Аппарат Гамильтона. Второе дыхание

Есть вещи, о которых мы не задумываемся. Вы не следите, сколько раз должно ударить ваше сердце в течение этой минуты. Никто не умеет осознанно контролировать напряжение сосудистой стенки, а ведь на нём основана механика поддержания кровяного давления. Если оно слишком низкое, то кровь не будет снабжать органы кислородом, питанием и выносить отходы. Если оно высокое, то появляется риск всяких неприятных вещей вроде поражений сетчатки глаза, разрывов сосудов и прочих патологий.

В обычной жизни мы не следим за тем, что нужно регулярно дышать. Тем не менее, человек умеет осознанно форсировать или замедлять своё дыхание. Эти функции относят к витальным. Они выполняются организмом в «режиме автопилота», позволяя освободить сознание для более интеллектуальных работ.

 
Любая болезнь сводится к нарушению гомеостаза, состояния динамического равновесия. Человек эволюционировал со зверским резервом прочности. Нас не так-то просто убить, однако некоторые травмы вполне способны на такое.

Это могут быть поли- и кататравмы — множественные повреждения организма, нанесённые чем-то высокоэнергетическим. Раньше такое бывало нечасто. Падение с высоты или встреча с диким животным гарантированно хоронило древнего человека. Сейчас хищники отошли на задний план. Главным источником кататравмы стали ДТП, техногенные катастрофы и остальные порождения цивилизации.

Мамонт или пещерный медведь — гордые и свирепые звери. Но даже они слабее тонны железа, которая несётся по автостраде на скорости в двести километров в час. 

Разрыв кровеносного сосуда, расположенного в головном мозге ^[1], приводит к натеканию гематомы. По факту, она похожа на синяк, только большой и внутри черепа. Физическое сдавление мозга ^[1] нарушает его функции. Наш биокомпьютер больше не способен подавать команды на органы. Те, разумеется, выбывают из игры. О последствиях нетрудно догадаться.

Главным критерием биологической смерти считается гибель коры головного мозга ^[1]. Она происходит спустя 5-8 минут после остановки дыхания и кровообращения. Сердце проживёт около 2 часов, почки и печень — до 4-х. Но какой в этом толк, если мозга ^[1] вместе с личностью уже нет?

Людей, утонувших в ледяной воде, можно спасти через полчаса. Холод замедляет все биохимические процессы, тормозя умирание. Таковы реалии современной реаниматологии. Для того, чтобы удержать организм от крутого пике, нужно заставить его дышать. Даже когда он этого не хочет. Здесь на помощь приходит искусственная вентиляция лёгких, она же ИВЛ.

ИВЛ прошла долгий путь, прежде чем стать той, которую мы знаем сейчас. Со времён Античности люди понимали, что мы зависим от газообмена в лёгких. Всё началось с дыхательных мешков, которые недалеко ушли от кузнечных приспособлений. Промышленная революция привела к появлению интубационных трубок — устройств, которые вводят в трахею через рот или нос. Оставалось решить вопрос, как обеспечить оптимальный и безопасный ток воздуха.

На данный момент каждый пятый аппарат ИВЛ вышел из цехов HAMILTON GROUP. Её основали ещё в 1947 году в Швейцарии. Данная статья будет описывать технологию искусственной вентиляции лёгких на примере аппаратов Гамильтона, так они наиболее известные.

Мало накачивать лёгкие воздухом. Важно следить за целым рядом параметров. Это объём, давление, концентрация кислорода с углекислотой, сопротивление лёгких и прочие критерии. Среди них нет мелочей.

Аппарат HAMILTON‑C1 эффективно выполняет все функции. Его используют в педиатрии, паллиативе, интенсивной терапии, а также во время операций под общим наркозом.

Читатель наверняка видел пациентов со странными трубками в носу. Этот образ популярен в кино. Так выглядит инсуффляция увлажнённым кислородом со скоростью потока до 50 л/мин.

Для пациентов с пневмонией существует НИВЛ, она же неинвазивная искусственная вентиляция лёгких. Аппарат помогает человеку дышать, а специальный шлем предотвращает утечки. Данный метод отлично показал себя в лечении вирусных пневмоний во время пандемии SARS-CoV-2.

Маска для неинвазивной вентиляции лёгких.

Тем не менее НИВЛ подходит лишь для людей в ясном сознании. Тех, чья болезнь слишком тяжела, приходится интубировать и проводить вентиляцию через интубационную трубку. Аппараты Гамильтона умеют вести адаптивную вентиляцию с помощью режимов ASV® и INTELLiVENT‑ASV. 

Работа ИВЛ в картинках:

Принципиальная схема ИВЛ. По материалам HAMILTON

Микропроцессоры в машине постоянно анализируют потребности пациента. Если он сопротивляется аппарату, процессор снижает давление в компрессоре. Когда человек хочет дышать сам, программные алгоритмы замечают попытку и дают возможность самостоятельного вдоха.

По факту, аппарат ИВЛ является высокоспециализированным роботом. Он мало похож на футуристичных дроидов, поскольку заточен под выполнение одной функции. Эта самая функция достаточно обширная, а потому включает в себя несколько фундаментальных разделов. 

Во-первых, воздух нужно где-то брать и обогащать его кислородом. В крупных больницах его раздают через систему централизованной подачи. Если условия более спартанские, воздух приходится брать из атмосферы, а кислород придёт из баллона. Насосы проталкивают газ. На входных клапанах расположены анализаторы, что непрерывно следят за составом газовой смеси. 

Это реализовано через известный оператор «IF», известный каждому кодеру. If газовый состав и его давление попадает в целевой диапазон, компьютер позволяет дать воздух пациенту. Здесь всё решает контроллер. Точные алгоритмы его работы являются коммерческой тайной, однако фундаментальные принципы можно узнать из открытых источников.

Ядро системы получает сигналы со множества датчиков. В первую очередь, это удельное содержание кислорода и углекислого газа во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе, давление и соотношения объёмов. Дело в том, что множество шлангов и трубок создают периферическое сопротивление потоку воздуха. 

Ток любого вещества бывает ламинарным и турбулентным. В первом случае воздух как бы скользит слоями. Те из них, что прилежат к стенке шланга, двигаются медленнее центральных. Турбулентные завихрения образуются там, где ровный поток встречает препятствие. Они вносят хаос в нормальную динамику смеси, так что разработчики систем ИВЛ борются с ними изо всех сил

На вдохе давление выше, чем на выдохе. Оно расширяет проводящие шланги, создавая избыточный объём. Программные алгоритмы учитывают эти фокусы со стороны физики. 
Тем не менее, контроллер говорит на языке кода, а медицинский персонал редко владеет программированием. Для облегчения коммуникации между человеком и машиной существуют операторские интерфейсы. Они выдают информацию на сенсорный экран, приводя код в визуальную и легко понятную форму.

Реанимационные больные нуждаются в круглосуточном уходе: 

Для этого в палате работает круглосуточный пост, на котором дежурит медсестра. Она наблюдает за изменениями в состоянии пациента и вызывает врача в случае необходимости. 

Значительное подспорье в этом деле — большой сенсорный экран, который выводит до 1000 характеристик дыхания:

Панель «Динамические лёгкие» показывает схему дыхательных путей пациента, дыхательный объем, податливость легких, сопротивление в дыхательных путях и синхронизацию работы аппарата ИВЛ с попытками самостоятельных вдохов.

Приложение Hamilton Connect совместимо с мобильными устройствами на iOS и Android. Через Wi-Fi аппарат ИВЛ связывается со смартфоном врача, отсылая все параметры в режиме реального времени. Это крайне важно в том случае, когда реаниматологу нужно отойти из палаты.

В приложении раскрывается возможность удалённого контроля над увлажнителем. Дело в том, что существует перспирация — процесс непрерывного испарения влаги с дыханием. Читатель может увидеть её, подышав на зеркало. Если давать пациенту сухой воздух, за сутки он потеряет около 7 мл воды на килограмм. Для человека массой в 70 кг это 1400 мл. При учащённом дыхании и лихорадке потери составляют 2-3 л за сутки. 

Увлажнители HAMILTON-H900 решают данную проблему.

Программное обеспечение увлажнителя синхронизировано с аппаратом ИВЛ и также управляется со смартфона. Таким образом создаётся возможность для создания влажной и тёплой газовой смеси.

Пневматический небулайзер AEROGEN распыляет лекарство на мелкодисперсную взвесь. Каждый акт синхронизирован с временем вдоха, дабы вся навеска препарата достигла цели.

Главное достижение кодеров компании HAMILTON состоит в разработке интеллектуальных режимов вентиляции. Система INTELLiVENT‑ASV обеспечивает защиту дыхательных путей с момента интубации. Аппарат круглосуточно анализирует биомеханику дыхания у пациента. Чем больше он пытается дышать, тем активнее система работает над поддержкой такого стремления. Она не просто вдувает воздух, а помогает естественным процессам вентиляции.

Опция «Быстрое отлучение» выявляет баланс между активным и пассивным состоянием пациента, ведь чем быстрее он отойдёт от ИВЛ — тем будет лучше для него. Так машина отучает пациента от искусственной вентиляции, снижая нагрузку на человека-оператора.

Комфорт и безопасность пациента — важнейшие направления в работе HAMILTON GROUP. Лежать в постели с трубой в горле — сомнительное удовольствие. Трахеостомические трубки вводят в трахею ниже голосовых связок. До Гамильтона такие люди не могли говорить.

Трахеостома герметично прилежит к трахее с помощью надувной манжеты. Беда в том, что при долгом носительстве этой штуковины возникают пролежни. Они могут перейти в свищи — патологические соединения пищевода и дыхательных путей. Аппараты Гамильтона самостоятельно меняют давление в манжете, позволяя стенкам трахеи отдохнуть и восстановиться. Динамический контроль давления и потока не допускает утечек воздуха.

Интеллектуальный голосовой клапан возвращает людям способность к речи. Он даёт возможность говорить и глотать даже с трахеостомой. Таким образом, пациент может позвать персонал, если ему плохо, задать вопросы врачу и пообщаться с близкими. Синхронизация с интеллектуальными режимами вентилирования создаёт баланс между дыханием и разговором.

 
Как и все медицинские технологии, ИВЛ может представлять некоторую опасность для организма пациента. В нормальных условиях воздух проходит через носоглотку, где происходит его нагревание, очистка и увлажнение. Искусственная вентиляция ведётся «напрямую», а потому её эффективность прямо зависит от расходников. Это, в первую очередь, шланги и фильтры. Их нужно регулярно менять, дабы там не селились микроорганизмы.

Проводящие элементы вроде интубационных и трахеостомических трубок необходимо регулярно менять. Мокрота, которую мы в обычном состоянии проглатываем или выплёвываем, может скапливаться в просвете трубки и нарушать свободный ток воздуха.

Аппараты Гамильтона — вовсе не панацея, однако они позволяют вывести лечение на качественно новый уровень. Чем сложнее машина, тем труднее управлять ею, и тем выше требования к персоналу. Программная оболочка выполняет функцию посредника между человеком и аппаратом, облегчая коммуникацию и переводя команды оператора на язык, понятный механике.

Глядя в ретроспективе, можно сделать вывод: принципиально новые технологии появляются редко. В основном наш прогресс объясняется непрерывным совершенствованием уже известных приборов. В этом плане HAMILTON GROUP не стоит на месте.

Автор Никита Игнатенко.