Перспективы развития интеллектуальных режимов искусственной вентиляции легких

EDN:

Новые достижения в области медицины позволяют спасать жизни людей, находящихся в крайне тяжелом состоянии, путем внедрения в медицинскую практику высокоэффективных методов интенсивной терапии. Искусственная вентиляция легких (ИВЛ) по праву считается одним из важнейших методов интенсивной терапии, входящим в комплекс мер по поддержанию жизненно важных функций организма в критических состояниях. Являясь спасающим жизнь методом, улучшая состояние газообмена и механики дыхания, ограничивая чрезмерную нагрузку на систему дыхания и кровообращения, искусственная вентиляция легких оправдывает термин «искусственная», однако может сопровождаться различными побочными эффектами1.

Неадекватная ИВЛ повышает риск повреждения альвеол вследствие высокого давления и перерастяжения, токсического действия кислорода; может приводить к развитию ателектазов, пневмомедиасти-нума, пнемоперикарда и пневмоторакса. При проведении ИВЛ возможны осложнения в виде снижения венозного возврата, снижения сердечного выброса, повышения легочного сосудистого сопротивления, а также инфекционные осложнения2.

При проведении аппаратной ИВЛ необходимо учитывать дыхательный объем, частоту дыхательных циклов, скорость подаваемого потока газа, концентрацию кислорода в газовой смеси, и производные от них, давление в дыхательных путях на вдохе и выдохе. Важной задачей длительной ИВЛ является постоянное поддержание оптимальных режимов вентиляции, несмотря на прогрессирование патологического процесса в легких, либо при присоединении других заболеваний3.

Необходимость непрерывного поддержания оптимальных режимов в меняющихся клинических условиях требует своевременных, а желательно, превентивных действий со стороны врачей анестезиологов-реаниматологов и среднего медицинского персонала отделений и блоков интенсивной терапии и реанимации. К сожалению, не всегда удается адекватно и своевременно оптимизировать режим работы аппарата ИВЛ, а каждый эпизод гипоксии может стать причиной необратимых изменений в органах-мишенях (головной мозг, сердце, почки). Поэтому крайне важно обеспечить технические условия, позволяющие максимально разгрузить медицинский персонал с целью повышения эффективности и безопасности проведения ИВЛ [1; 2].

На наш взгляд, принципиально необходимым мероприятием является разработка, внедрение и широкое распространение в клинической практике интеллектуальных режимов ИВЛ. Главной особенностью автоматизированных систем управления ИВЛ должно являться непрерывное интерактивное взаимодействие в системе респиратор – больной, с возможностью автоматического анализа респираторных показателей пациента и своевременной регулировкой непосредственно аппаратом ИВЛ необходимых в данное время параметров вентиляции для достижения конкретно заданной цели (например, заданного дыхательного или минутного объема дыхания) [1; 3].

Цель исследования – на основе представленных в медицинской практике интеллектуальных режимах ИВЛ оценить перспективы развития аппаратной вентиляции легких, обеспечивающей улучшение прогноза пациентов, в том числе за счет снижения риска врачебных ошибок.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Коллективом авторов был проведен поиск и анализ научных публикаций в доступных электронных базах: PubMed, Google Scholar, eLibrary. Подбор статей осуществлялся по ключевым словам «искусственная вентиляция легких», «интеллектуальная система искусственной вентиляции легких», «положительное давление конца вдоха», «параметры вентиляции легких». Для сравнительного анализа представленных в медицине интеллектуальных режимов ИВЛ, их преимуществ и недостатков перед другими режимами в обзор были включены данные тематических руководств для врачей и учебных изданий, имеющих фундаментальное значение.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Учитывая опыт последних десятилетий, можно выделить несколько стимулов к развитию и совершенствованию методов респираторной поддержки пациентов с применением аппаратов ИВЛ:

• 1.    Увеличение количества пациентов с хронической дыхательной недостаточностью, нуждающихся в длительной, порой «домашней» ИВЛ.

• 2.    Появление существенных рисков возникновения ситуаций значительного увеличения количества пациентов с острой дыхательной недостаточностью (ОДН).

• 3.    Повышение числа пациентов, которым требуется своевременное и адекватное отлучение от аппарата ИВЛ.

Современные аппараты ИВЛ оснащены интеллектуальными системами управления, способными в разной мере регулировать ключевые параметры респираторной поддержки и подбирать оптимальные режимы вентиляции легких.

К ним относятся режимы, способные обеспечить4:

• 1.    Поддержание заданных объемов (дыхательного или минутного) – режимы MMV, VAPS, PLV и VS.

• 2.    Реагирование на особенности спонтанного (самостоятельного) дыхания пациента (PAV, NAVA, ATC) или обеспечение заданного объема минутной вентиляции с учетом параметров дыхания пациента (ASV).

• 3.    Обеспечение оптимальных параметров респираторной поддержки на основе расширенных данных о состоянии пациента в реальном времени (IntelliVent-ASV®) [4; 5].

Рассмотрим данные режимы более подробно.

Mandatory Minute Ventilation (MMV) -режим заданной минутной вентиляции. Аппарат ИВЛ поддерживает установленный минутный объем дыхания (МОД) при спонтанном дыхании пациента, но существует риск неадекватного увеличения частоты дыхания и избыточной вентиляции дыхательного мертвого пространства⁵.

Volume Assured Pressure Support (VAPS) и Pressure Limited Ventilation (PLV). Режимы двойного управления позволяют скорректировать настройки режима ИВЛ в течение одного вдоха и обеспечить заданный дыхательный объем, не превышая порога давления, при изменениях комплайнса и/или резистанса [5].

При настройке режима VAPS устанавливаются: давление поддержки (support pressure), целевой дыхательный объем (target tidal volume), граница тревог по давлению (позволяет аварийно переключаться на выдох), уровень потока поддержки, при котором аппарат переключается на выдох или обеспечивает управление вдохом по объему. При работе в этом режиме аппарат может либо подать недостаточный объем, либо превысить его пороговую величину 6.

Режим PLV позволяет при снижении комплайнса и/или повышении резистанса уменьшать поток и одновременно увеличивать потоковое время вдоха, то есть, не превышая пороговый уровень давления, аппарат обеспечивает заданный дыхательный объем7.

Volume Support (VS). Аппарат ИВЛ подбирает уровень давления поддержки с учетом заданного дыхательного объема. Попытки спонтанного дыхания снижают давление поддержки при уменьшении попыток вдоха пациентом, аппарат повышает уровень поддержки либо при увеличении резистанса, либо при снижении комплайнса. Если у пациента меняется глубина и ритм дыхания, например, при развитии болевого синдрома, в режиме управления потребуется участие врача [4; 5].

Proportional Assist Ventilation (PAV). Режим, при котором вдох инициируется пациентом, а переключение на выдох осуществляется по потоку. На протяжении каждого вдоха вентилятор учитывает усилие пациента и создает соответствующее давление поддержки [5]. За счет этого минимизируется несоответствие дыхания пациента и работы респиратора. Недостатки: в случае чрезмерной поддержки потоком существует риск подавления функциональной активности дыхательного центра и развитие волюмотравмы [6].

Нейро-регулируемая вспомогательная вентиляция легких (NAVA). Идея заключается в фиксации электрической активности диафрагмы (Edi) [6]. Регистрация Edi-сигнала позволяет синхронизировать усилие пациента сделать вдох и уровень вентиляционный помощи [7]. Таким образом, давление поддержки аппарата пропорционально электрической активности диафрагмы, что создает необходимую вентиляционную поддержку и предотвращает баротравму.

Анализ рандомизированных контролируемых и перекрестных исследований 2007–2020 гг. (Yuan X. и соавт.), в которых сравнивались NAVA и другие режимы ИВЛ, позволил сделать вывод, что данный режим по сравнению с другими режимами частичной поддержки улучшает показатели успешного отлучения пациентов от респиратора [8].

Режим NAVA увеличивает синхронность взаимодействия аппарата ИВЛ и больного, сокращая продолжительность ИВЛ [9].

Automated Tube Compensation (ATS). Режим разработан с целью компенсации сопротивления интубационной или трахеостомической трубки потоку кислородно-воздушной смеси. Аппарат ИВЛ компенсирует сопротивление потоку дыхательной смеси на вдохе и на выдохе [9]. К недостаткам режима следует отнести риск закрытия воздухоносных путей у больных с хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ) в момент выдоха, а также ошибки при расчете давления в трахее в случае неполной закупорки секретом интубационной / трахеостомической трубки [5].

Adaptive Support Ventilation (ASV). Режим адаптивной поддерживающей вентиляции устанавливает оптимальное соотношение количества принудительных и спонтанных вдохов в зависимости от дыхательной активности пациента [7]. Режим позволяет вентилятору доставить заданный объема минутной вентиляции и обеспечить наиболее физиологичные параметры дыхательного объема и частоты дыхания. Предотвращается применение больших дыхательных объемов, травмирующих легочную ткань, и малых объемов, вентилирующих преимущественно мертвое пространство [10].

В режиме ASV аппарат изменяет давление поддержки в зависимости от объема произведенного вдоха и подбирает частоту дыхания, обеспечивающую освобождение легких за время выдоха для следующего вдоха [11].

Однако при использовании режима ASV может потребоваться ручное управление вентиляцией легких, так как расчетные показатели мертвого пространства могут не соответствовать таковым в условиях патологического процесса [9].

В 2011 г. впервые был анонсирован режим IntelliVent-ASV (iASV). Основываясь на данных физиологических сигналов и активности пациента, аппарат способен автоматически регулировать параметры вентиляции [11]. Предполагается решение 3 основных задач ИВЛ: 1) обеспечение целевого минутного объема дыхания (МОД); 2) поддержание целевой концентрации углекислого газа (ETCO 2 ); и 3) поддержание целевого уровня насыщения крови кислородом (SpO₂) [4; 6].

Оператор устанавливает целевой МОД по антропометрическим показателям пациента, давление поддержки вдоха по принципу минимального необходимого. Далее аппарат в режиме iASV вносит поправки в настройки в зависимости от показателей пульсоксиметра и капнометра [10; 11]. Минутная вентиляция легких (МВЛ) корректируется по показателям капнометра; если уровень ETCO₂ высокий, аппарат повышает давление вдоха, увеличивая МВЛ, при уровне ETCO 2 ниже целевых значений аппарат снижает давление вдоха, что замедляет удаление СО 2 из организма [7].

Программа выбирает оптимальное соотношение FiO 2 и положительного давления в конце выдоха (ПДКВ) для поддержания целевой сатурации O 2 . Для увеличения SpO₂ сначала повышается FiO₂, а затем ПДКВ. Наоборот, при высоком уровне SpO 2 программа снижает FiO 2 , а следом – ПДКВ [7; 10].

В программе предустановлены 4 клинических сценария: вентиляция нормальных легких, вентиляция при остром респираторном дистресс-cиндроме (ОРДС), вентиляция при хронической гиперкапнии и вентиляция при повреждении мозга. При необходимости врач может вносить изменения в параметры вентиляции [10; 11].

Вентиляция в режиме iASV позволяет сократить долю ручного управления аппаратом ИВЛ, соответственно, уменьшает нагрузку на персонал отделения реанимации и интенсивной терапии (ОРИТ), по сравнению с обычными режимами вентиляции [11].

Имеются данные, что режим iASV оптимизировал вентиляцию легких, уменьшил количество случаев тяжелой гипоксемии и позволил ускорить восстановление спонтанного дыхания после операции на сердце [12].

У пациентов с тяжелой черепно-мозговой травмой (ЧМТ) вентиляция в режиме iASV эффективнее поддерживает РаСО2 в заданном диапазоне и существенно снижает необходимость в ручных настройках параметров вентиляции в сравнении со стандартным режимом ИВЛ [13].

ОБСУЖДЕНИЕ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Несмотря на расширение спектра применяемых аппаратов ИВЛ, использующих различные вспомогательные режимы респираторной поддержки, в настоящее время сохраняется необходимость разработки полностью автоматизированной системы управления аппаратами ИВЛ, способной обеспечить максимальную адаптацию режима вентиляции под изменяющиеся параметры дыхательной функции легких пациентов.

Система должна уметь самостоятельно подбирать оптимальные режимы и параметры ИВЛ, а также при взаимодействии с пользователем предлагать ему на выбор те или иные варианты коррекции. Подобный подход к решению проблемы управления режимами и параметрами ИВЛ в значительной степени повысит безопасность проведения ИВЛ. По мере накопления опыта работы с модулем оператор будет доверять ему разрешение все более сложных клинических ситуаций, в то же время оставляя за собой самые опасные и трудно интерпретируемые моменты. Программа, в свою очередь, в процессе взаимодействия с оператором будет накапливать алгоритмы и инструменты решения задачи по нормализации / оптимизации вентиляции пациентов с различными вариантами нарушения функции дыхательной системы.