Механическая вентиляция или вспомогательная вентиляция — это медицинский термин, обозначающий использование аппарата, называемого аппаратом искусственной вентиляции легких , для полного или частичного обеспечения искусственной вентиляции легких . Механическая вентиляция помогает перемещать воздух в легкие и из них, основной целью которого является доставка кислорода и удаление углекислого газа. Механическая вентиляция легких используется по многим причинам, в том числе для защиты дыхательных путей по механическим или неврологическим причинам, для обеспечения адекватной оксигенации или для удаления избытка углекислого газа из легких. Различные медицинские работники используют искусственную вентиляцию легких, а люди, нуждающиеся в аппаратах искусственной вентиляции легких, обычно находятся под наблюдением в отделении интенсивной терапии .
Механическая вентиляция 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 легких у людей, находящихся в сознании, используются лицевые или назальные маски.
Два основных типа механической вентиляции включают вентиляцию с положительным давлением , при которой воздух нагнетается в легкие через дыхательные пути, и вентиляцию с отрицательным давлением , при которой воздух втягивается в легкие. Существует множество конкретных режимов механической вентиляции , и их номенклатура пересматривалась на протяжении десятилетий по мере постоянного развития технологии.
Греческий врач Гален, возможно, был первым, кто описал искусственную вентиляцию легких: «Если вы возьмете мертвое животное и продуете воздух через его гортань [через тростник], вы наполните его бронхи и увидите, как его легкие достигнут максимального расширения». В 1600-х годах Роберт Гук проводил эксперименты на собаках, чтобы продемонстрировать эту концепцию. Везалий также описывает вентиляцию путем введения тростника или трости 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, казалось бы, возвращая их к жизни. Все эти эксперименты демонстрируют вентиляцию с положительным давлением.
Для достижения вентиляции с отрицательным давлением необходимо создать давление ниже атмосферного для всасывания воздуха в легкие. Впервые это было достигнуто в конце 19 века, когда Джон Далзиел и Альфред Джонс независимо друг от друга разработали резервуарные вентиляторы, в которых вентиляция достигалась путем помещения пациента в коробку, в которой тело помещалось в коробку с давлением ниже атмосферного. [3] Эта машина стала известна в просторечии как «Железные легкие» и прошла множество этапов разработки. Использование «железных легких» получило широкое распространение во время эпидемии полиомиелита в 1900-х годах.
Ранние аппараты ИВЛ имели контрольный тип, без встроенной в них поддержки дыхания и ограничивались соотношением вдоха к выдоху 1:1. В 1970-х годах была введена прерывистая принудительная вентиляция , а также синхронизированная прерывистая принудительная вентиляция. Эти стили вентиляции включали контрольные вдохи, между которыми пациенты могли дышать. [4]
Механическая вентиляция легких показана, когда самостоятельное дыхание пациента недостаточно для поддержания жизни. Его можно назначать при ожидании неминуемой дыхательной недостаточности, острой дыхательной недостаточности, острой гипоксемии или в профилактических целях. Поскольку механическая вентиляция легких служит только для облегчения дыхания и не излечивает заболевание, необходимо выявить основное состояние пациента и начать лечение, чтобы освободить его от аппарата искусственной вентиляции легких.
Общие специфические медицинские показания к искусственной вентиляции легких включают: [5] [6]
Механическая вентиляция обычно используется в качестве краткосрочной меры. Однако его можно использовать дома, в учреждениях сестринского ухода или реабилитации для пациентов с хроническими заболеваниями, требующими длительной искусственной вентиляции легких.
Механическая вентиляция легких часто является вмешательством, спасающим жизнь, но сопряжена с потенциальными осложнениями. Распространенными осложнениями вентиляции с положительным давлением, возникающими непосредственно из-за настроек аппарата ИВЛ, являются волютравма и баротравма . [11] [12] Другие включают пневмоторакс , подкожную эмфизему , пневмомедиастинум и пневмоперитонеум . [12] [13] Еще одним хорошо документированным осложнением является повреждение легких, связанное с аппаратом искусственной вентиляции легких , 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, возникающих у пациентов на искусственной вентиляции легких, является острое повреждение легких (ОПЛ)/острый респираторный дистресс-синдром (ОРДС). ОПЛ/ОРДС признаны важным фактором заболеваемости и смертности пациентов. [21] [22]
Во многих системах здравоохранения пролонгированная вентиляция легких в рамках интенсивной терапии является ограниченным ресурсом. По этой причине решения о начале и прекращении вентиляции могут вызвать этические дебаты и часто связаны с юридическими приказами, такими как приказы не реанимировать . [23]
Механическая вентиляция легких часто связана со многими болезненными процедурами, а сама вентиляция может быть неудобной. Для младенцев, которым требуются опиоиды для облегчения боли, потенциальные побочные эффекты опиоидов включают проблемы с кормлением, проблемы с подвижностью желудка и кишечника , потенциальную возможность развития опиоидной зависимости и толерантность к опиоидам. [24]
Важным фактором является время прекращения искусственной вентиляции легких, также известной как отлучение. Людям, которым требуется искусственная вентиляция легких, следует рассмотреть возможность отмены вентиляции, если они могут поддерживать собственную вентиляцию и оксигенацию, и это следует постоянно оценивать. [25] [5] Существует несколько объективных параметров, на которые следует обратить внимание при рассмотрении вопроса о прекращении лечения, но не существует конкретных критериев, которые распространялись бы на всех пациентов.
Индекс быстрого поверхностного дыхания (RSBI, отношение частоты дыхания к дыхательному объему (f/VT), ранее называемый «индексом Янга-Тобина» или «индексом Тобина» в честь доктора Карла Янга и профессора Мартина Дж. Тобина из Медицинский центр Университета Лойолы ) является одним из наиболее изученных и наиболее часто используемых показателей отлучения от груди, при этом ни один другой показатель не показал превосходства. Это было описано в проспективном когортном исследовании пациентов на искусственной вентиляции легких, в ходе которого было обнаружено, что RSBI > 105 вдохов/мин/л был связан с неудачей отлучения, тогда как RSBI < 105 вдохов/мин/л. [26]
Пробы спонтанного дыхания проводятся для оценки вероятности того, что пациент сможет сохранять стабильность и дышать самостоятельно без аппарата искусственной вентиляции легких. Это делается путем изменения режима на тот, в котором они должны запускать вдохи, а вентиляционная поддержка предоставляется только для компенсации дополнительного сопротивления эндотрахеальной трубки. [27]
Тест на герметичность манжеты проводится для выявления отека дыхательных путей и выявления вероятности постэкстубационного стридора. Это делается путем спуска воздуха из манжеты, чтобы проверить, не начинает ли воздух просачиваться вокруг эндотрахеальной трубки. [27]
Функция легких заключается в обеспечении газообмена посредством оксигенации и вентиляции. Этот феномен дыхания включает в себя физиологические концепции воздушного потока, дыхательного объема, податливости, сопротивления и мертвого пространства . [6] [28] Другие важные понятия включают альвеолярную вентиляцию, артериальное PaCO2, альвеолярный объем и FiO2 . Альвеолярная вентиляция – это количество газа в единицу времени, которое достигает альвеол и участвует в газообмене. [29] PaCO2 — парциальное давление углекислого газа артериальной крови, определяющее, насколько хорошо углекислый газ способен выводиться из организма. [30] Альвеолярный объем – это объем воздуха, входящего и выходящего из альвеол в минуту. [31] Механическое мертвое пространство является еще одним важным параметром конструкции и функционирования аппарата искусственной вентиляции легких и определяется как объем газа, вновь вдыхаемого в результате использования в механическом устройстве.
В связи с анатомией глотки , гортани и пищевода человека, а также обстоятельств, при которых необходима вентиляция, необходимы дополнительные меры по обеспечению проходимости дыхательных путей во время вентиляции с положительным давлением, чтобы обеспечить беспрепятственное прохождение воздуха в трахею и избежать прохождения воздуха. в пищевод и желудок. Распространенный метод — введение трубки в трахею . Интубация, обеспечивающая свободный путь воздуха, может осуществляться либо с помощью эндотрахеальной трубки , вводимой через естественные отверстия рта или носа, либо с помощью трахеостомы , вводимой через искусственное отверстие в шее. В других случаях можно использовать простые маневры на дыхательных путях , орофарингеальные дыхательные пути или дыхательные пути с использованием ларингеальной маски . Если используется неинвазивная вентиляция или вентиляция с отрицательным давлением , то вспомогательные средства для обеспечения проходимости дыхательных путей не требуются.
Обезболивающие, такие как опиоиды, иногда используются у взрослых и младенцев, которым требуется искусственная вентиляция легких. Недоношенным или доношенным детям, которым требуется искусственная вентиляция легких, нет убедительных доказательств необходимости регулярного назначения опиоидов или седативных средств для этих процедур, однако некоторым избранным детям, нуждающимся в искусственной вентиляции легких, могут потребоваться обезболивающие, такие как опиоиды. Неясно, безопасен или эффективен ли клонидин для использования в качестве седативного средства для недоношенных и доношенных детей, которым требуется искусственная вентиляция легких.
Когда 100% кислород (1,00 Fi O
2) используется изначально для взрослого человека, легко вычислить следующий Fi O
2для использования и легко оценить фракцию шунтирования. [32] Расчетная фракция шунтирования относится к количеству кислорода, не всасывающегося в кровообращение. [32] В нормальной физиологии газообмен кислорода и углекислого газа происходит на уровне альвеол в легких. Существование шунта относится к любому процессу, который препятствует газообмену, что приводит к потере кислорода и притоку бескислородной крови обратно в левое сердце, что в конечном итоге снабжает остальную часть тела лишенной кислорода кровью. [32] При использовании 100% кислорода степень шунтирования оценивается как 700 мм рт. ст. – измеряется Па О.
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 использовать положительное давление в конце выдоха (ПДКВ) для лечения этого внутрилегочного шунта. [32] Другие причины возникновения шунта включают в себя:
Механическая вентиляция использует несколько отдельных систем вентиляции, называемых режимом. Режимы имеют множество различных концепций доставки, но все традиционные режимы вентиляторов с положительным давлением попадают в одну из двух категорий; с циклическим изменением объема или давления. [33] [25] Относительно новым режимом вентиляции является вентиляция с контролем потока (FCV). [34] FCV — это полностью динамический режим без значительных периодов «отсутствия потока». Он основан на создании стабильного потока газа в легкие пациента или из него для создания вдоха или выдоха соответственно. Это приводит к линейному увеличению и снижению внутритрахеального давления. В отличие от традиционных режимов вентиляции, здесь не происходит резкого падения внутригрудного 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 основан на знании клиницистами режимов и наличии оборудования в конкретном учреждении. [37]
Конструкция современных аппаратов искусственной вентиляции легких с положительным давлением была основана главным образом на технических разработках военных во время Второй мировой войны для подачи кислорода летчикам-истребителям на большой высоте. Такие аппараты искусственной вентиляции легких заменили «железные легкие», поскольку были разработаны безопасные эндотрахеальные трубки с манжетами большого объема и низкого давления. Популярность аппаратов искусственной вентиляции легких с положительным давлением возросла во время эпидемии полиомиелита в 1950-х годах в Скандинавии [38] [39] и США и стала началом современной вентиляционной терапии. Положительное давление за счет ручной подачи 50% кислорода через трахеостомическую трубку привело к снижению смертности среди пациентов с полиомиелитом и дыхательным параличом. Однако из-за огромного количества рабочей силы, необходимой для такого ручного вмешательства, механические аппараты искусственной вентиляции легких с положительным давлением становились все более популярными. [2]
Аппараты искусственной вентиляции легких с положительным давлением работают за счет повышения давления в дыхательных путях пациента через эндотрахеальную или трахеостомическую трубку. Положительное давление позволяет воздуху поступать в дыхательные пути до тех пор, пока дыхание вентилятора не будет прекращено. Затем давление в дыхательных путях падает до нуля, а упругая отдача грудной стенки и легких выталкивает дыхательный объем — выдох посредством пассивного выдоха.
Механические вентиляторы отрицательного давления производятся в небольших, полевых и более крупных форматах. [40] Выдающаяся конструкция меньших устройств известна как кираса , панцирный блок, используемый для создания отрицательного давления только в груди с использованием комбинации подходящей оболочки и мягкого мочевого пузыря. В последние годы это устройство изготавливается с использованием поликарбонатных корпусов различных размеров с множеством уплотнений и вибрационного насоса высокого давления для осуществления двухфазной вентиляции кирасы . [41] Его основное применение было у пациентов с нервно-мышечными расстройствами, у которых сохранилась некоторая остаточная мышечная функция. [42] Последние, более крупные форматы, используются, в частности, в больницах отделения полиомиелита в Англии , таких как больница Святого Томаса в Лондоне и больница Джона Рэдклиффа в Оксфорде . [2]
Более крупные устройства берут свое начало в аппарате «железных легких» , 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 веке во многом в результате эпидемии полиомиелита , поразившей мир в 1940-х годах. По сути, аппарат представляет собой большой удлиненный резервуар , в котором находится пациент по шею. [3] Шея закрывается резиновой прокладкой , так что лицо пациента (и дыхательные пути) подвергаются воздействию воздуха помещения. Хотя обмен кислорода и углекислого газа между кровотоком и воздушным пространством легких происходит путем диффузии и не требует внешней работы, воздух должен перемещаться в легкие и из них , чтобы сделать его доступным для процесса газообмена . При самостоятельном дыхании дыхательными мышцами в плевральной полости создается отрицательное давление , и возникающий градиент между атмосферным давлением и давлением внутри грудной клетки порождает поток воздуха. В «железных легких» с помощью насоса воздух откачивается механически, создавая вакуум внутри резервуара, создавая тем самым отрицательное давление. [41] Это отрицательное давление приводит к расширению грудной клетки, что вызывает снижение внутрилегочного давления и увеличивает приток окружающего воздуха в легкие. Когда вакуум высвобождается, давление внутри баллона выравнивается с давлением окружающей среды, а упругая отдача грудной клетки и легких приводит к пассивному выдоху. Однако при создании вакуума брюшная полость расширяется вместе с легкими, перекрывая венозный поток обратно к сердцу, что приводит к скоплению венозной крови в нижних конечностях. Пациенты могут нормально разговаривать и есть, а также видеть мир через удачно расположенные зеркала. Некоторые могли вполне успешно оставаться в этих «железных легких» годами. [3]
Некоторые из проблем конструкции всего тела заключались в невозможности контролировать соотношение вдоха и выдоха и скорость потока. Этот дизайн также вызвал скопление крови в ногах. [4]
Другой тип — это аппарат искусственной вентиляции легких с прерывистым брюшным давлением , который создает давление снаружи через надутый мочевой пузырь, вызывая выдох, иногда называемый экссуффляцией . Первым таким аппаратом стал пульсатор Брэгга-Поля . [43] [44] Название одного из таких устройств, «Пневмопояс», созданного пуританином Беннеттом, в некоторой степени стало общим названием для этого типа. [44] [45]
Наиболее часто используемый высокочастотный аппарат ИВЛ и единственный одобренный в США — это 3100A от Vyaire Medical. Он работает, используя очень малые дыхательные объемы, устанавливая амплитуду и высокую частоту в герцах. Этот тип вентиляции в основном используется у новорожденных и педиатрических пациентов, у которых традиционная вентиляция неэффективна. [46]
Первый тип высокочастотного аппарата искусственной вентиляции легких, предназначенный для новорожденных, и единственный струйный тип аппарата изготовлен компанией Bunnell Incorporated. Он работает совместно с отдельным вентилятором CMV, добавляя импульсы воздуха к контрольному дыханию и ПДКВ. [46]
Одной из основных причин госпитализации пациента в отделение интенсивной терапии является проведение искусственной вентиляции легких. Мониторинг пациента на искусственной вентиляции легких имеет множество клинических применений: улучшение понимания патофизиологии, помощь в диагностике, руководство ведением пациентов, предотвращение осложнений и оценка тенденций.
У пациентов, находящихся на ИВЛ, для титрования FIO2 обычно используется пульсоксиметрия. Надежный целевой уровень Spo2 превышает 95%. [47]
Общее PEEP у пациента можно определить путем задержки выдоха на аппарате ИВЛ. Если оно выше установленного ПДКВ, это указывает на задержку воздуха.
Давление плато можно найти, выполнив задержку вдоха. Это показывает фактическое давление, которое испытывают легкие пациента.
Петли можно использовать, чтобы увидеть, что происходит в легких пациента. К ним относятся петли расход-объем и давление-объем. Они могут показывать изменения в податливости и сопротивлении.
Функциональную остаточную емкость можно определить при использовании GE Carestation.
Современные аппараты ИВЛ оснащены усовершенствованными средствами мониторинга. Существуют также мониторы, работающие независимо от аппарата ИВЛ, которые позволяют проводить измерения у пациентов после снятия аппарата ИВЛ, например, тест с помощью трахеальной трубки .
Аппараты ИВЛ бывают разных стилей и способов обеспечения дыхания для поддержания жизни. [6] Существуют ручные аппараты ИВЛ, такие как маски с клапанами и мешки для анестезии, которые требуют от пользователей подносить аппарат ИВЛ к лицу или к искусственным дыхательным путям и поддерживать дыхание руками. Механические вентиляторы — это вентиляторы, не требующие усилий оператора и обычно управляемые компьютером или пневматически. [25] Механические вентиляторы обычно требуют питания от батареи или сетевой розетки (постоянного или переменного тока), хотя некоторые вентиляторы работают от пневматической системы, не требующей питания. Существует множество технологий, доступных для вентиляции, которые делятся на две основные (а затем и меньшие категории): две из них представляют собой старую технологию механизмов отрицательного давления и более распространенные типы положительного давления.
К распространенным механическим аппаратам искусственной вентиляции легких с положительным давлением относятся:
Триггер, либо поток, либо давление, вызывает подачу дыхания с помощью механического аппарата искусственной вентиляции легких. Вдох может быть инициирован самим пациентом, нажатием оператором аппарата искусственной вентиляции легких кнопки ручного дыхания или в зависимости от установленной частоты дыхания.
Цикл – это то, что заставляет дыхание переходить от фазы вдоха к фазе выдоха. Дыхание может циклически повторяться с помощью механического аппарата искусственной вентиляции легких по достижении заданного времени или при достижении заданного потока или процента от максимального потока, подаваемого во время вдоха, в зависимости от типа дыхания и настроек. Дыхание также можно циклически повторять при достижении тревожного состояния, например, при достижении верхнего предела давления.
Предел – это то, как контролируется дыхание. Дыхание может быть ограничено заданным максимальным давлением или объемом.
Выдох при ИВЛ почти всегда полностью пассивный. Клапан выдоха аппарата ИВЛ открывается, и поток выдоха поддерживается до тех пор, пока не будет достигнуто базовое давление ( PEEP ). Поток выдоха определяется такими факторами пациента, как растяжимость и сопротивление.
Существуют различные процедуры и механические устройства, обеспечивающие защиту от коллапса дыхательных путей, утечки воздуха и аспирации :