Достоинства системы:
• повышенное быстродействие (время реакции 30-60 мс);
• отсутствие необходимости в обезвоживании газовой смеси;
• оптимальна при анестезии по закрытому контуру.
Недостатки системы:
• увеличенный риск смещения или перегиба интубационной рубки из-за повышенного веса устанавливаемых на ней деталей;
• повышенный риск поломки самой дорогой части монитора - датчика;
• невозможность определения иных газов, кроме СО2;
• невозможность использования разнообразных адаптеров;
• высокая стоимость расходных материалов (адаптера, датчика).
Компромиссный вариант системы предложен фирмой NELL-COR и реализован в модели N 1000. Измерительная система капнографа вынесена за пределы корпуса монитора в отдельный небольшой блок вблизи пациента. По сути, это вариант системы sidestream с укороченной магистралью. Достоинства системы:
• сохранение многих преимуществ системы sidestream (использование разнообразных легких и дешевых адаптеров, мультигазовый мониторинг, надежная защита измерительной системы);
• увеличение быстродействия системы за счет резкого укорочения газовой магистрали;
• уменьшение скорости откачки пробы газа в измерительную камеру до 50 мл/мин без потери качества измерения.
Недостаток системы:
• наличие дополнительного блока и возможное появление неудобств, связанных с его размещением на самой дефицитной и загроможденной территории в операционной или в палате интенсивной терапии - в непосредственной близости от пациента.
И наконец, некоторые фирмы предоставляют врачам возможность самостоятельно решать, какой из вышеперечисленных систем пользоваться. Например, в мониторе Capnocheck Dual Stream (фирма BCI, США) предусмотрена возможность применения как одной, так и другой технологии.
Рабочие характеристики капнографа
Физиологические основы капнографии
Проблема адекватности вентиляции легких
Образование и запасы CO 2 в организме
Внутрилегочный обмен CO 2
• повышенное быстродействие (время реакции 30-60 мс);
• отсутствие необходимости в обезвоживании газовой смеси;
• оптимальна при анестезии по закрытому контуру.
Недостатки системы:
• увеличенный риск смещения или перегиба интубационной рубки из-за повышенного веса устанавливаемых на ней деталей;
• повышенный риск поломки самой дорогой части монитора - датчика;
• невозможность определения иных газов, кроме СО2;
• невозможность использования разнообразных адаптеров;
• высокая стоимость расходных материалов (адаптера, датчика).
Компромиссный вариант системы предложен фирмой NELL-COR и реализован в модели N 1000. Измерительная система капнографа вынесена за пределы корпуса монитора в отдельный небольшой блок вблизи пациента. По сути, это вариант системы sidestream с укороченной магистралью. Достоинства системы:
• сохранение многих преимуществ системы sidestream (использование разнообразных легких и дешевых адаптеров, мультигазовый мониторинг, надежная защита измерительной системы);
• увеличение быстродействия системы за счет резкого укорочения газовой магистрали;
• уменьшение скорости откачки пробы газа в измерительную камеру до 50 мл/мин без потери качества измерения.
Недостаток системы:
• наличие дополнительного блока и возможное появление неудобств, связанных с его размещением на самой дефицитной и загроможденной территории в операционной или в палате интенсивной терапии - в непосредственной близости от пациента.
И наконец, некоторые фирмы предоставляют врачам возможность самостоятельно решать, какой из вышеперечисленных систем пользоваться. Например, в мониторе Capnocheck Dual Stream (фирма BCI, США) предусмотрена возможность применения как одной, так и другой технологии.
Рабочие характеристики капнографа
Сегодня медицинские капнографы выпускаются десятками различных фирм. Нередко одна фирма предлагает несколько моделей мониторов, каждая из которых имеет свои плюсы и минусы. Мы намеренно не приводим здесь сравнительную характеристику даже самых известных современных систем: при нынешних темпах развития и совершенствования мониторной техники такая информация очень быстро устаревает. Достаточно знать общие принципы оценки основных рабочих характеристик капнографов.
Необходимая точность измерения концентрации СО2 обеспечивается любым из четырех методов анализа; важен не сам метод, а то, насколько качественно он реализован. Например, истинность показаний инфракрасного капнографа зависит от того, есть ли в нем алгоритм коррекции погрешностей, обусловленных колебаниями температуры, атмосферного давления и концентрации закиси азота.
Наиболее высокой точностью отличаются масс-спектрометры, однако прежде чем остановить на них свой выбор, подумайте, не слишком ли дорого Вы платите за дополнительный знак после запятой, который, как правило, не имеет никакой диагностической ценности.
Выведение на дисплей капнограммы - один из главнейших плюсов модели, резко увеличивающий диагностические возможности метода. Отсутствие этой функции существенно удешевляет монитор, но оправдано лишь у портативных транспортных моделей.
Удобство представления данных мониторинга на дисплее весьма значимо для восприятия информации. На дисплеях моделей некоторых фирм, не уделяющих этому вопросу должного внимания, она порой демонстрируется в виде трудно читаемой смеси графиков, трендов, цифр, индексов и сообщений. При покупке модели полюбопытствуйте, возможен ли выбор скорости движения кривой по экрану, ибо переключение между режимами дисплея позволяет, в одних случаях, рассматривать форму каждой дыхательной волны, а в других - оценивать колебания ритма и иных характеристик дыхания.
Наличие и объем памяти - важнейшая характеристика монитора, позволяющая проводить ретроспективный анализ данных. Играет роль и способ представления трендов на дисплее - возможность выбора шкалы времени, доступность цифровых показателей, относящихся к любому моменту процесса мониторинга. В одних моделях данные хранятся в памяти монитора лишь до выключения прибора из сети, а в других, имеющих аккумулятор,- неопределенно долго. Некоторые модели способны сохранять в памяти протоколы мониторинга нескольких больных. (Эти вопросы детально раскрыты в последней главе.)
Встроенный аккумулятор утяжеляет прибор, увеличивает его габариты и к тому же стоит больших денег. К автономному питанию прибегают при транспортировке пациентов в больнице и за ее пределами, в медицине катастроф, а также в лечебных учреждениях, где часто возникают перебои в электроснабжении. И если первое предназначение аккумулятора для российского уха звучит не совсем привычно, то второе и третье недоумения вызывать, похоже, не должно. Необходимо обращать внимание на длительность работы монитора при питании от аккумулятора, а также на способ подзарядки аккумулятора - ручной (что связано с дополнительными хлопотами) или автоматический - при очередном подключении к электросети.
Надежность и долговечность модели гарантируют лишь крупные фирмы с солидной репутацией в данной области. Но даже в этом случае, перед тем как сделать окончательный выбор, стоит.поинтересоваться мнением представителей фирм-конкурентов: они с готовностью поведают Вам о приглянувшейся модели все то, что фирма-производитель старается не подчеркивать. Другой надежный прием - посоветоваться с коллегами, работающими с такими мониторами в других больницах. Вы, в частности, узнаете, что если вовремя не слить конденсат из водоуловителя заинтересовавшей вас модели, то жидкость бесшумно проникнет в анализатор и прибор выйдет из строя. У другого монитора помпа ломается не позже чем через три месяца со дня его доставки. Третья модель калибруется только специалистами завода, который находится по другую сторону Атлантики. Словом, сто раз услышать иногда оказывается полезнее, чем один раз увидеть, особенно после оплаты банковского счета.
Затраты на поддержание монитора в рабочем состоянии столь же неизбежны и регулярны, как покупка бензина для автомобиля, а посему их обязательно нужно учитывать при выборе модели. Как правило, они сводятся к приобретению расходных материалов - калибровочного таза, фильтров и адаптеров с магистралями. Решающее значение имеют периодичность замены элементов и их цена: из произведения этих факторов складываются эксплуатационные расходы, объем которых в особо неудачных случаях за 2-3 года перекрывает стоимость самого монитора. Большую, если не определяющую роль имеет и доступность сервисной поддержки. Нередко покупатели дорогих мониторов, "связавшись" с посредниками-однодневками, вскоре остаются один на один с массой проблем. Специфика российского рынка вынуждает подходить к выбору фирм-поставщиков с предельной осторожностью и отдавать предпочтение тем из них, у кого широко развита и стабильно работает сеть региональных представительств. Впрочем, эти соображения относятся к поиску и приобретению не только капнографов.
Необходимая точность измерения концентрации СО2 обеспечивается любым из четырех методов анализа; важен не сам метод, а то, насколько качественно он реализован. Например, истинность показаний инфракрасного капнографа зависит от того, есть ли в нем алгоритм коррекции погрешностей, обусловленных колебаниями температуры, атмосферного давления и концентрации закиси азота.
Наиболее высокой точностью отличаются масс-спектрометры, однако прежде чем остановить на них свой выбор, подумайте, не слишком ли дорого Вы платите за дополнительный знак после запятой, который, как правило, не имеет никакой диагностической ценности.
Выведение на дисплей капнограммы - один из главнейших плюсов модели, резко увеличивающий диагностические возможности метода. Отсутствие этой функции существенно удешевляет монитор, но оправдано лишь у портативных транспортных моделей.
Удобство представления данных мониторинга на дисплее весьма значимо для восприятия информации. На дисплеях моделей некоторых фирм, не уделяющих этому вопросу должного внимания, она порой демонстрируется в виде трудно читаемой смеси графиков, трендов, цифр, индексов и сообщений. При покупке модели полюбопытствуйте, возможен ли выбор скорости движения кривой по экрану, ибо переключение между режимами дисплея позволяет, в одних случаях, рассматривать форму каждой дыхательной волны, а в других - оценивать колебания ритма и иных характеристик дыхания.
Наличие и объем памяти - важнейшая характеристика монитора, позволяющая проводить ретроспективный анализ данных. Играет роль и способ представления трендов на дисплее - возможность выбора шкалы времени, доступность цифровых показателей, относящихся к любому моменту процесса мониторинга. В одних моделях данные хранятся в памяти монитора лишь до выключения прибора из сети, а в других, имеющих аккумулятор,- неопределенно долго. Некоторые модели способны сохранять в памяти протоколы мониторинга нескольких больных. (Эти вопросы детально раскрыты в последней главе.)
Встроенный аккумулятор утяжеляет прибор, увеличивает его габариты и к тому же стоит больших денег. К автономному питанию прибегают при транспортировке пациентов в больнице и за ее пределами, в медицине катастроф, а также в лечебных учреждениях, где часто возникают перебои в электроснабжении. И если первое предназначение аккумулятора для российского уха звучит не совсем привычно, то второе и третье недоумения вызывать, похоже, не должно. Необходимо обращать внимание на длительность работы монитора при питании от аккумулятора, а также на способ подзарядки аккумулятора - ручной (что связано с дополнительными хлопотами) или автоматический - при очередном подключении к электросети.
Надежность и долговечность модели гарантируют лишь крупные фирмы с солидной репутацией в данной области. Но даже в этом случае, перед тем как сделать окончательный выбор, стоит.поинтересоваться мнением представителей фирм-конкурентов: они с готовностью поведают Вам о приглянувшейся модели все то, что фирма-производитель старается не подчеркивать. Другой надежный прием - посоветоваться с коллегами, работающими с такими мониторами в других больницах. Вы, в частности, узнаете, что если вовремя не слить конденсат из водоуловителя заинтересовавшей вас модели, то жидкость бесшумно проникнет в анализатор и прибор выйдет из строя. У другого монитора помпа ломается не позже чем через три месяца со дня его доставки. Третья модель калибруется только специалистами завода, который находится по другую сторону Атлантики. Словом, сто раз услышать иногда оказывается полезнее, чем один раз увидеть, особенно после оплаты банковского счета.
Затраты на поддержание монитора в рабочем состоянии столь же неизбежны и регулярны, как покупка бензина для автомобиля, а посему их обязательно нужно учитывать при выборе модели. Как правило, они сводятся к приобретению расходных материалов - калибровочного таза, фильтров и адаптеров с магистралями. Решающее значение имеют периодичность замены элементов и их цена: из произведения этих факторов складываются эксплуатационные расходы, объем которых в особо неудачных случаях за 2-3 года перекрывает стоимость самого монитора. Большую, если не определяющую роль имеет и доступность сервисной поддержки. Нередко покупатели дорогих мониторов, "связавшись" с посредниками-однодневками, вскоре остаются один на один с массой проблем. Специфика российского рынка вынуждает подходить к выбору фирм-поставщиков с предельной осторожностью и отдавать предпочтение тем из них, у кого широко развита и стабильно работает сеть региональных представительств. Впрочем, эти соображения относятся к поиску и приобретению не только капнографов.
Физиологические основы капнографии
Вряд ли необходимо доказывать, как важен контроль вентиляции легких во время анестезии, при ИВЛ или у пациента с нестабильным дыханием. Пожалуй, самый распространенный способ такого контроля - визуальное наблюдение за дыхательными движениями больного и интуитивная оценка качества вентиляции. Вторым доступным, простым, а потому широко применяемым методом является спирометрия, проводимая в мониторном режиме; она позволяет следить за частотой дыхания, дыхательным объемом и их произведением - минутным объемом вентиляции (самостоятельной или аппаратной). При всей несомненной информативности вышеперечисленных параметров такой
мониторинг оставляет врача без ответа на главный вопрос: насколько объем вентиляции легких соответствует текущим потребностям конкретного больного? В элементарных случаях сравнивают получаемые данные с номограммами или таблицами нормативов. Но о каких нормативах может идти речь у больных с РДС, массивной кровопотерей, септическим шоком, тромбоэмболией легочной артерии и прочими типичными для нашей специальности диагнозами?
Своим быстрым повсеместным внедрением капнография обязана именно этой проблеме. Мониторный контроль концентрации СО2 в выдыхаемом газе казался очевидным решением задачи. Но, как нередко случается, вскоре выявилось, что в некоторых случаях вынести заключение о достаточности объема вентиляции, полагаясь на данные капнографии, нельзя. Вместе с тем обнаружилось, что диагностические возможности метода выходят далеко за рамки его первоначального предназначения.
мониторинг оставляет врача без ответа на главный вопрос: насколько объем вентиляции легких соответствует текущим потребностям конкретного больного? В элементарных случаях сравнивают получаемые данные с номограммами или таблицами нормативов. Но о каких нормативах может идти речь у больных с РДС, массивной кровопотерей, септическим шоком, тромбоэмболией легочной артерии и прочими типичными для нашей специальности диагнозами?
Своим быстрым повсеместным внедрением капнография обязана именно этой проблеме. Мониторный контроль концентрации СО2 в выдыхаемом газе казался очевидным решением задачи. Но, как нередко случается, вскоре выявилось, что в некоторых случаях вынести заключение о достаточности объема вентиляции, полагаясь на данные капнографии, нельзя. Вместе с тем обнаружилось, что диагностические возможности метода выходят далеко за рамки его первоначального предназначения.
Проблема адекватности вентиляции легких
У большинства пациентов, нуждающихся в помощи врача-анестезиолога и интенсивиста, требуемый объем вентиляции определяется не только их ростом и весом, но также:
o интенсивностью метаболизма, который по отношению к объему вентиляции выступает в роли "заказчика", однако при этом сам зависит от множества различных факторов и подвержен значительным колебаниям;
o эффективностью, с которой легкие способны включать в газообмен поступающий в них газ и которая резко снижается при увеличении мертвого пространства или при дыхании малыми o дыхательными объемами;
o различными "недыхательными" проблемами, которые организм пытается решать за счет дыхания (например, компенсировать метаболический ацидоз гипервентиляцией);
o измененной настройкой параметров газообмена у больных с хронической дыхательной недостаточностью или у жителей высокогорных районов.
Если судить о достаточности вентиляции по показателям спирограммы, приведенным к росту и весу пациентов, нетрудно пропустить гиповентиляцию у пациента с разлитым перитонитом, ожогами, политравмой или передозировать объем вентиляции больному с отравлением барбитуратами или при гипотермии.
Приняв за конечную цель вентиляции поддержание нормального газового состава крови, оттекающей от легких, вы должны в каждом случае судить о качестве вентиляции по содержанию дыхательных газов в артериальной крови. Оговорим сразу, что РаОз на роль индикатора гипо- и, тем более, гипервентиляции легких не годится: в списке факторов, влияющих на его величину, с объемом легочной вентиляции соседствуют такие мощные механизмы, как шунтирование крови, нарушения альвеолокапиллярной диффузии и внутрилегочного распределения вентиляции и кро-вотока. Поэтому нередки случаи, когда выраженная гипоксемия наблюдается и при гипервентиляции и когда простым повышением содержания кислорода во вдыхаемом газе можно нормализовать РдОа у больного с резко сниженным объемом дыхания.
И наоборот, углекислый газ прекрасно растворяется в воде, благодаря чему легко проходит даже через утолщенную альвеолокапиллярную мембрану. Содержание СС»2 в крови почти линейно зависит от его напряжения, что делает легочный обмен этого газа малочувствительным к регионарным нарушениям вентиляционно-перфузионных отношений. Даже выраженное шунтирование крови в легких не грозит гиперкапнией. Вот почему напряжение углекислого газа в крови, оттекающей от легких (РаСО2), определяется исключительно объемом вентиляции перфузируемых альвеол и позволяет делать вывод о том, достаточен он или нет.
Приемлемым считается такой объем вентиляции альвеол, который поддерживает напряжение СО2 в артериальной крови на нормальном уровне (40 ± 4 мм рт. ст.), так что в функциональном отношении термины "нормовентиляция" и "нормокапния" являются синонимами.
Однако анализ газового состава артериальной крови повторяют в лучшем случае несколько раз в сутки. Когда речь идет о показателях, подверженных быстрым и существенным изменениям, одиночные лабораторные пробы предоставляют возможность судить о динамике процесса так же, как несколько кадров - о кинофильме в целом. Существует мониторный метод контроля газового состава крови с помощью оптодов, введенных в кровеносный сосуд, но он сложен и очень дорогостоящ. Транскутанный мониторинг газового состава крови, получивший было распространение в 80-е годы, в настоящее время применяется почти исключительно в педиатрии.
Физиология дыхания предложила другой, более простой выход этой ситуации. Известно, что напряжение углекислого газа в артериальной крови практически не отличается от парциального давления СО2 в альвеолярном газе (РаСО2). Измерив РАС02 и мысленно уравняв его с PаC02, вы находите ответ на воnpoc, достаточен ли минутный объем легочной вентиляции. А если вы к тому же помните, что пробу альвеолярного газа нетрудно получить при каждом выдохе пациента, вам остается лишь наблюдать за вентиляцией больного в мониторном режиме, отслеживая ее изменения с каждым дыхательным циклом. Капнограф регистрирует четыре показателя, обладающие диагностической ценностью: 1. Парциальное давление или объемную концентрацию СО;;
в конечной порции выдыхаемого газа (РктСО2 или РктСО2 соответственно). Различия между этими параметрами и единицы их измерения уже обсуждались. По изложенным выше причинам мы будем пользоваться в основном показателем РetСО2.
2. Частоту спонтанного дыхания или искусственной вентиляции, которая обычно обозначается "f" и выражается в размерности "ВРМ" (от англ. breaths per minute - вдохов в минуту), "СРМ" (от англ. cycles per minute - циклов в минуту) или, что то же, 1/min или min-1.
3. Парциальное давление или объемную концентрацию СО2 во вдыхаемом газе (PiCO2 или FiC02 соответственно).
4. Форму капнограммы.
Причинами изменений всех вышеперечисленных показателей служат определенные физиологические сдвиги, возникающие при патологических состояниях. Поэтому клиническая интерпретация параметров капнограммы базируется на ясном понимании физиологических основ обмена углекислого газа в организме. Ниже мы приведем лишь тот минимум сведений, который необходим для осмысленной работы с капнографом. Более подробную информацию на эту тему читатель найдет в специальных руководствах по нормальной и прикладной физиологии дыхания.
o интенсивностью метаболизма, который по отношению к объему вентиляции выступает в роли "заказчика", однако при этом сам зависит от множества различных факторов и подвержен значительным колебаниям;
o эффективностью, с которой легкие способны включать в газообмен поступающий в них газ и которая резко снижается при увеличении мертвого пространства или при дыхании малыми o дыхательными объемами;
o различными "недыхательными" проблемами, которые организм пытается решать за счет дыхания (например, компенсировать метаболический ацидоз гипервентиляцией);
o измененной настройкой параметров газообмена у больных с хронической дыхательной недостаточностью или у жителей высокогорных районов.
Если судить о достаточности вентиляции по показателям спирограммы, приведенным к росту и весу пациентов, нетрудно пропустить гиповентиляцию у пациента с разлитым перитонитом, ожогами, политравмой или передозировать объем вентиляции больному с отравлением барбитуратами или при гипотермии.
Приняв за конечную цель вентиляции поддержание нормального газового состава крови, оттекающей от легких, вы должны в каждом случае судить о качестве вентиляции по содержанию дыхательных газов в артериальной крови. Оговорим сразу, что РаОз на роль индикатора гипо- и, тем более, гипервентиляции легких не годится: в списке факторов, влияющих на его величину, с объемом легочной вентиляции соседствуют такие мощные механизмы, как шунтирование крови, нарушения альвеолокапиллярной диффузии и внутрилегочного распределения вентиляции и кро-вотока. Поэтому нередки случаи, когда выраженная гипоксемия наблюдается и при гипервентиляции и когда простым повышением содержания кислорода во вдыхаемом газе можно нормализовать РдОа у больного с резко сниженным объемом дыхания.
И наоборот, углекислый газ прекрасно растворяется в воде, благодаря чему легко проходит даже через утолщенную альвеолокапиллярную мембрану. Содержание СС»2 в крови почти линейно зависит от его напряжения, что делает легочный обмен этого газа малочувствительным к регионарным нарушениям вентиляционно-перфузионных отношений. Даже выраженное шунтирование крови в легких не грозит гиперкапнией. Вот почему напряжение углекислого газа в крови, оттекающей от легких (РаСО2), определяется исключительно объемом вентиляции перфузируемых альвеол и позволяет делать вывод о том, достаточен он или нет.
Приемлемым считается такой объем вентиляции альвеол, который поддерживает напряжение СО2 в артериальной крови на нормальном уровне (40 ± 4 мм рт. ст.), так что в функциональном отношении термины "нормовентиляция" и "нормокапния" являются синонимами.
Однако анализ газового состава артериальной крови повторяют в лучшем случае несколько раз в сутки. Когда речь идет о показателях, подверженных быстрым и существенным изменениям, одиночные лабораторные пробы предоставляют возможность судить о динамике процесса так же, как несколько кадров - о кинофильме в целом. Существует мониторный метод контроля газового состава крови с помощью оптодов, введенных в кровеносный сосуд, но он сложен и очень дорогостоящ. Транскутанный мониторинг газового состава крови, получивший было распространение в 80-е годы, в настоящее время применяется почти исключительно в педиатрии.
Физиология дыхания предложила другой, более простой выход этой ситуации. Известно, что напряжение углекислого газа в артериальной крови практически не отличается от парциального давления СО2 в альвеолярном газе (РаСО2). Измерив РАС02 и мысленно уравняв его с PаC02, вы находите ответ на воnpoc, достаточен ли минутный объем легочной вентиляции. А если вы к тому же помните, что пробу альвеолярного газа нетрудно получить при каждом выдохе пациента, вам остается лишь наблюдать за вентиляцией больного в мониторном режиме, отслеживая ее изменения с каждым дыхательным циклом. Капнограф регистрирует четыре показателя, обладающие диагностической ценностью: 1. Парциальное давление или объемную концентрацию СО;;
в конечной порции выдыхаемого газа (РктСО2 или РктСО2 соответственно). Различия между этими параметрами и единицы их измерения уже обсуждались. По изложенным выше причинам мы будем пользоваться в основном показателем РetСО2.
2. Частоту спонтанного дыхания или искусственной вентиляции, которая обычно обозначается "f" и выражается в размерности "ВРМ" (от англ. breaths per minute - вдохов в минуту), "СРМ" (от англ. cycles per minute - циклов в минуту) или, что то же, 1/min или min-1.
3. Парциальное давление или объемную концентрацию СО2 во вдыхаемом газе (PiCO2 или FiC02 соответственно).
4. Форму капнограммы.
Причинами изменений всех вышеперечисленных показателей служат определенные физиологические сдвиги, возникающие при патологических состояниях. Поэтому клиническая интерпретация параметров капнограммы базируется на ясном понимании физиологических основ обмена углекислого газа в организме. Ниже мы приведем лишь тот минимум сведений, который необходим для осмысленной работы с капнографом. Более подробную информацию на эту тему читатель найдет в специальных руководствах по нормальной и прикладной физиологии дыхания.
Образование и запасы CO 2 в организме
Образование двуокиси углерода в организме. Двуокись углерода - один из конечных продуктов аэробного метаболизма. Основной постоянный источник СО2 - митохондрии, в которых окисление углеродсодержащих субстратов в цикле Кребса сопровождается образованием энергии, запасаемой в высокоэнергетических соединениях.
Кроме того, некоторое количество СО2 дает бикарбонатный буфер при возникновении метаболического ацидоза. При постепенном углублении ацидоза избыток углекислого газа успевает покинуть организм, однако при стремительно развивающемся ацидозе, в частности при остановке сердечной деятельности, этот механизм способствует усилению гиперкарбии.
Третий (ятрогенный и довольно мощный) источник СО2 - бикарбонат натрия (NaHCO2), вводимый внутривенно для коррекции метаболического ацидоза. Инфузия 50 мл 8 % раствора сопровождается быстрым образованием примерно 1 л CO2, подлежащего эвакуации из организма. Соответственно должен увеличиться и минутный объем вентиляции легких.
И наконец, какое-то количество СО2 всасывается в кровь через брюшину при лапароскопии.
На темп образования СО2 влияют многие факторы: масса тела, интенсивность метаболизма, состав питания больного и пр. Понятно, что этот показатель очень вариабелен и зависит от конкретного состояния пациента в данный момент времени. Стало быть, такой же изменчивой величиной является и минутный объем дыхания, поддерживающий нормальную вентиляцию.
Скорость метаболической продукции СО2 у взрослого человека в покое равняется в среднем 150 мл/мин.
Приведенная здесь величина, как это принято в физиологии дыхания, выражает объем газа при стандартных условиях (STPD):
атмосферном давлении 760 мм рт. ст., относительной влажности О % и температуре 0С. В реальных же условиях такое количество согретого газа занимает приблизительно в 1,2 раза больший объем (180мл).
При гиперметаболических состояниях продукция СО2 может возрасти в несколько раз. Примерами являются стресс, гипертермия, гипертиреоз, физическая нагрузка (двигательное возбуждение,
судорожный синдром, сопротивление респиратору), сепсис, обширные ожоги, питание смесями и растворами с высоким содержанием углеводов, синдром злокачественной гипертермии. Неадекватная анестезия во время операции также чревата увеличением образования двуокиси углерода. Продукция СО2 существенно снижается при гипотермии, миорелаксации и глубокой седации.
Формы содержания СО2 в организме. Двуокись углерода в организме присутствует в нескольких формах, которые обеспечивают ее хранение и транспортировку. Отметим, что, хотя растворимость СО; в плазме довольно велика (примерно в 25 раз выше, чем таковая у кислорода), ее все же недостаточно для доставки кровью в легкие всей образующейся в организме двуокиси углерода. Но если для кислорода в крови предусмотрен специальный транспортный белок (гемоглобин), то почти 90 % Двуокиси углерода, поступающей из тканей в кровь, обратимо превращается в эритроцитах в ионы бикарбоната, которые и являются основной транспортной формой СО2. Некоторую часть СО2 переносит гемоглобин в форме карбаминовых соединений.
В пересчете на углекислый газ, в 100 мл артериальной крови содержится около 50 мл СО2, а в венозной крови - около 55 мл. Таким образом, каждые 100 мл крови удаляют из тканей в альвеолярный газ около 5 мл СО2.
Благодаря хорошей растворимости двуокиси углерода в водных средах и разнообразию ее транспортных форм существенное изменение содержания СО2 в крови сопровождается относительно небольшим изменением напряжения углекислого газа. Так, ежеминутное поступление в кровоток из тканей 150 мл СО2 при нормальном минутном объеме кровообращения обеспечивает артериовенозную разницу, равную всего 6 мм рт. ст. Для сравнения, поступление из альвеол в кровь примерно такого же количества кислорода приводит к увеличению напряжения кислорода в крови на 60 мм рт. ст. Зависимость содержания СОа в крови от напряжения приближается к прямолинейной форме, в отличие от S-образной, характерной для кислорода.
Запасы СО2 в организме. Общее количество двуокиси углерода в организме огромно - около 110- 120 л. Этим ограничивается способность капнографии немедленно обнаружить внезапно развившуюся гиповентиляцию.
Запасы СО2 состоят из целого ряда химических соединений, в которые обратимо превращается поступающая из клеток двуокись углерода и которые легко отдают ее при снижении напряжения СО2 в крови.
Основная форма хранения двуокиси углерода в организме - бикарбонаты.
Существуют так называемые центральные и периферические запасы С02 (рис. 2.6). Они различаются по доступности, то есть по скорости и интенсивности включения в обмен при изменениях напряжения СО2 в крови. Взаимодействие между этими запасами - главный фактор, определяющий скорость развития и стойкость гипо- или гиперкарбии при изменениях объема вентиляции легких.
Периферические (тканевые) запасы СО2 в пересчете на газ составляют около 110 л и делятся на три неравные части.
Большая часть периферических запасов двуокиси углерода содержится в костной и жировой тканях (рис. 2.6, А), то есть в тканях с низкой собственной метаболической активностью и бедным кровоснабжением. Поэтому увеличение или опустошение этих запасов при изменениях продукции СО2 или альвеолярной вентиляции совершается в течение десятков часов.
Меньшая часть периферических запасов СО2 находится в мышцах и других органах с умеренным кровоснабжением (рис. 2.6, В). Стабилизация этих запасов на новом уровне при колебаниях вентиляции и метаболизма осуществляется за десятки минут.
Рис. 2.6. Запасы СО2 в организме
И наконец, небольшое количество СО2, подверженное очень быстрым изменениям при колебаниях альвеолярной вентиляции или продукции двуокиси углерода, содержится в органах с интенсивным кровоснабжением и малой собственной массой (головной мозг, почки) (рис. 2.6, С).
Периферические запасы СО2 в связи с их значительным объемом, играют роль буфера, который препятствует резким изменениям напряжения углекислого газа в организме при кратковременных колебаниях объема легочной вентиляции или темпа продукции СО;.
При апноэ и связанной с ним задержкой СО2 в тканях гиперкапния нарастает очень медленно, по 2- 3 мм рт. ст. в 1 мин. Таким способом организм существенно замедляет скорость развития респираторного ацидоза. В этом отношении обмен СО2 существенно отличается от обмена кислорода, запасы которого в организме крайне невелики, чем обусловлено как катастрофически быстрое нарастание гипоксии при острых нарушениях дыхания, так и очень быстрое восстановление исходного состояния при возобновлении вентиляции.
Центральные запасы СО2 содержатся в крови и составляют около 2,5 л углекислого газа. Это - самая небольшая, но чрезвычайно мобильная часть СО2 которая способна быстро реагировать на колебания объема альвеолярной вентиляции. Центральные запасы СО2 можно рассматривать как своего рода челнок, постоянно снующий от тканей к легким и обратно.
Содержание двуокиси углерода в венозной крови, оттекающей от тканей, определяется напряжением СО2 в тканях, а количество С02 в артериальной крови, оттекающей от легких, контролируется объемом альвеолярной вентиляции. Так, после кратковременной гипервентиляции, не успевшей заметно уменьшить периферические запасы СО2 и тем самым снизить напряжение СО2 в венозной крови, РаСО2 почти тут же возвращается к первоначальному уровню.
Кроме того, некоторое количество СО2 дает бикарбонатный буфер при возникновении метаболического ацидоза. При постепенном углублении ацидоза избыток углекислого газа успевает покинуть организм, однако при стремительно развивающемся ацидозе, в частности при остановке сердечной деятельности, этот механизм способствует усилению гиперкарбии.
Третий (ятрогенный и довольно мощный) источник СО2 - бикарбонат натрия (NaHCO2), вводимый внутривенно для коррекции метаболического ацидоза. Инфузия 50 мл 8 % раствора сопровождается быстрым образованием примерно 1 л CO2, подлежащего эвакуации из организма. Соответственно должен увеличиться и минутный объем вентиляции легких.
И наконец, какое-то количество СО2 всасывается в кровь через брюшину при лапароскопии.
На темп образования СО2 влияют многие факторы: масса тела, интенсивность метаболизма, состав питания больного и пр. Понятно, что этот показатель очень вариабелен и зависит от конкретного состояния пациента в данный момент времени. Стало быть, такой же изменчивой величиной является и минутный объем дыхания, поддерживающий нормальную вентиляцию.
Скорость метаболической продукции СО2 у взрослого человека в покое равняется в среднем 150 мл/мин.
Приведенная здесь величина, как это принято в физиологии дыхания, выражает объем газа при стандартных условиях (STPD):
атмосферном давлении 760 мм рт. ст., относительной влажности О % и температуре 0С. В реальных же условиях такое количество согретого газа занимает приблизительно в 1,2 раза больший объем (180мл).
При гиперметаболических состояниях продукция СО2 может возрасти в несколько раз. Примерами являются стресс, гипертермия, гипертиреоз, физическая нагрузка (двигательное возбуждение,
судорожный синдром, сопротивление респиратору), сепсис, обширные ожоги, питание смесями и растворами с высоким содержанием углеводов, синдром злокачественной гипертермии. Неадекватная анестезия во время операции также чревата увеличением образования двуокиси углерода. Продукция СО2 существенно снижается при гипотермии, миорелаксации и глубокой седации.
Формы содержания СО2 в организме. Двуокись углерода в организме присутствует в нескольких формах, которые обеспечивают ее хранение и транспортировку. Отметим, что, хотя растворимость СО; в плазме довольно велика (примерно в 25 раз выше, чем таковая у кислорода), ее все же недостаточно для доставки кровью в легкие всей образующейся в организме двуокиси углерода. Но если для кислорода в крови предусмотрен специальный транспортный белок (гемоглобин), то почти 90 % Двуокиси углерода, поступающей из тканей в кровь, обратимо превращается в эритроцитах в ионы бикарбоната, которые и являются основной транспортной формой СО2. Некоторую часть СО2 переносит гемоглобин в форме карбаминовых соединений.
В пересчете на углекислый газ, в 100 мл артериальной крови содержится около 50 мл СО2, а в венозной крови - около 55 мл. Таким образом, каждые 100 мл крови удаляют из тканей в альвеолярный газ около 5 мл СО2.
Благодаря хорошей растворимости двуокиси углерода в водных средах и разнообразию ее транспортных форм существенное изменение содержания СО2 в крови сопровождается относительно небольшим изменением напряжения углекислого газа. Так, ежеминутное поступление в кровоток из тканей 150 мл СО2 при нормальном минутном объеме кровообращения обеспечивает артериовенозную разницу, равную всего 6 мм рт. ст. Для сравнения, поступление из альвеол в кровь примерно такого же количества кислорода приводит к увеличению напряжения кислорода в крови на 60 мм рт. ст. Зависимость содержания СОа в крови от напряжения приближается к прямолинейной форме, в отличие от S-образной, характерной для кислорода.
Запасы СО2 в организме. Общее количество двуокиси углерода в организме огромно - около 110- 120 л. Этим ограничивается способность капнографии немедленно обнаружить внезапно развившуюся гиповентиляцию.
Запасы СО2 состоят из целого ряда химических соединений, в которые обратимо превращается поступающая из клеток двуокись углерода и которые легко отдают ее при снижении напряжения СО2 в крови.
Основная форма хранения двуокиси углерода в организме - бикарбонаты.
Существуют так называемые центральные и периферические запасы С02 (рис. 2.6). Они различаются по доступности, то есть по скорости и интенсивности включения в обмен при изменениях напряжения СО2 в крови. Взаимодействие между этими запасами - главный фактор, определяющий скорость развития и стойкость гипо- или гиперкарбии при изменениях объема вентиляции легких.
Периферические (тканевые) запасы СО2 в пересчете на газ составляют около 110 л и делятся на три неравные части.
Большая часть периферических запасов двуокиси углерода содержится в костной и жировой тканях (рис. 2.6, А), то есть в тканях с низкой собственной метаболической активностью и бедным кровоснабжением. Поэтому увеличение или опустошение этих запасов при изменениях продукции СО2 или альвеолярной вентиляции совершается в течение десятков часов.
Меньшая часть периферических запасов СО2 находится в мышцах и других органах с умеренным кровоснабжением (рис. 2.6, В). Стабилизация этих запасов на новом уровне при колебаниях вентиляции и метаболизма осуществляется за десятки минут.
И наконец, небольшое количество СО2, подверженное очень быстрым изменениям при колебаниях альвеолярной вентиляции или продукции двуокиси углерода, содержится в органах с интенсивным кровоснабжением и малой собственной массой (головной мозг, почки) (рис. 2.6, С).
Периферические запасы СО2 в связи с их значительным объемом, играют роль буфера, который препятствует резким изменениям напряжения углекислого газа в организме при кратковременных колебаниях объема легочной вентиляции или темпа продукции СО;.
При апноэ и связанной с ним задержкой СО2 в тканях гиперкапния нарастает очень медленно, по 2- 3 мм рт. ст. в 1 мин. Таким способом организм существенно замедляет скорость развития респираторного ацидоза. В этом отношении обмен СО2 существенно отличается от обмена кислорода, запасы которого в организме крайне невелики, чем обусловлено как катастрофически быстрое нарастание гипоксии при острых нарушениях дыхания, так и очень быстрое восстановление исходного состояния при возобновлении вентиляции.
Центральные запасы СО2 содержатся в крови и составляют около 2,5 л углекислого газа. Это - самая небольшая, но чрезвычайно мобильная часть СО2 которая способна быстро реагировать на колебания объема альвеолярной вентиляции. Центральные запасы СО2 можно рассматривать как своего рода челнок, постоянно снующий от тканей к легким и обратно.
Содержание двуокиси углерода в венозной крови, оттекающей от тканей, определяется напряжением СО2 в тканях, а количество С02 в артериальной крови, оттекающей от легких, контролируется объемом альвеолярной вентиляции. Так, после кратковременной гипервентиляции, не успевшей заметно уменьшить периферические запасы СО2 и тем самым снизить напряжение СО2 в венозной крови, РаСО2 почти тут же возвращается к первоначальному уровню.
Внутрилегочный обмен CO 2
Доставка С02 в легкие. Двуокись углерода, будучи хорошо растворимым соединением, легко проникает через любые биологические мембраны. Поэтому напряжение СОа в венозной крови, оттекающей от органов (PvCO2), практически равняется напряжению С02 в тканях.
В норме содержание СО2 в смешанной венозной крови - около 32 мл/100 мл крови, что соответствует РvСО2, 46 мм рт. ст.
Количество СО2 в венозной крови - довольно постоянный параметр, поскольку оно стабилизируется периферическими запасами двуокиси углерода. Основные причины венозной гиперкарбии:
• гиповентиляция, которая приводит к постепенному увеличению периферических запасов СО2;
• несоответствие минутного объема кровообращения метаболическим потребностям (гиподинамический режим кровообращения); '
• рециркуляция углекислого газа в контуре наркозного аппарата или респиратора;
• преднамеренная подача углекислого газа в контур наркозного аппарата (это нетипично для анестезиологической практики в России, но традиционно используется в Великобритании).
Диффузия СО2 в альвеолярный газ (рис. 2.7). Венозную кровь, поступающую в легочные капилляры, отделяет от альвеолярного пространства тонкая альвеолокапиллярная мембрана, хорошо проницаемая для углекислого газа. Легочная вентиляция поддерживает постоянное парциальное давление углекислого газа в альвеолах (РAСО2); оно составляет 40 мм рт. ст. (нормальными считаются колебания данного параметра в пределах 36- 44 мм рт. ст.). Под влиянием градиента давлений СO2 между венозной кровью (46 мм рт. ст.) и альвеолярным газом (40 мм рт. ст.) углекислый газ переходит из капиллярной крови в просвет альвеол, а оттуда удаляется в атмосферу с выдыхаемым газом. Напряжение С02 на протяжении легочного капилляра уменьшается, и этот процесс продолжается до тех пор, пока оно не снизится до уровня парциального давления С02 в альвеолярном газе (то есть до 40 мм рт. ст.).
Рис. 2.7. Диффузия СО; из капилляров в альвеолы
Таким образом, от альвеол оттекает кровь, напряжение СО2 которой практически равно парциальному давлению СО2 в альвеолярном газе. Изменяя объем альвеолярной вентиляции, организм регулирует напряжение СO2 в артериальной крови, поступающей к органам.
Во многих случаях инвазивную и относительно трудоемкую процедуру определения напряжения СО; в артериальной крови можно заменить измерением парциального давления CO2 в альвеолярном газе. Данное положение и лежит в основе капнометрии.
При этом за альвеолярную принимается концентрация углекислого газа, измеренная в самом конце выдоха, когда из дыхательных путей выходит именно альвеолярный газ*. В показателе РetСО2 индекс ЕТ - аббревиатура от англ. "end tidal" - конечная часть дыхательного объема. Нетрудно заметить, что вся 6е-Зупречная на первый взгляд схема базируется на нескольких допущениях (см. ниже) и работает лишь в том случае, если все они ^выполняются.
* На заре физиологии дыхания конечная часть выдыхаемого газа называлась пробой Холдёйна-Пристли, в наше время этот термин вышел из употребления.
• Парциальное давление CO2 в альвеолярном газе должно быть равно напряжению СО2 в крови, оттекающей от альвеол.
• Дыхательный объем должен быть достаточно велик для того, чтобы в конце выдоха из дыхательных путей поступал газ альвеолярного пространства.
•.Концентрации СО2 в различных участках легких должны быть одинаковыми.
Довольно легко обнаружить, что из трех перечисленных условий только первое выполняется практически всегда, второе же не соблюдается при поверхностном дыхании или при высокочастотной вентиляции легких. Третье условие - по принципиальным причинам - невыполнимо вообще. Поэтому полное равенство, а следовательно, и абсолютная взаимозаменяемость РetСО2 и РaС02 в каждом случае являет собой недостижимый идеал.
В норме содержание СО2 в смешанной венозной крови - около 32 мл/100 мл крови, что соответствует РvСО2, 46 мм рт. ст.
Количество СО2 в венозной крови - довольно постоянный параметр, поскольку оно стабилизируется периферическими запасами двуокиси углерода. Основные причины венозной гиперкарбии:
• гиповентиляция, которая приводит к постепенному увеличению периферических запасов СО2;
• несоответствие минутного объема кровообращения метаболическим потребностям (гиподинамический режим кровообращения); '
• рециркуляция углекислого газа в контуре наркозного аппарата или респиратора;
• преднамеренная подача углекислого газа в контур наркозного аппарата (это нетипично для анестезиологической практики в России, но традиционно используется в Великобритании).
Диффузия СО2 в альвеолярный газ (рис. 2.7). Венозную кровь, поступающую в легочные капилляры, отделяет от альвеолярного пространства тонкая альвеолокапиллярная мембрана, хорошо проницаемая для углекислого газа. Легочная вентиляция поддерживает постоянное парциальное давление углекислого газа в альвеолах (РAСО2); оно составляет 40 мм рт. ст. (нормальными считаются колебания данного параметра в пределах 36- 44 мм рт. ст.). Под влиянием градиента давлений СO2 между венозной кровью (46 мм рт. ст.) и альвеолярным газом (40 мм рт. ст.) углекислый газ переходит из капиллярной крови в просвет альвеол, а оттуда удаляется в атмосферу с выдыхаемым газом. Напряжение С02 на протяжении легочного капилляра уменьшается, и этот процесс продолжается до тех пор, пока оно не снизится до уровня парциального давления С02 в альвеолярном газе (то есть до 40 мм рт. ст.).
Таким образом, от альвеол оттекает кровь, напряжение СО2 которой практически равно парциальному давлению СО2 в альвеолярном газе. Изменяя объем альвеолярной вентиляции, организм регулирует напряжение СO2 в артериальной крови, поступающей к органам.
Во многих случаях инвазивную и относительно трудоемкую процедуру определения напряжения СО; в артериальной крови можно заменить измерением парциального давления CO2 в альвеолярном газе. Данное положение и лежит в основе капнометрии.
При этом за альвеолярную принимается концентрация углекислого газа, измеренная в самом конце выдоха, когда из дыхательных путей выходит именно альвеолярный газ*. В показателе РetСО2 индекс ЕТ - аббревиатура от англ. "end tidal" - конечная часть дыхательного объема. Нетрудно заметить, что вся 6е-Зупречная на первый взгляд схема базируется на нескольких допущениях (см. ниже) и работает лишь в том случае, если все они ^выполняются.
* На заре физиологии дыхания конечная часть выдыхаемого газа называлась пробой Холдёйна-Пристли, в наше время этот термин вышел из употребления.
• Парциальное давление CO2 в альвеолярном газе должно быть равно напряжению СО2 в крови, оттекающей от альвеол.
• Дыхательный объем должен быть достаточно велик для того, чтобы в конце выдоха из дыхательных путей поступал газ альвеолярного пространства.
•.Концентрации СО2 в различных участках легких должны быть одинаковыми.
Довольно легко обнаружить, что из трех перечисленных условий только первое выполняется практически всегда, второе же не соблюдается при поверхностном дыхании или при высокочастотной вентиляции легких. Третье условие - по принципиальным причинам - невыполнимо вообще. Поэтому полное равенство, а следовательно, и абсолютная взаимозаменяемость РetСО2 и РaС02 в каждом случае являет собой недостижимый идеал.