СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ДЫХАТЕЛЬНЫХ ГАЗОВ ПАЦИЕНТА

Предлагаемая полезная модель относится к медицине, а именно к системам мониторинга дыхательных газов пациента, и предназначена для использования в случаях подключения пациента к аппарату искусственного кровообращения (АИК).
Измерение концентраций газов крови во время сложных операций, когда пациент подключен к системе искусственного кровообращения, является жизненно необходимым. На основе этих параметров рассчитываются показатели потребления кислорода и продукции углекислого газа, по которым можно судить об эффективности транспорта кислорода и углекислого газа в крови, следить за изменением транспорта газов и реагировать на изменения. Получение этих данных в реальном масштабе времени - непрерывный мониторинг, является наилучшим условием эффективного наблюдения за пациентам во многих критических ситуациях.
Эффективность газообмена может определяться на основе прямых измерений газов крови в сосудах (артериях и венах) пациента, а также на основе измерений концентраций газов дыхательной смеси на вдохе и на выдохе.
Существуют устройства, которые позволяют получить данные о газах крови в реальном масштабе времени путем прямых измерений непосредственно в сосудах пациента. Такие приборы создаются фирмами Cobe, Sarns, Baxter, Polystan. Но эти приборы имеют очень дорогостоящие расходные материалы - одноразовые коннекторы с электродами, которые вставляют в артериальную и венозную магистраль для получения данных. Это является основным препятствием для рутинного применения в искусственном кровообращении. Но так как измерение газов крови во многих ситуациях, например, при хирургических операциях, является жизненно необходимым, отбор крови для таких измерений производится несколько раз за время операции с дискретностью от 5 до 30 минут, само измерение проводится в лаборатории, а от оперативности получения этих данных часто зависит жизнь пациента. (Л.С. Локошин, Г.О. Лурье, И.И. Дементьева Искусственное и вспомогательное кровообращение в сердечно-сосудистой хирургии /Практическое пособие, Научный центр хирургии РАМН. - М., 1998, стр.61-62, phtiziatr.ru/file_downloads.php?file=2003)
Измерение и мониторинг концентраций газов в дыхательной смеси является более доступным по сравнению с прямыми измерениями газов крови. Проведение мониторинга дыхательных газов считается очень важным и даже необходимым условием эффективного наблюдения за больным с управляемым или нарушенным дыханием, а также с нормальным дыханием при угрозе его нарушения, и имеет важное значение для обеспечения безопасности пациента. Многие потенциально опасные ситуации с помощью мониторинга дыхательных газов обнаруживаются на самых ранних этапах развития, предоставляя врачу своевременную информацию для анализа и оперативного исправления развивающегося критического состояния. Непрерывное мониторирование состава газов в дыхательной смеси и анализ его тренда дают наиболее объективную диагностическую информацию о состоянии пациента при наркозе. В частности, данные о потребленных (например, кислород) и выделенных (например, углекислый газ) из крови газов, о концентрации анестезиологических газов, определяемые в режиме реального времени, позволяют судить о метаболизме пациента во время операции и предсказывать большое количество осложнений: недостаточность наркоза, острые воспалительные процессы, нарушение кровообращения и т.п.
Известно устройство - монитор газоанализа, предназначенный для измерения и отображения концентраций компонентов дыхательной газовой смеси, циркулирующей в легких пациента при проведении ингаляционного наркоза и кислородно-воздушной ингаляции в хирургических отделениях больниц и госпиталей, который изготавливается ЗАО «Завод «Электромедоборудование» и описан в руководстве по эксплуатации «Монитор газоанализа МГ-01» (ИПМГ 941433.004 РЭ). Устройство содержит монитор газоанализа (газоанализатор), а также трубку, являющуюся линией отбора проб дыхательных газов, которая одним концом соединена со специальным разъемом на передней панели прибора, а другим концом включается в дыхательный контур пациента, а именно, к «тройнику», где сходятся линии вдоха и выдоха, и интубационная трубка, идущая в легкие пациента (ИПМГ 941433.004 РЭ, п.2.2.3). С помощью устройства производится отбор пробы газовой смеси из дыхательного контура пациента, определяются концентрации газов в смеси вдыхаемой и выдыхаемой пациентом, результаты измерений отображаются на дисплее газоанализатора (фиг.1), далее проба газовой смеси направляется в систему отбора отработанных газов. Это устройство является наиболее близким к предлагаемой системе мониторинга дыхательных газов пациента. Главным недостатком описанного устройства является то, что оно не позволяет определить потребление и выделение газов при подключении пациента к аппарату искусственного кровообращения из-за отсутствия полного набора измеренных значений концентраций газов в дыхательной смеси на «выдохе» и на «вдохе».
Если отбор проб дыхательных газов производится из дыхательного контура пациента, включающего легкие пациента, где происходит газообмен между кровью и дыхательной газовой смесью, то во время выдоха пациента в тройнике присутствует выдыхаемая газовая смесь, а во время вдоха - вдыхаемая газовая смесь. Поэтому на дисплее устройства отображаются значения концентраций газов на вдохе и на выдохе. По разности концентраций на вдохе и на выдохе определяется их потребление и выделение.
Если же пациент подключен к аппарату искусственного кровообращения (например, во время хирургической операции), то кровь не циркулирует по малому кругу кровообращения (через легкие), а направляется в оксигенатор - специальное устройство, которое имеет 4 трубки: две - для газа и две - для крови, и обеспечивает функцию газообмена вместо легких (фиг.3). Поток крови поступает по входной трубке от сосуда пациента в оксигенатор, отдает углекислый газ, насыщается кислородом и по выходной трубке направляется в сосуд пациента. Свежая дыхательная смесь поступает от источника в оксигенатор по входной трубке для газа, проходит через оксигенатор, где участвует в газообмене с кровью, выходит через выходную трубку для газа и направляется к системе отбора отработанных газов, отдав часть кислорода в кровь и обогатившись углекислым газом. Таким образом, при искусственном кровообращении нет точки, где потоки «вдоха» и «выдоха» чередовались бы, как это происходит при дыхании легкими, и нет возможности контролировать состав дыхательной газовой смеси и на «вдохе», и на «выдохе». Как правило, при подключении пациента к аппарату искусственного кровообращения производится мониторинг состава газовой смеси только на выходе оксигенатора.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, заключается в создании системы мониторинга дыхательных газов пациента, позволяющей осуществлять мониторинг состава дыхательных газов, а также их потребления и выделения при подключении пациента к аппарату искусственного кровообращения на основе измерений полного набора концентраций газов на «выдохе» и на «вдохе», то есть как на выходе оксигенатора, так и на его входе.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, заключается в расширении области использования системы мониторинга дыхательных газов пациента за счет обеспечения возможности ее использования при подключении пациента к аппарату искусственного кровообращения.
Технический результат достигается тем, что в известной системе мониторинга дыхательных газов пациента, содержащей газоанализатор и соединенную с ним первую линию отбора проб дыхательных газов, дополнительно введены коммутатор потоков дыхательных газов, который включает пневматический клапан и устройство управления, а также вторая линия отбора проб дыхательных газов, предназначенная для подключения к газовому входу оксигенатора аппарата искусственного кровообращения, и третья линия отбора проб дыхательных газов, соединенная со входом влагоулавливателя и предназначенная для подключения к газовому выходу оксигенатора, при этом первый вход коммутатора соединен со второй линий отбора проб, второй вход коммутатора соединен с выходом влагоулавливателя, а выход коммутатора соединен со входом первой линии отбора проб.
Включение в состав системы коммутатора потоков дыхательных газов, содержащего пневматический клапан с устройством управления, позволяет осуществлять переключение потоков дыхательной газовой смеси, поступающих от входа оксигенатора и от его выхода, к единственной линии отбора проб дыхательных газов газоанализатора. Учитывая, что средняя частота дыхания человека составляет примерно 0,25 Гц (полный цикл дыхания «вдох-выдох» имеет длительность 4 секунды), устройство управления переключает пневматический клапан коммутатора каждые 2 секунды из одного положения в другое и обратно, при этом, при одном положении клапана обеспечивается поступление в газоанализатор свежей дыхательной смеси по соответствующей линии отбора проб дыхательных газов от входа оксигенатора (вдох), а при другом положении клапана обеспечивается поступление в газоанализатор дыхательной смеси после газообмена по другой линии отбора проб дыхательных газов от выхода оксигенатора (выдох). Таким образом имитируется дыхание пациента и обеспечивается возможность измерения полного набора концентраций дыхательных газов на «вдохе» и на «выдохе», что позволяет контролировать процесс потребления и выделения газов, когда пациент подключен к аппарату искусственного кровообращения. При подаче дыхательной смеси с выхода оксигенатора к пневматическому клапану коммутатора по линии отбора проб дыхательных газов, с целью защиты клапана от попадания влаги и его повреждения смесь пропускается через влагоулавливатель для отбора из пробы смеси конденсата, которым насыщается смесь в оксигенаторе.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами, представленными на фиг.1-3, где на фиг 1 представлен внешний вид панели отображения (дисплея) газоанализатора, на которой представляются результаты измерений и обработки данных; на фиг.2 представлена функциональная схема системы мониторинга дыхательных газов пациента; на фиг.3 представлена схема подключения системы мониторинга дыхательных газов пациента к оксигенатору при подключении пациента к аппарату искусственного кровообращения.
Система мониторинга дыхательных газов пациента (фиг.2) включает газоанализатор 1, соединенную с ним первую линию 2 отбора проб дыхательных газов, коммутатор 3 потоков дыхательных газов, содержащий пневматический клапан 4 и устройство 5 управления, вторую линию 6 отбора проб дыхательных газов, подключенную в первому входу коммутатора 3, и третью линию 8 отбора проб дыхательных газов, соединенную со входом влагоулавливателя, выход которого подключен ко второму входу коммутатора 3. Выход коммутатора 3 подключен ко входу первой линии 2 отбора проб дыхательных газов.
Система работает следующим образом.
Пациент подключен к аппарату искусственного кровообращения, кровь не циркулирует по малому кругу кровообращения (через легкие), и газообмен в крови осуществляется с помощью оксигенатора. К входной трубке для газа оксигенатора подключена вторая линия 6 отбора проб дыхательных газов, а к выходной трубке для газа оксигенатора подключена третья линия 8 отбора проб дыхательных газов системы мониторинга дыхательных газов (фиг.3). Для определения концентраций газов свежей дыхательной смеси (на «вдохе»), смесь поступает от входной трубки для газа оксигенатора через вторую линию 6 отбора проб на первый вход коммутатора 3 потоков дыхательных газов, а с выхода коммутатора 3 через первую линию 2 отбора проб в газоанализатор 1, где производятся измерения концентраций газов свежей дыхательной смеси на входе оксигенатора. Для определения концентраций газов после газообмена (на «выдохе»), отработанная дыхательная смесь поступает от выходной трубки для газа оксигенатора через третью линию 8 отбора проб и влагоулавливатель 7 на второй вход коммутатора 3 и далее - с выхода коммутатора через одну и ту же первую линию 2 отбора проб в газоанализатор 1, где производятся измерения концентраций газов отработанной дыхательной смеси с выхода оксигенатора (на «выдохе»). Влагоулавливатель 7 осуществляет отбор из пробы газовой смеси конденсата, которым насыщается газовая смесь в оксигенаторе, с целью защиты коммутатора 3 от попадания влаги и его повреждения. Коммутатор 3 осуществляет переключение потоков дыхательной газовой смеси, поступающих по второй линии 6 отбора проб и третьей линии 8 отбора проб, и попеременно направляет эти потоки в первую линию 2 отбора проб и газоанализатор 1 следующим образом: устройство 5 управления переключает пневматический клапан 4 коммутатора 3 таким образом, что в первый промежуток времени, равный полупериоду цикла дыхания человека, клапан 4 находится в положении, обеспечивающем поступление свежей дыхательной газовой смеси от второй линии 6 отбора проб к первой линии 2 отбора проб и далее к газоанализатору 1, а в следующий промежуток времени, также равный полупериоду цикла дыхания человека, клапан 4 находится в положении, обеспечивающем поступление отработанной газовой смеси от третьей линии 8 отбора проб и влагоулавливателя 7 к первой линии 2 отбора проб и далее к газоанализатору 1, затем устройство 5 управления переключает клапан 4 в предыдущее положение и цикл отбора проб повторяется. Так как средняя частота дыхания человека составляет примерно 0,25 Гц (период цикла - 4 секунды), то клапан 4 переключается из одного положения в другое через каждые 2 секунды. Таким образом каждые 2 секунды на входе газоанализатора 1 чередуются потоки, отобранные от входа и выхода оксигенатора, имитируя дыхание пациента. В газоанализаторе 1 производится определение значений концентраций газов в смеси на «вдохе» и на «выдохе», которые визуализируются на дисплее передней панели газоанализатора 1 (фиг.1) и по которым определяется количество потребленных и выделенных газов. Затем газовая смесь поступает к системе отбора отработанных газов.
Таким образом расширяется область использования системы мониторинга дыхательных газов пациента, так как предлагаемая система позволяет определять концентрации дыхательных газов в смеси не только на выходе, но и на входе оксигенатора, и тем самым обеспечивается возможность определять потребление и выделение газов в дыхательной смеси при подключении пациента к аппарату искусственного кровообращения. Проверка работоспособности предлагаемой системы мониторинга дыхательных газов пациента проведена в ФГБУ «Федеральный Центр сердца, крови и эндокринологии имени В.А. Алмазова» Министерства здравоохранения Российской Федерации.