Функциональные пробы оценки дыхательной системы. Дыхательные пробы. Виды функциональных дыхательных проб

см 3

Жизненная емкость легких у 8 класса

см 3

Жизненная емкость легких у 10 класса

см 3

Жизненная емкость легких у курящих 8-11 кл

1

500

2000

3400

2900

2

200

2000

4400

2900

3

100

1600

4200

2500

4

800

2300

4100

2000

5

200

2800

2500

2200

6

500

3600

2800

2800

7

400

2100

3000

2900

8

300

1600

2400

3000

9

600

1900

2300

3200

10

300

1800

2200

3500

Ср ЖЕЛ

520

2500

3200

2790

Из таблицы видно, что с возрастом увеличивается ЖЕЛ

Выводы

Подводя итоги своего исследования, хотим отметить следующее:

экспериментальным путем нам удалось доказать, что занятия спортом способствуют развитию дыхательной системы, так как по результатам пробы Серкина можно сказать что у 60 % детей из группы 1 время задержки дыхания возросло, а это значит, что у них дыхательный аппарат более подготовлен к нагрузкам;

функциональные пробы Генчи-Штанге также показали, что ребята из группы 1 находятся в более выгодном положении. Их показатели выше нормы по обеим пробам соответственно 100 % и 100 %.

Хорошо развитый дыхательный аппарат - надежная гарантия полноценной жизнедеятельности клеток. Ведь известно, что гибель клеток организма в конечном итоге связана с недостатком в них кислорода. И напротив, многочисленными исследованиями установлено, что чем больше способность организма усваивать кислород, тем выше физическая работоспособность человека. Тренированный аппарат внешнего дыхания (легкие, бронхи, дыхательные мышцы) - это первый этап на пути к улучшению здоровья.

При использовании регулярных физических нагрузок максимальное потребление кислорода, как отмечают спортивные физиологи, повышается в среднем на 20-30%.

У тренированного человека система внешнего дыхания в покое работает более экономно: частота дыхания снижается но, при этом несколько возрастает его глубина. Из одного и того же объема воздуха, пропущенного через легкие, извлекается большее количество кислорода.

Возрастающая при мышечной активности потребность организма в кислороде «подключает» к решению энергетических задач незадействованные до этого резервы легочных альвеол. Это сопровождается усилением кровообращения во вступившей в работу ткани и повышением аэрации (насыщенность кислородом) легких. Физиологи считают, что этот механизм повышенной вентиляции легких укрепляет их. Кроме того, хорошо «проветриваемая» при физических усилиях легочная ткань менее подвержена заболеваниям, чем те ее участки, которые аэрированы слабее и потому хуже снабжаются кровью. Известно, что при поверхностном дыхании нижние доли легких в малой степени участвуют в газообмене. Именно в местах, где легочная ткань обескровлена, чаще всего возникают воспалительные очаги. И напротив, повышенная вентиляция легких оказывает целительное действие при некоторых хронических легочных заболеваниях.

Значит, для укрепления и развития дыхательной системы необходимо заниматься спортом регулярно.

Список литературы

1. Даценко И.И. Воздушная среда и здоровье. – Львов, 1997

2. Колесов Д.В.., Маш Р.Д. Беляев И.Н.Биология: человек. – Москва, 2008

3. Степанчук Н. А. Практикум по экологии человека. – Волгоград, 2009

Дыхание -- это единый процесс, осуществляемый целостным организмом и состоящий из трех неразрывных звеньев: а) внешнего дыхания, т.е. газообмена между внешней средой и кровью легочных капилляров; б) переноса газов, осуществляемого системами кровообращения; в) внутреннего (тканевого) дыхания, т.е. газообмена между кровью и клеткой, в процессе которого клетки потребляют кислород и выделяют углекислоту. Основу тканевого дыхания составляют сложные окислительно-восстановительные реакции, сопровождающиеся освобождением энергии, которая необходима для жизнедеятельности организма. Функциональное единство всех звеньев системы дыхания, обеспечивающих доставку тканям кислорода, достигается за счет тонкой нейрогуморальной и рефлекторной регуляции.
Динамическая спирометрия – определение изменений ЖЕЛ под влиянием физической нагрузки (проба Шафранского ). Определив исходную величину ЖЕЛ в покое, обследуемому предлагают выполнить дозированную физическую нагрузку - 2-минутный бег на месте в темпе 180 шаг/мин при подъеме бедра под углом 70-80°, после чего снова определяют ЖЕЛ. В зависимости от функционального состояния системы внешнего дыхания и кровообращения и их адаптации к нагрузке ЖЕЛ может уменьшиться (неудовлетворительная оценка), остаться неизменной (удовлетворительная оценка) или увеличиться (оценка, т.е. адаптация к нагрузке, хорошая). О достоверных изменениях ЖЕЛ можно говорить только в том случае, если она превысит 200 мл.
Проба Розенталя - пятикратное измерение ЖЕЛ, проводимое через 15-секундные интервалы времени. Результаты данной пробы позволяют оценить наличие и степень утомления дыхательной мускулатуры, что, в свою очередь, может свидетельствовать о наличии утомления других скелетных мышц.
Результаты пробы Розенталя оценивают следующим образом:
- увеличение ЖЕЛ от 1-го к 5-му измерению - отличная оценка;
- величина ЖЕЛ не изменяется - хорошая оценка;
- величина ЖЕЛ снижается на величину до 300 мл - удовлетворительная оценка;
- величина ЖЕЛ снижается более чем на 300 мл - неудовлетворительная оценка.
Проба Шафранского заключается в определении ЖЕЛ до и после стандартной физической нагрузки. В качестве последней используются подъемы на ступеньку (22,5 см высоты) в течение 6 мин в темпе 16 шаг/мин. В норме ЖЕЛ практически не изменяется. При снижении функциональных возможностей системы внешнего дыхания значения ЖЕЛ уменьшаются более чем на 300 мл.
Гипоксические пробы дают возможность оценить адаптацию человека к гипоксии и гипоксемии.
Проба Генчи - регистрация времени задержки дыхания после максимального выдоха. Исследуемому предлагают сделать глубокий вдох, затем максимальный выдох. Исследуемый задерживает дыхание при зажатом носе и рте. Регистрируется время задержки дыхания между вдохом и выдохом.
В норме величина пробы Генчи у здоровых мужчин и женщин составляет 20-40 с и для спортсменов – 40-60 с.
Проба Штанге - регистрируется время задержки дыхания при глубоком вдохе. Исследуемому предлагают сделать вдох, выдох, а затем вдох на уровне 85-95% от максимального. Закрывают рот, зажимают нос. После выдоха регистрируют время задержки.
Средние величины пробы Штанге для женщин – 35-45 с для мужчин – 50-60 с, для спортсменок – 45-55 с и более, для спортсменов - 65-75 с и более.

Все показатели легочной вентиляции изменчивы. Они зависят от пола, возраста, веса, роста, положения тела, состояния нервной системы больного и прочих факторов. Поэтому для правильной оценки функционального состояния легочной вентиляции абсолютное значение того или иного показателя является недостаточным. Необходимо сопоставлять полученные абсолютные показатели с соответствующими величинами у здорового человека того же возраста, роста, веса и пола - так называемыми должными показателями. Такое сопоставление выражается в процентах по отношению к должному показателю. Патологическими считаются отклонения, превышающие 15-20 % от величины должного показателя.

СПИРОГРАФИЯ С РЕГИСТРАЦИЕЙ ПЕТЛИ «ПОТОК-ОБЪЁМ»

Спирография с регистрацией петли «поток-объем» - современный метод исследования легочной вентиляции, который заключается в определении объемной скорости движения потока воздуха вдыхательных путях и его графическом отображением в виде петли «поток-объем» при спокойном дыхании пациента и при выполнении им определенных дыхательных маневров. За рубежом этот метод называют спирометрией . Целью исследования является диагностика вида и степени нарушений легочной вентиляции на основании анализа количественных и качественных изменений спирографических показателей.

Показания и противопоказания к применению сприрометрии аналогичны таковым для классической спирографии.

Методика проведения . Исследование проводят в первой половине дня, независимо от приема еды. Пациенту предлагают закрыть оба носовых хода специальным зажимом, взять индивидуальную простерилизованную насадку-мундштук в рот и плотно обхватить ее губами. Пациент в положении сидя дышит через трубку по открытому контуру, практически не испытывая сопротивления дыханию

Процедура выполнения дыхательных маневров с регистрацией кривой "поток-объем" форсированного дыхания идентична той, которая выполняется при записи ФЖЕЛ во время проведения классической спирографии. Больному надлежит объяснить, что в пробе с форсированным дыханием выдохнуть в прибор следует так, будто нужно погасить свечи на праздничном торте. После некоторого периода спокойного дыхания пациент делает максимально глубокий вдох, в результате чего регистрируется кривая эллиптической формы (кривая АЕВ). Затем больной делает максимально быстрый и интенсивный форсированный выдох. При этом регистрируется кривая характерной формы, которая у здоровых людей напоминает треугольник (рис. 4).

Рис. 4. Нормальная петля (кривая) соотношения объемной скорости потока и объема воздуха при проведении дыхательных маневров. Вдох начинается в точке А , выдох - в точке В. ПОСвыд регистрируется в точке С. Максимальный экспираторный поток в середине ФЖЕЛ соответствует точке D, максимальный инспираторный поток - точке Е

Максимальная экспираторная объемная скорость потока воздуха отображается начальной частью кривой (точка С , где регистрируется пиковая объемная скорость выдоха - ПОСВЫД)- После этого объемная скорость потока уменьшается (точка D, где регистрируется МОС50), и кривая возвращается к изначальной позиции (точка А). При этом кривая "поток-объем" описывает соотношение между объемной скоростью воздушного потока и легочным объемом (емкостью легких) во время дыхательных движений.

Данные скоростей и объемов потока воздуха обрабатываются персональным компьютером благодаря адаптированному программному обеспечению. Кривая "поток-объем" при этом отображается на экране монитора и может быть распечатана на бумаге, сохранена на магнитном носителе или в памяти персонального компьютера.

Современные аппараты работают со спирографическими датчиками в открытой системе с последующей интеграцией сигнала потока воздуха для получения синхронных значений объемов легких. Рассчитанные компьютером результаты исследования печатаются вместе с кривой "поток-объем" на бумаге в абсолютных значениях и в процентах к должным величинам. При этом на оси абсцисс откладывается ФЖЕЛ (объем воздуха), а на оси ординат - поток воздуха, измеряемый в литрах в секунду (л/с) (рис. 5).

F l ow-vo l ume
Фамилия:

Имя:

Идент. номер: 4132

Дата рождения: 11.01.1957

Возраст: 47 Years

Пол: female

Вес: 70 kg

Рост: 165.0 cm

Рис. 5. Кривая "поток-объем" форсированного дыхания и показатели легочной вентиляции у здорового человека

Рис. 6 Схема спирограммы ФЖЕЛ и соответствующей кривой форсированного выдоха в координатах "поток-объем": V - ось объема; V" - ось потока

Петля "поток-объем" представляет собой первую производную классической спирограммы. Хотя кривая "поток-объем" содержит в основном ту же информацию, что и классическая спирограмма, наглядность соотношения между потоком и объемом позволяет более глубоко проникнуть в функциональные характеристики как верхних, так и нижних дыхательных путей (рис. 6). Расчет по классической спирограмме высокоинформативных показателей МОС25, МОС50, МОС75 имеет ряд технических трудностей при выполнении графических изображений. Поэтому его результаты не обладают высокой точностью В связи с этим лучше определять указанные показатели по кривой "поток-объем".
Оценка изменений скоростных спирографических показателей осуществляется по степени их отклонения от должной величины. Как правило, за нижнюю границу нормы принимается значение показателя потока, что составляет 60 % от должного уровня

БОДИПЛЕТИЗМОГРАФИЯ

Бодиплетизмография - метод исследования функции внешнего дыхания путем сопоставления показателей спирографии с показателями механического колебания грудной клетки во время дыхательного цикла. Метод базируется на использовании закона Бойля, который описывает постоянство соотношения давления (Р) и объема (V) газа в случае неизменной (постоянной) температуры:

P l V 1 = P 2 V 2 ,

где Р 1 - начальное давление газа; V 1 - начальный объем газа; Р 2 - давление после изменения объема газа; V 2 - объем после изменения давления газа.

Бодиплетизмография позволяет определять все объемы и емкости легких, в том числе те, которые не определяются спирографией. К последним относятся: остаточный объем легких (ООЛ) - объем воздуха (в среднем - 1000-1500 мл), остающийся в легких после максимально глубокого выдоха; функциональная остаточная емкость (ФОЕ) - объем воздуха, остающийся в легких после спокойного выдоха. Определив указанные показатели, можно рассчитать общую емкость легких (ОЕЛ), представляющую собой сумму ЖЕЛ и ООЛ (см. рис. 2).

Этим же методом определяют такие показатели, как общее и специфическое эффективное бронхиальное сопротивление, необходимые для характеристики бронхиальной обструкции.

В отличие от предыдущих методов исследования легочной вентиляции, результаты бодиплетизмографии не связаны с волевым усилием пациента и являются наиболее объективными.

Рис. 2. Схематическое изображение техники проведения бодиплатизмографии

Методика исследования (рис. 2). Пациента усаживают в специальную закрытую герметическую кабину с постоянным объемом воздуха. Он дышит через мундштук, соединенный с открытой в атмосферу дыхательной трубкой. Открытие и закрытие дыхательной трубки производится автоматически с помощью электронного устройства. Во время исследования вдыхаемый и выдыхаемый поток воздуха пациента измеряют с помощью спирографа. Движение грудной клетки во время дыхания вызывает изменение давления воздуха в кабине, которое фиксируется специальным сенсором давления. Пациент спокойно дышит. При этом измеряется сопротивление дыхательных путей. В конце одного из выдохов на уровне ФОЕ дыхание пациента кратковременно прерывается путем перекрытия дыхательной трубки специальной заглушкой, после чего пациент делает несколько волевых попыток вдохов и выдохов при закрытой дыхательной трубке. При этом воздух (газ), содержащийся в легких пациента, на выдохе сжимается, а на вдохе разрежается. В это время производятся измерения давления воздуха в ротовой полости (эквивалент альвеолярного давления) и внутри грудного объема газа (отображение колебаний давления в герметической кабине). В соответствии с вышеупомянутым законом Бойля, проводится вычисление функциональной остаточной емкости легких, других объемов и емкостей легких, а также показателей бронхиального сопротивления.

ПИКФЛОУМЕТРИЯ

Пикфлоуметрия - метод определения с какой скоростью может выдохнуть человек, другими словами это способ оценки степени сужения воздухоносных путей (бронхов). Данный метод обследования важен людям, страдающими затрудненным выдохом, в первую очередь людям с диагнозом бронхиальная астма, ХОБЛ и позволяет оценивать эффективность проводимого лечения, и предупредить надвигающееся обострение.

Зачем нужен пикфлоуметр и как им пользоваться?

Когда у больных исследуют функцию легких, непременно определяют пиковую, или максимальную, скорость, с которой больной способен выдохнуть воздух из легких. По-английски этот показатель называется “пикфлоу”. Отсюда и название аппарата - пикфлоуметр. Максимальная скорость выдоха зависит от многого, но самое главное - она показывает, насколько сужены бронхи. Очень важно, что изменения этого показателя идут впереди ощущений больного. Заметив уменьшение или увеличение пиковой скорости на выдохе, он может предпринять определенные действия еще до того, как существенно изменится самочувствие.

Обмен газов осуществляется через легочную мембрану (толщина которой около 1 мкм) путем диффузии вследствие разности их парциального давления в крови и альвеолах (табл. 2).

Таблица 2

Величины напряжения и парциального давления газов в средах организма (мм рт. ст.)

Кислород находится в крови и в растворенном виде, и в виде соединения с гемоглобином. Однако растворимость О 2 очень низкая: в 100 мл плазмы может раствориться не более 0,3 мл О 2 , поэтому основная роль в переносе кислорода принадлежит гемоглобину. 1 г Hb присоединяет 1,34 мл О 2 , поэтому при содержании гемоглобина 150 г/л (15г/100 мл) каждые 100 мл крови могут переносить 20,8 мл кислорода. Это так называемая кислородная емкость гемоглобина. Отдавая О 2 в капиллярах, оксигемоглобин превращается в восстановленный гемоглобин. В капиллярах тканей гемоглобин способен также образовать непрочное соединение с СО 2 (карбогемоглобин). В капиллярах легких, где содержание СО 2 значительно меньше, углекислый газ отделяется от гемоглобина.

Кислородная емкость крови включает в себякислородную емкость гемоглобина и количество О 2 , растворенного в плазме.

В норме 100 мл артериальной крови содержит 19 – 20 мл кислорода, а 100 мл венозной – 13 – 15 мл.

Обмен газов между кровью и тканями. Коэффициент утилизации кислорода представляет собой количество О 2 , которое потребляют ткани, в процентах от общего его содержания в крови. Наибольший он в миокарде – 40 – 60 %. В сером веществе головного мозга количество потребляемого кислорода примерно в 8 – 10 раз больше, чем в белом. В корковом веществе почки примерно в 20 раз больше, чем во внутренних участках ее мозгового вещества. При тяжелых физических нагрузках коэффициент утилизации О 2 мышцами и миокардом возрастает до 90 %.

Кривая диссоциации оксигемоглобина показывает зависимость насыщения гемоглобина кислородом от парциального давления последнего в крови (рис. 2). Так как эта кривая носит нелинейный характер, то насыщение гемоглобина в артериальной крови кислородом происходит даже при 70 мм рт. ст. Насыщение гемоглобина кислородом в норме не превышает 96 – 97 %. В зависимости от напряжения О 2 или СО 2 , увеличения температуры, уменьшении рН кривая диссоциации может сдвигаться вправо (что означает меньшее насыщение кислородом) или влево (что означает большее насыщение кислородом).

Рисунок 2. Диссоциация оксигемоглобина в крови в зависимости от парциального давления кислорода (и ее смещение при действии основных модуляторов) (Зинчук,2005, см. 4):

sО 2 – насыщение гемоглобина кислородом в %;

рО 2 – парциальное давление кислорода

Эффективность захвата кислорода тканями характеризуется коэффициентом утилизации кислорода (КУК). КУК – это отношение объема кислорода, поглощенного тканью из крови, ко всему объему кислорода, поступившего с кровью в ткань, в единицу времени. В состоянии покоя КУК составляет 30-40%, при физической нагрузке увеличивается до 50-60%, а в сердце может увеличиться до 70-80%.

МЕТОДЫ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКИ

ГАЗООБМЕНА В ЛЕГКИХ

Одним из важных направлений современной медицины является неинвазивная диагностика. Актуальность проблемы обусловлена щадящими методическими приемами забора материала для анализа, когда пациенту не приходится испытывать боль, физический и эмоциональный дискомфорт; безопасностью исследований ввиду невозможности заражения инфекциями, передающимися через кровь или инструментарий. Неинвазивные методы диагностики могут применяться, с одной стороны, в амбулаторных условиях, что обеспечивает их широкое распространение; с другой стороны - у пациентов в реанимационном отделении, т.к. тяжесть состоянии больного не является противопоказанием для их выполнения. В последнее время в мире возрос интерес к исследованию выдыхаемого воздуха (ВВ ) как неинвазивному методу диагностики бронхолегочных, сердечно-сосудистых, желудочно-кишечных и других заболеваний.

Известно, что функциями легких, помимо респираторной, являются метаболическая и выделительная. Именно в легких подвергаются ферментативной трансформации такие вещества, как серотонин, ацетилхолин и, в меньшей степени, норадреналин. Легкие обладают самой мощной ферментной системой, разрушающей брадикинин (80 % брадикинина, введенного в легочный кровоток, инактивируются при однократном прохождении крови через легкие). В эндотелии легочных сосудов синтезируются тромбоксан В2 и простагландины, а 90–95 % простагландинов группы Е и Fа инактивируются также в легких. На внутренней поверхности легочных капилляров локализуется большое количество ангиотензин-конвертирующего фермента, который катализирует превращение ангиотензина I в ангиотензин II. Легкие играют важную роль в регуляции агрегатного состояния крови благодаря своей способности синтезировать факторы свертывающей и противосвертывающей систем (тромбопластин, факторы VII, VIII, гепарин). Через легкие выделяются летучие химические соединения, образующиеся в ходе реакций обмена, происходящих как в легочной ткани, так и во всем организме человека. Так, например, ацетон выделяется в реакциях окисления жиров, аммиак и сероводород - при обмене аминокислот, предельные углеводороды - в ходе перекисного окисления ненасыщенных жирных кислот. По изменению количества и соотношения выделяемых при дыхании веществ можно делать выводы об изменениях обмена веществ и наличии болезни.

С древних времен для диагностики заболеваний учитывался состав ароматических летучих веществ, выделяемых больным при дыхании и через кожу (т.е. запахи, исходящие от пациента). Продолжая традиции античной медицины, известный клиницист начала ХХ века М.Я. Мудров писал: «Обоняние твое да будет чувствительным не к масти благовоний для влас твоих, не к ароматам, из одежды твоей испаряемым, а к запертому и зловонному воздуху, окружающему больного, к заразительному его дыханию, поту и ко всем его извержениям» . Анализ выделяемых человеком ароматических химических веществ имеет для диагностики столь важное значение, что многие запахи описаны как патогномоничные симптомы заболеваний: например, сладковатый «печеночный» запах (выделение метилмеркаптана - метаболита метионина) при печеночной коме, запах ацетона у больного в кето­ацидотической коме или запах аммиака при уремии.

Длительный период анализ ВВ носил субъективный и описательный характер, но с 1784 года в его изучении наступил новый этап - назовем его условно «параклинический» или «лабораторный». В этом году французский естествоиспытатель Антуан Лоран Лавуазье вместе с известным физиком и математиком Симоном Лапласом провели первое лабораторное исследование выдыхаемого воздуха у морских свинок. Они установили, что выдыхаемый воздух состоит из удушливой части, дающей угольную кислоту, и инертной части, которая выходит из легких без изменений. Эти части позже назвали углекислым газом и азотом . «Из всех явлений жизни нет более поразительного и заслуживающего внимания, чем дыхание», - пророчески писал А.Л. Лавуазье.

Долгое время (ХVIII–ХIХ века) анализ ВВ проводился химическими методами. Концентрации веществ в ВВ низкие, поэтому для их выявления требовалось пропускание больших объемов воздуха через поглотители и растворы.

В середине XIX века немецкий врач А. Небельтау впервые использовал исследование ВВ для диагностики заболевания - в частности, нарушения обмена углеводов. Он разработал способ определения малых концентраций ацетона в ВВ. Больному предлагалось выдыхать в трубку, опущенную в раствор йодата натрия. Ацетон, содержащийся в воздухе, восстанавливал йод, при этом изменялся цвет раствора, по которому А. Небельтау довольно точно определял концентрацию ацетона.

В конце ХІХ - начале ХХ века количество исследований по изучению состава ВВ резко возросло, что было связано, прежде всего, с потребностями военно-промышленного комплекса. В 1914 году в Германии была спущена на воду первая подводная лодка «Лолиго», что стимулировало поиск новых способов получения искусственного воздуха для дыхания под водой. Фриц Хабер, разрабатывая химическое оружие (первые отравляющие газы) с осени 1914 г., параллельно разрабатывал защитную маску с фильтром. Первая газовая атака на фронтах П ервой мировой войны 22 апреля 1915 года привела к изобретению в том же году противогаза. Развитие авиации и артиллерии сопровождалось строительством бомбоубежищ с принудительной вентиляцией. В дальнейшем изобретение ядерного оружия стимулировало проектировку бункеров для длительного пребывания в условиях ядерной зимы, а развитие космической науки требовало создания новых поколений систем жизнеобеспечения с искусственной атмосферой. Все эти задачи по разработке технических устройств, обеспечивающих нормальное дыхание в замкнутых пространствах, могли быть решены только при условии изучения состава вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Это та ситуация, когда «не было бы счастья, да несчастье помогло». Помимо углекислого газа, кислорода и азота, в ВВ были обнаружены пары воды, ацетон, этан, аммиак, сероводород, окись углерода и некоторые другие вещества. Anstie в 1874 г. выделил этанол в ВВ - этот метод и сегодня используется в дыхательном тесте на алкоголь.

Но качественный прорыв в изучении состава ВВ был сделан только в начале ХХ века, когда начали применяться масс-спектрография (МС) (Томпсон, 1912) и хроматография. Эти аналитические методы позволяли определять вещества, находящиеся в низких концентрациях, и не требовали больших объемов воздуха для выполнения анализа. Хроматография была впервые применена русским ученым-ботаником Михаилом Семеновичем Цветом в 1900 году, но метод был незаслуженно забыт и практически не развивался до 1930-х годов. Возрождение хроматографии связано с именами английских ученых Арчера Мартина и Ричарда Синга, которые в 1941 г. разработали метод распределительной хроматографии, за что им в 1952 году была присуждена Нобелевская премия в области химии. С середины XX века и до наших дней хроматография и масс-спектрография являются одними из наиболее широко применяемых аналитических методов для изучения ВВ. Этими методами в ВВ было определено около 400 летучих метаболитов, многие из которых используются как маркеры воспаления, определены их специфичность и чувствительность для диагностики многих заболеваний. Описание веществ, выявленных в ВВ при различных нозологических формах, в данной статье нецелесообразно, т.к. даже их простое перечисление займет многие страницы. Применительно к анализу летучих веществ ВВ необходимо сделать акцент на трех моментах.

Во-первых, анализ летучих веществ ВВ уже «вышел» из лабораторий и сегодня имеет не только научный и теоретический интерес, но и сугубо практическое значение. Примером являются капнографы (приборы, регистрирующие уровень углекислого газа). С 1943 г. (когда Luft создал первый прибор для регистрации СО 2 ) капнограф - обязательный компонент аппаратов ИВЛ и анестезиологической аппаратуры. Другой пример - определение оксида азота (NO). Впервые его содержание в ВВ было измерено в 1991 г. L. Gustafsson и соавт. у кроликов, морских свинок и людей. В последующем потребовалась одна пятилетка, чтобы значение этого вещества как маркера воспаления было доказано. В 1996 г. группой ведущих исследователей созданы единые рекомендации по стандартизации измерений и оценки выдыхаемого NO - Exhaled and nasal nitric oxide measurements: recommendations. А в 2003 г. получено разрешение FDA и начато промышленное производство детекторов NO. В развитых странах определение оксида азота в ВВ широко применяется в рутинной практике пульмонологами, аллергологами как маркер воспаления дыхательных путей у стероид-наивных пациентов и для оценки эффективности противовоспалительной топической терапии у больных с хроническими обструктивными заболеваниями легких.

Во-вторых, наибольшая диагностическая значимость анализа ВВ отмечена при заболеваниях органов дыхания - описаны достоверные изменения состава ВВ при бронхиальной астме, ОРВИ, бронхоэктатической болезни, фиброзирующем альвеолите, туберкулезе, реакции отторжения легочного трансплантата, саркоидозе, хроническом бронхите, поражении легких при системной красной волчанке, аллергическом рините и др.

В-третьих, при некоторых нозологических формах анализ ВВ позволяет выявить патологию на той стадии развития, когда другие методы диагностики малочувствительны, неспецифичны и неинформативны. Например, обнаружение алканов и монометилированных алканов в ВВ позволяет диагностировать рак легких на ранних стадиях (Gordon et al., 1985), в то время как стандартные скрининг-исследования при опухоли легких (рентгенография и цитология мокроты) еще не информативны. Исследование данной проблемы было продолжено Phillips et al., в 1999 г. ими определено в ВВ 22 летучих органических вещества (преимущественно алканы и производные бензола), содержание которых было достоверно выше у больных с опухолью легких . Ученые из Италии (Diana Poli et al., 2005) показали возможность использования стиролов (с молекулярной массой 10–12 M) и изопренов (10–9 M) в ВВ как биомаркеров опухолевого процесса - диагноз был корректно установлен у 80 % больных.

Таким образом, исследование ВВ продолжается достаточно активно по многим направлениям, и изучение литературы по данной проблеме вселяет в нас уверенность, что в будущем анализ ВВ для диагностики заболеваний станет столь же рутинным методом, как контроль уровня алкоголя в ВВ у водителя транспортного средства работником ГАИ.

Новый этап изучения свойств ВВ начался в конце 70-х годов прошлого века - нобелевский лауреат Linus Pauling (Лайнус Полинг) предложил анализировать конденсат ВВ (КВВ). Используя методы газовой и жидкостной хроматографии, ему удалось идентифицировать до 250 веществ, а современные методики позволяют определить до 1000 (!) субстанций в КВВ.

С физической точки зрения ВВ представляет собой аэрозоль, состоящий из газообразной среды и взвешенных в ней жидких частиц. ВВ насыщен водяными парами, количество которых составляет примерно 7 мл/кг массы тела в сутки. Взрослый человек выделяет через легкие около 400 мл воды в сутки, но суммарный объем экспиратов зависит от многих внешних (влажность, давление окружающей среды) и внутренних (состояние организма) факторов. Так, при обструктивных заболеваниях легких (бронхиальная астма, хронический обструктивный бронхит) объем экспиратов уменьшается, а при остром бронхите, пневмонии - увеличивается; гидробалластная функция легких уменьшается с возрастом - на 20 % каждые 10 лет, зависит от физической нагрузки и т.д. Увлажнение ВВ также определяется бронхиальным кровообращением. Водяные пары служат переносчиками многих летучих и нелетучих соединений посредством растворения молекул (согласно коэффициентам растворения) и образования новых химических веществ внутри аэрозольной частицы.

Известны два основных метода формирования аэрозольных частиц:

1. Конденсационный - от малого к большому - образование капель жидкости из молекул перенасыщенного пара.

2. Диспергационный - от большого к малому - измельчение бронхоальвеолярной жидкости, выстилающей респираторный тракт, при турбулентном потоке воздуха в дыхательных путях.

Средний диаметр аэрозольных частиц в норме при нормальном дыхании у взрослого человека составляет 0,3 мкм, а количество - 0,1–4 частицы в 1 см 2 . При охлаждении воздуха водяные пары и содержащиеся в них вещества конденсируются, что делает возможным их количественный анализ.

Таким образом, диагностические возможности исследования КВВ базируются на гипотезе, что изменения концентрации химических веществ в КВВ, сыворотке крови, легочной ткани и бронхоальвеолярной лаважной жидкости однонаправлены.

Для получения КВВ используют приборы как серийного производства (EcoScreen® - Jaeger Tonnies Hoechberg, Германия; R Tube® - Respiratory Research, Inc., США), так и самодельные. Принцип действия всех устройств единый: пациент совершает форсированные выдохи в емкость (сосуд, колбу, трубку), в которой водяные пары, содержащиеся в воздухе, конденсируются при охлаждении. Охлаждение осуществляется жидким или сухим льдом, реже - жидким азотом. Для улучшения конденсации водяных паров в емкости для сбора КВВ создается турбулентный поток воздуха (изогнутая трубка, изменение диаметров сосуда). Подобные устройства позволяют собрать у детей старшего возраста и взрослых до 5 мл конденсата за 10–15 мин дыхания. Для сбора конденсата не требуется активного сознательного участия пациента, что делает возможным применение методики с периода новорожденности. За 45 мин спокойного дыхания у новорожденных с пневмонией удается получить 0,1–0,3 мл конденсата.

Большинство биологически активных веществ могут быть исследованы в конденсате, собранном при помощи самодельных приборов. Исключение составляют лейкотриены - учитывая их быстрый метаболизм и нестабильность, они могут быть определены только в замороженных образцах, полученных приборами серийного производства. Например, в устройстве EcoScreen создается температура до –10 °С , что обеспечивает быструю заморозку конденсата.

На состав КВВ может влиять материал, из которого изготовлен контейнер. Так, при исследовании производных липидов прибор должен быть изготовлен из полипропилена и рекомендуется избегать контакта КВВ с полистиреном, который может абсорбировать липиды, влияя на точность измерений.

Какие биомаркеры сегодня определены в КВВ? Наиболее полный ответ на этот вопрос содержится в обзоре, выполненном Montuschi Paolo (отделение фармакологии медицинского факультета Католического университета Святого Сердца, Рим, Италия). Обзор опубликован в 2007 году в журнале Therapeutic Advances in Respiratory Disease , данные представлены в табл. 1.

Таким образом, конденсат выдыхаемого воздуха является биологической средой, по изменению состава которой можно судить о морфофункциональном состоянии, прежде всего респираторного тракта, а также других систем организма. Сбор и исследование конденсата представляют собой новое перспективное направление современных научных исследований.

ПУЛЬСОКСИМЕТРИЯ

Пульсоксиметрия является наиболее доступным методом мониторинга больных во многих условиях, особенно при ограниченном финансировании. Она позволяет при определенном навыке оценивать несколько параметров состояния больного. После успешного внедрения в интенсивной терапии, палатах пробуждения и во время анестезии, метод начал использоваться и в других областях медицины, например, в общих отделениях, где персонал не проходил адекватного обучения по использованию пульсоксиметрии. Этот метод имеет свои недостатки и ограничения, а в руках необученного персонала возможны ситуации, угрожающие безопасности больного. Данная статья предназначена как раз для начинающего пользователя пульсоксиметрии.

Пульсоксиметр измеряет насыщение артериального гемоглобина кислородом. Используемая технология сложна, но имеет два основных физических принципа. Во первых, поглощение гемоглобином света двух различных по длине волн меняется в зависимости от насыщения его кислородом. Во-вторых, световой сигнал, проходя через ткани, становится пульсирующим из-за изменения объема артериального русла при каждом сокращении сердца. Этот компонент может быть отделен микропроцессором от непульсирующего, идущего от вен, капилляров и тканей.

На работу пульсоксиметра влияют многие факторы. Это могут быть внешний свет, дрожь, патологический гемоглобин, частота и ритм пульса, вазоконстрикция и работа сердца. Пульсоксиметр не позволяет судить о качестве вентиляции, а показывает только степень оксигенации, что может дать ложное чувство безопасности при ингаляции кислорода. Например, возможна задержка появления симптомов гипоксии при обструкции дыхательных путей. И все же оксиметрия является очень полезным видом мониторинга кардиореспираторной системы, повышающим безопасность больного.

Что измеряет пульсоксиметр?

1. Насыщение гемоглобина артериальной крови кислородом – среднее количество кислорода, свзанное с каждой молекулой гемоглобина. Данные выдаются в виде процента насыщения и звукового сигнала, высота которого изменяется в зависимости от сатурации.

2. Частота пульса – удары в минуту в среднем за 5-20 секунд.

Пульсоксиметр не дает информации о:

? содержании кислорода в крови;

? количестве растворенного в крови кислорода;

? дыхательном объеме , частоте дыхания;

? сердечном выбросе или артериальном давлении.

О систолическом артериальном давлении можно судить по появлению волны на плетизмограмме при сдувании манжетки для неинвазивного измерения давления.

Принципы современной пульсоксиметрии

Кислород транспортируется кровотоком главным образом в связанном с гемоглобином виде. Одна молекула гемоглобина может перенести 4 молекулы кислорода и в этом случае она будет насыщена на 100%. Средний процент насыщения популяции молекул гемоглобина в определенном объеме крови и является кислородной сатурацией крови. Очень небольшое количество кислорода переносится растворенным в крови, однако пульсоксиметром не измеряется.

Отношение между парциальным давлением кислорода в артериальной крови (РаО 2 ) и сатурацией отражается в кривой диссоциации гемоглобина (рис. 1). Сигмовидная форма кривой отражает разгрузку кислорода в периферических тканях, где РаО 2 низкий. Кривая может сдвигаться влево или право при различных состояниях, например, после гемотрансфузии.

Пульсоксиметр состоит из периферического датчика, микропроцессора, дисплея, показывающего кривую пульса, значение сатурации и частоты пульса. Большинствоаппаратов имеют звуковой сигнал определенного тона, высота которого пропорциональна сатурации, что очень полезно, если не виден дисплей пульсоксиметра. Датчик устанавливается в периферических отделах организма, например,на пальцах, мочке уха или крыле носа. В датчике находятся два светодиода, один из которых излучает видимый свет красного спектра (660 нм), другой – в инфракрасном спектре (940 нм). Свет проходит через ткани к фотодетектору, при этом часть излучения поглощается кровью и мягкими тканями в зависимости от концентрации в них гемоглобина. Количество поглощенного света каждой из длин волн зависит от степени оксигенации гемоглобина в тканях.

Микропроцессор способен выделить из спектра поглощения пульсовой компонент крови, т.е. отделить компонент артериальной крови от постоянного компонента венозной или капиллярной крови. Микропроцессоры последнего поколения способны уменьшить влияние рассеивания света на работу пульсоксиметра. Многократное разделение сигнала во временивыполняется с помощью цикличной работы светодиодов: включается красный, затем инфракрасный, затем оба отключаются, и так много раз в секунду, что позволяет устранить фоновый «шум». Новая возможность микропроцессоров это квадратичное многократное разделение, при котором красный и инфракрасный сигналы разделяются по фазам, а затем вновь комбинируются. При таком варианте могут быть устранены помехи от движения или электромагнитного излучения, т.к. они не могут возникать в одну и ту же фазу двух сигналов светодиодов.

Сатурация вычисляется в среднем за 5-20 секунд. Частота пульса рассчитывается по числу циклов светодиодов и уверенным пульсирующим сигналам за определенный промежуток времени.

ПУЛЬСОКСИМЕТР ИЯ

По пропорции поглощенного света каждой из частот микропроцессор вычисляет их коэффициент. В памяти пульсоксиметра имеется серия значений насыщения кислородом, полученные в экспериментах на добровольцах с гипоксической газовой смесью. Микропроцессор сравнивает полученный коэффициент поглощения двух длин волн света с хранящимися в памяти значениями. Т.к. неэтично снижать насыщение кислородом у добровольцев ниже 70%, то необходимо признать, что значение сатурации ниже 70%, полученное по пульсоксиметру, не является надежным.

Отраженная пульсоксиметрия использует отраженный свет, поэтому может применяться проксимальнее (например, на предплечье или передней брюшной стенке), однако в этом случае будет трудно зафиксировать датчик. Принцип работы у такого пульсоксиметра тот же, что и у трансмиссионного.

Практические советы по использованию пульсоксиметрии:

Пульсоксиметр необходимо держать постоянно включенным в электрическую сеть для зарядки батарей;

Включите пульсоксиметр и подождите, пока он произведет самотестирование;

Выберите необходимый датчик, подходящий по размерам и для выбранных условий установки. Ногтевые фаланги должны быть чистыми (удалите лак);

Поместите датчик на выбранный палец, избегая избыточного давления;

Подождите несколько секунд, пока пульсоксиметр определит пульс и вычислит сатурацию;

Посмотрите на кривую пульсовой волны. Без нее любые значения малозначимы;

Посмотрите на появившиеся цифры пульса и сатурации. Будьте осторожны с их оценкой при быстром изменении их значений (например, 99% внезапно меняется на 85%). Это физиологически невозможно;

Тревоги:

Если звучит сигнал тревоги «низкая кислородная сатурация», проверьте сознание больного (если оно исходно было). Проверьте проходимость дыхательных путей и адекватность дыхания больного. Поднимите подбородок или воспользуйтесь другими методами восстановления проходимости дыхательных путей. Дайте кислород. Позовите на помощь.

Если звучит сигнал тревоги «не определяется пульс», посмотрите на кривую пульсовой волны на дисплее пульсоксиметра. Нащупайте пульс на центральной артерии. При отсутствии пульса зовите на помощь, начинайте комплекс сердечно-легочной реанимации. Если пульс есть, поменяйте положение датчика.

На большинстве пульсоксиметров вы можете поменять пределы тревог сатурации и частоты пульса по своему усмотрению. Однако не меняйте их только для того, чтобы сигнал тревоги замолчал – он может рассказать кое-что важное!

Использование пульсоксиметрии

В «полевых условиях» наилучшим является простой портативный монитор типа «все в одном», отслеживающий сатурацию, частоту пульса и регулярность ритма.

Безопасный неинвазивный монитор кардио-респираторного статуса критических больных в отделении интенсивной терапии, а также при всех видах анестезии. Может использоваться при эндоскопии, когда больным проводится седация мидазоламом. Пульсоксиметрия диагностирует цианоз надежнее самого лучшего доктора.

Во время транспортировки больного, особенно в шумных условиях, например, в самолете, вертолете. Звуковой сигнал и тревога могут быть не услышаны, однако кривая пульсовой волны и значение сатурации дают общую информацию о кардио-респираторном статусе.

Для оценки жизнеспособности конечностей после пластических и ортопедических операций, протезирования сосудов. Пульсоксиметрия требует пульсирующего сигнала, и таким образом помогает определить, получает ли конечность кровь.

Помогает уменьшить частоту взятия крови для исследования газового состава у больных в отделении интенсивной терапии, особенно в педиатрической практике.

Помогает ограничить у недоношенных младенцев вероятность развития повреждения легких и сетчатки кислородом (сатурацию поддерживают на уровне 90%). Хотя пульсоксиметры и калибруются по гемоглобину взрослых (HbA ), спектр поглощения HbA и HbF в большинстве случаев идентичен, что делает методику столь же надежной и у младенцев.

Во время торакальной анестезии, когда одно из легких коллабируется, помогает определить эффективность оксигенации в оставшемся легком.

Оксиметрия плода – развивающаяся методика. Используется отраженная оксиметрия, светодиоды с длиной волн 735 нм и 900 нм. Датчик помещается над виском или щекой плода. Датчик должен быть стерилизуемым. Его трудно закрепить, данные не стабильны по физиологическим и техническим причинам.

Ограничение пульсоксиметрии:

Это не монитор вентиляции . По последним данным обращается внимание на ложное чувство безопасности, создаваемое у анестезиолога пульсоксиметрами. Пожилая женщина в блоке пробуждения получала кислород через маску. Она стала прогрессивно загружаться, несмотря на то, что сатурация была у нее 96%. Причина была в том, что частота дыхания и минутный объем вентиляции были низкие из-за остаточного нейромышечного блока, а в выдыхаемом воздухе концентрация кислорода была очень высокой. В конце концов, концентрация углекислоты в артериальной крови достигла 280 mmHg (в норме 40), в связи с чем больная была переведена в отделение реанимации и находилась в течение 24 часов на ИВЛ. Таким образом, пульсоксиметрия дала хорошую оценку оксигенации, но не дала прямой информации о прогрессирующих нарушениях дыхания.

Критические больные . У критических больных эффективность метода мала, так как перфузия тканей у них плохая и пульсоксиметр не может определить пульсирующий сигнал.

Наличие пульсовой волны . Если нет видимой пульсовой волны на пульсоксиметре, любые цифры процента сатурации малозначимы.

Неточность .

Яркий внешний свет, дрожь, движения могут создавать пульсобразную кривую и значения сатурации без пульса.

Анормальные типы гемоглобина (например, метгемоглобин при передозировке прилокаина) могут давать значения сатурации на уровне 85%.

Карбоксигемоглобин, появляющийся при отравлении угарным газом, может давать значение сатурации около 100%. Пульсоксиметр дает ложные значения при этой патологии, поэтому не должен использоваться.

Красители, включая лак для ногтей, могут спровоцировать заниженное значение сатурации.

Вазоконстрикция и гипотермия вызывают ослабление перфузии тканей и ухудшают регистрацию сигнала.

Трикуспидальная регургитация вызывает венозную пульсацию и пульсоксиметр может фиксировать венозную сатурацию.

Значение сатурации ниже 70% не точное, т.к. нет контрольных значений для сравнения.

Нарушение ритма сердца может нарушать восприятие пульсоксиметром пульсового сигнала.

NB ! Возраст, пол, анемия, желтуха и кожа темного цвета практически не влияют на работу пульсоксиметра.

? Запаздывающий монитор . Это значит, что парциальное давление кислорода в крови может снижаться гораздо быстрее, чем начнет снижаться сатурация. Если здоровый взрослый пациент будет дышать 100% кислородом в течение минуты, а затем вентиляция прекратится по каким-либо причинам, может пройти несколько минут, прежде чем сатурация начнет снижаться. Пульсоксиметр в этих условиях предупредит о потенциально фатальном осложнении лишь через несколько минут после того, как оно случилось. Поэтому пульсоксиметр называют «часовым, стоящим на краю пропасти десатурации». Объяснение этого факта находится в сигмовидной форме кривой диссоциации оксигемоглобина (рис. 1).

Задержка реакции связана с тем, что сигнал усредненный. Это значит, что существует задержка 5-20 секунд между тем, как реальная кислородная сатурация начинает падать и изменяются значения на дисплее пульсоксиметра.

Безопасность больного. Имеются одно или два сообщения об ожогах и повреждении избыточным давлением при использовании пульсоксиметров. Это связано с тем, что в ранних моделях в датчиках применялся нагреватель для улучшения местной тканевой перфузии. Датчик должен быть правильного размера и не должен оказывать избыточного давления. Сейчас появились датчики для педиатрии.

Особо нужно остановиться на правильном положении датчика. Необходимо, чтобы обе части датчика находились симметрично, иначе путь между фотодетектором и светодиодами будет неравным и одна из длин волн будет «перегруженной». Изменение положения датчика часто приводит к внезапному «улучшению» сатурации. Этот эффект может быть связан с непостоянным кровотоком через пульсирующие кожные венулы. Обратите внимание, что форма волны при этом может быть нормальной, т.к. измерение проводится только по одной из длин волн.

Альтернативы пульсоксиметрии?

СО-оксиметрия является золотым стандартом и классическим методом калибровки пульсоксиметра. СО-оксиметр вычисляет фактическую концентрацию гемоглобина, деоксигемоглобина, карбоксигемоглобина, метгемоглобина в пробе крови, а затем вычисляет фактическую кислородную сатурацию. СО-оксиметры более точны , чем пульсоксиметры (в пределах 1%). Однако они дают сатурацию в определенный момент («снимок»), громоздки, дороги и требуют забора пробы артериальной крови. Им необходимо постоянное обслуживание.

Анализ газов крови – требует инвазивного взятия образца артериальной крови больного. Он дает «полную картину», включающую парциальное давление кислорода и углекислоты в артериальной крови, ее рН, актуальный бикарбонат и его дефицит, стандартизованную концентрацию бикарбоната. Множество газовых анализаторов вычисляют сатурацию, которая менее точна, чем вычисляемая пульсоксиметрами.

В заключение

Пульсоксиметр дает неинвазивную оценку насыщения артериального гемоглобина кислородом.

Используется в анестезиологии, блоке пробуждения, интенсивной терапии (включая неонатальную), при транспортировке больного.

Используются два принципа:

Раздельное поглощение света гемоглобином и оксигемоглобином;

Выделение из сигнала пульсирующего компонента.

Не дает прямых указаний на вентиляцию больного, только на его оксигенацию.

Запаздывающий монитор – существует время задержки между началом потенциальной гипоксии и реакцией пульсоксиметра.

Неточность при сильном внешнем свете, дрожи, вазоконстрикции, патологическом гемоглобине, изменении пульса и ритма.

В новых микропроцессорах обработка сигнала улучшается.

КАПНОМЕТРИЯ

Капнометрия - это измерение и цифровое отображение концентрации или парциального давления углекислого газа во вдыхаемом и выдыхаемом газе во время дыхательного цикла пациента.

Капнография – это графическое отображение этих же показателей в виде кривой. Эти два метода не эквивалентны друг другу, хотя если капнографическая кривая проклибрована, то капнография включает в себя капнометрию.

Капнометрия довольно ограничена в своих возможностях и позволяет лишь оценить альвеолярную вентиляцию и обнаружить наличие обратного газотока в дыхательном контуре (повторное использование уже отработанной газовой смеси). Капнография в свою очередь не только обладает вышеуказанными возможностями, но также позволяет оценить и мониторировать степень герметичености анестезиологической системы и ее соединение с дыхательными путями пациента, работу вентилятора, оценить функции сердечно-сосудистой системы, а также мониторировать некоторые аспекты анестезии, нарушения в которых могут привести к серьезным осложнениям. Так как нарушения в перечисленных системах диагностируются при помощи капнографии довольно быстро, то сам метод служит системой раннего оповещения в анестезии. В дальнейшем разговор будет идти о теоретических и практических аспектах капнографии.

Физические основы капнографии

Капнограф состоит из системы забора газа для анализа и самого анелизатора. Наиболее широко в настоящее время применяется две системы для забора газа и два метода его анализа.

Забор газа : чаще всего применятеся методика забора газа непосредственно из дыхательных путей пациента (как правило, это место соединения напрмер, эндотрахеальной трубки, с дыхательным контуром). Менее распространена методика, когда сам датчик расположен в непосредственной близости к дыхательным путям, то как такового «забора» газа не происходит.

Устройства, основанные на аспирации газа с последующей его доставкой к анализатору хотя и наиболее распространены в силу их большей гибкости, удобства в эксплуатации, все же обладают некоторыми недостатками. Пары воды могут конденсироваться в газозаборной системе, нарушая ее проходимость. При попадании паров воды в анализатор точность измерений значительно нарушается. Так как анализируемый газ доставляется в анализатор с затратой некоторого времени, то существует некоторое отставание изображения на экране от реально происходящих событий. Для индивидуально используемых анализаторов, применяющихся наиболее широко, это отставание измерятеся миллисекундами и не имеет большого практического значения. Однако при использовании центрально расположенного прибора, обслуживающего несколько операционных, такое отставание может быть довольно значительным, что сводит на нет многие преимущества прибора. Скорость аспирации газа из дыхательных путей также играет определенную роль. В некотрых моделях она достигает 100 – 150 мл/мин, что может оказывать влияние на, например, минутную вентиляцию ребенка.

Альтернативой аспирационным системам являются так называемые проточные системы. В этом случае сенсор присоединяется к дыхательным путям пациента при помощи специального адаптера и располагается в непосредственной близости к ним. Отпадает необходимость в аспирации газовой смеси, так как анализ ее происходит прямо на месте. Сенсор подогревается, что предупреждает конденсацию паров воды на нем. Однако и это приборы имеют отрицательные стороны. Адаптор и сенсор довольно громоздки, добавляя от 8 до 20 мл к объему мертвого пространства, что создает определенные проблемы особенно в педиатрической анестезиологии. Оба устройства располагаются в непосредственной близости от лица пациента, описаны случаи травм вследствие длительного давления датчика на анатомические структуры лица. Следует отметить, что последние модели приборов этого типа снабжаются значительно облегченными сенсорами, так что возможно в недалеком будущем многие из этих недостатков будут устранены.

Методы анализа газовой смеси : разработано довольно большое количество методик анализа газовой смеси для определения концентрации углексилого газа. В клинической практике используются два из них : инфракрасная спектрофотометрия и масс-спектрометрия.

В системах, использующих инфракрасную спектрофотометрию (а таких абсолютное большинство) пучок инфракрасного излучения пропускается через камеру с анализируемым газом. При этом происходит поглощение части излучения молекулами углекислого газа. Системы производит сравнение степени поглощения инфракрасного излучения в измерительной камере с контрольной. Результат отражается в графической форме.

Другой методикой анализа газовой смеси, применяемой в клинике, является масс-спектрометрия, когда анализируемая газовая смесь ионизируется путем бомбардировки пучком электронов. Полученные таким образом заряженные частицы пропускаются через магнитное поле, гдеони отклоняются на угол, пропорциональный их атомной массе. Угол отклонения и является основой анализа. Данная методика позволяет производить точный и быстрый анализ сложных газовых смесей, содержащих не только углекислый газ, но и летучие анестетики и так далее. Проблема заключается в том, что масс-спектрометр стоит очень дорого, поэтому не каждая клиника может это позволить. Обычно используется один прибор, подсоединенный к нескольким операционным. В этом случае нарастает задержка с отображением результатов.

Нужно отметить, что углекислый газ хорошо растворим в крови и легко проникает через биологические мембраны. Это означает, что значение парциального давление углекислого газа в конце выдоха (ЕтСО2 ) в идеальном легком должно соответствовать парциальному давлению углекислого газа в артериальной крови (РаСО2). В реальной жизни этого не происходит, всегда существует артериально-альвеолярный градиент парциального давления СО2 . У здорового человека этот градиент невелик – примерно 1 – 3 мм рт.ст. Причиной существования градиента неравномерное распределение вентиляции и перфузии в легком, а также наличие шунта. При заболеваниях легких такой градиент может достигать весьма значительной величины. Поэтому ставить знак равенства между ЕтСО2 и РаСО2 нужно с большой осторожностью.

Морфология нормальной капнограммы : при графическом изображении парциального давления углекислого газа в дыхательных путях пациента в течение вдоха и выдоха получается характерная кривая. Прежде чем приступить к описанию ее диагностических возможностей, необходимо детально остановиться на характеристиках нормальной капнограммы.

Рис. 1 Нормальная капнограмма.

В конце вдоха в альвеалах содержится газ, парциальное давление углекислого газа в котором находится в равновесии с парциальным давлением его же в капиллярах легких. Газ, содержащийся в более центральных отделах дыхательных путей, содержит меньшее количество СО2 , а наиболее центрально расположенные отделы не содержат его вовсе (концентрация равна 0). Объем этого газа, не содержащего СО2 представляет собой объем мертвого пространства.

С началом выдоха именно этот газ, лишенный СО2 , поступает в анализатор. На кривой это отражается в виде сегмента АВ. С продолжением выдоха в анализатор начинает поступать газ, содержащий СО2 во все возрастающих концентрациях. Поэтому начиная с точки В отмечается подъем кривой. В норме этот участок (ВС ) представлен почти прямой, круто поднимающейся вверх. Почти к самому концу выдоха, когда скорость воздушной струи снижается, концентрация СО2 приближается к значению, которое называется концентрацией СО2 в конце выдоха (ЕтСО2). На этом участке кривой (CD) концентрация СО2 изменяется мало, достигая плато. Наибольшая концентрация отмечается в точке D, где она вплотную приближается к концентрации СО2 в альвеолах и может использоваться для приблизительной оценки РаСО2.

С началом вдоха в дыхательные пути поступает газ без СО2 и концентрация его в анализируемом газе резко падает (сегмент DE). Если не происходит повторного использования отработанной газовой смеси, то концентрация СО2 остается равной или близкой нулю до начала следующего дыхательного цикла. Если такое повторное использование происходит, то концентрация будет выше нуля и кривая будет выше и параллельна изолинии.

Капнограмма может записываться в двух скоростях – нормальной , как на рисунке 1, или замедленной. При использовании последней детали каждого вдоха не видны, но более наглядна общая тенденция изменения СО2 .

Капнограмма содержит информацию, позволяющую судить о функциях сердечно-сосудистой и дыхательной систем, а также о состоянии системы доставки газовой смеси к больному (дыхательный контур и вентилятор). Ниже пирводятся типичные примеры капнограммы при тех или иных состояниях.

Внезапное падение ЕтСО2 почти до нулевого уровня

Такие изменения на к а нограмме указывают на потенциально опасную ситуацию (рис.2)

Рис.2 Внезапное падение ЕтСО2 почти до нуля может означать прекращение вентиляции пациента.

В данной ситуации анализатор не находит СО2 в анализируемом газе. Такая капнограмма может встречаться при интубации пищевода, рассоединении в дызательном контуре, остановке вентилятора, полной обструкции интубационной трубки. Все эти ситуации сопровождаются полным исчезновением СО2 из выдыхаемого газа. В данной ситуации капнограмма не дает возможности провести дифференциальную диагностику, так как она не отражает никаких специфических черт, характерных для каждой ситуации. Только после аускультации грудной клетки, проверки цвета кожи и слизистых и сатурации следует думать о других, менее опасных нарушениях, типа поломки анализатора или нарушения проходимости газозаборной трубки. Если исчезновение ЕтСО2 на капнограмме совпадает по времени с движением головы больного, то в первую очередь следует исключить случайную экстубацию или отсоединение дыхательного контура.

Так как одна из функций вентиляции – удаление СО2 из организма, то капнография в настоящее время является единственным эффективным монитором, позволяющим установить наличие вентиляции и газообмена.

Все вышеперечисленные потенциально фатальные осложнения могут случиться в любое время; они легко диагностируются при помощи капнографии, что подчеркивает важность этого вида мониторинга.

Падение ЕтСО2 до низких, но не нулевых значений

На рисунке показана типичная картина такого рода изменений капнограммы.

Медленно Нормальная скорость

Рис 3. Внезапное падение ЕтСО 2 до низкого уровня, но не до нуля . Встречается при неполном заборе анализируемого газа. Следует думать о частичной обструкции дыхательных путей или нарушении герметичности системы.

Нарушение капнограммы такого рода служит указанием на то, что по каким-то причинам газ не достигаетанализатора в течение всего выдоха. Выдыхаемый газ может просачиваться в атмосферу через, например, плохо раздутую манжетку эндотрахеальной трубки или плохо пригнанную маску. В этом случае полезно проверить давление в дыхательном контуре. Если давление во время ИВЛ остается невысоким – вероятно имеется утечка где-то в дыхательном контуре. Возможно также частичное рассоединение, когда часть дыхательного объема все же доставляется пациенту.

Если же давление в контуре высокое, то наиболее вероятна частичная обструкциядыхательной трубки, что снижает дыхательный объем, доставляемый в легкие.

Экспоненциальное снижение ЕтСО2

Экспоненциальное снижение ЕтСО2 в течение некоторого времени, напрмер в течение 10 – 15 дыхательных циклов, указывает на потенциально опасное нарушение деятельности сердечно-сосудистой или дыхательной системы. Нарушения такого рода должны быть скоррегированы немедленно во избежание серьезных осложнений.

Медленно Нормальная скорость

Рис.4 Экспоненциальное снижение ЕтСО 2 наблюдается при внезапных Нарушениях перфузии легких, как например при остановке сердца.

Физиологической основой изменений, показанных на рис.4 служит внезапное значительное увеличение вентиляции мертвого пространства, что приводит к резкому увеличению градиента парциального давления СО2 . нарушения, приводящие к такого рода нарушениям капнограммы, включают в себя, например, резкую гипотензию (массивная кровопотеря), остановка кровообращения с продолжающейся ИВЛ, эмболия легочной артерии.

Указанные нарушения носят катострофический характер и соответственно важна быстрая диагностика происшедшего. Аускультация (необходима для определения сердечных тонов), ЭКГ, измерение АД, пульс-оксиметрия – таковы немедленные диагностические мероприятия. Если тоны сердца при сутствуют , но АД на низком уровне – необходимо проверить явную или скрытую кровопотерю. Менее очевидная причина гипотензии – сдавление нижней полой веныретрактором или другим хирургическим инструментом.

Если тоны сердца выслушиваются, сдавление нижней полой вены и кровопотеря исключены в качестве причины гипотензии, следует исключить также эмболию легочной артерии.

Только после того, как исключены эти осложнения и состояние больного стабильно следует подумать о других, более безобидных причинах изменения капнограммы. Наиболее частой из таких причин является случайное незамеченное увеличение вентиляции.

Постоянно низкое значение ЕтСО 2 без выраженного плато

Иногда капнограмма представляет картину, представленную на рис.5 безо всяких нарушений дыхательного контура или состояния больного.

Медленно Нормальная скорость

Рис.5 Постоянно низкое значение ЕтСО 2 без выраженного плато чаще всего указывает на нарушение забора газа для анализа.

В таком случае ЕтСО 2 на капнограмме, конечно, не соответствует альвеолярному РАСО 2 . Отсутствие нормального альвеолярного плато означает, что либо не происходит полного выдоха перед началом следующего вдоха, либо выдыхаемый газ разводится газом, не содержащим СО 2 вследствие малого дыхательного объема, слишком высокой скорости забора газа для анализа или слишком высокого газотока в дыхательном контуре. Существует несколько приемов дифференциальной диагностики этих нарушений.

Неполный выдох можно подозревать при наличии аускультативных признаков бронхоконстрикции или скоплении секрета в бронхиальном дереве. При этом простая аспирация секрета может восстановить полный выдох, устранив обструкцию. Лечение бронхоспазма производится по обычным методикам.

Частичный перегиб эндотрахеальной трубки, перераздутие ее манжеты могут уменьшитьпросвет трубки настолько, что появится существенное препятствие вдоху со снижением его объема. Неудачные попытки аспирации через просвет трубки подтверждают этот диагноз.

При отсутствии признаков частичной обструкции дыхательных путей следует искать другое объяснение. У маленьких детей с небольшим дыхательным объемом забор газа для анализа может превышать газоток в конце выдоха. При этом происходит разведение анализируемого газа свежим газом из дыхательного контура. Снижение газотока в контуре или перемещение точки забора газа ближе к эндотрахеальной трубке восстанавливают плато капнограммы и повышают ЕтСО 2 до нормального уровня. У новорожденных зачастую просто невозможно провести эти приемы, тогда анестезиолог должен смириться с ошибкой капнограммы.

Постоянно низкое значение ЕтСО 2 с выраженным плато

В некоторых ситуациях капнограмма будет отражать постоянно низкое значение ЕтСО2 с выраженным плато, сопровождающимся увеличением артериально-альвеолярного градиента парциального давления СО 2 (рис.6).

Медленно Нормальная скорость

Рис.6 Постоянно низкое значение ЕтСО2 с выраженным альеолярным плато может быть признаком гипервентиляции или увеличенного мертвого пространства. Сравнение ЕтСО 2 и РаСО 2 позволяет различить эти два состояния.

Может сложиться впечатление, что это результат ошибки аппаратуры, что вполне возможно, особенно если калибровка и сервис проводились давно. Проверить работу аппарата можно определив свое собственное ЕтСО 2 . Если же прибор работает нормально, то такая форма кривой объясняется наличием большого физиологического мертвого пространства у больного. У взрослых причиной тому являются хронические обструктивные заболевания легких, у детей – бронхопульмонарная дисплазия. Кроме того, увеличение мертвого пространства может быть результатом умеренной гипоперфузии легочной артерии вследствие гипотонии. В этом случае коррекция гипотонии восстанавливает нормальную капнограмму.

Постоянное снижение ЕтСО 2

Когда капнограмма сохраняет свою нормальную форму, но наблюдается постоянное снижение ЕтСО 2 (рис.7), возможны несколько объяснений.

Медленно Нормальная скорость

Рис. 7 Постепенное снижение ЕтСО2 указывает либо на снижение продукции СО 2 , либо на снижение легочной перфузии.

Эти причины включают в себя снижение температуры тела, что обычно наблюдается при длительных операциях. Это сопровождается снижением метаболизма и продукции СО2 . Если при этом параметры ИВЛ остаются неизменными, то наблюдается постепенное снижение ЕтСО2 . такое снижение лучше заметно при низкой скорости записи капнограммы.

Более серьезной причиной такого типа нарушений капнограммы является постепенное снижение системной перфузии, связанное с кровопотерей, депрессией сердечно-сосудистой системы или комбинацией этих двух факторов. Со снижением системной перфузии снижается и легочная перфузия, а значит – увеличивается мертвое пространство, что сопровождается вышерассмотренными последствиями. Коррекция гипоперфузии разрешает проблему.

Чаще встречается обычная гипервентиляция, сопровождающаяся постепенным «вымыванием» СО 2 из организма с характерной картиной на к а нограмме.

Постепенное повышение ЕтСО 2

Постепенное повышение ЕтСО 2 с сохранением нормальной структуры капнограммы (рис.8) может быть связано с нарушениями герметичности дыхательного контура с последующей гиповентиляцией.

Медленно Нормальная скорость

Рис.8 Повышение ЕтСО 2 связано с гиповентиляцией, повышением продукции СО 2 или абсорбцией экзогенного СО 2 (лапароскопия).

Сюда же относятся такие факторы, как частичная обструкция дыхательных путей, повышение температуры тела (особенно при злокачественной гипертермии), абсорбция СО 2 при лапароскопии.

Небольшая утечка газа в системе ИВЛ, приводящая к снижению минутной вентиляции но с сохранением более-менее адекватного дыхательного объема, на капнограмме будет представленапостепенным повышением ЕтСО 2 вследствие гиповентиляции. Восстановление герметизации разрешает проблему.

Частичная обструкция дыхательных путей, достаточная, чтобы снизить эффективную вентиляцию, но не нарушающая выдох создает аналогичную картину на капнограмме.

Повышение температуры тела вследствие слишком энергичного согревания или развития сепсиса приводит к повышению продукции СО 2 , а соответственно и повышению ЕтСО 2 (при условии неизменной вентиляции). При очень быстром подъеме ЕтСО 2 следует иметь ввиду возможность развития синдрома злокачественной гипертермии.

Абсорбция СО 2 из экзогенных источников, как например из брюшной полости при лапароскопии, приводит к ситуации, аналогичной повышению продукции СО 2 . Этот эффект обычно очевиден и следует сразу за началом инсуффляции СО 2 в брюшную полость.

Внезапное повышение ЕтСО 2

Внезапное кратковременное повышение ЕтСО 2 (рис.9) может быть вызвано различными факторами, увеличивающими доставку СО 2 к легким.

Медленно Нормальная скорость

Рис.9 Внезапное, но кратковременное повышение ЕтСО 2 означает повышение доставки СО 2 к легким.

Наиболее частым объяснением подобному изменению капнограммы служит внутривенная инфузия бикарбоната натрия с соответствующим увеличением экскреции СО 2 легкими. Сюда же относятся снятие турникета с конечности, что открывает доступ крови, насыщенной СО 2 в системную циркуляцию. Подъем ЕтСО 2 после инфузии бикарбоната натрия обычно весьма кратковременен, в то время как аналогичный эффект после снятия турникета продолжается более длительное время. Ни одно из вышеперечисленных событий не представляет серьезной угрозы и не указывает на какие-либо значительные осложнения.

Внезапный подъем изолинии

Внезапный подъем изолинии на капнограмме приводит к повышению ЕтСО2 (рис.10) и указывает на загрязнение измерительной камеры прибора (слюна, слизь и так далее). Все, что нужно в этом случае – очистка камеры.

Медленно Нормальная скорость

Рис.10 Внезапный подъем изолинии на капнограмме обычно указывает на загрязнение измерительной камеры.

Постепенное повышение уровня ЕтСО 2 и подъем изолинии

Такой тип изменения капнограммы (рис.11) указывает на повторное использование уже отработанной газовой смеси, содержащей СО 2 .

Медленно Нормальная скорость

Рис.11 Постепенное повышение ЕтСО 2 вместе с уровнем изолинии предполагает повторное использование дыхательной смеси.

Значение ЕтСО 2 обычно повышается до тех пор, пока не установится новое равновесие между альвеолярным газом и газами артериальной крови.

Хотя этот феномен встречается довольно часто при использовании разных дыхательных систем, появление его при использовании закрытого дыхательного контура с абсорбером при ИВЛ является признаком серьезных нарушений в контуре. Наиболее часто встречается заедание клапана, что превращает однонаправленный газоток в маятникообразный. Другой часто встречающейся причиной такого нарушения капнограммы является истощение емкости абсорбера.

Неполный нервно-мышечный блок

На рис.12 показана типичная капнограмма при неполном нервно-мышечном блоке, когда появляются сокращения диафрагмы и газ, содержащий СО 2 попадает в анализатор.

Медленно Нормальная скорость

Рис.12 Подобная капнограмма указывает на неполный нервно-мышечный блок.

Так как диафрагма более устойчива к действию мышечных релаксантов, ее функция восстанавливается раньше функции скелетных мышц. Капнограмма в этом случае является удобным диагностическим инструментом, позволяющим грубо определить степень нервно-мышечного блока во время анестезии.

Кардиогенные осцилляции

Этот тип изменений капнограммы показан на рис.13. он вызван изменениями внутригрудного объема в соответствии с ударным объемом.

Медленно Нормальная скорость

Рис.13 . Кардиогенные осцилляции выглядят как зубцы в фазе выдоха.

Обычно кардиогенные осцилляции наблюдаются при относительно небольшом дыхательном объеме в сочетании с невысокой частотой дыхания. Осцилляции возникают в конечной части дыхательной фазы капнограммы во время выдоха, так как изменение объема сердца приводит к «выдоху» небольшого объема газа при каждом сердечном сокращении. Такой тип капинограммы является вариантом нормы.

Как видно из вышеприведенного обзора капнограмма служит ценным диагностическим инструментом, позволяющим не только мониторировать функции системы дыхания, но и диагностировать нарушения сердечно-сосудистой системы. Кроме того, капнограмма позволяет выявить нарушения в анестезиологическом оборудовании на раннем этапе, предупреждая тем самым возможность серьезных осложнений во время анестезии. Такие качества сделали капнографию абсолютно необходимой частью мониторинга в современной анестезиологии до такой степени, что ряд авторов считают капнографию более необходимой, чем пульсоксиметрию.