Капнограф. Методы работы и измерения с капнографом

Обновлено: 02.05.2024

В анестезиологии и реаниматологии очень важным условием эффективного наблюдения за больным с управляемым или нарушенным дыханием, а также с нормальным дыханием при угрозе его нарушения, считается проведение CO₂-мониторинга. Однако сегодня все еще можно наблюдать неоднозначное отношение некоторых медицинских специалистов к данному виду диагностики из-за недостаточного материального оснащения медицинских учреждений необходимым для осуществления подобных мероприятий, а также с недостаточной осведомленностью врачей-практиков о широких возможностях капнометрии и капнографии.

Капнометрия — это измерение и цифровое отображение концентрации или парциального давления углекислого газа во вдыхаемом и выдыхаемом газе во время дыхательного цикла пациента.

Капнография - это визуальное (графическое) изображение изменения концентрации выдыхаемого диоксида углерода (СО₂) во времени. Форма получаемой кривой (капнограмма) дает специалисту важную информацию не только о концентрации CO₂ в конце выдоха (EtCO₂), но и о целостности дыхательной системы, о физиологии пациента, а также представление о состоянии гемодинамики и скорости метаболизма.

Углекислый газ имеет высокую диффузионную способность, он легко перемещается через альвеолярно-капиллярную мембрану, не требуя для этого высокого градиента давлений между венозной кровью и газом альвеол и составляет 5-6 мм.рт.ст. Иными словами, давление СО₂ конца выдоха практически равно парциальному давлению СО₂ венозной крови(PvCO₂). Например, парциальное давление СО₂ венозной крови равно 46 мм.рт.ст., по градиенту давления СО2 будет диффундировать в область более низкого давления - альвеолу(PACO₂), пока оба давления не сравняются и не станут равны 40 мм.рт.ст.

EtCO₂ представляет собой измерение давление СО₂ именно альвеолярного газа и поэтому имеет высокое диагностическое значение.

ETCO₂ и РАСО₂ отображают состояние вентиляции и перфузии легких

На современном рынке медицинского оборудования существует два типа приборов для измерения EtCO₂: капнометры и капнографы. Капнометры измеряют лишь численное значение давление СО2 и как следствие предоставляют врачу меньше информации о вентиляции и гемодинамике пациента. Капнографы помимо численного измерения, также отображают график - капнограмму. Капнографы и капнометры могут быть как самостоятельными аппаратами, так и в виде модулей-расширения включены в мониторы пациентов, дефибрилляторы-мониторы, наркозно-дыхательные аппараты или аппараты искусственной вентиляции легких (ИВЛ).

Немного из истории создания оборудования для капнографии и капнометрии:

Первый аппарат для капнографии, работающий по принципу современных капнографов, был изобретен в Германии во время Второй мировой войны, однако он не имел никакого отношения к медицине. Используя данный прибор, немецкие военные по выбросу углекислого газа контролировали полеты реактивных снарядов ФАУ-2, направляемых на Лондон. После окончания войны патент на изобретение, в числе прочих, попал в США, где в начале 50-х годов анестезиолог Джеймс О. Элам и исследователь Макс Листон на его основе создали первый медицинский быстродействующей инфракрасный капнограф, с которым можно было уже работать в операционных отделениях. Однако, аппарат был довольно большим и неудобным. В связи с чем клиническое применение инфракрасной капнографии отложили до лучших времен. (Интересно, что в конце 40-х годов физиолог клиники Мэйо Ричард В. Стоу также разработал инфракрасный капнометр; однако, известность В. Стоу получил позднее — как изобретатель СО₂-электрода, до сих пор использующегося в клинических газоанализаторах).

Только в 70-х годах ХХ века промышленность освоила производство малогабаритных, простых и в тоже время надежных мониторов пациента с функцией капнометрии или капнографии. С этого момента капнографы быстро получили широчайшее распространение в анестезиологии и интенсивной терапии.

В 1992 году Всемирная федерация анестезиологических обществ включила в Стандарты безопасности рекомендацию об использовании капнографии при каждой общей анестезии с интубацией, хотя еще ранее, в 1989 году, в Стандарте безопасности анестезии, принятом в штате Нью-Йорк, капнография уже рассматривалась как обязательный метод мониторинга у всех интубированных больных.

Постепенно, по мере накопления и осмысления клинического опыта обнаружилось, что диагностических возможностей у метода капнографии гораздо больше, чем предполагалось вначале. Сегодня капнография успешно применяется не только для ранней диагностики проблем дыхания пациентов в процессе проведения ИВЛ и анестезии, но также правильности работы анестезиологической аппаратуры. Позволяя обнаружить многие потенциально опасные ситуации на самых ранних этапах развития, капнография (капнометрия) предоставляет врачу достаточное время для анализа и исправления развивающегося критического состояния.

Современные методы и принципы капнометрии

Концентрацию CO₂ в газовой смеси определяют различными способами. В тоже время для клинических целей подходят лишь те из них, которые отвечают определенным требованиям:

обеспечивают длительное измерение с немедленным отображением текущего значения;
обеспечивают и гарантируют достаточную точность измерения;
реализуются в надежных, компактных и нетрудоемких в обслуживании мониторах;
не нуждаются в частых калибровках;
сама процедура калибровки простая и недорогая;
не представляют даже потенциальной опасности для пациентов, включая шум, электромагнитное излучение, инкубацию инфекции и пр.

В настоящее время медицинская промышленность выпускает капнографы, работа которых основана на использовании одного из четырех методов измерения EtCO₂:

масс-спектрометрии;
рамановской спектрометрии;
инфракрасного оптического анализа;
инфракрасного оптико-акустического анализа.

В связи с более простым и дешевым устройством в последние годы именно метод инфракрасного оптического анализа получил наиболее широкое распространение в практике. Метод основан на свойстве молекул газов поглощать инфракрасное излучение разной длинны волны. Например, углекислый газ поглощает ИК-излучение с длиной волны 4,25 мкм.

Вдыхаемый и выдыхаемый газ поступает в прозрачную измерительную камеру, на которую направлен исходящий из специального источника поток инфракрасного излучения. В диапазоне его частот присутствуют и частоты, специфичные для газов, концентрацию которых определяют. Между излучателем и измерительной камерой находятся вращающийся прерыватель потока и фильтр, пропускающий лучи строго определенной длины волны. После прохождения через измерительную камеру часть излучения поглощается, а оставшаяся часть падает на фотодетектор, определяющий интенсивность светового потока. Чем больше молекул СО₂ или другого измеряемого газа содержится в камере, тем интенсивнее поглощается ИК-излучение и тем меньше ток, генерируемый фотодетектором.

Прерыватель-потока попеременно освещает ИК-лучами измерительную и эталонную камеры. Это дает возможность выявить, какая часть светового потока поглощается газовой смесью. По калибровочной зависимости между концентрацией газа и силой тока фотодетектора аппарат капнометрии рассчитывает парциальное давление углекислого газа или другого компонента газовой смеси.

Способы доставки газа в измерительную камеру современного аппарата для капнографии

Все модели капнографов (как, впрочем, и других газоанализаторов) различаются не только по принципу, лежащему в основе измерения (капнометрии), но и по способам доставки газа в измерительную камеру. Таких способов несколько:

Капнометрия в боковом потоке (вне дыхательного потока с непрерывным отбором пробы газа — Sidestream analysis);
капнометрия в основном потоке (mainstream analysis);
капнометрия в микропотоке (Microstream technology).

Капнометрия в боковом потоке

Данный способ капнометрии получил наиболее широкое распространение. Смысл его прост и заключается в следующем: из потока вдыхаемого и выдыхаемого газа (например, из интубационной трубки или наркозной маски) небольшая его часть непрерывно откачивается по тонкой пластиковой трубке и подается в измерительную камеру, расположенную внутри монитора. После выполнения анализа газ сбрасывается в атмосферу. Если мониторинг применяется во время анестезии, проводимой малопоточным методом (по закрытому контуру), то газ из капнографа возвращается в контур по другой трубке-магистрали. В этом случае перед возвратом в наркозный аппарат газ должен пройти через бактериальный фильтр. Аппараты для капнографии, работающие по этому принципу, имеют систему обезвоживания газовой смеси, встроенную газовую помпу и снабжены одноразовыми комплектами тонких газовых магистралей со специальными адаптерами для подключения к дыхательному контуру.

Достоинства капнометрии в боковом потоке:

возможность применения легких и дешевых одноразовых адаптеров для присоединения к дыхательным путям;
защищенность всех сложных, хрупких и дорогостоящих частей измерительной системы, находящихся внутри корпуса прибора;
наличие адаптеров для самых разных клинических ситуаций;
возможность мониторинга у неинтубированных больных;
возможность одновременного определения нескольких газов в одной пробе.

Недостатки системы с капнометрии в боковом потоке:

необходимость в специальном устройстве для удаления паров воды из газовой смеси;
наличие газовой помпы — самой ненадежной части системы;
повышенное время реакции измерительной системы (если это имеет значение);
затраты на приобретение расходных материалов (адаптеров, магистралей, фильтров, калибровочного газа).

Капнометрия в основном потоке

Данный способ капнометрии распространен меньше, чем предыдущий метод. Адаптер для

измерения СО₂ в данной системе является частью дыхательного контура и представляет собой устанавливаемую между интубационной трубкой и тройником контура кювету, через которую на проток проходит весь вдыхаемый и выдыхаемый газ.

Адаптеры для капнометрии в основном потоке бывают одно- или многоразовыми и стоят значительно дороже, чем таковые у аппаратов для капнографии Sidestream. На адаптер снаружи надевается съемный датчик, в который вмонтированы источник монохроматического ИК-излучения и вся измерительная система. После включения монитора пациента (НДА или ИВЛ аппарата с функцией капнографии) требуется некоторое время для разогрева самого датчика.

Достоинства капнометрии в основном потоке:

повышенное быстродействие (время реакции 30-60 мс);
отсутствие необходимости в обезвоживании газовой смеси;
оптимальна при анестезии по закрытому контуру.

Недостатки системы с капнометрией в основном потоке:

увеличенный риск смещения или перегиба интубационной трубки из-за повышенного веса устанавливаемых на ней деталей;
повышенный риск поломки самой дорогой части монитора — датчика;
невозможность определения иных газов, кроме CO₂;
невозможность использования разнообразных адаптеров;
высокая стоимость расходных материалов (адаптера, датчика).

Капнометрия в микропотоке

По сути -это вариант системы Sidestream с укороченной магистралью. Сенсор находится вне дыхательных путей, однако забор газа в Microstream-адаптерах производится сразу через несколько микропортов, имеющих гидрофобное покрытие, расположенных по периметру адаптера и ориентированных в различных направлениях. Это минимизирует аспирацию секрета, который прилипает к стенкам адаптеров и делает забор проб менее зависимым от положения пациента и ориентации адаптера. Т.е., в отличие от традиционной капнографии в аппаратах с Microstream капнометрией забор проб газа можно производить при любом положении адаптера.

Достоинства капнографии в микропотоке:

Сохранение многих преимуществ системы Sidestream (использование разнообразных легких и дешевых адаптеров, мультигазовый мониторинг, надежная защита измерительной системы);
увеличение быстродействия системы за счет резкого укорочения газовой магистрали;
уменьшение скорости откачки пробы газа в измерительную камеру до 50 мл/мин без потери качества измерения;
Возможность применения для пациентов разных возрастных категорий. Широко применяется в неонатологии.

На сегодняшний день некоторые современные фирмы предоставляют врачам возможность самостоятельно выбрать, какой из вышеперечисленных систем капнометрии пользоваться во время врачебной практики. Например, в мониторах пациентов, дефибрилляторах-мониторах, наркозно-дыхательных аппаратах и аппаратах искусственной вентиляции легких (ИВЛ) фирмы Mindray предусмотрена возможность применения как одной, так и другой технологии.

Анализ капнограммы

Вне зависимости от разновидности, выбранного Вами метода капнометрии, получаемая капнограмма выглядит одинаково. Ее минимальный уровень показывает концентрацию углекислого газа во вдыхаемом воздухе, а максимальный — в конце выдоха.

Капнограмма представляет собой график, где по оси Х отложено время, а по оси Y давление СО₂(мм.рт.ст.).

Измерение EtCO₂ происходит в точке А и соответствует PACO₂. По форме капнограммы и углам «а» и «в» врач может оценивать адекватность вентиляции пациента, гемодинамику и работу наркозного аппарата.

Терминология для капнографии стандартизирована. Инспираторная часть дыхательного цикла называется фазой 0. Экспираторная часть состоит из трех фаз:

фаза I — порция, отражающая газ анатомического мертвого пространства с низким содержание СО₂,
фаза II — порция, отражающая смесь анатомического и альвеолярного мертвого пространства,
фаза III — порция, представляющая выдыхаемый из альвеол газ. EtCO₂ измеряется в конечной точке альвеолярного плато. Значение EtCO₂ считается диагностически значимым, только при наличии альвеолярного плато.

Также на капнограмме имеются два угла: угол «а» и угол «в». На изменение угла «а» влияет асинхронность опорожнения альвеол. На изменение угла «в» влияет рециркуляция газа — при ее наличии угол возрастает, также при рециркуляции приподнимается горизонтальная часть фазы

Ниже приведены несколько вариантов капнограммы при различных ситуациях.

Повышение уровня EtCO₂ относительно исходного уровня, может наблюдаться в случаях:

Гиповентиляция вследствие разных причин;
Повышение уровня метаболизма;
Резкое повышение температуры тела (злокачественная гипертермия).

Понижение уровня EtCO₂ относительно исходного уровня, может наблюдаться в случаях:

Гипервентиляция вследствие разных причин (например, при увеличении частоты дыхания или дыхательного объема);
Снижение уровня метаболизма;
Значительное падении температуры тела.

Повышение концентрации углекислого газа на вдохе (может сопровождаться увеличение EtCO₂). Такая ситуация наблюдается при:

поломке выдыхательного клапана в дыхательном аппарате или других причинах для циркуляции выдыхаемой смеси в дыхательном контуре;
недостаточной подаче кислорода;
недостаточной эффективностью поглотителя углекислого газа;
короткой продолжительности выдоха.

Капнография является ценным методом при СЛР (сердечно-легочной реанимации), который позволяет оценить эффективность реанимационных мероприятий.

Детально оценка капнограммы описывается в руководствах по анестезиологии и реаниматологии.

Таким образом, капнометрия и капнография (в частности, капнограмма) представляют много информации для оценки состояния пациентов, находящихся на искусственной вентиляции легких или, например, во время оксигенотерапии.

(Синонимы: EtCO2, etCО2-мониторинг, CО2-мониторинг, капнометрия, капнография, капнограф, капнометрия в боковом потоке, капнометрия в прямом потоке, капнометрия в основном потоке, капнометрия в микропотоке, монитор-пациента с функцией капнометрии, монитор-пациента с капнографией, газоанализ, Миндрей представительство, Миндрей цена, представительство MINDRAY, официальный дистрибьютор Миндрей, официальный дистрибьютор MINDRAY)

Капнограф. Методы работы и измерения с капнографом

По принципу действия капнограф фирмы «Тритон-ЭлектроникС» является прибором с отбором пробы газа вне дыхательного контура (sidestream analysis), использующим метод инфракрасной абсорбционной спектроскопии. Капнограф фирмы «Тритон-ЭлектроникС» содержит ряд оригинальных решений, определивших его высокое качество:
• Построение излучателя на основе твердотельного лазера
• Применение миниатюрных охладителей для термостабилизации излучателя и приемника
• Использование материалов полученных методами нанотехнологий для обеспечения устойчивости к загрязнениям измерительной камеры

Капнограф является первым из известных нам медицинских приборов для измерения концентрации С02, в котором применяется твердотельный лазерный излучатель диапазона 4.3 мкм. Наиболее важные решения защищены патентом.
Для поддержания стабильности характеристик фотоприемника он размещен на миниатюрном охладителе, работающем на эффекте Пельтье (явление охлаждения зоны контакта разнородных металлов при протекании через него электрического тока).

Используемый лазерный излучатель имеет высокую спектральную мощность в области линии поглощения измеряемого газа и более высокий КПД по сравнению с другими видами излучателей. Высокая спектральная мощность излучателя и термостабилизация приемника позволили получить высокое отношение сигнал/шум в измерительном тракте, и как следствие, высокую точность измерений при любой температуре окружающей среды.

Использование лазерных излучателей значительно упростило конструкцию капнографа фирмы «Тритон-ЭлектроникС», повысило его надежность и точность. Лазерные излучатели могут работать с частотой модуляции излучения в десятки и сотни килогерц, что создало благоприятные возможности для повышения быстродействия прибора, и обеспечения точности измерения при всех возможных частотах дыхания пациента.

Спектр излучения лазера имеет большую ширину, чем линия поглощения С02, поэтому существует возможность построения двухканального приемника при одном излучателе и сделать всю измерительную систему миниатюрной. Один канал является опорным, второй измерительным.

В конструкции фотоприемника интегрированы узкополосные фильтры, чувствительные и вспомогательные элементы. Встроенный опорный канал имеет фильтр, настроенный на полосу 4.0 мкм, в котором нет линий поглощения основных газов. Он является эталоном, с которым сравнивается степень уменьшения мощности световой волны при абсорбции. В опорном канале измеряется мощность излучателя и оценивается действие других факторов, влияющих на точность измерения.

Измерительная камера капнографа выполнена из корунда, обработанного методами нанотехнологии для исключения оседания водного конденсата. Конструктивно капнограф фирмы «Тритон-ЭлектроникС» выполнен в виде полностью автономного, малогабаритного модуля, включающего все функциональные узлы. Модуль имеет разъемы внешнего питания и системного интерфейса.
Такое построение модуля облегчает его применение в приборах мониторинга фирмы «Тритон ЭлектроникС» и аппаратах ИВЛ других компаний.

Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.

Капнограф — это монитор для продолжительного неинвазивного измерения и отображения на дисплее концентрации углекислого газа в конце выдоха (EtCO2), концентрации углекислого газа на вдохе (FiCO2), частоты дыхания (ЧД). На дисплее монитора отображается Капнограмма.

Оксигенация и вентиляция - физиологические параметры, которые должны быть оценены как у интубированных, так и спонтанно дышащих пациентов.

Пульсоксиметрия дает информаци об оксигенации, в то время как капнография предоставляет информацию о вентиляции (как эффективно CO2 устраняется легочной системой), перфузии (как эффективно CO2 транспортируется через сосудистую систему), и метаболизме (продукция CO2 клеточным метаболизмом).

Сфера применения:

В реаниматологии и анестезиологии для контроля состояния пациента во время искусственной вентиляции легких. Очень важно контролировать режим вентиляции во избежание гипокапнии и гиперкапнии, для этого и применяется подобное оборудование.
При функциональной диагностике для определения состояния дыхательной системы пациента
В амбулаторной практике - для контроля резких изменений дыхательной системы (например, при обструктивном апноэ).

В капнографе МДГ 1201 «Микролюкс» используется технология инфракрасной спектроскопии. ИК-спектроскопия используется для измерения концентрации молекул CO2, поглощающих инфракрасное излучение. Проба вдыхаемого и выдыхаемого газа непрерывно доставляется в монитор для анализа с помощью вакуумного микронасоса. Влага и выделения пациента предварительно удаляются из пробы с помощью гидрофобного фильтра.

Читайте также: