Инфракрасный оптический анализ основан на способности молекул газа поглощать инфракрасное излучение определенной длины волны (рис. 2.2). Этим свойством обладают не все газы, а лишь те, молекулы которых состоят из разных атомов. К ним относятся углекислый газ (СО2), закись азота (N20), пары воды (Н2О) и летучие анестетики (галотан, энфлюран, изофлюран, се-вофлюран и пр.). Симметричные молекулы кислорода, азота или гелия не поглощают инфракрасное (ИК) излучение, и их присутствие не влияет на результаты измерения.
Рис. 2.2. Спектры поглощения некоторых газов
Каждому газу присущ свой собственный спектр поглощения (рис. 2.2), поэтому, применяя излучения разных длин волн инфракрасного диапазона, можно определять содержание различных компонентов в одной пробе газа. Например, углекислый газ поглощает ИК-излучение с длиной волны 4,25 мкм, спектр поглощения N2O состоит из 4 составляющих, максимальная из которых имеет длину волны 3,86 мкм, а спектр поглощения летучих анестетиков приходится на 3,2-3,4 мкм. Величина концентрации водяного пара в газовой смеси не представляет существенного интереса, но наличие примеси воды может искажать результаты и нарушать работу прибора из-за конденсации. Вот почему перед попаданием в измерительную камеру анализируемый газ должен быть обезвожен.
Вдыхаемый и выдыхаемый газ поступает в прозрачную измерительную камеру, на которую направлен исходящий из специального источника поток инфракрасного излучения. В диапазоне его частот присутствуют и частоты, специфичные для газов, концентрацию которых определяют. Между излучателем и измерительной камерой находятся вращающаяся крыльчатка-прерыватель потока и фильтр, пропускающий лучи строго определенной длины волны (для СО2, как указывалось выше, она составляет 4,25 мкм). После прохождения через измерительную камеру часть излучения поглощается, а оставшаяся часть падает на фотодетектор, определяющий интенсивность светового потока (рис. 2.3). Чем больше молекул СО2 или другого измеряемого газа содержится в камере, тем интенсивнее поглощается ИК-излучение и тем меньше ток, генерируемый фотодетектором. Нетрудно заметить сходство этой схемы с устройством датчика пульсоксиметра.
Крыльчатка-прерыватель попеременно освещает ИК-лучами измерительную и эталонную камеры. Это дает возможность выявить, какая часть светового потока поглощается газовой смесью. По калибровочной зависимости между концентрацией газа и силой тока фотодетектора монитор рассчитывает парциальное давление углекислого газа или другого компонента газовой смеси.
Частота вращения крыльчатки не должна быть кратной частоте переменного тока электросети (50-60 Гц) и обычно составляет 70-90 об/с. От частоты прерываний зависят плавность процесса измерения и скорость реакции системы на изменение концентрации газа.
В многофункциональных мониторах, способных определять не только углекислый газ, но и газообразные анестетики, крыльчатку заменяют диском с вмонтированными в него фильтрами, каждый из которых пропускает излучение, поглощаемое определенным газом. Таким образом, на фотодетектор попеременно попадают ИК-лучи разных длин волн. Впрочем, это - лишь одно из нескольких технических решений, применяемых разными фирмами.
Серьезная проблема в инфракрасной капнографии связана с чрезвычайной близостью спектров поглощения углекислого газа (4,25 мкм) и закиси азота (максимальное поглощение - на длине волны 3,86 мкм), причем одна из полос спектра поглощения N2O практически накладывается на ту полосу поглощения СО2, с помощью которой осуществляется измерение (рис. 2.2). Поэтому в присутствии закиси азота капнограф дает завышенные результаты измерения СО2; ошибка оказывается тем значительней, чем больше концентрация N2O в газовой смеси. Артефакты в измерении CO2 во время наркоза закисью азота иногда настолько существенны, что дело может закончиться необоснованной коррекцией режима вентиляции.
Рис 2.2. Устройство инфракрасного С02-анализатора
В мониторах, измеряющих концентрации СО2 и N20 по отдельности, имеется специальный алгоритм для исправления такой ошибки. Более простые модели либо не обращают внимания на эту проблему, либо просят указать, используется закись азота или нет. При получении подтверждения они включают элементарный алгоритм коррекции, который учитывает только сам факт применения закиси азота, но не ее концентрацию. Точность коррекции в этом случае невысока, но для клинических целей она достаточна. Если Вы забыли отключить алгоритм, он будет продолжать работать и после окончания анестезии, искажая результат.
В любом случае документация, прилагаемая к монитору, содержит сведения о способе решения данной проблемы.
Инфракрасный фотоакустический анализ. На этом принципе работают, пожалуй, только мониторы датской фирмы BRUEL amp; KJAER, например модель В amp; К 1304 - мультигазовый монитор с пульсоксиметрическим блоком. Измерительные блоки BRUEL amp; KJAER установлены также и в мониторе MERLIN фирмы HEWLETT PACKARD.
Суть принципа заключается в том, что переход молекул газа в возбужденное состояние под воздействием инфракрасных волн сопровождается появлением звука, улавливаемого микрофоном. На диске-прерывателе находятся фильтры, попеременно пропускающие ИК-лучи с длинами волн, соответствующими линиям спектров поглощения исследуемых газов. Амплитуда звука определяется концентрацией газа. Встроенная программа анализирует фонограмму и выделяет из нее сигналы, соответствующие каждому компоненту газовой смеси. Метод отличается высокой точностью и стабильностью, а приборы, функционирующие на этом принципе, имеют хорошую репутацию.
Способы представления концентрации газа
Системы газоанализаторов
Каждому газу присущ свой собственный спектр поглощения (рис. 2.2), поэтому, применяя излучения разных длин волн инфракрасного диапазона, можно определять содержание различных компонентов в одной пробе газа. Например, углекислый газ поглощает ИК-излучение с длиной волны 4,25 мкм, спектр поглощения N2O состоит из 4 составляющих, максимальная из которых имеет длину волны 3,86 мкм, а спектр поглощения летучих анестетиков приходится на 3,2-3,4 мкм. Величина концентрации водяного пара в газовой смеси не представляет существенного интереса, но наличие примеси воды может искажать результаты и нарушать работу прибора из-за конденсации. Вот почему перед попаданием в измерительную камеру анализируемый газ должен быть обезвожен.
Вдыхаемый и выдыхаемый газ поступает в прозрачную измерительную камеру, на которую направлен исходящий из специального источника поток инфракрасного излучения. В диапазоне его частот присутствуют и частоты, специфичные для газов, концентрацию которых определяют. Между излучателем и измерительной камерой находятся вращающаяся крыльчатка-прерыватель потока и фильтр, пропускающий лучи строго определенной длины волны (для СО2, как указывалось выше, она составляет 4,25 мкм). После прохождения через измерительную камеру часть излучения поглощается, а оставшаяся часть падает на фотодетектор, определяющий интенсивность светового потока (рис. 2.3). Чем больше молекул СО2 или другого измеряемого газа содержится в камере, тем интенсивнее поглощается ИК-излучение и тем меньше ток, генерируемый фотодетектором. Нетрудно заметить сходство этой схемы с устройством датчика пульсоксиметра.
Крыльчатка-прерыватель попеременно освещает ИК-лучами измерительную и эталонную камеры. Это дает возможность выявить, какая часть светового потока поглощается газовой смесью. По калибровочной зависимости между концентрацией газа и силой тока фотодетектора монитор рассчитывает парциальное давление углекислого газа или другого компонента газовой смеси.
Частота вращения крыльчатки не должна быть кратной частоте переменного тока электросети (50-60 Гц) и обычно составляет 70-90 об/с. От частоты прерываний зависят плавность процесса измерения и скорость реакции системы на изменение концентрации газа.
В многофункциональных мониторах, способных определять не только углекислый газ, но и газообразные анестетики, крыльчатку заменяют диском с вмонтированными в него фильтрами, каждый из которых пропускает излучение, поглощаемое определенным газом. Таким образом, на фотодетектор попеременно попадают ИК-лучи разных длин волн. Впрочем, это - лишь одно из нескольких технических решений, применяемых разными фирмами.
Серьезная проблема в инфракрасной капнографии связана с чрезвычайной близостью спектров поглощения углекислого газа (4,25 мкм) и закиси азота (максимальное поглощение - на длине волны 3,86 мкм), причем одна из полос спектра поглощения N2O практически накладывается на ту полосу поглощения СО2, с помощью которой осуществляется измерение (рис. 2.2). Поэтому в присутствии закиси азота капнограф дает завышенные результаты измерения СО2; ошибка оказывается тем значительней, чем больше концентрация N2O в газовой смеси. Артефакты в измерении CO2 во время наркоза закисью азота иногда настолько существенны, что дело может закончиться необоснованной коррекцией режима вентиляции.
В мониторах, измеряющих концентрации СО2 и N20 по отдельности, имеется специальный алгоритм для исправления такой ошибки. Более простые модели либо не обращают внимания на эту проблему, либо просят указать, используется закись азота или нет. При получении подтверждения они включают элементарный алгоритм коррекции, который учитывает только сам факт применения закиси азота, но не ее концентрацию. Точность коррекции в этом случае невысока, но для клинических целей она достаточна. Если Вы забыли отключить алгоритм, он будет продолжать работать и после окончания анестезии, искажая результат.
В любом случае документация, прилагаемая к монитору, содержит сведения о способе решения данной проблемы.
Инфракрасный фотоакустический анализ. На этом принципе работают, пожалуй, только мониторы датской фирмы BRUEL amp; KJAER, например модель В amp; К 1304 - мультигазовый монитор с пульсоксиметрическим блоком. Измерительные блоки BRUEL amp; KJAER установлены также и в мониторе MERLIN фирмы HEWLETT PACKARD.
Суть принципа заключается в том, что переход молекул газа в возбужденное состояние под воздействием инфракрасных волн сопровождается появлением звука, улавливаемого микрофоном. На диске-прерывателе находятся фильтры, попеременно пропускающие ИК-лучи с длинами волн, соответствующими линиям спектров поглощения исследуемых газов. Амплитуда звука определяется концентрацией газа. Встроенная программа анализирует фонограмму и выделяет из нее сигналы, соответствующие каждому компоненту газовой смеси. Метод отличается высокой точностью и стабильностью, а приборы, функционирующие на этом принципе, имеют хорошую репутацию.
Способы представления концентрации газа
В некоторых моделях мониторов предусмотрена возможность выбора единиц измерения содержания СО2 в газовой смеси (кПа, мм рт. ст., %). Между способами отображения информации есть не формальное, а весьма существенное различие.
Относительная концентрация газа измеряется в объемных.процентах (%). Так, концентрация С02, равная 5 %, означает, что в 100 мл газовой смеси содержится 5 мл углекислого газа.
Относительная концентрация, выраженная десятичной дробью, называется "фракционной концентрацией", или "фракцией газа в газовой смеси". Например, фракция кислорода, равная 0,21,- это то же, что концентрация кислорода, равная 21 %.
Относительная концентрация - самый традиционный, но не самый удачный способ отображения содержания газа в газовой смеси. Дело в том, что при изменении атмосферного давления газ становится либо более плотным, либо более разреженным, и хотя процентные соотношения компонентов газовой смеси при этом остаются прежними, количество молекул газа в каждом проценте изменяется, а соответственно, изменяется и эффективность альвеолярной вентиляции. Кроме того, выражение концентрации в процентах оказывается крайне неудобным, когда требуется сравнить содержание С02 в выдыхаемом газе с напряжением СО2 в крови. И наконец, хеморецепторы организма не понимают, что такое относительная концентрация, и упрямо ориентируются на концентрацию абсолютную.
В физиологии дыхания объемная концентрация газа обозначается знаком F, за которым следуют подстрочный индекс, обозначающий газовую смесь (I - вдыхаемый газ, Е - выдыхаемый, А - альвеолярный, ЕТ - конечная часть выдыхаемого газа и пр.), и формула самого газа.
Например, FiCO2* - это процентное содержание углекислого газа во вдыхаемом газе; FiETC02 читается как "процентная концентрация углекислого газа в конечной порции выдыхаемого газа", a FiO2 - это фракция кислорода во вдыхаемом газе.
* В соответствии со стандартами физиологии, формула газа должна обозначаться в виде подстрочного индекса, но на практике это правило оказалось настолько неудобным, что в последние годы его не выполняют даже профессиональные журналы.
Процентный состав газовой смеси определяют с помощью масс-спектрометров.
Парциальное давление газа в газовой смеси (от лат. pars - часть) измеряется в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.) или в килопаскалях (кПа), на которые уже не первое десятилетие лениво пытается перейти весь мир.
Парциальное давление газа - это та часть общего барометрического давления, которая обеспечивается молекулами данного компонента газовой смеси.
На каждый газ в смеси приходится часть барометрического давления, соответствующая объемной концентрации этого газа. Поэтому сумма парциальных давлений всех компонентов газовой смеси равна барометрическому давлению (закон Дальтона),
В физиологии дыхания парциальное давление обозначается символом Р (от англ. pressure - давление), за которым следуют индекс газовой смеси и формула самого газа.
Так, РetСОа - это парциальное давление углекислого газа в конечной части выдыхаемого газа, а РaС02 - парциальное давление СО2 в альвеолярном газе.
Например, если вдыхаемый газ содержит 30 % кислорода, 68 % закиси азота и 2 % фторотана (галотана), а атмосферное давление равно 760 мм рт. ст., то
Pi02 = (760 X 30 %) - 228 мм рт. ст.
Р1N20 = (760Х68%) ° 516,8 мм рт. ст.
PiHAL = (760X 2%) =15,2 мм рт. ст.
Итого: 100 % = 760 мм рт. ст.
Зная величину атмосферного давления и парциального давления газа, легко вычислить его процентную концентрацию:
Относительная концентрация газа (%)=
(парциальное давление газа/барометрическое давление) х 100%
Парциальное давление - это один из показателей абсолютной концентрации, то есть количества молекул газа в единице объема газовой смеси. При этом концентрация газа выражается через давление, которое обеспечивают его молекулы. Чем больше молекул газа в единице объема, тем выше парциальное давление этого газа.
При колебаниях атмосферного давления соответственно изменяются и парциальные давления газов, отражая изменения их абсолютных концентраций, хотя процентные соотношения компонентов смеси остаются прежними.
Если в рассмотренном нами примере атмосферное давление снижается с 760 до 730 мм рт. ст., то парциальные давления газов также уменьшатся:
P102 =(730Х30%) = 219 мм рт. ст. Р1N20 х (730Х68%) = 496,4 мм рт. ст.
P1HAL - (730Х2%) = 14,6ммрт.ст.
Итого: 100% = 730 мм рт. ст.
Исчисление концентрации газа в единицах давления удобно тем, что предоставляет возможность сравнивать парциальное давление газа в газовой смеси (например, в альвеолярном или вдыхаемом газе) с напряжением этого газа в крови или в тканях и тем самым определять градиент давлений, от которого зависят направление и скорость газообмена в легких и в тканях.
Инфракрасные капнографы измеряют абсолютные концентрации углекислого газа и летучих анестетиков и выражают их в мм рт. ст. или в кПа. Процентная концентрация газа, высвечиваемая на дисплее, всегда является расчетной величиной, для получения которой программа монитора оперирует данными встроенных барометра и термометра.
При использовании данных капнографии следует иметь в виду еще одно обстоятельство. На величину реального парциального давления углекислого газа влияют пары воды, которыми насыщен альвеолярный газ. Парциальное давление воды при 37 °С составляет 47 мм рт. ст., а на долю остальных компонентов альвеолярного газа приходится 760-47 =713 мм рт. ст. Поэтому парциальному давлению С02 в альвеолах, равному 40 мм рт. ст., соответствует концентрация этого газа, составляющая
FaCO2 = 40/713 х 100 = 5,6 %.
Перед поступлением в измерительную камеру капнографа проба газа искусственно обезвоживается. При исчезновении любого из компонентов газовой смеси относительные концентрации всех других повышаются. В связи с тем что капнографы калибруются сухими газами, поправка, связанная с изменением влажности, не вносится, и программное обеспечение капнографа производит пересчет парциального давления в процентную концентрацию, исходя из условий измерения, а не из условий альвеолярной среды. Например, если измеренное парциальное давление С02 равно 35 мм рт. ст., то при атмосферном давлении 760 мм рт. ст. рассчитанная капнографом относительная концентрация углекислого газа составит
FetСО2 = 35/760 х 100 = 4,6 %.
Несоответствие между измеренной и реальной величинами РetС02 равно нескольким мм рт. ст. и в клинической практике обычно не берется во внимание.
В капнографах, имеющих встроенный барометр, поправка на колебания атмосферного давления производится автоматически.
Относительная концентрация газа измеряется в объемных.процентах (%). Так, концентрация С02, равная 5 %, означает, что в 100 мл газовой смеси содержится 5 мл углекислого газа.
Относительная концентрация, выраженная десятичной дробью, называется "фракционной концентрацией", или "фракцией газа в газовой смеси". Например, фракция кислорода, равная 0,21,- это то же, что концентрация кислорода, равная 21 %.
Относительная концентрация - самый традиционный, но не самый удачный способ отображения содержания газа в газовой смеси. Дело в том, что при изменении атмосферного давления газ становится либо более плотным, либо более разреженным, и хотя процентные соотношения компонентов газовой смеси при этом остаются прежними, количество молекул газа в каждом проценте изменяется, а соответственно, изменяется и эффективность альвеолярной вентиляции. Кроме того, выражение концентрации в процентах оказывается крайне неудобным, когда требуется сравнить содержание С02 в выдыхаемом газе с напряжением СО2 в крови. И наконец, хеморецепторы организма не понимают, что такое относительная концентрация, и упрямо ориентируются на концентрацию абсолютную.
В физиологии дыхания объемная концентрация газа обозначается знаком F, за которым следуют подстрочный индекс, обозначающий газовую смесь (I - вдыхаемый газ, Е - выдыхаемый, А - альвеолярный, ЕТ - конечная часть выдыхаемого газа и пр.), и формула самого газа.
Например, FiCO2* - это процентное содержание углекислого газа во вдыхаемом газе; FiETC02 читается как "процентная концентрация углекислого газа в конечной порции выдыхаемого газа", a FiO2 - это фракция кислорода во вдыхаемом газе.
* В соответствии со стандартами физиологии, формула газа должна обозначаться в виде подстрочного индекса, но на практике это правило оказалось настолько неудобным, что в последние годы его не выполняют даже профессиональные журналы.
Процентный состав газовой смеси определяют с помощью масс-спектрометров.
Парциальное давление газа в газовой смеси (от лат. pars - часть) измеряется в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.) или в килопаскалях (кПа), на которые уже не первое десятилетие лениво пытается перейти весь мир.
Парциальное давление газа - это та часть общего барометрического давления, которая обеспечивается молекулами данного компонента газовой смеси.
На каждый газ в смеси приходится часть барометрического давления, соответствующая объемной концентрации этого газа. Поэтому сумма парциальных давлений всех компонентов газовой смеси равна барометрическому давлению (закон Дальтона),
В физиологии дыхания парциальное давление обозначается символом Р (от англ. pressure - давление), за которым следуют индекс газовой смеси и формула самого газа.
Так, РetСОа - это парциальное давление углекислого газа в конечной части выдыхаемого газа, а РaС02 - парциальное давление СО2 в альвеолярном газе.
Например, если вдыхаемый газ содержит 30 % кислорода, 68 % закиси азота и 2 % фторотана (галотана), а атмосферное давление равно 760 мм рт. ст., то
Pi02 = (760 X 30 %) - 228 мм рт. ст.
Р1N20 = (760Х68%) ° 516,8 мм рт. ст.
PiHAL = (760X 2%) =15,2 мм рт. ст.
Итого: 100 % = 760 мм рт. ст.
Зная величину атмосферного давления и парциального давления газа, легко вычислить его процентную концентрацию:
Относительная концентрация газа (%)=
(парциальное давление газа/барометрическое давление) х 100%
Парциальное давление - это один из показателей абсолютной концентрации, то есть количества молекул газа в единице объема газовой смеси. При этом концентрация газа выражается через давление, которое обеспечивают его молекулы. Чем больше молекул газа в единице объема, тем выше парциальное давление этого газа.
При колебаниях атмосферного давления соответственно изменяются и парциальные давления газов, отражая изменения их абсолютных концентраций, хотя процентные соотношения компонентов смеси остаются прежними.
Если в рассмотренном нами примере атмосферное давление снижается с 760 до 730 мм рт. ст., то парциальные давления газов также уменьшатся:
P102 =(730Х30%) = 219 мм рт. ст. Р1N20 х (730Х68%) = 496,4 мм рт. ст.
P1HAL - (730Х2%) = 14,6ммрт.ст.
Итого: 100% = 730 мм рт. ст.
Исчисление концентрации газа в единицах давления удобно тем, что предоставляет возможность сравнивать парциальное давление газа в газовой смеси (например, в альвеолярном или вдыхаемом газе) с напряжением этого газа в крови или в тканях и тем самым определять градиент давлений, от которого зависят направление и скорость газообмена в легких и в тканях.
Инфракрасные капнографы измеряют абсолютные концентрации углекислого газа и летучих анестетиков и выражают их в мм рт. ст. или в кПа. Процентная концентрация газа, высвечиваемая на дисплее, всегда является расчетной величиной, для получения которой программа монитора оперирует данными встроенных барометра и термометра.
При использовании данных капнографии следует иметь в виду еще одно обстоятельство. На величину реального парциального давления углекислого газа влияют пары воды, которыми насыщен альвеолярный газ. Парциальное давление воды при 37 °С составляет 47 мм рт. ст., а на долю остальных компонентов альвеолярного газа приходится 760-47 =713 мм рт. ст. Поэтому парциальному давлению С02 в альвеолах, равному 40 мм рт. ст., соответствует концентрация этого газа, составляющая
FaCO2 = 40/713 х 100 = 5,6 %.
Перед поступлением в измерительную камеру капнографа проба газа искусственно обезвоживается. При исчезновении любого из компонентов газовой смеси относительные концентрации всех других повышаются. В связи с тем что капнографы калибруются сухими газами, поправка, связанная с изменением влажности, не вносится, и программное обеспечение капнографа производит пересчет парциального давления в процентную концентрацию, исходя из условий измерения, а не из условий альвеолярной среды. Например, если измеренное парциальное давление С02 равно 35 мм рт. ст., то при атмосферном давлении 760 мм рт. ст. рассчитанная капнографом относительная концентрация углекислого газа составит
FetСО2 = 35/760 х 100 = 4,6 %.
Несоответствие между измеренной и реальной величинами РetС02 равно нескольким мм рт. ст. и в клинической практике обычно не берется во внимание.
В капнографах, имеющих встроенный барометр, поправка на колебания атмосферного давления производится автоматически.
Системы газоанализаторов
Все модели капнографов (как, впрочем, и других газоанализаторов) различаются не только по принципу, лежащему в основе измерения, но и по способам доставки газа в измерительную камеру. Таких способов три:
• капнометрия вне дыхательного потока с непрерывным отбором пробы газа (sidestream analysis);
• капнометрия в дыхательном потоке (mainstream analysis);
• компромиссный вариант.
Капнометрия вне дыхательного потока (sidestream analysis) получила наиболее широкое распространение. Суть способа проста и заключается в следующем: из потока вдыхаемого и выдыхаемого газа (например, из интубационной трубки или наркозной маски) небольшая его часть непрерывно откачивается по тонкой пластиковой трубке и подается в измерительную камеру, расположенную внутри монитора (рис. 2.4). После выполнения анализа газ сбрасывается в атмосферу. Если мониторинг применяется во время анестезии, проводимой малопоточным методом (по закрытому контуру), то газ из капнографа возвращается в контур подругой трубке-магистрали. В этом случае перед возвратом в наркозный аппарат газ должен пройти через бактериальный фильтр.
Рис. 2.4. Капнометрия вне дыхательного потока
Капнографы, работающие по этому принципу, имеют систему обезвоживания газовой смеси, встроенную газовую помпу и снабжены одноразовыми комплектами тонких газовых магистралей со специальными адаптерами для подключения к дыхательному контуру.
Газовая помпа обеспечивает всасывание анализируемой пробы газа с постоянной (обычно 150-200 мл/мин) скоростью. При более низкой скорости всасывания точность измерения концентрации и отображения капнограммы снижаются. От скорости всасывания зависит скорость поступления газа в измерительную камеру, то есть задержка измерения.
Поломка помпы - одна из самых частых причин отказа монитора.
Выбирая модель, уточните средний срок службы газовой помпы (так называемую наработку на отказ) и стоимость ее замены. Например, из документации монитора RGM фирмы OHMEDA следует, что средние эксплуатационные расходы, связанные с заменой помпы по истечении срока гарантии, составят 204 доллара в год. Помпы, которыми снабжаются мониторы фирмы DATEX, не нуждаются в замене по меньшей мере 5 ле*.
Газовая помпа выходит из строя особенно быстро, если монитор часто и подолгу оставляют включенным без необходимости (в промежутках между наркозами или после полной стабилизации дыхания пациента). В комплексных мониторах, как правило, не предусмотрено раздельное включение блоков, поэтому в тех случаях, когда такой монитор применяется только для пульсоксиметрии, помпа газоанализатора работает вхолостую и износ ее ускоряется.
Газовая магистраль - это тонкая гибкая трубка из прозрачного пластика. Ее длина и внутренний диаметр определяются фирмой-изготовителем и обеспечивают заданную скорость доставки газа в анализатор.
Переполнение магистрали конденсатом может приводить к искажению формы капнограммы и нарушению процесса измерения.
Адаптер (пробоотборник) имеет боковой порт для подключения магистрали и выполняется в разных вариантах: это может быть прямой или угловой патрубок, вставляемый между интубационной трубкой (маской, трахеостомической канюлей) и тройником контура наркозного аппарата или респиратора; есть также адаптеры со специальными защитными устройствами, предотвращающими попадание мокроты в магистраль. Универсальный адаптер D-lite (DATEX) позволяет, помимо забора газа, измерять давление в контуре и определять некоторые параметры механики дыхания. Для педиатрических пациентов существуют адаптеры, позволяющие вводить катетер-пробоотборник до уровня бифуркации трахеи, что повышает точность измерения газового состава у детей до 12 лет. У неинтубированных больных применяются адаптеры в форме носовых канюль. Крупные фирмы предоставляют большой выбор адаптеров для самых разных ситуаций.
При подсоединении адаптера необходимо следить, чтобы магистраль отходила от него вверх,- это предотвращает затекание в нее конденсата.
Система обезвоживания газа - пожалуй, самое уязвимое место в конструкции инфракрасного капнографа. От нормального ее функционирования полностью зависит работа монитора. Расходы на обслуживание данной системы, при неудачном выборе модели, могут за несколько лет превысить стоимость самого монитора.
Как упоминалось выше, обезвоживание газовой смеси требуется для того, чтобы не допустить конденсации воды внутри измерительной камеры и повысить точность измерения концентрации СО2.
Самый распространенный способ обезвоживания газа - пропускание его через специальный фильтр, помещенный в кассету-водоотделитель (картридж). Вода, извлеченная из газовой смеси, стекает в прозрачный накопительный резервуар, который по мере заполнения необходимо опорожнять. Поэтому вся система обезвоживания находится снаружи монитора, чаще - на его передней панели, и доступна для обзора и обслуживания.
В некоторых моделях капнографов при переполнении водосборника происходит заброс жидкости в измерительную камеру, что выводит анализатор из строя.
Картриджи, будучи одноразовыми, регенерации не подлежат. К замене картриджей приходится прибегать довольно часто. Так, в модели OXICAP (OHMEDA) картридж при регулярной эксплуатации монитора меняют в среднем один раз в неделю, что.выливается в 520 долларов в год. В некоторых моделях капнографов для каждого пациента предусмотрен отдельный фильтр (например, картридж Watercheck фирмы CRITICARE).
Накопление влаги и отказ фильтра происходят особенно быстро при высоком содержании воды во вдыхаемом газе (например; когда больному проводится ИВЛ качественно увлажненной газовой смесью и особенно когда в шланг вдоха респиратора включен аэрозольный ингалятор).
В настоящее время самой эффективной и экономичной системой удаления паров воды из газа является водоуловитель D-fend фирмы DATEX, снабженный гидрофобной мембраной, пропускающей газ и задерживающей воду и микроорганизмы. Средний срок его службы составляет около двух месяцев, а на замену отработавших элементов тратится 96 долларов в год.
Конденсат, стекающий в резервуар, нередко бывает инфицирован, а сам резервуар выступает в роли инкубатора микроорганизмов. Поэтому при опорожнении водосборника необходимо пользоваться резиновыми перчатками и соблюдать прочие меры предосторожности, указанные в документации.
Многие фирмы применяют для извлечения влаги из газа капиллярные трубки, выполненные из полимера нафиона (nafion). Этот чрезвычайно дорогой материал выпускается в небольшом количестве единственным заводом, который принадлежит компании Perma Pure Products Inc. Нафион обладает уникальным свойством избирательно пропускать молекулы воды, оставаясь непроницаемым для остальных газов. При прохождении газовой смеси по нафионовой трубке молекулы воды покидают ее просвет, уходя в более сухой окружающий атмосферный воздух. В результате газ на выходе из трубки имеет ту же влажность, что атмосфера, что вполне приемлемо для нормальной работы прибора. Капнографы с такой системой обезвоживания газа легко узнать по отсутствию на передней панели фильтра с влагосборником.
Срок работы нафионовой трубки больше, чем таковой у фильтра, однако периодическая замена данного элемента необходима, и стоит это недешево.
Время реакции системы на внезапное изменение концентрации С02 (response time) складывается из двух составляющих:
1. Время доставки газовой смеси из дыхательных путей в измерительную камеру (delay time); у систем sidestream оно достигает 1,5 с. Время доставки зависит от скорости откачки газа, а также от длины магистрали. Оно уменьшается при укорочении магистрали.
2. Скорость измерения (rise time) - определяется как период от момента поступления порции газа в измерительнуюкамеру до момента подъема сигнала фотодетектора от нуля До 90 % истинной величины. Скорость измерения зависит от марки измерительной системы и обычно составляет 0,35-0,55 с.
В целом быстродействие инфракрасных капнографов с непрерывным отбором пробы газа соответствует большинству клинических целей - определение частоты дыхания, своевременное выявление гипо- или гипервентиляции, апноэ, разгерметизации системы и пр. Резкое укорочение времени реакции системы требуется лишь в особых случаях, когда необходима синхронизация капнограммы и спирограммы, например для измерения анатомического мертвого пространства или расчета темпа продукции СО2.
Калибровка капнографа осуществляется с целью проверки соответствия силы тока фотодетектора концентрации углекислого газа. Обычно полная калибровка монитора выполняется по двум точкам. Процедура установки нуля производится по атмосферному воздуху, а потому является бесплатной. В некоторых мониторах предусмотрена калибровка по воздуху автоматически при каждом включении. У таких моделей присоединять адаптер к интубационной трубке следует только после сигнала о готовности монитора к работе. Вторую точку прямой находят с помощью специальной калибровочной газовой смеси, содержащей СО2 и другие компоненты в известных концентрациях. Каждая фирма-производитель мониторов выпускает баллончики со сжатой калибровочной газовой смесью, которая помимо С02 может также включать N02 O2 и летучие анестетики. К баллонам прилагаются специальные устройства для подачи смеси в монитор и инструкция. Капнографов, работающих по принципу sidestream и не нуждающихся в калибровках, пока еще не создано, так что отсутствие калибровочных баллонов в комплекте поставки прибора означает лишь одно: их забыли заказать при составлении контракта.
В связи с тем что капнограф нередко требует частой калибровки, фирмы стараются до предела упростить эту манипуляцию. Некоторые модели (в частности, OXICAP [OHMEDA]) сами управляют процессом калибровки, выводя на экран соответствующие команды для врача. Периодичность калибровок газовой смесью из баллонов неодинакова: один раз в две недели (OHMEDA), ежемесячно (В amp;К, MARQUETTE) или два раза в год (DATEX). Соответственно различаются и финансовые затраты на калибровочный газ, составляя от 10 до 100 долларов в год на один монитор.
Из сказанного выше ясно, насколько серьезен вопрос покупки монитора. Последствия недостаточно продуманного выбора фирмы-поставщика или неосведомленности о предстоящих затратах на расходные материалы самые плачевные: отработав некоторое время, дорогостоящий и нужный прибор ляжет мертвым грузом на больничном складе в ожидании списания. Стремительное развитие мониторной техники привело к тому, что темп морального старения модели способен превышать скорость ее физического износа. Помните, что мониторы оправдывают расходы на их приобретение лишь при активном использовании.
Достоинства системы:
• возможность применения легких и дешевых одноразовых адаптеров для присоединения к дыхательным путям;
• защищенность всех сложных, хрупких и дорогостоящих частей измерительной системы, находящихся внутри корпуса прибора;
• наличие адаптеров для самых разных клинических ситуаций;
• возможность мониторинга у неинтубированных больных;
• возможность одновременного определения нескольких газов в одной пробе.
Недостатки системы:
• необходимость в специальном устройстве для удаления паров воды из газовой смеси;
• наличие газовой помпы - самой ненадежной части системы;
• повышенное время реакции измерительной системы (если это имеет значение);
• затраты на приобретение расходных материалов (адаптеров, магистралей, фильтров, калибровочного газа).
Капнометрия в дыхательном потоке (mainstream analysis) распространена меньше, чем предыдущий метод. Адаптер в этой системе представляет собой устанавливаемую между интубационной трубкой и тройником контура кювету, через которую на проток проходит весь вдыхаемый и выдыхаемый газ (рис. 2.5). В ней имеются два сапфировых окошка, прозрачные для ИК-лучей. Адаптеры моделей mainstream бывают одно- или многоразовыми и стоят значительно дороже, чем таковые у капнографов sidestream. На адаптер снаружи надевается съемный датчик, в который вмонтированы источник монохроматического ИК-излучения и вся измерительная система. Конденсации паров воды на сапфировых окошках препятствует подогрев адаптера. Вес датчика может составлять от 10 до 60 г, а цена этого миниатюрного устройства может достигать 1500 долларов. После включения монитора требуется некоторое время для разогрева датчика. Задержка с началом мониторинга невелика и обычно находится в пределах от 20 с до 3 мин. Некоторые капнографы этого типа не нуждаются в периодических калибровках, но требуют регулярного (по крайней мере один раз в год) метрологического контроля датчика.
Рис. 2.5. Капнометрия в дыхательном потоке
Представители данного класса мониторов - CAPNOGARD, CО2SMO (NOVAMETRIX), CAPNOCHECK (BCI), PROPAQ М106 (PROTOCOL SYSTEMS), ULTRA CAP (NELLCOR-PB и некоторые другие.
• капнометрия вне дыхательного потока с непрерывным отбором пробы газа (sidestream analysis);
• капнометрия в дыхательном потоке (mainstream analysis);
• компромиссный вариант.
Капнометрия вне дыхательного потока (sidestream analysis) получила наиболее широкое распространение. Суть способа проста и заключается в следующем: из потока вдыхаемого и выдыхаемого газа (например, из интубационной трубки или наркозной маски) небольшая его часть непрерывно откачивается по тонкой пластиковой трубке и подается в измерительную камеру, расположенную внутри монитора (рис. 2.4). После выполнения анализа газ сбрасывается в атмосферу. Если мониторинг применяется во время анестезии, проводимой малопоточным методом (по закрытому контуру), то газ из капнографа возвращается в контур подругой трубке-магистрали. В этом случае перед возвратом в наркозный аппарат газ должен пройти через бактериальный фильтр.
Капнографы, работающие по этому принципу, имеют систему обезвоживания газовой смеси, встроенную газовую помпу и снабжены одноразовыми комплектами тонких газовых магистралей со специальными адаптерами для подключения к дыхательному контуру.
Газовая помпа обеспечивает всасывание анализируемой пробы газа с постоянной (обычно 150-200 мл/мин) скоростью. При более низкой скорости всасывания точность измерения концентрации и отображения капнограммы снижаются. От скорости всасывания зависит скорость поступления газа в измерительную камеру, то есть задержка измерения.
Поломка помпы - одна из самых частых причин отказа монитора.
Выбирая модель, уточните средний срок службы газовой помпы (так называемую наработку на отказ) и стоимость ее замены. Например, из документации монитора RGM фирмы OHMEDA следует, что средние эксплуатационные расходы, связанные с заменой помпы по истечении срока гарантии, составят 204 доллара в год. Помпы, которыми снабжаются мониторы фирмы DATEX, не нуждаются в замене по меньшей мере 5 ле*.
Газовая помпа выходит из строя особенно быстро, если монитор часто и подолгу оставляют включенным без необходимости (в промежутках между наркозами или после полной стабилизации дыхания пациента). В комплексных мониторах, как правило, не предусмотрено раздельное включение блоков, поэтому в тех случаях, когда такой монитор применяется только для пульсоксиметрии, помпа газоанализатора работает вхолостую и износ ее ускоряется.
Газовая магистраль - это тонкая гибкая трубка из прозрачного пластика. Ее длина и внутренний диаметр определяются фирмой-изготовителем и обеспечивают заданную скорость доставки газа в анализатор.
Переполнение магистрали конденсатом может приводить к искажению формы капнограммы и нарушению процесса измерения.
Адаптер (пробоотборник) имеет боковой порт для подключения магистрали и выполняется в разных вариантах: это может быть прямой или угловой патрубок, вставляемый между интубационной трубкой (маской, трахеостомической канюлей) и тройником контура наркозного аппарата или респиратора; есть также адаптеры со специальными защитными устройствами, предотвращающими попадание мокроты в магистраль. Универсальный адаптер D-lite (DATEX) позволяет, помимо забора газа, измерять давление в контуре и определять некоторые параметры механики дыхания. Для педиатрических пациентов существуют адаптеры, позволяющие вводить катетер-пробоотборник до уровня бифуркации трахеи, что повышает точность измерения газового состава у детей до 12 лет. У неинтубированных больных применяются адаптеры в форме носовых канюль. Крупные фирмы предоставляют большой выбор адаптеров для самых разных ситуаций.
При подсоединении адаптера необходимо следить, чтобы магистраль отходила от него вверх,- это предотвращает затекание в нее конденсата.
Система обезвоживания газа - пожалуй, самое уязвимое место в конструкции инфракрасного капнографа. От нормального ее функционирования полностью зависит работа монитора. Расходы на обслуживание данной системы, при неудачном выборе модели, могут за несколько лет превысить стоимость самого монитора.
Как упоминалось выше, обезвоживание газовой смеси требуется для того, чтобы не допустить конденсации воды внутри измерительной камеры и повысить точность измерения концентрации СО2.
Самый распространенный способ обезвоживания газа - пропускание его через специальный фильтр, помещенный в кассету-водоотделитель (картридж). Вода, извлеченная из газовой смеси, стекает в прозрачный накопительный резервуар, который по мере заполнения необходимо опорожнять. Поэтому вся система обезвоживания находится снаружи монитора, чаще - на его передней панели, и доступна для обзора и обслуживания.
В некоторых моделях капнографов при переполнении водосборника происходит заброс жидкости в измерительную камеру, что выводит анализатор из строя.
Картриджи, будучи одноразовыми, регенерации не подлежат. К замене картриджей приходится прибегать довольно часто. Так, в модели OXICAP (OHMEDA) картридж при регулярной эксплуатации монитора меняют в среднем один раз в неделю, что.выливается в 520 долларов в год. В некоторых моделях капнографов для каждого пациента предусмотрен отдельный фильтр (например, картридж Watercheck фирмы CRITICARE).
Накопление влаги и отказ фильтра происходят особенно быстро при высоком содержании воды во вдыхаемом газе (например; когда больному проводится ИВЛ качественно увлажненной газовой смесью и особенно когда в шланг вдоха респиратора включен аэрозольный ингалятор).
В настоящее время самой эффективной и экономичной системой удаления паров воды из газа является водоуловитель D-fend фирмы DATEX, снабженный гидрофобной мембраной, пропускающей газ и задерживающей воду и микроорганизмы. Средний срок его службы составляет около двух месяцев, а на замену отработавших элементов тратится 96 долларов в год.
Конденсат, стекающий в резервуар, нередко бывает инфицирован, а сам резервуар выступает в роли инкубатора микроорганизмов. Поэтому при опорожнении водосборника необходимо пользоваться резиновыми перчатками и соблюдать прочие меры предосторожности, указанные в документации.
Многие фирмы применяют для извлечения влаги из газа капиллярные трубки, выполненные из полимера нафиона (nafion). Этот чрезвычайно дорогой материал выпускается в небольшом количестве единственным заводом, который принадлежит компании Perma Pure Products Inc. Нафион обладает уникальным свойством избирательно пропускать молекулы воды, оставаясь непроницаемым для остальных газов. При прохождении газовой смеси по нафионовой трубке молекулы воды покидают ее просвет, уходя в более сухой окружающий атмосферный воздух. В результате газ на выходе из трубки имеет ту же влажность, что атмосфера, что вполне приемлемо для нормальной работы прибора. Капнографы с такой системой обезвоживания газа легко узнать по отсутствию на передней панели фильтра с влагосборником.
Срок работы нафионовой трубки больше, чем таковой у фильтра, однако периодическая замена данного элемента необходима, и стоит это недешево.
Время реакции системы на внезапное изменение концентрации С02 (response time) складывается из двух составляющих:
1. Время доставки газовой смеси из дыхательных путей в измерительную камеру (delay time); у систем sidestream оно достигает 1,5 с. Время доставки зависит от скорости откачки газа, а также от длины магистрали. Оно уменьшается при укорочении магистрали.
2. Скорость измерения (rise time) - определяется как период от момента поступления порции газа в измерительнуюкамеру до момента подъема сигнала фотодетектора от нуля До 90 % истинной величины. Скорость измерения зависит от марки измерительной системы и обычно составляет 0,35-0,55 с.
В целом быстродействие инфракрасных капнографов с непрерывным отбором пробы газа соответствует большинству клинических целей - определение частоты дыхания, своевременное выявление гипо- или гипервентиляции, апноэ, разгерметизации системы и пр. Резкое укорочение времени реакции системы требуется лишь в особых случаях, когда необходима синхронизация капнограммы и спирограммы, например для измерения анатомического мертвого пространства или расчета темпа продукции СО2.
Калибровка капнографа осуществляется с целью проверки соответствия силы тока фотодетектора концентрации углекислого газа. Обычно полная калибровка монитора выполняется по двум точкам. Процедура установки нуля производится по атмосферному воздуху, а потому является бесплатной. В некоторых мониторах предусмотрена калибровка по воздуху автоматически при каждом включении. У таких моделей присоединять адаптер к интубационной трубке следует только после сигнала о готовности монитора к работе. Вторую точку прямой находят с помощью специальной калибровочной газовой смеси, содержащей СО2 и другие компоненты в известных концентрациях. Каждая фирма-производитель мониторов выпускает баллончики со сжатой калибровочной газовой смесью, которая помимо С02 может также включать N02 O2 и летучие анестетики. К баллонам прилагаются специальные устройства для подачи смеси в монитор и инструкция. Капнографов, работающих по принципу sidestream и не нуждающихся в калибровках, пока еще не создано, так что отсутствие калибровочных баллонов в комплекте поставки прибора означает лишь одно: их забыли заказать при составлении контракта.
В связи с тем что капнограф нередко требует частой калибровки, фирмы стараются до предела упростить эту манипуляцию. Некоторые модели (в частности, OXICAP [OHMEDA]) сами управляют процессом калибровки, выводя на экран соответствующие команды для врача. Периодичность калибровок газовой смесью из баллонов неодинакова: один раз в две недели (OHMEDA), ежемесячно (В amp;К, MARQUETTE) или два раза в год (DATEX). Соответственно различаются и финансовые затраты на калибровочный газ, составляя от 10 до 100 долларов в год на один монитор.
Из сказанного выше ясно, насколько серьезен вопрос покупки монитора. Последствия недостаточно продуманного выбора фирмы-поставщика или неосведомленности о предстоящих затратах на расходные материалы самые плачевные: отработав некоторое время, дорогостоящий и нужный прибор ляжет мертвым грузом на больничном складе в ожидании списания. Стремительное развитие мониторной техники привело к тому, что темп морального старения модели способен превышать скорость ее физического износа. Помните, что мониторы оправдывают расходы на их приобретение лишь при активном использовании.
Достоинства системы:
• возможность применения легких и дешевых одноразовых адаптеров для присоединения к дыхательным путям;
• защищенность всех сложных, хрупких и дорогостоящих частей измерительной системы, находящихся внутри корпуса прибора;
• наличие адаптеров для самых разных клинических ситуаций;
• возможность мониторинга у неинтубированных больных;
• возможность одновременного определения нескольких газов в одной пробе.
Недостатки системы:
• необходимость в специальном устройстве для удаления паров воды из газовой смеси;
• наличие газовой помпы - самой ненадежной части системы;
• повышенное время реакции измерительной системы (если это имеет значение);
• затраты на приобретение расходных материалов (адаптеров, магистралей, фильтров, калибровочного газа).
Капнометрия в дыхательном потоке (mainstream analysis) распространена меньше, чем предыдущий метод. Адаптер в этой системе представляет собой устанавливаемую между интубационной трубкой и тройником контура кювету, через которую на проток проходит весь вдыхаемый и выдыхаемый газ (рис. 2.5). В ней имеются два сапфировых окошка, прозрачные для ИК-лучей. Адаптеры моделей mainstream бывают одно- или многоразовыми и стоят значительно дороже, чем таковые у капнографов sidestream. На адаптер снаружи надевается съемный датчик, в который вмонтированы источник монохроматического ИК-излучения и вся измерительная система. Конденсации паров воды на сапфировых окошках препятствует подогрев адаптера. Вес датчика может составлять от 10 до 60 г, а цена этого миниатюрного устройства может достигать 1500 долларов. После включения монитора требуется некоторое время для разогрева датчика. Задержка с началом мониторинга невелика и обычно находится в пределах от 20 с до 3 мин. Некоторые капнографы этого типа не нуждаются в периодических калибровках, но требуют регулярного (по крайней мере один раз в год) метрологического контроля датчика.
Представители данного класса мониторов - CAPNOGARD, CО2SMO (NOVAMETRIX), CAPNOCHECK (BCI), PROPAQ М106 (PROTOCOL SYSTEMS), ULTRA CAP (NELLCOR-PB и некоторые другие.