Необходимо обратить внимание, что давление, объем и поток - все измерены относительно их начальных значений (то есть, их значений в конце выдоха). Это означает, что давление вдоха измерено как изменение в давлении дыхательных путей выше РЕЕР. Это причина того, например, что уровни поддержки давления измерены относительно РЕЕР. Объем измеренный как изменение легочного объема выше ФОЕ, и изменение легочного объема в течение дыхательного периода определено как дыхательный объем (ДО). Поток измерен относительно его конечно-экспираторного значения (обычно ноль). Когда давление, объем и поток представлены как функции времени, то для управляемой объемом вентиляции и управляемой давлением вентиляции имеются характерные формы кривых (рисунок 2-2).
Заштрихованные поля показывают давление, вызванное сопротивлением; открытые поля показывают давление, вызванное эластичностью («эластической отдачей»).
Заметьте, что, если дыхательная мускулатура пациента не функционирует, давление мышц равно нулю, и вентилятор должен произвести все давление, необходимое для доставки ДО и создания потока вдоха. Наоборот, если давление вентилятора будет равно нулю (то есть, давление дыхательных путей не нарастает выше нулевой линии во время вдоха) и пациент не дышит, то не имеется никакой вентиляционной поддержки. Между этими двумя крайностями имеется бесконечное разнообразие комбинаций давления, создаваемого дыхательной мускулатурой и поддержки вентилятором, которые являются теоретически возможными для частичной вентиляционной поддержки.
Концепция мышечного давления важна по следующей причине. Имеются много вентиляторов и прикроватных мониторов легочной функции, которые обеспечивают клинициста оценками комплайнса и сопротивления системы органов дыхания, основанных на трансреспираторном давлении системы (то есть, давлении вентилятора), объеме и потоке. Все из них делают вычисления на основе этой версии уравнения движения:
Давление Вентилятора = эластичность х объем + сопротивление х поток (3)
Оно не содержит выражения для давления мышц. Это подразумевает, что любое измерение механики системы органов дыхания имеет смысл при условии, если дыхательные мышцы бездействуют. Если пациент делает дыхательное усилие в течение вспомогательного дыхания, то он добавляет неизмеренное количество движущего давления к давлению, произведенному вентилятором. Таким образом, эластичность и сопротивление, основанные только на измерениях аппаратного датчика давления дыхательных путей, недооценивают истинные значения.
Анализ взаимодействия «вентилятор-пациент» на основе математической модели предполагает надлежащее использование слова «assist»(помогать), которое является другим, часто путаемым понятием. Словарь Вебстера определяет assist как «помогать; оказывать поддержку». Из уравнения движения следует, что всякий раз, когда давление дыхательных путей (то есть, давление вентилятора) повышается выше начального в течение вдоха, вентилятор работает на пациента. Таким образом, дыхание, как считают, является вспомогательным, независимо от других дыхательных характеристик (то есть, классифицируется ли дыхание как спонтанное или принудительное). Важно не путать это значение слова «помогать» с определенными названиями режимов вентиляции (например, ASSIST / CONTROL). Изготовители вентиляторов часто присваивают названия режимам вентиляции без рассмотрения последовательности или теоретической уместности.
В уравнении движения (3), форма любой из трех переменных (то есть, давления, объема или потока, выраженных как функции времени) может быть предопределена, делая это с помощью независимой переменной и двумя другими зависимыми переменными. Этим оперируют вентиляторы. Таким образом, в течение вентиляции управляемой давлением, давление - независимая переменная, и форма кривых объема и потока зависит от формы кривой давления, а также от сопротивления и комплайнса дыхательной системы. Наоборот, в течение поток-контролируемой вентиляции, мы можем определить форму кривой потока. Это делает поток независимой переменной, и форма кривой объема зависит от формы кривой потока. Форма кривой давления зависит от формы кривой потока также как от сопротивления и комплайнса.
Таким образом, имеется теоретическая основа для классификации вентиляторов контролируемых как по давлению, так и по объему, или потоку. На рисунке 2-3 представлены критерии, для определения переменной контроля (то есть, переменной, которая является независимой).
Если формы кривых для всех трех переменных не предопределены (то есть, ни одна из переменных не может рассматриваться независимо), то вентилятор контролирует только время инспираторной и экспираторной фазы и это называется контролем времени (или по времени). С практической точки зрения, из контролирующих только время, существует несколько типов высокочастотных вентиляторов. Это существенно для понимания и интерпретации у кровати пациента показателей легочной механики (например, сопротивления, комплайнса, константы времени, и т.п.), рассчитываемых многими вентиляторами.
Наиболее существенно, что объясняется уравнением движения, это то, что любой из используемых в настоящее время вентиляторов может непосредственно контролировать только одну переменную одновременно: давление, объем или поток. Поэтому, можно думать, что вентилятор это просто машина, которая контролирует либо кривую давления дыхательных путей, либо кривую объема вдоха, или кривую потока вдоха. Таким образом, давление, объем и поток упомянуты в этом контексте как переменные контроля. Время - это переменная, которая является подразумеваемой в уравнении движения. Как показано в следующих примерах, в некоторых случаях время рассматривается как контролируемая переменная. Эта концепция позволяет нам понимать любой режим, независимо от сложности, просто наблюдая, как контроль переключается от одной переменной к другой.
Сказав, что контролируется, можно исследовать, как это происходит. Вентилятор может управляться двумя различными способами:
1. Установить значения переменных и ждать результата работы вентилятора в течение некоторого периода.
2. Установить значения, наблюдать тенденцию в работе вентилятора и изменять установленные значения соответственно, чтобы достичь желаемого результата.
В обоих случаях изменение установленных значений приводит к изменению результата. В первом случае не имеется никакой информации о произведенной вентилятором работе, чтобы произвести новый цикл дыхания (закрыть петлю). Этот тип схемы контроля называется контролем с открытой петлей (или контролем открытой петли). Во втором случае, информация о проделанной вентилятором работе используется, чтобы изменять заданные значения, что в свою очередь улучшает результат. Эта схема контроля называется контролем с закрытой петлей (или контролем (управлением) с обратной связью). Контроль с обратной связью также называется серво-контролем. Рисунок 2-4 иллюстрирует модели управления с открытой и закрытой петлей.
Чтобы выполнять контроль закрытой петли, результат работы вентилятора должен быть измерен и сравнен с рекомендованными значениями. Эти измерение и сравнение может выполнять человек. Но в современных вентиляторах, преобразователи давления и потока, и электронная схема требуют автоматического контроля закрываемой петли. Контроль закрытой петли обеспечивает преимущество более последовательной работы вентилятора в присутствие непредвиденных изменений (которые могли бы затрагивать давление, объем и поток, включая конденсацию или утечку в контуре циркуляции, обструкцию интубационной трубки, и изменения в сопротивлении системы органов дыхания и комплайнса).
Вентиляторы используют контроль закрываемой петли, чтобы поддерживать последовательно дыхательное давление, кривые объема или потока при изменении значений. Значения, представленные дыхательной системой изменяются часто как результат патологии легких. Проект вентилятора развился от простого контроля открытой петли до двойной закрытой петли или двойному контролю. Эта схема была развита, чтобы получить преимущества и управляемой давлением и управляемой объемом вентиляции. Двойной контроль обеспечивает преимущество контроля давления (то есть, ограничивая пиковое дыхательное давление, по крайней мере, в пределах установленного диапазона, избегать перерастяжения легких), в то же время поддерживая преимущества контроля объема (то есть, доставка постоянного минутного объема, даже если изменяется механика внешнего дыхания).
В настоящее время имеются два основных подхода к двойному контролю. Первый состоит в том, чтобы регулировать (приспосабливать) форму кривой давления между дыханиями. Эта схема была внедрена Siemens с режимом VolumeSupport (поддержка объемом) на SiemensServo 300. Вдох – это давление, контролируемое в пределах дыхания, но предел давления автоматически регулируется для достижения заданного целевого дыхательного объема (рисунок 2-5, вверху). Начальный предел давления (то есть, изменение в давлении дыхательных путей выше РЕЕР) установлен автоматически, основанный на расчетном значении для комплайнса системы органов дыхания (также автоматически полученный из теста дыхания):
Начальный предел давления = установленный ДО / комплайнс (4)
Если фактический ДО, основанный на начальном пределе давления, отличается от установленного ДО, предел давления регулируется (выше или ниже, но не больше, чем на 3 см H2O) для близкого соответствия установленному ДО. Этот процесс повторяется более чем несколько дыхательных циклов, пока доставленный ДО не равняется установленному. Подобный подход используется в режиме PRVC (контроль объема, регулируемый давлением) на Siemens 300.