элемент в обычных оксиметрах не используется из-за высокой рабочей температуры (около 800 °С) и находит применение лишь в некоторых моделях метаболографов.