Способ и устройство для измерения легочного кровотока с помощью обмена кислородом и инертным газом между легкими и кровью

Способ и устройство для измерения легочного кровотока с помощью обмена кислородом и инертным газом между легкими и кровью

Реферат

 

Изобретение относится к области медицины, в частности к измерению легочного кровотока у субъекта. Способ, устройство и трехпросветный эндобронхиальный катетер обеспечивают возможность более точного измерения легочного кровотока у субъекта. Выделяют два и более отделов дыхательной системы, включающих в себя полную газообменную часть указанной дыхательной системы, вентилируют каждый указанный отдел отдельной газовой смесью, причем по меньшей мере одна из указанных газовых смесей содержит инертный растворимый газ, определяют потребление инертного растворимого газа по меньшей мере в двух из указанных отделов, определяют величину потребления кислорода в каждом из указанных отделов, определяют концентрацию инертного растворимого газа в конце дыхательного цикла по меньшей мере в двух из указанных отделов и рассчитывают легочной кровоток по определенным величинам потребления и концентрации инертного растворимого газа в конце дыхательного цикла и величину потребления кислорода. Заявлено также устройство для измерения легочного кровотока субъекта и трехпросветный манжетный эндобронхиальный катетер для подачи отдельных газовых смесей в каждый из трех отдельных отделов дыхательной системы субъекта. 3 с. и 24 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к измерению кровотока у субъекта, более конкретно к способу и устройству для измерения легочного кровотока с помощью обмена кислородом, инертным газом между легкими и кровью, используя разделенную дыхательную систему. Изобретение особенно подходит для контроля за кровотоком/сердечным выбросом пациента, находящегося под общей анестезией, и, соответственно, будет удобно, если изобретение будет описано в связи с этим применением. Однако следует понимать, что описанные здесь способ и устройство могут использоваться для определения легочного кровотока или сердечного выброса субъекта, находящегося в сознании.

Следующее уравнение связывает сердечный выброс субъекта с показателями, измеряемыми более прямыми способами где F_Agas обозначает концентрацию инертного растворимого газа в альвеолярной газовой смеси легких, выраженную в виде фракции его парциального давления по отношению к барометрическому давлению (Вр), обозначает фракцию инертного растворимого газа в смешанной венозной крови, выраженную в виде фракции его парциального давления по отношению к общему давлению, представляет собой коэффициент Освальда растворимости инертного газа в крови, представляет собой сердечный выброс, который проходит через легочные капилляры в стенках содержащих газ альвеол, представляет собой величину потребления кровью газа из альвеол, измеренную в единицах объема при температуре тела и барометрическом давлении на единицу времени.

Это уравнение справедливо только для инертных газов. В этом отношении инертный газ растворяется в крови пропорционально его парциальному давлению, т.е. он подчиняется закону Генри. В отличие от этого реактивный газ не подчиняется закону Генри по причине его химической реакции с ингредиентами крови. Примерами реактивных газов являются кислород и двуокись углерода.

Используемый здесь термин сердечный выброс обозначает количество крови в единицу времени, которое проходит через легочные капилляры в стенках альвеол легких. Если насыщение гемоглобина O₂ субъекта составляет 100%, то весь сердечный выброс будет равен легочному кровотоку, т.е., количеству оксигенированной крови, проходящей через легочные капилляры в стенках альвеол легких. Если это насыщение меньше чем 100%, весь сердечный выброс в дополнение к легочному кровотоку включает шунтируемую кровь. Шунтируемая кровь не осуществляет транспорт O₂ из легких к ткани и поэтому может не учитываться. Шунтирование в процентах можно оценить по пульсовой оксиметрии.

Большинство используемых в настоящее время или описанных в литературе способов относятся или зависят от приведенного выше уравнения, но нельзя точно измерить без получения образца смешанной венозной крови, что повредило бы преимуществу неинвазивности крупных кровеносных сосудов катетерами, как необходимо при большинстве широко используемых в настоящее время способов измерения сердечного выброса, а именно при способе терморазведения.

Большинство газообменных способов измерения сердечного выброса, которые пытались применять, страдают от проблемы "рециркуляции", которая ограничивает их лишь прерывистыми определениями , разделенными относительно длинными интервалами времени для вымывания газа, введенного при предшествующем определении. Это ограничение частоты снятия показаний необходимо для обеспечения того, что перед тем, как было выполнено другое определение, вернулось к величине, близкой к нулю. Такое же ограничение относится также к способам, использующим реактивные газы. Термин "рециркуляция" обозначает возвращение в смешанной венозной крови обратно в легкие газа, который ранее был изъят из легких в артериальной крови.

Задачей настоящего изобретения является преодоление или, по меньшей мере, облегчение одной или более из упомянутых выше трудностей предшествующего уровня техники или, по меньшей мере, предоставление общественности способа выбора, который можно использовать.

Соответственно, в первом аспекте настоящее изобретение предоставляет способ измерения легочного кровотока у субъекта, включающий: изоляцию двух или более отделов дыхательной системы, причем указанные отделы включают полную газообменную часть указанной дыхательной системы, вентиляцию каждого указанного отдела отдельной газовой смесью, причем, по меньшей мере, одна из указанных газовых смесей включает инертный растворимый газ, определение потребления инертного растворимого газа, по меньшей мере, в двух из указанных отделов, определение потребления кислорода в каждом из указанных отделов, определение концентрации инертного растворимого газа в конце дыхательного цикла, по меньшей мере, в двух из указанных отделов, и расчет легочного кровотока по определенным величинам потребления и концентрации инертного растворимого газа в конце дыхательного цикла и потребления кислорода.

Предпочтительно изолируются два или три отдела дыхательной системы, наиболее предпочтительно три отдела.

Когда изолируются три отдела, предпочтительно, чтобы два из отделов вентилировались газовыми смесями, которые по существу сбалансированы по отношению к инертному растворимому газу, причем концентрации инертного растворимого газа в каждом из этих двух отделов отличаются друг от друга, а третий отдел вентилируется газовой смесью, которая не сбалансирована в отношении инертного растворимого газа.

Один способ изоляции двух или более отделов дыхательной системы связан с использованием многопросветного манжеточного эндобронхиального катетера.

Соответственно, во втором аспекте изобретения предоставляется устройство для измерения легочного кровотока у субъекта, включающее: многопросветный манжеточный эндобронхиальный катетер, приспособленный для обеспечения возможности подачи отдельных газовых смесей в два или более отдельных отдела дыхательной системы субъекта, причем указанные отдельные отделы включают полную газообменную часть указанной дыхательной системы, две или более дыхательные системы для подачи с одинаковой скоростью и одинаковым общим давлением различных смесей в каждый просвет указанного многопросветного катетера, два или более устройства подачи газа для доставки газовых смесей к указанным двум или более дыхательным системам, средства взятия проб для взятия образцов (i) вдыхаемого и выдыхаемого газа в каждом отделе и/или (ii) свежего потока газа и отработанного газа каждого отдела и газовый анализатор для определения концентрации газов в указанных образцах, средство определения потока для определения скорости потока (i) указанного вдыхаемого и выдыхаемого газа и/или (ii) указанного свежего потока газа и отработанного газа и обрабатывающее устройство для расчета легочного кровотока по указанным определенным концентрациям и скоростям потока.

Одним из способов, обеспечивающих то, что газовые смеси подаются в каждый просвет с одинаковой скоростью и одинаковым общим давлением, является использование с каждой дыхательной системой аппарата искусственной вентиляции легких (ИВЛ) типа "мешок в ящике" и приведение аппарата ИВЛ в действие с помощью подачи общего рабочего газа. Для специалиста в этой области будут очевидны другие способы синхронизации скорости и давления смешанного газа, подаваемого в просветы катетера.

Следует отметить, что для использования определенного выше способа измерения не существенно применение указанного устройства, но оно представляет собой особенно удобное устройство, которое можно использовать при проведении требуемых измерений.

Эндобронхиальные катетеры, имеющие более двух просветов, являются новыми и представляют третий аспект настоящего изобретения. Особенно точные результаты могут быть получены, если многопросветный, манжеточный эндобронхиальный катетер имеет три просвета.

Соответственно, в четвертом аспекте изобретения предоставляется трехпросветный, манжеточный эндобронхиальный катетер для подачи отдельных газовых смесей в каждый из трех отдельных отделов дыхательной системы субъекта, причем указанные три отдела включают полную газообменную часть указанной дыхательной системы, причем указанный катетер включает: первичную трубку, имеющую три просвета, приспособленную для введения внутрь трахеи субъекта, причем каждый из указанных просветов открывается на его верхнем конце в соединительную трубку, приспособленную для соединения с дыхательной системой, а отверстие на его нижнем конце - в выпускное отверстие для подачи газовой смеси в один из указанных отделов, одну или более раздуваемых манжет, расположенных вокруг указанной первичной трубки, и/или указанных выпускных отверстий, приспособленных для образования герметичных уплотнений внутри дыхательной системы так, что каждый из выпускных каналов способен доставлять газовую смесь в один из указанных отдельных отделов в изоляции от каждого из других отделов.

Выпускной канал может представлять собой отверстие в трубке или короткую трубку с отверстием для доставки газовой смеси в отдел дыхательной системы из просвета первичной трубки. Выпускной канал может представлять собой продолжение просвета первичной трубки или может представлять собой отверстие в нижнем конце просвета.

Трехпросветный, манжеточный эндобронхиальный катетер предпочтительно имеет раздуваемую манжету, расположенную вокруг первичной трубки и над выпускными каналами, которая приспособлена образовывать герметичное уплотнение внутри трахеи.

В особенно предпочтительном варианте реализации, как описано выше, трехпросветный катетер включает первую раздуваемую манжету в комбинации со второй раздуваемой манжетой, расположенной между первым и третьим выпускными каналами для образования второго герметичного уплотнения в правом бронхе и третьего герметичного уплотнения в бронхе, расположенном под легочной артерией, причем третье герметичное уплотнение обеспечивает возможность подачи через третий выпускной канал газовой смеси в среднюю и нижнюю доли правого легкого, а второе и третье герметичные уплотнения вместе обеспечивают возможность подачи газовой смеси через второй выпускной канал в верхнюю долю правого легкого.

Вторая раздуваемая манжета предпочтительно окружает второй выпускной канал и лежит внутри правого главного бронха и бронха, расположенного под легочной артерией.

Можно также изготовить трехпросветные катетеры с раздуваемыми манжетами, как описано выше, которые приспособлены подавать газовые смеси в правое легкое, верхнюю долю левого легкого и нижнюю долю левого легкого, хотя по техническим причинам это менее удобно.

В соответствии с настоящим изобретением измерение легочного кровотока или сердечного выброса может осуществляться через короткие интервалы в течение продолжительного периода времени при одновременном исключении проблем рециркуляции. Измерения могут производиться быстро и расчеты могут выполняться на компьютере с использованием соответствующего программного обеспечения.

Анестезия обычно подается через один аппарат ИВЛ для наркоза, но настоящее изобретение предусматривает использование нескольких аппаратов ИВЛ. Удовлетворительные результаты могут быть получены при использовании двух аппаратов ИВЛ, однако более точные результаты могут быть получены при использовании трех. Теоретически возможно дальнейшее усовершенствование при использовании более трех аппаратов ИВЛ.

Каждый аппарат ИВЛ доставляет в один отдел альвеолярного объема субъекта через его определенную ветвь бронхиального дерева его собственную индивидуальную регулируемую вентиляционную газовую смесь.

Такая структура обеспечивает то, что каждая часть общего альвеолярного газового объема (т.е полная газообменная часть дыхательной системы) вентилируется более чем через один отдел дыхательных путей. Возможное число таких отделов ограничивается только техническими соображениями.

Самый простой пример такого устройства, которое легко достичь при существующем анестезиологическом оборудовании, имеет два таких отдела, а именно левое легкое и правое легкое.

После размещения обычного эндобронхиального двухманжетного, двухпросветного катетера ("двухпросветной трубки" - например, типа Bronchocath или Robertshaw) каждое из левого легкого и правого легкого могут вентилироваться совершенно отдельными газовыми смесями, вводимыми через полностью отдельные аппараты ИВЛ, каждый из которых обеспечивается своей собственной подачей свежего газа с помощью данного устройства для доставки газа. Альтернативно, по магистралям ранее упомянутой трехпросветной трубки может легко изготавливаться на заказ двухпросветная трубка, которая вентилирует (1) верхнюю долю правого легкого и (2) остальную часть дыхательной системы, но с комбинированными первым и третьим просветами.

Субъект, у которого используется этот способ для определения сердечного выброса, может представлять собой, например, пациента, подвергающегося общей анестезии, и инертный газ может представлять собой окись азота (N₂O). В этом случае N₂O, будучи анестетическим препаратом, способствует наркотическому состоянию пациента, но это необязательно должно быть так для других инертных газов.

В этом случае весь альвеолярный объем делится на два отдела, а именно левое легкое и правое легкое, и дыхательные пути аналогичным образом делятся на два отдела, по одному для каждого легкого.

Затем каждое легкое вентилируется газовой смесью, подаваемой в него с помощью его собственного аппарата ИВЛ. Для этого подошел бы любой работающий аппарат ИВЛ. В обычном устройстве, используемом для общей анестезии под контролем анестезиолога с помощью игольчатого клапана, должен обеспечиваться приток каждого из компонентных газов в аппарат ИВЛ. В этом случае два компонентных газа представляли бы собой О₂ (используемый во всех случаях) и N₂O. Анестезиолог обычно наблюдает за скоростью потока каждого газа, которую он регулирует с помощью газового ротаметра или другого постоянно измеряющего расходомера.

Аппараты ИВЛ могут содержать канистры со свежей натронной известью для поглощения CO₂, вырабатываемой пациентом, например полузакрытые системы поглотителя или системы поглотителя закрытого цикла (ПЗСП или СЗЦ). Альтернативно, они могут не содержать натронную известь, например, системы Маpleson от А до Е. Предпочтительным типом является низкопоточный многоцелевой аппарат ИВЛ Humphrey ADE, приспосабливаемый и для поглощения натронной известью или для систем Mapleson А или Mapleson D без натронной извести. Преимуществом этой модели является низкий объем контура, который сделан возможным с помощью его конструкции с гибкой трубкой. Он также с помощью включения переключателя может легко переводиться из режима спонтанного дыхания в режим прерывистой вентиляции под положительным давлением (ПВПД).

Самым предпочтительным типом является устройство без повторного использования выдыхаемой газовой смеси, посредством которого поток свежего газа из устройства для подачи газа представляет собой также вдыхаемый газ, а выдыхаемый газ является таким же, как отработанный газ.

За исключением полностью закрытой системы каждый аппарат ИВЛ имеет контролируемый вручную или действующий автоматически клапан сброса для выпуска избыточного газа, т.е. отработанного газа, из контура.

Каждый аппарат ИВЛ может соединяться с наружным отверстием одного из просветов многопросветного эндобронхиального катетера, обычно через соединительную трубку, которая может включать катетерный патрон. Газ из аппарата ИВЛ проходит к пациенту с каждым вдохом, а выдыхаемый газ проходит другим путем во время выдоха.

Предпочтительная форма изобретения использует три аппарата ИВЛ и три отдела дыхательной системы.

Один способ осуществления этого предусматривает использование манжетного гибкого катетера маленького диаметра, проводимого по одному или другому просвету двухпросветной трубки. Он проталкивается вниз в легкие до тех пор, пока не упрется в препятствие, и манжета раздувается минимальным объемом воздуха или жидкости. Верхний конец выходит около верхнего конца большей трубки через отверстие в ее боковой поверхности, обеспечивая отсутствие утечек из большей трубки в точке выхода. Маленькая трубка вентилирует сегмент одного легкого, а большая трубка - остальное легкое. Другой просвет двухпросветной трубки функционирует, как описано в связи с описанным выше двухпросветным устройством.

Аналогичная процедура может проводиться с двумя такими маленькими катетерами, проведенными через манжетную эндобронхиальную трубку.

Манжетный гибкий катетер маленького диаметра может представлять собой, например, мочевой катетер Foley, или катетер Swan-Ganz, или им подобный, или катетер изготовленного на заказ типа.

Предпочтительная форма подразделения вентиляции альвеолярного объема на три отдела состоит из изготовленного на заказ предварительно сформированного трехпросветного катетера, аналогичного по строению двухпросветной трубке. Он называется "трехпросветной трубкой" или "трехпросветным катетером".

Трехпросветная трубка предпочтительнее описанных выше способов с использованием трех отделов, потому что ее положение в бронхиальном дереве может быть проверено при волоконо-оптической бронхоскопии, в то время как манжетный гибкий катетер помещается вслепую и склонен также к миграции после размещения вследствие его гибкости. Это может привести к окклюзии отверстия бронха, который ответвляется от просвета бронха, в котором лежит раздутая манжета катетера. Это вызовет коллапс сегмента легкого. Хотя это может произойти без серьезных непосредственных последствий, при наличии легочной патологии это может, вероятно, вызвать, например, местную инфекцию или другую местную патологию при более длительном сроке.

Следующие показатели могут контролироваться с использованием методик, известных в данной области, например, с использованием соответствующего оборудования для взятия и анализа образцов газа.

(i) Потребление и выделение субъектом одного или более видов газа из потока свежего газа, "ПСГгаза", между точкой его входа в систему и точкой его выхода из системы в потоке отработанного газа, "ПОГгаза".

(ii) Концентрация одного или более из присутствующих инертных растворимых газов в конце дыхательного цикла.

В предпочтительном варианте реализации потребление или выделение каждого отдельного вида газа при каждом дыхательном цикле измеряется на наружном конце просвета отдела эндобронхиальной трубки. Используемый здесь термин "дыхательный цикл" относится к одному дыхательному циклу. Используемый здесь термин "потребление" относится и к потреблению, и к выделению, причем выделение представляет собой отрицательную величину потребления.

Это последнее из упомянутых измерение значительно улучшает время реакции измерения сердечного выброса, т.е. его реактивность на преходящие или быстрые изменения сердечного выброса, но сердечный выброс все же может измеряться, хотя с более длительным временем реакции, если это последнее указанное измерение пропускается.

Описанное ниже устройство соответствует обычному типу анестезиологического оборудования.

Альвеолярный объем каждого отдела может обслуживаться сверху вниз с помощью устройства доставки газа, состоящего из отдельных источников потока газа, по одному для каждого типа газа, каждый с регулировкой потока и, по причинам безопасности, визуальным монитором мгновенной скорости потока каждого из отдельных потоков газа. Эти потоки газа соединяются вместе в один смешанный поток и проходят в дыхательное средство. Дыхательное средство обеспечивает возможность входа вдыхаемого газа в альвеолярный объем отдела и выхода из него или под действием нормального дыхания, или (предпочтительно) под действием аппарата ИВЛ. Отработанный газ покидает дыхательное средство в той же точке в нем. В случае использования аппарата ИВЛ типа мешок в коробке предпочтительной точкой выхода является выход из коллекторного мешка аппарата ИВЛ (гофрированного мешка).

Газ в дыхательном средстве входит в один просвет многопросветной трубки, причем для каждой комбинации средства доставки газа/дыхательного средства имеется один просвет, и во время вдоха входит в альвеолярный объем отдела. Он снова выходит из него во время выдоха. По мере того как газ входит в просвет трубки и выходит из него с постоянной низкой частотой, можно брать и анализировать его образцы. Когда для измерения величин потребления организмом используется отдельное устройство для измерения потока, оно также предпочтительно располагается здесь. Для измерения величин потребления всей системой взятие образцов для средств анализа газа и отдельных устройств измерения потока может осуществляться в двух положениях - (1) в средстве для подачи газа, между соединением потоков отдельных потоков газа и общим выпускным каналом газа и/или (2) в трубке, отводящей отработанный газ.

Существует много способов, с помощью которых можно произвести измерения величин потребления для выяснения того, измеряются ли величины потребления между "ПСГгазом" и "ПОГ-газом" отдела (величины потребления всей системой) или между вдыхаемым потоком и выдыхаемым потоком в отделе в каждый дыхательный цикл (величины потребления организмом).

Преимущество измерения величин потребления организмом перед величинами потребления всей системой состоит в том, что время реакции короче, потому что единственное изменение буферного объема представляет собой объем отдела дыхательной системы. В случае определения величин потребления всей системой буферный объем включает также объем отдела дыхательной системы.

Преимущество измерения величин потребления всей системой состоит в том, что их легче произвести, потому что тщательное смешивание газовых потоков может быть легче обеспечено и поэтому достигается большая точность.

Поскольку между этими преимуществами происходит обмен, предпочтительной тактикой является комбинированное измерение величин потребления всей системой и величин потребления организмом. Это обеспечивает возможность получения оптимальной итоговой точности и реакции.

Ниже приводятся примеры способов измерения необходимых величин потребления. Каждый из этих способов может применяться или для измерения величин потребления всей системой, или для измерения величин потребления организмом и любых из них в целом или частично. В соответствии с контекстом термин "приток" относится или к ПСГгазу отдела, или к вдыхаемому потоку в этом отделе, и аналогичным образом "отток" относится или к ПОГгазу, или к выдыхаемому потоку отдела.

Использование устройств для измерения потока Примеры устройств для измерения потока включают пневмотахограф, анемометр с нитью накала и турбинный анемометр. Подходят также другие устройства, которые точно измеряют поток газа.

Время реакции устройств для измерения потока имеет значение, если поток газа со временем меняется. Предпочтительно время реакции такое, что устройство способно точно следовать за изменениями потока. В случае определения потребления всей системой несовместимые периоды реакции приведут к еще более длительному времени измерения потребления. В случае определения потребления организмом между измерениями на вдохе и на выдохе возникнет загрязнение, делающее их бесполезными, если не используется специальный дыхательный контур.

В этом отношении магистрали взятия образцов вдыхаемого и выдыхаемого газа могут быть соединены соответственно между ветвями вдоха и выдоха аппарата ИВЛ с ППДВ и газовым анализатором. Взятие образцов и анализ газовых смесей могут координироваться с аппаратом ИВЛ так, что взятие образца и анализ вдыхаемого газа запускается, когда аппарат ИВЛ находится в его фазе вдоха, и наоборот. Это может быть достигнуто с помощью соответствующей комбинации соленоидных клапанов на магистралях взятия образцов, которые запускаются соленоидным блоком управления, координированным с работой аппарата ИВЛ.

Когда время реакции устройства совместимо с изменениями потока, быстрая реакция измеряющего поток устройства может использоваться в сочетании с быстрым газовым анализатором (БГА) для получения сигналов скорости потока отдельных видов газа .

Например, преобразованный цифровой поток сигналов от БГА, берущего образцы газовой смеси, могут представлять отдельные величины Fx (концентрация фракции в газовой смеси газа х). Этот поток может комбинироваться с соответствующим потоком сигналов или , представляющих соответственно мгновенные сигналы вдоха или выдоха от такого измеряющего поток устройства так, что каждый сигнал от БГА соответствует по времени сигналу от устройства. С помощью компьютерной обработки сигналы Fx от БГА могут умножаться на соответствующие сигналы или от устройства для образования итогового потока сигналов, каждый из которых представляет собой мгновенную скорость потока х в дыхательные пути отдела субъекта или из них и альвеолярный объем или . Интеграция этого итогового потока сигналов за интервал времени измерения t дает объем х, который прошел за это время, .

В случае определения потребления организмом выбранный интервал времени удобно представляет собой длительность вдоха или длительность выдоха, причем устройство выявляет момент перехода от вдоха к выдоху как момент нулевого потока, отделяющий положительные (направленные внутрь) величины потока от отрицательных (направленных наружу) величин.

Если таким образом при каждом дыхательном цикле измеряются проходящие внутрь и проходящие наружу величины, то разность между ними представляет собой потребление при каждом цикле дыхания U_tx, скорость потребления х, представляет собой U_tx, умноженную на частоту дыханий RR. Альтернативно, могут проводиться более прямые определения с помощью взятия средней величины , оцененной за целое число дыхательных циклов.

Алгебраически и и U_Tx = V_TIx - V_TEx Применение нерастворимого газа для измерения потока Нерастворимый газ, "маркерный газ", может добавляться с постоянной известной скоростью потока в магистраль притока, ему дают возможность смешиваться в радиальном направлении, а затем с помощью газового анализатора периодически берут образцы. Общая скорость потока газа составляет где F_Imarker представляет собой измеренную фракционную концентрацию маркерного газа.

Если частота взятия образцов и время реакции анализатора, достаточно быстрые, сигналы могут использоваться точно таким же образом как сигналы , генерируемые измеряющим поток устройством, и величины потребления любого интересующего газа могут измеряться на основании от дыхательного цикла к дыхательному циклу.

Для достижения этой цели потоки на выдохе наиболее удобно измерять с помощью использования второго маркерного газа (другой вид нерастворимого газа). В одном устройстве недалеко позади наружного конца просвета отдела многопросветной трубки к одиночной точке взятия образцов могут примыкать два отверстия подачи маркерного газа в дыхательные пути, по одному с каждой стороны. Расстояние между каждым отверстием и точкой взятия образцов достаточно для того, чтобы обеспечить возможность радиального смешивания маркерного газа в потоке газа.

Маркерный газ может представлять собой любой нетоксичный нерастворимый газ. Примеры такого газа включают гелий, азот, аргон, гексафторид серы, неон и многие другие. Он может использоваться в удобной концентрации с учетом тканевых запасов организма в случае использования газа, естественно обнаруживаемого в атмосфере. Это особенно относится к азоту, но если предполагается использовать следовые концентрации, это может также относиться к другим газам.

Устройства смещения объема V_TI может измеряться таким образом. Поршневой насос представляет собой пример использования в качестве аппарата ИВЛ при проведении соответствующей коррекции на податливость внутри дыхательного устройства. Другим более распространенным примером является гофрированный мешок аппарата ИВЛ типа "мешок в ящике", в котором объем доставляемого мешком газа может регулироваться с помощью механической остановки внутри ящика. V_TE может также измеряться с помощью смешения объема, при котором может использоваться, например, спирометр, или можно создать условия работы гофрированного мешка, похожие на работу спирометра. Самопроизвольно дышащие пациенты могут дышать в спирометр и из него. Во всех этих случаях смещение спирометра или мешка может преобразовываться в электрический сигнал с целью дальнейших расчетов.

Смешивающие устройства Измерения F_marker и F_x могут быть значительно упрощены, если перед измерениями производятся продольные смешивания дискретных объемов газа, потому что затем можно обойтись без сложных математических процессов и быстрых периодов реакции.

Смешивание может производиться с помощью пропускания газа через смешивающие камеры или с помощью их перемешивания, например, с помощью фена, или с использованием другого подобного средства любых механических рассекателей или активного смешивания.

Сдерживание однородной скоростью потока Если вдох и выдох происходят при постоянной скорости потока и в течение одного дыхательного цикла происходит достаточно большое число анализов газа, простое усреднение множества величин F_marker и F_x. упрощает расчет переноса массы, потому что в этом случае единица времени точно эквивалентна единице объема.

Предлагаемые методики газового анализа Концентрации газа могут измеряться с помощью любой подходящей методики, но форма быстрого газового анализа может предоставить наилучшие данные ввиду (а) быстрой реакции на изменение и (b) с помощью усреднения, дающего более точное определение. Подходящие устройства БГА включают масс-спектрометры, инфракрасные спектрометры, фотоакустические устройства, парамагнитные и парамагнитные акустические устройства и анализаторы рассеивания Рамана.

Расчет Предполагается, что соотношения величин потребления О₂ подотделами общего альвеолярного объема точно отражают величины их относительного легочного кровотока. Это будет определенно справедливо, если пульсовая оксиметрия покажет высокое насыщение гемоглобина 02 (например, 95-100%). (Пульсовая оксиметрия универсально используется в качестве способа мониторинга тяжело больных и находящихся под наркозом пациентов). Если насыщение гемоглобина О₂ не высокое, соотношения представляют собой потоки оксигенированной крови через подотделы.

На основании предшествующих измерений и величин может быть рассчитана следующим образом.

Расчеты будут проиллюстрированы со ссылкой на ранее описанную модель отдела, но существуют соответствующие уравнения для применения к любому числу отделов. С целью следующего математического обсуждения N₂O будет использоваться в качестве типового газа, достоверный результат также даст любой растворимый инертный газ "х".

Величины потребления N₂O соответственно для левого и правого легких управляются их соответствующими величинами альвеолярного фракционного парциального давления N₂O (F_AN2OL и F_AN2OR), фракционным давлением в смешанной венозной крови N₂O (), коэффициентом растворимости Освальда для N₂O, и соответствующим распределением сердечного выброса между легкими (): Соответствующие величины потребления в левом и правом легких измеряются одновременно так, что в каждом величина является одной и той же.

Наиболее эффективные величины для использования при расчете F_AN2OR и F_AN2OL представляют собой величины, когда две величины насколько возможно отделены друг от друга для сведения к минимуму переноса N₂O в легких и, таким образом, повышения точности измерения потребления N₂О. Предпочтительно одно легкое вентилируется газовой смесью, содержащей от 60 до 80% N₂O (растворимого инертного газа), в то время как другое легкое вентилируется газовой смесью, содержащей 0-20% N₂О, предпочтительно 0%. Более предпочтительно одно легкое вентилируется газовой смесью, содержащей в то время как другое легкое вентилируется газовой смесью, не содержащей N₂О.

Предпочтительно имеется положительное потребление в одном легком и отрицательное потребление (выведение) в другом легком.

Соотношение соответствующих величин потребления кислорода, равно отношению Это можно показать следующим образом.

В условиях общей анестезии могут быть области легких, которые плохо вентилируются, так что гемоглобин крови, проходящей через такую область, меньше чем на 100% насыщен кислородом, когда она проходит в артериальную систему.

Величина "SрО₂" является мерой насыщения в артериальной системе и представляет собой универсальный контрольный показатель. Если SрО₂ показывает, что гемоглобин насыщен (SpO₂=100%), это указывает на то, что плохо вентилируемых областей нет. В этом случае (что является обычным) потребление кислорода из любой данной области легких или из правого легкого в левое легкое строго пропорционален кровотоку через эту область легких.

Это утверждение несправедливо для потребления N₂O или любого другого газа, который не насыщает молекулу-носитель, такую как гемоглобин. В эти