Основные современные режимы механической вентиляции легких.
I. Принудительная вентиляция легких
(S)cmv (vcv, ippv) - (синхронизированная) - управляемая механическая вентиляция с контролем по объему (Volume Control Ventilation)
Характерные особенности:
задаются контролируемый объем и время вдоха (или инспираторный поток);
заданный дыхательный объем принудительно подается в дыхательные пути;
инспираторный поток удерживается до тех пор, пока не закончится подача заданного дыхательного объема (ДО).
инспираторная пауза — часть времени вдоха после окончания подачи дыхательного объема до начала выдоха, во время нее поток из аппарата прекращается;
пиковое и платовое давления в дыхательных путях являются величинами производными, они зависят от дыхательного объема, скорости пикового потока, формы потоковой кривой, податливости легких и сопротивления дыхательных путей.
Преимущества:
гарантируется заданный ДО, минутная вентиляция и адекватная элиминация СО2.
Недостатки:
неконтролируемый рост пикового давления в дыхательных путях — большая вероятность баротравмы;
подаваемый ДО поступает преимущественно в хорошо податливые зоны легких;
при рестриктивной патологии легких — развитие «разрывающих» сил между «здоровыми» и пораженными альвеолами;
не компенсируется утечка из дыхательного контура или эндотрахеальной трубки.
Основные области применения:
кратковременная послеоперационная ИВЛ;
необходимость МВЛ при относительно интактных легких (центральная ОДН, нейромышечная ОДН и т. д.);
непродолжительная ИВЛ при обструктивной патологии;
имеющаяся дыхательная аппаратура предусматривает возможность только объемной МВЛ.
Начальные установки объемной принудительной ИВЛ:
ДО (Vt) - 7-9 мл/кг; ЧД (RR) -15-17/мин; о соотношение вдоха к выдоху (I: Е) - 1 :2;
инспираторная пауза (InspPause) - 0,3-0,4 с, или 15-20 % от времени вдоха, или 5-10 % от дыхательного цикла;
ПДКВ (PEEP) — 5 см вод.ст.;
инспираторный поток (Vinsp) – 50-55 л/мин; о форма потока - прямоугольная; о концентрация кислорода (Fi02) -40-50 %;
чувствительность триггера — 3— 3,5 л/мин или 2,5—3 см вод.ст.
В ряде вентиляторов различных производителей для обозначения этого режима применяются другие названия: (S)IPPV — вентиляция с перемежающимся положительным давлением, А/С — ассистируемо-контролируемая вентиляция, VCV — объемно-контролируемая вентиляция и т. д. Буква S, стоящая в скобках, обозначает возможность синхронизации принудительной объемной вентиляции с самостоятельной попыткой вдоха больного.
Сам механизм наглядно представлен на графике динамики давления и потока в дыхательных путях (рис. 1.).
Рис.1. Графики давления и потока в дыхательных путях при режиме с контролем по объёму.
На графике видно, что в начале вдоха давление растет очень быстро (отрезок АВ), что связано с необходимостью для аппарата преодолеть начальное инспираторное сопротивление дыхательных путей Rinsp. Далее давление в дыхательных путях Paw растет относительно постепенно (отрезок ВС) и достигает своего максимума после окончания подачи заданного дыхательного объема. Этому соответствует пиковое давление в дыхательных путях — Рреак. Здесь принудительный поток прекращается, но клапаны вдоха и выдоха остаются в закрытом состоянии — наступает инспираторная пауза. В течение этой паузы поступивший объем распределяется по более мелким дыхательным путям (фаза газораспределения), при этом давление снижается и стабилизируется (отрезок CD) — это давление плато Pplat, которое, как считается, хорошо коррелирует с давлением в бронхиолах и альвеолах. Разница между Рреак и Pplat зависит от инспираторного сопротивления дыхательных путей Rinsp: чем больше Rinsp, тем больше градиент Рреак— Pplat. Величина Pplat соответствует т. н. «эластическому» давлению и тесно связана со статической податливостью легочной ткани Cst (чем ниже Cst, тем выше Pplat). Регулярное определение податливости имеет большое значение для контроля состояния легких в процессе интенсивной терапии.
После окончания заданного времени инспираторной паузы экспираторный клапан открывается (точка D) и наступает пассивный выдох. В начале выдоха экспираторный поток Vexp быстро достигает своего максимума, а затем постепенно снижается до нулевой отметки. Давление в дыхательных путях снижается до уровня установленного ПДКВ (PEEP) — положительного давления в конце выдоха.
Подаваемый вентилятором дыхательный объем не является стабильной величиной. Реальная величина поданного объема зависит от эластичности дыхательного контура, податливости легких пациента и степени сжимаемости газа в контуре (чем больше пиковое давление в контуре, тем больше «сжимается» подаваемый объем). Уровень воды в увлажнителе также влияет на степень сжатия смеси: чем больше камера увлажнителя и меньше уровень воды в ней, тем в большей степени «сжимается» подаваемый объем. Таким образом, величина Vt весьма динамична и меняется при изменении состояния механики легких, дыхательных путей или контура.
При установке величины подаваемого дыхательного объема следует принимать во внимание следующее: если вентилировать больного «физиологическим» дыхательным объемом (Vt = 8—9 мл/кг), то неизбежно постепенное развитие ателектазирования задне-базальных отделов легких, которые хуже раздуваются при объемной ИВЛ, особенно в положении пациента на спине. Для того чтобы лучше поддерживать адекватное вентиляционно-перфузионное соотношение, рекомендуют использовать объемы на уровне 9— 11 мл/кг. С другой стороны, при ухудшении механических свойств легких (особенно податливости) высокие дыхательные объемы могут вызвать значительное увеличение пикового давления в дыхательных путях и, следовательно, способствуют развитию баротравмы (волюмотравмы) легких. Если у пациентов с низкой растяжимостью легочной ткани проводится объемная вентиляция, то для предупреждения бароволюмотравмы рекомендуют использовать низкие дыхательные объемы (не более 6—7 мл/кг), даже несмотря на риск развития альвеолярной гиповентиляции и задержки СО2 (гиперкапнии).
Синхронизированная (ассистируемая) принудительная вентиляция легких с контролем по объему — (S)CMV, (S)IPPV, А/С — Assist/Control
Это не самостоятельный режим вентиляции, а разновидность полностью контролируемой вентиляции легких. Установленный дыхательный объем принудительно подается синхронно с попытками вдоха больного, если они имеют место. Синхронизация достигается за счет правильной настройки триггерного механизма. Во-вторых, общая частота дыханий будет зависеть не только от настроек аппарата, но и от больного. Если частота «схватываемых» попыток вдохов будет больше, чем частота принудительных вдохов, установленных на аппарате (f), то общая частота дыхания (f total) будет равна числу попыток вдохов, т. е. больше, чем установлено на вентиляторе. Если же количество самостоятельных попыток вдоха будет меньше, чем частота аппаратного дыхания, то вентилятор будет поддерживать заданную в настройках частоту принудительной вентиляции независимо от наличия и количества попыток вдоха. При отсутствии, прекращении или урежении самостоятельных попыток вдоха аппарат продолжает работать в обычном принудительном режиме, подавая заданную частоту дыханий. Таким образом, при достаточно чувствительной настройке триггера все инспираторные попытки больного синхронизировано сопровождаются аппаратными вдохами (рис.2,а). Если же попыток вдоха нет или они относительно редкие, аппарат подает установленный ДО с заданной частотой (рис.2,б).
Рис.2. Синхронизированная принудительная объёмная вентиляция.
все попытки больного сопровождаются синхронизированной подачей принудительного дыхательного объёма- (S)CMV, общая работа дыхания равна числу попыток вдоха больного.
больной совершает значительно меньшее количество попыток вдоха (меньше чем аппаратная частота), общая работа дыхания равна количеству установленных аппаратных вдохов.
Таким образом, полная принудительная и ассистированная принудительная вентиляция отличаются между собой только по возможности синхронизации с попытками самостоятельных вдохов пациента. Хотелось бы подчеркнуть, что, несмотря на принцип синхронизации, это все же именно принудительная, а не вспомогательная вентиляция, так как дыхательный объем и работа дыхания почти полностью контролируется вентилятором, а участие больного ограничено инициацией триггера. Как не синхронизированный (CMV), так и синхронизированные (SCMV, SIPPV, А/С) режимы являются способами ИВЛ, при которых вентилятор выполняет всю или почти всю работу по поддержанию адекватной минутной вентиляции.
PCV - вентиляция с управляемым давлением - (Pressure Control Ventilation).
Суть режима PCV состоит в контролированном обеспечении и поддержании заданного инспираторного (пикового) давления в дыхательных путях в течение всего заданного времени вдоха (рис. 3.а.)
Характерные особенности:
на аппарате задаются контролируемое давление в дыхательных путях (Pcontrol сверх РЕЕР) и время вдоха Ti;
заданное контролируемое давление жестко удерживается в течение всего времени вдоха;
скорость нарастания давления в дыхательных путях регулируется величиной инспираторного потока;
максимальный уровень инспираторного (пикового) давления в дыхательных путях равен сумме Pcontrol и PEEP: Pinsp (Рреак) = Pcontrol + PEEP;
инспираторная часть потоковой кривой носит нисходящий характер, уровень необходимого инспираторного потока регулируется аппаратом автоматически;
реальный дыхательный объем нестабилен и является величиной производной; он зависит прежде всего от податливости легочной ткани и уровня Pcontrol (в меньшей степени — от Ti);
влияние на оксигенацию оказывают преимущественно параметры Ti, PEEP и FiО2.
Преимущества:
предупреждение (профилактика) баротравмы легких;
более равномерное расправление участков легких с различной растяжимостью и сопротивлением;
возможность вовлечения в процесс газообмена большего количества альвеол, как следствие - уменьшение внутрилёгочного шунтирования справа налево и улучшение оксигенации артериальной крови;
возможность поддержания в открытом состоянии альвеол и бронхиол при рестриктивной патологии легких — достигается за счет регулировки P control, PEEP и Ti; при необходимости проводят вентиляцию с обратным соотношением вдоха к выдоху (соотношение I: Е > 1:1; режим PCV-IRV);
наиболее эффективный способ ИВЛ при ОРДС (ARDS) и другой тяжелой рестриктивной патологии легких (распространенная пневмония, прогрессирующее ателектазирование);
компенсация умеренных утечек из контура (повреждение или отсутствие манжетки эндотрахеальной трубки).
Относительные недостатки:
нестабильность ДО — необходим постоянный мониторинг реальных показателей легочной механики и минутной вентиляции;
вероятность задержки в организме СО2 при низкой амплитудной разнице между Pcontrol и РЕЕР, а также при коротком выдохе;
плохая субъективная переносимость больными;
может проводиться только современными вентиляторами 3—4-го поколения;
расстройство гемодинамики при I: Е > 2 : 1 и высоком Pmean.
Рис.3. Вентиляция с управляемым
давлением PCV, кривые давления
(а) и потока (б).
На практике реальный уровень контролируемого давления оценивают по данным мониторинга Рреак на аппарате. Важно отметить, что режим с контролем по давлению является циклированным по времени: аппаратный вдох начинается через определенный промежуток времени (который зависит от установленной частоты дыхания) и оканчивается через заданное время вдоха. Непосредственная регулировка времени вдоха Ti, в течение которого удерживается контролируемое инспираторное давление, является характерной чертой PCV.
Сразу после начала вдоха аппарат создаст достаточно мощный поток для быстрого достижения заданного уровня давления в контуре. Как только давление в контуре достигает заданного уровня, поток автоматически снижается и клапан вдоха закрывается (точка В1, рис. 3. б). Мощный принудительный поток из аппарата не может мгновенно переместиться из контура в бронхиолы и альвеолы. Таким образом, в самом начале вдоха в режиме PCV создается довольно значительный градиент между давлением в дыхательном контуре и крупных бронхах, с одной стороны, и внутрилегочным (внутриальвеолярным) давлением — с другой. Результатом такого градиента является поток, направленный из крупных бронхов в мелкие дыхательные пути (бронхиолы) и альвеолы. Уровень этого потока максимален в начале вдоха, когда еще имеется существенный градиент давлений между трахеей и бронхиолами. Постепенно, вследствие повышения внутрилегочного давления, градиент давлений между контуром и легкими уменьшается, поэтому и поток дыхательного газа также снижается (отрезок В1—С1, рис. 3. б). Форма инспираторной потоковой кривой оказывается нисходящей, что является одной из характерных особенностей режима PCV. Как только давление в крупных и мелких дыхательных путях уравнивается, поток прекращается (точка С1, рис. 3. б). Если время принудительного вдоха еще не окончилось, наступает фаза нулевого потока (отрезок С1— D1, рис. 3. б), в этот период поданная воздушно-кислородная смесь продолжает участвовать в распределении по дистальным легочным полям и газообмене. При этом экспираторный клапан остается закрытым, и инспираторное давление удерживается на заданном уровне до окончания времени вдоха.
В отличие от объемной вентиляции, при PCV давление в дыхательных путях в течение вдоха не растет, так как по достижении заданного давления принудительный поток немедленно прекращается и далее носит спонтанный нисходящий характер. После окончания принудительного времени вдоха открывается экспираторный клапан и наступает пассивный выдох (отрезки С—D и D1—Е1, рис. 4. а и б) до уровня установленного внешнего РЕЕР.
Таким образом, жесткий контроль инспираторного (пикового) давления в течение принудительного вдоха — самая характерная особенность режима PCV .
Рис.4. Синхронизированная вентиляция с управляемым давлением.
Современные вентиляторы позволяют проводить синхронизированную (ассистированную) вентиляцию с управляемым давлением. Если у больного сохранены попытки спонтанного дыхания и триггер настроен оптимально, заданные параметры PCV (Pcontrol, Ti) будут синхронизировано подаваться при каждой попытке вдоха (рис. 4.а), при этом общая частота дыхания может быть больше установленной. Если такие попытки редки, очень слабые или прекращаются, число вдохов PCV будет соответствовать установленной частоте принудительных вдохов (рис. 4, б).
Одним из явных преимуществ режима PCV считается возможность обеспечения стратегии защиты легких и улучшение вентиляции наиболее пострадавших зон. Стабильное давление поддерживается на заданном предсказуемом уровне, значительно снижается вероятность баротравмы и имеется возможность сохранять Рреак в безопасных пределах. Считается, что сочетание стабильного инспираторного давления в течение всего времени вдоха и нисходящей формы инспираторного потока обеспечивает наиболее оптимальные условия для равномерной вентиляции различных зон легких, пораженных в большей и меньшей степени.
3) BIPAP - ИВЛ с двухфазным положительным давлением в дыхательных путях (Biphasic positive airway pressure).Синонимы: PCV+, DuoPAP, Bilevel, BiVent, SPAP.
Основные особенности:
на аппарате задаются 2 уровня положительного давления, поддерживаемого в дыхательных путях — высокое Pinsp (Phigh) и низкое СРАР (Plow), а также время удержания Pinsp (время вдоха Thigh) и частоту переключения СРАР (Plow) на Pinsp (Phigh) (частота принудительного дыхания);
имеется возможность самостоятельных дополнительных вдохов в любую фазу аппаратного вдоха и выдоха;
дыхательный объем является величиной производной: он зависит прежде всего от податливости легких и градиента Pinsp—СРАР.
Преимущества:
возможность относительно свободных дыхательных движений способствует более полному респираторному комфорту пациента;
сохранение работоспособности и «тренировка» дыхательных мышц, лучшая вентиляция задне-базальных отделов легких вследствие сокращения диафрагмы;
снижение потребности в седативной терапии, сохранение двигательной активности пациента и контакта с ним;
возможность отучения от ИВЛ без смены режима.
Относительные недостатки:
недостаточно жесткое удержание Pinsp не вызывает достаточного расправления альвеол при тяжелой рестриктивной патологии;
более выраженное спонтанное тахипноэ при сопутствующих заболеваниях (энцефалопатия, метаболический ацидоз и т.д.);
недостаточно полная компенсация утечки из дыхательного контура или дыхательных путей (например, при отсутствии или повреждении манжетки эндотрахеальной трубки).
Режим BIPAP (DuoPAP, PCV+) является разновидностью вентиляции с управляемым давлением: как и при PCV, в течение принудительного времени вдоха контролируется заданное инспираторное давление, а во время выдоха удерживается определенное РЕЕР/ СРАР.
Отличительной особенностью BIPAP является возможность для пациента совершать относительно свободные дыхательные движения как во время удержания «верхнего» инспираторного давления Pinsp (Phigh), так и в течение аппаратного выдоха — «нижнего» давления РЕЕР/СРАР (Plow). Ранее это считалось невозможным, ведь в режиме с жестким контролем по давлению (PCV) во время принудительного вдоха оба клапана (инспираторный и экспираторный) остаются закрытыми. В результате при попытке больного выдохнуть во время фазы принудительного вдоха давление в дыхательном контуре и дыхательных путях резко увеличивается, так как выдох из контура в это время невозможен, а аппарат продолжает жестко удерживать заданное инспираторное давление при закрытых клапанах. Аналогичная картина имеет место и при управляемой вентиляции с контролем по объему.
Режим BIPAP можно представить как вентиляцию с двумя положительными уровнями СРАР (принцип двухфазной вентиляции): фаза высокого давления Phigh (Pinsp) для осуществления аппаратного принудительного вдоха и фаза более низкого давления Plow (собственно СРАР) для поддержания РЕЕР (ПДКВ) (рис. 5).Частота аппаратного дыхания соответствует частоте переключения фазы низкого положительного давления Plow на фазу высокого давления Phigh. Время аппаратного вдоха Ti соответствует времени удержания фазы высокого давления и обозначается Thigh. Время аппаратного выдоха Те соответствует времени удержания фазы низкого положительного давления и обозначается T low.
Рис.5. Режим BIPAP, график давления. (Волны) соответствуют спонтанным попыткам
вдоха и выдоха пациента.
При использовании BIPAP самостоятельное дыхание больного возможно в любой момент дыхательного цикла. Если же спонтанные попытки дыхания пациента прекращаются или урежаются, то BIPAP практически соответствует PCV. В большинстве вентиляторов величину Pinsp (Phigh) устанавливают непосредственно, напрямую, а не суммируют с РЕЕР/ СРАР, как в режиме PCV. При этом регулировка «нижнего» давления СРАР (Plow) не влияет на уровень пикового инспираторного давления.
Возможность сохранения относительно свободных попыток спонтанного дыхания в любую фазу дыхательного цикла достигается в режиме BIPAP (PCV+) за счет синхронизации работы инспираторного и экспираторного клапанов (рис. 6).
Рис.6. Принцип двухфазной вентиляции BIPAP (DuoPAP), кривые давления и потока.
А - спонтанный вдох (клапан вдоха закрыт, выдоха – открыт),
В - спонтанный вдох (дополнительный инспираторный поток через открытый клапан
вдоха, клапан выдоха закрыт),
С - принудительный аппаратный вдох,
D - аппаратный выдох.
При дополнительной спонтанной попытке вдоха (точка В) открывается клапан вдоха и через него «по требованию пациента» подается дополнительный инспираторный поток. Во время внеочередного выдоха открывается экспираторный клапан. В результате в течение верхней и нижней фаз BIPAP происходят колебания положительного давления в дыхательных путях, но эти колебания несущественны. Благодаря своевременному созданию перемежающегося дополнительного инспираторного или экспираторного потока средний уровень обеих фаз давления остается на заданных значениях Phigh (Pinsp) и Plow (РЕЕР/СРАР).
Р.S. Положительное давление в конце выдоха (ПДКВ, PEEP) и постоянно положительное давление в дыхательных путях (ППДДП, СРАР):
Методы ПДКВ (PEEP) и ППДДП (СРАР) уже давно и прочно вошли в практику ИВЛ. Без них невозможно представить себе проведение эффективной респираторной поддержки у тяжелых больных. По современной международной терминологии общеприняты англоязычные аббревиатуры: для ПДКВ — PEEP (positive end-expiratory pressure), для ППДДП — СРАР (continuous positive airway pressure). Суть PEEP заключается в том, что в конце выдоха (после принудительного или вспомогательного вдоха) давление в дыхательных путях не снижается до нулевого уровня, а остается выше атмосферного на определенную величину, установленную врачом (рис.7, а).
Рис.7. PEEP и CPAP.
Функция СРАР рассчитана прежде всего на поддержание постоянного положительного давления в дыхательных путях во время спонтанного дыхания пациента из контура. Механизм СРАР более сложен и обеспечивается не только перекрыванием экспираторного клапана, но и автоматической регулировкой уровня постоянного потока дыхательной смеси в дыхательном контуре (рис.7, б). Во время выдоха поток этот весьма невелик (равен базовому экспираторному потоку), величина СРАР равна PEEP и поддерживается, в основном, за счет экспираторного клапана. С другой стороны, чтобы удержать заданный уровень определенного положительного давления и во время спонтанного вдоха (особенно в начале), аппарат подает в контур достаточно мощный инспираторный поток, соответствующий инспираторным потребностям больного. Современные вентиляторы автоматически регулируют уровень потока, поддерживая заданный СРАР — принцип «потока по требованию» («Demand Flow»). При спонтанных попытках вдоха больного давление в контуре умеренно снижается, но остается положительным за счет подачи инспираторного потока со стороны аппарата. Во время выдоха давление в дыхательных путях вначале умеренно повышается (ведь необходимо преодолеть сопротивление дыхательного контура и экспираторного клапана), затем становится равным PEEP. Поэтому кривая давления при СРАР носит синусоидный характер. Значимого увеличения давления в дыхательных путях не происходит в любой фазе дыхательного цикла, так как во время вдоха и выдоха экспираторный клапан остается хотя бы частично открытым.
Исторически метод СРАР применялся ранее в качестве вспомогательного режима при спонтанном дыхании пациента. В настоящее время изолированно этот метод не используется, а является частью других вспомогательных и принудительно-вспомогательных режимов ИВЛ (SIMV, PSIMV, PSV и т.д.). Дело в том, что при СРАР уровень поддерживающего инспираторного потока практически полностью зависит от степени самостоятельного дыхательного усилия больного. Чем слабее попытка вдоха, тем меньший поток будет подаваться в контур — спонтанное дыхание будет оставаться частым и поверхностным, с малым дыхательным объемом (и преимущественной вентиляцией мертвого пространства!). К тому же СРАР, как оказалось, далеко не полностью покрывает работу дыхания пациента по преодолению сопротивления контура и эндотрахеальной трубки — в большой степени эту работу приходится выполнять самому больному (если он к ней готов!). Поэтому в качестве полностью вспомогательной вентиляции в изолированном виде для большинства пациентов (особенно с нестабильными и/или слабыми попытками вдоха) режим СРАР не подходит. С другой стороны, СРАР оказывает неоценимую помощь в комбинации с вспомогательными режимами МВЛ (особенно SIMV и PSIMV), предоставляя пациенту возможность самостоятельно дышать из контура в промежутках между аппаратными вдохами.
Для адекватного удержания необходимого уровня СРАР у больных с сохраненным спонтанным дыханием необходимо следить, чтобы величина инспираторного потока была достаточно большой (превышающей минутную вентиляцию больного, по крайней мере, в 3—4 раза). Иначе при активной инспираторной попытке давление в дыхательных путях снизится до отрицательного, что крайне нежелательно. Современные вентиляторы 4-го поколения автоматически устанавливают необходимый уровень вспомогательного инспираторного потока в зависимости от желательного уровня СРАР.