Капнография и капнометрия (мониторинг концентрации углекислого газа)

Капнография и капнометрия (мониторинг концентрации углекислого газа)

Капнография и капнометрия (мониторинг концентрации углекислого газа)

В анестезиологии и реаниматологии очень важным условием эффективного наблюдения за больным с управляемым или нарушенным дыханием, а также с нормальным дыханием при угрозе его нарушения, считается проведение CO2-мониторинга. Однако сегодня все еще можно наблюдать неоднозначное отношение некоторых медицинских специалистов к данному виду диагностики из-за недостаточного материального оснащения медицинских учреждений необходимым для осуществления подобных мероприятий, а также с недостаточной осведомленностью врачей-практиков о широких возможностях капнометрии и капнографии.

Капнометрия – это измерение и цифровое отображение концентрации или парциального давления углекислого газа во вдыхаемом и выдыхаемом газе во время дыхательного цикла пациента.

Капнография – это визуальное (графическое) изображение изменения концентрации выдыхаемого диоксида углерода (СО2) во времени. Форма получаемой кривой (капнограмма) дает специалисту важную информацию не только о концентрации CO2 в конце выдоха (EtCO2), но и о целостности дыхательной системы, о физиологии пациента, а также представление о состоянии гемодинамики и скорости метаболизма.

Процессы, отображаемые ETCO2:

Углекислый газ имеет высокую диффузионную способность, он легко перемещается через альвеолярно-капиллярную мембрану, не требуя для этого высокого градиента давлений между венозной кровью и газом альвеол и составляет 5-6 мм.рт.ст. Иными словами, давление СО2 конца выдоха практически равно парциальному давлению СО2 венозной крови(PvCO2). Например, парциальное давление СО2 венозной крови равно 46 мм.рт.ст., по градиенту давления СО2 будет диффундировать в область более низкого давления – альвеолу(PACO2), пока оба давления не сравняются и не станут равны 40 мм.рт.ст.

EtCO2 представляет собой измерение давление СО2 именно альвеолярного газа и поэтому имеет высокое диагностическое значение.

ETCO2 и РАСО2 отображают состояние вентиляции и перфузии легких

На современном рынке медицинского оборудования существует два типа приборов для измерения EtCO2: капнометры и капнографы. Капнометры измеряют лишь численное значение давление СО2 и как следствие предоставляют врачу меньше информации о вентиляции и гемодинамике пациента. Капнографы помимо численного измерения, также отображают график – капнограмму. Капнографы и капнометры могут быть как самостоятельными аппаратами, так и в виде модулей-расширения включены в мониторы пациентов, дефибрилляторы-мониторы, наркозно-дыхательные аппараты или аппараты искусственной вентиляции легких (ИВЛ).

 

Немного из истории создания оборудования для капнографии и капнометрии:

Первый аппарат для капнографии, работающий по принципу современных капнографов, был изобретен в Германии во время Второй мировой войны, однако он не имел никакого отношения к медицине. Используя данный прибор, немецкие военные по выбросу углекислого газа контролировали полеты реактивных снарядов ФАУ-2, направляемых на Лондон. После окончания войны патент на изобретение, в числе прочих, попал в США, где в начале 50-х годов анестезиолог Джеймс О. Элам и исследователь Макс Листон на его основе создали первый медицинский быстродействующей инфракрасный капнограф, с которым можно было уже работать в операционных отделениях. Однако, аппарат был довольно большим и неудобным. В связи с чем клиническое применение инфракрасной капнографии отложили до лучших времен. (Интересно, что в конце 40-х годов физиолог клиники Мэйо Ричард В. Стоу также разработал инфракрасный капнометр; однако, известность В. Стоу получил позднее — как изобретатель СО2-электрода, до сих пор использующегося в клинических газоанализаторах).

Только в 70-х годах ХХ века промышленность освоила производство малогабаритных, простых и в тоже время надежных мониторов пациента с функцией капнометрии или капнографии. С этого момента капнографы быстро получили широчайшее распространение в анестезиологии и интенсивной терапии.

В 1992 году Всемирная федерация анестезиологических обществ включила в Стандарты безопасности рекомендацию об использовании капнографии при каждой общей анестезии с интубацией, хотя еще ранее, в 1989 году, в Стандарте безопасности анестезии, принятом в штате Нью-Йорк, капнография уже рассматривалась как обязательный метод мониторинга у всех интубированных больных.

Постепенно, по мере накопления и осмысления клинического опыта обнаружилось, что диагностических возможностей у метода капнографии гораздо больше, чем предполагалось вначале. Сегодня капнография успешно применяется не только для ранней диагностики проблем дыхания пациентов в процессе проведения ИВЛ и анестезии, но также правильности работы анестезиологической аппаратуры. Позволяя обнаружить многие потенциально опасные ситуации на самых ранних этапах развития, капнография (капнометрия) предоставляет врачу достаточное время для анализа и исправления развивающегося критического состояния.

 

Современные методы и принципы капнометрии

 

Концентрацию CO2 в газовой смеси определяют различными способами. В тоже время для клинических целей подходят лишь те из них, которые отвечают определенным требованиям:

  • обеспечивают длительное измерение с немедленным отображением текущего значения;
  • обеспечивают и гарантируют достаточную точность измерения;
  • реализуются в надежных, компактных и нетрудоемких в обслуживании мониторах;
  • не нуждаются в частых калибровках;
  • сама процедура калибровки простая и недорогая;
  • не представляют даже потенциальной опасности для пациентов, включая шум, электромагнитное излучение, инкубацию инфекции и пр.

В настоящее время медицинская промышленность выпускает капнографы, работа которых основана на использовании одного из четырех методов измерения EtCO2:

  • масс-спектрометрии;
  • рамановской спектрометрии;
  • инфракрасного оптического анализа;
  • инфракрасного оптико-акустического анализа.

В связи с более простым и дешевым устройством в последние годы именно метод инфракрасного оптического анализа получил наиболее широкое распространение в практике. Метод основан на свойстве молекул газов поглощать инфракрасное излучение разной длинны волны.  Например, углекислый газ поглощает ИК-излучение с длиной волны 4,25 мкм.

Вдыхаемый и выдыхаемый газ поступает в прозрачную измерительную камеру, на которую направлен исходящий из специального источника поток инфракрасного излучения. В диапазоне его частот присутствуют и частоты, специфичные для газов, концентрацию которых определяют. Между излучателем и измерительной камерой находятся вращающийся прерыватель потока и фильтр, пропускающий лучи строго определенной длины волны. После прохождения через измерительную камеру часть излучения поглощается, а оставшаяся часть падает на фотодетектор, определяющий интенсивность светового потока. Чем больше молекул СО2 или другого измеряемого газа содержится в камере, тем интенсивнее поглощается ИК-излучение и тем меньше ток, генерируемый фотодетектором.

Прерыватель-потока попеременно освещает ИК-лучами измерительную и эталонную камеры. Это дает возможность выявить, какая часть светового потока поглощается газовой смесью. По калибровочной зависимости между концентрацией газа и силой тока фотодетектора аппарат капнометрии рассчитывает парциальное давление углекислого газа или другого компонента газовой смеси.

 

Способы доставки газа в измерительную камеру современного аппарата для капнографии

 

Все модели капнографов (как, впрочем, и других газоанализаторов) различаются не только по принципу, лежащему в основе измерения (капнометрии), но и по способам доставки газа в измерительную камеру. Таких способов несколько:

  • Капнометрия в боковом потоке (вне дыхательного потока с непрерывным отбором пробы газа – Sidestream analysis);
  • капнометрия в основном потоке (mainstream analysis);
  • капнометрия в микропотоке (Microstream technology).

 

Капнометрия в боковом потоке

Данный способ капнометрии получил наиболее широкое распространение. Смысл его прост и заключается в следующем: из потока вдыхаемого и выдыхаемого газа (например, из интубационной трубки или наркозной маски) небольшая его часть непрерывно откачивается по тонкой пластиковой трубке и подается в измерительную камеру, расположенную внутри монитора. После выполнения анализа газ сбрасывается в атмосферу. Если мониторинг применяется во время анестезии, проводимой малопоточным методом (по закрытому контуру), то газ из капнографа возвращается в контур по другой трубке-магистрали. В этом случае перед возвратом в наркозный аппарат газ должен пройти через бактериальный фильтр. Аппараты для капнографии, работающие по этому принципу, имеют систему обезвоживания газовой смеси, встроенную газовую помпу и снабжены одноразовыми комплектами тонких газовых магистралей со специальными адаптерами для подключения к дыхательному контуру.

Достоинства капнометрии в боковом потоке:

  • возможность применения легких и дешевых одноразовых адаптеров для присоединения к дыхательным путям;
  • защищенность всех сложных, хрупких и дорогостоящих частей измерительной системы, находящихся внутри корпуса прибора;
  • наличие адаптеров для самых разных клинических ситуаций;
  • возможность мониторинга у неинтубированных больных;
  • возможность одновременного определения нескольких газов в одной пробе.

Недостатки системы с капнометрии в боковом потоке:

  • необходимость в специальном устройстве для удаления паров воды из газовой смеси;
  • наличие газовой помпы — самой ненадежной части системы;
  • повышенное время реакции измерительной системы (если это имеет значение);
  • затраты на приобретение расходных материалов (адаптеров, магистралей, фильтров, калибровочного газа).

 

Капнометрия в основном потоке

Данный способ капнометрии распространен меньше, чем предыдущий метод. Адаптер для

измерения СО2 в данной системе является частью дыхательного контура и представляет собой устанавливаемую между интубационной трубкой и тройником контура кювету, через которую на проток проходит весь вдыхаемый и выдыхаемый газ.

 

Адаптеры для капнометрии в основном потоке бывают одно- или многоразовыми и стоят значительно дороже, чем таковые у аппаратов для капнографии Sidestream. На адаптер снаружи надевается съемный датчик, в который вмонтированы источник монохроматического ИК-излучения и вся измерительная система. После включения монитора пациента (НДА или ИВЛ аппарата с функцией капнографии) требуется некоторое время для разогрева самого датчика.

Достоинства капнометрии в основном потоке:

  • повышенное быстродействие (время реакции 30-60 мс);
  • отсутствие необходимости в обезвоживании газовой смеси;
  • оптимальна при анестезии по закрытому контуру.

Недостатки системы с капнометрией в основном потоке:

  • увеличенный риск смещения или перегиба интубационной трубки из-за повышенного веса устанавливаемых на ней деталей;
  • повышенный риск поломки самой дорогой части монитора — датчика;
  • невозможность определения иных газов, кроме CO2;
  • невозможность использования разнообразных адаптеров;
  • высокая стоимость расходных материалов (адаптера, датчика).

 

Капнометрия в микропотоке

По сути –это вариант системы Sidestream с укороченной магистралью. Сенсор находится вне дыхательных путей, однако забор газа в Microstream-адаптерах производится сразу через несколько микропортов, имеющих гидрофобное покрытие, расположенных по периметру адаптера и ориентированных в различных направлениях. Это минимизирует аспирацию секрета, который прилипает к стенкам адаптеров и делает забор проб менее зависимым от положения пациента и ориентации адаптера. Т.е., в отличие от традиционной капнографии в аппаратах с Microstream капнометрией забор проб газа можно производить при любом положении адаптера.

 

Достоинства капнографии в микропотоке:

  • 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;
  • Возможность применения для пациентов разных возрастных категорий. Широко применяется в неонатологии.

На сегодняшний день некоторые современные фирмы предоставляют врачам возможность самостоятельно выбрать, какой из вышеперечисленных систем капнометрии пользоваться во время врачебной практики. Например, в мониторах пациентов, дефибрилляторах-мониторах, наркозно-дыхательных аппаратах и аппаратах искусственной вентиляции легких (ИВЛ) фирмы Mindray предусмотрена возможность применения как одной, так и другой технологии.

 

Анализ капнограммы

Вне зависимости от разновидности, выбранного Вами метода капнометрии, получаемая капнограмма выглядит одинаково. Ее минимальный уровень показывает концентрацию углекислого газа во вдыхаемом воздухе, а максимальный – в конце выдоха.

Капнограмма представляет собой график, где по оси Х отложено время, а по оси Y давление СО2(мм.рт.ст.).

Измерение EtCO2 происходит в точке А и соответствует PACO2. По форме капнограммы и углам «а» и «в» врач может оценивать адекватность вентиляции пациента, гемодинамику и работу наркозного аппарата.

Терминология для капнографии стандартизирована. Инспираторная часть дыхательного цикла называется фазой 0. Экспираторная часть состоит из трех фаз:

  • фаза I — порция, отражающая газ анатомического мертвого пространства с низким содержание СО2,
  • фаза II — порция, отражающая смесь анатомического и альвеолярного мертвого пространства,
  • фаза III – порция, представляющая выдыхаемый из альвеол газ. EtCO2 измеряется в конечной точке альвеолярного плато. Значение EtCO2 считается диагностически значимым, только при наличии альвеолярного плато.

Также на капнограмме имеются два угла: угол «а» и угол «в». На изменение угла «а» влияет асинхронность опорожнения альвеол. На изменение угла «в» влияет рециркуляция газа – при ее наличии угол возрастает, также при рециркуляции приподнимается горизонтальная часть фазы

 

Ниже приведены несколько вариантов капнограммы при различных ситуациях.

Форма капнограммы при возможных проблемах с дыхательным контуром

Форма капнограммы при возможных дыхательных нарушениях

 

Повышение уровня EtCO2 относительно исходного уровня, может наблюдаться в случаях:

  • Гиповентиляция вследствие разных причин;
  • Повышение уровня метаболизма;
  • Резкое повышение температуры тела (злокачественная гипертермия).

Понижение уровня EtCO2 относительно исходного уровня, может наблюдаться в случаях:

  • Гипервентиляция вследствие разных причин (например, при увеличении частоты дыхания или дыхательного объема);
  • Снижение уровня метаболизма;
  • Значительное падении температуры тела.

Повышение концентрации углекислого газа на вдохе (может сопровождаться увеличение EtCO2). Такая ситуация наблюдается при:

  • поломке выдыхательного клапана в дыхательном аппарате или других причинах для циркуляции выдыхаемой смеси в дыхательном контуре;
  • недостаточной подаче кислорода;
  • недостаточной эффективностью поглотителя углекислого газа;
  • короткой продолжительности выдоха.

Капнография является ценным методом при СЛР (сердечно-легочной реанимации), который позволяет оценить эффективность реанимационных мероприятий.

Детально оценка капнограммы описывается в руководствах по анестезиологии и реаниматологии.

 

Таким образом, капнометрия и капнография (в частности, капнограмма) представляют много информации для оценки состояния пациентов, находящихся на искусственной вентиляции легких или, например, во время оксигенотерапии.

 

(Синонимы: EtCO2, etCО2-мониторинг, CО2-мониторинг, капнометрия, капнография, капнограф, капнометрия в боковом потоке, капнометрия в прямом потоке, капнометрия в основном потоке, капнометрия в микропотоке, монитор-пациента с функцией капнометрии, монитор-пациента с капнографией, газоанализ, Миндрей представительство, Миндрей цена, представительство MINDRAY, официальный дистрибьютор Миндрей, официальный дистрибьютор MINDRAY)

 

Наверх