Тема 4. Технические средства восстановления функций организма

4.1. Искусственная вентиляция легких.

В настоящее время при постоянном росте количества ДТП, техногенных катастроф и тяжелых форм сердечно-легочных заболеваний незаменимыми являются портативные аппараты искусственной вентиляции легких (ИВЛ). Основное назначение портативных аппаратов – работа в дорожных и экстремальных условиях при отсутствии постоянного энерго- и газоснабжения. В простейшем виде портативный аппарат ИВЛ представляет собой маску с резиновой грушей, через которую осуществляет подача воздуха ручным способом или кислорода от газового баллона. Существуют и более сложные аппараты, являющиеся либо пневматическими, либо электропневматическими, но в любом случае в большинстве аппаратов присутствует небольшое количество режимов работы. В то же время растет потребность в многофункциональных портативных аппаратах, способных проводить интенсивную терапию, анестезию, различные реанимационные мероприятия и мониторинг дыхания. Такого рода аппараты является весьма сложным по конструктивному исполнению и насыщенности современными элементами электроники и автоматики.

На сегодняшний день, по экспертным оценкам специалистов, в нашей стране специализированные машины скорой помощи (реанимационные, кардиологические, психиатрические) оборудованы портативными аппаратами ИВЛ на 100%, в основном аппаратами с электро- и пневмоприводами. В то же время машины обычной скорой помощи с врачебными и фельдшерскими бригадами – только на 75-80%, причем аппаратами с ручным приводом, что создает обширное поле для внедрения новых аппаратов. Так же в аппаратах ИВЛ остро нуждаются подразделения МинЧС и МинОбороны, потребность которых в данном виде оборудования в ближайшей перспективе оценивается более чем в 2 тыс. единиц оборудования.

Отдельно стоит подчеркнуть, что 2/3 из эксплуатируемых в России аппаратов работают свыше шести лет, а более половины – изношены на 100%!

Наибольшую проблему в освоении данной области рынка представляет высокая цена аппаратов ИВЛ (в среднем от 6 до 18 тыс. долларов США), что в условиях бюджетного финансирования органов здравоохранения является большой проблемой. Аппараты российского производства (доля которых на сегодняшний день составляет 93-94% от числа эксплуатируемых), являясь дешевле своих западных аналогов, значительно проигрывают им по техническим характеристикам и возможностям.

Кроме того, большинство аппаратов ИВЛ (как отечественных, так и зарубежных) весьма сложны в эксплуатации. Притом, что специалистов в данной области катастрофически не хватает на комплектацию всех бригад скорой помощи, это является огромной проблемой.

Оценивая положение вещей, вывод напрашивается сам собой – необходимо создание нового, отечественного, предельно легкого в управлении, но в тоже время не уступающего по функциональности интеллектуального аппарата ИВЛ, позволяющего требовать от медработника минимум усилий и знаний в области ИВЛ.

4.1.1. Основы физиологии дыхания.

Процесс дыхания включает в себя фазы вентиляции легких, газовый обмен в легких и газовый обмен в тканях. Основная задача любого аппарата ИВЛ – поддержание процесса вентиляции легких (вентиляция легких – это смена воздуха в легких, совершаемая циклически при вдохе и выдохе).

Основные параметры легких и процесса дыхания:

· Дыхательный объем (ДО) - объем воздуха, который вдыхается и выдыхается при спокойном дыхании;

· Минутная вентиляция (МВ)– объем газа, прошедший через легкие за 1 мин, равен произведению дыхательного объема на частоту вентиляции;

· Резервный объем вдоха (РОвд) - максимальный объем воздуха, который можно дополнительно вдохнуть после спокойного вдоха;

· Резервный объем выдоха (РОвыд) - максимальный объем воздуха, который можно дополнительно выдохнуть после спокойного выдоха;

· Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) - максимальный объем воздуха, который можно выдохнуть после самого глубокого вдоха;

· Остаточный объем легких (ООЛ) - объем воздуха, который остается в легких после максимального выдоха;

· Емкость вдоха, резерв вдоха (Евд) - максимальный объем воздуха, который можно вдохнуть после спокойного выдоха;

· Функциональная остаточная емкость (ФОЕ) - объем воздуха, который остается в легких после спокойного выдоха;

· Общая емкость легких (ОЕЛ) - объем воздуха, который могут вместить легкие на высоте максимально глубокого вдоха.

Хотя объем легочной вентиляции можно определить как объем газа, поступающего в дыхательные пути за определенное время, однако газообмен совершается только в легочных альвеолах, снабжаемых кровью. Поэтому наиболее важным показателем легочной вентиляции является объем альвеолярной вентиляции. Остальная часть общего объема является вентиляцией так называемого мертвого пространства. Наиболее правильно определять мертвое пространство как часть дыхательного объема, которая неэффективна для удаления углекислого газа из крови.

Рис. 5.1 Легочные объемы и емкости.

ИВЛ только тогда выполнит свое назначение, когда обеспечит достаточный минутный объем альвеолярной вентиляции, какими бы при этом не оказались другие параметры.

При ИВЛ достаточную вентиляцию можно определить как обмен вентиляционных объемов между внешней средой и легкими, необходимый для поддержания нормального напряжения углекислого газа в артериальной крови. Величина достаточной вентиляции зависит от величины общего мертвого пространства (которая включает и мертвое пространство аппарата), а также количества углекислого газа, выделяемого в организме больного.

Наиболее полно легочную вентиляцию характеризует именно минутный объем альвеолярной вентиляции, который равен разности дыхательного объема и общего объема мертвого пространства, умноженной на частоту дыхания. При этом выбираемыми для ИВЛ (задаваемыми) параметрами являются дыхательный объем и частота дыхания.

Дыхательный объем должен быть достаточным для «промывки» мертвого пространства и удаления углекислого газа из альвеолярного воздуха. Если дыхательный объем будет меньше или равен объему мертвого пространства, то теоретически альвеолярная вентиляция должна быть равна нулю. Однако практически в этом случае незначительное количество вдыхаемого газа достигает альвеол. Для здорового человека размеры физиологического мертвого пространства и количество выделяемого углекислого газа могут быть вычислены достаточно точно.

Изменение параметров дыхательного цикла (амплитуды, периода, соотношения фаз выдоха и вдоха и формы их протекания) издавна было основным показателем регуляции внешнего дыхания. Каждый параметр дыхательного цикла свидетельствует о внутренних процессах, предопределяющих внешние изменения, и отражает итоговые результаты деятельности всей системы.

Таким образом, внешнее дыхание представляет собой ритмический процесс, который можно охарактеризовать в первую очередь длительностью цикла, измеряемого от начала одного вдоха до начала следующего вдоха. Другим параметром дыхания является частота, связанная с длительностью дыхательного цикла обратной зависимостью.

Основные термины и обозначения характеристик ИВЛ приведены в таблице. Там же приведены основные характеристики органов дыхания, необходимые для использования в проведении ИВЛ.

Основные параметры ИВЛ: частота дыхания (f), дыхательный объем (V_т), минутный объем вентиляции (V_м), отношение длительности вдоха к длительности всего дыхательного цикла (T_i/T_c) обычно задаются при использовании аппарата ИВЛ.

Таблица Характеристики вентиляции и органов дыхания

Параметры вентиляции легких	Характеристики легких
Объемные	Временные	Давления
Дыхательный объем V_т. Минутная вентиляция V_м. Расход (объемная скорость) или Q.	Длительность дыхательного цикла T_c, вдоха T_i, выдоха T_e, задержки на вдохе T_n. Частота вентиляции f. Относительная длительность вдоха с. Относительная длительность паузы П.	Пиковое давление вдоха Р_пик. Давление паузы Р_n. Минимальное давление цикла Р_min. Среднее давление дыхательного цикла Р_ср.	Растяжимость легких С_л, грудной клетки С_г и общая С_о. Сопротивление дыхательных путей R_aw. Постоянная времени . Объем мертвого пространства V_D.

Перемещение воздуха между внешней средой и легкими, т.е. вентиляция легких, осуществляется благодаря разнице давлений во внешней среде и в альвеолах, при этом воздух всегда перемещается из области с высоким давлением в область с низким давлением. При самостоятельном дыхании во время вдоха усилие дыхательных мышц, преодолевая эластическое сопротивление легких, увеличивает объем грудной клетки и создает необходимую разницу давлений между внешней средой и легкими. При ИВЛ перемещение воздуха (газовой смеси) между внешней средой и легкими совершается под воздействием вешней силы, создающей необходимую разность давлений. Различают следующие способы ИВЛ:

1) наружный способ – ИВЛ осуществляется в результате наружного воздействия на стенки грудной полости: грудную клетку или диафрагму;

2) способ вдувания – ИВЛ осуществляется путем подачи газовой смеси непосредственно в верхние дыхательные пути.

В настоящее время аппараты наружного действия применяют редко. Аппараты, работающие по принципу вдувания, могут быть классифицированы по трем основным признакам: по типу привода (см. рис. 5.2), по способу подачи газовой смеси («генерация вдоха») и по принципу переключения фаз дыхательного цикла (см. рис. 5.3).

Рис. 5.2 Классификация аппаратов ИВЛ по типу привода и управления

Рис. 5.3 Классификация аппаратов ИВЛ по переключению фаз дыхательного цикла

4.1.2. Основные параметры ИВЛ.

Основные отличия аппаратов ИВЛ ведущих мировых фирм–производителей:

· высокая надежность и безопасность;

· функциональность, т.е. возможность реализации большинства апробированных методик ИВЛ;

· мониторинг задаваемых параметров и параметров состояния пациента.

Фирмы-производители непрерывно совершенствуют свою продукцию, используя в работе новейшие достижения пневматики, электромеханики, информационной и измерительной техники и, в особенности, электроники и вычислительной техники.

Наряду с непрерывным совершенствованием технических и эксплуатационных характеристик своей продукции всеми ведущими производителями уделяется большое внимание улучшению технологии сервисного обслуживания, совершенствованию инфраструктуры сервисной поддержки потребителей.

Российский рынок аппаратов ИВЛ в последние годы также усиленно развивается. Расширяется номенклатура продаваемых на российском рынке моделей, увеличивается число фирм-поставщиков.

Основной задачей при разработке новых моделей аппаратов ИВЛ является не только обеспечение еще большей надежности, но расширение возможностей автономной работы, увеличение количества обеспечиваемых функциональных режимов работы, позволяющих свести к минимуму нежелательные эффекты ИВЛ и дающих возможность проводить ИВЛ с параметрами, наиболее подходящими для конкретного человека.

Аппарат такого класса наряду с «ручным» управлением должен уметь самостоятельно определять все требуемые параметры дыхательного цикла методом «тестирования» пациента, выбирать оптимальную методику вентиляции, необходимость и время перехода с одной методики на другую, тем самым обеспечивая полный цикл восстановления дыхания.

Практика применения аппаратов ИВЛ позволяет выстроить типовую схему (применяемую в большинстве случаев) последовательности режимов респираторной поддержки пациента. Этот цикл аппаратно начинается с режима принудительной вентиляции, далее следует вспомогательная вентиляция (при появлении спонтанного дыхания пациента) и заканчивается поддержкой давлением в дыхательном контуре при самостоятельном дыхании пациента.

Следует упомянуть, что реализация такого вида аппарата становится всё доступнее за счет появления новой элементной базы существенно отличающейся по надежности, точности и цене от своих предшественников. Проектирование с позиций «приводников», рассматривая аппарат как прибор с принципами следящей системы, позволит выйти на новый уровень проектирования.

Одним из применяемых на данный момент отечественных аппаратов ИВЛ в машинах скорой медицинской помощи является А-ИВЛ/ВВЛ-«ТМТ» (рис. 5.4). Данный аппарат предназначен для проведения управляемой ИВЛ и вспомогательной искусственной вентиляции легких (ВВЛ) кислородно-воздушной смесью в условиях выездной службы интенсивной терапии и реанимации, на дому, в медицинском транспорте при спасательных мероприятиях, а также в палатах интенсивной терапии в медицинских лечебных учреждениях. Аппарат может применяться для взрослых и детей от одного года.