Основная страница

В помощь практикующему врачу

Эволюция в технологиях капнометрии. Микроструйная капнометрия (microstream technology).

Филиппович Г.В.,
narcoz@onego.ru ,

г. Петрозаводск, Республиканский перинатальный центр,
отделение анестезии, реанимации и интенсивной терапии.

  Предисловие.

  Данная электронная публикация является откликом на обращение нашего коллеги из Красноярского края (birami@rol.ru , псевдоним – Работяга) к участникам дискуссий на Форуме сайта Критикал от 14.02.2002. В своем письме он попросил посетителей сайта ответить на следующие вопросы:

• возникают ли различия между реальным объемом минутной вентиляции и заранее расчитанным по классическим формулам при использовании капнографии?
• возможности метода капнографии при внутривенной и регионарной анестезии
• рейтинг современных капнографов
• клиническая интерпретация данных капнометрии и капнограммы.

  Исчерпывающе и кратко ответить на такие вопросы в рамках дискуссии на Форуме достаточно тяжело, да и технические возможности самого Форума для размещения в поле ответа больших объемов информации весьма ограничены. Конечно, в данной ситуации легче всего было ответить, сославшись на известные и доступные в настоящее время литературные источники. Действительно, в последнее время с доступом к информации по проблемам мониторинга стало значительно полегче. Многое можно узнать с помощью Интернета. Самое первичное представление об основах мониторинга можно получить в таких книгах как «Клиническая анестезиология» Д.Э. Моргана и М.С. Михаила (Бином-Невский диалект, 1998 г.), «Руководство по анестезиологии» под редакцией А.Р. Эйткенхеда и Г. Смита (Москва, «Медицина», 1999 г.). Вопросы мониторинга дыхания интересно и глубоко изложены в монографии Шурыгина И.А. «Мониторинг дыхания. Пульсоксиметрия. Капнография. Оксиметрия.» (Бином-Невский диалект, 2000г.).
  Почти каждый вопрос нашего красноярского коллеги требует для ответа отдельной публикации. Однако в данном обзоре я коснусь лишь только вопроса о рейтинге современных капнографов, вернее ситуации, сложившейся на мировом рынке медицинских капнографов, и последних достижениях в области капнометрии, которые в свою очередь на интересующий нашего коллегу рейтинг мониторов значительно повлияют уже в ближайшее время.
  Пользуясь благосклонным и терпеливым отношением к авторам со стороны редакции сайта Критикал, я решил отказаться от общепринятого стиля научной статьи, и в разумных пределах пользуясь демократичностью Интернета, попытаться изложить взгляд на проблему с точки зрения практического анестезиолога, для которого в свое время вопросы мониторинга постепенно превратились в хобби.
  Я специально постарался изложить материалы обзора таким образом, чтобы коллеги, недостаточно ознакомленные с темой капнографии, получили сначала информацию о принципах работы капнографа, проблемах точности измерения концентрации углекислого газа и возможных способах их решения. В публикации также приведены краткие сведения по различным методам капнометрии, и подчеркнуты достоинства и недостатки каждого метода. Всё это, по моему мнению, хотя и делает публикацию несколько громоздкой, должно помочь читателю более глубоко осознать значимость и масштаб возможностей, заложенных в новом методе капнометрии – технологии microstream (микропотоковой, или микроструйной капнометрии), которой собственно, и посвящена эта работа.
  Поэтому коллег, более искушённых в вопросах капнометрии, я сразу же отправляю к разделу, посвящённому новому методу.
  Надеюсь, что представленная информация о микроструйной капнометрии, поможет посетителям сайта расширить свои знания и представления о проблемах мониторинга, и самое главное - поможет в планировании оснащения своих отделений анестезии и реанимации мониторной техникой в соответствии с современными требованиями.

Из истории капнографии. Эволюция капнографов. Методы капнометрии.

  Краткий исторический обзор эволюции медицинских капнографов по моему мнению будет совсем не лишним, и поможет читателю оценить значимость того технологического прорыва, который осуществляется в настоящее время в области капнографии.
  Но прежде чем углубиться в технологические основы метода капнометрии, попробуем, как пишется в умных книжках, сначала договориться о терминах, которыми мы будем постоянно пользоваться.

  История создания медицинских капнографов начинается с 50-х годов XX века, когда впервые были созданы приборы, позволявшие проводить достаточно точный газоанализ вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Исторически первым медицинским инфракрасным капнографом считается прибор, созданный в начале 50-х годов американцами Джеймсом О. Эламом и Максом Листоном. Однако следует отметить, что этот прибор не смог найти применения в анестезиологии, так как был очень габаритным и неудобным для практического применения в медицинских условиях. В это же время началось внедрение такого метода газоанализа как масс-спектрометрия.

  Масс-спектрометрия.
  Как уже упоминалось, этот метод газового анализа применяется в медицине с 1950 года, однако более масштабное (насколько это позволяла дороговизна метода) использование масс-спектрометров в анестезиологической практике началось с 1970 года. Именно в 60–е годы произошел существенный прорыв в кардиохирургии (вспомним хотя бы первые пересадки сердца). Более сложные и инвазивные операции потребовали и соответствующего мониторного обеспечения. Но, откровенно говоря, внедрение масс-спектрометрии сейчас можно сравнить с «выстрелом из пушки по воробьям», так как богатая медицина США и других небедных стран за неимением в то время адекватных и доступных технологий газоанализа смогла себе позволить лишь частично решить эту проблему в связи с ее актуальностью более технически сложным и соответственно более дорогостоящим способом. Однако, несмотря на столь высокую стоимость и сложность приборов, неудобства в их эксплуатации, масс-спектрометрия все-таки позволила разработать физиологические основы клинического газоанализа, и тем самым создала основу для дальнейшего широкого внедрения методов мониторинга дыхания в повседневную практику МКС.
  Суть данной технологии заключается в следующем. Из бокового порта в сегменте дыхательного контура пробы вдыхаемого и выдыхаемого газа помповым насосом постоянно доставляются от пациента по тонкой трубке-магистрали (диаметр 1 мм) в вакуумную камеру прибора. Разреженный в вакууме газ ионизируется вследствие бомбардировки лучом электронов, и затем проходит через мощное постоянное магнитное поле, которое изменяет траекторию движения заряженных частиц газа - ионов. Ионы с высоким соотношением масса:заряд в магнитном поле будут отклоняться от своей траектории гораздо слабее и последуют по кривой большего радиуса. Таким образом, смесь ионизированных газов разделяется на потоки, состоящие из отдельных компонентов газовой смеси, а спектр отклонения ионов представляет собой основу для газоанализа. Газы с идентичной молекулярной массой (CO2 и N2O) дифференцируются по отклонению в магнитном поле их фрагментов, образующихся при бомбардировке газа пучком электронов. Каждый поток рассеянных таким образом ионов будет улавливаться соответствующим счетчиком. Счётчики ионов располагаются в выходных отверстиях для газа на коллекторе соответственно траекториям, обусловленным определённой величиной соотношения масса:заряд иона. Более понятно и доступно этот процесс представлен на Рис. 1.

Рис. 1. Ионизация исследуемого газа в масс-спектрометре.

  Рамановская спектроскопия позволяет идентифицировать газы и измерять их концентрацию путем анализа светового излучения молекул газа при их возвращении к исходному (невозбужденному) энергетическому состоянию после воздействия лазерным лучом. Пробы газа пациента поступают в измерительную камеру, где облучаются аргоновым лазером. В результате лазерного облучения молекулы газа переходят в возбуждённое состояние, но при обратном переходе в исходное (невозбужденное) состояние, молекулы газа излучают уже свет более низкой энергии и большей длины волны. Это явление известно в физике как «рамановский сдвиг», получивший своё название по имени индийского физика Ч.В. Рамана, открывшего данный феномен в 1928 г.
  Величина «рамановского» волнового сдвига для каждого газа является специфичной, что позволяет проводить идентификацию газов в пробе (например, какой ингаляционный анестетик используется). Концентрация газа определяется по интенсивности вторичного излучения. Также как и масс-спектрометрия метод рамановской спектроскопии позволяет определить концентрацию всех компонентов газовой смеси. Результаты масс-спектрометрии и рамановской спектроскопии в равной степени точны, несмотря на наличие принципиальных отличий в технологии. Преимущества рамановской спектроскопии заключаются в более быстром получении результатов и в возможности самокалибрования.
  В 1980-90-х годах лидирующее положение на рынке медицинских капнографов заняли инфракрасные оптические газоанализаторы. Этому в основном способствовали:

• низкая, по сравнению с масс-спектрометрами и рамановскими спектроскопами, стоимость мониторов;
• надежность и простота в в эксплуатации;
• точность измерения, хотя и уступающая методам масс-спектрометрии и рамановской спектроскопии, но достаточно объективная для клинического применения;
• быстрое получение результатов;
• непрерывное измерение концентрации CO2, обеспечивающее адекватное отображение капнограммы на дисплее;
• небольшие, по сравнению с масс-спектрометрами и рамановскими спектроскопами, размеры и вес мониторов.

  Инфракрасный фотоакустический анализ.

  Прежде чем перейти к более подробному описанию инфракрасных оптических капнографов, позволю себе лишь вкратце упомянуть мониторы датской фирмы Bruel&Kjaer, в которых для газоанализа использовался очень интересный метод инфракрасного фотоакустического анализа, отличавшийся высокой точностью измерения.
  Принцип работы данного метода основан на том, что переход молекул газа в возбуждённое состояние под действием инфракрасных волн сопровождается появлением звука. Для каждого газа имеется своя определенная, специфичная длина волны инфракрасного излучения, при которой молекулы данного газа осуществляют переход в возбужденное состояние. Амплитуда появляющегося при этом звука зависит от концентрации данного газа в смеси. Так как каждый конкретный исследуемый газ может поглощать инфракрасные лучи лишь определенной длины волны, на пути инфракрасного излучения в измерительную камеру устанавливается диск-прерыватель с фильтрами, попеременно пропускающими инфракрасные лучи с длинами волн, соответствующими линиям спектров поглощения исследуемых газов. Получаемые при возбуждении исследуемых газов звуки записываются с помощью микрофона. Программное обеспечение монитора позволяет проводить анализ непрерывно получаемой фонограммы и выделять из неё сигналы, соответствующие каждому компоненту газовой смеси. Благодаря такой технологии мониторы фирмы Bruel&Kjaer способны измерять концентрацию CO2, N2O, и летучих анестетиков. Для измерения концентрации O2, который не абсорбирует инфракрасные лучи, в мониторах фирмы Bruel&Kjaer использовалась другая оригинальная методика – магнитно-акустический анализ.

   Инфракрасный оптический анализ.

  Капнографы, работающие по этому принципу, получили наиболее широкое распространение в мировой медицинской практике. Метод инфракрасной оптической капнометрии основан на способности несимметричных молекул газа (углекислый газ - CO2, закись азота- N2O, пары воды- H2O, летучие анестетики) поглощать инфракрасное излучение. Газы состоящие из симметричных молекул (кислород, азот, гелий) не абсорбируют инфракрасное излучение, поэтому их наличие в смеси и концентрация определяются другими методами газоанализа.
  Каждый «несимметричный» газ может поглощать (абсорбировать) только определенную, специфичную для данного газа, часть спектра инфракрасного излучения. Так например, интересующий нас в данном случае углекислый газ абсорбирует инфракрасное излучение только с длиной волны 4,25 мкм (или 4250 нм), что и лежит в основе оптической капнометрии, хотя способы измерения концентрации углекислого газа могут быть разные.
  Традиционная инфракрасная оптическая капнометрия по способам измерения концентрации СО2 разделяется на:

• капнометрию непосредственно в дыхательном потоке (mainstream analysis);
• капнометрию вне дыхательного потока с непрерывным отбором пробы газа (sidestream analysis).

  Капнометрия в дыхательном потоке (mainstream analysis).

  Газоанализаторы, работающие по этому принципу, называют также капнографами прямого потока, так как сам датчик (измерительная камера) измерения концентрации CO2 устанавливается непосредственно в дыхательном контуре, между интубационной трубкой и тройником контура (Рис.2), и измерение концентрации CO2 происходит в месте контакта датчика с дыхательной смесью.

Рис. 2. Датчик прямого потока, установленный непосредственно в дыхательном контуре, определяет концентрацию СО2 в месте контакта датчика с дыхательной смесью.

  Адаптер датчика представляет собой кювету, через которую проходит весь вдыхаемый и выдыхаемый газ пациента. На адаптер снаружи надевается съёмный капнографический датчик с источником монохроматического инфракрасного излучения и фотодетектором, расположенными на противоположных разъемах датчика. В адаптере имеются два сапфировых окошка, прозрачных для инфракрасного излучения, и соответствующих по своему расположению источнику инфракрасного излучения и фотодетектору датчика. Таким образом капнограф измеряет степень абсорбции инфракрасных лучей в процессе их прохождения через поток газа, и на дисплее отображается концентрация CO2.
  Так как конденсации паров воды на сапфировых окошечках может отразиться на точности измерения, адаптер специально подогревается до 40°C.
  Расположение датчика и сам принцип измерения обуславливают повышенное быстродействие mainstream-капнографов (время реакции 30-60мс). Отсутствие в необходимости постоянного отбора проб газа и помпы делает mainstream-капнометрию наиболее оптимальной при анестезии по закрытому контуру. Кроме того, в отличие от sidestream- капнографов при mainstream-капнометрии нет необходимости в обезвоживании газовой смеси.
  Однако этот метод капнометрии не лишен и весьма существенных недостатков:

• адаптеры основного потока и сам датчик тяжелы и громоздки, и тем самым некомфортны для пациента (особенно для детей и новорожденных);
• большой вес адаптера и датчика способствует перегибу интубационных трубок;
• большие размеры адаптера способствуют увеличению мертвого пространства;
• всегда присутствует риск поломки датчика, особенно при проведении экстренных процедур (кстати, стоимость датчиков иногда достигает 1200-1500 $ США);
• невозможность определения других компонентов газовой смеси, кроме CO2;
• невозможность использования разнообразных адаптеров;
• высокая стоимость расходных материалов и особенно датчиков;
• несмотря на наличие системы подогрева адаптера, оптические сапфировые окошечки могут быть легко замутнены, или полностью блокированы конденсацией влаги и секретом дыхательных путей, особенно при использовании увлажненных дыхательных газов, что влияет на точность измерения. В связи с этим адаптеры необходимо регулярно чистить для предотвращения замутнения оптического пути.
• между использованиями адаптеры необходимо стерилизовать;
• иногда нагрев адаптеров может доходить до точки, при которой они становятся некомфортными как для пациента, так и для персонала, хотя эта проблема частично решена в некоторых новых моделях.

  Капнометрия вне дыхательного потока (sidestream analysis).

  Sidestream-капнографы получили наиболее широкое распространение. Их также еще называют аспирационными капнографами, или капнографами бокового потока. Такое название вытекает из способа доставки проб газа в измерительную камеру. Из потока вдыхаемого и выдыхаемого газа с помощью специальной помпы по тонкой пластиковой трубке-магистрали непрерывно откачивается с постоянной скоростью часть газа и подаётся в измерительную камеру, расположенную внутри монитора. После выполнения анализа пробный газ либо сбрасывается в атмосферу, либо с помощью специальных магистралей возвращается в дыхательный контур. (Рис. 3)

Рис. 3. Sidestream-капнометрия. Пробы газа забираются из бокового порта специального адаптера, расположенного на интубационной трубке, и по специальной магистрали поступают в измерительную камеру, находящуюся внутри монитора. При анестезии по закрытому контуру газ из капнографа возвращается в дыхательный контур по другой магистрали. В этом случае перед возвратом в наркозный аппарат газ обязательно должен проходить через бактериальный фильтр.

  Такой подход к проблеме измерения концентрации CO2 дает целый ряд очень существенных преимуществ перед методом mainstream-капнометрии, самое главное из которых - возможность одновременного определения концентрации нескольких газов в одной пробе. Стало также возможным проводить мониторинг у неинтубированных пациентов (адаптер между тройником и маской; специальные маски; носовые канюли). Кроме того, использование набора разнообразных легких адаптеров для самых разных клинических ситуаций, и для разных возрастных категорий пациентов обходится на несколько порядков дешевле, чем приобретение комплекта дорогостоящих mainstream-датчиков на все случаи жизни.
  Довольно высокая скорость откачки пробного газа (примерно 150-200 мл/мин) при sidestream-капнометрии обусловлена большим объемом измерительной камеры инфракрасного капнографа. Снижение скорости забора пробного газа существенно отражается на точности измерения концентрации CO2 и корректности капнограммы. К сожалению, такие объемы пробного газа ограничивают использование метода sidestream -капнометрии у новорожденных и детей.
  Анализируемый газ поступает в прозрачную измерительную камеру, которая подвергается инфракрасному облучению. Так как углекислый газ абсорбирует инфракрасное излучение только с длиной волны 4,25 мкм (или 4250 нм), между инфракрасным излучателем и измерительной камерой размещены вращающаяся крыльчатка-прерыватель потока и фильтр, пропускающий лучи строго специфичной для CO2 длины волны. В измерительной камере часть инфракрасного излучения поглощается молекулами CO2, а оставшаяся часть попадает на фотодетектор. По разнице интенсивности световых потоков, прошедших через измерительную камеру и камеру с эталонным газом, программное обеспечение монитора расчитывает концентрацию CO2 в газовой смеси, и выводит результаты измерения на дисплей.
  Так как инфракрасный газоанализ позволяет измерять концентрацию не только CO2, но и закиси азота (N2O) и летучих анестетиков, в многофункциональных газоанализаторах вместо крыльчатки используется специальный диск с набором специфичных для каждого газа фильтров, а фотодетектор в данном случае попеременно регистрирует интенсивность прошедших через измерительную и эталонную камеры световых потоков с разными длинами инфракрасных волн.
  Кажущаяся на первый взгляд простота метода оптической инфракрасной капнометрии обманчива, и за ней скрывается немало непростых для решения (и недостаточно хорошо решенных) технических проблем.
  Так например, водяной пар (H2O) можно отнести к газам, состоящим из несимметричных молекул. Следовательно, наличие примеси водяного пара в газовой смеси и в измерительной камере искажает результаты измерения концентрации других компонентов газовой смеси из-за дополнительного поглощения водяным паром части потока инфракрасного излучения. Кроме того, конденсация воды на стенках прозрачной измерительной камеры может серьезно нарушить работу прибора. Поэтому пробы исследуемого газа перед попаданием в измерительную камеру обязательно должны быть обезвожены.
  На практике обезвоживание газовой смеси при капнометрии чаще всего проводится следующим образом. Исследуемый газ перед попаданием в измерительную камеру пропускается через фильтр в кассете-водоотделителе. Задержанная фильтром вода стекает в прозрачный накопительный резервуар, который необходимо регулярно опорожнять по мере накопления конденсата. При переполнении конденсатом резервуара может произойти заброс жидкости в измерительную камеру, что приводит к выходу капнографа из строя. Я до сих пор не могу забыть случай, когда в одной из карельских ЦРБ анестезистка зачем-то перевернула нижней поверхностью вверх монитор Oxicap (Ohmeda), и жидкость из переполненного влагосборника попала внутрь монитора. Капнограф, естественно, сразу же приказал долго жить.
  Хотя даже и без таких акробатических этюдов мониторы этой модели не отличались долговечностью. Все мониторы Oxicap, в своё время в достаточно большом количестве закупленные для больниц Карелии, вышли из строя в течение первого полугода работы (причины- поломка помпы; отказ фильтра и заброс конденсата в измерительную камеру; не проведено соответствующее и должное обучение пользователей; отсутствие сервиса).
  Наибольших успехов в создании эффективной и экономичной системы удаления паров воды из исследуемого газа добилась фирма Datex (Финляндия). Созданный инженерами Datex водоотделитель D-Fend снабжён эффективной гидрофобной мембраной, пропускающей газ, и, задерживающей воду и микроорганизмы. Фирма Datex рекомендует менять водоотделители D-Fend раз в два месяца. Мне известен случай, когда водоотделитель D-Fend в мониторе Cardiocap II не менялся в течение 5 лет. Правда такая долговечность одноразового в принципе водоотделителя была обусловлена небольшой нагрузкой на монитор, так как он использовался только в операционной роддома.
  Другой немаловажной технической проблемой sidestream-капнографов и постоянной головной болью у пользователей является необходимость регулярных калибровок прибора, т.е проверки соответствия силы тока фотодетектора концентрации CO2, что приводит к постоянным, но необходимым, затратам средств для приобретения эталонных калибровочных газов.
  На точность измерения концентрации CO2 методами оптической инфракрасной капнографии оказывает серьезное влияние близость спектров поглощения инфракрасного излучения у CO2 (4,25 мкм) и у закиси азота (3,86 мкм). Поэтому в присутствии закиси азота капнограф даёт завышенные результаты измерения CO2, в связи с чем в программное обеспечение монитора приходится вводить специальный алгоритм коррекции результатов измерения CO2.
  По времени реакции прибора на изменение концентрации CO2 метод sidestream-капнометрии уступает методу mainstream-капнометрии, что обусловлено необходимостью доставки пробного газа до измерительной камеры по специальным магистралям.
  Время доставки зависит от скорости откачки газа, а также от длины магистрали. Фирма Nellcor (США) попыталась решить эту проблему за счет вынесенного за пределы корпуса монитора блока с измерительной камерой. Эта идея была реализована в модели капнографа Nellcor N-1000. Расположение измерительного блока в непосредственной близости от пациента действительно позволило увеличить быстродействие прибора за счёт укорочения газовой магистрали. Это позволило уменьшить и скорость откачки пробного газа в измерительную камеру до 50 мл/мин без потери качества измерения.
   Мне в свое время посчастливилось понаблюдать эти капнографы в работе в одной из больниц нефтегазодобывающего района Западной Сибири. Общее положительное впечатление о приборе омрачало обстоятельство постоянных проблем с размещением дополнительного, все-таки довольно громоздкого, блока монитора (проблема еще одной дополнительной плоскости для измерительного блока). Кроме того, непосредственное расположение блока рядом с пациентом создает значительные неудобства при работе в форс-мажорных обстоятельствах. К сожалению, там же мне пришлось наблюдать целый склад бездействующих капнографов Nellcor N-1000. Причина – отсутствие сервиса и связей с поставщиком, выход из строя принадлежностей и расходных материалов.
  Попытки назвать sidestream-капнограф c укороченной магистралью Nellcor N-1000 компромиссным вариантом между sidestream- и mainstream-капнометрией представляются мне безосновательными. Как говорится, sidestream – он и в Африке sidestream. Почвы для дискуссии по этому поводу уже нет. Она осталась в прошлом веке вместе с монитором Nellcor N- 1000. При посещении сайта фирмы Nellcor Puritan Bennett (http://www.mallinckrodt.com/respiratory) обращает на себя внимание отсутствие данной модели в линейке производимых фирмой мониторов. Зато на главной странице сайта, причем крупным планом, горделиво красуется портативный капнограф-пульсоксиметр NPB-75, которому мы еще уделим внимание в следующих разделах публикации.
  В заключение раздела, посвященного sidestream-капнометрии, подчернем еще раз основные недостатки и технические ограничения данного метода:

• необходимость обезвоживания анализируемого газа;
• высокая скорость забора пробы газа (примерно 150-200 мл/мин) ограничивает использование метода у новорожденных и детей.
• контаминация встроенных фильтров и ловушек для воды, а в некоторых моделях из-за недостаточного качества фильтров контаминируются и датчики.
• блокирование магистралей каплями конденсата и мокроты может приводить к турбулентности потока, и как следствие, к искажению формы капнограммы и артефактным значениям получаемых показателей.
• достаточно частые поломки газовой помпы, обязательного и необходимого элемента sidestream-капнометрии;
• постоянные затраты на приобретение различных расходных материалов (адаптеров, магистралей, фильтров, калибровочного газа).

  Несмотря на упомянутые в этом разделе технические ограничения методов sidestream и mainstream, широкое применение этих капнографов оказало огромное влияние на развитие МКС и способствовало повышению уровня безопасности пациентов. Неслучайно в 1992 году Всемирная федерация анестезиологических обществ включила в Стандарты безопасности рекомендацию об использовании капнографии при каждом интубационном наркозе, хотя в 1989 году в Стандарте безопасности анестезии, принятом в штате Нью-Йорк, капнография уже рассматривалась как обязательный метод мониторинга у всех интубированных больных (http://www.asahq.org/standards/02.html).

  При описании эволюции в мире капнографии, от масс-спектрометрии до микроструйной капнометрии, я с горечью осознавал, что эта эволюция фактически проходила за пределами 1/6 части земного шара, проживающей в условиях «развивающегося социализма». Конечно, в нашей стране имели и имеют место отдельно процветающие оазисы мониторного благополучия, но в целом ситуация с мониторингом дыхания в российской медицине является далеко не идеальной.
  Так например, на территории Республики Карелия может разместиться сразу несколько европейских государств, однако на протяжении последних 8 лет в нашем регионе имелись в наличии всего два беспроблемно и стабильно работающих капнографа. Один в Республиканском перинатальном центре, чему, конечно, я очень рад, и один в Беломорской ЦРБ. Капнографы, вышедшие из строя через полгода после поставки, само собой разумеется, в это число не входят. В 2001 году ситуация «кардинально» поменялась, и республиканский парк капнографов увеличился в 2,5 раза. Наконец-то появился капнограф в головной больнице региона, Республиканской больнице. Повезло отделению анестезии. А вот в главном отделении интенсивной терапии и реанимации Республики Карелия газоанализаторов нет. Видимо, рукамиводящими товарищами это объясняется тем, что с газоанализом и любой дилетант СОПЛы лечить сможет, а здесь все-таки главная реанимация Карелии.
  Не лучше обстоят дела с мониторингом и в других регионах России. Я могу назвать целый ряд областных больниц, в которых проводят сложные хирургические вмешательства, включая операции на сердце, резекции печени, и т.д., используя в качестве мониторинга только пульсоксиметрию. Могу также привести примеры, когда главные отделения нашей службы в регионах вместо достойных мультифункциональных мониторов оснащаются мониторами-«мыльницами», предназначенными для парамедиков 90-х годов прошлого века. Впрочем, более подробно об этом уже писалось в свое время на сайте «Открытый контур» (www.okontur.narod.ru ).

Почему возникла необходимость в поисках альтернативного метода капнометрии?

  По мере дальнейшего накопления и осмысления клинического опыта в применении методов газоанализа в МКС обнаружилось, что диагностических возможностей у капнографии оказалось гораздо больше, чем предполагалось вначале.
  Конечно-экспираторная концентрация CO2 (PETCO2) коррелирует с изменениями напряжения СО2 в артериальной крови (PaCO2). В норме PETCO2 почти всегда на 2-4 мм рт.ст. ниже, чем PaCO2, что обусловлено наличием альвеолярного мёртвого пространства, которое есть у всех здоровых людей. Нормальная величина PETCO2 соответствует 36-43 мм рт.ст. Динамика PETCO2 и её корреляция с изменениями PaCO2, позволяет успешно диагностировать развитие не только респираторных, но и метаболических или кардиоваскулярных осложнений, таких как злокачественная гипертермия, или эмболия легочной артерии, а также даёт возможность оценки качества кровотока после реанимации, при гиповолемии и в ряде других ситуаций.
   Ценную информацию о состоянии системы кровообращения и метаболических нарушениях можно получить при интерпретации трендов PETCO2. Форма капнограммы также имеет самостоятельное диагностическое значение, и умение читать её позволяет врачу выявлять некоторые нарушения дыхания.
  Т.о., капнография, выполняя свою основную задачу - контроль вентиляции лёгких, и предоставляя дополнительные диагностические возможности, несмотря на некоторые технические ограничения метода, стала, начиная с 70-х годов, одним из самых значимых методов мониторинга.
  Однако в соответствии с современными требованиями МКС, выработанными за последние 5 лет, стало необходимым дальнейшее широкое внедрение капнографии не только в отделениях интенсивной терапии и анестезии, но и в следующих нетрадиционных ранее для капнографии областях медицинской практики:

1. Оценка качества лёгочного кровотока и эффективности сердечно-лёгочной реанимации в экстренных условиях, например, машине скорой помощи; на месте катастроф, несчастных случаев и т.д. В частности, уровни PETCO2 могут быстро помочь определить эффективность массажа грудной клетки, уловить гемодинамически важные изменения сердечного ритма (метод особенно ценен при наличии у пациента электромеханической диссоциации) и предсказывать выживаемость пациента как руководство для дальнейшего продолжения реанимационных попыток.
2. Транспортировка пациентов.
3. Мониторинг PETCO2 на постреанимационных и постоперационных реабилитационных этапах лечения в специализированных профильных отделениях.
4. Дальнейшее, более широкое внедрение капнографии в амбулаторную практику.
5. Мониторинг пациентов с сонным апноэ или дыхательным параличом.
6. Мониторинг в условиях домашнего ухода. Например, анализ и оценка трендов по PETCO2 у пациентов с хроническими обструктивными легочными заболеваниями может предупредить об ухудшении заболевания, указать на необходимость терапии и минимизировать необязательные визиты к врачу.
7. Ограничение рутинного использования инвазивных и дорогостоящих анализов артериальной крови на газовый состав с помощью неинвазивного определения PaCO2. Значительные изменения PaCO2 затем могут быть подтверждены и количественно определены анализом газов артериальной крови.
8. Мониторинг ответа на терапию бронходилятаторами у пациентов, страдающих бронхиальной астмой.
9. Необходимость более адекватного капнографического мониторинга в отделениях реанимации новорожденных. Возможности неонатального применения классической инфракрасной капнографии, к сожалению, ограничены.

  Расширение границ практического применения клинической капнографии потребовало от медицинской промышленности создания нового поколения компактных и более дешевых капнографов, простых в эксплуатации, и не требующих значительных средств на обслуживание. Технические ограничения методов sidestream и mainstream лимитировали использование традиционной инфракрасной капнографии только на уровне отделений анестезии, реанимации и интенсивной терапии. Широкое внедрение капнографов sidestream и mainstream в менее интенсивных условиях, таких как реабилитационные (постреанимационные и постоперационные) этапы лечения, общие медицинские службы, учреждения амбулаторной помощи, проходило медленнее из-за ограничений в характеристиках работы, высокой стоимости оборудования и его обслуживания, и громоздкости мониторов.
  Эти технические ограничения традиционной капнографии варьируют от невозможности специфично и надежно измерять CO2 до практических проблем, таких как необходимость частой перекалибровки, опустошения ловушек для влаги, и замены трубок для забора проб.
   Как уже отмечалось при описании этих методов, использование широкого спектра инфракрасного излучения в данных приборах, дает ложные показания в присутствии закиси азота, кислорода, водяного пара и различных анестетиков.
  Хотя и может быть проведена автоматическая приблизительная компенсация с помощью специальных алгоритмов, предусмотренных программным обеспечением прибора, очень часто требуется ручное вмешательство, которое добавляется к общей сумме усилий персонала по работе с монитором, не говоря уже о необходимости в частой, рутинной перекалибровке датчика. Эти технические ограничения традиционных капнографов приводят к высокой стоимости их обслуживания, утрате многопрофильности применения и трудностям в работе персонала.
  Все это послужило предпосылками и основой для появления нового альтернативного метода газоанализа, который должен прийти на смену традиционной инфракрасной капнометрии.

Микроструйная капнометрия.

  Молекулярная корреляционная спектроскопия (MCS).

  Таким альтернативным методом газоанализа стала молекулярная корреляционная спектроскопия (MCS). Принцип метода был разработан и реализован в виде технологии Microstream в начале 1990-х годов израильской фирмой Spegas, которая сейчас носит название Oridion Medical (www.oridion.com).
  Уникальную и оригинальную методику газоанализа, благодаря которой, фирма Spegas просто-напросто обошла клубок взаимосвязанных и вытекающих друг из друга технических проблем традиционной инфракрасной капнометрии, можно сравнить с решением Александра Македонского, разрубившего в свое время одним ударом Гордиев узел.
   Как мы помним, традиционный оптический инфракрасный газоанализ основан на способности некоторых газов поглощать инфракрасное излучение. Причем каждый такой газ поглощает инфракрасные лучи только определенной, строго специфичной для данного газа, части спектра инфракрасного излучения.
  В традиционных капнографах используются источники излучения, продуцирующие инфракрасный поток очень широкого спектра длин волн. Поэтому на пути инфракрасного потока, направленного в измерительную камеру с анализируемым газом, устанавливаются (можно сказать, нагромождаются) вращающаяся крыльчатка-прерыватель потока и фильтр, пропускающий лучи строго специфичной для CO2 длины волны (4250 нм).
  В капнографах фирмы Oridion Medical на измерительную камеру с исследуемым газом направляется поток инфракрасного излучения только специфической для CO2 длины волны, что и позволило отказаться от уже ненужных теперь фильтров и вращающейся крыльчатки-прерывателя потока. Это было достигнуто благодаря замене традиционного инфракрасного источника на миниатюрный лазерный монохроматический излучатель.
  Сокращение пути светового потока до измерительной камеры позволило уменьшить её размеры до 15 мкм3 (!!!) , что в свою очередь дало возможность сократить скорость откачки тест-газа до 50 мл/час.
  Следует отметить, что использование лазерного источника инфракрасного излучения позволило сузить спектр испускаемого инфракрасного потока до диапазона 0,15 мкм, т.е. в 135 раз меньше, чем диапазон инфракрасного излучения традиционных капнографов. Узкий диапазон инфракрасного излучения устранил проблему перекрёстной чувствительности обычных широкоспектровых инфракрасных лучей, которые поглощаются не только CO2, но и N2O, летучими анестетиками, а также водяным паром. Это излишнее поглощение, проявляющееся как случайное повышение CO2, требовало в традиционных капнографах программной коррекции ошибок, которая может быть только приблизительной, и требует в некоторых случаях ручного вмешательства и перекалибровки. Более того, необходимость в калибровках монитора вообще отпала сама собой.
  Все эти преимущества технологии молекулярной корреляционной спектроскопии (MCS) позволили фирме Oridion Medical значительно уменьшить размеры, вес и энергопотребление приборов и перейти к выпуску миниатюрных капнографов.
  Представленный на рис. 4 капнограф Microcap (Oridion Medical), может помещаться в кармане халата врача, имеет цифровой и графический дисплеи, и работает на встроенном перезаряжаемом аккумуляторе до 6 часов.

  Желая показать существенное различие между новым поколением капнографов и традиционными инфракрасными капнографами, я специально на рис. 5 предлагаю Вашему вниманию изображение одного из лучших на мой взгляд транспортных капнографов прошлого века – Normocap 200 (Datex, Финляндия). В настоящее время эта модель по вполне понятным причинам уже не производится.

Рис. 5. Транспортный (в свое время в рекламных проспектах обязательно добавляли слово "портативный") sidestream-капнограф Normocap 200 (Datex, Финляндия). Вес – 5,4 кг.

  Фирмой Oridion Medical создан также портативный монитор Microcap Plus (рис. 6), в котором объединены капнограф и пульсоксиметр. Для производства пульсоксиметрического блока использованы технология и комплектующие фирмы Nellcor.

  Для удобства в эксплуатации (или желая защитить карманы врачебных халатов от растяжения?) мониторы Microcap и Microcap Plus комплектуются очень удобной сумкой-футляром с ремнями для крепления на боку врача. Рис. 7 с изображением этой сумки призван по замыслу автора данного обзора демонстрировать не заботу изготовителя о пользователях, а возможность работы нового поколения капнографов в различных положениях, что совершенно исключено при традиционной капнометрии. Но об этом речь пойдет несколько ниже.

  В корпусе портативных мониторов фирмы Oridion Medical имеется порт для специального аналого-цифрового преобразователя (рис. 8), с помощью которого монитор можно подключить к принтеру, персональному компьютеру, или к совместимому монитору с большей разверткой дисплея, что создает большие и ощутимые удобства при работе в операционной или в палате интенсивной терапии.

  Капнографы фирмы Oridion Medical по принципу измерения концентрации CO2 также относятся к классу инфракрасных оптических газоанализаторов, так как применяемая методика измерения основана на свойстве углекислого газа поглощать инфракрасное излучение определенной длины волны. По способу доставки анализируемого газа в измерительную камеру их формально тоже можно отнести к sidestream-капнографам. Однако шутливые высказывания типа: «Sidestream – он и в Израиле sidestream» - будут выглядеть уже довольно неуклюже и неприлично, так как техническая реализация процесса доставки пробного газа в измерительную камеру инженерами фирмы была решена очень оригинально и высокотехнологично. Эта технология в дальнейшем была запатентована фирмой как метод микроструйной капнометрии (Microstream^TM technology).

Продолжение обзора читайте на следующей странице >>