Неинвазивный мониторинг газов крови - интенсивная терапия
24 Неинвазивный мониторинг газов крови
Для неинвазивного определения газового состава артериальной крови в настоящее время существует несколько методик. Хотя каждая из них имеет определённые ограничения, в последние 10 лет их наиболее часто применяют в клинической практике, в том числе и 8 отделениях интенсивной терапии.
В настоящей главе представлены 3 метода: оксиметрия, капнография и чрескожный мониторинг газов крови.
ОКСИМЕТРИЯ (ОКСИГЕМОМЕТРИЯ)
Оксиметрия — оптический метод определения степени насыщения гемоглобина кровя кислородом, основанный на специфических отличиях спектральных свойств оксигемоглобина и восстановленного гемоглобина. Оксиметры (оксигемометры) были предложены в начале 1970 г., но это были не приемлемые световые пульс-оксиметры, внедрённые только в начале 1980 г. Популярность пульс-оксиметрии росла медленно: лишь в 1987 г. Американская ассоциация анестезиологов рекомендовала пульсовую оксиметрию как стандартный метод для каждого больного, получающего общие анестетики.
ПРИНЦИП МЕТОДА ОКСИМЕТРИИ
Оксиметрия базируется на способности разных форм гемоглобина поглощать свет различной длины волны. Оксигемоглобин (НbО2) поглощает видимый свет красного участка спектра (поэтому оксигенированная кровь красного цвета), а дезоксигемоглобин, или восстановленный гемоглобин (RHb), поглощает свет вблизи инфракрасного диапазона. Если световой пучок состоит из волн обеих названных частей спектра, которые проходят через кровеносные сосуды (рис. 24-1), то передача волн каждого из участков будет обратно пропорциональна концентрации НbО2 и RHb в крови.
Насыщение гемоглобина артериальной крови кислородом (SaO2) рассчитывается как отношение количества HbO2 к общему количеству Нb (т.е. сумме HbO2 и RHb) в пробе:
Эта формула применима только к двум формам гемоглобина, так как она не учитывает содержание метгемоглобина и карбоксигемоглобина в крови. Оксиметры для использования in vitro имеют 4 различные длины волн света и могут определять все 4 перечисленные формы гемоглобина. Оксиметр для постоянного мониторного наблюдения имеет только 2 длины волн света, поэтому такие состояния, как метгемоглобин- и карбоксигемоглобинемия, очевидно, не будут выявлены. Однако эти состояния встречаются достаточно редко, поэтому для большинства больных применение двух длин волн вполне обоснованно.
Рис. 24-1. Принцип пульс-оксиметрии. Объяснение в тексте.
ПУЛЬС-ОКСИМЕТРИЯ
Традиционные оксиметры имеют два недостатка. Первый — поглощение света рядом пигментов (например, билирубином) и другими тканевыми элементами. Второй и более трудно устранимый — невозможность дифференцировать гемоглобин артериальной и венозной крови. Указанные проблемы отчасти решены в оксиметрах, которые измеряют прохождение света только через пульсирующие сосуды. Это так называемые пульсоксиметры, значительно повысившие эффективность мониторирования в отделениях интенсивной терапии.
Принцип пульсоксиметрии представлен на рис. 24-1. Пульсация артерий может быть причиной колебаний светового пучка, падающего на них. Фотоэлемент на пульсоксиметре способен принимать изменения проходящего света вследствие артериальной пульсации и неизменённый свет от вен и других непульсирующих элементов. При этом обрабатывается только изменённый входящий свет (аналогично усилителю переменного тока) без учёта неизмененного светового потока от вен и других непульсируйщих источников в тканях. Это объясняет, почему на данные пульсоксиметрии не влияет толщина тканей (включая ногтевую пластинку) или пигменты.
Точность. В ряде сообщений отмечается высокая точность пульсовой оксиметрии [1,2]. Например, показано, что точность определения содержания оксигемоглобина in vitro с помощью мультиволновых оксиметров колеблется в пределах 2-3% [1,2]. Единственное требование к точности измерения: проводить исследования у больных без гемодинамических нарушений и с SaO2 выше 70%. Точность измерения при SaO2 ниже 70% сильно варьирует [4], но такие значения встречаются нечасто, поскольку выраженная гипоксемия недопустима в отделениях интенсивной терапии.
Показания к пульс-оксиметрии связаны с наличием оксиметров, потому что в реальности не каждому пациенту, который нуждается в дополнительной подаче кислорода, необходим постоянный мониторинг SaO2 с помощью пульсоксиметра, в том числе если у больного артериальная гипотензия или какое-то другое состояние, способное снизить точность измерения.
Ограничения. Основное ограничение пульсоксиметрии — нечувствительность показателя насыщения гемоглобина артериальной крови кислородом к сдвигам лёгочного газообмена. Это связано с формой кривой диссоциации оксигемоглобина (см. рис 25-1). Когда SaO2 более 90% и рaО2 выше 60 мм рт.ст., верхняя часть кривой отлогая, и рдO2 может изменяться в значительных пределах с небольшими колебаниями SaO2. Иными словами, показатель SaO2 будет неадекватен для выявления ранних изменений в лёгочном газообмене. Однако значение этих ограничений неясно.
ЧРЕСКОЖНОЕ ИЗМЕРЕНИЕ рO2
Электроды для чрескожного определения рО2 впервые были применены в начале 1970 г. у новорождённых- при этом была доказана их надежность для детей этого возраста. Однако надежность метода у взрослых варьирует, что ограничивает его применение. Некоторый интерес получило использование чрескожных кислородных электродов для мониторинга кровотока в нижних и верхних конечностях, но в настоящее время их применение ограниченно.
ПРИНЦИП МЕТОДА
Чрескожные кислородные электроды предназначены для определения pO2 в капиллярной сети дермы, расположенной под эпидермисом. Электрод — миниатюрный аналог полярографического электрода Кларка (он используется для измерения рO2 в артериальной крови), который укрепляется на поверхности кожи с помощью прижимающего кольца. Нагревательный элемент, окружающий электрод, применяется для повышения температуры в прилегающих участках кожи до 44-45°С. Это улучшает диффузию кислорода через эпидермис и повышает точность измерений у взрослых (у новорождённых эпидермис тонкий, не требующий дополнительного подогрева). Электроды обычно помещают на передневерхней поверхности грудной клетки или на плечах, где кожный кровоток довольно высокий. Место расположения электрода необходимо менять каждые 4 ч для того, чтобы уменьшить риск ожога нижележащих тканей.
Видео: Смертельная "оптимизация" эндокринологии
ТОЧНОСТЬ
Точность чрескожного измерения pO2 (ТcрО2) определяется адекватностью периферического кровотока. Когда он нормальный, ТcрО2 достаточно точно отражает рaО2 [5,б]. Однако если периферический кровоток снижается, то TcpO2 может преуменьшить рaО2. Влияние сердечного выброса на TcpO2 показано на рис. 24-2 [6]. TcpO2 не зависит от сердечного индекса до тех пор, пока он выше 2 л/(мин.м2), затем TcpO2 изменяется прямо пропорционально с сердечным индексом [6]. При низком кровотоке ТcрО2 определяет больше венозное рО2, чем артериальное, потому что венозная кровь будет преобладать в нижележащих сосудах при сниженном артериальном давлении.
Рис. 24-2. Влияние сердечного выброса на точность чрескожного измерения газов крови.
МОНИТОРИНГ КРОВОТОКА
На основе описанной выше зависимости ТcрО2 от величины потока крови можно предложить совсем другое применение чрескожных электродов, в частности, их можно использовaть для определения адекватности кровотока в травмированной конечности или после реконструктивной операции на сосудах [7]. На рис. 24-3 продемонстрировано применение ТcрО2 для мониторинга кровотока в нижней конечности. Графическая запись была получена с помощью чрескожных кислородных электродов, помещенных на верхней поверхности левой стопы добровольцев, у которых в анамнезе не было заболеваний периферических сосудов. Затем на противоположной стороне пережимали бедренную артерию в паховой области. Как показано между стрелками, ТcрО2 быстро снижалось во время артериальной компрессии и возвращалось к исходному уровню, когда компрессию прекращали. Если бы другои электрод (электрод сравнения) помещали в контрольную область (с нормальным уровнем кровотока), то ТcрО2 конечности стал бы маркером сниженного кровотока.
КОНЪЮНКТИВАЛЬНОЕ рО2
Использование в клинике конъюнктивального рО2 основывается, в частности, на том, что эпителии роговицы имеет высокую проницаемость для разнообразных газообразных веществ, включая кислород.
ПРИНЦИП МЕТОДА
Кожа взрослого человека — не идеальная поверхность для мониторинга, потому что она толстая и без искусственного нагревания относительно непроницаема для кислорода. Другое дело — конъюнктива век. Эпителий здесь состоит только из 2-4 рядов клеток, а подлежащая капиллярная сеть плотная. В связи с этим кислород легко диффундирует через эпителии, поэтому нагревать поверхность нет необходимости. Кроме того, уровень конъюнктивального рО2 может отражать рО2 во внутренней сонной артерии и, следовательно, рассматриваться как показатель доставки кислорода в центральную нервную систему.
Рис. 24-3. Чрескожное определение рО2- во время ручного пережатия бедренной артерии. Кислородный электрод на тыльной поверхности стопы. Объяснение в тексте.
В связи с преимуществом конъюнктивального рО2 была предложена пластиковая глазная пластинка, которая содержит миниатюрный электрод Кларка [8]. Пластинка покрывает поверхность глаза и имеет центральное отверстие для предупреждения повреждения роговицы.
ТОЧНОСТЬ
Конъюнктивальное рО2 точно отражает pаO2 у больных с нормальным сердечным выбросом [8]. Однако если сердечный выброс или доставка кислорода к органам и тканям уменьшается, то конъюнктивальное рО2 снижается относительно раО2 (аналогично и ТcрО2).
ЧРЕСКОЖНОЕ ИЗМЕРЕНИЕ рСО2
Причины, ограничивающее точность чрескожной регистрации pCO2 (ТcрСО2), сходные таковыми для ТcрО2. Точность измерения зависит от возраста (наиболее точно у новорождённых), толщины кожи и гемодинамического статуса. Нагревание прилегающих участков кожи повышает точность определения ТcрСО2 у взрослых, увеличивая диффузию СО2 через эпидермис [10].
ПРИНЦИП МЕТОДА
Существует два типа кожных электродов для измерения СО2. С помощью электродов 1-го типа измеряют рСО2, регистрируя изменения рН в бикарбонатсодержащем растворе, контактирующем с кожей. В другом использован принцип абсорбции инфракрасного излучения в газовой камере, которая контактирует с кожей [8]. Оба типа электродов имеют нагревательный элемент для повышения точности измерения и ускорения обработки информации.
ТОЧНОСТЬ
У взрослых больных с нормальными сердечным выбросом и артериальным давлением ТcрСО2 может довольно точно отражать раСО2 [9]. Однако при снижении сердечного выброса ниже нормы наблюдается увеличение ТcрСО2 относительно раСО2, что показано на рис. 24-2. Сдвиги ТcрСО2 при пониженном кровотоке противоположны изменениям ТcрО2 и являются следствием уменьшения выведения СО2 из крови. В результате этого расхождения определение ТcрСО2 не стало популярным методом для неинвазивного мониторинга газов крови.
СОДЕРЖАНИЕ СО2 В ВЫДЫХАЕМОМ ВОЗДУХЕ
Капнография — метод непрерывной графической регистрации концентрации СО2 в выдыхаемом воздухе. Содержание СО2 в выдыхаемом воздухе можно использовать для неинвазивного определения pаCO2 у интубированных больных [11, 12].
ПРИНЦИП МЕТОДА
Нормальная кривая элиминации СО2 из выдыхаемого воздуха показана на рис. 24-4. В начале выдоха воздух, занимающий анатомическое мёртвое пространство, первым покидает дыхательные пути, а рСО2 при этом низкое. При продолжении выдоха из лёгких начинает выходить альвеолярный воздух, а рСО2 возрастает. PCO2 растёт до тех пор, пока не достигнет плато в конце выдоха, которое остаётся практически постоянным до начала следующего вдоха. При нормальной функции лёгких рСО2 в выдыхаемом воздухе в конце спокойного выдоха (EтCO2) эквивалентно рСО2 в дистально-капиллярной (артериальной) крови.
Рис. 24-4. Инфракрасный анализатор для мониторинга СО2- в выдыхаемом воздухе. На графике показано изменение рСО2- во время спокойного выдоха. Объяснение в тексте.
Как показано на рис. 24-4, инфракрасный анализатор помещают у места выдоха. Диод на одной стороне прибора излучает инфракрасные лучи, которые проходят через выдыхаемый воздух: интенсивность их передачи измеряется на другой стороне фотодетектором. Анализатор даёт быстрый ответ, не зависящий от воздушного потока. В основу работы анализатора положена, в частности, способность углекислого газа поглощать инфракрасное излучение пропорционально содержанию CO2.
РАЗНИЦА (ГРАДИЕНТ) раСО2 - ЕтСО2
В норме раСО2 и pCO2 в конце спокойного выдоха отличаются друг от друга всего на несколько миллиметров ртутного столба [11]. При сердечно-лёгочной патологии ЕтСО2 заметно снижается по отношению к pаCO2. По изменению градиента paCO2-EтCO2 различают следующие состояния.
Высокий градиент раСО2 - ЕтСО2. В этой ситуации альвеолы из-за высокого отношения Vd/Vt недоперфузируются и переход СО2 из лёгочных капилляров в альвеолы ухудшается. К этому могут приводить:
1. Низкий сердечный выброс.
2. Чрезмерное раздувание лёгких (при ПДКВ).
3. Увеличение физиологического мёртвого пространства.
Обратный градиент раСО2 - ЕтСО2. Величина ЕтСО2, превышающая раСО2, нетипична, но следующие состояния могут привести к такой ситуации [11]:
1. Чрезмерное образование СО2 при уменьшении объёма вдыхаемого воздуха.
2. Чрезмерная альвеолярная вентиляция.
3. Высокая концентрация кислорода во вдыхаемом воздухе. Некоторые факторы могут влиять на разницу между ЕтСО2 и раСО2, поэтому целесообразно периодически исследовать газы артериальной крови, чтобы точно определить ЕтСО2.
КЛИНИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ
Необходимо регистрировать ЕтСО2 в следующих ситуациях.
Нарушения при проведении искусственной вентиляции лёгких. В качестве дублирующей системы тревоги при искусственной вентиляции лёгких могут быть полезны мониторы, включающие сигнал тревоги при внезапном снижении EтCO2. Этот сигнал может свидетельствовать об отсоединении трубок у больного или об утечке воздуха из соединительных трубок [13].
Осложнения, обусловленные длительной искусственной вентиляцией лёгких. С длительной искусственной вентиляцией лёгких связывают несколько осложнений, и изменение EтCO2 может быть их ранним признаком. Внезапное снижение EтCO2, сопровождаемое увеличением градиента paCO2 - EтCO2, наблюдается при эмболии лёгочной артерии, ателектазе, пневмонии, сепсисе и респираторном дистресс-синдроме взрослых. Беспокойство и возбуждение (нелёгочной природы) могут уменьшить ЕтСО2 без изменения разницы раСО2 - ЕтСО2.
Послеоперационная дрожь. ЕтСО2 может быть ценным показателем при мониторинге состояния больных в раннем послеоперационном периоде после применения искусственного кровообращения. Дрожь во время согревания в ряде случаев является причиной комбинированного ацидоза (респираторного и метаболического), который может быть весьма выраженным и даже опасным для жизни. Причина респираторного ацидоза — повышенная продукция СО2 при плохой вентиляции лёгких из-за остаточного действия общих анестетиков, а метаболического ацидоза — чрезмерная выработка лактата скелетной мускулатурой. Эти два процесса ведут к увеличению ЕтСО2, а его внезапное возрастание может предвещать одно из отмеченных выше осложнений. Послеоперационную дрожь и связанные с ней осложнения можно устранить путём миорелаксации или увеличением минутной вентиляции лёгких.
Отключение от респиратора. EтCO2 может применяться для оценки состояния больных во время отключения их от аппарата искусственной вентиляции лёгких [14]. Увеличение ЕтСО2 в период отключения может быть ранним признаком неэффективности мероприятия.
Видео: Длительная ИВЛ и перевод на самостоятельное дыхание в нейрореанимации (кИВЛ14д) Грицан А И
Контролируемая гипервентиляция. Мониторинг ЕтСО2 помогает поддержать необходимый уровень гипервентиляции у больных с черепно-мозговой травмой или в других случаях, когда гипервентиляция желательна для контроля внутричерепного давления. Градиент раСО2 - ЕтСО2 можно проверять периодически и использовать его для поддержания уровня ЕтСО2.
Сердечно-лёгочная реанимация. Недавно показатель EтCO2 предложили применять для оценки эффективности закрытого массажа сердца. Действительно, ЕтСО2 будет уменьшаться при снижении лёгочного кровотока, поэтому его можно использовать в качестве неинвазивного показателя кровотока во время сердечно-лёгочной реанимации. Сообщают, что ни один больной с ЕтСО2 менее 10 мм рт.ст. во время реанимации не выживает [15]. Это утверждение очень важно, и необходимо дальнейшее изучение данного вопроса.
ЛИТЕРАТУРА
Рауле JP, Severinghaus JW eds. Pulse oximetry. Berlin: Springer-Verlag, 1986.
Tremper KK, Barker SJ eds. Advances in Oxygen Monitoring. International Anesthesiology Clinics Vol 25, No. 3. Boston: Little, Brown and Company, 1987.
ОКСИМЕТРИЯ
1. Tremper KK, Barker SJ. Pulse oximetry. Anesthesiology 1989- 70:98-108.
2. Wukitsch MW, Petterson MT, Tobler DR, et al. Pulse oximetry: Analysis of theory, technology, and practice. J Clin Monit 1988- 4:290-301.
3. Chaudhary BA, Burki NK. Ear oximetry in clinical practice. Am Rev Respir Dis 1978- 17:173-175.
4. Sendak MJ, Harris AP, Donham RT. Accuracy of pulse oximetry during arterial oxy-hernoglobin desaturation in dogs. Anesthesiology 1988- 68:111-114.
ЧРЕСКОЖНОЕ ИЗМЕРЕНИЕ р0,
5. Tremper KK, Barker SJ. Transcutaneous oxygen measurement: Experimental studies and adult applications. Anesthesiol Clin 1987- 25:67-96.
6. Tremper KK, Waxman K, Bowman R, Shoemaker WC. Continuous transcutaneous oxygen monitoring during respiratory failure, cardiac decompensation, cardiac arrest, and CPR. Crit Care Med 1980: 8:377-381.
7. Moosa HH, Marakaroun MS, Peitzman AB, et al. TcPo^- values in limb ischemia: Effects of blood flow and arterial oxygen tension. J Surg Res 1986- 40:482-487.
КОНЪЮНКТИВАЛЬНОЕ рO2
8. Chapman KR, Liu FLW, Watson RM, Rebuck AS. Conjunctival oxygen tension and its relationship to arterial oxygen tension. J Clin Monit 1986- 2:100-104.
ЧРЕСКОЖНОЕ ИЗМЕРЕНИЕ рСО2
9. Greenspan GH, Block AJ, Haldeman LW, Lindsey S, Martin CS. Transcutaneous noninvasive monitoring of carbon dioxide tension. Chest 1981- S0:422-446.
10. Tremper KK, Mentelos RA, Shoemaker WC. Effect of hypercarbia and shock on transcutaneous carbon dioxide at different electrode temperatures. Crit Care Med 1980- 3:608-612.
СОДЕРЖАНИЕ СО2 В ВЫДЫХАЕМОМ ВОЗДУХЕ
11. Snyder JV, Elliot L, Grenvik A, Capnography. Clin Crit Care Med 1982- 4:100-121.
12. Carlon GC, Ray C, Miodownik S, et al. Capnography in mechanically ventilated patients. Crit Care Med 1988- 26:550-556.
13. Murray IP, Model! JH. Early detection of endotracheal tube accidents by monitoring carbon dioxide concentration in respiratory gases. Anesthesiology 1983- 59:344-346.
14. Healey CJ, Fedullo AJ, Swinburne AJ, Wahl GW. Comparison of noninvasive measurements of carbon dioxide tension during withdrawal from mechanical ventilation. Crit Care Med 1987- 35:764-767.
15. Sanders AB, Kern KB, Otto CW, et al. End-tidal carbon dioxide monitoring during cardiopulmonary resuscitation. JAMA 1989- 262:1347-1351.
Содержание
