Переключение со вдоха на выдох

Рассмотрим перечисленные в главе 4 методы переклю­чения аппарата ИВЛ со вдоха на выдох более подробно.

Переключение по давлению происходит вслед­ствие того, что давление газа в определенной точке аппарата достигает заданного значения. Давление переключе­ния, которое в этом случае независимо можно регулиро­вать по шкале или показаниям манометра, с основными параметрами режима ИВЛ связано слабо. Даже опытно­му врачу, установившему на основании антропометриче­ских данных пациента, его состояния и с помощью специальных номограмм требуемый режим ИВЛ, трудно оце­нить давление конца вдоха, на которое надо настроить переключающий механизм для подачи требуемого дыха­тельного объема. При неизменной настройке аппарат с пе­реключением по давлению будет стремиться сохранить по­стоянным давление переключения, и так как между ним и основными параметрами ИВЛ нет однозначной связи, то дыхательный объем, частота дыхания и минутная венти­ляция будут заметно изменяться в тех случаях, когда растяжимость, сопротивление и степень герметичности системы аппарат — пациент будут отклоняться от началь­ных значений.

Большая зависимость режима работы аппарата с пере­ключением по давлению от характеристик системы аппа­рат — пациент может иметь и определенный положитель­ный эффект. Хорошо различимое на слух изменение ча­стоты дыхания позволяет обратить внимание на нарушение проходимости дыхательных путей, нарушение герметично­сти присоединения пациента, восстановление его само­стоятельного дыхания. Более весомы преимущества переключения со вдоха на выдох подавлению вовремя проведения вспомогательной вентиляции, поскольку тогда пациент в известной степени может сам определить величи­ну дыхательного объема. Для переключения по давлению до недавнего времени обычно использовался простой ры­чажный механизм с настройкой на заданную величину давления путем изменения натяжения пружины или по­ложения постоянного магнита. В новых аппаратах ИВЛ с электронным управлением для контроля давления дыха­тельного цикла вырабатывается электрический сигнал, пропорциональный текущему значению давления. Если предусмотреть возможность коммутации потоков газа, ког­да электрическое отображение давления станет равным за­данной величине, то будет обеспечено ограничение макси­мального давления вдоха, что эквивалентно действию предохранительного клапана, и переключение со вдоха на вы­дох по давлению.

Сопоставление преимуществ и недостатков переключения со вдоха на выдох по давлению хорошо обосновывает тот факт, что в настоящее время такой способ используется редко, главным образом для осуществления вспомогатель­ной вентиляции (РД-1, «Практивент-320», ряд моделей ап­парата «Бирд», «Ингалог» и «Ассистор» фирмы «Дрегер» и др.), как дополнительный метод переключения в аппара­тах с электрическим управлением «Спирон-101», «Спирон-201», «Спирон-401» (СССР), «Сервовентилятор-900», «Универсальный вентилятор UV-1» и др. и в некоторых простейших и малогабаритных моделях (ДП-9, «Минивент», «Циклатор»).

Переключение по объему происходит вслед­ствие подачи аппаратом заданного дыхательного объема; необходимую величину этого параметра ИВЛ обычно мож­но независимо от установки других параметров устано­вить по шкале. Типичным примером задания дыхательного объема является управление амплитудой движения крыш­ки меха. Этот способ применяется в отечественных аппа­ратах РО-2, РО-5, РО-6, РД-4; в зарубежных — РПР, «Унивент-100», «Беннет» и др.

Для создания управляющего воздействия на распреде­лительное устройство применяют рычажные механизмы; пневматические реле, вырабатывающие сигналы по про­хождении крышкой меха заданного хода; электроконтакт­ные или бесконтактные концевые выключатели и т.п. Аппараты с переключением по объему более легко управля­ются по сравнению с аппаратами с переключением по дав­лению. Однако по ряду причин, главной из которых явля­ется негерметичность присоединения пациента, выходящий из аппарата объем газа отличается от действительного. Попытки реализовать переключение по объему, вентили­рующему легкие пациента, пока не реализованы.

Аппарат «Пневмотрон-80» [Сох L., Chapman E.А., 1974] рекламируется как модель с принципиально новым спосо­бом переключения по объему. В нем дыхательный объем измеряется в линии вдоха и в линии выдоха, но для пе­реключения на выдох используется информация с линии вдоха, т.е. переключение по действительному объему не осуществлено.

Переключение по времени в настоящее время применяется наиболее часто, поскольку современными средствами пневмоавтоматики и особенно электроники сравнительно просто решается проблема задания требуе­мых интервалов времени. При этом установленная дли­тельность определенной части дыхательного цикла или цикла в целом определяется только самим механизмом, и никакие изменения характеристик системы пациент — ап­парат повлиять на него не могут. То же устройство пере­ключения можно использовать для управления длитель­ностью задержки на вдохе, длительностью ожидания по­пытки пациента во время вспомогательной вентиляции и т.п.

Сравнительно легко организовать более сложное, ком­бинированное управление временными характеристика­ми; например, обеспечить регулировку не длительностей вдоха и выдоха, а частоты дыхания, регулировать отно­шение продолжительностей вдоха и выдоха или длительность задержки на вдохе без влияния на установленную частоту дыхания.

Аппаратами с переключением со вдоха на выдох явля­ются отечественные модели «Спирон», «Фаза», «Лада», «Пневмат-1» и зарубежные «Спиромат-650», «Универсаль­ный вентилятор UV-1», «Сервовентилятор-900», «Энг-стрсм-2000», «Энгстрем-Эрика» и др. К аппаратам с пере­ключением по времени следует отнести и те, в которых используется генератор вдоха переменного потока, по­скольку переключение на выдох и здесь осуществляется строго по истечении времени, отведенного механическим приводом на сжатие меха, перемещение поршня или мембраны.

Подобной схемой обладают отечественные аппараты ДП-8 и АНД-2, зарубежные аппараты «Энгстрем-150, -200, -300» и др.

Переключение по потоку основано на том, что перевод распределительного устройства из состояния вдо­ха в состояние выдоха происходит тогда, когда скорость вдувания достигает заданного значения. Метод осущест­вляется очень редко. Настройка заданной скорости вдува­ния связана с основными параметрами ИВЛ весьма неяв­но, а на скорость вдувания оказывают влияние все харак­теристики системы аппарат — пациент, и, следовательно, высокой стабильности работы такого аппарата ожидать нельзя.

Переключение со вдоха на выдох вруч­ную осуществляется, естественно, во всех моделях с руч­ным приводом. В аппаратах «Спнрон-501», «Огайо» ввиду кратковременности применения и желания предельно упростить устройство переключение вручную сочетается с пневматическим приводом. В других аппаратах типа «Спирон» переключение вручную используется как вспомога­тельный метод управления.

20. Аппарат со смешанным переключением (схема):

1 — электродвигатель; 2 — редуктор с регулятором частоты вращения; 3 — кула­чок; 4 — рычаг; 5 — подвижная точка опоры рычага; 6 — регулятор дыхатель­ного объема; 7 — мембрана; 8 — клапан ндоха; 0 — впускной клапан.

Смешанное переключение — так принято назы­вать переключение, происходящее вследствие достижения пороговых, заданных значений двумя параметрами дыха­тельного цикла одновременно. На рис. 20 приведена типич­ная схема, используемая в выпускаемой в нашей стране модели аппарата «Вита-1», зарубежных аппаратах «Кейп-вентилятор», «Беинет БА-4» и др. Такая схема обеспечи­вает простое управление, поскольку здесь непосредственно и независимо друг от друга устанавливается частота дыхания (с помощью редуктора 2) и ход мембраны 7, т.е. ды­хательный объем, путем перемещения точки опоры 5 рыча­га 4. Стабильность работы аппаратов с данным способом управления сохраняет достоинства переключения по объе­му и переключения по времени. Относительно малое рас­пространение смешанного переключения объясняется слож­ностью производства механических узлов, которые одно­временно препятствуют реализации гибкого управления временными характеристиками дыхательного цикла, вклю­чая вспомогательную вентиляцию, периодическую прину­дительную вентиляцию и т.п.

Комбинированное переключение основано на том, что в аппаратах ИВЛ может быть предусмотрено не­сколько самостоятельно действующих механизмов; при этом в каждом конкретном дыхательном цикле переключение на выдох вызывает один какой-либо механизм по выбору оператора. Такой способ переключения применен в аппарате «Хилмэн-Рисерч», который можно настроить на переключение по времени, по объему или по давлению. Управляемость и стабильность аппаратов с подобным управлением определяется тем видом переключения, кото­рый установлен в нем в данный момент.

Количественное сравнение стабильности различных способов переключения со вдоха на выдох.

Различные модели аппаратов ИВЛ можно и нужно со­поставлять и рассматривать с различных точек зрения, применяя качественные методы оценки. Количественное сравнение ввиду разнообразия конструкций аппаратов бо­лее затруднительно, хотя может дать более объективную информацию.

Нами разработан аналитический метод количественной оценки различных методов переключения со вдоха на вы­дох (по давлению, объему и времени) [Гальперин Ю.С., 1971]. Он основан на следующих предпосылках:

— характеристики системы отклоняются от начальных четырьмя различными способами (табл. 5).

Таблица 5

Характеристики системы аппарат — пациент, принятые для количественной оценки способов переключения со вдоха на выдох

Примечание. Сопротивление псгерметичности системы, равное 30 кПа*с/л эквивалентно утечке 6 л/мнн при давлении 3 кПа (30 см вод.ст.), а значени 7,5 кПа*с/л получено добавлением утечки 18 л/мин при том же давлении.

— характеристики генераторов вдоха всех аппаратов приняты одинаковыми: максимальное давление 10 кПа (100 см вод.ст.), внутреннее сопротивление 10 кПа*с/л;

— в начальных условиях (см. режим 1 в табл. 5) аппа­раты настроены на осуществление вентиляции с параметрами: дыхательный объем Vт=0,67 л, частота дыхания f=l6,7 мин^-1, отношение Т_I/Т_E=1 : 2;

— для каждого принципа переключения вдох происхо­дит до тех пор, пока параметр, определяющий переклю­чение, не достигает заданного значения, рассчитанного на основе математического описания системы с указанными выше характеристиками.

Режим 1 — начальный. Режимы 2 и 3 характеризуются соответственно повышением сопротивления и снижением растяжимости. В режиме 4 действуют оба этих фактора. Режим 5 отличается от начального резким увеличением негерметичности.

Для каждого из способов переключения и для каждого режима рассчитывались действительные значения дыха­тельного объема Vt, минутной вентиляции Vмин и частоты дыхания f. В качестве меры оценки способа переключе­ния принималась сумма абсолютных процентных отклоне­ний действительных величин от их начальных значений.

Приведенные в табл. 6 результаты математического мо­делирования «поведения» системы показывают, что в слу­чае объемного способа переключения изменения С и R не влияют на дыхательный объем, а при переключении по времени — на частоту дыхания. Естественно, что появление утечки, не воздействуя на частоту, снижает дыхатель­ный объем и, следовательно, минутную вентиляцию в обо­их способах переключения. Из-за увеличения нагрузки на генератор вдоха по сравнению с начальной в режимах 2, 3 и 4 уменьшается скорость вдувания, что для объемного способа ведет к некоторому снижению частоты и поэтому минутной вентиляции, а для переключения по времени — к снижению дыхательного объема и к уменьшению минутной вентиляции. Возникновение утечки в общем снижает на­грузку на генератор вдоха, однако при принятых в расче­те характеристиках генератора на режиме вентиляции это практически не сказывается.

В случае переключения по давлению при изменении ха­рактеристик системы сохраняется только давление на вы­ходе аппарата. При возрастании нагрузки это давление достигает установленного значения переключения при меньшем дыхательном объеме быстрее, что эквивалентно увеличению частоты. Взаимная компенсация этих изме­нений все же недостаточна для того, чтобы минутная вен­тиляция оставалась неизменной. Возникновение утечки снижает противодавление, действующее на генератор вдо­ха, поэтому, как это ни парадоксально, происходит увели чение дыхательного объема и почти в такой же степени уменьшается частота. Это подтверждает существующее мнение об «автоматической» компенсации аппаратами с переключением по давлению изменений характеристик си­стемы. Однако в целом эта компенсация значительно сла­бее, чем стабильность аппаратов с переключением по объе­му и времени.

Таблица 6

Сравнение стабильности аппаратов ИВЛ с различными способами переключения со вдоха на выдох

Следует отметить, что предлагаемый метод оценки ста­бильности ограничивается принятыми допущениями, но все же достаточно обосновано показывает значительно мень­шую стабильность аппаратов с переключением по давле­нию и некоторое преимущество аппаратов с переключени­ем по объему.

Методика и результаты расчета были подтверждены пу­тем сопоставления с экспериментальными данными о влиянии изменения характеристик системы аппарат — па­циент на отклонение действительных значений парамет­ров ИВЛ от начальных значений.