ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МОНИТОРИНГА

ТОРАКО-ПУЛЬМОНАЛЬНОГО КОМПЛАЙНСА

ПРИ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ СТРУЙНОЙ

ВЕНТИЛЯЦИИ ЛЁГКИХ

М.Б. Конторович, Б.Д.Зислин, А.В. Чистяков, А.В.Марков

ЕКАТЕРИНБУРГ

2009

Сst

Статический торакопульмональный

комплайнс - один из важных параметров

респираторной механики, без информации о

котором в настоящее время невозможно

обеспечить квалифицированную

респираторную поддержку критических

состояний, сопровождающихся

паренхиматозной дыхательной

недостаточностью (синдром острого

повреждение легких, респираторный дистресс-

синдром и др.).

При этой патологии высокочастотная

струйная вентиляция лёгких (ВЧС ИВЛ)

имеет определённые преимущества

перед традиционной (конвективной)

вентиляцией (ИВЛ).

В частности, она обеспечивает

нормальный газовый состав крови в

ряде ситуаций, в которых ИВЛ

оказывается мало эффективной.

Недостатки существующего

аппаратурного обеспечения ВЧС ИВЛ

существенно снижают эти достоинства

и серьёзно ограничивают сферу

использования.

Основным из таких недостатков

являются ограниченные возможности

мониторинга современных параметров

респираторной механики.

ООО Тритон ЭлектроникС

разработана модель респиратора

ZisLINE JV-110, лишённая этих

недостатков.

ЭКРАН ВЧ-РЕСПИРАТОРА 3 ПОКОЛЕНИЯ

JV - 110

дыхательный (VT) и минутный (VE) объём вентиляции, пиковое (PIP), среднее (Pmean), конечно-экспираторное (PEEP) и альвеолярное (autoPEEP) давления, отношение продолжительности фаз дыхательного цикла (I:E), мониторинг инспираторной и экспираторной концентрации кислорода (О2) и двуокиси углерода (СО2), торако-пульмональный комплайнс (Cst).

Это предоставило возможность исследовать особенности статического комплайнса при ВЧС ИВЛ, практически не получивших отражения в специальной литературе.

Материал и методы исследования.

Разработка мониторинга комплайнса при ВЧС ИВЛ осуществлялась:

•на модели лёгких (Test Lung 1906006832 E037E; Siemens);

•в клинике при продлённой вентиляции после торакальных операций у 19 больных в возрасте 34,6±10,5 (M±SD) лет. Мужчин - 12, женщин - 7.

•По поводу туберкулёза оперировано 13 пациентов, онкологических поражений легких и средостения - 6.

Респираторная поддержка проводилась двумя способами:

•традиционной (конвективной) вентиляцией (ИВЛ)

•высокочастотной струйной вентиляцией (ВЧС ИВЛ).

Регистрация параметров осуществлялась спустя 60 минут после смены метода вентиляции.

Особенности ВЧС ИВЛ создают серьёзные трудности для регистрации комплайнса.

•открытый (соединенный с атмосферой), негерметичный и бесклапанный дыхательный контур респиратора, не позволяющий создать инспираторную паузу для регистрации давления плато (Pplat.).

•высокая частота вентиляции обусловливает феномен незавершённого выдоха, вследствие чего в альвеолах после прерывания выдоха накапливается некоторый объём газа, составляющий, в зависимости от частоты вентиляции, до ½ - ¾ дыхательного объёма.

Возникновение накапливаемого

объёма сопровождается появлением

постоянного положительного

альвеолярного давления (autoPEEP),

величина которого может

значительно (в 2 и более раз)

превышать уровень конечного

экспираторного давления (РЕЕР),

традиционно регистрируемого в

проксимальных отделах

дыхательных путей.

При традиционной (конвективной) ИВЛ комплайнс рассчитывается по формуле:

Сst=VT /ΔР

где ΔР = Pplat – PEEP.

Pplat определяется величиной давления, зафиксированного при нулевом потоке в период инспираторной паузы.

При ВЧС ИВЛ, в условиях бесклапанного,

постоянно соединённого с атмосферой

негерметичного дыхательного контура, такие

расчёты некорректны, поскольку фаза плато

отсутствует, и создать её искусственным

путем технически очень сложно.

При ВЧС ИВЛ альвеолярное давление

(autoPEEP) существенно превышает РЕЕР.

В этих условиях использовать классическую

формулу расчёта комплайнса невозможно.

Выход: на кривых потока и давления зафиксировать точку, которая соответствует моменту прекращения потока (нулевой поток).

Такая точка существует крайне короткое время.

Она соответствует отрезку на кривой давления в конце инспираторной фазы дыхательного цикла, когда вектор потока, меняя направление (при начале выдоха), обеспечивает нулевой поток в дыхательных путях.

Эту точку мы условно назвали «плато при высокочастотной вентиляции – PplatHF».

Разработанный алгоритм позволил четко её фиксировать.

Таким путем нам удалось получить

величину давления для расчета ΔР в

формуле комплайнса. Она приобрела

следующий вид:

Сs=VT /ΔР

где ΔР = PplatHF – autoPEEP.

Такая технология не позволяет обеспечить мониторинг autoPEEP в режиме реального времени.

Известно, что среднее давление в дыхательных путях отражает уровень альвеолярного давления, и может быть зарегистрировано путем интегрирования кривой давления.

Мы сопоставили величины среднего и альвеолярного давлений при различных частотах вентиляции.

Было обнаружено, что по мере возрастания частоты вентиляции величины этих параметров сближаются и различия между ними прогрессивно сокращаются.

Это происходит за счет возрастания autoPEEP при практически не изменяющемся Pmean.

Различия величин среднего и альвеолярного давлений

(∆ Pmean - autoPEEP) при различных частотах вентиляции

При частотах, превышающих 80 циклов в минуту, различие в величинах Pmean и autoPEEP не превышает 1 см вод.ст. при тесной корреляционной связи.

При частотах 100 циклов в минуту и выше различия в величинах Pmean и autoPEEP практически полностью нивелируются

(M±SD= 0,4±0,6 см вод.ст.).

Поскольку именно эти частоты в основном используются при проведении ВЧС ИВЛ, у нас имелись все основания в формуле комплайнса заменить autoPEEP на Pmean.

Корреляционные связи и разность средних значений autoРЕЕР и Pmean при частотах вентиляции 80-120 циклов в минуту и отношении времени вдоха к выдоху, равном 1:2

Окончательная формула комплайнса выглядит следующим образом:

Сs=VT /ΔР,

где ΔР = PplatHF – Pmean

Получив возможность непрерывной

регистрации торако-пульмонального

комплайнса, мы изучили особенности этого

параметра респираторной механики при ВЧС

ИВЛ.

Результаты исследования Cst на модели

лёгких и в клинике не различались, мы

приводим результаты только клинической

апробации алгоритма мониторинга

статического торако-пульмонального

комплайнса.

Результаты исследования.

Параметры(M±SD)

Частота ВСЧ ИВЛ (циклы в минуту)

30n=18

60n=18

80n=18

100n=19

120n=19

VT мл 374.2±107,9 197,8±47,8 170,0±0,0 170,0±0,0 170,0±0,0

VE л 9.9±2,9 10.9±2,6 13,6±0,0 17.0±0,0 20,4±0,0

PIP см Н2О 15,8±3,15 14,1±6,0 12,5±27,6 14,6±4,6 19,3±4,4

Pplat см Н2О 14,1.±3,2 11,7±2,45 10,2±2,45 13,4±2,4 17.5±5,2

PEEP см Н2О 1,5±1,0 3,3±1,4 3,3±0,3 3,5±0,6 5,55±0,4

Pmean см Н2О 6,65±1,5 7,0±1.7 6,4±1,0 7,25±0,9 9,7±1,5

аutoPEEP см Н2О 3,1±0,9 6.7±1,8 5,95±0,9 7,25±0,9 9,7±1,5

Cst мл/см Н2О 34,4±5.8 39,4±7,2 35,9±13,7 27,45±9,7 21,8±5,2

ПАРАМЕТРЫ РЕСПИРАТОРНОЙ МЕХАНИКИ ПРИ

РАЗЛИЧНЫХ ЧАСТОТАХ ВЧС ИВЛ

30 60 80 100 12015

20

25

30

35

40

45

34.439.4

35.9

27.45

21.8

ЗАВИСИМОСТЬ ВЕЛИЧИНЫ Cst

ОТ ЧАСТОТЫ ВЕНТИЛЯЦИИ

Cst мл/см Н2О

30 60 80 100 1200

5

10

15

20

PIP см Н2О

Pplat см Н2О

PEEP см Н2О

Pmean см Н2О

аutoPEEP см Н2О

ЗАВИСИМОСТЬ ДАВЛЕНИЯ В ДЫХАТЕЛЬНЫХ ПУТЯХ

ОТ ЧАСТОТЫ ВЕНТИЛЯЦИИ

Для повышения достоверности результатов

изучения динамики Cst при различных

частотах вентиляции, необходимо избрать

максимально близкие величины дыхательного

объема, а также одинаковое соотношение

времени вдоха и выдоха, при обязательном

соблюдении режима нормокапнии (РаСО2=35-

45 мм Hg).

Поэтому мы вынуждены были увеличивать

VE при высоких частотах для того, чтобы

сохранить одинаковые VT.

Выявленные феномены :

•Начиная с частоты 100 циклов в минуту увеличиваются Pmean и autoPEEP и только при частоте 120 циклов повышается РЕЕР, что свидетельствует о недостаточной информативности РЕЕР в анализе респираторной механики при ВЧС ИВЛ;

•Различия в величинах PIP и Pplat не превышают 20% от величины Pplat;

•По мере увеличения частоты вентиляции комплайнс проявляет тенденцию к снижению и при частотах, превышающих 100 циклов в минуту, достоверно снижается.

Обсуждение результатов исследования.

В основе выявленных феноменов респираторной механики ВЧС ИВЛ лежат особенности кинетики газов при этом методе вентиляции.

Одним из основных отличий ВЧС ИВЛ от традиционной вентиляции является незавершённый выдох, сопровождающийся появлением в альвеолах накопленного объёма дыхательной газовой смеси.

Это обусловливает появление постоянного положительного давления в альвеолах (autoPEEP).

Наличие autoPEEP, наряду с

коллатеральной вентиляцией, является

основным механизмом в

перераспределении (перетекании) газа

из вентилируемых в спавшиеся

(невентилируемые) альвеолы с

высокой постоянной времени, в

результате чего очень скоро после

начала ВЧС ИВЛ подавляющее число

альвеол оказываются постоянно

заполненными газовой смесью.

Это неизбежно приводит к

«расходованию» эластических

ресурсов лёгких и грудной клетки

и, следовательно, к снижению

комплайнса.

Обнаружение этого феномена

заставляет изменить взгляд

на физиологическую

сущность комплайнса при

ВЧС ИВЛ.

Спонтанное дыхание и ИВЛ при непоражённых лёгких,

Cst = N

Проведение конвективной ИВЛ при паренхиматозной дыхательной недостаточности,

Cst ≪ N

Проведение ВЧС ИВЛ,

Cst ≪ N

Снижение Cst при традиционной

вентиляции является признаком

«жёсткости» лёгких (повышение

числа невентилируемых альвеол).

Снижение Cst при ВЧС ИВЛ

свидетельствует о повышении

воздушности альвеол (снижение

числа невентилируемых альвеол).

* VAD рассчитывалось по уравнению Бора

Это находит подтверждение в изучении

сравнительных данных о величинах объёма

дыхательного мёртвого пространства (VAD)* и

респираторного коэффициента (РаО2/FIO2).

ПараметрыM±SD

Способ вентиляцииP*ИВЛ

n=19ВЧС ИВЛ

n=14F мин-1 17,4±2,2 100±0.0 =0.000Cst мл/см Н2О 47,1±15,7 27,45±9,7 ⇊ =0.000PaO2/FIO2 365.7±40.0 536.1±58.2 ⇈ =0.000FIO2 0,55±0,09 0,63±0,08 =0.013VAD мл 218,2±68,6 135,3±11,6 ⇈ =0.000

* - Критерий Манна-Уитни

ИВЛ ВЧС ИВЛ 0

20

40

6047.1

27.45

Cst мл/см Н2О

ИВЛ ВЧС ИВЛ 0

200

400

600 365.7536.1

PaO2/FiO2

ИВЛ ВЧС ИВЛ 0

50100150200250

218.2

135.3

VAD мл

HFJVFiO2 = 0,63

CMVFiO2 = 0,55

Снижению Cst при ВЧС ИВЛ сопутствуют

существенное сокращение объёма дыхательного

мертвого пространства и повышение респираторного

коэффициента.

Можно предположить, что повышение этих

параметров осуществляется не за счёт увеличения

FIO2, т.к. FIO2 при ВЧС ИВЛ возрастает в значительно

меньшей степени, чем РаО2 (14,5% и 46,6%

соответственно).

Для подтверждения этого у отдельной группы

больных (n=14), не отличающейся от основной

группы, повторили исследование при вентиляции

воздухом с одинаковым FIO2=0,21

ПараметрыM±SD

Способ вентиляцииP*ИВЛ

n=14ВЧС ИВЛ

n=14F мин-1

18,9±1,25 100±0.0=0.000

Cst мл/см Н2О

34,9±1,720,7±6,5

⇊=0.005

PaO2/FIO2 387,1±42,3468,6±50,3

⇈=0.000

PaO2 мм рт.ст.

80.9±10.897.3±13.6

⇈=0.01

FIO2 0,21 0,21VАD мл

182,5±31,3119,1±11,85

⇊=0.000

* - Критерий Манна-Уитни

ИВЛ ВЧС ИВЛ0

10

20

30

4034.9

20.7

Cst мл/см Н2О

Cst мл/см Н2О

ИВЛ ВЧС ИВЛ0

100200300400500 387.1

468.6

PaO2/FIO2

PaO2/FIO2

ИВЛ ВЧС ИВЛ0

50

100

150

200182.5

119.1

VАD мл

VАD мл

FiO2 = 0,21

Подобный феномен можно

объяснить только тем, что при ВЧС

ИВЛ увеличивается число

вентилируемых альвеол, улучшается

равномерность распределения газовой

смеси в лёгких, улучшаются

вентиляционно-перфузионные

соотношения и снижается

внутрилёгочное шунтирование крови.

Какова динамика комплайнса при различных частотах ВЧС ИВЛ ?

При частоте вентиляции 100 циклов в минуту, несмотря на достоверное увеличение autoPEEP, величина комплайнса остается стабильной и лишь при частоте 120 циклов в минуту достоверно снижается.

Т.е. частота 100 циклов в минуту является той, при которой комплайнс отражает благоприятную кинетику альвеолярного газа.

При более высоких частотах проявляется значительное нарастание autoPEEP на фоне неизменяющегося дыхательного объема и достоверного снижения комплайнса, что может свидетельствовать о перерастяжении альвеол накопленным объемом газа и возникновении гиперинфляции.

Практическое значение

обнаруженных феноменов.

Начиная с частоты 80 циклов в минуту

величина PIP не превышают Pplat более чем

на 20% от значения Pplat.

Это позволяет при отсутствии аппаратуры,

регистрирующей Pplat и autoPEEP получить

представление о податливости лёгких и

грудной клетки по динамике PIP и

Pmean.

Таким образом, мониторинг autoPEEP и

торако-пульмонального комплайнса

позволяет в режиме реального времени

получить объективную информацию о

состоянии альвеолярной кинетики газов и

использовать её в коррекции тактических

решений при проведении респираторной

поддержки у больных с паренхиматозной

дыхательной недостаточностью.

СПАСИБО

ЗА ВНИМАНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ

VАD = (PЕТCO2 – PEMCO2) х VT / PЕТCO2

где VАD – альвеолярное мертвое пространство;

PЕТCO2 – напряжение CO2 в конечной

экспираторной фракции газовой смеси;

PEMCO2 – напряжение CO2 в смешанном газе;

VT – объем выдоха.

VA = VE – VD

где VE – объем минутной вентиляции

Формула Бора