Рассмотрим классификацию качества воздуха в помещениях по показателю концентрации углекислого газа СО2. В качестве определяющей величины принята концентрация СО2, которая добавляется к уже имеющейся концентрации в поступающем в помещение наружном воздухе. При этом концентрация СО2 наружного воздуха значительно различается в зависимости от места расположения здания. В качестве примера приводятся следующие величины:
- сельская местность- 350 ppm;
- небольшой город- 375 ppm;
- центр большого города- 400 ppm.
Увеличение количества углекислого газа в помещении происходит в результате жизнедеятельности человека. В первую очередь он образуется в организме и выводится в процессе дыхания, так же образуется при использовании открытого пламени. Классификация по добавленной концентрации определена нормативом ГОСТ Р ЕН 13779, см. табл. 1. Так для обеспечения среднего качества воздуха в помещении в небольшом городе добавленная концентрация должна быть в пределах 400-600 ppm. Учитывая, что в наружном городском воздухе уже содержится порядка 375 ppm, результирующая концентрация СО2 в помещении будет находится в пределах 775- 975 ppm.
Таблица 1-Качество воздуха в помещениях по добавленной концентрации СО 2
| Класс | Характеристика | По концентрации СО 2 , добавленной * к наружному воздуху, ppm |
| IDA 1 | Высокое качество воздуха в помещениях |
≤400 (типовое значение 350) |
| IDA 2 | Среднее качество воздуха в помещениях |
400-600 (типовое значение 500) |
| IDA 3 | Приемлемое качество воздуха в помещениях |
Описание:
Еще несколько лет назад в отечественных нормативных документах при проектировании вентиляции в помещениях с пребыванием людей СО2 учитывался только косвенно в удельных нормах воздухообмена. В зарубежных стандартах его концентрация в воздухе помещений служит индикатором содержания других более вредных загрязняющих веществ и соответствующей интенсивности вентиляции.
К вопросу о нормировании воздухообмена по содержанию CO 2 в наружном и внутреннем воздухе
И. М. Квашнин , канд. тех. наук, ведущий специалист НПП «Энергомеханика»
И. И. Гурин , директор компании Alfaintek Oy
В журнале «АВОК», № 4, 2008, была опубликована статья Ю. Д. Губернского и Е. О. Шилькрота «Сколько воздуха нужно человеку для комфорта? », которая вызвала большой интерес у специалистов. Представленный в статье материал показывает, что хотя проблеме нормирования воздухообмена по СО 2 уделяется много внимания, материала для решения этого вопроса пока не достаточно. Данная статья предлагает продолжить обсуждение этой проблеммы.
Еще несколько лет назад в отечественных нормативных документах при проектировании вентиляции в помещениях с пребыванием людей СО 2 учитывался только косвенно в удельных нормах воздухообмена. В зарубежных стандартах его концентрация в воздухе помещений служит индикатором содержания других более вредных загрязняющих веществ и соответствующей интенсивности вентиляции. Высокие концентрации углекислого и других газов в наружном воздухе больших городов приводят к необходимости выбора: либо интенсифицировать воздухообмен, вызывая цепную реакцию увеличения потребления энергоресурсов путем сжигания органического топлива с дополнительным загрязнением атмосферы (в том числе СО 2), либо производить очистку приточного воздуха от газов. Это соответствует последним исследованиям ученых о вреде двуокиси углерода для здоровья людей при повышении концентрации в два–три раза по сравнению с чистым атмосферным воздухом.
По данным современной медицины, в составе метаболических (жизнедеятельностных) выделений организма человека выявлено несколько сотен химических соединений, из которых более двухсот веществ – с поверхности кожи и свыше ста – с выдыхаемым воздухом. Одним из наиболее интересных веществ является углекислый газ. Это относительно безвредный газ по ГОСТ 12.1.007-76 относится к 4 классу опасности, он содержится в небольших количествах в составе чистого атмосферного воздуха. По данным большинства источников, его концентрация составляет примерно 0,03 % от объема (об.), то есть в 1 м 3 содержится 0,3 л, или 0,3/22,4 = 0,01339 моль (по данным БСЭ – 0,0314 % об.). Зная молекулярную массу диоксида азота 44 г/моль, легко определить его массу в 1 м 3 , а именно: 44 х 0,01339 = 0,589 г. Концентрация, соответственно, равна 589 мг/м 3 . В таких количествах углекислый газ необходим для жизнедеятельности человека. По ГОСТ 8050-85 «Двуокись углерода газообразная и жидкая. Технические условия» плотность газообразной двуокиси углерода составляет 1,839 кг/м 3 , то есть примерно в 1,5 раза больше воздуха. В таблице 1 приведены формулы перевода величин из одних единиц в другие. Как в отечественных нормативных документах, так и в зарубежных отсутствует норматив предельно допустимой концентрации углекислого газа в атмосферном воздухе. Очевидно, что содержание в воздухе СО 2 будет различным в сельской местности, небольших и крупных городах. Фоновые концентрации определяются выбросами автотранспорта, сжиганием топлива на предприятиях теплоэнергетики и работой промышленных предприятий. Затруднение заключается в том, что мониторинг за уровнем СО 2 службами Центра по гидрометеорологии не ведется. За рубежом углекислый газ, наряду с окислами азота, оксидом углерода, диоксидом серы и летучими органическими соединениями, является типичным загрязняющим веществом, которое подлежит учету при оценке наружного воздуха для проектирования систем вентиляции и кондиционирования. Европейский стандарт ЕН 13779 «Ventilation for non-residential buildings – Performance requirements for ventilation and room-conditioning systems» в качестве общего базового руководства предлагает принимать концентрацию углекислого газа в сельской местности 350 ppm, в небольших городах 400 ppm, в центрах городов 450 ppm. На самом деле она может быть существенно выше. Например, измерения в центре Москвы в безветренную погоду в конце лета в районе Садового кольца показали, что при достаточно интенсивном движении транспорта уровень СО 2 поднимался до 900 ppm (0,09 % об.). Погуляв несколько часов эту концентрацию и без приборов ощутит на себе каждый в виде головной боли.
Примечание:
С а – числовое значение концентрации в заданных единицах;
С х – числовое значение концентрации в искомых единицах;
М – молекулярная масса газа;
Р – общее давление газовой смеси, Па;
Т – температура, °К.
Одним из способов, широко применяемых на Западе, для определения требуемой интенсивности воздухообмена в общественных зданиях, является использование углекислого газа в качестве индикатора качества воздуха. По его концентрации судят о содержании других веществ, выделяемых человеком, которых в относительных концентрациях (отношение фактической концентрации к ПДК) образуется меньше. При снижении уровня СО 2 разбавлением приточным воздухом одновременно снижается уровень концентрации других веществ. Углекислый газ выбран из-за того, что его концентрацию легко измерить с достаточно высокой точностью и его массовое выделение значительно больше других вредных веществ.
Общеизвестно, что один человек в спокойном состоянии, например работник офиса, за один час потребляет 20–30 л кислорода с выделением 18–25 л углекислого газа, а при занятиях в фитнес- и тренажерных залах – до 36 л и более. Если во вдыхаемом воздухе содержится 0,03 % (об.) СО 2 , то в выдыхаемом – 3,6 % (об.), то есть возрастает более чем в 100 раз. Интенсивно выделяется углекислый газ от газовой плиты при приготовлении пищи. При возрастании содержания в воздухе значения CO2 выше определенной величины человек начинает чувствовать себя дискомфортно, может впадать в дремотное состояние, возникают головные боли, тошнота, чувство удушья. Его влияние настолько постепенное и слабое, что его трудно сразу обнаружить. Этот предел индивидуален для различных людей – мужчин и женщин, детей. Однако до недавнего времени в отечественных документах отсутствовал норматив качества воздуха помещений для углекислого газа. Лишь гигиеническими нормативами в 2006 году введена максимально разовая ПДК равная 13 790 ppm (27 000 мг/м 3) и среднесменная 4 597 ppm (9 000 мг/м 3) для воздуха рабочей зоны производственных помещений. Для сравнения: в США эти цифры составляют 30 000 ppm (58 740 мг/м 3) и 5 000 ppm (9 790 мг/м 3), соответственно. В шахтах на рабочих местах допускается концентрация 0,5 % (об.) или 5 000 ppm. В соответствии с ГОСТ 8050-85 «При концентрациях более 5 % двуокись углерода оказывает вредное влияние на здоровье человека… При этом снижается объемная доля кислорода в воздухе, что может вызвать явление кислородной недостаточности и удушья». Напомним, что максимально разовая и среднесменная концентрация ПДК воздуха рабочей зоны определяются ГОСТ 12.1.005-88 и гигиеническими нормативами ГН 2.2.5.1313-03, ГН 2.2.5.1314-03.
Для помещений жилых и общественных зданий этот норматив по-прежнему отсутствует. Коллизия возникает в связи с тем, что в соответствии со СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» , СанПиН 2.1.2.1002-00 «Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям» и др. для этих помещений норматив качества принимается равным для воздуха населенных мест (ГН 2.1.6.1338-03; ГН 2.1.6.1339-03), который, как отмечалось выше, отсутствует. Однако, в отличие от многих других загрязняющих веществ, практически не выделяющихся в помещениях, содержание двуокиси углерода интенсивно увеличивается. Интересно, что еще в справочнике Р. В. Щекина 1976 года приводится расчет требуемого воздухообмена на разбавление СО 2 одним человеком.
Европейский стандарт 2004 года предлагает разделять воздух в помещениях с пребыванием людей на категории качества от IDA 4 – низкое, IDA 2 и 3 – среднее, до IDA 1 – высокое. Предполагается несколько способов определения категории качества. Один из них оценивает превышение уровня СО 2 , как индикатора, в воздухе помещений над наружным воздухом (табл. 2).
| Таблица 2 | |||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||
Зная местонахождение здания (сельская местность, город) и уровень концентрации СО 2 в наружном воздухе легко определить его расчетное содержание в воздухе помещения. Далее приводятся рекомендации по установке определенных классов фильтров, как правило, не менее двух ступеней, для достижения необходимой чистоты воздуха в соответствии с требуемой категорией качества IDA. Это касается не только твердых пылевых частиц, но и основных газов: NO x , SO 2 , полициклических ароматических углеводородов и летучих органических соединений. Стандарт гласит: «В городской среде рекомендуется использование молекулярных (газовых) фильтров». Отметим, что по представлению ассоциации АСИНКОМ европейский стандарт принят без изменений как отечественный ГОСТ Р ЕН 13779-2007 «Вентиляция в нежилых зданиях. Технические требования к вентиляции и кондиционированию». ФГУП СТАНДАРТИНФОРМ объявило о том, что он вводится в действие с 1 октября 2008 года.
Допустимое приемлемое значение содержания углекислого газа в помещениях с пребыванием людей было установлено гигиенистами и принято, например, стандартом ASHRAE 62-1989 на уровне 1 000 ppm (1 958 мг/м 3) или 0,1 % (об.). На эту величину опираются многие авторы при расчетах воздухообмена. Это значение фигурирует в СП 2.5.1198-03 «Санитарные правила по организации пассажирских перевозок» для железнодорожных вокзалов и СанПиН 2.5.1.051-96 «Условия труда и отдыха для летного состава гражданской авиации» для кабин воздушных судов. Зная выделение СО 2 одним человеком в офисе – 18 л/ч (0,005 л/с) или 35 200 мг/ч по формуле (Л.2) СНиП 41-01-2003 требуемый расход приточного воздуха для одного человека равен
L = 35 200 / (1 958 – 589) = 25,7 м 3 /ч.
В единицах л/с и ppm L = х 106 = 7,14 л/с.
Первым отечественным документом, в котором предпринята попытка регламентировать содержание СО 2 в наружном и внутреннем воздухе, является стандарт АВОК «Здания жилые и общественные. Нормы воздухообмена» . В качестве рекомендуемой справочной предлагается предельно допустимая концентрация в наружном воздухе: сельская местность – 332 ppm (650 мг/м 3), малые города – 409 ppm (800 мг/м 3), большие города – 511 ppm (1 000 мг/м 3). Верхний допустимый предел концентрации СО 2 в помещениях жилых и общественных зданий не должен превышать концентрацию в наружном воздухе на 638 ppm (1 250 мг/м 3). В этом случае требуемый воздухообмен на 1 человека составит 28 м 3 /ч.
В результате последних исследований, проведенных индийскими учеными в городе Калькутта , было выяснено, что так же, как NO 2 , СО 2 является потенциально токсичным для человека даже в низких концентрациях, принимая во внимание его воздействие на клеточную мембрану и биохимические изменения, такие, как увеличение напряжения CO 2 в крови, увеличение концентрации ионов бикарбоната в крови и моче, ацидоз и т. д. Для выявления того, как влияет уровень СО 2 в воздухе на процессы в организме человека, были проведены замеры уровня бикарбоната в крови и в моче человека. Всего было исследовано 593 человек из жилого, коммерческого и промышленного районов города и контрольной зоны, находящейся в экологически чистой сельской местности. Уровень бикарбоната в сыворотке крови – биологический показатель влияния СО 2 – оказался в среднем на 60 % выше у жителей Калькутты, чем у жителей сельских районов, причем самым высоким он был у жителей промышленной зоны. В городе Калькутта СО 2 присутствовал в воздухе в концентрациях от 0,03 до 0,06 %. Уровень вентиляции в помещениях был адекватным почти в 75 % жилых и рабочих помещений. Принимая во внимание то, что увеличение уровня СО 2 в атмосфере ведет к увеличению его концентрации в воздухе помещения, можно сказать, что он может явиться причиной увеличение уровня бикарбоната в крови.
В своих работах , английский ученый D. S. Robertson пишет, что уровень углекислого газа в атмосфере, при котором человечество может выжить, значительно ниже, чем предполагалось, поэтому безопасный для человека уровень углекислого газа требует пересмотра. Он рассчитал максимальный безопасный для человека уровень углекислого газа в атмосфере, составляющий 426 ррm. Ученый также считает, что под влиянием углекислого газа, уровень которого выше указанной цифры, происходит снижение величины pH в сыворотке крови, что ведет к ацидозу. Симптомы начальной степени ацидоза следующие: состояние перевозбуждения и умеренная гипертензия. Далее к ним добавляются сонливость и состояние беспокойства и как следствие уменьшение желания проявлять физическую активность. Существует вероятность того, что когда концентрация углекислого газа в атмосфере достигнет 426 ppm, а это может случиться раньше, чем через два поколения, здоровье, по крайней мере, некоторой части населения Земли, ухудшится.
Финские ученые под руководством Olli Seppanen провели 21 эксперимент на основе более 30 000 испытуемых по исследованию влияния концентрации углекислого газа. Если уровень углекислого газа в офисном помещении был ниже 800 ppm (0,08 % об.), такие симптомы, как воспаление глаз, заложенность носа, воспаление носоглотки, проблемы, связанные с дыхательной системой, головная боль, усталость и сложность с концентрацией внимания, которые возникали у сотрудников при более высокой концентрации СО 2 , значительно снижались.
В пресс-релизе ежегодной конференции Европейского респираторного общества в 2006 году были опубликованы результаты исследований, проведенных в пяти странах ЕЭС группой итальянских ученых. Исследования показали, что 68 % детей испытывают на себе негативное влияние СО 2 выше уровня 1 000 ppm. У них наблюдалось тяжелое дыхание, одышка, сухой кашель и ринит чаще, чем у других детей. Были сделаны следующие выводы: у детей, находящихся в помещении с высоким уровнем СО 2 , в 3,5 раза выше риск возникновения сухого кашля и в 2 раза – развитие ринита. Они имеют более уязвимую носоглотку, чем их ровесники.
В исследовании корейских ученых о влиянии концентрации СО 2 в помещении на приступы астмы у детей, в домах и квартирах, где живут дети больные астмой, замерялся уровень содержания веществ, которые считаются основными загрязнителями воздуха в помещении, таких как СО, NO 2 , аллергены и СО 2 . В результате данных исследований были сделаны выводы о том, что самым важным фактором, влияющим на возникновение приступов астмы у детей, является только уровень концентрации СО 2 .
Принимая допустимую концентрацию СО 2 в наружном воздухе мегаполиса 450 ppm, а оптимальную во внутреннем воздухе 800 ppm требуемый воздухообмен на 1 человека составит
L = 106 = 14,29 л/с = 51,4 м 3 /ч.
Реально концентрация в наружном воздухе может быть еще выше, а внутри помещения могут быть другие источники выделения СО 2 , например при приготовлении пищи. При разности содержания СО 2 в наружном и внутреннем воздухе 100 ppm требуемый воздухообмен составит 180 м 3 /чел., что превышает разумные пределы.
В качестве одной из мер новый американский стандарт ANSI/ASHRAE Standard 62.1-2004 предусматривает динамическое изменение режимов работы вентиляции жилых и общественных зданий. Это реализуется средствами DCV (Demand-Controlled Ventilation, DCV), путем регулирования количества подаваемого свежего воздуха сверх минимально необходимого по мере изменения реально складывающейся обстановки, определяемой количеством людей, присутствующих внутри вентилируемого объема. Объективной предпосылкой к использованию в отечественной практике является значительное удешевление за последние годы инверторных схем управления скоростью вентилятора путем использования все более доступных частотно-регулируемых приводов. Технология DCV доступно рассмотрена в статье . Однако такой мерой не всегда можно добиться эффективного результата.
О другой мере по снижению содержания вредных газов в воздухе помещений П. Оле Фангер писал в своей статье : «Очистка внутреннего воздуха от газообразных загрязняющих веществ представляет собой многообещающий метод повышения качества воздуха и частичного замещения вентиляции. Разрабатываются различные методы очистки воздуха, включая сорбцию и фотокатализ. Было показано, что последний метод обладает значительной эффективностью фильтрации, которая была зафиксирована при фильтрации отдельных химических веществ, присутствующих в воздухе. Для типичной смеси из сотен химических веществ, присутствующих внутри здания в очень малых концентрациях, при использовании указанных двух методов может быть реально достижимой эффективность очистки более 80 %, то есть очистка может снизить концентрацию загрязняющих веществ и повысить качество внутреннего воздуха в пять раз. При этом очевидно, что для повышения эффективности очистки для типичных источников загрязнения внутреннего воздуха необходимы дополнительные разработки технологии очистки и проведение дальнейших исследований».
Фотокаталитическое окисление (ФКО) является очень многообещающей технологией для уменьшения летучих органических соединений (ЛОС) в воздухе помещения. Однако исследования, проведенные Национальной лабораторией Л. Беркли в 2005 и 2007 годах, показали, что метод фотокаталитического окисления уменьшает количество ЛОС в воздухе помещения, но производит формальдегид как побочный продукт. Ученые считают, что для применения данного метода необходимо провести дальнейшее изучение, с тем чтобы либо уменьшить количество формальдегидов и ацетальдегидов, получаемых в результате реакции, либо соединить эту технологию с применением газоочистителей, для того чтобы улавливать токсичные побочные продукты до того, как они попадут в помещение. К этому необходимо добавить, что ФКО не удаляет углекислый газ, а наоборот – добавляет его в помещение, так как конечными продуктами реакции должны быть СО 2 и вода.
В настоящее время наиболее безопасными для очистки воздуха от газов в помещениях, где находятся люди, можно считать фильтры, основанные на методе адсорбции загрязняющих веществ в составе приточных вентиляционных установок. В качестве фильтрующего элемента используют активированный уголь и высокоэффективные материалы. Такие фильтры уже предлагаются на климатическом рынке.
Если возможность поддержания качества воздуха на высоком уровне при помощи вентиляционных систем не представляется возможным, можно удалять его избыток бытовыми адсорберами углекислого газа.
Выводы
1. Углекислый газ является токсичным для человека даже в относительно низких концентрациях. Его нельзя рассматривать только как индикатор эффективности вентиляции. Наилучшим для человека в помещении является уровень углекислого газа, максимально приближенный к атмосферному.
2. Концентрация СО 2 требует постоянного контроля в помещениях с пребыванием людей в промышленных городах и крупных мегаполисах, где промышленность и транспорт постоянно загрязняют атмосферный воздух углекислым и другими газами. Особенно это касается детских учреждений и других общественных зданий.
3. Рост углекислого газа в атмосфере, особенно в крупных городах из-за выбросов автотранспорта, предприятий энергетики и промышленности, вызывает необходимость в увеличении воздухообмена в помещениях с пребыванием людей. Это приводит к повышенным затратам энергии и увеличению выбросов СО 2 при ее выработке. Выход из ситуации заключается в достижении разумного оптимума между количеством приточного наружного воздуха и требуемой очисткой от углекислого и других газов.
Литература
1. ГОСТ 8050-85. Двуокись углерода газообразная и жидкая. Технические условия.
2. Стандарт EN 13779:2004. Ventilation for non-residential buildings – Performance requirements for ventilation and room-conditioning systems.
3. Гигиенические нормативы ГН 2.2.5.2100-06. Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны (дополнение N 2 к ГН 2.2.5.1313-03. Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны).
4. РД-06-28-93. Правила безопасности при строительстве (реконструкции) и горнотехнической эксплуатации размещаемых в недрах объектов, не связанных с добычей полезных ископаемых.
5. СанПиН 2.2.3.570-96. Гигиенические требования к предприятиям угольной промышленности и организации работ.
6. СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование.
7. СанПиН 2.1.2.1002-00. Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям.
8. Справочник по теплоснабжению и вентиляции. Книга вторая. Вентиляция и кондиционирование воздуха / Р. В. Щекин и др. – Киев: Будiвельник, 1976.
9. СП 2.5.1198-03. Санитарные правила по организации пас-сажирских перевозок.
10. СанПиН 2.5.1.051-96. Условия труда и отдыха для летного состава гражданской авиации.
11. АВОК СТАНДАРТ – 1 2002. Здания жилые и общественные. Нормы воздухообмена. – М. : АВОК-ПРЕСС, 2002.
12. Dr. R. N. Chaudhuri, Dr. D. Sengupta. Report of the research project on evaluation of environmental N02, C02, benzene and lead exposures of Kolkata population by biological monitoring techniques.
13. D. S. Robertson. Health effects of increase in concentration of carbon dioxide in the atmosphere. Current science, vol. 90, no. 12, 25 june 2006.
14. D. S. Robertson. The rise in the atmospheric concentration of carbondioxide and the effects on human health. Med. Hypotheses, 2001, 56.
15. Olli Seppanen. Энергоэффективные системы вентиляции для обеспечения качественного микроклимата помещений // АВОК. – 2000. – № 5.
16. Stanke. В библиотеку проектировщика. Технологии DCV в системах вентиляции // Мир климата. – № 43.
17. П. Оле Фангер. Качество внутреннего воздуха в зданиях, построенных в холодном климате, и его влияние на здоровье, обучение и производительность труда людей // АВОК. – 2006. – № 2.
18. C. D. Keeling, T. P. Whorf. Atmospheric carbon dioxide record from Mauna Loa. Period of record 1958–2003. Carbon Dioxide Research Group, Scripps Institution of Oceanography, University of California, Internet source.
Воздух является смесью газов, в котором диоксид углерода (CO2) занимает по количеству лишь четвертое место, однако важнейшее значение для всего живого. Измерить концентрацию углекислого газа достаточно легко, а данные о количестве CO2 позволяют косвенно судить о содержании других веществ и использовать эти данные для анализа качества воздуха. Основной единицей измерения концентрации углекислого газа являются промилле (ppm).
При небольшом повышении уровня CO2 человек ощущает духоту, усталость, сонливость, невозможность сосредоточиться, потерю внимания, раздражительность, снижение работоспособности и т.д.
В замкнутых помещениях с недостаточной вентиляцией человек достаточно активно поглощает кислород (O2), при этом выдыхая большое количество углекислого газа, и если к перепадам содержания в воздухе кислорода человек мало восприимчив, то перепады содержания CO2 чувствуются каждой клеткой (и это не метафора) Связанно это с тем, что процесс газообмена O2 и CO2 в легких происходит за счет пассивной диффузии через мембрану клетки, а диффузионная способность CO2 в 25-30 раз выше, чем у O2, именно поэтому к изменениям концентрации CO2 в воздухе, человек очень чувствителен.
Так же существенное влияние оказывает то, что газообмен в клетках протекает нормально только при правильном значении парциального давления CO2 в крови (PA CO2). При этом как повышение, так и понижение PA CO2 приводит к тому, что ухудшается перенос O2 к клеткам, а так же к множеству других изменений. Простой пример: если задержать дыхание, то в легких ухудшается перенос O2 к клеткам, но перенос CO2 не прекращается, при этом первоначально желание сделать глубокий вдох вызывает именно рост PA CO2. Это защитная функция организма - команда нацеленная вернуть уровень PA CO2 в норму, предупреждение, что что-то не в порядке. Аналогично организм ведёт себя в душных помещениях с повышенным уровнем CO2 - появляется желание сделать глубокий вдох, открыть окно, выйти подышать на балкон или улицу.
Как видим наиболее вредным является долговременное пребывание в помещениях с высоким содержанием CO2 , именно поэтому особое внимание надо уделять домашней вентиляции и вентиляции рабочих мест. При этом наиболее правильный и энергоэффективный метод регулирования воздухообмена, это регулирование по датчику CO2 .
Применение данного метода регулирования ещё и наиболее удобно для пользователя, так как не требуется щелкать выключателями, крутить регулятор, постоянно подстраивая воздухообмен, и тем более переключать скорости на пульте управления. Пользователь вообще никак не вмешивается в работу системы вентиляции, агрегат всё регулирует автоматически и максимально точно, создавая идеальную атмосферу в помещениях независимо от постоянно изменяющихся условий.
Варианты управления по датчику CO2
Следует обратить внимание, что возможно два типа регулирования воздухообмена по датчику CO2.
Вентилирование одним агрегатом нескольких помещений
Вентилирование нескольких изолированных объемов воздуха, например квартиры, дома, нескольких офисов. Применяется в основном на бытовой линейке оборудования CAPSULE и I-VENT, а так же на приточно-вытяжных агрегатах ZENIT, ZENIT HECO. Для каждого помещения нам потребуется:
- Пропорциональный клапан на приточном канале
- Пропорциональный клапан на вытяжном канале (Если вытяжка в каждом помещении)
- Датчик CO2 для каждого помещения или вытяжного канала каждого помещения.
- VAV-система на агрегате (устанавливается заводом-изготовителем).
При появлении в помещении человека, датчиком CO2 будет регистрироваться повышение уровня CO2. Пропорциональный клапан с электроприводом будет регулировать воздухообмен на основании показаний именно своего датчика CO2. Такой вариант управления позволит максимально точно поддерживать качество воздуха в помещении, не позволяя появиться чувству нехватки воздуха, и не создавая излишнего воздухообмена.
Пример работы вентиляции по датчикам CO2 установленным в помещениях:
В помещении №2 находится один человек, и для компенсации повышения концентрации CO2 достаточно подавать в помещение 25 м³/ч, В помещении №1 же находятся два человека и для компенсации требуется подавать уже 75 м³/ч. Если из помещений выйдет по одному человеку, то в помещении №2 выделение CO2 прекратится полностью, клапан закроется, и вентилирование помещения прекратится. В помещении №1 выделение CO2 сократится, и агрегат постепенно снизит воздухообмен помещения №1 до 25 м³/ч.
ВНИМАНИЕ!!!
Применение одного датчика CO2 в вытяжном канале при наличии нескольких помещений нежелательно. Датчик CO2 будет регистрировать суммарную концентрацию углекислого газа и в обоих помещениях одинаково увеличивать воздухообмен. В результате в верхнем помещении воздухообмена недостаточно для компенсации повышения уровня CO2, а в нижнее подается излишнее количество воздуха.
Вентилирование одним агрегатом одного помещения
Вентилирование одного изолированного объема воздуха, например офиса, спортзала, производственного помещения, квартиры-студии. В этом случае нам потребуется только датчик CO2 установленный в вытяжном канале (устанавливается заводом-изготовителем). Воздухообмен будет автоматически регулироваться для поддержания требуемого уровня CO2 , независимо от изменения количества людей в помещении, а так же от их рода деятельности.
Данный вариант регулирования применяется в основном на промышленной линейке оборудования серии Zenit , Zenit HECO , CAPSULE и даже в установках i-Vent . Применение данной системы позволит организовать максимально энергоэффективную систему вентиляции, с минимальными эксплуатационными издержками и полностью автоматическим управлением.
Пример работы вентиляции по датчикам CO2 установленным в вытяжном канале:
В помещении находится один человек, и для компенсации повышения концентрации CO2 достаточно подавать в помещение 50 м³/ч, по мере увеличения в помещении количества людей увеличивается регистрируемый уровень CO2, и агрегат автоматически увеличивает количество воздуха, которое требуется подавать в помещение, для компенсации повышения уровня CO2.
Расчет системы вентиляции по CO2
Это один из вариантов расчета системы вентиляции, но, к сожалению, применяется достаточно редко, так как систем умеющих регулировать воздухообмен по датчику CO2 не слишком много. Для расчета нм понадобится знать следующие данные:
- Концентрация CO2 на улице.
- Расписание пребывания людей в обслуживаемых помещениях.
- Тип физической активности в обслуживаемых помещениях.
- Требуемый поддерживаемый уровень CO2.
Формула расчета воздухообмена для компенсации выделения CO2 одним человеком: L=(G×550)/(X2-X1)
- L - воздухообмен, м3/ч;
- X1 - концентрация CO2 в наружном (приточном) воздухе, ppm;
- X2 - допустимая концентрация CO2 в воздухе помещения, ppm;
- G - количество CO2 выделяемое одним человеком, л/час;
- 550 – преобразование значений X1 и X2 из ppm в г/м3.
Данные для G и концентрации CO2 на улице подбираются из таблиц.
Пример расчета квартиры с количеством проживающих 3 чел.
Для данных условий наиболее подходящим будет агрегат Zenit-350 Heco .
Если составить расписание дня, то можно будет увидеть картину изменения воздухообмена в течение дня, в зависимости от выделения CO2 в квартире.
Как видим даже по усредненному расписанию график изменения воздухообмена весьма существенный, в реальности же система постоянно регулирует воздухообмен, практически не имея на графике «полок». При этом, если агрегат подобран верно, в данном случае это Zenit-350 Heco, то значение CO2 в квартире всегда будет неизменно.
*Для расчета не принципиально, какой тип управления агрегатом по CO2 применяется. Это может быть как датчик в вытяжном канале, если это вентиляция квартиры студии, так и комнатные датчики CO2 совместно с
Данная информация предназначена для специалистов в области здравоохранения и фармацевтики. Пациенты не должны использовать эту информацию в качестве медицинских советов или рекомендаций.
Основы СО 2 мониторинга
Практическое руководство (по материалам фирмы Datex)
Новосибирск 1995 г.
1.Введение 2
2.Что такое капнограмма. 3
3.Как образуется СО 2 в выдыхаемом воздухе 4
4.Почему измеряется PetCO 2 6
5.Диагностика гипер- и гиповентиляции 7
6.Интерпретация капнограммы и тренда СО 2 9
7.Практическое руководство по СО2 мониторингу 15
8.СО2 мониторинг в посленаркозный период 16
Приложение 18
Практическое руководство составлено по материалам фирмы Datex научно-производственной фирмой ЗАО “ЛАСПЕК”
Перевод и компьютерная верстка - Д.Е. Грошев
Редактор к.м.н. - О.В. Гришин.
1 Введение.
Эти методические рекомендации рассчитаны на анестезиологов и реаниматологов, не знакомых с СО 2 -мониторингом, и имеют целью в простой форме ответить на вопрос: "зачем и как производится СО 2 -мониторинг?”. Освоение нескольких основных принципов СО 2 -мониторинга обеспечивает врача богатой информацией о состоянии пациента и функционировании наркозной аппаратуры. Список литературы, рекомендуемой для более подробного изучения, приведен в разделе "Справочная литература".
Проведение СО 2 -мониторинга в анестезиологии и реаниматологии считается очень важным и даже необходимым условием эффективного наблюдения за больным с управляемым или нарушенным дыханием, а также с нормальным дыханием при угрозе его нарушения. Быстрый рост популярности СО 2 -мониторинга отражает его значение в обеспечении безопасности пациента. Многие потенциально опасные ситуации с его помощью обнаруживаются на самых ранних этапах развития, предоставляя врачу достаточное время для анализа и исправления развивающегося критического состояния. Кроме того мониторирование значения концентрации СО 2 в конце выдоха (PetCO 2) и анализ его тренда дают наиболее объективную диагностическую информацию о состоянии пациента при наркозе.
В таблице приведена оценка относительного значения ряда методик для выявления критических ситуаций. (Whitcer C. et al. Anasthetic mishaps and the cost of monitoring: a proposed standart for monitoring equipment. J. Clin Monit 1988; 4:5-15p.).
Пульсоксиметр |
||||||||||||||
Капнограф |
||||||||||||||
Спирометр |
||||||||||||||
Тонометр |
||||||||||||||
Фонендоскоп |
||||||||||||||
Галометр |
||||||||||||||
Анализатор О 2 |
||||||||||||||
Термометр |
2.Что такое капнограмма.
Кривая изменения концентрации СО 2 во времени называется капнограммой. Она отражает различные стадии выдоха. Капнограмма является важным диагностическим средством, так как ее форма практически одинакова у здоровых людей. Поэтому следует анализировать любое изменение формы капнограммы.
*Мертвым пространством называется часть воздушных путей, где не происходит газообмен. В случае аппаратного мониторинга CO 2 в формировании капнограммы выдоха принимают участие следующие типы мертвого пространства. Механическое или аппаратное мертвое пространство - состоит из эндотрахеальной трубки и соединительных шлангов. Анатомическое мертвое пространство - составляют трахея и бронхи. Альвеолярное мертвое пространство - составляет часть дыхательных путей в которой не происходит газообмен, хотя они и вентилируются.
Что такое PetCO 2 .
Максимальная концентрация СО 2 в конце спокойного выдоха PetCO 2 (end-tidal CO 2) очень тесно связана с альвеолярной концентрацией СО 2 , так как она регистрируется во время поступления воздуха из альвеол.
3. Как образуется СО 2 в выдыхаемом воздухе.
|
Углекислый газ (СО 2) выделяется всеми клетками во всех тканях организма, как продукт метаболизма. СО 2 является конечным продуктом процесса окисления глюкозы, и должен постоянно удаляться из тканей. |
|
|
Из клеток СО 2 диффундирует в капиллярную кровь, так как в ней концентрация СО 2 поддерживается более низкой. Из капиллярной крови СО 2 далее транспортируется по венам от периферии к правому предсердию. |
|
|
Сердце прокачивает венозную кровь через малый круг кровообращения к легким где происходит газообмен. |
|
|
Легкие состоят приблизительно из 300 миллионов альвеол, в которых кровь насыщается кислородом при легочном кровообращении. Стенки альвеол являются по существу очень тонкими мембранами (с общей площадью поверхности около 100м 2), позволяющими газам легко диффундировать между легочной кровью и альвеолярным воздухом. СО 2 диффундирует из крови в альвеолярное пространство. При дыхании (или искусственной вентиляции), концентрация СО 2 в альвеолах постоянно сохраняется ниже, чем в капиллярной крови легких. При вдохе “свежий” воздух поступает в легкие и смешивается с альвеолярным, слегка снижая альвеолярную концентрацию СО 2 . При выдохе СО 2 удаляется из организма. Газ, выходящий в конце выдоха, практически полностью соответствует альвеолярному газу. |
|
|
На протяжении выдоха воздух покидает различные участки легких, смешиваясь так, что СО 2 -монитор измеряет только усредненную концентрацию СО 2 . Диффузия СО 2 на альвеолярном уровне является непрерывным процессом. На капнограмме этот процесс отражается только в последней фазе выдоха. В других фазах наблюдается значительная динамика капнограммы, так как она отражает концентрацию СО 2 как во вдыхаемом, так и в выдыхаемом воздухе. |
Сравнительный анализ артериальной крови и альвеолярного воздуха показывает, что величина PetCO 2 довольно близко отслеживает уровень напряжения СО 2 в крови (РаСО 2), но все же они не равны. В норме PetCO 2 на 1-3 мм рт.ст. ниже чем РаСО 2 . Однако у пациентов с легочной патологией различия могут быть значительно большими. Причины этого сложные и выявление увеличения этого различия дает нам дополнительный диагностический параметр: артериально-альвеолярное различие (аАDСО 2). Фактически аАDСО 2 может рассматриваться как количественный показатель альвеолярного мертвого пространства, поэтому значительные его изменения должны исследоваться дополнительно.
Небольшое артериально-альвеолярное различие.
Артериально-альвеолярное различие является результатом особенностей процессов вентиляции и перфузии легочных альвеол. Даже у здорового пациента вентиляционно-перфузионное отношения отличаются в разных участках легких. При наркозе несоответствие вентиляции и перфузии обычно слегка возрастает, однако обычно это не имеет клинического значения.
Основные причины увеличения аАДСО 2 .
Снижение уровня газообмена происходит в той части респираторных отделов легких, которые не имеет достаточной перфузии, но тем не менее хорошо вентилируется. При выдохе воздух из этих участков легких будет смешиваться с обогащенным СО 2 альвеолярным воздухом из остальных участков легких, уменьшая PetCO 2 . При этом aADCО 2 будет увеличено. Такая вентиляция называется вентиляцией альвеолярного мертвого пространства.
Возможными причинами вызывающими увеличение аАСО 2 являются:
положение пациента (положение на боку)
легочная гипоперфузия
легочная тромбоэмболия.
Рисунок А иллюстрирует эффект вентиляции альвеолярного мертвого пространства. В половине легких нет перфузии и, следовательно, газообмена. При выдохе альвеолярный газ смешивается и результирующая концентрация PetCO 2 будет в два раза меньше, чем РаСО 2 в крови. Для сравнения рисунок В иллюстрирует идеальную ситуацию, когда перфузия происходит во всем объеме легких и PetCO 2 =РАСО 2 =РаСО 2 .
4. Почему измеряется PetCO 2 .
СО 2 мониторинг дает информацию как о состоянии пациента, так и о системе обеспечения ИВЛ. Так как концентрация СО 2 зависит от многих факторов, она редко является достаточной для постановки специфического диагноза. Однако мониторирование СО 2 с быстродействующей индикацией и отображением концентрации СО 2 в каждом выдохе обеспечивает достаточный запас времени для принятия необходимых мер по исправлению ситуации.
Клинические преимущества СО 2 мониторинга.
В условиях стабильного состояния пациента (ИВЛ в сочетании с нормальной гемодинамикой) концентрация СО 2 тесно связана с изменением напряжения СО 2 в крови и, следовательно, является неинвазивным методом контроля РаСО 2 . Выделение СО 2 - величина довольно стабильная, поэтому резкие изменения PetCO 2 обычно отражают либо изменения кровообращения в малом круге (например легочную эмболию), либо легочной вентиляции (например отсоединение трубки или избыточная ИВЛ - гипервентиляция).
Использование мониторинга СО 2 позволяет:
- Быстро определить правильность интубации трахеи.
Быстро выявить нарушения в воздушном тракте (коннектор интубационной трубки, интубационная трубка, дыхательные пути) или в системе подачи воздуха (аппарат ИВЛ).
Объективно, непрерывно, неинвазивно контролировать адекватность вентиляции.
Распознавать нарушения в газообмене, легочном кровообращении и метаболизме.
Обеспечивает контроль безопасного использования малопотоковых наркозных методик с присущим им экономичным расходом ингаляционных анестетиков.
Уменьшает необходимость в частых рутинных анализах газа крови, так как тренд PetCO 2 отражает тренд РаСО 2 . Газоанализ крови становится необходим в случаях значимого отклонения тренда PetCO 2 .
Общепринятые термины мониторинга СО 2
“капно” - означает уровень СО 2 при выдохе(от греческого “kapnos” курить);“гипер” - значит слишком много; “гипо” - значит слишком мало.
Использование PetCO 2 для контроля вентиляции.
В норме при спокойном естественном дыхании газообменная функция легких обеспечивает парциальное давление СО 2 в крови (РаСО 2) около 40 мм рт.ст. Это происходит путем регулирования частоты и глубины дыхания. При увеличении выделения СО 2 (например, при физических нагрузках) пропорционально возрастает частота и глубина дыхания. Во время наркоза с применением мышечных релаксантов, анестезиолог должен обеспечить надлежащий уровень вентиляции. Обычно этот уровень оценивается путем расчета необходимой вентиляции по номограммам. Гораздо более эффективный способ контроля адекватной вентиляции основан на мониторировании СО 2 .
Физиологические факторы, управляющие удалением СО 2 .
Удаление СО 2 зависит от 3-х факторов: скорости метаболизма, состояния системы легочного кровообращения и состояния системы альвеолярной вентиляции.
Необходимо помнить, что эти 3 фактора взаимосвязаны. Изменение кислотно-основного баланса (или состояния КОС), вызванное различными причинами, может так же влиять на удаление СО 2 .
Опыт диагностики различных критических ситуаций во время ИВЛ приходит довольно быстро. Так, если стационарное значение СО 2 возрастает при постоянной вентиляции, изменения в PetCO 2 обычно возникают из-за изменения в легочном кровообращении. При этом следует обратить внимание на изменения метаболизма или КОС.
В процессе наркоза, скорость метаболизма обычно меняется слабо (основным исключением является редкий случай злокачественной гипертермии, который вызывает резкий рост PetCO 2 .)
Что такое альвеолярная вентиляция.
Когда уровень вентиляции устанавливается, поддерживая стабильное и в пределах нормы PetCO 2 , то нет необходимости проводить какие-либо расчеты. Вместе с тем, чтобы быть готовым к любой ситуации, полезно знать особенности легочной вентиляции. Как уже говорилось, часть воздуха при дыхании не достигает альвеол и остается в механическом (соединительный коннектор, клапанная коробка, эндотрахеальная трубка) и анатомическом (трахея, бронхиальное дерево) мертвом пространстве, где газообмен не происходит. Чтобы рассчитать объем альвеолярной вентиляции в л/мин, который собственно и обеспечивает газообмен в легких, необходимо вычесть объем общего мертвого пространства из дыхательного объема. Умножив объем воздуха, проникающего в альвеолярные пространства, на частоту дыхания, можно получить альвеолярную минутную вентиляцию - показатель эффективной вентиляции.
5. Диагностика гипер- и гиповентиляции.
После начала наркоза и проведения интубации трахеи, анестезия обычно поддерживается системой искусственной вентиляции в стационарном состоянии выделения СО 2 . Заметим, что в течении продолжительной операции (более 1.5 часов), из-за угнетающего действия анестетиков и развивающейся гипотермии, слегка снижается метаболизм пациента и наблюдается постепенное уменьшение PetCO 2
Нормокапния и нормовентиляция.
Альвеолярная вентиляция обычно устанавливается так, чтобы обеспечить нормокапнию - то есть PetCO 2 должно находиться в диапазоне 4.8 - 5.7 % (36 -43 мм рт.ст.). Такая вентиляция называется нормовентиляцией, так как она характерна для здоровых людей. Иногда альвеолярную вентиляцию при ИВЛ устанавливают с легкой гипервентиляцией (PetCO 2 4-5%, 30-38 мм рт.ст.).
Преимущества нормовентиляции.
При поддержании нормовентиляции гораздо легче распознается развитие критических ситуаций: нарушения альвеолярной вентиляции, кровообращения или метаболизма. Спонтанное дыхание восстанавливается более легко. Кроме того, восстановление в посленаркозном периоде происходит гораздо быстрее.
Гипокапния и гипервентиляция.
Уровень PetCO 2 ниже 4.5% (34 мм.рт.ст.) называется гипокапнией. При наркозе наиболее частым случаем гипокапнии является слишком высокая альвеолярная вентиляция (гипервентиляция).
В после-наркозный период гипокапния при спонтанном дыхании пациента может быть результатом гипервентиляции вызванной страхом, болью или развивающимся шоком.
Недостатки длительной гипервентиляции.
К сожалению до сих пор распространенной практикой при ИВЛ является гипервентиляция пациента, которая по общепринятому мнению необходима для обеспечения адекватной оксигенации и даже для углубления наркоза. Однако современные лекарственные средства и способы мониторинга могут обеспечить лучшую оксигенация и анестезию без гипервентиляции "на всякий случай".
Гипервентиляция имеет достаточно серьезные недостатки:
вазоконстрикция, приводящая к снижению коронарного и церебрального кровотока;
избыточный дыхательный алкалоз;
угнетение дыхательных центров;
Все эти факторы приводят к более трудному и продолжительному восстановлению в посленаркозный период.
Гиперкапния и гиповентиляция.
Превышение PetCO 2 уровня 6.0% (45 мм рт.ст. при Ратм=760) называется гиперкапнией. Наиболее распространенной причиной гиперкапнии при наркозе является недостаточность альвеолярной вентиляции (гиповентиляция), обусловленная низким уровнем дыхательного объема и (или) частоты дыхания. Кроме того, в закрытом контуре ИВЛ продолжительная гиперкапния может быть вызвана недостаточно полным поглощением СО 2 . На капнограмме это проявляется в том, что концентрация СО 2 в фазе вдоха не падает до нулевого уровня.
В после-наркозный период продолжительная гиперкапния при спонтанном дыхании пациента может быть вызвана:
остаточным нейромышечным блоком;
медикаментозным подавлением дыхательных центров;
болевым ограничением дыхания (особенно после операции на органах брюшной полости).
Заметим, что гиперкапния может сопровождаться гипоксией, однако это не обязательно. Гипоксическое состояние наступает позже гиперкапнии при более низких значениях альвеолярной вентиляции.
Дополнительными клиническими проявлениями гиперкапнии являются: тахикардия, появление испарины, повышение напряжения, головная боль, беспокойство. При продолжительной гиперкапнии возникают нежелательные побочные эффекты, такие как склонность к сердечной аритмии (при воздействии летучих анастетиков), увеличение сердечного выброса, увеличение внутричерепного давления, легочная вазоконстрикция и периферическая вазодилатация.
6. Интерпретация капнограммы и тренда СО 2 .
Мониторы СО 2 обычно отображают кривую изменения концентрации СО 2 каждого выдоха в реальном времени (капнограмму) и тренд PetCO 2 за 30 минут. Резкие изменения в выделении СО 2 хорошо заметны на капнограмме выдоха, в то время как постепенные изменения лучше заметны по тренду СО 2 .
Нормальная капнограмма.
Капнограмма здорового человека при искусственной вентиляции имеет нормальную форму. Любое значительное отклонение от нормальной формы капнограммы отражает нарушение в дыхательной системе, комплексные или механические нарушения в контуре ИВЛ.
СО 2 резко перестал обнаруживаться.
Если капнограмма имела нормальный вид, а затем резко оборвалась до нуля, за один выдох, наиболее вероятной причиной является нарушение герметичности контура вентиляции.
Другой возможной причиной является полная обструкция дыхательного тракта, например вызванная перекручиванием (перегибом) интубационной трубки.
Экспоненциальное падение PetCO 2 .
Быстрое падение PetCO 2 за несколько дыхательных циклов может указывать на:
- выраженную легочную эмболию
- остановку сердца
- значительное падение артериального давления (сильная кровопотеря)
- выраженную гипервентиляцию (за счет ИВЛ).
Ступенчатое падение уровня PetCO 2
- Внезапная частичная обструкция воздушных путей.
Перемещение эндотрахеальной трубки в один из главных бронхов, (например при изменении положения пациента).
Постепенное снижение PetCO 2 .
Постепенное возрастание PetCO 2
Постепенное возрастание PetCO 2 в течении нескольких минут может быть вызвано наступлением гиповентиляции, возрастанием скорости метаболизма в результате реакции пациента на стрессовое воздействие (боль, страх, повреждение и т.п.).
Интубация пищевода.
Злокачественная гипертермия.
Монитор СО 2 является быстродействующим индикатором злокачественной гипертермии. Быстрое возрастание скорости метаболизма легко обнаруживается по возрастанию PetCO 2 (СО 2 вдоха остается нулевым).
Неполная мышечная релаксация.
При неполной мышечная релаксация и недостаточной глубине наркоза у больного сохраняется собственное дыхание “работающее” против ИВЛ. Это неглубокое спонтанное дыхание вызывает провалы на капнограмме.
Частичная обструкция дыхательных путей.
Искаженная форма капнограммы (с медленной скоростью нарастания) может указывать на частичную обструкцию воздушных путей. Возможной причиной обструкции может быть:
генерализованный бронхоспазм,
слизь в дыхательных путях,
перегиб эндотрахеальной трубки.
Эффект возвратного дыхания.
Возрастание концентрации СО 2 вдоха отражает эффект возвратного дыхания, заключающийся в том, что пациент вдыхает СО 2 выдохнутый им в замкнутый контур ИВЛ (неполное поглощение СО 2 в контуре прибора ИВЛ).
Осцилляции капнограммы при сердечных сокращениях.
При слабом дыхании (особенно во второй половине выдоха при крайне низких скоростях потока) сердечные сокращения могут проявляться на спадающем участке капнограммы. Осцилляции капнограммы происходят из-за движения сердца против диафрагмы, вызывающего прерывистый поток воздуха в сторону эндотрахеальной трубки.
Восстановление естественного дыхания.
В критической ситуации пациента обычно вручную вентилируют 100% кислородом. При этом намеренно допускают рост PetCO 2 , чтобы запустить спонтанное дыхание. После чего пациент с не нарушенной вентиляцией быстро достигает удовлетворительной альвеолярной вентиляции.
Детская капнограмма.
На рисунке приведена типичная капнограмма, получаемая при использовании системы дыхания Jakson-Rees в детской анестезии. Начальное возвратное дыхание вызвано недостаточной очисткой газового потока, что было в дальнейшем скорректировано. Отчетливое альвеолярное плато подтверждает, что регистрируется "реальное" значение PetCO2.
Остановка сердца.
Быстрый спад высоты капнограммы, при сохранении правильной формы показывает резкое падение легочной перфузии из-за слабого сердечного выброса (1). При сердечной асистолии СО 2 не транспортируется к альвеолам легочным кровотоком (2). Начинается эффективная кардиопульмональная реанимация (3). Восстановление кровотока подтверждается ростом капнограммы.
Тренд СО 2 и капнограмма в реальном времени помогут Вам оценить всю процедуру и ее эффективность.
7. Практическое руководство по СО 2 мониторингу.
Мониторы CO 2 используют для измерения небольшие количества газа, который непрерывно забирается из воздушного тракта пациента (150 - 200 ml/min). Монитор с боковым отбором газа может использоваться со всеми типами контуров анестезии. Для мониторинга СО 2 при естественном дыхании используется носовой адаптер.
Основное правило для размещения отборника газа.
Размещайте адаптер отбора газа как можно ближе ко рту или носу пациента. Таким образом вы исключаете нежелательное “мертвое пространство” между местом отбора газа и пациентом, и измеренная концентрация PetCO 2 будет точнее соответствовать уровню альвеолярного СО 2 .
Когда для нагрева и увлажнения вдыхаемого воздуха используются нагреватель и влагообменник, адаптер отбора газа должен быть расположен между эндотрахеальной трубкой и нагревателем, и влагообменником.
В частности, когда используется закрытый контур вентиляции, адаптер отбора газа должен быть расположен возле эндотрахеальной трубки, чтобы предотвратить смешивание очищенного и выдохнутого газов.
Соединительные трубки не должны очищаться после использования. Очистка химическими веществами может испортить внутреннюю поверхность трубок и увеличить сопротивление потоку газа.
Стальные газоотборные адаптеры являются многоразовыми и могут быть стерилизованы, но пластиковые адаптеры предназначены только для одного пациента.
Используйте только фирменные трубки и адаптеры. Применение других образцов может привести к неправильным измерениям.
До использования воздуховодные трубки и адаптеры должны быть визуально проверены.
Удаление газа с выхода монитора.
Из выходного штуцера прибора газ выходит с достаточным давлением. Для предотвращения загрязнения воздуха палаты анестезионными газами, выходная трубка монитора должна подключаться к шлангу вытяжной вентиляции.
Мониторинг при слабых воздушных потоках.
Небольшие объемы газа, которые отбираются для мониторинга, обычно удаляются. Однако если в закрытой системе используются ультранизкие потоки, газ после анализа должен быть возвращен в ветвь выдоха дыхательного контура.
8. СО 2 мониторинг в посленаркозный период.
С помощью носового адаптера отбора газа СО 2 монитор позволяет непрерывно измерять PetCO 2 у пациента со спонтанным дыханием. При этом СО 2 мониторинг является прекрасным методом для выявления апноэ или угнетения дыхательных центров.
Если пациент остается под искусственной вентиляцией СО 2 монитор позволяет Вам оценить необходимый уровень вентиляции пациента непрерывно и неинвазивно.
Часто нарушение вентиляционно-перфузного отношения, вызванное легочной патологией проявляется в артериально-альвеолярном различии (аАДСО 2). Измерение концентрации СО 2 в артериальной крови и сравнение его с PetCO 2 дает оценку состояния легких. Причины изменения аАДСО 2 обязательно должны быть выяснены.
Nunn JF. Applied Respiratory Physiology,2nd edition London: Butterworth,1977.
Smalhout B,Kalenda Z. An Atlas of Capnography, 2nd edition. The Netherlands: Kerckedosh-Zeist,1981
Kalenda Z. Mastering Ifrared Capnography. The Netherlands: Kerckebosh-Zeist,1989
Paloheimo M, Valli M,Ahjopalo H. A Guide to CO2 Monitoring. Helsinki,Finland: Datex Instrumentarium Corp,1983
Lindoff B, Brauer K. Klinick Gasanalys. Lund, Sweden: KF-Sigma,1988
Lillie PE, Roberts JG. Garbon Dioxide Monitoring. Anaesth Intens Care 1988;16:41-44
Salem MR. Hypercapnia, Hypocapnia and Hypoxemia. Seminars in Anesthesia 1987;3:202-15
Swedlow DB. Capnometry and Capnograpny: The Anesthesia Disaster Early Warning System. Seminars in Anesthesia 1986;3:194-205
Ward SA. The Capnogram: Scope and Limitations. Seminars in Anesthesia 1987;3:216-228
Gravenstein N, Lampotang S, Beneken JEM. Factors influencing capnography in the Bain circuit. J Clin Monit 1985;1:6-10
Badgwell JM et al. Fresh Gas Formulae do not accurately predict End-Tidal PCO2 in Pediatric Patients. Can J Anaesth 1988;35:6/581-6
Lenz G, Kloss TH, Schorer R. Grundlagen und anwendungen der Kapnometrie. Anasthesie und Intensivmedizin 4/1985; vol 26: 133-141
Приложение 1
“ГАРВАРДСКИЙ СТАНДАРТ” минимального анестезиологического мониторинга (1985).
Обязательное присутствие анестезиолога в течении всего времени проведения общей и региональной анестезии.
Артериальное давление и частота пульса (каждые 5 минут).
Электрокардиография.
Постоянный мониторинг/вентиляция и гемодинамика/.
для вентиляции: наблюдение за размерами дыхательнго мешка,аускультация дыхательных шумов, мониторинг вдыхаемых и выдыхаемых газов (PetCO2).
для кровообращения: пальпация пульса, аускультация сердечных тонов, наблюдение за кривой артериального давления, пульсовая плетизмография или оксиметрия.
Мониторинг разгерметизации дыхательного контура с звуковым сигналом.
Кислородный анализатор с заданным уровнем тревоги по минимальной концентрации кислорода.
Измерение температуры.
Ещё в прошлом веке были проведены различные исследования по влиянию CO 2 на организм человека. В 60-ых годах учёная О.В.Елисеева в своей диссертации привела детальное исследование, как влияет углекислый газ в концентрациях 0,1% (1000 ррm) до 0,5% (5000 ррm) на организм человека и пришла к выводу, что кратковременное вдыхание здоровыми людьми двуокиси углерода в этих концентрациях вызывает отчетливые сдвиги в функции внешнего дыхания, кровообращении и значительные ухудшения электрической активности головного мозга. Согласно ее рекомендациям, содержание CO 2 в воздухе жилых и общественных зданий не должно превышать 0,1% (1000 ррm), а среднее содержание CO 2 должно быть около 0,05% (500 ррm).
Специалисты знают, что существует прямая связь между концентрацией CO 2 и ощущением духоты. Это ощущение возникает у здорового человека уже на уровне 0,08% (т. е. 800 ррm). Хотя в современных офисах очень часто бывает 2000 ррm и более. И человек может не ощущать опасного воздействия CO 2 . Когда речь идёт о больном человеке, то порог его чувствительности ещё увеличивается.
Зависимость физиологических проявлений от содержания CO2 в воздухе приведена в таблице:
| Уровень CO 2 , ррm | Физиологические проявления у человека |
| Атмосферный воздух 380-400 | Идеально для здоровья и хорошего самочувствия. |
| 400-600 | Нормальное количество. Рекомендовано для детских комнат, спален, офисных помещений, школ и детских садов. |
| 600-1000 | Появляются жалобы на качество воздуха. У людей, страдающих астмой, могут учащаться приступы. |
| Выше 1000 | Общий дискомфорт, слабость, головная боль, концентрация внимания падает на треть, растёт число ошибок в работе. Может привести к негативным изменениям в крови, также могут появиться проблемы с дыхательной и кровеносной системами. |
| Выше 2000 | Количество ошибок в работе сильно возрастает, 70% сотрудников не могут сосредоточиться на работе. |
Основные изменения при вдыхании повышенных концентраций углекислого газа (гиперкапнии) происходят в центральной нервной системе, и носят они при этом фазный характер: сначала повышение, а затем снижение возбудимости нервных образований. Ухудшение условнорефлекторной деятельности наблюдается при концентрациях, близких к 2% – понижается возбудимость дыхательного центра мозга, уменьшается вентиляторная функция лёгких, нарушается гомеостаз (равновесие внутренней среды) организма путем либо повреждения клеток, либо путем раздражения рецепторов неадекватным уровнем определенного вещества. А при содержании углекислого газа до 5% происходит значительное снижение амплитуды вызванных потенциалов головного мозга, десинхронизация ритмов спонтанной электроэнцефалограммы с дальнейшим угнетением электрической активности мозга.
Что именно происходит при повышении концентрации CO 2 в воздухе, который попадает в организм? Увеличивается парциальное давление CO 2 в альвеолах, его растворимость в крови повышается, и образуется слабая угольная кислота (CO 2 + Н 2 O = Н 2 СО 3), распадающаяся, в свою очередь, на Н+ и НССО3-. Кровь закисляется, что по-научному называется газовым ацидозом . Чем выше концентрация CO 2 в воздухе, которым мы дышим, тем ниже рН крови и тем более кислую реакцию она имеет.
Когда начинается ацидоз, то сначала организм защищается, повышая концентрацию бикарбоната в плазме крови, – об этом свидетельствуют многочисленные биохимические исследования. Чтобы компенсировать ацидоз, почки усиленно выделяют Н+ и задерживают НССО 3 -. Потом включаются другие буферные системы, и вторичные биохимические реакции организма. Поскольку слабые кислоты, в т. ч. и угольная (Н 2 СО 3), могут образовывать с ионами металлов слаборастворимые соединения (СаСО 3), то они откладываются в виде камней, прежде всего в почках.
Сотрудник медицинской научно-исследовательской лаборатории военно-морского подводного флота США Карл Шафер исследовал, как влияют различные концентрации углекислого газа на морских свинок. Грызунов восемь недель содержали при 0,5% CO 2 (кислород был в норме – 21%), после чего у них наблюдалась значительная кальцификация почек. Она отмечалась даже после длительного воздействия на морских свинок меньших концентраций – 0,3% CO 2 (3000 ррm). Но это еще не все. Шафер и его коллеги нашли у свинок через восемь недель воздействия 1%-го CO 2 деминерализацию костей , а также структурные изменения в легких. Исследователи расценили эти заболевания как адаптацию организма к хроническому воздействию повышенного уровня CO 2 .
 |
Отличительной особенностью долгосрочной гиперкапнии (повышенное CO 2) являются длительные отрицательные последствия. Несмотря на нормализацию атмосферного дыхания, в организме человека продолжительное время наблюдаются изменения биохимического состава крови, снижение иммунологического статуса, устойчивости к физическим нагрузкам и другим внешним воздействиям.
Вывод – во избежание негативных последствий, содержание углекислого газа во вдыхаемом воздухе нужно обязательно контролировать. Для этой цели отлично подходит современный и надежный прибор – .
