Искусственная вентиляция легких или вспомогательная вентиляция легких — это медицинский термин, обозначающий использование аппарата искусственной вентиляции легких для полного или частичного обеспечения искусственной вентиляции легких . Искусственная вентиляция легких помогает перемещать воздух в легкие и из них, с главной целью — помочь доставке кислорода и удалению углекислого газа. Искусственная вентиляция легких используется по многим причинам, в том числе для защиты дыхательных путей из-за механических или неврологических причин, для обеспечения адекватной оксигенации или для удаления избытка углекислого газа из легких. Различные поставщики медицинских услуг участвуют в использовании искусственной вентиляции легких, и люди, которым требуются аппараты искусственной вентиляции легких, обычно находятся под наблюдением в отделении интенсивной терапии .
Искусственная вентиляция легких называется инвазивной, если она включает в себя инструмент для создания дыхательных путей, который помещается внутрь трахеи . Это делается через эндотрахеальную трубку или назотрахеальную трубку. [1] Для неинвазивной вентиляции у людей, находящихся в сознании, используются лицевые или носовые маски. Два основных типа искусственной вентиляции легких включают в себя вентиляцию с положительным давлением , когда воздух вталкивается в легкие через дыхательные пути, и вентиляцию с отрицательным давлением, когда воздух втягивается в легкие. Существует много конкретных режимов искусственной вентиляции легких , и их номенклатура была пересмотрена на протяжении десятилетий, поскольку технология постоянно развивалась.
Греческий врач Гален, возможно, был первым, кто описал механическую вентиляцию легких: «Если вы возьмете мертвое животное и вдуете воздух через его гортань [через тростник], вы заполните его бронхи и увидите, как его легкие достигнут наибольшего растяжения». В 1600-х годах Роберт Гук проводил эксперименты на собаках, чтобы продемонстрировать эту концепцию. Везалий также описывает вентиляцию легких, вставляя тростник или трость в трахею животных. [2] Эти эксперименты предшествовали открытию кислорода и его роли в дыхании. В 1908 году Джордж По продемонстрировал свой механический респиратор, удушая собак и, по-видимому, возвращая их к жизни. Все эти эксперименты демонстрируют вентиляцию с положительным давлением.
Для достижения отрицательного давления вентиляции должно быть давление ниже атмосферного, чтобы втянуть воздух в легкие. Впервые это было достигнуто в конце 19 века, когда Джон Далзил и Альфред Джонс независимо друг от друга разработали резервуарные вентиляторы, в которых вентиляция достигалась путем помещения пациента в коробку, которая заключала тело в коробку с давлением ниже атмосферного. [3] Эта машина стала известна в разговорной речи как « железное легкое» , которое прошло через множество итераций развития. Использование «железного легкого» стало широко распространено во время эпидемии полиомиелита в 1900-х годах.
Ранние вентиляторы были контрольного типа без встроенных в них поддерживающих вдохов и были ограничены соотношением вдоха к выдоху 1:1. В 1970-х годах была введена прерывистая принудительная вентиляция , а также синхронизированная прерывистая принудительная вентиляция. Эти стили вентиляции имели контрольные вдохи, между которыми пациенты могли дышать. [4]
Искусственная вентиляция легких показана, когда спонтанное дыхание пациента неадекватно для поддержания жизни. Она может быть показана в ожидании неминуемой дыхательной недостаточности, острой дыхательной недостаточности, острой гипоксемии или в профилактических целях. Поскольку искусственная вентиляция легких служит только для оказания помощи дыханию и не излечивает болезнь, необходимо выявить и лечить основное заболевание пациента, чтобы освободить его от аппарата искусственной вентиляции легких.
К распространенным медицинским показаниям для проведения искусственной вентиляции легких относятся: [5] [6]
Искусственная вентиляция легких обычно используется как краткосрочная мера. Однако ее можно использовать дома или в учреждении по уходу за больными или реабилитации для пациентов с хроническими заболеваниями, которым требуется длительная искусственная вентиляция легких.
Искусственная вентиляция легких часто является спасающим жизнь вмешательством, но несет потенциальные осложнения. Распространенным осложнением вентиляции с положительным давлением, возникающим непосредственно из-за настроек аппарата ИВЛ, являются волюмотравма и баротравма . [11] [12] Другие включают пневмоторакс , подкожную эмфизему , пневмомедиастинум и пневмоперитонеум . [12] [13] Другое хорошо документированное осложнение - это повреждение легких, связанное с ИВЛ , которое проявляется как острый респираторный дистресс-синдром. [14] [15] [16] Другие осложнения включают атрофию диафрагмы, [17] [18] [19] снижение сердечного выброса, [20] и кислородную токсичность. Одним из основных осложнений, которое возникает у пациентов, находящихся на искусственной вентиляции легких, является острое повреждение легких (ОПЛ)/острый респираторный дистресс-синдром (ОРДС). ОПЛ/ОРДС признаны существенными факторами заболеваемости и смертности пациентов. [21] [22]
Во многих системах здравоохранения длительная вентиляция легких как часть интенсивной терапии является ограниченным ресурсом. По этой причине решения о начале и прекращении вентиляции легких могут вызывать этические дебаты и часто подразумевают юридические распоряжения, такие как распоряжения не проводить реанимацию . [23]
Искусственная вентиляция легких часто связана со многими болезненными процедурами, а сама вентиляция может быть неприятной. Для младенцев, которым требуются опиоиды от боли, потенциальные побочные эффекты опиоидов включают проблемы с кормлением, проблемы с подвижностью желудка и кишечника , потенциальную зависимость от опиоидов и толерантность к опиоидам. [24]
Время отмены искусственной вентиляции легких (также известной как отлучение) является важным фактором. Людям, которым требуется искусственная вентиляция легких, следует рассмотреть возможность отмены вентиляции легких, если они способны поддерживать собственную вентиляцию и оксигенацию, и это следует постоянно оценивать. [25] [5] Существует несколько объективных параметров, на которые следует обращать внимание при рассмотрении отмены, но нет конкретных критериев, которые были бы общими для всех пациентов.
Индекс быстрого поверхностного дыхания (RSBI, отношение частоты дыхания к дыхательному объему (f/VT), ранее именуемый «индексом Янга Тобина» или «индексом Тобина» в честь доктора Карла Янга и профессора Мартина Дж. Тобина из Медицинского центра Университета Лойолы ) является одним из наиболее изученных и наиболее часто используемых предикторов отлучения, при этом ни один другой предиктор не показал себя лучше. Он был описан в проспективном когортном исследовании пациентов, находящихся на искусственной вентиляции легких, которое показало, что RSBI > 105 вдохов/мин/л был связан с неудачей отлучения, в то время как RSBI < 105 вдохов/мин/л. [26]
Испытания спонтанного дыхания проводятся для оценки вероятности того, что пациент сможет поддерживать стабильность и дышать самостоятельно без аппарата ИВЛ. Это делается путем изменения режима на тот, в котором пациенту приходится инициировать вдохи, а респираторная поддержка предоставляется только для компенсации дополнительного сопротивления эндотрахеальной трубки. [27]
Тест на утечку через манжету проводится для выявления отека дыхательных путей, чтобы показать вероятность постэкстубационного стридора. Это делается путем сдувания манжеты, чтобы проверить, начинает ли воздух просачиваться вокруг эндотрахеальной трубки. [27]
Функция легких заключается в обеспечении газообмена посредством оксигенации и вентиляции. Это явление дыхания включает в себя физиологические концепции потока воздуха, дыхательного объема, комплайнса, сопротивления и мертвого пространства . [6] [28] Другие соответствующие концепции включают альвеолярную вентиляцию, артериальное PaCO2, альвеолярный объем и FiO2 . Альвеолярная вентиляция — это количество газа за единицу времени, которое достигает альвеол и участвует в газообмене. [29] PaCO2 — это парциальное давление углекислого газа артериальной крови, которое определяет, насколько хорошо углекислый газ способен выводиться из организма. [30] Альвеолярный объем — это объем воздуха, поступающего в альвеолы и выходящего из них за минуту. [31] Механическое мертвое пространство — еще один важный параметр в конструкции и функционировании аппарата ИВЛ и определяется как объем газа, вдыхаемого снова в результате использования в механическом устройстве.
Из-за анатомии человеческой глотки , гортани и пищевода , а также обстоятельств, при которых необходима вентиляция, требуются дополнительные меры для обеспечения проходимости дыхательных путей во время вентиляции с положительным давлением, чтобы обеспечить беспрепятственный проход воздуха в трахею и избежать попадания воздуха в пищевод и желудок. Обычный метод заключается в введении трубки в трахею . Интубация, которая обеспечивает свободный путь для воздуха, может быть либо эндотрахеальной трубкой , вставленной через естественные отверстия рта или носа, либо трахеостомой, вставленной через искусственное отверстие в шее. В других обстоятельствах могут использоваться простые маневры дыхательных путей , ротоглоточный воздуховод или ларингеальная маска . Если используется неинвазивная вентиляция или вентиляция с отрицательным давлением , то вспомогательное устройство для воздуховодов не требуется.
Обезболивающие препараты, такие как опиоиды, иногда используются у взрослых и младенцев, которым требуется искусственная вентиляция легких. Для недоношенных или доношенных младенцев, которым требуется искусственная вентиляция легких, нет веских доказательств, чтобы назначать опиоиды или седацию регулярно для этих процедур, однако некоторым избранным младенцам, которым требуется искусственная вентиляция легких, могут потребоваться обезболивающие препараты, такие как опиоиды. Неясно, является ли клонидин безопасным или эффективным для использования в качестве седативного средства для недоношенных и доношенных младенцев, которым требуется искусственная вентиляция легких.
При 100% кислорода (1,00 Fi O
2) изначально используется для взрослого человека, легко вычислить следующий Fi O
2для использования и легко оценить фракцию шунта. [32] Оценочная фракция шунта относится к количеству кислорода, не всасываемого в кровообращение. [32] В нормальной физиологии газообмен кислорода и углекислого газа происходит на уровне альвеол в легких. Наличие шунта относится к любому процессу, который препятствует этому газообмену, что приводит к потере вдыхаемого кислорода и потоку неоксигенированной крови обратно в левое сердце, которое в конечном итоге снабжает остальную часть тела деоксигенированной кровью. [32] При использовании 100% кислорода степень шунтирования оценивается как 700 мм рт. ст. - измеренное Pa O
2. Для каждой разницы в 100 мм рт. ст. шунт составляет 5%. [32] Шунт более 25% должен побудить к поиску причины этой гипоксемии, такой как интубация основного ствола или пневмоторакс , и должен лечиться соответствующим образом. Если таких осложнений нет, необходимо искать другие причины, и для лечения этого внутрилегочного шунта следует использовать положительное давление в конце выдоха (PEEP). [32] Другие такие причины шунта включают:
Механическая вентиляция легких использует несколько отдельных систем для вентиляции, называемых режимом. Режимы существуют во многих различных концепциях доставки, но все режимы обычных аппаратов искусственной вентиляции легких с положительным давлением попадают в одну из двух категорий: с циклическим изменением объема или с циклическим изменением давления. [33] [25] Относительно новый режим вентиляции — это вентиляция с контролируемым потоком (FCV). [34] FCV — это полностью динамический режим без значительных периодов «отсутствия потока». Он основан на создании стабильного потока газа в легкие пациента или из них для создания вдоха или выдоха соответственно. Это приводит к линейному увеличению и уменьшению интратрахеального давления. В отличие от обычных режимов вентиляции, нет резкого падения интраторакального давления из-за контролируемого выдоха. [35] Кроме того, этот режим позволяет использовать тонкие эндотрахеальные трубки (внутренний диаметр ~2–10 мм) для вентиляции пациента, поскольку выдох активно поддерживается. [36] В целом, выбор режима искусственной вентиляции легких для конкретного пациента зависит от знакомства врачей с режимами и доступности оборудования в конкретном учреждении. [37]
Конструкция современных вентиляторов с положительным давлением была основана в основном на технических разработках военных во время Второй мировой войны для подачи кислорода летчикам-истребителям на большой высоте. Такие вентиляторы заменили железные легкие, поскольку были разработаны безопасные эндотрахеальные трубки с манжетами большого объема/низкого давления. Популярность вентиляторов с положительным давлением возросла во время эпидемии полиомиелита в 1950-х годах в Скандинавии [38] [39] и Соединенных Штатах и стала началом современной вентиляционной терапии. Положительное давление посредством ручной подачи 50% кислорода через трахеостомическую трубку привело к снижению уровня смертности среди пациентов с полиомиелитом и респираторным параличом. Однако из-за огромного количества рабочей силы, необходимой для такого ручного вмешательства, механические вентиляторы с положительным давлением становились все более популярными. [2]
Аппараты искусственной вентиляции легких с положительным давлением работают, увеличивая давление в дыхательных путях пациента через эндотрахеальную или трахеостомическую трубку. Положительное давление позволяет воздуху поступать в дыхательные пути до тех пор, пока не прекратится дыхание аппарата искусственной вентиляции легких. Затем давление в дыхательных путях падает до нуля, а упругая тяга грудной клетки и легких выталкивает дыхательный объем — выдох через пассивный выдох.
Механические вентиляторы отрицательного давления производятся в малых, полевых и больших форматах. [40] Известный дизайн меньших устройств известен как кираса , устройство в виде оболочки, используемое для создания отрицательного давления только в грудной клетке с использованием комбинации облегающей оболочки и мягкого пузыря. В последние годы это устройство изготавливалось с использованием поликарбонатных оболочек различных размеров с несколькими уплотнениями и осцилляционного насоса высокого давления для проведения двухфазной вентиляции кирасой . [41] Его основное применение было у пациентов с нервно-мышечными расстройствами, которые имеют некоторую остаточную мышечную функцию. [42] Последние, более крупные форматы используются, в частности, в больницах с полиомиелитным крылом в Англии, таких как больница Св. Фомы в Лондоне и больница Джона Рэдклиффа в Оксфорде . [2]
Более крупные агрегаты берут свое начало в железном легком , также известном как резервуар Дринкера и Шоу, который был разработан в 1928 году компанией JH Emerson Company и был одним из первых аппаратов отрицательного давления, используемых для длительной вентиляции легких. [4] [41] Он был усовершенствован и использовался в 20-м веке в основном в результате эпидемии полиомиелита , поразившей мир в 1940-х годах. Аппарат, по сути, представляет собой большой удлиненный резервуар , который охватывает пациента до шеи. [3] Шея герметизирована резиновой прокладкой , так что лицо пациента (и дыхательные пути) подвергаются воздействию комнатного воздуха. В то время как обмен кислородом и углекислым газом между кровотоком и легочным воздушным пространством происходит путем диффузии и не требует внешней работы, воздух должен перемещаться в легкие и из них , чтобы сделать его доступным для процесса газообмена . При спонтанном дыхании отрицательное давление создается в плевральной полости дыхательными мышцами, и результирующий градиент между атмосферным давлением и давлением внутри грудной клетки создает поток воздуха. В железном легком с помощью насоса воздух механически откачивается, чтобы создать вакуум внутри резервуара, тем самым создавая отрицательное давление. [41] Это отрицательное давление приводит к расширению грудной клетки, что вызывает снижение внутрилегочного давления и увеличивает поток окружающего воздуха в легкие. По мере того, как вакуум высвобождается, давление внутри резервуара выравнивается с давлением окружающей среды, а упругая отдача грудной клетки и легких приводит к пассивному выдоху. Однако, когда вакуум создается, живот также расширяется вместе с легким, перекрывая венозный поток обратно к сердцу, что приводит к скоплению венозной крови в нижних конечностях. Пациенты могут нормально разговаривать и есть, а также могут видеть мир через хорошо расположенную серию зеркал. Некоторые могли бы оставаться в этих железных легких в течение многих лет довольно успешно. [3]
Некоторые проблемы с конструкцией всего тела заключались в невозможности контролировать соотношение вдоха и выдоха и скорость потока. Эта конструкция также вызывала скопление крови в ногах. [4]
Другой тип — это прерывистый абдоминальный вентилятор , который прикладывает давление снаружи через надутый пузырь, вызывая выдох, иногда называемый экссуффляцией . Первым таким аппаратом был пульсатор Брэгга-Пола . [43] [44] Название одного из таких устройств, Pneumobelt, созданного Puritan Bennett, в какой-то степени стало общим названием для этого типа. [44] [45]
Наиболее часто используемый высокочастотный вентилятор и единственный одобренный в США — это 3100A от Vyaire Medical. Он работает, используя очень малые дыхательные объемы, устанавливая амплитуду и высокую частоту, установленную в герцах. Этот тип вентиляции в основном используется у новорожденных и детей, которым не помогает обычная вентиляция. [46]
Первый тип высокочастотного вентилятора, предназначенный для новорожденных, и единственный струйный тип, произведен компанией Bunnell Incorporated. Он работает совместно с отдельным вентилятором CMV для добавления импульсов воздуха к контрольным вдохам и PEEP. [46]
Одной из основных причин, по которой пациент попадает в отделение интенсивной терапии, является необходимость проведения искусственной вентиляции легких. Мониторинг пациента, находящегося на искусственной вентиляции легких, имеет множество клинических применений: улучшение понимания патофизиологии, помощь в диагностике, руководство лечением пациента, предотвращение осложнений и оценка тенденций.
У пациентов, находящихся на искусственной вентиляции легких, пульсоксиметрия обычно используется при титровании FIO2. Надежная цель Spo2 составляет более 95%. [47]
Общее PEEP у пациента можно определить, выполнив задержку выдоха на аппарате ИВЛ. Если оно выше установленного PEEP, это указывает на воздушную ловушку.
Давление плато можно определить, выполнив задержку вдоха. Это показывает фактическое давление, которое испытывают легкие пациента.
Петли можно использовать для наблюдения за тем, что происходит в легких пациента. К ним относятся петли поток-объем и давление-объем. Они могут показывать изменения в податливости и сопротивлении.
Функциональную остаточную емкость можно определить с помощью GE Carestation.
Современные аппараты ИВЛ имеют усовершенствованные средства мониторинга. Существуют также мониторы, которые работают независимо от аппарата ИВЛ, что позволяет проводить измерения у пациентов после того, как аппарат ИВЛ был удален, например, тест трахеальной трубки .
Аппараты ИВЛ бывают разных стилей и методов подачи дыхания для поддержания жизни. [6] Существуют ручные аппараты ИВЛ, такие как маски с мешком-клапаном и анестезиологические мешки, которые требуют, чтобы пользователи держали аппарат ИВЛ у лица или у искусственного дыхательного пути и поддерживали дыхание руками. Механические аппараты ИВЛ — это аппараты ИВЛ, не требующие усилий оператора, и обычно управляются компьютером или пневматически. [25] Механические аппараты ИВЛ обычно требуют питания от батареи или настенной розетки (постоянного или переменного тока), хотя некоторые аппараты ИВЛ работают на пневматической системе, не требующей питания. Существует множество технологий, доступных для вентиляции, которые делятся на две основные (и затем меньшие категории), две из которых — старая технология механизмов отрицательного давления и более распространенные типы положительного давления.
К распространенным аппаратам искусственной вентиляции легких с положительным давлением относятся:
Триггер, поток или давление, является тем, что заставляет аппарат искусственной вентиляции легких делать вдох. Дыхание может быть вызвано самим пациентом, оператором аппарата искусственной вентиляции легких, нажимающим кнопку ручного дыхания, или основано на установленной частоте дыхания.
Цикл — это то, что заставляет дыхание переходить из фазы вдоха в фазу выдоха. Дыхание может циклироваться с помощью механического вентилятора по достижении установленного времени или при достижении заданного потока или процента от максимального потока, подаваемого во время дыхания, в зависимости от типа дыхания и настроек. Дыхание также может циклироваться при возникновении тревожного состояния, например, при достижении предела высокого давления.
Предел — это то, как контролируется дыхание. Дыхание может быть ограничено установленным максимальным давлением или объемом.
Выдох при искусственной вентиляции легких почти всегда полностью пассивен. Экспираторный клапан вентилятора открыт, и поток выдоха допускается до тех пор, пока не будет достигнуто базовое давление ( PEEP ). Поток выдоха определяется такими факторами пациента, как комплаентность и сопротивление.
Существуют различные процедуры и механические устройства, обеспечивающие защиту от коллапса дыхательных путей, утечки воздуха и аспирации :