Капнометрия и капнография в ветеринарной практике

Клиническая физиология обмена углекислоты

Двуокись углерода представляет собой один из двух основных конечных метаболитов организма (второй – вода) и может находиться в тканях в трех состояниях: свободном, связанном с белком и в виде карбонатиона (HCO3-). Во всех этих состояниях СО2 распределяется между тремя компартментами: быстрым, включающим сосудистое русло и хорошо кровоснабжаемые органы, промежуточным, основу которого составляют мышцы и медленным, состоящим из костной и жировой тканей. Постоянный обмен между этими пространствами позволяет поддерживать в них одинаковую концентрацию двуокиси углерода. В быстром компартменте концентрация СО2 весьма изменчива, а в медленном – наиболее инертна. Содержание двуокиси углерода в быстром компартменте в основном зависит от функционирования системы внешнего дыхания и обратно пропорционально минутному объему вентиляции. Содержание углекислоты в промежуточном и медленном компартментах зависит от скорости ее продукции и «вымывания» в кровоток.

С точки зрения реаниматолога, практическое значение имеют три аспекта обмена двуокиси углерода в человеческом организме:

1. Напряжение СО₂ как отражение эффективности вентиляции 
2. Участие СО₂ в регуляции кислотно-основного состояния в качестве одного из основных буферов
3. Влияние СО₂ на тонус сосудов, в большей степени – церебральных (гипокапния обладает вазоконстрикторным действием, гиперкапния – вазодилататорным).

Методы мониторинга двуокиси углерода и их клиническое значение

Для принятия клинических решений наиболее информативной является оценка напряжения СО₂ в плазме крови. Чаще всего эта оценка является дискретной, поскольку требует забора порций крови с последующей обработкой в газоанализаторе. В последнее время созданы специальные датчики, позволяющие непрерывно измерять величину СО₂ в крови. Однако стоимость датчиков настолько высока, что мы не будем подробно их рассматривать.

Для ориентировочной оценки парциального давления СО2 в артериальной крови (P_аСО₂) используют либо измерение концентрации углекислого газа в конечно-выдыхаемых порциях альвеолярного воздуха (P_ETСО₂), либо измерение напряжения СО₂ в тканях.

При исследовании концентрации углекислого газа в конечно-выдыхаемых порциях альвеолярного воздуха в клинической практике используют два подхода: измерение величины СО₂ (капнометрия) и графическое изображение изменений этой величины (капнография).

Измерение величины СО₂ в выдыхаемом воздухе (капнометрия)

Напряжение углекислого газа в конечной порции выдыхаемого воздуха наиболее соответствует P_аСО₂ при условии равномерной вентиляции альвеол, ненарушенных вентиляционно-перфузионных отношений, стабильном состоянии сердечно-сосудистой системы, стабильной температуре тела. В норме P_ETСО₂ на 1-3 мм рт. ст. ниже, чем P_аСО₂.

Капнометрия может быть основана на абсорбции инфракрасного излучения молекулами СО₂ или на масс-спектрометрии (Stock M.C., 1995). Второй способ – точнее, но дороже, поэтому в практической деятельности применяется редко.

Капнометры, работающие на принципах инфракрасного оптического анализа, широко распространены в мировой ветеринарной практике. Они могут иметь два способа отбора проб дыхательной смеси: непосредственно в дыхательном потоке (основной поток, mainstream analysis) и вне дыхательного потока с непрерывным отбором пробы газа (боковой поток, sidestream analysis).

Капнометрия в основном потоке (mainstream analysis).

В капнометрах основного потока (рис. 1) камера для измерения СО₂ является частью дыхательного контура. Просвет камеры анализатора, через который проходит вдыхаемый и выдыхаемый воздух - широкий с целью минимизации энергетических затрат и предупреждения обтурации мокротой. Основным достоинством приборов является небольшое время отклика в ответ на изменения концентрации углекислоты. Ограничением метода является возможность контроля СО2 только у интубированных или трахеостомированных больных.

Капнометрия в боковом потоке (sidestream analysis).

Капнометры бокового потока (рис. 2) через узкую трубку всасывают часть выдыхаемого воздуха как из дыхательного контура путем использования Т-образного переходника, так и из носовых ходов пациента. Внутри прибора находится камера для сбора анализируемого газа, источник инфракрасного излучения и сенсор, измеряющий абсорбцию излучения углекислым газом.

Достоинством капнометрии бокового потока является возможность контроля СО₂ у неинтубированных пациентов.

Использование в капнометрах основного и бокового потока довольно широкого спектра инфракрасного излучения приводит к снижению специфичности получаемых показателей: излучение поглощается не толькоСО₂, но и N₂O, а также некоторыми анестетиками, что может искажать истинную величину P_ETСО₂. Для устранения этого недостатка используют программную или аппаратную коррекцию.

Микропотоковая капнометрия

Основным достоинством микропотоковых капнометров является их специфичность, которая обеспечивается использованием не рассеивающегося инфракрасного микролуча с узким спектром, настроенного исключительно на поглощение спектра СО₂. Этот луч генерируется миниатюрным лазерным монохроматическим излучателем, величина измерительной камеры которого составляет 15 мкм3. Благодаря маленькой измерительной камере разработчикам метода удалось снизить скорость забора проб до 50 мл/мин при сохраненной точности измерения. Столь низкие скорости забора делают более надежной работу капнографа при использовании его у неинтубированных пациентов, а также у пациентов с небольшими дыхательными потоками: у детей и новорожденных. С этой целью разработаны специальные носовые канюли , Стабильность создаваемого инфракрасного излучения настолько высока, что, в отличие от капнографов других моделей, калибровки аппарата в процессе эксплуатации не требуется.

Для предупреждения конденсации влаги, секретов дыхательных путей и микробной контаминации в микропотоковых капнометрах используют специальные адаптеры. Забор газа в microstream-адаптерах производится через несколько микропортов, имеющих гидрофобное покрытие, расположенных по периметру адаптера и ориентированных в различных направлениях. Благодаря такой конструкции забор воздуха производится не из края воздушного потока, а из его середины, что позволяет минимизировать аспирацию секрета. Кроме того, забор проб становится менее зависимым от положения пациента и ориентации адаптера.

Благодаря использованию влагопроницаемой трубки для забора проб значительно уменьшается поступление воды и микроорганизмов в камеру датчика. Микропоры в трубке позволяют влаге выходить из забранной порции газа, пока она проходит по трубке. Поступление влаги и бактерий снижается также благодаря тому, что на входе в прибор расположены субмикронные фильтры. Небольшой внутренний диаметр линии забора (всего 1 мм) сохраняет поток газа по магистрали ламинарным даже при очень высокой частоте дыхания, что делает капнограмму информативной при использовании у маленьких детей и выраженной дыхательной недостаточности.

Анализ временной динамики СО₂ во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе – временнáя капнография

График зависимости концентрации углекислого газа от времени называется временнóй капнограммой или просто капнограммой. Приборы, имеющие графический дисплей, на котором отображается капнометрическая кривая, называются капнографами.

Отображение капнограммы в реальном масштабе времени позволяет оценить параметры фаз дыхания. Анализ капнограммы в замедленном темпе дает возможность визуально оценить тренд P_ETСО₂ на большом отрезке времени, например, по ходу операции.

Нормальная капнограмма (рис. 5) содержит инспираторный (фаза 0) и экспираторный (фазы I, II, III) сегменты. Угол между фазами II и III называется углом альфа, между фазой III и нисходящим сегментом капнограммы – углом бета. Рассмотрим эти фазы подробнее.

Нормальная временнáя капнограмма

Фаза 0 представляет собой часть графика от начала вдоха до начала выдоха. Она включает нисходящий сегмент и начальную часть горизонтальной линии. Горизонтальная линия отражает нулевую концентрацию углекислого газа во вдыхаемом (атмосферном) воздухе.

Следующая часть горизонтальной линии – фаза I экспираторного сегмента. В это время начинается выдох и происходит опорожнение анатомического мертвого пространства, включая механическое мертвое пространство аппарата ИВЛ.

(Мертвым пространством называется часть воздушных путей, где не происходит газообмен.  В случае аппаратного мониторинга СО₂ в формировании капнограммы выдоха принимают участие следующие типы мертвого пространства. Механическое или аппаратное мертвое пространство - состоит из эндотрахеальной трубки и соединительных шлангов. Анатомическое мертвое пространство - составляют трахея и бронхи. Альвеолярное мертвое пространство - составляет часть дыхательных путей в которой не происходит газообмен, хотя они и вентилируются).

С продолжением выдоха в анализатор начинает поступать газ, содержащий СО₂ во все возрастающих концентрациях: отмечается крутой подъем кривой. Это фаза II, во время которой датчик капнографа анализирует смесь воздуха из анатомического мертвого пространства и альвеолярного газа.

К концу выдоха, когда скорость воздушной струи снижается, концентрация СО₂ приближается к значению, которое называется концентрацией углекислого газа в конце выдоха (P_ЕТСО₂). На этом участке кривой (фаза III) концентрация СО₂ изменяется мало, поэтому он называется альвеолярным плато. В этот период в капнограф поступает газ из альвеол, содержащий наибольшее количество СО₂. Несмотря на название, график не является горизонтальным, а представляет собой постепенно повышающуюся линию. Подъем обусловлен неравномерным опорожнением альвеол с различными вентиляционно-перфузионными соотношениями, и соответственно, с разным уровнем СО₂. 

Использование мониторинга СО₂ позволяет:

• Быстро определить правильность интубации трахеи. 
• Быстро выявить нарушения в воздушном тракте (коннектор интубационной трубки, интубационная трубка, дыхательные пути) или в системе подачи воздуха (аппарат ИВЛ).
• Объективно, непрерывно, не инвазивно контролировать адекватность вентиляции.
• Распознавать нарушения в газообмене, легочном кровообращении и метаболизме.
• Обеспечивает контроль безопасного использования мало потоковых наркозных методик с присущим им экономичным расходом ингаляционных анестетиков.
• Уменьшает необходимость в частых рутинных анализах газа крови, так как тренд PetСО2 отражает тренд РаСО2. Газоанализ крови становится необходим в случаях значимого отклонения тренда PetСО2

Нормокапния и нормовентиляция

Нормокапния - P_etСО₂ должно находиться в диапазоне 4.5 – 6.0 % . Такая вентиляция называется - нормовентиляция. При нормовентиляции: - легче распознать развитие критических ситуаций, легче восстановить спонтанное дыхание. 

Гипокапния и гипервентиляция

Уровень P_etСО₂ ниже 4.5% называется гипокапнией. При наркозе наиболее частым случаем гипокапнии является гипервентиляция.

Гипокапния представляется меньшим злом, чем гиперкапния. Режим «умеренная гипервентиляция» при ИВЛ, часто используется при неврологических операциях. Снижение СО2 более2%может сопровождаться мозговой вазоконстрикцией и гипоксией мозга. Переход с ИВЛ на спонтанное дыхание может быть более продолжительным в связи со снижением чувствительности дыхательного центра. Гипоксия мозга помимо сужения сосудов, может быть обусловлена эффектом «Вериго-Бора», при котором О₂ не выходит из связи с гемоглобином и не поступает в ткани. Гипервентиляция и гипокапния угнетает активность ретикулярной формации, увеличивает вероятность развития эпилептических  припадков.

Сосуды мозга, кожи, почек, кишечника сужаются, а сосуды мышц расширяют.

Слизистые вначале ярко-красного цвета, сухие, затем бледнеют, идет уменьшение местной температуры. Нужно уметь отличать гипервентиляционный синдром от гиповолемичного (следить за Fet СО₂)Для стабилизации необходимо уменьшить минутную вентиляцию легких. Сужение сосудов почек может привести к уменьшению скорости диуреза .

Недостатки гипервентиляции:

• вазоконстрикция, приводящая к снижению коронарного и церебрального кровотока;
• избыточный дыхательный алкалоз;
• угнетение дыхательных центров;

Вывод: Если во время наркоза Ваш пациент находится в режиме «умеренной гипервентиляции» это должно обязательно контролироваться не на глазок, а по данным капнометрии.

Гиперкапния и гиповентиляция

Уровень PetСО₂ выше 6.0% называется гиперкапнией. При наркозе ,гиперкапния чаще всего встречается при гиповентиляции, обусловленной низким уровнем дыхательного объема или частоты дыхания. На капнограмме это проявляется в том, что концентрация СО2 в фазе вдоха не падает до нулевого уровня.

Несмотря на малую токсичность углекислоты, ее накопление сопровождается целым рядом патологических сдвигов и, соответственно, симптомов. Гиперкапния является первым признаком гиповентиляции и гипоксемии. Профилактика гиперкапнии предпочтительнее лечения.

При гиперкапнии можно наблюдать: снижение АД, бледность и синюшность слизичтых, периферический вазоспазм. Увеличивается сосудистая проницаемость, увеличивается выход К из внутриклеточного в интерстициальное пространство, уменьшается осморезистентность эритроцитов. Изменения на ЭКГ: расширение QRS комплекса, снижение зубца R, увеличение амплитуды зубца Т, развиваются геморрагии и дистрофические изменения. В легких: формирование ателектаза и кровоизлияния. Головной мозг: расширение сосудов-отек-смерть. Гиперкапния во время наркоза компенсируется с помощью изменения режима вентиляции легких.

Интерпретация капнограммы

Нормальная капнограмма

1. СО2 резко перестал обнаруживаться.

Если капнограмма имела нормальный вид, а затем резко оборвалась до нуля, за один выдох, наиболее вероятной причиной является нарушение герметичности контура вентиляции.

Другой возможной причиной является полная обструкция дыхательного тракта, например вызванная перекручиванием (перегибом) интубационной трубки.

2. Экспоненциальное падение PetСО₂.

Быстрое падение PetCO₂ за несколько дыхательных циклов может указывать на:

• выраженную легочную эмболию 
• остановку сердца 
• значительное падение артериального давления (сильная кровопотеря) 
• выраженную гипервентиляцию (за счет ИВЛ). 

3. Резкое возрастание PetСО2.

Внезапно появившееся резкое, но плавно проходящее возрастание PetCO₂, при концентрации СО₂ во вдыхаемом воздухе равной нулю, может быть вызвано внутривенным введением бикарбоната.

4. Постепенное снижение PetCO2.

Постепенное снижение PetCO₂ в течении нескольких минут может быть вызвано возрастанием минутной вентиляции, падением сердечного выброса, или ухудшением перфузии.

5. Постепенное возрастание PetCO2

Постепенное возрастание PetCO₂ в течении нескольких минут может быть вызвано наступлением гиповентиляции, возрастанием скорости метаболизма в результате реакции пациента на стрессовое воздействие (боль, страх, повреждение и т.п.).

6. Интубация пищевода.

При интубации пищевода небольшая концентрация СО2 может регистрироваться, благодаря ручной вентиляции через рот. После извлечения эндотрахеальной трубки и успешного ее введения некоторое время наблюдается повышенное значение PetCO2 из-за накопления СО2 при апноэ.

7. Злокачественная гипертермия.

Монитор СО₂ является быстродействующим индикатором злокачественной гипертермии. Быстрое возрастание скорости метаболизма легко обнаруживается по возрастанию PetCO₂(СО₂вдоха остается нулевым).

8. Неполная мышечная релаксация.

При неполной мышечная релаксации и недостаточной глубине наркоза у пациента сохраняется собственное дыхание “работающее” против ИВЛ. Это неглубокое спонтанное дыхание вызывает провалы на капнограмме.

9. Частичная обструкция дыхательных путей.

Искаженная форма капнограммы (с медленной скоростью нарастания) может указывать на частичную обструкцию воздушных путей. Возможной причиной обструкции может быть:

• генерализованный бронхоспазм,
• слизь в дыхательных путях,
• перегиб эндотрахеальной трубки.

10. Эффект возвратного дыхания.

Возрастание концентрации СО₂ вдоха отражает эффект возвратного дыхания, заключающийся в том, что пациент вдыхает СО₂ выдохнутый им в замкнутый контур ИВЛ (неполное поглощение СО₂ в контуре прибора ИВЛ).

11. Осцилляции капнограммы при сердечных сокращениях.

При слабом дыхании (особенно во второй половине выдоха при крайне низких скоростях потока) сердечные сокращения могут проявляться на спадающем участке капнограммы. Осцилляции капнограммы происходят из-за движения сердца против диафрагмы, вызывающего прерывистый поток воздуха в сторону эндотрахеальной трубки.

12. Восстановление естественного дыхания.

В критической ситуации пациента обычно вручную вентилируют 100% кислородом. При этом намеренно допускают рост PetCO2, чтобы запустить спонтанное дыхание. После чего пациент с не нарушенной вентиляцией быстро достигает удовлетворительной альвеолярной вентиляции.

13. Остановка сердца.

Быстрый спад высоты капнограммы, при сохранении правильной формы показывает резкое падение легочной перфузии из-за слабого сердечного выброса (1). При сердечной асистолии СО2 не транспортируется к альвеолам легочным кровотоком (2). Начинается эффективная кардиопульмональная реанимация (3). Восстановление кровотока подтверждается ростом капнограммы.

Заключение

Методы оценки содержания углекислого газа имеют очень высокий диагностический и прогностический потенциал, игнорирование которого может существенно ухудшать исходы критических состояний и качество проведения интенсивной терапии.

Оборудование для мониторинга состояния пациента