7 семестр / Лаба 1 / Metoda

В первом варианте применяется пробоотбор выдыхаемого воздуха из дыхательного контура пациента аспирации газа в измерительную кювету (данная методика называется капнометрией в боковом потоке).

Во втором варианте, использующем основной поток газа, датчик устанавливается в эндотрахеальной трубке, находящейся непосредственно в дыхательном контуре пациента (методика носит название капнометрии в основном потоке).

Рассмотрим схему реализации первого варианта (рис. 1.17). Проба воздуха, полученная из дыхательного контура пациента, поступает через загуб- ник-патрубок (2) в стакан-влагосборник (1). Для этого в дыхательный контур пациента обычно встраивается специальный адаптер, конструкция которого показана на рис. 1.16. Стакан необходим, для того чтобы не допустить попадания конденсата (образующегося из-за того, что, как правило, температура дыхательной смеси выше температуры окружающей среды) водяных паров в измерительную кювету (ИзК). После удаления излишков влаги проба воздуха поступает через пробоотборную трубку 3 в измерительную кювету, где производится оценка концентрации углекислого газа. Для этого светодиод (СД), запитанный от стабилизированного источника напряжения (СИН), формирует световой поток, который становится монохроматическим после прохождения селективного фильтра (СлФ). Поток проходит через пробу воздуха, теряя часть своей энергии, и поступает на фотоприемник (ФП), где преобразуется в электрический сигнал. Сигнал обрабатывается микроконтроллером (МК), рассчитанные значения концентрации углекислого газа и капнограмма выводятся на мониторе (М). В случае выявления нарушений в капнограмме автоматически активируется блок тревожной сигнализации (БС). Обработанная проба откачивается из измерительной кюветы при помощи насоса (Н).

Рис. 1.17. Схема капнометра с пробоотбором из замкнутого контура:

1 – стакан-влагосборник, 2 – загубник-патрубок, 3 – пробоотборная трубка

31

Рис. 1.18 дает наглядное представление о внешнем виде систем для проведения капнометрии в боковом потоке.

Рис. 1.18. Капнометрия в боковом потоке

Достоинством капнометрии бокового потока является ее дешевизна и возможность контроля СО2 у неинтубированных пациентов. Также к достоинствам можно отнести:

–возможность применения легких и дешевых одноразовых адаптеров для присоединения к дыхательным путям;

–защищенность всех сложных, хрупких и дорогостоящих частей измерительной системы, находящихся внутри корпуса прибора;

–наличие адаптеров для самых разных клинических ситуаций;

–возможность одновременного определения нескольких газов в одной

пробе.

Имеется и немало недостатков:

–из-за узости отверстия трубки забора воздуха возможна ее обтурация бронхиальным секретом, особенно при использовании у пациентов с трахеобронхитом и пневмонией;

–для получения достоверного результата пробу газа необходимо освободить от водяных паров, а используемые для этого встроенные фильтры и ловушки недостаточно эффективны;

–высокая скорость забора пробы (150 мл/мин) и значительный размер приводящих магистралей ограничивает использование методики у новорожденных и детей;

–возможно попадание мокроты в магистраль прибора с ее блокированием, так как забор воздуха производится через отверстие в дыхательном контуре. Для предупреждения этого необходим строгий контроль над положением адаптера капнографа, который должен находиться всегда выше интубаци-

32

онной трубки, что не всегда возможно при транспортировке больного или в экстренной ситуации;

– для корректной оценки pЕТСО2 необходима некоторая длительность дыхательного цикла, поэтому при тахипноэ возможно усреднение капнограммы и артефактное снижение показателя;

– капнограмма, полученная при использовании метода бокового потока, является отсроченной из-за транспортной задержки – времени, которое требуется на аспирацию газа из дыхательного контура в камеру анализатора [11].

Достаточно важное значение при использовании капнометров с пробоотбором из дыхательного контура приобретает контроль адекватной работы его воздуховодов. Остановимся на этом моменте более подробно на примере работы автономного капнометра, представленного на рис. 1.19.

6

Воздух

Газ

Управление

клапанами

Рис. 1.19. Схема автономного капнометра

Проба газа поступает в прибор через ловушку влаги 2, представляющую собой цилиндрический стакан, установленный вертикально. В верхней крышке стакана размещены патрубки ввода и вывода пробы газа. В боковой стенке стакана имеется патрубок отсоса газа. Влага, конденсирующаяся в соединительной трубке, стекает на дно стакана, так как патрубок ввода газа направлен вниз. Вязкий компонент конденсата может перекрыть патрубок вывода газа.

33

В этом случае давление в аспирационной системе падает, и по сигналу датчика давления 10 включается клапан отсоса 15, что приводит к отсосу газа через боковой патрубок стакана ловушки. Затем измерительная ячейка 3 продувается струей воздуха, в направлении, обратном рабочему ходу газа, поступающего через открытый клапан 11. После ловушки влаги анализируемый газ проходит измерительную ячейку 3 датчика, буфер давления 12, насос 16 и поступает на выходной патрубок прибора.

Датчик капнометра выполнен по компенсационной двухканальной схеме, уменьшающей погрешности, связанные с нестабильностью элементов датчика. Свет излучателя 5 разделяется на два луча, один из которых проходит измерительную ячейку 3 и поступает на фотоприемник 7, другой поступает на тот же фотоприемник, проходя через компенсационную ячейку 4, заполненную газом с известной концентрацией СО2.

Включение каналов синхронизируется коммутатором 6, используемым далее в тракте усиления сигналов фотоприемника для разделения сигналов измерительного и компенсационного каналов.

МикроЭВМ 14 выполняет: процедуры обработки сигналов; компенсации погрешностей, связанных с нестабильностью источника излучения, дрейфом датчика и усилительной схемы, температурным дрейфом; определение текущей величины содержания СО2; вывод данных на дисплей 17.

Установка нуля прибора осуществляется с помощью клапана 11, при включении которого, а также клапана отсоса 15, комнатный воздух (содержание СО2 около 0,05 %) проходит через измерительную ячейку 3 в обратном направлении. Градуировка и поверка капнометра осуществляется с помощью проб газов с калиброванной концентрацией СО2, входящих в комплект прибора.

Приборы, реализующие второй вариант, носят название проточные капнометры или капнометры с измерением в прямом потоке. Как следует из названия, они работают без непосредственного пробоотбора. Скорость поступления анализируемого газа определяется скоростью выдоха пациента. Для защиты измерительной цепи от воды, содержащейся в выдыхаемом воздухе, измерительная ячейка с датчиком нагревается до температуры 40 °С, что предотвращает конденсацию воды на стенках измерительной камеры. При таких конструкциях датчика измерения абсорбции чаще всего выполняются по однолучевой схеме на двух длинах волн. Схема подобных приборов

34

представлена на рис. 1.20. В целом измерение осуществляется аналогично прибору на рис. 1.17 с той лишь разницей, что в данном случае не требуется специально отводить из дыхательного контура пациента пробу воздуха.

В этой схеме нет транспортного запаздывания и насоса, но возникают проблемы точной установки камеры на тройнике пациента, размещения блоков в непосредственной близости от пациентов и конденсации влаги на разделительных окнах.

СлФ

Рис. 1.20. Схема проточного капнометра: СИН – стабилизированный источник питания; СД – излучающий светодиод; СлФ – селективный фильтр; СП – светоприемник;

МК – микроконтроллер; М – монитор; Кл – клавиатура; БС – блок тревожной сигнализации; ИК – измерительная камера

Рис. 1.21 дает наглядное представление о внешнем виде систем для проведения капнометрии в основном потоке.

Поскольку в данном случае измерение проводится непосредственно в дыхательном контуре, то возникает потребность в специальном адаптере для встраивания туда капнометрического датчика. Адаптеры для капнометрии в основном потоке бывают одноили многоразовыми и стоят значительно дороже, чем таковые у капнометров с пробоотбором. На адаптер снаружи надевается съемный датчик, в который вмонтированы источник монохроматического ИК-излучения и вся измерительная система. После включения монитора пациента (НДА (наркозно-дыхательная аппаратура) или ИВЛ аппарата с функцией капнографии) требуется некоторое время для разогрева самого датчика. Рис. 1.22 дает наглядное представление о том, как датчик и адаптер подключают к дыхательному контуру.

Как и у капнометров с пробоотбором, у проточных капнометров есть достоинства и недостатки.

35

Рис. 1.21. Капнометрия в основном потоке

Рис. 1.22. Подключение датчика капнометра к дыхательному контуру

К достоинствам можно отнести:

–повышенное быстродействие (время реакции 30…60 мс);

–отсутствие необходимости в обезвоживании газовой смеси;

–оптимальность при анестезии по закрытому контуру. Недостатки подобных систем:

–увеличенный риск смещения или перегиба интубационной трубки изза большого веса устанавливаемых на ней деталей;

–повышенный риск поломки самой дорогой части монитора – датчика;

–невозможность определения иных газов, кроме CO2;

–невозможность использования разнообразных адаптеров;

–высокая стоимость расходных материалов (адаптера, датчика).

36

Использование в капнометрах основного и бокового потока довольно широкого спектра инфракрасного излучения приводит к снижению специфичности получаемых показателей: излучение поглощается не только СО2, но и N2O, а также некоторыми анестетиками, что может искажать истинную величину pЕТСО2. Для устранения этого недостатка используют программную или аппаратную коррекцию, которая далека от совершенства. Еще одним недостатком капнометрии бокового и основного потока является риск микробной контаминации аппаратуры и в последующем дыхательных путей больного.

Для исключения или нивелирования указанных негативных черт капнометрии был создан и получил широкое распространение метод молекулярной корреляционной спектроскопии (molecular correlation spectroscopy – MCS),

называемый также методом минимального потока (microstream) [13]. Основным достоинством микропотоковых капнометров является их спе-

цифичность, которая обеспечивается использованием нерассеивающегося инфракрасного микролуча с узким спектром, настроенного исключительно на поглощение спектра СО2. Этот луч генерируется миниатюрным лазерным монохроматическим излучателем, величина измерительной камеры которого составляет 15 мкм3. Благодаря маленькой измерительной камере разработчикам метода удалось снизить скорость забора проб до 50 мл/мин при сохраненной точности измерения. Столь низкие скорости забора делают более надежной работу капнографа при использовании его у неинтубированных пациентов, а также у пациентов с небольшими дыхательными потоками: детей и новорожденных. С этой целью разработаны специальные носовые канюли (рис. 1.23).

Рис. 1.23. Газовая магистраль капнографа со встроенными носовыми и оральными канюлями

37

Для предупреждения конденсации влаги, секретов дыхательных путей и микробной контаминации в микропотоковых капнометрах используют специальные адаптеры. Забор газа в microstream-адаптерах производится через несколько микропортов, имеющих гидрофобное покрытие, расположенных по периметру адаптера и ориентированных в различных направлениях. Благодаря такой конструкции забор воздуха производится не из края воздушного потока, а из его середины, что позволяет минимизировать аспирацию секрета. Кроме того, забор проб становится менее зависимым от положения пациента и ориентации адаптера.

Благодаря использованию влагопроницаемой трубки для забора проб значительно уменьшается поступление воды и микроорганизмов в камеру датчика. Микропоры в трубке позволяют влаге выходить из забранной порции газа, пока она проходит по трубке. Поступление влаги и бактерий снижается также благодаря тому, что на входе в прибор расположены субмикронные фильтры. Небольшой внутренний диаметр линии забора (всего 1 мм) сохраняет поток газа по магистрали ламинарным даже при очень высокой частоте дыхания, что делает капнограмму информативной при использовании у маленьких детей и выраженной дыхательной недостаточности.

Рассмотрим примеры капнометров, применяемых в клинической практике. В качестве примера капнометра с пробоотбором можно рассмотреть

прибор CAPNOCOUNT® mini, представленный на рис. 1.24.

Рис. 1.24. Внешний вид капнометра CAPNOCOUNT® mini

38

Капнометр CAPNOCOUNT® mini позволяет определять с высокой точностью позицию эндотрахеальной трубки, а также оценивать эффективность компрессий грудной клетки (во время сердечно-легочной реанимации). Содержание CO2 измеряется в трубке, которая соединена с измерительным прибором через адаптер и трубку для отбора образцов газовой смеси.

Прибор может использоваться для мониторинга:

–интубации;

–дыхания;

–реанимации;

–при транспортировке пациента.

К характерным особенностям прибора можно отнести:

–возможность мобильной эксплуатации;

–до трех часов работы от перезаряжаемой батареи для проведения про-

цедур;

–точность мониторинга дыхания идентична точности приборов, используемых в клиниках;

–возможность автоматической калибровки;

–точность обследования сохраняется даже при изменяющихся температуре и атмосферном давлении;

–проведение калибровки в течение 3 с, а также при изменении высоты в вертолетах «скорой помощи»;

–наличие стандартной батарей NiCd с длительностью работы 2 ч; дополнительной батареи NiMH с длительностью работы 3 ч;

–в комплектацию прибора может входить станция для печати и зарядки

батарей для CAPNOCOUNT® mini и пульсового оксиметра OXYCOUNT mini, зарядка аккумуляторов во время работы. В этом случает зарядка запасных батарей осуществляется в специальном отделении в течение 2 ч.

Основные технические характеристики прибора представлены в табл. 1.7. В качестве примера проточного капнометра можно рассмотреть прибор

EMMAтм, представленный на рис. 1.25.

Капнометр EMMAтм – это монитор для количественного анализа углекислого газа в основном потоке. Он представляет собой корпус датчика, который защелкивается сверху на одноразовом адаптере воздуховода EMMA. К характерным особенностям прибора можно отнести следующие:

39

Таблица 1.7

Основные технические характеристики капнометра CAPNOCOUNT® mini

Автономность. Капнометр для чрезвычайных ситуаций EMMA™ создан с использованием современных достижений в компонентной и микропроцессорной технологии и использует разработанный компанией PHASEIN стандарт IRMA для определения ETCO2 и частоты дыхания. Аппарат работает в автономном режиме, обладает высокими эргономическими свойствами.

Мобильность обеспечивается питанием от двух стандартных ААА батарей. Срок автономной работы монитора – 8 ч.

40