ZBIGNIEW SZKULMOWSKI
Uniwersytet Mikołaja Kopernika
Collegium Medicum im. Ludwika Rydygiera w Bydgoszczy
Katedra i Klinika Anestezjologii i Intensywnej Terapii
Respiratory
Współczesne respiratory posiadają możliwości wentylacji nieporównywalne z
możliwościami aparatów poprzedniej generacji. W większości z nich najważniejsze para-
metry, w tym przepływ, kontrolowane są mikroprocesorem, co pozwala nie tylko na zasto-
sowanie różnorodnych form wentylacji, ale także na precyzyjną kontrolę interakcji respira-
tor  pacjent. Mimo daleko posuniętej unifikacji technicznej poszczególnych typów
respiratorów różne zastosowane w nich rozwiązania konstrukcyjne mają swoje ogranicze-
nia lub zalety.
I. Interfejs użytkownika
W respiratorach poprzednich generacji większość parametrów nastawiało się za
pomocą pokręteł. Obecnie większość producentów przestawia się na ekrany dotykowe, na
których wybiera się poszczególne parametry i reguluje za pomocą jednego pokrętła. Na
ekranach, dodatkowo, wyświetlane są ustawione parametry wentylacji respiratora, uzyski-
wane parametry wentylacji pacjenta a także często krzywe ciśnienia, przepływu, objętości
a niekiedy też pętle ciśnienie-objętość i przepływ-objętość. Ciągle stosowane są jeszcze,
zwłaszcza w uproszczonych aparatach, wersje pośrednie, z pokrętłami i monitorem. Do-
datkową zaletą jest to, że ekrany te często można samemu konfigurować tak, aby informo-
wały o parametrach, które są w danej chwili najbardziej potrzebne klinicyście. Współcze-
sny respirator powinien mieć możliwość wyświetlania informacji m.in. o: sposobie
wentylacji, częstości oddechów, objętości oddechowej, przepływie, ciśnieniu w drogach
oddechowych, czasie wdechu, wielkości PEEP, stężeniu tlenu w mieszaninie oddechowej
FiO2 oraz monitorowanych parametrach pacjenta i rodzajach alarmów.
Sposób ustawiania parametrów powinien być stosunkowo prosty i  intuicyjny , co
zmniejsza możliwość omyłkowych, nieprawidłowych ustawień. Ważne jest też zabezpie-
czenie przed przypadkową zmianą ustawionych parametrów.
Sposób przekazywania informacji powinien być czytelny, także w zmiennych wa-
runkach oświetlenia (oświetlenie naturalne i sztuczne, lampy chirurgiczne, przyciemnione
światło). Wyświetlane parametry powinny być czytelne, widoczne pod różnym kątem,
także z większej odległości. Informacje oraz alarmy powinny być przekazywane w sposób
hierarchiczny, to znaczy przede wszystkim najważniejsze.
Problemem jest brak standaryzacji i duże różnice pomiędzy producentami w na-
zwach stosowanych sposobów wentylacji i funkcji respiratorów. W sytuacjach awaryjnych
może prowadzić to do zamieszania i być niebezpieczne dla chorego.
5
II. Systemy pneumatyczne
Systemy pneumatyczne, kontrolujące dostarczanie gazów pacjentowi są jednymi z
najważniejszych części respiratora, decydujących o jego możliwościach technicznych i
leczniczych. W ich skład wchodzą, poza z
ródłem gazów, systemy redukcji ciśnień, mie-
szania gazów, regulacji ciśnień i przepływu, ewentualnie dodatkowe zbiorniki gazu oraz
systemy sterujące, w tym mikroprocesorowe.
1) y
ródło gazów
Gazy, tlen i powietrze, mogą być dostarczane na kilka sposobów:
a) Sprężone gazy z instalacji szpitalnej.
Duża część respiratorów zaopatrywana jest z instalacji szpitalnej, w której wytwa-
rzane jest ciśnienie w granicach 3-4 atm. Niekiedy sprężone gazy służą nie tylko do wenty-
lacji pacjenta, ale także do napędu całego układu. Wtedy zużycie gazu jest większe niż
wynikałoby to z wentylacji minutowej. Wykorzystanie instalacji szpitalnej pozwala na
zredukowanie wielkości aparatu, uproszczenie jego konstrukcji i na cichą pracę. Wadą jest
uzależnienie od zewnętrznego z
ródła gazu, co uniemożliwia pracę urządzenia w razie
awarii instalacji gazowej. Nowoczesne respiratory wymagają też instalacji, w której panuje
stałe ciśnienie niezależnie od przepływu. W starszej instalacji gazowej, która niekiedy
znajduje się w naszych szpitalach, przy podłączeniu jednocześnie wielu urządzeń pobiera-
jących tlen lub powietrze, niemożliwe może być utrzymanie obu tych parametrów na sta-
łym poziomie jednocześnie. Może to poważnie zakłócić pracę respiratorów.
b) Kompresor zamontowany w respiratorze.
Sprężarka do powietrza montowana jest w niewielu respiratorach, głównie ze
względu na wagę, głośność i cenę. Umożliwia kontynuowanie pracy w miejscach, gdzie
nie ma instalacji do powietrza (najczęściej poza Oddziałem Intensywnej Terapii).
c) Turbina gazowa
Technika budowy turbin osiągnęła bardzo wysoki poziom, głównie dzięki przeję-
ciu rozwiązań opracowanych na potrzeby lotnictwa. Współczesne turbiny stosowane w
respiratorach są niewielkie, o szybkim czasie reakcji, wysokoobrotowe (do 60 000 ob-
r/min) zapewniające przepływ do 180 L/min przy ciśnieniach przewyższających potrzeby
wentylacji mechanicznej.
Umożliwiają wentylację nawet technikami wymagającym dużych przepływów w
miejscach, gdzie nie ma centralnej instalacji gazowej (np. w czasie wentylacji domowej).
Wentylacja stężeniami tlenu ponad 21% wymaga dodatkowego zasilana.
2) Reduktory ciśnień.
Ciśnienie, które znajduje się w instalacji centralnej jest zaraz po wejściu do respi-
ratora redukowane do ciśnienia roboczego, stanowiącego 20-30% wartości ciśnienia wyj-
ściowego dla celów bezpieczeństwa oraz ograniczenia zużycia części mechanicznych.
Ciśnienie robocze może być okresowo zwiększane, kiedy pojawia się zapotrzebowanie na
wysoki przepływ.
W części starszych respiratorów istniały 2 rozdzielne układy pneumatyczne: jeden
zapewniał wentylację pacjenta, drugi napędzał respirator.
3) Mieszanie gazów.
6
We wszystkich respiratorach mamy systemy mieszania gazów pozwalające na
otrzymanie stężeń tlenu od 21 do 100%. Respiratory starszego typu miały zbiorniki powie-
trza, do którego dodawany był tlen i z którego tłok pobierał mieszaninę gazów i podawał
choremu.
Obecne większość respiratorów wyposażona jest w proste układy mieszalnikowe,
które opierają się na sterowanych elektronicznie nowoczesnych, bardzo dokładnych za-
stawkach proporcjonalnych, podających gaz o ściśle określonym przepływie zależnym od
stopnia uchylenia zastawki (Ryc. .). System ten pozwala nie tylko uzyskiwać dokładnie
określone stężenia tlenu w mieszanie oddechowej, ale też, sterując wielkością przepływu,
generować dowolne rodzaje i szybkości przepływów wdechowych oraz wielkość ciśnień,
czyli w konsekwencji dowolne rodzaje wentylacji. Ilość trybów wentylacji zależy wyłącznie
od oprogramowania sterującego zastawkami proporcjonalnymi na podstawie danych z
przepływomierzy, czujników ciśnienia i stężenia tlenu.
Ryc. 1. Schemat układu podającego powietrze wdechowe w respiratorze.
W układzie znajdują się także zastawki kierunkowe, zabezpieczające przed cofa-
niem się gazów.
Opisany układ umożliwia też łatwe wprowadzenie funkcji  odsysania , która po-
winna znajdować się w każdym respiratorze. Pozwala ona na podawanie przez ok. 2 minu-
ty 100% O2 w celu natleniania pacjenta w czasie odsysania.
W większości respiratorów możliwe jest mieszanie jedynie 2 rodzajów gazu: tlenu
i powietrza. Niektórzy producenci zapewniają możliwość podawania także trzeciego gazu.
Może nim być podtlenek azotu (co umożliwia użycie respiratora jako aparatu do znieczu-
lenia) lub mieszanina helu z tlenem, co znajduje coraz szersze zastosowanie w wentylacji
chorych ze znacznym skurczem oskrzeli.
W niektórych starszych respiratorach umieszczano kilkulitrowe zbiorniki, z któ-
rego podawano dodatkowy gaz do układu, kiedy gwałtownie wzrastał przepływ w czasie
wdechu.
4) Regulacja przepływu i ciśnienia
Klasycznie respiratory dzielono na objętościowo-, ciśnieniowo-, przepływowo- i
czasowo-zmienne. Podział ten zależał w dużym stopniu od techniki wytwarzania przepły-
7
wu wdechowego. Stosowano różnego rodzaju tłoki, napędzane silnikami rotacyjnymi czy
krokowymi, miechy napędzane sprężanym gazem, zastawki zaciskowe czy nożycowe re-
dukujące ciśnienie gazu przepływającego przez elementy elastyczne czy inne rozwiązania.
Obecnie większość tych systemów została wyparta przez układy z zastosowaniem
zastawek proporcjonalnych sterowanych mikroprocesorem. Pozwala to na prowadzenie
dowolnego trybu wentylacji oraz generowanie różnych kształtów krzywych ciśnienia,
przepływu czy objętości.
W niektórych aparatach znajduje się funkcja  westchnienia , obecnie o mniej-
szym znaczeniu, pozwalająca na okresowe, co kilka  kilkadziesiąt oddechów zwiększyć
objętość oddechową o kilkadziesiąt procent.
Bardzo ważna jest funkcja wentylacji bezdechu, niestety nie stosowana przez
wszystkich producentów. Umożliwia ona prowadzenie wentylacji kontrolowanej, objęto-
ściowo lub ciśnieniowo-zmiennej, włączającej się automatycznie po wykryciu przez respi-
rator poważnego zakłócenia czynności oddechowej (najczęściej bezdechu). W większej
części aparatów parametry wentylacji bezdechu ustawiane są przez operatora przed rozpo-
częciem wentylacji, w części  parametry te ustawione są fabrycznie, co jest zdecydowanie
mniej korzystne (uwaga przy wentylacji chorych o zdecydowanie różnej masie ciała).
III. Sposoby wentylacji
Sterując przepływem, ciśnieniem i czasem wdechu można prowadzić różne tryby
wentylacji, która w zależności od sposobu wyzwalania wdechu może być wspomagana lub
kontrolowana. Charakterystykę poszczególnych trybów wentylacji przedstawiono w innym
miejscu.
IV. Sposoby wyzwalania wdechu
Wyzwalanie oddechu  na żądanie , w momencie rozpoczęcia wysiłku oddecho-
wego przez pacjenta jest podstawą wentylacji wspomaganej. Wyzwalanie oddechu (trigger)
może być ciśnieniowe lub przepływowe. Znaczy to, że aby respirator rozpoznał, że pacjent
chce rozpocząć wdech, musi on wytworzyć w układzie ujemne ciśnienie (trigger ciśnie-
niowy) lub przepływ w swoim kierunku (trigger przepływowy).
Parametrami opisującymi trigger są: czułość oraz opóz
nienie. Czułość oznacza
wielkość ujemnego ciśnienia czy przepływu, który pacjent musi wytworzyć aby został on
rozpoznany przez respirator. Opóz
nienie to czas reakcji pomiędzy początkiem wysiłku
wdechowego pacjenta i rozpoczęciem podawania wdechu przez respirator. Czułość powin-
na być jak największa a opóz
nienie jak najmniejsze, gdyż są to wykładniki wysiłku i pracy
oddechowej pacjenta .
Dla obu tych parametrów istotne jest miejsce pomiaru sygnału dla wyzwolenia
triggera. Idealnym rozwiązaniem dla synchronizacji z respiratorem byłaby rejestracja
sygnału o zamiarze rozpoczęcia wdechu tam, gdzie on powstaje, to znaczy w centralnym
układzie nerwowym ale nie jest to realne. Im większa odległość od miejsca powstawiania
sygnału, tym większe opóz
nienie reakcji respiratora.
Pomiar ciśnienia śródopłucnowego (lub przełykowego, będącego jego odbiciem)
lub ciśnienia czy przepływu na poziomie tchawicy mogłoby znacznie zmniejszyć opóz
nie-
nie triggera. Ograniczają to jednak znaczne problemy techniczne: trudności w uzyskaniu
8
niezakłóconego sygnału ciśnienia przełykowego oraz zanieczyszczenia wydzieliną cien-
kich cewników do pomiaru ciśnienia umieszczonych na końcu rurki intubacyjnej.
W chwili obecnej wszyscy producenci respiratorów lokalizują miejsce pomiaru ci-
śnień i przepływu poza pacjentem, w układzie oddechowym aparatu.
Miejscem zbierania sygnału ciśnienia może być łącznik Y, ramię wdechowe lub
wydechowe. Najszybciej ujemnie ciśnienie pojawiać się będzie w łączniku Y, lecz pomiar
z tego miejsca sygnału zakłócony jest przez zbierającą się wodę. Pomiar ciśnienia na ra-
mionach wdechowym i wydechowym opóz
niony jest przez opór wytwarzany przez rury
układu oddechowego respiratora. Zmiany ciśnienia powodowane przez przelewającą się
wodę w rurach mogą spowodować  samowzbudzenie (rozpoczynanie oddechów raz za
razem, niezależnie od wysiłku oddechowego pacjenta) respiratora.
W opcji triggera przepływowego zastawki są na wydechu otwarte i w układzie re-
spiratora występuje niewielki, stały przepływ w kierunku zastawki wydechowej (rzędu
zwykle 0,5-5,0 L/min). Wysiłek oddechowy pacjenta powoduje zmianę w tym przepływie,
rejestrowaną przez przepływomierz w aparacie i wyzwala wdech. Z reguły triggery prze-
pływowe są bardziej czułe i ich zastosowanie zmniejsza wysiłek oddechowy chorego.
Wielkość triggera przepływowego ustawia się z reguły, zależnie od wielkości pacjenta, od
0,15 do 2 L/min. Problemem w tym sposobie wyzwalania wdechu są, poza zbierającą się
wodą, przecieki powietrza w układzie, które mogą być rozpoznawane jako wdech.
Opóz
nienie triggera większości nowych respiratorów wynosi 60-90 ms.
V. Zastawki wydechowe
Zastawki wydechowe zamykają układ oddechowy w czasie wdechu, otwierając się
umożliwiają wydech a poza tym odpowiedzialne są za utrzymanie dodatniego ciśnienia w
czasie wydechy (PEEP, CPAP).
Stosowane są różne systemy zastawek wydechowych. Najczęściej spotykane są za-
stawki grzybkowe (płaski balonik w kształcie kapelusza wypełniany w czasie wdechu) lub
przeponowe (płaski element zakrywający wylot zastawki), które zamykają wylot układu w
czasie wdechu ciśnieniem wytwarzanym w układzie aparatu. Jako, że ciśnienie przekazy-
wane jest z początku układu wdechowego, przed nawilżaczem i oporem rur, to siła zamy-
kająca zastawkę będzie zawsze większa niż ciśnienie w układzie oddechowym pacjenta i
zamknięcie będzie szczelne.
Inne typy zastawek wydechowych to zastawki nożycowe (uciskające z obu stron
elastyczny element) czy elektromagnetyczne.
Obecnie zastawki wydechowe, niezależnie od typu, sterowane są mikroproceso-
rem respiratora.
W niektórych rodzajach wentylacji (CPAP, BIPAP, tryby ciśnieniowo-zmienne)
stosować można układy bezzastawkowe, z układem jednorurowym (bez ramienia wyde-
chowego) i z elementem dającym stały przeciek na zewnątrz (złączka Whisper-Sviwel).
Taki układ wymusza utrzymanie stałego przepływu na wydechu. Układy takie stosowane
są ze względu na prostotę i mniejszą pracę oddychania pacjenta.
VI. Monitorowanie
Monitorowanie ciśnienia i przepływu umożliwia precyzyjne zastosowanie nasta-
wionych parametrów wentylacji oraz ocenę jej skuteczności.
9
Parametry te powinny być mierzone jak najbliżej dróg oddechowych pacjenta,
jednak z powodu omawianych wyżej trudności technicznych często mierzone są wewnątrz
respiratora. Może to dawać zafałszowania wyników pomiarów: ciśnienie będzie wyższe
niż w rzeczywistości w czasie oddechów kontrolowanych a niższe na oddechu własnym,
przepływ natomiast i wyliczana z niego objętość będzie większa o gaz sprężony w rurach.
Do pomiaru przepływu stosowane są różne typy przepływomierzy:
5) Oporowe, ekranowe  opierają się na zasadzie spadku ciśnienia przepływającego
gazu za elementem oporowym (np. układem krótkich rurek ułożonych w osi przepływu). Z
różnicy ciśnień po obu stronach elementu oporowego wyliczany jest przepływ. Obecnie
najczęściej stosuje się stałe zwężki lub uchylne przepony, jako najbardziej odporne na
wilgoć i zanieczyszczenia.
6) Anemometry, w których stosuje się ogrzany drucik (najczęściej platynowy),
umieszczony w środku przepływu gazu. Gaz oziębia drucik w stopniu zależnym od szyb-
kości przepływu co zmienia jego oporność.
7) Pneumotachometry wirowe  przeszkoda na drodze przepływającego gazu powo-
duje zawirowania rejestrowane przez sondę ultradz
więkową.
VII. Respiratory do wentylacji domowej
Respiratory te stosowane są z dala od specjalistycznego personelu u muszą speł-
niać szczególne wymagania.
Są to aparaty proste w obsłudze dla rodziny chorego leczonego w domu, która
aparat jedynie włącza i wyłącza i ewentualnie wyłącza i reaguje na alarmy. Powinny być
lekkie, przenośne i ciche (aby nie zakłócać nocnego wypoczynku chorego i rodziny).
Parametry wentylacji ustawiane są przez personel medyczny. Powinna istnieć
blokada uniemożliwiająca zmianę tych parametrów przez osoby niepowołane lub przypad-
kowo.
Zasilanie jest sieciowe, lecz aparaty powinny mieć własne zasilanie awaryjne, ba-
teryjne, wystarczające na minimum 3-4 godziny wentylacji w razie awarii sieci. Najnow-
sze respiratory domowe mają możliwość pracy do 10 godzin na bateriach wewnętrznych i
dodatkowo 24 godziny na opcjonalnych, zewnętrznych.
Piśmiennictwo
1. International Organization for Standardization, Technical Committee ISO/TC 121. Breathing
machines for medical use  lung ventilators,Vol. ISO 5369: 198 7E. Switzerland: International
Organization for Standardization, 1987:1-18.
2. Kacmarek RM, Meklaus GT. The new generation of mechanical ventilation. Crit Care Clin
1990; 6:551-78.
3. Tobin MJ. Monitoring of pressure, flow, and volume during mechanical ventilation. Respir
Care 1992; 37:1081-96.
4. Tobin MJ, Principles and Practice of Mechanical Ventilation. McGraw-Hill,1994.
5. Stock MC, Perel A, ,Wentylacja mechaniczna I wspomaganie oddychania. a-media Press,1999
10