Respiratory.pdf

Z BIGNIEW S ZKULMOWSKI

Uniwersytet Mikołaja Kopernika

Collegium Medicum im. Ludwika Rydygiera w Bydgoszczy

Katedra i Klinika Anestezjologii i Intensywnej Terapii

Respiratory

Współczesne respiratory posiadają możliwości wentylacji nieporównywalne z

możliwościami aparatów poprzedniej generacji. W większości z nich najważniejsze para-

metry, w tym przepływ, kontrolowane są mikroprocesorem, co pozwala nie tylko na zasto-

sowanie różnorodnych form wentylacji, ale także na precyzyjną kontrolę interakcji respira-

tor – pacjent. Mimo daleko posuniętej unifikacji technicznej poszczególnych typów

respiratorów różne zastosowane w nich rozwiązania konstrukcyjne mają swoje ogranicze-

nia lub zalety.

I. Interfejs użytkownika

W respiratorach poprzednich generacji większość parametrów nastawiało się za

pomocą pokręteł. Obecnie większość producentów przestawia się na ekrany dotykowe, na

których wybiera się poszczególne parametry i reguluje za pomocą jednego pokrętła. Na

ekranach, dodatkowo, wyświetlane są ustawione parametry wentylacji respiratora, uzyski-

wane parametry wentylacji pacjenta a także często krzywe ciśnienia, przepływu, objętości

a niekiedy też pętle ciśnienie-objętość i przepływ-objętość. Ciągle stosowane są jeszcze,

zwłaszcza w uproszczonych aparatach, wersje pośrednie, z pokrętłami i monitorem. Do-

datkową zaletą jest to, że ekrany te często można samemu konfigurować tak, aby informo-

wały o parametrach, które są w danej chwili najbardziej potrzebne klinicyście. Współcze-

sny respirator powinien mieć możliwość wyświetlania informacji m.in. o: sposobie

wentylacji, częstości oddechów, objętości oddechowej, przepływie, ciśnieniu w drogach

oddechowych, czasie wdechu, wielkości PEEP, stężeniu tlenu w mieszaninie oddechowej

FiO2 oraz monitorowanych parametrach pacjenta i rodzajach alarmów.

Sposób ustawiania parametrów powinien być stosunkowo prosty i „intuicyjny”, co

zmniejsza możliwość omyłkowych, nieprawidłowych ustawień. Ważne jest też zabezpie-

czenie przed przypadkową zmianą ustawionych parametrów.

Sposób przekazywania informacji powinien być czytelny, także w zmiennych wa-

runkach oświetlenia (oświetlenie naturalne i sztuczne, lampy chirurgiczne, przyciemnione

światło). Wyświetlane parametry powinny być czytelne, widoczne pod różnym kątem,

także z większej odległości. Informacje oraz alarmy powinny być przekazywane w sposób

hierarchiczny, to znaczy przede wszystkim najważniejsze.

Problemem jest brak standaryzacji i duże różnice pomiędzy producentami w na-

zwach stosowanych sposobów wentylacji i funkcji respiratorów. W sytuacjach awaryjnych

może prowadzić to do zamieszania i być niebezpieczne dla chorego.

II. Systemy pneumatyczne

Systemy pneumatyczne, kontrolujące dostarczanie gazów pacjentowi są jednymi z

najważniejszych części respiratora, decydujących o jego możliwościach technicznych i

leczniczych. W ich skład wchodzą, poza źródłem gazów, systemy redukcji ciśnień, mie-

szania gazów, regulacji ciśnień i przepływu, ewentualnie dodatkowe zbiorniki gazu oraz

systemy sterujące, w tym mikroprocesorowe.

1) Źródło gazów

Gazy, tlen i powietrze, mogą być dostarczane na kilka sposobów:

a) Sprężone gazy z instalacji szpitalnej.

Duża część respiratorów zaopatrywana jest z instalacji szpitalnej, w której wytwa-

rzane jest ciśnienie w granicach 3-4 atm. Niekiedy sprężone gazy służą nie tylko do wenty-

lacji pacjenta, ale także do napędu całego układu. Wtedy zużycie gazu jest większe niż

wynikałoby to z wentylacji minutowej. Wykorzystanie instalacji szpitalnej pozwala na

zredukowanie wielkości aparatu, uproszczenie jego konstrukcji i na cichą pracę. Wadą jest

uzależnienie od zewnętrznego źródła gazu, co uniemożliwia pracę urządzenia w razie

awarii instalacji gazowej. Nowoczesne respiratory wymagają też instalacji, w której panuje

stałe ciśnienie niezależnie od przepływu. W starszej instalacji gazowej, która niekiedy

znajduje się w naszych szpitalach, przy podłączeniu jednocześnie wielu urządzeń pobiera-

jących tlen lub powietrze, niemożliwe może być utrzymanie obu tych parametrów na sta-

łym poziomie jednocześnie. Może to poważnie zakłócić pracę respiratorów.

b) Kompresor zamontowany w respiratorze.

Sprężarka do powietrza montowana jest w niewielu respiratorach, głównie ze

względu na wagę, głośność i cenę. Umożliwia kontynuowanie pracy w miejscach, gdzie

nie ma instalacji do powietrza (najczęściej poza Oddziałem Intensywnej Terapii).

c) Turbina gazowa

Technika budowy turbin osiągnęła bardzo wysoki poziom, głównie dzięki przeję-

ciu rozwiązań opracowanych na potrzeby lotnictwa. Współczesne turbiny stosowane w

respiratorach są niewielkie, o szybkim czasie reakcji, wysokoobrotowe (do 60 000 ob-

r/min) zapewniające przepływ do 180 L/min przy ciśnieniach przewyższających potrzeby

wentylacji mechanicznej.

Umożliwiają wentylację nawet technikami wymagającym dużych przepływów w

miejscach, gdzie nie ma centralnej instalacji gazowej (np. w czasie wentylacji domowej).

Wentylacja stężeniami tlenu ponad 21% wymaga dodatkowego zasilana.

2) Reduktory ciśnień.

Ciśnienie, które znajduje się w instalacji centralnej jest zaraz po wejściu do respi-

ratora redukowane do ciśnienia roboczego, stanowiącego 20-30% wartości ciśnienia wyj-

ściowego dla celów bezpieczeństwa oraz ograniczenia zużycia części mechanicznych.

Ciśnienie robocze może być okresowo zwiększane, kiedy pojawia się zapotrzebowanie na

wysoki przepływ.

W części starszych respiratorów istniały 2 rozdzielne układy pneumatyczne: jeden

zapewniał wentylację pacjenta, drugi napędzał respirator.

3) Mieszanie gazów.

We wszystkich respiratorach mamy systemy mieszania gazów pozwalające na

otrzymanie stężeń tlenu od 21 do 100%. Respiratory starszego typu miały zbiorniki powie-

trza, do którego dodawany był tlen i z którego tłok pobierał mieszaninę gazów i podawał

choremu.

Obecne większość respiratorów wyposażona jest w proste układy mieszalnikowe,

które opierają się na sterowanych elektronicznie nowoczesnych, bardzo dokładnych za-

stawkach proporcjonalnych, podających gaz o ściśle określonym przepływie zależnym od

stopnia uchylenia zastawki (Ryc. .). System ten pozwala nie tylko uzyskiwać dokładnie

określone stężenia tlenu w mieszanie oddechowej, ale też, sterując wielkością przepływu,

generować dowolne rodzaje i szybkości przepływów wdechowych oraz wielkość ciśnień,

czyli w konsekwencji dowolne rodzaje wentylacji. Ilość trybów wentylacji zależy wyłącznie

od oprogramowania sterującego zastawkami proporcjonalnymi na podstawie danych z

przepływomierzy, czujników ciśnienia i stężenia tlenu.

Ryc. 1. Schemat układu podającego powietrze wdechowe w respiratorze.

W układzie znajdują się także zastawki kierunkowe, zabezpieczające przed cofa-

niem się gazów.

Opisany układ umożliwia też łatwe wprowadzenie funkcji „odsysania”, która po-

winna znajdować się w każdym respiratorze. Pozwala ona na podawanie przez ok. 2 minu-

ty 100% O2 w celu natleniania pacjenta w czasie odsysania.

W większości respiratorów możliwe jest mieszanie jedynie 2 rodzajów gazu: tlenu

i powietrza. Niektórzy producenci zapewniają możliwość podawania także trzeciego gazu.

Może nim być podtlenek azotu (co umożliwia użycie respiratora jako aparatu do znieczu-

lenia) lub mieszanina helu z tlenem, co znajduje coraz szersze zastosowanie w wentylacji

chorych ze znacznym skurczem oskrzeli.

W niektórych starszych respiratorach umieszczano kilkulitrowe zbiorniki, z któ-

rego podawano dodatkowy gaz do układu, kiedy gwałtownie wzrastał przepływ w czasie

wdechu.

4) Regulacja przepływu i ciśnienia

Klasycznie respiratory dzielono na objętościowo-, ciśnieniowo-, przepływowo- i

czasowo-zmienne. Podział ten zależał w dużym stopniu od techniki wytwarzania przepły-

wu wdechowego. Stosowano różnego rodzaju tłoki, napędzane silnikami rotacyjnymi czy

krokowymi, miechy napędzane sprężanym gazem, zastawki zaciskowe czy nożycowe re-

dukujące ciśnienie gazu przepływającego przez elementy elastyczne czy inne rozwiązania.

Obecnie większość tych systemów została wyparta przez układy z zastosowaniem

zastawek proporcjonalnych sterowanych mikroprocesorem. Pozwala to na prowadzenie

dowolnego trybu wentylacji oraz generowanie różnych kształtów krzywych ciśnienia,

przepływu czy objętości.

W niektórych aparatach znajduje się funkcja „westchnienia”, obecnie o mniej-

szym znaczeniu, pozwalająca na okresowe, co kilka – kilkadziesiąt oddechów zwiększyć

objętość oddechową o kilkadziesiąt procent.

Bardzo ważna jest funkcja wentylacji bezdechu, niestety nie stosowana przez

wszystkich producentów. Umożliwia ona prowadzenie wentylacji kontrolowanej, objęto-

ściowo lub ciśnieniowo-zmiennej, włączającej się automatycznie po wykryciu przez respi-

rator poważnego zakłócenia czynności oddechowej (najczęściej bezdechu). W większej

części aparatów parametry wentylacji bezdechu ustawiane są przez operatora przed rozpo-

częciem wentylacji, w części – parametry te ustawione są fabrycznie, co jest zdecydowanie

mniej korzystne (uwaga przy wentylacji chorych o zdecydowanie różnej masie ciała).

III. Sposoby wentylacji

Sterując przepływem, ciśnieniem i czasem wdechu można prowadzić różne tryby

wentylacji, która w zależności od sposobu wyzwalania wdechu może być wspomagana lub

kontrolowana. Charakterystykę poszczególnych trybów wentylacji przedstawiono w innym

miejscu.

IV. Sposoby wyzwalania wdechu

Wyzwalanie oddechu „na żądanie”, w momencie rozpoczęcia wysiłku oddecho-

wego przez pacjenta jest podstawą wentylacji wspomaganej. Wyzwalanie oddechu (trigger)

może być ciśnieniowe lub przepływowe. Znaczy to, że aby respirator rozpoznał, że pacjent

chce rozpocząć wdech, musi on wytworzyć w układzie ujemne ciśnienie (trigger ciśnie-

niowy) lub przepływ w swoim kierunku (trigger przepływowy).

Parametrami opisującymi trigger są: czułość oraz opóźnienie. Czułość oznacza

wielkość ujemnego ciśnienia czy przepływu, który pacjent musi wytworzyć aby został on

rozpoznany przez respirator. Opóźnienie to czas reakcji pomiędzy początkiem wysiłku

wdechowego pacjenta i rozpoczęciem podawania wdechu przez respirator. Czułość powin-

na być jak największa a opóźnienie jak najmniejsze, gdyż są to wykładniki wysiłku i pracy

oddechowej pacjenta .

Dla obu tych parametrów istotne jest miejsce pomiaru sygnału dla wyzwolenia

triggera. Idealnym rozwiązaniem dla synchronizacji z respiratorem byłaby rejestracja

sygnału o zamiarze rozpoczęcia wdechu tam, gdzie on powstaje, to znaczy w centralnym

układzie nerwowym ale nie jest to realne. Im większa odległość od miejsca powstawiania

sygnału, tym większe opóźnienie reakcji respiratora.

Pomiar ciśnienia śródopłucnowego (lub przełykowego, będącego jego odbiciem)

lub ciśnienia czy przepływu na poziomie tchawicy mogłoby znacznie zmniejszyć opóźnie-

nie triggera. Ograniczają to jednak znaczne problemy techniczne: trudności w uzyskaniu

niezakłóconego sygnału ciśnienia przełykowego oraz zanieczyszczenia wydzieliną cien-

kich cewników do pomiaru ciśnienia umieszczonych na końcu rurki intubacyjnej.

W chwili obecnej wszyscy producenci respiratorów lokalizują miejsce pomiaru ci-

śnień i przepływu poza pacjentem, w układzie oddechowym aparatu.

Miejscem zbierania sygnału ciśnienia może być łącznik Y, ramię wdechowe lub

wydechowe. Najszybciej ujemnie ciśnienie pojawiać się będzie w łączniku Y, lecz pomiar

z tego miejsca sygnału zakłócony jest przez zbierającą się wodę. Pomiar ciśnienia na ra-

mionach wdechowym i wydechowym opóźniony jest przez opór wytwarzany przez rury

układu oddechowego respiratora. Zmiany ciśnienia powodowane przez przelewającą się

wodę w rurach mogą spowodować „samowzbudzenie” (rozpoczynanie oddechów raz za

razem, niezależnie od wysiłku oddechowego pacjenta) respiratora.

W opcji triggera przepływowego zastawki są na wydechu otwarte i w układzie re-

spiratora występuje niewielki, stały przepływ w kierunku zastawki wydechowej (rzędu

zwykle 0,5-5,0 L/min). Wysiłek oddechowy pacjenta powoduje zmianę w tym przepływie,

rejestrowaną przez przepływomierz w aparacie i wyzwala wdech. Z reguły triggery prze-

pływowe są bardziej czułe i ich zastosowanie zmniejsza wysiłek oddechowy chorego.

Wielkość triggera przepływowego ustawia się z reguły, zależnie od wielkości pacjenta, od

0,15 do 2 L/min. Problemem w tym sposobie wyzwalania wdechu są, poza zbierającą się

wodą, przecieki powietrza w układzie, które mogą być rozpoznawane jako wdech.

Opóźnienie triggera większości nowych respiratorów wynosi 60-90 ms.

V. Zastawki wydechowe

Zastawki wydechowe zamykają układ oddechowy w czasie wdechu, otwierając się

umożliwiają wydech a poza tym odpowiedzialne są za utrzymanie dodatniego ciśnienia w

czasie wydechy (PEEP, CPAP).

Stosowane są różne systemy zastawek wydechowych. Najczęściej spotykane są za-

stawki grzybkowe (płaski balonik w kształcie kapelusza wypełniany w czasie wdechu) lub

przeponowe (płaski element zakrywający wylot zastawki), które zamykają wylot układu w

czasie wdechu ciśnieniem wytwarzanym w układzie aparatu. Jako, że ciśnienie przekazy-

wane jest z początku układu wdechowego, przed nawilżaczem i oporem rur, to siła zamy-

kająca zastawkę będzie zawsze większa niż ciśnienie w układzie oddechowym pacjenta i

zamknięcie będzie szczelne.

Inne typy zastawek wydechowych to zastawki nożycowe (uciskające z obu stron

elastyczny element) czy elektromagnetyczne.

Obecnie zastawki wydechowe, niezależnie od typu, sterowane są mikroproceso-

rem respiratora.

W niektórych rodzajach wentylacji (CPAP, BIPAP, tryby ciśnieniowo-zmienne)

stosować można układy bezzastawkowe, z układem jednorurowym (bez ramienia wyde-

chowego) i z elementem dającym stały przeciek na zewnątrz (złączka Whisper-Sviwel).

Taki układ wymusza utrzymanie stałego przepływu na wydechu. Układy takie stosowane

są ze względu na prostotę i mniejszą pracę oddychania pacjenta.

VI. Monitorowanie

Monitorowanie ciśnienia i przepływu umożliwia precyzyjne zastosowanie nasta-

wionych parametrów wentylacji oraz ocenę jej skuteczności.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: