Разработка процессорного модуля аппарата искусственной вентиляции лёгких

Величины легочных объемов и емкостей значительно варьируют. Ко-лебания в норме настолько велики, что целесообразно приводить лишь средние цифровые границы. У взрослых людей максимальная емкость легких со-ставляет 4500 - 6000 мл, из них остаточный объем -- 1000 - 1500 мл, резерв-ный объем выдоха -- 1500 - 2000 мл, дыхательный объем -- 300 - 600 мл, ре-зервный объем вдоха -- 1500 - 2000 мл.

Перемещение воздуха между внешней средой и легкими, т. е. вентиляция легких, осуществляется благодаря разнице давлений во внешней среде и в аль-веолах, при этом воздух всегда перемещается из области с более высоким в об-ласть с более низким давлением. При самостоятельном дыхании во время вдоха усилие дыхательных мышц, преодолевая эластическое сопротивление легких, увеличивает объем грудной клетки и создает необходимую разницу давлений между внешней средой и легкими. При ИВЛ перемещение воздуха (дыхатель-ной смеси) между внешней средой и легкими совершается под действием внешней силы, создающей необходимую разность давлений.

Существует два основных способа ИВЛ (искусственной вентиляции легких): способ вдувания и наружный (внешний) способ. При первом спосо-бе ИВЛ осуществляется путем подачи газовой смеси непосредственно в верхние дыхательные пути; при втором -- в результате наружного воздейст-вия на стенки грудной полости: грудную клетку или диафрагму.

ИВЛ наружным (внешним) способом. При этом способе переме-жающееся давление в грудной полости и в легких (и связанное с этим пере-мещение газа между внешней средой и легкими) происходит за счет наруж-ного воздействия на грудную клетку или диафрагму.

Аппараты ИВЛ наружного действия работают на гравитационном или пневматическом принципе. К первым относится «качающаяся кровать», ко вторым -- аппараты типа «железные легкие», аппараты с кирасой и аппара-ты с пневматическими нагрудными поясами.

При ИВЛ с помощью аппарата «качающаяся кровать» больного укла-дывают на спину на кровати, которая качается относительно своей попереч-ной горизонтальной оси. При опускании головного конца кровати содержи-мое брюшной полости своей массой давит на диафрагму, благодаря чему происходит активный выдох. При поднимании головного конца кровати диафрагма опускается, обеспечивая поступление воздуха в легкие. Приме-нение «качающихся кроватей» удобно из-за простоты и доступности обслу-живания больных. Однако, используя данный метод, невозможно обеспе-чить вентиляционные потребности при полном параличе дыхания; кроме то-го, более или менее длительное качание вызывает весьма неприятные ощу-щения у больного.

Аппарат «железные легкие» обеспечивает проведение наружного спо-соба ИВЛ путем создания циклических изменений давления воздуха вокруг всего тела больного, за исключением головы. Аппарат представляет собой герметичную камеру, соединенную с воздушным насосом. Работа насоса обеспечивает периодическое нагнетание или отсасывание воздуха из каме-ры.

Кирасные аппараты применяются для осуществления ИВЛ путем соз-дания циклических изменений давления воздуха вокруг грудной клетки и верхней части живота больного. Принцип их работы тот же, что и «желез-ных легких», но вентиляционный эффект меньше.

Разряжение при вдохе оказывает действие на все тело («железные лег-кие») или на значительную его часть (кирасы), что снижает венозный приток к сердцу. Это является одним из важных недостатков метода. Другими не-достатками являются трудности ухода за больными, невозможность приме-нения аппаратов ИВЛ во время хирургических операций, а также громозд-кость «железных легких».

Аппараты с пневматическими наружными поясами (манжетами) осуще-ствляют ИВЛ путем создания циклических изменений давления воздуха в поясе, накладываемом на грудную клетку или на верхнюю часть живота больного. Такой способ едва ли можно назвать физиологичным, так как при его выполнении для достижения удовлетворительного вентиляционного эф-фекта необходимо нагнетать воздух в пояс под значительным давлением (до 10 кПа) из-за малой поверхности соприкосновения пояса с телом. Однако пневматические манжеты все еще применяются горноспасательной службой ввиду простоты и доступности обслуживания.

Перечисленные недостатки ИВЛ наружным способом в целом и самих аппаратов в частности послужили причиной постепенного отказа от их при-менения.

ИВЛ способом вдувания. При этом способе поступление дыхательного газа в легкие обеспечивается его нагнетанием в легкие до создания в них на вдохе давления, превосходящего давление газа окружающей среды.

ИВЛ способом вдувания можно разделить на два основных вида:

вентиляцию с перемежающимся положительным давлением ( с ак-
тивным вдохом и пассивным выдохом) ;

а) вентиляцию с перемежающимся положительным-нулевым давлени-
ем, при которой пассивный выдох совершается свободно, без задержки, и
легкие пациента спадаются при выдохе до размеров функциональной оста-
точной емкости;

б) вентиляцию с перемежающимся положительным- положительным
давлением, при которой из-за сопротивления пассивному выдоху (или про-
тиводавления) легкие пациента за время выдоха не опорожняются до функ-
циональной остаточной емкости. При этом возникают постоянные по знаку,
но отличающиеся по величине давления в конце вдоха и выдоха;

в) перемежающаяся принудительная вентиляция легких. Сущность это-
го способа состоит в том, что при восстановлении самостоятельного дыха-
ния после длительной ИВЛ больной продолжает дышать спонтанно через
дыхательный контур аппарата ИВЛ. Спонтанное дыхание больного через
аппарат может осуществляться в обычном режиме -- с перепадами давле-
ний'вдоха и выдоха вокруг нулевого (атмосферного) давления, либо по по-
казаниям, в режиме ,так называемого спонтанного дыхания под постоянным
положительным давлением.

Для поддержания гарантированного объема вентиляции аппарат перио-дически включается для проведения одного «принудительного» цикла. Час-

тоту таких включений регулирует врач в зависимости от вентиляционных возможностей больного.

г) синхронизированная перемежающая принудительная ИВЛ, когда «принудительный вдох» аппарата синхронизируется со вдохом больного с помощью триггерного блока. При постепенном увеличении интервалов ме-жду «принудительными» циклами облегчается отвыкание больного от аппа-рата при длительной ИВЛ.

Управляемая ИВЛ (Conrolled Mechanical Ventilation - CMV).

Управляемая ИВЛ с ограничением давления (Pressure Limited Ventilation - PLV).

Вспомогательная (триггерная) ИВЛ (Assisted Mechanical Ventilation - AMV).

Поддержка давлением (Pressure Support - PS).

Периодическая (синхронизированная или несинхронизированная) ИВЛ ((Synchronized) Intermittent Mandatory Ventilation - (S) IMV).

Периодическая ИВЛ с автоматическим под-держанием минутной вентиляции (Extended Mandatory Minute Ventilation - EMMV).

Технические решения современных аппаратов ИВЛ во многом сблизились. В настоящее время применяются 4 схемы для подачи газовой смеси пациенту.

Генератор вдоха постоянного потока с ком-мутирующими устройствами в линиях вдоха и вы-доха, выполненный в виде смесителя сжатого ки-слорода, поступающего извне, и сжатого воздуха.
В большинстве зарубежных аппаратов последний также подается из внешнего источника (аппараты серий "Putitan-Bennet", "Веаг", большинство мо-делей фирм "Bird" “Drager” и др.) или поставляемым отдельно компрессором высокого давления. В отечественных аппаратах воздух подает встроен-ный в аппарат компрессор низкого давления. Та-кая схема позволяет достаточно легко реализовать разнообразные режимы работы и измерять харак-теристики вентиляции. Однако конструктивное осуществление этой схемы довольно сложно, ис-пользование во время ИА затруднено. Примером
такого решения являются аппараты "Спирон-201","Фаза-5" и др.

Генератор вдоха постоянного потока с коммутирующим устройством только в линии выдоха. Здесь через линии вдоха газ течет постоянно, с частотой дыхания перекрывается только линия выдоха, поэтому конструкция таких аппаратов проще, чем по схеме 1. Особенно проста реализа-ция режимов, требующих создания в линии выдо-ха постоянного подпора положительного давления (ПДКВ, самостоятельное дыхание под положи-тельным давлением и др.). Конструктивная форма выполнения генератора вдоха такая же, что и для схемы 1. Постоянный поток газа, через дыхательный контур, с одной стороны позволяет легче, контролировать его величину и подаваёмую ми-нутную вентиляцию, а с другой - вызывает1 повы-шенный расход газовой смеси, затрудняет измере-ние выдыхаемого объема и применение во время ИА. Поэтому данный принцип используется поч-ти исключительно в аппаратах для интенсивной терапии у детей (например, в аппарате "Спиро-Вита-412"), где повышенный расход кислорода незначителен по абсолютной величине.

Постепенно расширяется использование ге-нератора вдоха, выполняемого в виде меха, цилиндра с поршнем и т. п., приводимых в движе-ние специальным электроприводом, который позволяет гибко управлять всеми характеристиками движения подвижного элемента, а следовательно,
потока газа и вентиляции. Режимы, использую-щие в линии выдоха динамически создаваемое постоянное давление, реализовать сложно. Достоин-ством является возможность обойтись как без
внешнего пневмопитания, так и без встроенного компрессора. Снижение размеров и массы такихаппаратов сочетается с тем, что потребляемая в данный момент мощность определяется режимом вентиляции и максимальная нагрузка на привод нужна очень редко. Такое устройство встречается
пока только в аппаратах средней сложности, пред-назначенных для взрослых, например в аппарате фирмы "Kontron", в модели "Веаг-33".

4. Описанные выше схемы ориентированы на подачу определенного потока или объема газа, а создающееся при этом в дыхательном контуре давление вторично. Известна, однако, схема, пер-вично ориентированная на создание заданного давления. Ее основу составляет емкость с регули-руемой эластичностью, в которую газовая смесь подается постоянно, а отбирается только во время вдоха. Принципиальное преимущество -- возмож-ность накопления газа, из-за чего мгновенное значение подачи газа всегда равно минутной вен-тиляции, но не превышает ее, как в других схемах. Пример реализации -- аппараты семейства " Servoventilator - 900 фирмы "Siemens".

Во всех современных аппаратах, кроме про-стейших моделей для скорой помощи и аппаратов для ИВЛ вручную, применение микропроцессоров стало стандартным приемом даже для моделей с пневматическим приводом. Пневматические уст-ройства для управления аппаратами практически вышли из употребления. Преимущества микро-процессорного управления по гибкости, разнооб-разной обработке и визуализации информации весьма велики. Однако прослеживается тенденция придания аппаратуре возможностей, которые лег-ко реализуются программными методами, но чет-кие показания к их применению либо очень узки, либо еще не определены.

Известно, что важные характеристики аппарата ИВЛ -- стабильность установленных режимов и легкость настройки на них -- во многом опреде-ляются примененным принципом переключения с вдоха на выдох. Поскольку микропроцессорная техника легко обеспечивает дозирование вре-менных характеристик, наибольшее распростра-нение получило переключение по времени. Вме-сте с тем для реализации многих режимов работы этот первичный механизм дополняется переклю-чением аппарата на выдох по достижению задан-ного давления в дыхательном контуре и изредка -- вследствие подачи заданного объема. Другим ас-пектом микропроцессорного управления стало широкое применение, для стабилизации ряда ха-рактеристик внутренних обратных связей. Приме-ром может служить реализованное в моделях "Спирон-201" и "Спирон-Вита-402" автоматиче-ское поддержание заданной вентиляции при из-менении оператором относительной длительности вдоха или величины задержки на вдохе.

Одновременно микропроцессорная техника по-зволяет так сильно оснастить аппарат устройства-ми для мониторного контроля и измерения пока-зателей вентиляции и состояния пациента, на-столько изощренно обрабатывать и представлять соответствующую информацию, что становится трудным обеспечить безопасность пациента без таких устройств и, более того, грамотно использо-вать возможности аппарата ИВЛ. Справедливо ут-верждать, что важнейшая тенденция развития ап-паратов ИВЛ -- превращение многофункциональ-ных аппаратов ИВЛ в своеобразные информаци-онно-управляющие центры.

Прообразом подобного симбиоза можно счи-тать аппарат ИВЛ "Evita-4" германской фирмы "Drager", в котором на большой цветной экран выводятся значения задаваемых и измеряемых по-казателей вентиляции, несколько функциональ-ных кривых, задаваемые границы сигнализации, данные о пациенте и о техническом обслужива-нии и др. Даже управление большинством характеристик осуществляется изображенными на эк-ране "виртуальными" органами управления. Нуж-но все же отметить, что и стоимость этого аппара-та не менее впечатляющая.

На основании приведенных сведений можно сформулировать следующие перспективы разви-тия отечественной аппаратуры.

Перспективы развития аппаратов ИВЛ

Будут продолжать расширяться функцио-нальные возможности аппаратов наиболее высо-кого класса. К режимам управляемой (во всех ее разновидностях), вспомогательной и периодиче-ской вентиляции и самостоятельного дыхания с постоянно положительным уровнем давления бу-дут добавлены те новые режимы, показания к применению и реализация которых уже установ-лены и которые не требуют значительного техни-ческого усложнения, а именно, поддержки давле-ния и вентиляции с двумя фазами положительно-го давления.

Будут продолжаться обеспечиваться работа аппаратов без подачи извне сжатого воздуха и ис-пользование сжатого кислорода только для оксигенации вдыхаемого воздуха. Для аппаратов наи-более высокого класса будет преимущественно ис-пользоваться более гибкая схема с управляемыми
клапанами в линиях вдоха и выдоха. В ней найдут применение электромагнитные устройства, позво-ляющие управлять не только временными харак-теристиками, но и расходом газа.

В более простых аппаратах, видимо, будет пре-имущественно применяться схема с управляемым электродвигателем и мехом, а также схема с нако-пительной емкостью. В этих моделях перспектив-но применение встроенного аккумулятора для обеспечения 20--30 мин работы аппарата после нарушения электропитания.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6