содержание   ..  1  2  3  4  5  ..

Глава 4

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ АППАРАТОВ ИВЛ: КЛАССИФИКАЦИЯ, СТРУКТУРНАЯ СХЕМА, ГЕНЕРАТОРЫ ВДОХА И ВЫДОХА, РАЗДЕЛИТЕЛЬНАЯ ЕМКОСТЬ

Расширение применения ИВЛ и поиск оптимальных кон­струкций аппаратов привели к их большому разнообра­зию. Сейчас в СССР выпускается или готовится к произ­водству свыше 20 различных аппаратов, известно также не менее 150 зарубежных конструкций. Такое разнообра­зие затрудняет понимание принципиальных особенностей определенной модели, не позволяя эффективно использо­вать ее преимущества и нейтрализовать недостатки. Оно свидетельствует о том, что оптимальные схемы и конструкции еще не созданы, и усложняет разработку, произ­водство и эксплуатацию аппаратуры.

КЛАССИФИКАЦИЯ АППАРАТОВ ИВЛ

Хотя многообразные свойства аппаратов не позволяют разработать их единую классификацию, по различным признакам можно выявить характерные черты, определяю­щие несколько групп аппаратов.

Из стандартизированного (см. ГОСТ 17807 — 83) опреде­ления аппарата ИВЛ следует, что периодическое переме­щение газа между внешней средой и внутрилегочным про­странством может быть достигнуто принципиально различными методами. Аппараты ИВЛ наружного (внешнего) действия вентилируют легкие путем воздействия переме­жающегося давления на все тело пациента, за исключени­ем головы, или на часть тела — грудную клетку и (или) область диафрагмы. Как и при самостоятельном дыхании, во время вдоха газ поступает в легкие под действием соз­даваемого в них разрежения, величина которого определя­ется сопротивлением дыхательных путей. Из приведенных на рис. 1,а функциональных характеристик видно, что механика такой ИВЛ идентична механике самостоятельной вентиляции. В зависимости от того, к какой части тела прилагаются колебания давления, аппараты наружного действия можно разделить на следующие типы:

 — аппараты для воздействия на все тело — «железные легкие»,

 — аппараты для воздействия на грудную клетку — с ки­расой,

 — аппараты для воздействия на область диафрагмы — с пневмопоясом,

 — аппараты, в которых вентиляция легких достигается путем смещения диафрагмы под действием массы органов, находящихся в брюшной полости, когда тело пациента ка­чают вокруг поперечной оси: так называемая «качающая­ся кровать».

В настоящее время выпуск аппаратов, реализующих на­ружный способ, прекращен, поскольку они малоэффектив­ны, а наиболее эффективные из них — «железные лег­кие» — представляют собой дорогостоящие громоздкие уст­ройства, затрудняющие доступ к телу пациента. В таких аппаратах затруднено управление составом, температурой и влажностью вдыхаемого газа. В этой работе аппараты наружного действия не рассматриваются.

Аппараты ИВЛ внутреннего действия во время вдоха вдувают газ в легкие пациента через верхние дыхательные пути, и развивающееся в легких давление обусловлено не­обходимостью преодолеть эластичное сопротивление лег­ких и грудной клетки, а также сопротивление дыхатель­ных путей. Именно поэтому давление в легких во время этой фазы дыхательного цикла по знаку противоположно давлению при самостоятельном дыхании и значительно превышает его по величине (см. рис. 1,6).

По виду энергии, необходимой для работы аппарата, их можно классифицировать на следующие типы:

 — аппараты с пневмоприводом, в которых источником энергии служит сжатый газ, получаемый от внешнего или встроенного источника и используемый как для подачи пациенту, так и для работы системы управления;

 — аппараты с электроприводом от внешнего источника энергии;

 — аппараты с ручным приводом (аппараты с ножным приводом появлялись, но распространения не получили), в которых используется мускульная энергия оператора;

 — аппараты с комбинированным приводом, в которых энергию для вдувания газа получают от внешних источ­ников сжатых газов, а управление аппаратом осуществля­ется от электроэнергии.

Сопоставление аппаратов с различными видами энергии привода приведено в главе 6.

Важным признаком является способ переключения фаз дыхательного цикла. Выбор типа переключения, особенно со вдоха на выдох, оказывает глубокое влияние на экс­плуатационные свойства аппаратов. Их можно классифи­цировать следующим образом:

 — аппараты с переключением по давлению, где вдох сменяется выдохом вследствие достижения заданного дав­ления в какой-то точке пневмосхемы аппарата, желательно расположенной как можно ближе к дыхательным путям пациента. Поэтому в них можно непосредственно устанав­ливать и поддерживать на заданном уровне этот сравни­тельно второстепенный параметр ИВЛ, а изменение почти любой характеристики аппарат — пациент изменяет перво­начально установленные минутную вентиляцию и дыха­тельный объем;

 — аппараты с переключением по объему, где выдох на­ступает вследствие подачи пациенту заданного объема га­за. Здесь соответственно этот объем можно непосредствен­но устанавливать и стабильно поддерживать при измене­нии характеристик системы аппарат — пациент;

 — аппараты с переключением по времени, где вдох сме­няется выдохом по истечении заданного интервала вре­мени. В моделях этого типа легко регулировать временные параметры дыхательного цикла, которые стабильно под­держиваются во время работы.

Имеются отдельные аппараты, в которых выдох начи­нается вследствие снижения скорости вдувания газа до за­данной величины. Однако этот метод мало удобен, по­скольку скорость вдувания непосредственно не связана с основными параметрами ИВЛ и поэтому не обеспечива­ется независимая установка и стабильное поддержание этих параметров.

Находят некоторое применение аппараты ИВЛ с пере­ключением фаз дыхательного цикла вручную оператором, воздействующим на специальную кнопку или рычаг.

Аппараты ИВЛ классифицируются также по виду ис­пользуемого дыхательного контура. Существуют модели с реверсивным контуром, применяемые во время ингаляцион­ного наркоза, с неверсивным контуром, с любым дыха­тельным контуром.

Разделяют аппараты ИВЛ на автономные и неавтоном­ные, с автоматическим (с применением замкнутых конту­ров) и неавтоматическим управлением; аппараты с гене­ратором вдоха постоянного или переменного потока.

Определенное влияние на характеристики аппаратов оказывает и их основное назначение. Границы между мо­делями разного назначения достаточно условны, тем не менее специфические особенности присущи моделям, пред­назначенным для длительной реанимации, для ИВЛ во время ингаляционного наркоза, для экстренного примене­ния, для оживления новорожденных, универсального на­значения, специального назначения (для высокочастотной ИВЛ, ИВЛ во время бронхоскопии и т.д.).

Стандартизированные в СССР требования к аппара­там различных групп приведены в табл. 4.

Таблица 4

Пределы регулирования основных параметров аппаратов И ВЛ по ГОСТ 18856 — 81 (группы 1-я, 2-я и 3-я — аппараты для взрослых и детей старше 6 лет, группа 4-я — для детей от одного года до 6 лет, группа 5-я — для новорожденных и детей до одного года)

Примечания: 1. Требования таблицы не распространяются на дополнительные режимы работы аппарата, например вспомогательная вентиляция, искусственный «вздох» и др.

2. Для аппаратов достаточно выполнение требований к тем параметрам, которые регулируются независимо.

3. Для аппаратов 2 — 4-й группы активный выдох необязателен.

4. Нижнее значение минутной вентиляции, нижнее и верхнее значения частоты дыхания для аппаратов 5-й группы стандартом не установлены и должны быть указаны в технических условиях на конкретные типы аппаратов.

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА АППАРАТА ИВЛ

В схемах каждого аппарата всегда можно выделить основные структурные блоки: источник газа, подаваемого пациенту (генератор вдоха); распределительное устройст­во, задающее требуемые направления движения газа в различных фазах дыхательного цикла; механизм управле­ния распределительным устройством.

Простейшую структурную схему (рис. 11, а) имеют ап­параты с нереверсивным дыхательным контуром. Приме­ром такого аппарата может служить «Пневмат-1», в ко­тором генератором вдоха является инжектор с питанием от сжатого кислорода. Распределительное устройство периодически прерывает поток газа, разделяя его на опреде­ленные порции. Перевод устройства из положения вдоха в положение выдоха и обратно осуществляет пневматиче­ский переключающий механизм, определяющий длитель­ность вдоха и выдоха и, следовательно, частоту дыхания и отношение продолжительное гей вдоха и выдоха. Аппара­ты подобного типа иногда называют «делителями потока».

Примером структурной схемы многофункционального ап­парата может служить схема широко распространенного аппарата РО-6Н (рис. 11,6). Для получения реверсивного и нереверсивного дыхательных контуров в этой модели при­менена разделительная емкость, с помощью которой газ, циркулирующий в дыхательном контуре, отделен от газа, используемого в линии привода. Распределительное уст­ройство коммутирует потоки газа в линии привода и в дыхательном контуре. Управляется оно механизмом, задающим определенный ход мехов, т.е. дыхательный объ­ем. Генератором вдоха является воздуходувка, работаю­щая от электродвигателя. В схеме предусмотрены устрой­ства для нагрева, увлажнения и очистки вдыхаемого газа, а также средства для измерения характеристик режима ИВЛ.

11. Структурная схема аппарата ИВЛ:

а — простого («Пневмат-1» ); б — многофункционального (PO-6Н). 1 — пациент; 2 — нереверсивный клапан; 3 — распределительное устройство; 4 — переключаю­щий механизм; 5 — генератор вдоха; 6 — ввод сжатого газа; 7 — увлажнитель; 8 — волюметр: 9 — наркозный блок; 10 — разделительная емкость; 11 — регуля­тор минутной вентиляции.

Генераторы вдоха

Генератор вдоха — важнейший узел аппарата, во мно­гом определяющий его свойства, выполняется в двух функ­ционально различных вариантах [Гальперин Ю.С., Юревич В.М., 1980]. Генератор вдоха постоянного потока создает поток газа, текущий только в одном направлении, чаще всего с примерно постоянной скоростью. Характеристики создаваемых аппаратом с генератором та­кого типа функциональных кривых приведены на рис. 12,а.

12. Функциональные характеристики аппарата ИВЛ с генератором вдоха постоянного (а) и переменного (б) потока:

V — объемная скорость движения газа; Р_{р —} давление «во рту»; Vт — дыха­тельный объем; t — время; Т_I — продолжительность вдоха; T_E — продолжитель­ность выдоха; Т_c — продолжительность дыхательного цикла.

Отличительным признаком генератора вдоха пе­ременного потока является возможность выделе­ния двух состоянии: вдоха, когда газ непосредственно или через разделительную емкость подается пациенту, и состояния выдоха, во время которого генератор набирает но­вую порцию газа.

Если в насосе-генераторе постоянного потока единичный рабочий цикл либо вообще невозможно выделить, либо его длительность намного меньше длительности дыхательного цикла, то единичный рабочий цикл генератора вдоха пере­менного потока полностью совпадает с длительностью фаз дыхательного цикла.

Примерами генератора вдоха постоянного потока могут служить инжекторы, часто применяющиеся в аппаратах с приводом от сжатого газа, или насосы, рабочий орган ко­торых с помощью электропривода выполняет движение с большой частотой.

Генераторы вдоха переменного потока обычно выполня­ются в виде насоса, рабочим органом которого служит мех, поршень или мембрана, приводимые в возвратно-по­ступательное движение механическим, пневматическим или электромагнитным приводом с частотой, равной частоте дыхания. Так как в каждом рабочем цикле такого генера­тора необходимо разогнать, остановить, а затем разогнать в обратном направлении значительные массы подвижных частей, то подача газа генератором переменного потока во время одного акта вдоха характеризуется постепенным возрастанием вдоха и постепенным снижением этой ско­рости к концу вдоха (рис. 12,6).

Из наиболее известных отечественных и зарубежных мо­делей генераторы вдоха постоянного потока имеют аппа­раты «Лада», РД-1, «Пневмотрон-80» и др. Генераторы вдоха переменного потока имеют аппараты ДП-8 и «Вита-1», зарубежные модели «Энгстрем-300» и SF-4 с элек­троприводом, аппараты «Эигстрем-2000» и «Сервовентилятор» с пневмоприводом.

При сравнении генераторов вдоха постоянного и пере­менного потока отмечается, что синусоидальное изменение скорости вдувания, часто встречающееся в генераторах вдоха переменного потока, ближе к пневмотахограмме са­мостоятельного дыхания. Преимущества той или иной фор­мы скорости вдувания не имеют в настоящее время, об­щепринятой оценки.

Возможность изменять скорость вдувания при прочих равных условиях работы наталкивается на серьезные тех­нические трудности, при преодолении которых проявляются принципиальные различия генераторов вдоха постоянного и переменного потока. Задать требуемую форму ско­рости вдувания в генераторах переменного потока с наи­более распространенным механическим приводом означает предусмотреть возможность изменения кинематики приво­да с сохранением частоты и амплитуды движения рабоче­го органа. Это принципиально возможно, но не оправдано, поскольку усложняет конструкцию, производство и обслу­живание аппарата.

Проще осуществить управление формой скорости вду­вания в генераторах вдоха постоянного потока, поскольку здесь необходимо воздействовать только на малоинерци­онный поток газа.

По мере развития ИВЛ появляется тенденция к услож­нению требований к различным временным характеристи­кам дыхательного цикла. Организация в аппарате высоко­частотного режима работы, задержки на вдохе, вспомога­тельной вентиляции, изменения отношения продолжительностей вдоха и выдоха, перемежающейся принудительной вентиляции — все это требует в определенные моменты обе­спечить быстрое прекращение или, наоборот, начало вду­вания газа в легкие пациента.

Такое гибкое управление «ременными характеристиками дыхательного цикла практически неосуществимо в генераторах вдоха переменного потока с механическим приводом. Оно затруднительно и при других видах привода генераторов вдоха этого тина, поскольку такой генератор опре­деленную долю дыхательного цикла находится в состоя­нии подготовки к следующему вдуванию газа. Например, для реализации вспомогательной ИВЛ нужно начать по­дачу газа пациенту с задержкой не более 0,1 с после его дыхательного усилия. В тех случаях, когда пациент пытается осуществить вдох в интервал времени «подготовки» генератора вдоха, то ясно, что необходимый дыхательный объем будет подан не полностью или не будет подан.

Из определения генератора вдоха постоянного потока следует, что он нуждается в отдельном распределительном устройстве, коммутирующем создаваемые генератором по­токи газа. Необходимость воздействия при этом на мало­инерционный поток газа позволяет осуществить переклю­чение фаз дыхательного цикла сравнительно простыми по конструкции электромеханическими, электронными или пневматическими реле времени. В генераторе вдоха пере­менного потока переключение фаз дыхательного цикла за­ложено в самом механизме генератора. Поэтому для изме­нения хотя бы частоты дыхания необходимо изменить его определенные механические или иные связи. Например, в аппаратах «Энгстрем» моделей 150, 200 и 300 с этой целью используется дорогостоящий и сложный в изготов­лении и эксплуатации вариатор, позволяющий при по­стоянных оборотах электродвигателя плавно регулировать частоту движения рабочих частей.

Сопоставление особенностей генераторов вдоха посто­янного и переменного потока позволяет считать, что гене­раторы вдоха переменного потока, в первую очередь с ме­ханическим приводом, целесообразно применять в сравни­тельно простых по функциональным характеристикам мо­делях. Большое разнообразие режимов ИВЛ, гибкость управления проще обеспечить, используя генератор вдоха постоянного потока.

Генераторы давления в отличие от рассмотренных выше генераторов постоянного и переменного потоков характери­зуются непосредственным, первичным влиянием не на скорость вдувания, а на создаваемое для этого внутри гене­ратора давление [Mushin et al., 1969]. Классическим при­мером генератора давления является мех, сжатие которого во время вдувания газа обеспечивается приложением усилия к подвижной крышке меха с помощью груза или пружин, притягивающих подвижную крышку к неподвижной. При надлежащем выборе размеров меха, конструкции и способа установки пружин давление внутри меха во вре­мя вдоха будет изменяться мало.

13. Функциональные характеристики генераторов давления (схема):

а — давление генератора намного превышает давление «во рту»; б — давление генератора слегка превышает давление «во рту»; в — к концу вдоха низкое давление генератора вдоха становится равным давлению «во рту»; Р — дав­ление, создаваемое генератором вдоха; V — объемная скорость вдувания; Р — давление «во рту»; V_Т — дыхательный объем.

Генератор давления принципиально другого типа вы­полняется в виде стабилизатора давления, который под­держивает постоянным давление источника вдувания, не­смотря на поступление газа из него в легкие и воздейст­вие других факторов. Функциональные кривые аппарата ИВЛ, создаваемые генератором давления, приведены на рис. 13.

Если создаваемое давление намного превышает давле­ние «во рту», пли, другими словами, разность Рг — Рр оста­ется значительной вплоть до переключения на выдох, то пропорциональная этой разности скорость вдувания меня­ется слабо, дыхательный объем нарастает почти с постоян­ной скоростью, после начального резкого подъема плавно нарастает и давление «во рту» (рис. 13,а). Если давление генератора лишь немного превышает давление «во рту» в конце вдоха (рис. 13,6), то разность Рг — Рр, как и пропорциональная ей скорость вдувания, в процессе вдоха значительно снижается, давление Рр и дыхательный объем нарастает все более медленно. Возможен, наконец, случай, когда в определенный момент вдоха давление «во рту» становится равным относительно низкому давлению источ­ника (рис. 13, б). В этот момент вдувание газа прекра­щается и в остальную часть вдоха в легких поддержива­ется постоянное давление и постоянный объем.

Во всех перечисленных случаях изменение характери­стик имеет экспоненциальный характер, т.е. пропорцио­нально e^-t/Rc или (1- e^-t/Rc), где С и R — растяжимость и сопротивление системы, образованной аппаратом и паци­ентом, а произведение RC — постоянная времени этой си­стемы; t — текущее значение времени вдоха; е — основа­ние натуральных логарифмов.

Соотношение между давлением, создаваемым генерато­ром, и давлением конца вдоха, деформация гофров мехов, кинематика передаточного механизма и другие факторы не позволяют однозначно описать свойства аппарата ИВЛ с генератором давления. Именно это обстоятельство учли Mushin и соавт. (1980), дополнив характеристики генера­тора давления описанием величины давления, а также сопротивления газопроводящей системы аппарата между собственно генератором вдоха и пациентом.

Первичной характеристикой генератора потока (рис.14) является скорость вдувания, определенным образом изме­няющаяся во время вдоха. Наиболее типичными предста­вителями генераторов потока являются генератор постоян­ного потока или генератор синусоидального потока. Для того чтобы генератор вдоха заслуживал наименования «ге­нератор потока», необходимо, чтобы создаваемая им ско­рость потока газа мало зависела от возрастающего к кон­цу вдоха давления в легких и других факторов.

У генератора потока создаваемые характеристики опре­деляются его устройством. В генераторе постоянного по­тока скорость вдувания постоянна, а объем и давление в легких линейно (т.е. с постоянной скоростью) возрастают. Когда скорость вдувания изменяется по закону синуса V=V₀Sin (омега)t, то для описания изменения объема и давления на выходе аппарата приходится также исполь­зовать тригонометрические функции:

где V₀ и V_{0 —} номинальные значения соответственно объемной скорости вдувания и дыхательного объема; С и R — растяжимость и сопротивление системы аппарат — па­циент.

14. Функциональные характеристики генераторов потока:

а — генератор постоянного потока; б — генератор синусоидального потока; V — объемная скорость вдувания; Рр — давление «во рту»; V_Т — дыхательный объ­ем; Т_I — время вдоха.

Другие факторы, влияющие на характери­стики генератора вдоха. Классификация генера­тора вдоха как генератора давления, генератора постоян­ного или переменного потока во многом облегчает пони­мание особенностей аппарата, однако еще недостаточна, чтобы охарактеризовать способность генератора вдоха под­держивать вентиляцию, несмотря на колебания нагрузки.

Для объяснения используем аналогию между пневматическими и электрическими цепями, в которой объем газа эквивалентен электри­ческому заряду, объемная скорость движения газа — электрическому току, давление газа — напряжению, растяжимость — емкости, а пнев­матическое сопротивление — электрическому сопротивлению. При­меняя обычные для электротехники условные обозначения, генератор вдоха, подключенный к пациенту, с некоторыми упрощениями можно изобразить так, как это сделано на рис. 15.

15. Эквивалентная схема аппарата ИВЛ:

а — вдох; б — выдох; Р_mах — максимальное давление генератора вдоха; R_в — внутреннее сопротивление генератора вдоха; Rp — регулятор скорости вдувания; Г — генератор вдоха; РУ — распределительное устройство; R_Е — сопротивление линии выдоха; R_у — сопротивление утечки; С_а — внутренняя растяжимость ап­парата; R_п ^— сопротивление дыхательных путей пациента; С_л — растяжимость легких пациента.

Эквивалентная электросхема полезна для облегчения понимания физических процессов, происходящих во время вдоха (или выдоха) в си­стеме аппарат — пациент, и позволяет использовать математические ме­тоды анализа переходных процессов в электрических цепях для ана­лиза пневматической системы. Практические результаты применения теоретического описания процесса приведены ниже.

Использование электрической аналогии приводит к выводу о том, что характеристиками, полностью и количественно раскрывающими свойства генератора вдоха, является максимальное давление, которое он может создать, и внутреннее сопротивление генератора — величина, отражающая степень снижения производительности генератора в зави­симости от нагрузки. Как же определить значения этих величин при анализе аппарата ИВЛ? Максимальное давление генератора вдоха определяется его типом и часто указывается в описании аппарата. Общепринятые характеристики аппаратов, однако, не включают данных о внутреннем сопротивлении генератора вдоха, и эту важную характеристику приходится определять экспериментально. Например, если при давлении конца вдоха, равном 1 кПа (10 см вод.ст.), была установлена минутная вентиляция 15 л/мнн, а без изменения настрой­ки аппарата давление конца вдоха увеличилось до 3 кПа (30 см вод.ст.), что снизило вентиляцию до 12 л/мин, то внутреннее сопротивление генератора вдоха будет равно:

Несколько более наглядно вместо внутреннего сопротивления генератора вдоха использовать обратную величину — жесткость генератора. Ее величина показывает, насколько снижается установленная скорость вдувания, когда давление конца вдоха увеличилось на 1 кПа (1 см вод. ст.). Например, жесткость генератора вдоха аппарата 1 л/(мин•кПа) может считаться приемлемым значением, поскольку означает, что при увеличении давления конца вдоха с 1 до 3 кПа (с 10 до 30 см вод.ст.) минутная вентиляция снизилась с 15 до 13 л/мин, т.е. всего на 13%.

Имеются и другие факторы, влияющие на способность генератора вдоха и аппарата в целом поддерживать за­данную минутную вентиляцию. Это, конечно, величина негерметичности и внутренняя растяжимость аппарата, ото­браженные на рис. 14 как сопротивление утечки Ry и ем­кость С_а.

Неполная герметичность дыхательного контура встреча­ется практически всегда. Наши измерения показали, что величина утечки прямо пропорциональна давлению. Это позволяет по известной или нормированной утечке из ды­хательного контура вычислить сопротивление утечки.

Например, утечка величиной 1 л/мии при давлении 3 кПа (30 см вод.ст.) эквивалентна сопротивлению утечки Ry 180 кПа•с/л. Сравнивая полученное типичное для современных аппаратов значение сопротивления утечки с сопротивлением дыхательных путей пациента, кПа•с которое может находиться у взрослых в пределах от 0,2 до 1,8 кПа•с/л, можно отметить малое влияние такой утечки на свойства аппарата.

Внутренняя растяжимость может быть определена как отношение объема газа, введенного в ту часть дыхательно­го контура аппарата ИВЛ, которая во время вдоха соеди­нена с дыхательными путями, к изменению давления в ней, вызванному введением этого объема газа. Так как эта растяжимость подключена параллельно растяжимости лег­ких пациента, то чем больше внутренняя растяжимость апппарата, тем большая часть создаваемого генератором вдо­ха потока газа бесполезно расходуется на ее вентиляцию. Внутренняя растяжимость определяется двумя факторами: эластичностью нежесткпх деталей (гофрированные шлан­ги, мешки, меха) и объемом тех жестких частей аппарата, которые во время вдоха соединены с дыхательными путями. Чтобы количественно оценить влияние внутренней рас­тяжимости аппарата на создаваемую минутную вентиля­цию и дыхательный объем, отметим, что, по данным Zietz (1981), внутренняя растяжимость некоторых аппаратов со­ставляет (л/кПа•с): «Энгстрем-300» с дыхательным контуром для взрослых 0,045; «Энгстрсм-2000» с увлажнителем 0,045; «Спиромат-650» с дыхательным контуром для детей 0,012; «Бирд марк 7» 0,022; «Сервовептилятор 900В» с увлажнителем 0,017.

По нашим данным, внутренняя растяжимость аппаратов РО-6 вместе с дыхательными гофрированными шлангами и встроенным увлажнителем составляет 0,05 л/кПа•с. Большую роль в создаваемой внутренней растяжимости аппарата играет растяжимость гофрированных шлангов. Так, растя­жимость гофрированного шланга длиной 1,0 м, выпускае­мого в СССР, составляет 0,015 л/кПа•с, в то время как дыхательный шланг таких же размеров с жесткими стенка­ми имеет растяжимость всего 0,0015 л/кПа•с.

Приведенные значения внутренней растяжимости аппа­ратов значительно меньше растяжимости легких и грудной клетки взрослого пациента, типовым значением которой считается 5 л/Па, поэтому внутренняя растяжимость уменьшает создаваемую аппаратом вентиляцию не более чем на 10%. Положение резко меняется, когда аппарат ИВЛ применяется у детей и новорожденных, у которых величи­на растяжимости легких снижается до 0,03 и даже до 0,01 л/кПа. Здесь, если не принять специальных мер, вентиляцня внутренней растяжимости может составить поло­вину величины, создаваемой аппаратом. Следует подчерк­нуть, что спирометры и волюметры, даже если они вклю­чены в линию выдоха, не могут дать достоверной информации. Действительный дыхательный объем можно измерить, подключая те же приборы к патрубку выдоха нерсвсрсиопиого клапана, включенного перед пациентом.

Внутренняя растяжимость и сопротивление аппарата проявляются еще одним образом — они сглаживают резкие колебания скорости вдувания.

Генераторы выдоха

Генератором выдоха называют устройство, обеспечиваю­щее во время выдоха выведение газа из легких пациента и характеризующееся максимальным создаваемым давле­нием и внутренним сопротивлением. Во время ИВЛ с пас­сивным выдохом в аппарате ИВЛ генератор выдоха отсутствует, но теоретически и в этом случае можно считать, что к пациенту во время выдоха подключен генератор вы­доха с нулевым максимальным давлением и незначитель­ным внутренним сопротивлением липни выдоха. Эквива­лентная электросхема для выдоха (рис. 15,6) даст воз­можность (при знании характеристик указанных элементов) теоретически рассчитать ход изменений всех пара­метров системы (давления в ее различных точках, скорости движения газа и объема) во время выдоха. Характе­ристики для пассивного выдоха приведены на рис. 6, а.

Для осуществления активного выдоха аппарат должен быть оснащен генератором выдоха с определенными па­раметрами. Закономерно различать генераторы давления, когда в конце выдоха соответствующее устройство обеспе­чивает поддержание заданного разрежения, и генераторы потока, когда на выдохе создается поток газа определен­ной формы, а также количественно характеризовать мак­симальное разрежение и внутреннее сопротивление гене­ратора выдоха.

Функциональные характеристики активного выдоха при­ведены на рис. 6,6. Наиболее заметным их отличием от соответствующих характеристик пассивного выдоха явля­ется, конечно, отрицательное давление в конце выдоха. Для снижения среднего давления дыхательного цикла необхо­димо в начале выдоха резко сбросить давление в легких.

В большинстве аппаратов для этой цели предусматривается специальный клапан (с низким сопротивлением), с помощью которого выдыхаемый газ выходит в окру­жающее пространство параллельно с поступлением в ге­нератор выдоха. Поэтому форма создаваемого последним потока может быть выявлена только во время той части выдоха, когда упомянутый ниже клапан закрывается и создается разрежение.

Для ИВЛ с положительным давлением в конце выдоха не требуется включения в аппарат специального генератора: достаточно включения в линию выдоха клапана, нагруженного пружиной, или водяного затвора. Другой возможностью получения положительного давления в конце выдоха является увеличение с помощью дросселирующего крана сопротивления линии выдоха настолько, чтобы за отведенный для выдоха промежуток времени положительнoe давление, созданное в легких во время вдоха, не успевало бы снизиться до пуля.

 Функциональные характеристики способов получения положительного давления в конце выдоха приведены на рис. 6, в, г. Существенное различие этих характеристик заключается в том, что включение в линию выдоха нагру­женного клапана или водяного затвора не уменьшает на­чальную скорость выведения газа из легких и скорость падения давления в начальной стадии выдоха; в какой-то момент времени эта скорость становится нулевой и остается таковой до начала следующего вдоха. Включение же в линию выдоха большого сопротивления заметно уменьшает максимальное значение скорости газа на выдохе, и она к концу выдоха уменьшиться до нуля не успевает, а давление в легких успевает уменьшиться лишь до некото­рой положительной величины. Независимо от способа получения положительного давления на выдохе следующий акт вдоха начинается с этого, а не с нулевого (или отрицательного при активном выдо­хе) давления.

РАЗДЕЛИТЕЛЬНАЯ ЕМКОСТЬ

Рабочий орган генератора вдоха переменного потока — мех, поршень или мембрана — отделяет дыхательный контур от привода, что позволяет осуществить реверсивный дыхательный контор. Для решения той же задачи в состав аппарата с генератором вдоха постоянного потока можно включить специальную часть — разделительную емкость. Она выполняется обычно в виде эластичного мешка, меха или мембраны, заключенных в замкнутый, чаще прозрач­ный, сосуд.

Внутреннее пространство мешка или меха или полость по одну сторону мембраны соединены с дыхательным кон­туром, а пространство между мешком (мехом) и внутрен­ними стенками сосуда или полость по другую сторону мем­браны включено в линию пневматического привода. Включение разделительной емкости в аппарат с поршневым генератором вдоха переменного потока («Анг­стрем-150, -200 и -300») призвано предотвратить загряз­нение дыхательного газа парами смазочных масел и соз­дать более гибкую систему управления.

Так как во время работы разделительная емкость мо­жет находиться только в одном состоянии — вдоха или подготовки к работе, то вне зависимости от устройства генератора вдоха аппарату с разделительной емкостью присущи все особенности аппарата с генератором вдоха переменного потока.

Когда разделительная емкость выполнена в виде меха или мембраны определенной формы, то дыхательный объ­ем, подаваемый аппаратом, однозначно зависит от ампли­туды движения меха (мембраны). Это дает возможность предусмотреть в аппарате шкалу, градуированную в еди­ницах объема, и тем самым обеспечить информацию об установленном значении дыхательного объема. Прохожде­ние подвижным элементом определенного пути может быть использовано для формирования пневматического (аппараты РО-2 и РД-4), механического (РО-5, РО-6) или электрического («Энгстрем-2000») сигнала, воздействую­щего на распределительное устройство. Именно таким пу­тем часто осуществляется переключение со вдоха на вы­дох по объемному принципу.

Схема, в которой одновременно с разделительной емко­стью используется переключение актов дыхательного цик­ла по времени, традиционно применяется в таких аппаратах фирмы «Дрегер» (ФРГ), как «Спиромат-650», «Уни­версальные вентиляторы UV-1, UV-2», и имеет ряд особен­ностей. Продолжительность вдоха, а по стандартизованно­му определению это интервал времени от момента начала поступления газа в легкие пациента до момента начала выведения газа из легких, задается здесь переключающим механизмом, который на это время соединяет линию нагнетания генератора вдоха с внешней полостью разделитель­ной емкости. В зависимости от скорости поступления туда газа и установленной длительности вдоха при настройке аппарата ИВЛ на требуемый режим могут возникнуть три различные ситуации:

1) мех (мешок, мембрана) разделительной емкости, сжимаясь с определенной скоростью, подает заданный объ­ем точно за отведенный переключающим механизмом ин­тервал вдоха (рис. 16,а).

2) при той же амплитуде движения меха (мешка, мем­браны) скорость подачи газа во внешнюю полость разделительной емкости и равная ей скорость вдувания газа в легкие выше, чем в первом случае. Заданный объем пода­ется прежде, чем истечет длительность вдоха, и на кривых появляется задержка на вдохе («плато») (рис. 16,6);

3) при той же амплитуде движения меха (мешка, мем­браны) скорость подачи газа во внешнюю полость разде­лительной емкости и равная ей скорость вдувания газа в легкие ниже, чем в первом случае. Отведенного на вдох времени не хватает для подачи заданного дыхательного объема и минутная вентиляция снижается (рис. 16,в).

1.6. Особенности управления аппаратами с переключением со вдоха на выдох по времени и с разделительной емкостью, имеющей ограни­чение объема (V_огр):

а — «нормальная» скорость вдувания: V_Т=V_огр; б — скорость вдувания увели­чена на ¹/₃: появляется задержка на вдохе Т_IP=Т_I; в — скорость вдувания снижена на ¹/₃. Дыхательный объем и минутная вентиляция снижаются на ¹/₃; Т_вд — время вдувания; Т_I — время вдоха.

Таким образом, разделительная емкость делает взаимо­зависимыми органы управления дыхательным объемом, продолжительностью вдоха и скоростью вдувания, что усложняет настройку аппарата на заданный режим рабо­ты. С другой стороны, продуманное управление этими ор­ганами позволяет сознательно получить задержку на вдохе.

Когда данная схема используется совместно с генератором вдоха, не обладающим достаточной жесткостью, то, чтобы предотвратить нежелательное снижение дыхательного объема и минутной вентиляции при обычно встречающем­ся на практике постепенном возрастании сопротивления дыхательных путей и снижении растяжимости легких, необходимо заранее настроить аппарат на повышенную ско­рость вдувания, а значит, и на определенную задержку на вдохе. Но если заданы продолжительность вдоха и дыха­тельный объем, то скорость вдувания газа принимает ми­нимально возможное значение при отсутствии задержки на вдохе. Поэтому ее влияние на равномерность распреде­ления газа по участкам легких с различной растяжимо­стью и сопротивлением достаточно противоречиво.

17. «Пневматический трансформатор» (схема). Объяснение в тексте.

Еще две формы выполнения разделительной емкости, показанные на рис. 17, а, б, образуют так называемый пневматический трансформатор. Из равенства сил и пере­мещений вытекают следующие зависимости: для вариан­та «а» с силовым цилиндром:

для варианта «б» с концентрическими мехами

содержание   ..  1  2  3  4  5  ..