Принципы устройства и функционирования аппаратов ИВЛ

Схема устройства и работы аппарата для ИВЛ

Принципы устройства и функционирования аппаратов ИВЛ

За последние десять лет на основе новых представлений о физиологии дыхания изменились подходы к проведению искусственной вентиляции легких (ИВЛ). Это позволило расширить наши возможности в лечении дыхательной недостаточности. Тем не менее, ИВЛ остается одной из самых сложных областей интенсивной терапии.

Терминология трудна для восприятия и запутанна, в особенности из-за того, что нет согласованности в классификации различных режимов вентиляции. Многие авторы используют одни и те же термины – «control», «assisted», «spontaneous» и «mandatory» для определения совершенно различных понятий.

В данной статье нам бы хотелось, не вдаваясь в сложные технические подробности, рассмотреть основные подходы к ИВЛ, которые доказали свою эффективность.

А. Система управления.
Б. Дыхательный контур: 1. Камера высокого давления. 2. Регулятор потока. 3. Сервопривод. 4. Клапан, ограничивающий давление в дыхательном контуре. 5. Клапан вдоха. 6. У-образный тройник. 7. Датчик потока. 8. Клапан выдоха.

Для упрощения рисунка не указаны такие обязательные элементы, как увлажнитель и бактериальные фильтры.

Принципиальная схема устройства современного аппарата для ИВЛ приведена на рис. 1. Она включает в себя две основные части – управляющую (А) и исполнительную (Б).

Управляющая часть представляет собой компьютер с соответствующим программным обеспечением; исполнительная – дыхательный контур с системой клапанов и датчиков, с помощью которых регулируется движение потока газовой смеси.

Устройство, создающее этот поток, состоит из двух камер (1), в которых поддерживается постоянное давление воздуха и кислорода, многократно превышающее таковое в дыхательном контуре.

При этом величина потока и процентное содержание кислорода полностью определяются геометрическими характеристиками отверстий (2), размеры которых изменяются с помощью специальных сервоприводов (3).

Кроме того, обязательными компонентами дыхательного контура являются: клапан, ограничивающий давление (4), и клапан выдоха (8).

В ряде аппаратов функции клапана вдоха (5) выполняет система регуляции потока газовой смеси, что позволяет упростить устройство контура и несколько снизить расход дыхательной смеси при определенном увеличении времени срабатывания системы. Вынесение датчика потока (7) за У-образный тройник (б) дает возможность легко дифференцировать потоки газа в дыхательных путях больного и контуре аппарата, но при этом приходится столкнуться с проблемой загрязнения датчика мокротой и выделениями из дыхательных путей больного.

Представленная схема устройства аппарата для ИВЛ позволяет: а) обеспечить переключение со вдоха на выдох и в обратном порядке в любой момент времени; б) использовать обратную связь для управления потоком газов в соответствии с попытками спонтанного дыхания больного. При этом такое понятие, как режим вентиляции, сводится к алгоритму управления потоком газа в дыхательном контуре аппарата.

В настоящее время предложено множество самых различных режимов ИВЛ. Наиболее удачный способ для того, чтобы разобраться в связанной с ними терминологии, заключается в выделении трех основных характеристик:

  1. Пусковой механизм (или триггер) – сигнал, по которому открывается клапан вдоха и инициируется дыхательный цикл.
  2. Предел (или лимит) – фактор, который ограничивает поток дыхательной смеси, подаваемой в легкие во время вдоха.
  3. Переключение – сигнал, по которому прекращается вдох и, возможно, с определенной задержкой во времени открывается экспираторный клапан.

Такой подход при достаточной простоте позволяет охватить все элементы дыхательного цикла.

По механизму инициации дыхательного цикла можно выделить принудительную и вспомогательную ИВЛ.

При принудительной вентиляции дыхательный цикл инициируется аппаратом в соответствии с заданной частотой дыхания; при вспомогательной -попыткой вдоха больного, для определения которой могут использоваться различные механизмы.

Ранние модели вентиляторов реагировали на изменение давления в контуре, современные отвечают на изменение потока. Считается, что таким образом можно уменьшить усилия больного, необходимые для инициации вдоха. Однако имеются данные, что это утверждение не всегда верно.

Для регуляции количества газа, поступающего в легкие во время вдоха, может использоваться ограничение инспираторного потока (вентиляция, лимитированная по потоку) или давления (вентиляция, лимитированная по давлению), а также сочетание этих двух механизмов.

Процесс переключения несколько сложнее, поскольку между прекращением вдоха и началом выдоха (открытие экспираторного клапана) может включаться определенный промежуток времени, или инспираторная пауза. Переключение может осуществляться на основании:

  • объема – вдох прекращается, как только достигается заданный дыхательный объем; после этого (часто через некоторое время) инициируется выдох;
  • времени – задается продолжительность вдоха и выдоха, обычно на основании частоты дыхания и соотношения длительности вдоха и выдоха I : Е;
  • потока – когда величина инспираторного потока снижается до заданного уровня, вдох прекращается;
  • давления; в настоящее время давление само по себе, как сигнал для переключения со вдоха на выдох, практически не используется.

Основные характеристики наиболее распространенных режимов вентиляции представлены в табл.

Таблица. Описание наиболее распространенных режимов вентиляции

РежимТриггерЛимитПереключение
Вентиляция с заданным объемомCMVa – Continuous Mechanical Ventilation assist синонимы: А/С – Assist Control. VCa – Volume Control assistАппарат или больнойПотокОбъем (задается длительность вдоха и инспираторная пауза)
Вентиляция с заданным объемомPCV – Pressure Control VentilationАппарат или больнойДавлениеВремя (так же задается время вдоха)
Синхронизированная перемежающаяся принудительная вентиляция – SIMV (Synchronised Intermittent Mandatory Ventilation): SIMV с заданным объемомАппарат или больнойПоток (при принудительном вдохе)Объем (при принудительном вдохе)
SIMV с заданным давлениемАппарат или больнойДавление (при принудительном вдохе)Время (при принудительном вдохе)
Поддержка давлениемPS – Pressure SupportБольнойДавлениеПоток
Вентиляция с постоянным положительным давлениемСРАР – Continuous Positive Airway PressureБольнойДавлениеПоток
Сочетание режимов СРАР и PSБольнойДавлениеПоток
Сочетание режимов SIMV и PSСочетание синхронизированной перемежающейся принудительной вентиляции (с заданными характеристиками принудительного вдоха и поддержки давлением (с соответствующими параметрами). При этом может использоваться любой тип SIMV.
Там, где используется сочетание режима СРАР и вспомогательной вентиляции, СРАР обычно носит название повышенного давления в конце выдоха «PEEP» (Positive End-Expiratory Pressure).

Вентиляция с заданным дыхательным объемом обозначается как CMVa (от англ. Continuous Mechanical Ventilation assist) или А/С (Assist Control), или VCa (Volume Control assist).

При этом устанавливается дыхательный объем, определенное число дыханий в минуту, максимальная величина инспираторного потока и его форма. Кроме того, в определенные моменты дыхательного цикла больной может инициировать полный принудительный вдох.

В настоящее время такой режим вентиляции используется главным образом в операционной, а его применение в интенсивной терапии является анахронизмом.

Вентиляция с контролем по давлению (PCV – Pressure Control Ventilation) обычно служит в качестве «последнего рубежа» у больных с очень жесткими легкими, когда при вентиляции в режиме SIMV возникает слишком высокое инспираторное давление. При этом задаются продолжительность вдоха, выдоха, инспираторное и экспираторное давление.

В последнее время этот режим рассматривается как первичный у больных с низкой податливостью легких, например, при остром респираторном дистресс-синдроме (ARDS – Acute Respiratory Distress Syndrome); в особенности при обратном отношении продолжительности вдоха и выдоха (I/E), или режиме, известном как PCIRV – Pressure Control Inverse Ratio Ventilation.

Синхронизированная перемежающаяся принудительная вентиляция (SIMV – Synchronised Intermittent Mandatory Ventilation) представляет собой сочетание спонтанного дыхания и вспомогательной вентиляции.

Существует в двух вариантах – с заданным инспираторным объемом или давлением; принудительные вдохи поставляются аппаратом с заранее установленной частотой.

При этом в зависимости от момента дыхательного цикла больной может инициировать либо спонтанный, либо полный механический вдох.

Поддержка давлением (PS – Pressure Support) – вспомогательная вентиляция с лимитом инспираторного давления и переключением по потоку.

Обычно уровень потока в дыхательном контуре, при котором осуществляется переключение со вдоха на выдох, составляет 25% от максимального инспираторного потока.

В современных аппаратах ИВЛ предусматривается возможность регулировки этой величины, что в значительной степени расширяет возможности использования режима PS у больных с глубокими изменениями легочной механики.

Частным случаем поддержки давлением является вентиляция с постоянным положительным давлением (СРАР – Continuous Positive Airway Pressure). При этом уровень инспираторного давления равен величине положительного давления в конце выдоха (PEEP – Positive End Expiratory Pressure).

Однако, учитывая инерционность элементов дыхательного контура, рекомендуется устанавливать инспираторное давление хотя бы на 5 см вод. ст. выше PEEP. Во многих аппаратах ИВЛ (особенно старого образца) работа больного в режиме СРАР настолько велика, что его использование невозможно.

=================Вы читаете тему:

Выбор режима искусственной вентиляции легких при интенсивной терапии острой дыхательной недостаточности

Канус И. И., Олецкий В.Э. БелМАПО.
: “Медицинская панорама” № 4, июнь 2002.

Источник: https://www.plaintest.com/reanimatology/alv

Аппарат ИВЛ: принцип работы, клинические показания

Принципы устройства и функционирования аппаратов ИВЛ

При произношении таких словосочетаний как «аппарат ИВЛ», «искусственная вентиляция», большая часть обычных людей рисуют для себя в голове очень большое и шумное устройство, позволяющее поддерживать дыхание человека. На самом деле, на сегодняшний день, габариты и вес таких аппаратов может существенно различаться. Так, например, вес портативного аппарата ИВЛ составляет приблизительно 1,5 кг.

Рис. 1. Применение аппарата ИВЛ

Многие пациенты испытывают беспокойство по поводу работы аппарата ИВЛ, и это достаточно обосновано в связи с тем, что безопасность и наибольшая эффективность функционирования аппарата достигается благодаря правильному выбору и настройке прибора.

Группа пациентов, которая может поддерживать дыхательные функции организма в домашних условиях, как правило, останавливает свой выбор на портативных устройствах и производят их настройку исходя из назначений медицинских специалистов.

Необходимость аппарата ИВЛ возникает при остановке дыхания (для респираторной поддержки) или при возникновении одышки.

При выборе аппарата ИВЛ пациентам необходимо обратить внимание на несколько основополагающих моментов, среди которых — возможность насыщения воздуха кислородом, поскольку одна группа приборов производит введение кислорода только под высоким давлением, а другая часть устройств подключается к кислородным концентраторам, однако процесс их настройки несколько более сложный.

В связи с технологическим прогрессом, доступность аппаратов ИВЛ для домашнего применения увеличивается с каждым днем, но перед осуществлением покупки такого рода оборудования необходима консультация врача.

Рис. 2 Принцип работы аппарата ИВЛ

Аппарат ИВЛ состоит из нескольких основных частей таких как компрессор, электронные схемы, датчики, система клапанов.

Прибор способствует поступлению газовой смеси с необходимой и допустимой концентрацией кислорода в легкие пациента под давлением.

В процессе его функционирования должна быть соблюдена цикличность воздуха, переключение инспирации и экспирации должно производиться с соблюдением потока, объема и давления воздуха при определенных временных параметрах.

На этапе инспирации производится контролируемая вентиляция, в остальных случаях прибор осуществляет поддержку инстинктивному дыханию пациента.

Подключаться аппарат ИВЛ может двумя способами: инвазивным и неинвазивным. При неинвазивном способе подключения подача воздуха осуществляется по трубке и выводится через маску, при инвазивном же способе подключения воздушная смесь подается по интубационной трубке, введенной в трахеостому или дыхательные пути.

Клинические показания к ИВЛ

В тяжелых случаях, когда состояние больного невозможно детально обследовать или отсутствует необходимое оснащение медицинского учреждения, основными показаниями к искусственной вентиляции являются:

  • остро развившееся нарушение ритма дыхания, патологические ритмы;
  • отсутствие самостоятельного дыхания (апноэ);

Данные пункты являются абсолютными показаниями к ИВЛ. Остро возникшие нарушения дыхательного ритма свидетельствуют о глубоких нарушениях центральной регуляции дыхания.

Исключением являются больные с сердечной недостаточностью и диффузным атеросклеротическим поражением головного мозга.

В данном случае достаточно часто возникает дыхание типа Чейна — Стокса, которое получается устранить фармакологическими препаратами.

  • учащение дыхания более 40/мин., в случае, не связанном с гипертермией (t тела более 38,5°С) или выраженной не устраненной гиповолемией;

Данное показание является относительным. Значение 40 — условное, однако его принимают за рубеж, при наступлении которого с легкостью может наступить декомпенсация самостоятельного дыхания.

  • клинические проявления нарастающей гипоксемии и/или гиперкапнии.

В случае их сохранения после использования консервативных методов (кислородная терапия, обезболивание, восстановление дыхательных путей).

Данные проявления можно считать одними из самых важных критериев.

Благодаря динамическому наблюдению можно выявить и определить степень выраженности основных симптомов, особенное значение, как правило, придают нарушениям сознания и психики, которые являются свидетельством гипоксической энцефалопатии.

В отдельных случаях настоящие симптомы регрессируют после восстановления дыхательных путей, обезболивания и кислородных ингаляций. В случае же быстрого нарастания гипоксической клиники, не следует ожидать положительных эффектов от консервативных мероприятий, и необходима ИВЛ.

Классификация высокотехнологичных аппаратов ИВЛ

Современные высокотехнологичные аппараты ИВЛ позволяют осуществлять поддержку дыхания больным по составу, давлению и объему поступающего кислорода. Кроме того, современные устройства могут синхронизировать состояние больного и поступление воздуха: управляющие сигналы направляются в диафрагму по диафрагмальному нерву после чего датчики прибора их фиксируют.

Еще одним важным критерием является наличие во всех современных аппаратах сигнализации, срабатывающей в случае поломки или возникновении неконтролируемых ситуаций.

Классификация приборов производится по следующим группам:

  • возраст пациента,
  • разделяется на пять групп: с 1 по 3 — для детей старше 6 лет и взрослых; 4 группа — дети до 6 лет; 5 группа — новорожденные до 1 года.

Способ действия:

  • внутренний;
  • наружный;
  • с использованием дыхательных электростимуляторов;

Тип привода:

  • электрический;
  • ручной;
  • пневматический;
  • комбинированный.

Предназначение:

  • стационарные;
  • портативные (переносные).

Сфера применения:

  • Специального медицинского назначения.
  • Применяются для поддержания жизни новорожденных, оказания неотложной помощи, проведения бронхоскопии и т. д.
  • Общего медицинского назначения.
  • Необходимы для лечебных учреждений, осуществляющих терапию, анестезию, реанимацию и т. д.

Тип управляющего устройства:

  • микропроцессорные (интеллектуальные);
  • мемикропроцессорные.

Рис. 3 Высокочастотный аппарат ИВЛ

Одним из наиболее важных медицинских приборов является высокочастотный струйный аппарат ИВЛ, который позволяет производить обеспечение как высокочастотной струйной вентиляцией (циклическая частота более 50 мин), так и нормочастотной, и сочетанной ИВЛ.

Благодаря контролю давления, аппарат позволяет предотвратить возможность возникновения легочной баротравмы, а новейшие специальные системы способствуют насыщению поступающего воздуха влагой, что позволяет исключить риск осушения или переохлаждения организма пациента.

На сегодняшний день, наличие аппаратов ИВЛ необходимо как в службах скорой и неотложной помощи, так и в стационарных отделениях.

Источник: https://stormoff.ru/mediacenter/articles/article_249/

Принципы устройства и функционирования аппаратов ИВЛ

Принципы устройства и функционирования аппаратов ИВЛ

Аппараты ИВЛ обеспечивают периодическое поступление ды­хательных газов в легкие пациента. Достигается это либо путем внешнего воздействия на грудную клетку, дыхательные мышцы, ли­бо путем вдувания газовой смеси в легкие. Некоторые аппараты ИВЛ наружного действия (типа «качающейся кровати») изредка ис­пользуются на практике, а остальные представляют исторический интерес.

Подавляющее большинство аппаратов ИВЛ реализуют принцип вдувания. Источником энергии для их функционирования может быть мускульная сила, энергия сжатого газа или электроэнер­гия. Аппараты ИВЛ с пневмо-, электро- или комбинированным при­водом, работающие автоматически, именуются респираторами. Ап­параты с пневматическим приводом требуют для своей работы по­ступления газа под давлением, т.е.

они могут эксплуатироваться не­зависимо от источников электроэнергии, что в некоторых ситуациях может быть преимуществом, например, при вентиляции во время транспортировки пациента, вентиляции в барокамере, при аварий­ном отключении электроэнергии. Современные респираторы ОИТ питаются от электросети.

Ряд моделей бесперебойно функционирует при прекращении поступления сжатых газов, подсасывая для своей работы воздух из окружающей атмосферы. Если прекращается дос­тавка кислорода или воздуха, то запускается автоматический меха­низм включения резервных источников газов.

Респираторы с комбинированным приводом универсальны и могут работать как от источ­ника сжатого воздуха, так и от электроэнергии, а некоторым аппара­там ИВЛ для полноценного функционирования нужны оба источни­ка энергии.

Способ управления определяется параметрами, используемыми для переключения респиратора с вдоха на выдох. Они определяют свойства, качество, поведение аппарата ИВЛ при изменении респи­раторной механики. Управление может быть инспираторным и экс­пираторным. Видами инспираторного управления респираторов яв­ляются:

1. Управление по объему: при поступлении в легкие заданного объема дыхательной смеси вдох заканчивается;

2. Управление по давлению: достижение установленного давле­ния в верхних воздухоносных путях вызывает окончание вдоха;

3. Управление по времени: истечение установленной длительно­сти фазы вдоха вызывает его окончание;

4. Управление по потоку: если инспираторный поток становится ниже установленной величины, вдох заканчивается.

Экспираторное управление при управляемой вентиляции – это управление по времени: истечение установленной длительности фа­зы выдоха вызывает его окончание и переключение аппарата на вдох. При вспомогательной вентиляции аппарат улавливает попытку спонтанного вдоха и заканчивает выдох, т.е. управление осуществ­ляется самим пациентом.

Важным компонентом управления респиратором является триггерирование. Попытки больного произвести спонтанный вдох улав­ливаются специальным откликающимся механизмом, который включает вентиляционную поддержку. В аппаратах ИВ Л применяют 2 типа триггеров: триггеры давления и триггеры потока.

В электрон­ных триггерах давления используются датчики, которые превраща­ют отрицательное давление при попытке больного вдохнуть в электрический сигнал и, при достаточной величине сигнала, открывают клапан вдоха.

Порог срабатывания или чувствительность триггера – это величина, на которую давление в дыхательном контуре должно снизиться от контрольного давления в конце выдоха, чтобы вклю­чился вдох.

В зависимости от типа аппарата порог срабатывания в триггерах давления устанавливается вручную или может быть фик­сированным. Как правило, рекомендуется устанавливать порог сра­батывания на 2 см вод. ст. ниже давления в конце выдоха.

При использовании триггеров по потоку порог срабатывания ус­танавливается как эквивалент потока (в л/мин). Порог срабатывания триггеров потока может колебаться от 1 до 15 л/мин. Обычно ис­пользуемые величины – 3-5 л/мин.

Слишком высокие пороги сраба­тывания приводят, особенно при режимах спонтанной вентиляции, к увеличению дыхательных усилий с риском респираторного истоще­ния. Слишком низкие пороги срабатывания могут вызывать так на­зываемое самовозбуждение.

Небольшие колебания давления, потока или объема, вызванные, например, движениями пациента, сердеч­ным толчком гипертрофированного сердца или прикосновениями к шлангам дыхательного контура, в этом случае будут достаточны, чтобы запустить ненужный механический вдох.

Латентный период триггера – это время от момента достижения порога срабатывания до включения механической дыхательной поддержки. Латентностъ триггера зависит от типа респиратора и должна быть, по крайней мере, меньше 150 мс, чтобы аппаратный вдох не приходился на на­чало выдоха больного.

В триггерных блоках регулируется также время ожидания попытки, чтобы обеспечить перевод пациента на ИВЛ через определенный интервал времени после истощения само­стоятельных дыхательных усилий больного.

В зависимости от используемых устройств генерации вдоха сре­ди множества моделей респираторов можно выделить потоковые, резервуарные (системы с разделительной емкостью), поршневые и турбинные аппараты.

В потоковых системах полученная в смесителе газовая смесь или один только воздух под избыточным давлением используются как источник энергии для проведения ИВЛ и для управления аппаратом.

Кислород и воздух проходят через дози­рующие сервоклапаны высокого давления, которые постоянно, с дискретностью в несколько миллисекунд, определяют величину по­тока газа в дыхательном контуре и изменяют диаметр клапанного отверстия для регулирования потока.

Поток газа измеряется фло­уметром, а дыхательные объемы (ДО) определяются электронным интегратором как площадь под кривой поток-время. Если поток по­стоянный, то получаемый ДО может быть рассчитан как произведе­ние потока V на время вдоха Ti (время, на которое закрывается клапан выдоха): ДО = V Ti.

Например, при потоке 24 л/мин, ЧД 12/мин и I : Е – 1 : 1,5 (Тi = 2 с, а Те = 3 с):

ДО = (24 л/мин : 60 с) • 2 с = 0,4 л/с • 2 с – 0,8 л, а МОД (MV) = = 0,8 л • 12/мин = 9,6 л/мин.

Существуют генераторы потока непрерывного действия и гене­раторы потока периодического действия (пульсаторы потока). В ге­нераторах непрерывного действия вдыхаемый газ постоянно прохо­дит через регулятор потока, ограничитель давления и тройник к па­циенту и к клапану выдоха.

Путем открытия и закрытия клапана вы­доха создаются и регулируются фазы выдоха и вдоха. Во время вдо­ха клапан выдоха закрыт и инспираторный поток направляется в легкие.

При достижении установленного предела давления (венти­ляция, управляемая по давлению) клапан выдоха открывается на­столько, что газ больше не поступает в легкие, а выходит наружу через открытый клапан. Во время выдоха клапан открыт и пропуска­ет экспираторный поток, равный (ДО : Те) • 60 с, и инспираторный поток.

При параметрах, приведенных в примере выше, в фазе выдо­ха через клапан проходит (0,8 л: 3 с) • 60 с = 16 л/мин + 24 л/мин, т.е. суммарный поток равен 40 л/мин. Поэтому шланг выдоха и клапан выдоха должны иметь достаточно большие проходные сечения, что­бы не создавать выдоху сопротивление.

Генераторы перемежающегося потока (пульсаторы потока) дей­ствуют периодически. Эти респираторы обеспечивают поток только на время вдоха. Во время выдоха поток газа прерывается.

Вентиля­ция управляется контрольным модулем, открывающим во время вдоха инспираторный клапан и закрывающим экспираторный. Во время выдоха положение клапанов обратное.

Преимущества пульса­торов потока в экономном расходовании запаса газов.

В респираторах резервуарной системы (вентиляция, управляе­мая по объему), использующих принцип «мешок в бутылке», дыха­тельная газовая смесь через предохранительный клапан постоянно поступает из источников газоснабжения в дыхательную систему и в фазе выдоха наполняет резервуарный мешок (мех). Мешок помещен в герметичную разделительную камеру («бутыль»).

Во время вдоха управляющий модуль открывает инспираторный клапан, закрывает клапан выдоха и направляет рабочий, управляющий газ (сжатый воздух) в разделительную камеру через соответствующие клапаны. В результате давление сжимает резервуарный мешок и находившая­ся в нем газовая смесь, а также и свежий газ из системы газоснабже­ния поступают в легкие пациента.

Давление, которое воздействует на резервуарный мешок, называется рабочим давлением. В зависимости от типа аппарата оно может быть регулируемым или фикси­рованным, порядка 80 см вод. ст. Одновременно рабочее давление ограничивает максимальный уровень вентиляционного давления.

При этой системе управляющий (рабочий) газ и респираторные газы разделены, и поэтому в аппарате необходимо стерилизовать, очи­щать только респираторную часть.

Достаточно широко распространены поршневые респираторы. Как следует из названия, в таких респираторах ДО регулируется за счет изменения расстояния, на которое перемещается поршень, вы­тесняющий дыхательные газы из цилиндра в легкие пациента. Блок управления задает также ЧД, скорость вдувания и другие параметры ИВЛ.

Благодаря использованию современных технологических достижений созданы аппараты ИВЛ, в которых поршень подвешен в магнитном поле с зазором до стенки цилиндра в несколько микрон. Положение цилиндра постоянно контролируется процессором, а на другой процессор возложены функции управления аппаратом.

Такое решение обеспечивает значительное увеличение надежности и дол­говечности аппаратуры, поскольку исключается механическое тре­ние в системе поршень-цилиндр.

Широкое использование в наркозно-дыхательной аппаратуре микропроцессорного и компьютерного управления позволяет с вы­сокой точностью поддерживать заданные параметры ИВЛ с помо­щью малоинерционных газовых турбин, пропорциональных соленоидов, прецизионных датчиков давления и потока газов. Произво­дительные малоинерционные турбины, управляемые достаточно мощными и быстродействующими процессорами, позволяют созда­вать потоки, формировать ДО любых приемлемых в клинической практике скоростей, величин, уровней, форм.

Деление аппаратов ИВЛ в зависимости от устройств генерации вдоха отражает технические особенности респираторов и весьма ус­ловно с точки зрения их функционирования. В конечном итоге лю­бой аппарат ИВЛ – это генератор потока.

Поэтому традиционное разделение респираторов по принципу переключения фаз дыхатель­ного цикла на волюметрические, прессоциклические и частотные относительно и уязвимо для критики. Нельзя забывать, что целью функционирования аппарата ИВЛ является обеспечение длительной вентиляции, а не единичного вдоха.

Следовательно, по какому бы принципу ни управлялся аппарат, всегда в его настройках, прямо или косвенно, присутствует такой параметр, как ЧД, который опре­деляет и длительность дыхательного цикла, и длительность вдоха, т.е. время, которое отведено на вдувание в легкие заданного ДО. Второй фактор, определяющий величину ДО, – объемная скорость потока.

В прессоциклических аппаратах постоянного или периоди­ческого действия величина скорости потока переменная (рис.3.1). После переключения аппарата на вдох скорость потока резко воз­растает от 0 до максимума и затем снижается из-за уменьшения гра­диента давления между дыхательным контуром и легкими.

Благода­ря мощному инспираторному потоку в современных прессоцикличе­ских респираторах быстро достигается заданный уровень давления. Если буквально следовать определению принципа управления таки­ми аппаратами ИВЛ, то в этот момент должно произойти переклю­чение вдоха на выдох, как показано пунктирной линией на графике давления рис.3.1. Но в таком случае из-за кратковременности фазы

Рис. 3.1. Изменения объема, потока, давления при ИВЛ, управляемой по давлению

вдувания объем поступившей в легкие дыхательной смеси будет не­значительным (график объема на рис.3.1). Поэтому автоматика под­держивает предельное давление в виде плато, пока не закончится время вдоха, и тем самым обеспечивает адекватный ДО.

В ранних моделях аппаратов ИВЛ, управляемых по давлению, когда пневмо­автоматика была менее надежной или отсутствовала вообще, переключение на выдох происходило действительно при достижении установленного давления в дыхательных путях.

Но при этом для вдувания использовались менее мощные потоки, с меньшей объем­ной скоростью, и достижение заданного давления в дыхательных путях было отсрочено настолько, что в легкие не успевал перемес­титься достаточный объем дыхательной смеси.

Если респиратор представляет собой генератор стабильного по величине потока постоянного действия, то управление им легко ор­ганизовать, обеспечив закрытие и открытие клапана выдоха на оп­ределенное время. В таких аппаратах с переключением по времени (частотных респираторах) величину ДО получаем как произведение стабильной скорости потока на время вдоха.

Наконец, если респиратор представляет собой генератор ста­бильного по величине потока, включаемого только в фазу вдоха (пе­риодического действия), то за время вдоха в легкие поступит опре­деленный объем дыхательной смеси, независимо от сопротивления дыхательный путей. При этом не имеет значения, создается ли стабильный поток за счет перемещения поршня, вращения турбины, сжатия резервуарного мешка или истечения дыхательных газов из смесителя.

Таким образом, генераторы переменного по величине потока – это респираторы, управляемые по давлению. Генераторы стабильно­го потока постоянного действия – это, в основном, частотные аппа­раты ИВЛ, а генераторы стабильного потока периодического дейст­вия – это респираторы, управляемые по объему.

Форма инспираторного потока во многом зависит от характера взаимодействия с ле­гочной системой и основную роль в формировании потока играет не генератор, а управляющая автоматика.

В настоящее время до мини­мума стирается грань между различными видами респираторов и только альтернативное использование для переключения с вдоха на выдох таймеров, датчиков давления или потока позволяет относить генерируемые режимы вентиляции к управляемым по времени, дав­лению или по объему.

Источник: https://med-books.info/terapiya-anesteziologiya-intensivnaya/printsipyi-ustroystva-funktsionirovaniya-60365.html

Аппараты ИВЛ. Обзор и особенности

Принципы устройства и функционирования аппаратов ИВЛ

Аппарат искусственной вентиляции лёгких (аппарат ИВЛ) — медицинское оборудование для принудительного проведения дыхательного процесса в случае его недостаточности или невозможности его осуществления естественным путём. Они называются также респираторами.

Аппарат ИВЛ – принцип действия

Аппарат искусственной вентиляции лёгких подаёт в лёгкие под давлением воздушную смесь с необходимой концентрацией кислорода в требуемом объёме и с соблюдением нужной цикличности.

Аппарат ИВЛ состоит из компрессора, приспособлений для подачи и вывода газовой смеси с системой клапанов, группы датчиков и электронной схемы управления процессом.

Переключение между фазами вдоха (инспирацией) и выдоха (экспирацией) происходит по заданным параметрам – времени или давлению, объёму и потоку воздуха.

В первом случае производится только принудительная (контролируемая) вентиляция, в остальных – аппарат ИВЛ поддерживает спонтанное дыхание пациента.

Аппарат искусственной вентиляции лёгких может подключаться к пациенту:

  • инвазивным способом, при котором воздух нагнетается через интубационную трубку, вводимую в дыхательные пути, или через трахеостому;
  • неинвазивным путём — через маску.

Аппарат ИВЛ бывает ручным, называемым также мешком Амбу, и механическим.

Ручной аппарат ИВЛ

Механический аппарат ИВЛ

Аппарат искусственной вентиляции лёгких обеспечиваются воздушной смесью из:

  • центральной системы газоснабжения медицинского учреждения;
  • баллона сжатого воздуха;
  • миникомпрессора;
  • кислородного генератора.

Аппарат ИВЛ должен подавать пациенту смесь газов, подогретую до нужной температуры и с необходимой влажностью.

Современные аппараты искусственной вентиляции лёгких

Нынешние аппараты ИВЛ – это медицинское оборудование с высокой технологичностью. Они оказывают пациенту  респираторную поддержку не только по объёму, но и по давлению и составу подаваемого газа.

В настоящее время аппараты искусственной вентиляции лёгких имеют максимальную синхронизацию с респираторным состоянием пациента. Они автоматически управляются по линиям обратной связи с его организмом.

Электронный блок аппарата искусственной вентиляции лёгких фиксирует управляющие сигналы из дыхательного центра продолговатого мозга.

Они идут к диафрагме по диафрагмальному нерву и регистрируются датчиками аппарата ИВЛ высокой чувствительности, располагаемым в области кардии (сфинктера, отделяющего пищевод от желудка).

Аппараты искусственной вентиляции лёгких оснащаются тревожной сигнализации, срабатывающей при выходе контролируемых параметров за допустимые пределы и при неполадках оборудования.

Классификация аппаратов ИВЛ

Аппараты искусственной вентиляции лёгких классифицируются по ГОСТ 18856-81.

По возрасту пациента:

  • для детей старше 6 лет и взрослых (1-3 группы);
  • для детей младше 6 лет (4 группа);
  • для младенцев (новорожденных и грудного возраста – до 1 года) (5 группа).

По способу действия:

  • наружного действия;
  • внутреннего действия;
  • электростимуляторы дыхания.

По типу приводааппараты искусственной вентиляции лёгких делятся на приборы с:

  • ручным;
  • электрическим;
  • пневматическим;
  • комбинированным приводом.

По предназначению:

  • стационарные;
  • транспортные (мобильные).

Стационарный ИВЛ

Мобильный ИВЛ

По типу управляющего устройства аппараты искусственной вентиляции лёгких могут быть

  • немикропроцессорными и
  • микропроцессорными (интеллектуальными).

По способам управления инспираторной фазой и переключения фаз дыхательного цикла (триггерования и циклирования) – ппараты ИВЛс контролем по:

  • давлению;
  • потоку;
  • объему;
  • времени.

По сфере применения аппараты искусственной вентиляции лёгких бывают общего и специального назначения.

Высокочастотные (ВЧ) струйные аппараты ИВЛ

Приведённая выше классификация не распространяется на этот отдельный класс аппаратов искусственной вентиляции лёгких. ВЧ струйный аппарат ИВЛ – медицинское оборудование высокоспециализированное, которое может обеспечить как ВЧ струйную вентиляцию (с частотой цикла более 60 раз в минуту), так и сочетанную ИВЛ.

Возможная баротравма легких предупреждается контролем по давлению.

Осложнений в результате осушения и переохлаждения дыхательных путей не может быть, поскольку все современные аппараты ВЧ струйной ИВЛ оснащены встроенными системами увлажнения и обогрева подаваемой газовой смеси.

Негативное действие недостатка или переизбытка кислорода во вдыхаемом воздухе и углекислого  газа – в выдыхаемом исключено системами контроля и дозирования.

Выбор аппарата ИВЛ

Аппараты искусственной вентиляции лёгких общего назначения должны быть во всех клиниках, осуществляющих длительную или повторно-кратковременную процедуру в отделениях и палатах

  • интенсивной терапии;
  • реанимации;
  • послеоперационных;
  • анестезиологии.

Респираторы необходимы и при проведении амбулаторного лечения дыхательной недостаточности отдельных групп пациентов в неосложнённой форме.

Аппараты искусственной вентиляции лёгких специального назначения используются:

  • в родовых блоках для оживления новорожденных;
  • при оказании скорой помощи;
  • при бронхоскопии;
  • при наркозе.

Аппаратами ИВЛ должны быть оснащены все службы неотложной и скорой помощи. Для выездной медицинской службы следует приобретать простые устройства для оказания экстренной помощи,  например портативные ИВЛ.

Аппараты искусственной вентиляции лёгких для стационаров надо выбирать, ориентируясь на показатели высокой надёжности, длительности бесперебойной работы (2-3 месяца и более), многофункциональности.Особо ответственным должен быть выбор аппарата ИВЛ для центров и отделений охраны материнства и детства.

Более подробно о том, как грамотно выбрать аппарат искусственной вентиляции легких читайте в статье: Как выбрать аппарат ИВЛ?

Современные подходы к ИВЛ

Источник: http://www.rumex.ru/information/apparaty-IVL-obzor-i-osobennosti-90

3.2. Принципы устройства и функционированияаппаратов ИВЛ

Принципы устройства и функционирования аппаратов ИВЛ

Аппараты ИВЛ обеспечивают периодическое поступление дыхательных газов в легкие пациента. Достигается это либо путем внешнего воздействия на грудную клетку, дыхательные мышцы, либо путем вдувания газовой смеси в легкие.

Некоторые аппараты ИВЛ наружного действия (типа «качающейся кровати») изредка используются на практике, а остальные представляют исторический интерес. Подавляющее большинство аппаратов ИВЛ реализуют принцип вдувания. Источником энергии для их функционирования может быть мускульная сила, энергия сжатого газа или электроэнергия.

Аппараты ИВЛ с пневмо-, электро- или комбинированным при- водом, работающие автоматически, именуются респираторами. Ап-параты с пневматическим приводом требуют для своей работы по-ступления газа под давлением, т.е.

они могут эксплуатироваться не-зависимо от источников электроэнергии, что в некоторых ситуациях может быть преимуществом, например, при вентиляции во время транспортировки пациента, вентиляции в барокамере, при аварийном отключении электроэнергии. Современные респираторы ОИТ питаются от электросети.

Ряд моделей бесперебойно функционирует при прекращении поступления сжатых газов, подсасывая для своей работы воздух из окружающей атмосферы. Если прекращается доставка кислорода или воздуха, то запускается автоматический механизм включения резервных источников газов.

Респираторы с комбинированным приводом универсальны и могут работать как от источника сжатого воздуха, так и от электроэнергии, а некоторым аппаратам ИВЛ для полноценного функционирования нужны оба источника энергии.Способ управления определяется параметрами, используемыми для переключения респиратора с вдоха на выдох.

Они определяют свойства, качество, поведение аппарата ИВЛ при изменении респираторной механики. Управление может быть инспираторным и экспираторным.

Видами инспираторного управления респираторов являются:Управление по объему: при поступлении в легкие заданного объема дыхательной смеси вдох заканчивается;Управление по давлению: достижение установленного давления в верхних воздухоносных путях вызывает окончание вдоха;Управление по времени: истечение установленной длительности фазы вдоха вызывает его окончание;Управление по потоку: если инспираторный поток становится ниже установленной величины, вдох заканчивается.

Экспираторное управление при управляемой вентиляции – это управление по времени: истечение установленной длительности фазы выдоха вызывает его окончание и переключение аппарата на вдох. При вспомогательной вентиляции аппарат улавливает попытку спонтанного вдоха и заканчивает выдох, т.е. управление осуществляется самим пациентом. Важным компонентом управления респиратором является триг- герирование. Попытки больного произвести спонтанный вдох улав-ливаются специальным откликающимся механизмом, который включает вентиляционную поддержку. В аппаратах ИВ Л применяют 2 типа триггеров: триггеры давления и триггеры потока. В электронных триггерах давления используются датчики, которые превращают отрицательное давление при попытке больного вдохнуть в электрический сигнал и, при достаточной величине сигнала, открывают клапан вдоха. Порог срабатывания или чувствительность триггера – это величина, на которую давление в дыхательном контуре должно снизиться от контрольного давления в конце выдоха, чтобы включился вдох.

В зависимости от типа аппарата порог срабатывания в триггерах давления устанавливается вручную или может быть фиксированным. Как правило, рекомендуется устанавливать порог срабатывания на 2 см вод. ст. ниже давления в конце выдоха.При использовании триггеров по потоку порог срабатывания устанавливается как эквивалент потока (в л/мин). Порог срабатывания триггеров потока может колебаться от 1 до 15 л/мин. Обычно используемые величины – 3-5 л/мин. Слишком высокие пороги срабатывания приводят, особенно при режимах спонтанной вентиляции, к увеличению дыхательных усилий с риском респираторного истощения. Слишком низкие пороги срабатывания могут вызывать так называемое самовозбуждение. Небольшие колебания давления, потока или объема, вызванные, например, движениями пациента, сердечным толчком гипертрофированного сердца или прикосновениями к шлангам дыхательного контура, в этом случае будут достаточны, чтобы запустить ненужный механический вдох. Латентный период триггера – это время от момента достижения порога срабатывания до включения механической дыхательной поддержки. Латентностъ триггера зависит от типа респиратора и должна быть, по крайней мере, меньше 150 мс, чтобы аппаратный вдох не приходился на на-чало выдоха больного. В триггерных блоках регулируется также время ожидания попытки, чтобы обеспечить перевод пациента на ИВЛ через определенный интервал времени после истощения самостоятельных дыхательных усилий больного.В зависимости от используемых устройств генерации вдоха сре- ди множества моделей респираторов можно выделить потоковые, резервуарные (системы с разделительной емкостью), поршневые и турбинные аппараты. В потоковых системах полученная в смесителе газовая смесь или один только воздух под избыточным давлением используются как источник энергии для проведения ИВЛ и для управления аппаратом. Кислород и воздух проходят через дози-рующие сервоклапаны высокого давления, которые постоянно, с дискретностью в несколько миллисекунд, определяют величину потока газа в дыхательном контуре и изменяют диаметр клапанного отверстия для регулирования потока. Поток газа измеряется фло- уметром, а дыхательные объемы (ДО) определяются электронным интегратором как площадь под кривой поток-время. Если поток постоянный, то получаемый ДО может быть рассчитан как произведение потока У на время вдоха Ті (время, на которое закрывается клапан выдоха): ДО = У Ті.Например, при потоке 24 л/мин, ЧД 12/мин и I : Е – 1 : 1,5 (Ті = = 2 с, а Те = 3 с):ДО = (24 л/мин : 60 с) • 2 с = 0,4 л/с • 2 с – 0,8 л, а МОД (МУ) = = 0,8 л • 12/мин = 9,6 л/мин.Существуют генераторы потока непрерывного действия и гене-раторы потока периодического действия (пульсаторы потока). В ге-нераторах непрерывного действия вдыхаемый газ постоянно проходит через регулятор потока, ограничитель давления и тройник к пациенту и к клапану выдоха. Путем открытия и закрытия клапана выдоха создаются и регулируются фазы выдоха и вдоха. Во время вдоха клапан выдоха закрыт и инспираторный поток направляется в легкие. При достижении установленного предела давления (вентиляция, управляемая по давлению) клапан выдоха открывается настолько, что газ больше не поступает в легкие, а выходит наружу через открытый клапан. Во время выдоха клапан открыт и пропускает экспираторный поток, равный (ДО : Те) • 60 с, и инспираторный поток. При параметрах, приведенных в примере выше, в фазе выдоха через клапан проходит (0,8 л: 3 с) • 60 с = 16 л/мин + 24 л/мин, т.е. суммарный поток равен 40 л/мин. Поэтому шланг выдоха и клапан выдоха должны иметь достаточно большие проходные сечения, чтобы не создавать выдоху сопротивление.Генераторы перемежающегося потока (пульсаторы потока) действуют периодически. Эти респираторы обеспечивают поток только на время вдоха. Во время выдоха поток газа прерывается. Вентиляция управляется контрольным модулем, открывающим во время вдоха инспираторный клапан и закрывающим экспираторный. Во время выдоха положение клапанов обратное. Преимущества пульсаторов потока в экономном расходовании запаса газов.В респираторах резервуарной системы (вентиляция, управляе-мая по объему), использующих принцип «мешок в бутылке», дыхательная газовая смесь через предохранительный клапан постоянно поступает из источников газоснабжения в дыхательную систему и в фазе выдоха наполняет резервуарный мешок (мех). Мешок помещен в герметичную разделительную камеру («бутыль»). Во время вдоха управляющий модуль открывает инспираторный клапан, закрывает клапан выдоха и направляет рабочий, управляющий газ (сжатый воздух) в разделительную камеру через соответствующие клапаны. В результате давление сжимает резервуарный мешок и находившаяся в нем газовая смесь, а также и свежий газ из системы газоснабжения поступают в легкие пациента. Давление, которое воздействует на резервуарный мешок, называется рабочим давлением. В зависимости от типа аппарата оно может быть регулируемым или фикси-рованным, порядка 80 см вод. ст. Одновременно рабочее давление ограничивает максимальный уровень вентиляционного давления. При этой системе управляющий (рабочий) газ и респираторные газы разделены, и поэтому в аппарате необходимо стерилизовать, очищать только респираторную часть.Достаточно широко распространены поршневые респираторы. Как следует из названия, в таких респираторах ДО регулируется за счет изменения расстояния, на которое перемещается поршень, вытесняющий дыхательные газы из цилиндра в легкие пациента. Блок управления задает также ЧД, скорость вдувания и другие параметры ИВЛ. Благодаря использованию современных технологических достижений созданы аппараты ИВЛ, в которых поршень подвешен в магнитном поле с зазором до стенки цилиндра в несколько микрон. Положение цилиндра постоянно контролируется процессором, а на другой процессор возложены функции управления аппаратом. Такое решение обеспечивает значительное увеличение надежности и долговечности аппаратуры, поскольку исключается механическое трение в системе поршень-цилиндр.Широкое использование в наркозно-дыхательной аппаратуре микропроцессорного и компьютерного управления позволяет с высокой точностью поддерживать заданные параметры ИВЛ с помощью малоинерционных газовых турбин, пропорциональных соленоидов, прецизионных датчиков давления и потока газов. Производительные малоинерционные турбины, управляемые достаточно мощными и быстродействующими процессорами, позволяют создавать потоки, формировать ДО любых приемлемых в клинической практике скоростей, величин, уровней, форм.Деление аппаратов ИВЛ в зависимости от устройств генерации вдоха отражает технические особенности респираторов и весьма условно с точки зрения их функционирования. В конечном итоге любой аппарат ИВЛ – это генератор потока. Поэтому традиционное разделение респираторов по принципу переключения фаз дыхательного цикла на волюметрические, прессоциклические и частотные относительно и уязвимо для критики. Нельзя забывать, что целью функционирования аппарата ИВЛ является обеспечение длительной вентиляции, а не единичного вдоха. Следовательно, по какому бы принципу ни управлялся аппарат, всегда в его настройках, прямо или косвенно, присутствует такой параметр, как ЧД, который определяет и длительность дыхательного цикла, и длительность вдоха, т.е. время, которое отведено на вдувание в легкие заданного ДО. Второй фактор, определяющий величину ДО, – объемная скорость потока. В прессоциклических аппаратах постоянного или периодического действия величина скорости потока переменная (рис.3.1). После переключения аппарата на вдох скорость потока резко возрастает от 0 до максимума и затем снижается из-за уменьшения градиента давления между дыхательным контуром и легкими. Благодаря мощному инспираторному потоку в современных прессоцикличе- ских респираторах быстро достигается заданный уровень давления. Если буквально следовать определению принципа управления такими аппаратами ИВЛ, то в этот момент должно произойти переклю-чение вдоха на выдох, как показано пунктирной линией на графике давления рис.3.1. Но в таком случае из-за кратковременности фазы Глава 3. Технологические аспекты искусственной вентиляции легкихОбъем Рис. 3.1. Изменения объема, потока, давления при ИВЛ, управляемойпо давлениювдувания объем поступившей в легкие дыхательной смеси будет незначительным (график объема на рис.3.1). Поэтому автоматика поддерживает предельное давление в виде плато, пока не закончится время вдоха, и тем самым обеспечивает адекватный ДО. В ранних моделях аппаратов ИВЛ, управляемых по давлению, когда пневмо-автоматика была менее надежной или отсутствовала вообще, пере- ключение на выдох происходило действительно при достижении установленного давления в дыхательных путях. Но при этом для вдувания использовались менее мощные потоки, с меньшей объемной скоростью, и достижение заданного давления в дыхательных путях было отсрочено настолько, что в легкие не успевал переместиться достаточный объем дыхательной смеси.Если респиратор представляет собой генератор стабильного по величине потока постоянного действия, то управление им легко организовать, обеспечив закрытие и открытие клапана выдоха на оп-ределенное время. В таких аппаратах с переключением по времени (частотных респираторах) величину ДО получаем как произведение стабильной скорости потока на время вдоха.Наконец, если респиратор представляет собой генератор стабильного по величине потока, включаемого только в фазу вдоха (периодического действия), то за время вдоха в легкие поступит определенный объем дыхательной смеси, независимо от сопротивления дыхательный путей. При этом не имеет значения, создается ли стабильный поток за счет перемещения поршня, вращения турбины, сжатия резервуарного мешка или истечения дыхательных газов из смесителя.

Таким образом, генераторы переменного по величине потока – это респираторы, управляемые по давлению. Генераторы стабильного потока постоянного действия – это, в основном, частотные аппараты ИВЛ, а генераторы стабильного потока периодического действия – это респираторы, управляемые по объему.

Форма инспиратор- ного потока во многом зависит от характера взаимодействия с легочной системой и основную роль в формировании потока играет не генератор, а управляющая автоматика.

В настоящее время до минимума стирается грань между различными видами респираторов и только альтернативное использование для переключения с вдоха на выдох таймеров, датчиков давления или потока позволяет относить генерируемые режимы вентиляции к управляемым по времени, давлению или по объему.

Источник: https://zakon.today/anesteziologiya-reanimatologiya_1078/printsipyi-ustroystva-funktsionirovaniyaapparat-83729.html

Books-med
Добавить комментарий