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)