При вдохе и выдохе дыхательная система преодолевает неэластическое (вязкое) сопротивление, которое складывается из следующих компонентов: 1) аэродинамического сопротивления воздухоносных путей; 2) вязкого сопротив-
ления тканей; 3) инерционного сопротивления (последнее настолько мало, что им можно пренебречь).
Вдыхаемый или выдыхаемый воздух движется по воздухоносным путям под действием градиента давления между полостью рта и альвеолами. Этот градиент давления служит движущей силой для переноса дыхательных газов.. Неэластическое сопротивление равно сумме сопротивления воздухоносных путей и сопротивления тканей. Сопротивление тканей сравнительно невелико: в норме общее неэластическое сопротивление легких на 90% создается сопротивлением воздухоносных путей, и лишь на 10%-сопротивлением тканей.
При повышенном аэродинамическом сопротивлении дыхательных путей наблюдается характерное снижение частоты спонтанного дыхания и увеличении дыхательного объема. Обратное явление происходит при увеличении эластического сопротивления , когда частота дыхания заметно увеличивается и может стать в 2--3 раза больше нормальной , а дыхательный объем уменьшится.
Остановка дыхания независимо от вызвавшей ее причины смертельно опасна. С момента остановки дыхания и кровообращения человек находится в состоянии клинический смерти. Как правило, уже через 5-10 мин недостаток О2и накопление СО2 приводят к необратимым повреждениям клеток жизненно важных органов, в результате чего наступает биологическая смерть. Если за этот короткий срок провести реанимационные мероприятия, то человека можно спасти.
К нарушению дыхания могут привести самые разное причины, в том числе закупорка дыхательных путей, повреждение грудкой клетки, резкое нарушение газообмена и угнетение дыхательных центров вследствие повреждения головного мозга или отравления. В течение некоторого времени после внезапной остановки дыхания кровообращение еще сохраняется: пульс на сонной артерии
определяется в течение 3-5 мин после последнего вдоха. В случае же внезапной остановки сердца дыхательные движения прекращаются уже через 30-60 с.
Работа , производимая дыхательными мышцами для вентиляции легких , направлена на преодоление всех видов сопротивления . .Следовательно , чем выше сопротивление , тем большую работу выполняет дыхательная мускулатура. Потребление кислорода дыхательными мышцами в норме составляет около 3% общего потребления его организмом . Однако при физической нагрузке энергетические потребности дыхательных мышц возрастают в большей степени, чем минутный объем дыхания и поглощение О2. В связи с этим при тяжелой физической работе на деятельность дыхательной мускулатуры затрачивается до 20% общего потребления кислорода.
Величины легочных объемов и емкостей значительно варьируют. Колебания в норме настолько велики, что целесообразно приводить лишь средние цифровые границы. У взрослых людей максимальная емкость легких составляет 4500 - 6000 мл, из них остаточный объем — 1000 - 1500 мл, резервный объем выдоха — 1500 - 2000 мл, дыхательный объем — 300 - 600 мл, резервный объем вдоха — 1500 - 2000 мл.
Перемещение воздуха между внешней средой и легкими, т. е. вентиляция легких, осуществляется благодаря разнице давлений во внешней среде и в альвеолах, при этом воздух всегда перемещается из области с более высоким в область с более низким давлением. При самостоятельном дыхании во время вдоха усилие дыхательных мышц, преодолевая эластическое сопротивление легких, увеличивает объем грудной клетки и создает необходимую разницу давлений между внешней средой и легкими. При ИВЛ перемещение воздуха (дыхательной смеси) между внешней средой и легкими совершается под действием внешней силы, создающей необходимую разность давлений.
2. Обзор существующих аппаратов
2.1. Способы проведения искусственной вентиляции
Существует два основных способа ИВЛ (искусственной вентиляции легких): способ вдувания и наружный (внешний) способ. При первом способе ИВЛ осуществляется путем подачи газовой смеси непосредственно в верхние дыхательные пути; при втором — в результате наружного воздействия на стенки грудной полости: грудную клетку или диафрагму.
ИВЛ наружным (внешним) способом. При этом способе перемежающееся давление в грудной полости и в легких (и связанное с этим перемещение газа между внешней средой и легкими) происходит за счет наружного воздействия на грудную клетку или диафрагму.
Аппараты ИВЛ наружного действия работают на гравитационном или пневматическом принципе. К первым относится «качающаяся кровать», ко вторым — аппараты типа «железные легкие», аппараты с кирасой и аппараты с пневматическими нагрудными поясами.
При ИВЛ с помощью аппарата «качающаяся кровать» больного укладывают на спину на кровати, которая качается относительно своей поперечной горизонтальной оси. При опускании головного конца кровати содержимое брюшной полости своей массой давит на диафрагму, благодаря чему происходит активный выдох. При поднимании головного конца кровати диафрагма опускается, обеспечивая поступление воздуха в легкие. Применение «качающихся кроватей» удобно из-за простоты и доступности обслуживания больных. Однако, используя данный метод, невозможно обеспечить вентиляционные потребности при полном параличе дыхания; кроме того, более или менее длительное качание вызывает весьма неприятные ощущения у больного.
Аппарат «железные легкие» обеспечивает проведение наружного способа ИВЛ путем создания циклических изменений давления воздуха вокруг всего тела больного, за исключением головы. Аппарат представляет собой герметичную камеру, соединенную с воздушным насосом. Работа насоса обеспечивает периодическое нагнетание или отсасывание воздуха из камеры.
Кирасные аппараты применяются для осуществления ИВЛ путем создания циклических изменений давления воздуха вокруг грудной клетки и верхней части живота больного. Принцип их работы тот же, что и «железных легких», но вентиляционный эффект меньше.
Разряжение при вдохе оказывает действие на все тело («железные легкие») или на значительную его часть (кирасы), что снижает венозный приток к сердцу. Это является одним из важных недостатков метода. Другими недостатками являются трудности ухода за больными, невозможность применения аппаратов ИВЛ во время хирургических операций, а также громоздкость «железных легких».
Аппараты с пневматическими наружными поясами (манжетами) осуществляют ИВЛ путем создания циклических изменений давления воздуха в поясе, накладываемом на грудную клетку или на верхнюю часть живота больного. Такой способ едва ли можно назвать физиологичным, так как при его выполнении для достижения удовлетворительного вентиляционного эффекта необходимо нагнетать воздух в пояс под значительным давлением (до 10 кПа) из-за малой поверхности соприкосновения пояса с телом. Однако пневматические манжеты все еще применяются горноспасательной службой ввиду простоты и доступности обслуживания.
Перечисленные недостатки ИВЛ наружным способом в целом и самих аппаратов в частности послужили причиной постепенного отказа от их применения.
ИВЛ способом вдувания. При этом способе поступление дыхательного газа в легкие обеспечивается его нагнетанием в легкие до создания в них на вдохе давления, превосходящего давление газа окружающей среды.
ИВЛ способом вдувания можно разделить на два основных вида:
• вентиляцию с перемежающимся положительным давлением ( с ак
тивным вдохом и пассивным выдохом) ;
• вентиляцию с перемежающимся положительным-отрицательным дав
лением ( с активным вдохом и с активным выдохом ) .
Первый вид имеет следующие разновидности:
а)вентиляцию с перемежающимся положительным-нулевым давлени
ем, при которой пассивный выдох совершается свободно, без задержки, и
легкие пациента спадаются при выдохе до размеров функциональной оста
точной емкости;
б)вентиляцию с перемежающимся положительным- положительным
давлением, при которой из-за сопротивления пассивному выдоху (или про
тиводавления) легкие пациента за время выдоха не опорожняются до функ
циональной остаточной емкости. При этом возникают постоянные по знаку,
но отличающиеся по величине давления в конце вдоха и выдоха;
в)перемежающаяся принудительная вентиляция легких. Сущность это
го способа состоит в том, что при восстановлении самостоятельного дыха
ния после длительной ИВЛ больной продолжает дышать спонтанно через
дыхательный контур аппарата ИВЛ. Спонтанное дыхание больного через
аппарат может осуществляться в обычном режиме — с перепадами давле-
ний'вдоха и выдоха вокруг нулевого (атмосферного) давления, либо по по
казаниям, в режиме ,так называемого спонтанного дыхания под постоянным
положительным давлением.
Для поддержания гарантированного объема вентиляции аппарат периодически включается для проведения одного «принудительного» цикла. Час-
тоту таких включений регулирует врач в зависимости от вентиляционных возможностей больного.
г) синхронизированная перемежающая принудительная ИВЛ, когда «принудительный вдох» аппарата синхронизируется со вдохом больного с помощью триггерного блока. При постепенном увеличении интервалов между «принудительными» циклами облегчается отвыкание больного от аппарата при длительной ИВЛ.
2.2 Состояние перспективы развития аппаратуры ИВЛ
Области применения ИВЛ в медицинской практике в значительной степени установились. Общими показаниями к ее применению остаются необходимость поддержания оптимального газового состава крови и необходимость снижения работы, затрачиваемой пациентом на вентиляцию в условиях ненормально функционирующей дыхательной и сердечно-сосудистой систем. Отсюда следует применение ИВЛ для лечения дыхательной недостаточности, обусловленной заболеваниями различной этиологии, травмами, отравлениями, хирургическими вмешательствами на органах грудной полости, введением мышечных релаксантов и (или) седативных препаратов, а также для борьбы с асфиксией новорожденных и лечения пороков их развития. Относительно новым направлением является применение вентиляционной поддержки для борьбы с сонным апноэ. Основным местом применения ИВЛ по-прежнему являются стационарные лечебные учреждения, экстремальная медицина (в более узком смысле — передвижные средства скорой помощи), родильные дома и отделения. В условиях России в ближайшие годы, к сожалению, неперспективно лечение с использованием аппаратов ИВЛ на дому; почти не находит распространения и амбулаторное использование ИВЛ для лечения так называемых респираторных хроников.