Нормативы респираторной мощности. Приемлемое сопротивление дыханию
Добавил пользователь Alex Обновлено: 21.12.2024
Понятие респираторного мониторинга включает мониторинг газообмена, а также мониторинг механики легких и грудной клетки.
5.3.1.Мониторинг газообмена
Мониторинг газообмена подразумевает анализ газового состава артериальной и венозной крови, а также выдыхаемого воздуха. Для оценки адекватности газообмена имеет значение определение рН, концентрации бикарбонатов и величины анионного провала. С дидактической точки зрения, можно разделить мониторинг газообмена на мониторинг оксигенации и мониторинг вентиляции.
Мониторинг оксигенации
При проведении мониторинга оксигенации врач должен получить ответы на три вопроса:
•Сколько кислорода может быть доставлено к тканям?
•Какой ценой достался этот кислород организму?
•Как его усвоили ткани?
Для ответа на первый вопрос оценивают напряжение кислорода (рaО2) и насыщения (сатурации) гемоглобина кислородом в артериальной крови (SaО2). Зная эти величины, по формуле рассчитывают содержание кислорода в артериальной крови (Cа – content arterial)
Cа = (0,00138 × SatО2 × Hb) + (0,003 × рa О2)
Умножая эту величину на величину сердечного выброса (CO – cardiac output), измеренного, например, методом термодилюции, можно рассчитать доставку кислорода (DО2 – delivery of oxygen) к тканям:
Не зная, какую долю сердечного выброса получает каждый отдельный орган (например, мозг), нельзя подсчитать, какое точное количество кислорода ему достается.
Для ответа на второй вопрос сравнивают напряжение кислорода в артериальной крови (рaО2) и в воздухе альвеол (РАО2). Величину РАО2 можно или измерить прямо, или рассчитать из так называемого уравнения альвеолярного газа. Прямое измерение возможно при помощи метода быстрой оксиметрии. При использовании этого метода непрерывно измеряют напряжение кислорода во вдыхаемом и выдыхаемом газе. Приборы, предоставляющие возможность измерения этих показателей, обладают низкой инерционностью, оцениваемой по очень быстрому времени отклика (600 мсек и менее).
Для определения РАО 2 интерес представляют конечные порции выдыхаемого газа, то есть фактически газ, выдыхаемый из альвеол. Эффективность обмена кислорода оценивается на основе расчета альвеолоартериального градиента по кислороду:
Р(А- а)О2
Этот показатель имеет нелинейный характер даже у здорового человека и зависит от содержания кислорода во вдыхаемой смеси (FiО2.): при дыхании воздухом он равен 10, при дыхании 100%-ным кислородом – около 100. Кроме того, он зависит от нарушений вентиляционно-перфузионных отношений и изменений венозной сатурации.
Для оценки эффективности кислородообмена большее практическое значение имеет расчет индексов оксигенации. Один из наиболее часто используемых индексов рассчитывается как частное от деления напряжения кислорода в артериальной крови к процентному содержанию кислорода во вдыхаемой смеси, выраженному в долях единицы:
рaО2 / FiО2
В норме этот показатель превышает 350-400 мм рт.ст. Снижение его ниже 300 мм рт.ст. является признаком острого повреждения легких, ниже 200 мм рт.ст. – острого респираторного дистресс-синдрома.
Расчет РАО 2 возможен с помощью уравнения альвеолярного газа, которое с этой целью используется в упрощенном варианте.
Немного физиологии
Уравнение альвеолярного газа в полной его форме представляет собой следующее математическое выражение:
РАО2 = РIО2 – (PAСО2 /RQ) +(PAСО2 × FiО2 × (1 – RQ)/RQ),
где РАО2 – напряжение кислорода в альвеолярном газе, PAС О2 – напряжение углекислоты в альвеолярном газе, РIО2 - напряжение кислорода во вдыхаемом воздухе, FiО2 – доля кислорода во вдыхаемом воздухе, RQ – респираторный коэффициент (respiratory quotent).
Обычно это уравнение используют для расчета респираторного коэффициента, а не РАО2. Данный коэффициент зависит от сопряжения процессов потребления кислорода и выделения углекислоты периферическими тканями, что определяется характером использующихся нутриентов – белков, жиров или углеводов. Он самый высокий при использовании углеводов (1,0), самый низкий при преимущественном поступлении в организм жиров (0,7).
Напряжение кислорода во вдыхаемом воздухе рассчитывается следующим образом:
РIО2 = (барометрическое давление – 47) × FiО2
Величины РАО2 и PAСО2 измеряют прямо в конечно-выдыхаемых порциях дыхательной смеси (то есть в альвеолярном воздухе) методами капнографии и быстрой оксиметрии.
Используя уравнение альвеолярного газа, можно рассчитать респираторный коэффициент, то есть фактически поглощение кислорода и выделение углекислоты на единицу объема вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Сопоставив эти показатели с величиной минутного объема вентиляции, можно оценить величину потребления организмом энергии и подобрать эффективную нутритивную поддержку.
Если величину респираторного коэффициента считать неизменной в течение коротких промежутков времени, то уравнение альвеолярного газа упрощается:
РАО2 = РIО2 – (1,25 × PAСО2),
Измеряя конечно-выдыхаемые величины PAСО2, можно вычислить РАО2. Из этого уравнения следует, что в норме при дыхании воздухом РАО2 равно 100-110 мм рт.ст., при дыхании чистым кислородом – 550 мм рт.ст.
Для ответа на третий вопрос оценивают потребление кислорода и эффективность его обмена. Потребление кислорода может быть рассчитано при помощи прямого и обратного методов Фика.
При использовании прямого метода Фика необходимо измерение напряжения кислорода в воздухе альвеол (РАО2) с помощью метода быстрой оксиметрии. Зная напряжение кислорода во вдыхаемом воздухе (РIО2) и в выдыхаемом воздухе (РА О2), измерив минутный объем дыхания с помощью спирометрии, можно рассчитать количество поступившего в организм и оставшегося в легких кислорода. Вычитая из первой величины вторую, рассчитывают потребление кислорода.
При использовании непрямого метода Фика потребление организмом кислорода является производным сердечного выброса и разницы в содержании кислорода в артериальной (Cа) и венозной (Сv) крови
Содержание кислорода в венозной крови считают по той же формуле, что и Ca, только используют показатели напряжения кислорода и сатурации гемоглобина не в артериальной, а в венозной крови.
Сv = (0,003 х рvО2) + (0,00138 х SvО2 х Hb)
Напряжение кислорода в артериальной и венозной крови, а также сатурацию гемоглобина измеряют инвазивными и неинвазивными способами. При инвазивных способах возможна дискретная и непрерывная оценка. При дискретной оценке повторно исследуют кровь из артерии или вены в газоанализаторе. Для непрерывной оценки SvО2 используют фиброоптические катетеры. Чтобы определить потребление кислорода для всего организма, этот катетер устанавливают в легочную артерию, то есть в сосуд, содержащий смешанную венозную кровь от всего организма. Необходимо предостеречь от использования для анализа крови, взятой из периферической вены. Эта кровь отражает доставку и потребление кислорода только в том периферическом участке, от которого она оттекает, и не может служить средством оценки оксигенации венозной крови в целом. В отличие от венозной, артериальная кровь практически одинакова в любой артерии, и поэтому нет разницы, что анализировать – кровь из аорты, сонной или лучевой артерии.
Кроме описанных методов, возможно также чрескожное (транскутанное) определение р О2 (как впрочем и рСО2), при помощи специальных датчиков с прогреванием кожи под ними. Показания этих датчиков хорошо согласуются с прямым определением рО2 и рСО2 в артериальной крови у детей. Однако нет единого мнения исследователей в вопросе, можно ли метод применять у взрослых пациентов.
Для неинвазивной оценки сатурации гемоглобина артериальной крови используют пульсоксиметрию. Принцип пульсоксиметрии основан на пропускании через ткани пальца или мочки уха параинфракрасного излучения. Излучение частично проходит через ткани, частично задерживается оксигенированным гемоглобином. Величина поглощенного излучения непрерывно меняется с каждым пульсовым сокращением. Анализ этой изменяющейся величины составляет основу пульсоксиметрической оценки сатурации гемоглобина артериальной крови (рис. 5.16).
Измерение потребления и доставки кислорода позволяет оценить зависимость первого показателя от второго. В норме потребление не зависит от доставки. Однако если доставка снижается, то наступает определенный момент, когда потребление тоже начинает снижаться. В тканях постепенно прекращаются зависимые от кислорода процессы (цикл трикарбоновых кислот) и нарастает накопление лактата из-за незавершенного анаэробного гликолиза. Эти взаимоотношения отображаются характерной кривой (рис. 5.17). Большинство исследователей считает, что при сепсисе эта кривая смещается вправо, отражая нарушение утилизации кислорода тканями.
Для изучения указанных процессов нужны независимые методы оценки потребления кислорода (прямой метод Фика с использованием быстрой оксиметрии и спирометрии) и доставки кислорода (непрямой метод Фика с использованием термодилюции и анализа газового состава крови). В ряде научных исследований авторы пытаются получить информацию о доставке и потреблении, используя для измерения и того, и другого показателя только один непрямой метод. Такой подход является методологически неправильным, так как нельзя изучить зависимость или независимость этих двух показателей, сам процесс измерения которых (одним методом!) делает их зависимыми друг от друга.
Мониторинг вентиляции
Мониторинг вентиляции чаще всего сводится к анализу содержания углекислого газа в выдыхаемом воздухе с помощью капнографии и прямому определению напряжения СО2 в крови с использованием газоанализатора.
При проведении анализа содержания углекислого газа нужно соблюдать ряд методологических условий. Главное из них – необходимость определенного промежутка времени перед проведением анализа после изменения параметров вентиляции легких. В организме существуют большие резервуары углекислоты с различной емкостью и скоростью наполнения и высвобождения СО2. Это приводит к значительной отсрочке стабилизации уровня СО2 – через 10 мин после гипервентиляции и 40 мин после гиповентиляции (J.J. Marini, A.P. Wheeler, 1997).
Прямое определение рСО2 в артериальной крови производят обычно одновременно с определением рО2 при заборе проб артериальной крови. Динамический контроль напряжения углекислого газа можно проводить, используя пробы венозной крови, где рСО2 обычно выше на 3-8 мм рт.ст., чем в артерии. Для анализа берут кровь из центральной вены или легочной артерии, но не из периферической вены.
При анализе выдыхаемого газа концентрация СО2 чаще всего представляют в качестве функции времени, реже – функции объема выдыхаемого газа. Изменения СО 2 во времени менее информативны, однако позволяют оценить степень нарушения вентиляционно-перфузионных отношений по форме кривой, мониторировать ритм дыхания, определить наличие гипо- и гипервентиляции (рис. 5.18). При отсутствии изменений нормальной кривой можно оценить напряжение углекислого газа в артериальной крови (рaСО2) по его напряжению в конечно-выдыхаемых (end tidal) порциях альвеолярного воздуха (рETСО 2 ). В норме величина градиента рaСО 2 – рETСО 2 равна 3-8 мм рт.ст. При развитии грубых нарушений вентиляционно–перфузионных отношений (ТЭЛА, ОРДС, аспирации крови и желудочного содержимого в трахею) этот градиент значительно возрастает. Изменяется также форма кривой напряжения углекислого газа в конечно-выдыхаемом воздухе. Минимизация величины рaСО 2 – рETСО 2 может использоваться как метод подбора оптимального РЕЕР.
Более информативно представление концентрации СО 2 в качестве функции объема выдыхаемого газа. Это позволяет определить, кроме указанных показателей, также среднюю концентрацию СО 2 в выдыхаемом газе и рассчитать величину дыхательного мертвого пространства, соотнесенного с дыхательным объемом (рис. 5.19).
Мониторинг механических свойств легких и грудной клетки
Показатели, имеющие клиническое значение для оценки динамики легочных нарушений – податливость (compliance – С), сопротивление (resistance – R), среднее давление в дыхательных путях (mPaw) и аутоРЕЕР.
Податливость.
Податливость – это изменение объема (volume, V), соотнесенное к изменениям давления (pressure, P):
С = ∆V/ ∆P.
Различают податливость легких (СL), грудной клетки (СW) и респираторной системы (СRS), но на практике оценивают обычно только последний показатель. Для расчета величины ∆V при проведении ИВЛ следует учитывать потери части дыхательного объема (VT) в контуре респиратора. Для приблизительного расчета используют специальную величину – фактор компрессии дыхательного контура (circuit compression factor – Сcf). Для большинства дыхательных контуров она считается равной 3 мл кислородно-воздушной смеси на каждый сантиметр водного столба пикового давления, подаваемого респиратором при вдохе.
Для измерения податливости нужно «выключить» с помощью медикаментов спонтанное дыхание больного и измерить давление в дыхательных путях во время пауз вдоха и выдоха (создать так называемые пассивные условия). Для чего нужны эти паузы? Нас интересует давление во всей респираторной системе, но измерить можно только давление на конце интубационной трубки. Чтобы это измеряемое давление отражало показатели давления в альвеолах, в бронхах, трахее и у конца интубационной трубки, создаются короткие паузы в конце вдоха и выдоха. Вследствие этого величины давления в разных частях респираторной системы временно уравниваются. Податливость респираторной системы определяется следующим образом:
СRS = VT × Сcf / PplatoInsp – PplatoExsp,
где PplatoInsp - давление на плато вдоха (inspiration) в условиях окончания вдоха и остановки потока, PplatoExsp – давление на плато выдоха (expiration) в условиях окончания выдоха и остановки потока (рис. 5.20). Нижняя граница нормы для величины податливости системы грудная клетка-легкие – 120-150 мл/см вод. ст. или 1,5-2 мл/см вод.ст на 1 кг массы тела.
Для раздельной оценки податливости грудной клетки и легких необходимо дополнительное измерение давления в пищеводе, которое отражает внутриплевральное давление. В настоящее время средствами раздельной оценки податливости легких и грудной клетки снабжены некоторые современные аппараты ИВЛ, что позволяет оптимизировать проведение респираторной поддержки при тяжелых дыхательных расстройствах.
Сопротивление
Различают инспираторное сопротивление дыхательных путей и экспираторное. Экспираторное сопротивление всегда больше, чем инспираторное, причем эта разница возрастает при патологии. Однако на практике обычно оценивают только инспираторное сопротивление (рис. 5.21):
RI = PD – PplatoInsp /Flow,
где RI – инспираторное сопротивление, Flow – поток (обычно пиковый поток респиратора), PD - пиковое давление в дыхательных путях, PplatoInsp - давление на плато вдоха (в условиях окончания вдоха и остановки потока). Верхняя граница инспираторного сопротивления – 5 см вод.ст./л∙сек. Увеличение инспираторного сопротивления свидетельствует об ухудшении проходимости трахео-бронхиального дерева из-за бронхоспазма, отека, скопления мокроты.
Среднее давление в дыхательных путях
С некоторой долей упрощения можно считать, что среднее давление в альвеолах (alveolar mean pressure, mPalv) соответствует среднему давлению в дыхательных путях (airways mean pressure, mPaw). Среднее давление в альвеолах - это усредненное давление, которое растягивает альвеолы и грудную клетку. Следовательно, mPalv и mPaw определяют артериальную оксигенацию и сопротивление венозному возврату. Для клинических целей нужно понимать, что mPaw увеличивается при возрастании минутного объема дыхания, положительного давления в дыхательных путях в конце выдоха (positive end-expiratory pressure, РЕЕР) и времени вдоха. Эти факторы, с одной стороны, повышают оксигенацию, с другой – снижают венозный возврат и повышают опасность баро- и волюмотравмы легких.
АутоРЕЕР
АутоРЕЕР представляет собой разницу между общим (тотальным) РЕЕР и установленным врачом на панели респиратора показателем положительного давления в дыхательных путях к концу выдоха. Тотальный РЕЕР определяют по показаниям манометра респиратора в конце вдоха при создании экспираторной паузы. Наличие аутоРЕЕР свидетельствует о затруднении выдоха (рис. 5.22). Имеется две основные причины этого состояния. Первая причина - повышение сопротивления в дыхательных путях во время выдоха, вследствие чего вдох начинается при не полностью законченном выдохе. Такая ситуация вызывает постепенное нарастание количества воздуха, задержанного в легких - так называемую дыхательную гиперинфляцию (рис. 5.23). Вторая причина аутоРЕЕР – появление активности мышц вдоха во время не полностью закончившегося выдоха. Мышечная активность отражает несинхронность работы аппарата ИВЛ и дыхательных попыток больного.
Первую причину аутоРЕЕР можно компенсировать увеличением пикового потока вдоха на панели респиратора. Это приводит к укорочению времени вдоха и удлинению времени выдоха. В результате пациент успевает выдохнуть до того, как наступит новый вдох. Причиной гиперинфляции может быть нерациональное использование паузы вдоха, что вызывает избыточное удлинение фазы вдоха. Это состояние компенсируется при исключении паузы вдоха.
Во втором случае появление аутоРЕЕР свидетельствует о нерациональном подборе режимов вентиляции, причиной чего могут быть недостаточные минутный объем дыхания, чувствительность триггера, содержание кислорода во вдыхаемой смеси, аппаратный РЕЕР. Одним из способов подбора оптимального аппаратного РЕЕР является его постепенное повышение до того уровня, когда исчезает аутоРЕЕР.
Расчет податливости, сопротивления, среднего давления в дыхательных путях и аутоРЕЕР производится на основе анализа обычных кривых, отражающих изменение давления в дыхательных путях, объема и потока газа во времени: кривые «давление в дыхательных путях – время», «поток воздуха – время», «объем воздуха – время» (рис. 5.23) Современные респираторы позволяют получать информацию также в виде петель давление–объем (P-V–петля) и поток–объем (F-V–петля) (рис. 5.24).
Принципиально новой информации они не несут, но делают ее представление более наглядным. Например, появление характерного «клюва» на петле давление-объем свидетельствует о снижении податливости легких и их перерастяжении вдуваемым дыхательным объемом. Разорванность петли поток-объем свидетельствует о наличии утечек в контуре аппарата ИВЛ.
Нормативы респираторной мощности. Приемлемое сопротивление дыханию
Рассчет работы на дыхание. Нормативы дыхательных аппаратов
На основе анализа данных литературы следует рекомендовать соблюдать условия, чтобы внешняя работа, затрачиваемая на дыхание (We), не превышала предела, определяемого по формуле WE= 0,5+ 0,02V Дж/л, где 10>V>75 л/мин.
Эта формула разработана вероятнее для поддержания относительно постоянного соотношения между внешней работой и общей интенсивностью метаболизма, как это предполагал в 1945 г. Silverman и сотрудники. При повышении интенсивности физической нагрузки от легкой степени до умеренной (V>40 л/мин) пределы, рассчитываемые по формуле более строги, чем приведенные ранее линейные нормативы мощности.
Коэффициенты уравнения выбраны с целью поддержания величины внешней работы в пределах дыхательного комфорта в соответствии с имеющимися физиологическими данными. Из известных в литературе экспериментальных результатов ясно, что с учетом предыдущих нормативов только небольшое число выбранных для испытаний систем дыхательных аппаратов смогли соответствовать этим пределам по дыхательной работе в рамках указанного диапазона величин легочной вентиляции.
В связи с несовершенством современного технического уровня дыхательных аппаратов для практических целей предложен второй вариант расчета — предел переносимости респираторной работы: WE=0,5 + 0,04V, Дж/л, при превышении которого аппарат не должен быть рекомендован для эксплуатации.
Middleton (1980) на основании полученных им результатов предположил, что допустимый предел респираторной работы, вероятно, позволит применять лишь немногие аппараты с легочным автоматом на глубинах до 50 м при использовании для дыхания воздуха. В соответствии с этим большинство аппаратов с легочным автоматом следует рекомендовать только для работы на глубине до 30 м. Некоторые дыхательные аппараты с худшими характеристиками необходимо, очевидно, исключить из эксплуатации в целях безопасности пловцов-аквалангистов.
Предложенный норматив возможно мог бы лечь в основу создания законодательства в этой области.
Для аппаратов со схемой возвратного дыхания и шлемов с закрытым циклом дыхания с двухтактной системой вентиляции этот предел переносимости респираторной нагрузки технически осуществим. Однако возможно, что лишь некоторые из современных разработок будут приняты для эксплуатации. В частности, следует заметить, что в отличие от многих опубликованных показателей внешней респираторной работы, которые включают в себя только работу, затрачиваемую на преодоление сопротивления дыханию (т. е. резистивный компонент — площадь, измеренную в пределах Р—V-петли), указанные нормативы учитывают общую внешнюю респираторную работу, направленную на преодоление резистивных, эластических и гидростатических сил.
Нормативы дыхательных аппаратов
При испытании аппарата на соответствие эксплуатационным нормативам в обычных условиях важно исключить необходимость использования сложного или дорогостоящего оборудования, требующегося для генерации различных форм волны «дыхательного» потока. Для таких испытаний наиболее подходит простая помпа, дающая синусоидальный (или близкий к этому) поток газа. Респираторная помпа должна генерировать дыхательные объемы в диапазоне 0,5—3 л. Дыхательные аппараты должны быть погружены под воду и испытаны при максимальной плотности газа и окружающем давлении, соответствующим тем условиям, в которых они будут использоваться.
Предлагаемые нормативы и рекомендуемые методы испытания приведены в специальных таблицах. Они основаны на рекомендациях, предложенных Reimers в 1974 г. и Morrison в 1975 г., но скорректированы и расширены с целью отражения физиологических и технических параметров, доступных в настоящее время. Методы испытаний и в меньшей мере сами нормативы разработаны так, чтобы их легко было применить- и получить значимые и сопоставимые с технической точки зрения результаты. Поэтому некоторые физиологические параметры этих методов не рассматриваются. В частности, не придано должного внимания внутренней работе, затрачиваемой на дыхание.
Для плотностей газа, превышающих 7,8 г/л, рекомендуются более жесткие пределы. Вместе с тем предложенные нормативы, по-видимому, делают возможным разумное компромиссное решение относительно уровней переносимости водолазом внешней респираторной нагрузки и способности современных дыхательных аппаратов обеспечить высокие потоки газа при низкой, разности давлений.
Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.
В 1962 г. Senneck предложил нелинейные нормативы для респираторной мощности (в килограммах*метр в 1 с или ваттах), описываемые функцией полинома 3-го порядка f(V), которые при низкой вентиляции легких намного более строги, чем идеальный норматив, предложенный Cooper. Но при вентиляции свыше 50 л/мин эти нормативы постепенно становятся менее жесткими. Кривая, выведенная Senneck позволяет провести различие между «заметным» и «незаметным» сопротивлением дыханию.
Потребности в вентиляторной мощности легких для двух подводных дыхательных аппаратов ВМС США с полузакрытым циклом дыхания были изучены в 1970 г. Bradley и соавт. Исследователи измеряли как внутреннюю, так и внешнюю работу, затрачиваемую на дыхание воздухом и газовой смесью кислорода с гексафторидом серы при различной физической нагрузке испытуемых на велоэргометре.
В своих расчетах Bradley и соавт. и Silverman и соавт., для того чтобы приближенно определить развиваемую мощность при дыхании, использовали результат деления среднего давления на среднюю скорость потока газа. Если считать процесс дыхания синусоидальным по характеру, а поток газа турбулентным, то теоретически работа, затрачиваемая на дыхание, будет приблизительно на 33% выше расчетной. Более того, поскольку эти эксперименты проведены в «сухих» барокамерах, гидростатический эффект, способствующий увеличению дыхательного усилия, отсутствовал.
Несмотря на это при вентиляции кислородно-сульфидгексафторидными смесями (плотность 5 г/л, STPD) энергетические потребности дыхания в обоих аппаратах превысили «идеальный» предел, установленный Cooper, при вентиляции свыше 30 л/мин и при 50 л/мин не смогли соответствовать верхнему пределу переносимости нагрузки.
Авторы пришли к выводу, что работа, затрачиваемая на дыхание, была неприемлемо высокой, и рекомендовали, чтобы данное снаряжение отвечало требованиям по сопротивлению, разработанным Silverman и сотрудниками, и максимальной энергетической потребности, установленной Cooper.
Работа, затрачиваемая на дыхание при использовании аппаратов с полузакрытым циклом, была измерена Ste'rk в 1973 г. в подводных условиях при горизонтальном и вертикальном положении водолаза. К сожалению, исследование ограничивалось относительно низкими уровнями легочной вентиляции (менее 24 л/мин). Однако даже при спокойном дыхании энергетические запросы на вентиляцию были выше нормативов, установленных Cooper.
Примечательно, что, поскольку главный компонент затрачиваемой на дыхание работы обусловлен гидростатическим давлением, Sterk сделал заключение и не бездоказательно о необходимости проведения испытаний аппаратов под водой с целью получения реальных данных. Ste'rk измерил внешнюю работу, затрачиваемую на дыхание, по отношению ко внешнему давлению на уровне рта, однако это, вероятно, вело к преувеличению работы на преодоление гидростатических сил, как указывалось ранее.
В 1973 г. Bentley и сотрудники обследовали 158 испытуемых во время ходьбы на третбане при одном из 10 уровней сопротивления на вдохе. Сопротивление на выдохе во всех случаях поддерживалось низким. Авторы использовали свой критерий приемлемого сопротивления дыханию — момент, когда у 10% испытуемых отмечалось: ощущение дыхательного дискомфорта. Как было обнаружено, время возникновения дискомфорта было тесно связано с величиной работы, затрачиваемой на 1 л вентиляции легких, и максимальными колебаниями давлений.
На основе установленного ими критерия Bentley и сотрудники рекомендовали в качестве предельной величины работы, затрачиваемой на вдох, 0,14 кгм/л, а внешней респираторной работы— 0,17 кгм/л. Однако эти величины не были особенно строги, так как при их превышении осложнений не возникало. При увеличении внешней нагрузки на дыхание число испытуемых, ощущающих дискомфорт, возросло. Однако частота случаев дыхательного дискомфорта не достигала 50% до тех пор, пока внешняя затрачиваемая на вдох работа не стала равной 0,26 кгм/л или максимальное давление на вдохе не достигало 33 см вод. ст.
Как и в экспериментах, проведенных Silverman, степень тренированности испытуемых в исследовании Bentley в отношении переносимости затрудненного дыхания не достигала таковой у водолазов, к тому же каждый из них участвовал только в одном эксперименте. Существует твердое мнение, что опыт подобной работы повышает переносимость индивидуумом повышенного сопротивления дыханию. Возможно, поэтому пределы, установленные Bentley, являются несколько консервативными для водолазов.
Сопротивление дыхательных путей. Сопротивление легких. Воздушный поток. Ламинарный поток. Турбулентный поток.
Растяжимость легких количественно характеризует растяжимость легочной ткани в любой момент изменения их объема в течение фазы вдоха и выдоха. Поэтому растяжимость представляет собой статическую характеристику эластических свойств легочной ткани. Однако во время дыхания возникает сопротивление движению аппарата внешнего дыхания, обусловливающее его динамические характеристики, среди которых наибольшее значение имеет сопротивление потоку воздуха при его движении через дыхательные пути легких.
На движение воздуха из внешней среды через дыхательные пути к альвеолам и в обратном направлении оказывает влияние градиент давления: при этом воздух движется из области высокого давления в область низкого давления. При вдохе давление воздуха в альвеолярном пространстве меньше, чем атмосферное, а при выдохе — наоборот. Сопротивление дыхательных путей потоку воздуха зависит от градиента давления между полостью рта и альвеолярным пространством.
Поток воздуха через дыхательные пути может быть ламинарным, турбулентным и переходным между этими типами. Воздух движется в дыхательных путях, в основном, ламинарным потоком, скорость которого выше в центре этих трубок и меньше вблизи их стенок. При ламинарном потоке воздуха его скорость линейно зависит от градиента давления вдоль дыхательных путей. В местах деления дыхательных путей (бифуркации) ламинарный поток воздуха переходит в турбулентный. При возникновении турбулентного потока в дыхательных путях возникает дыхательный шум, который может выслушиваться в легких с помощью стетоскопа. Сопротивление ламинарному потоку газа в трубе обусловлено ее диаметром. Поэтому, согласно закону Пуа-зейля величина сопротивления дыхательных путей потоку воздуха пропорциональна их диаметру, возведенному в четвертую степень. Поскольку сопротивление дыхательных путей находится в обратной зависимости от их диаметра в четвертой степени, то этот показатель самым существенным образом зависит от изменений диаметра воздухоносных путей, вызванных, например, выделением в них слизи из слизистой оболочки или сужением просвета бронхов. Общий диаметр сечения дыхательных путей возрастает в направлении от трахеи к периферии легкого и становится максимально большим в терминальных дыхательных путях, что вызывает резкое снижение сопротивления потоку воздуха и его скорости в этих отделах легких. Так, линейная скорость потока вдыхаемого воздуха в трахее и главных бронхах равна примерно 100 см/с. На границе воздухопроводящей и переходной зон дыхательных путей линейная скорость воздушного потока составляет около 1 см/с, в дыхательных бронхах она снижается до 0,2 см/с, а в альвеолярных ходах и мешочках — до 0,02 см/с. Столь низкая скорость воздушного потока в альвеолярных ходах и мешочках обусловливает в них незначительное сопротивление движущемуся воздуху и не сопровождается значимыми затратами энергии мышечного сокращения.
Напротив, наибольшее сопротивление дыхательных путей потоку воздуха возникает на уровне сегментарных бронхов в связи с наличием в их слизистой оболочке секреторного эпителия и хорошо развитого гладкомышечного слоя, т. е. факторов, которые в наибольшей степени влияют как на диаметр воздухоносных путей, так и на сопротивление в них потоку воздуха. В преодолении этого сопротивления заключается одна из функций дыхательных мышц.
НПБ 165-2001 Техника пожарная. Дыхательные аппараты со сжатым воздухом для пожарных. Общие технические требования. Методы испытаний
Разработаны Главным управлением Государственной противопожарной службы Министерства внутренних дел Российской Федерации (ГУГПС МВД России) (В.В. Кудаленкин) Федеральным государственным учреждением «Всероссийский ордена «Знак Почета» научно-исследовательский институт противопожарной обороны Министерства внутренних дел Российской Федерации» (ФГУ ВНИИПО МВД России) (В.В. Пивоваров, В.И. Логинов, В.Н. Чиркунов, Ю.Н. Маслов).
Внесены и подготовлены к утверждению отделом пожарной техники и вооружения ГУГПС МВД России
Утверждены приказом ГУГПС МВД России от 7 сентября 2001 г. № 65.
Дата введения в действие 1 октября 2001 г.
Вводятся взамен НПБ 165-97.
МИНИСТЕРСТВО ВНУТРЕННИХ ДЕЛ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПРОТИВОПОЖАРНАЯ СЛУЖБА
НОРМЫ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ТЕХНИКА ПОЖАРНАЯ. ДЫХАТЕЛЬНЫЕ
АППАРАТЫ СО СЖАТЫМ ВОЗДУХОМ
ДЛЯ ПОЖАРНЫХ.
ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ.
МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ
FIRE EQUIPMENT. BREATHING APPARATUSES
WITH COMPRESSED AIR FOR FIREMAN.
GENERAL TECHNICAL REQUIREMENTS.
TEST METHODS
НПБ 165-2001
Дата введения 01.10.2001 г.
1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
1.1. Настоящие нормы распространяются на дыхательные аппараты со сжатым воздухом для защиты органов дыхания и зрения пожарных (далее - дыхательные аппараты) от вредного воздействия непригодной для дыхания токсичной и задымленной газовой среды при тушении пожаров в зданиях, сооружениях и на производственных объектах различного назначения.
1.2. Настоящие нормы устанавливают общие технические требования к дыхательным аппаратам и методы их испытаний.
1.3. Настоящие нормы применяются на стадиях разработки, изготовления и испытания дыхательных аппаратов, а также при их сертификации в Системе сертификации в области пожарной безопасности.
2. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
В настоящих нормах используются следующие термины с соответствующими определениями.
2.1. Дыхательный аппарат со сжатым воздухом - изолирующий резервуарный аппарат, в котором запас воздуха хранится в баллонах в сжатом состоянии. Дыхательный аппарат работает по открытой схеме дыхания, при которой вдох осуществляется из баллонов, а выдох - в атмосферу.
2.2. Подвесная система дыхательного аппарата - составная часть дыхательного аппарата, состоящая из спинки (основания), системы ремней (плечевых, поясных, концевых) с пряжками для регулировки и фиксации дыхательного аппарата на теле человека.
2.3. Внешнее или легочное дыхание - совокупность процессов, при которых осуществляется обмен воздуха между внешней средой и легкими, а также обмен газов между поступившим в легкие воздухом и кровью, т.е. процессы, происходящие непосредственно в органах дыхания человека.
2.4. Условное время защитного действия дыхательного аппарата (мин) - период, в течение которого сохраняется защитная способность дыхательного аппарата при испытании на стенде-имитаторе внешнего дыхания человека в режиме выполнения работы средней тяжести (легочная вентиляция 30 дм 3 /мин), при температуре окружающей среды (25 ± 2) °С.
2.5. Фактическое время защитного действия дыхательного аппарата (мин) - период, в течение которого сохраняется защитная способность дыхательного аппарата при испытании на стенде-имитаторе внешнего дыхания человека в режиме от относительного покоя (легочная вентиляция 12,5 дм 3 /мин) до тяжелой работы (легочная вентиляция 60 дм 3 /мин) во всем диапазоне рабочих температур.
2.7. Дыхательный режим - совокупность взаимосвязанных значений следующих параметров: потребления кислорода в единицу времени при относительном объеме (дм 3 /мин), выделения двуокиси углерода (дм 3 /мин), дыхательного коэффициента, легочной вентиляции (дм 3 /мин), частоты дыхания (мин -1 ) и дыхательного объема (дм 3 ).
2.8. Легочная вентиляция (дм 3 /мин) - объем воздуха, прошедший при дыхании через легкие человека за одну минуту.
2.9. Дыхательный объем (дм 3 ) - величина, равная отношению объема воздуха, прошедшего через легкие человека за одну минуту, к частоте его дыхания.
2.10. Сигнальное устройство - приспособление, предназначенное для подачи звукового сигнала работающему о том, что основной запас воздуха в дыхательном аппарате израсходован и остался только резервный запас.
2.11. Модификация дыхательного аппарата - по РД 50-629.
3. ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ
3.1. Дыхательные аппараты в зависимости от климатического исполнения должны подразделяться на:
дыхательные аппараты исполнения У, категории размещения 1 по ГОСТ 15150 (далее - дыхательные аппараты общего назначения), рассчитанные на применение при температуре окружающей среды от минус 40 до 60 °С, относительной влажности до 95 %;
дыхательные аппараты исполнения УХЛ, категории размещения 1 по ГОСТ 15150 (далее - дыхательные аппараты специального назначения), рассчитанные на применение при температуре окружающей среды от минус 50 до 60 °С, относительной влажности до 95 %.
3.2. Требования назначения
3.2.1. Дыхательный аппарат общего назначения должен быть работоспособным в режимах дыхания, характеризующихся выполнением нагрузок от относительного покоя (легочная вентиляция 12,5 дм 3 /мин) до очень тяжелой работы (легочная вентиляция 85 дм 3 /мин) в диапазоне температур окружающей среды от минус 40 до 60 °С.
3.2.2. Дыхательный аппарат специального назначения должен быть работоспособным в режимах дыхания, характеризующихся выполнением нагрузок, указанных в п. 3.2.1 настоящих норм, в диапазоне температур окружающей среды от минус 50 до 60 °С.
3.2.3. В состав дыхательного аппарата должны входить:
баллон (баллоны) с вентилем (вентилями);
редуктор с предохранительным клапаном;
легочный автомат с воздуховодным шлангом;
устройство дополнительной подачи воздуха (байпас);
звуковое сигнальное устройство;
лицевая часть с переговорным устройством;
сумка (футляр) для основной лицевой части.
Примечание . В состав дыхательного аппарата рекомендуется включать следующие устройства: спасательное устройство, подключаемое к дыхательному аппарату; быстроразъемное соединение для подключения спасательного устройства или устройства искусственной вентиляции легких; штуцер quick fill - штуцер для проведения быстрой дозаправки баллонов воздухом.
3.2.4. Условное время защитного действия (далее - ВЗД) дыхательного аппарата должно составлять не менее 60 мин.
3.2.5. Фактическое ВЗД дыхательного аппарата, в зависимости от температуры окружающей среды и степени тяжести выполняемой работы, должно соответствовать значениям, указанным в таблице 1 .
Температура окружающего воздуха, °С
Отношение фактического ВЗД к условному ВЗД, %, не менее
Легочная вентиляция, дм 3 /мин
3.3. Требования надежности
3.3.1. Вероятность сохранения исправности дыхательного аппарата за время нахождения его в состоянии ожидания применения в течение 720 ч (30 суток) должна быть не менее 0,98.
3.3.2. Вероятность безотказной работы дыхательного аппарата за время защитного действия должна быть не менее 0,98.
3.3.3. Срок службы дыхательного аппарата должен быть не менее 10 лет.
3.4. Требования стойкости к внешним воздействиям
3.4.1. Дыхательный аппарат должен сохранять работоспособность после пребывания в среде с температурой 200 °С в течение 60 с.
3.4.2. Дыхательный аппарат должен сохранять работоспособность после транспортной тряски с перегрузкой 3 g (где g - ускорение свободного падения) при частоте от 2 до 3 Гц:
при имитации транспортирования к потребителю в транспортной упаковке;
при имитации транспортирования к месту применения.
3.4.3. Дыхательный аппарат должен сохранять работоспособность после воздействия вибронагрузки с частотой от 50 до 60 Гц и амплитудой 0,4 мм.
3.4.4. Дыхательный аппарат должен сохранять работоспособность после воздействия климатических факторов:
температуры (50 ± 3) °С в течение 24 ч;
температуры минус (60 ± 3) °С в течение 4 ч;
температуры (35 ± 2) °С при относительной влажности (90 ± 5) % в течение 24 ч.
3.4.5. Дыхательный аппарат должен сохранять работоспособность при погружении в воду в течение 15 с.
3.4.6. Дыхательный аппарат должен выдерживать воздействие открытого пламени с температурой (800 ± 50) °С в течение (5,0 ± 0,2) с.
3.4.7. Лицевая часть и легочный автомат дыхательного аппарата должны выдерживать воздействие теплового потока плотностью (8,5 ± 0,5) кВт/м 2 в течение 20 мин.
3.4.8. Легочный автомат и спасательное устройство дыхательного аппарата должны быть устойчивыми к воздействию ректификованного этилового спирта, а также водных растворов следующих веществ: перекиси водорода (6 %-го), хлорамина (1 %-го), борной кислоты (8 %-го), марганцовокислого калия (0,5 %-го).
3.4.9. Дыхательный аппарат должен быть устойчивым к воздействию растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ).
3.5. Требования эргономики
3.5.1. Подвесная система должна быть выполнена таким образом, чтобы дыхательный аппарат удобно располагался на спине, прочно фиксировался, не вызывая потертостей и ушибов при работе. Подвесная система должна предотвращать воздействие на пожарного нагретой или охлажденной поверхности баллона.
3.5.2. Подвесная система должна позволять пожарному быстро, просто и без посторонней помощи надеть дыхательный аппарат и отрегулировать его крепление. Система ремней дыхательного аппарата должна быть снабжена устройствами для регулировки их длины и степени натяжения. Все приспособления для регулировки положения дыхательного аппарата (пряжки, карабины, застежки и др.) должны быть выполнены таким образом, чтобы ремни после регулировки прочно фиксировались. Регулировка ремней подвесной системы не должна нарушаться в течение аппаратосмены.
3.6. Конструктивные требования
3.6.1. Дыхательный аппарат в рабочем положении должен располагаться на спине человека.
Форма и габаритные размеры дыхательного аппарата должны соответствовать строению человека, сочетаться с защитной одеждой, каской и снаряжением пожарного, обеспечивать удобство при выполнении всех видов работ при пожаре (в том числе при передвижении через узкие люки и лазы диаметром (800 ± 50) мм, передвижении ползком, на четвереньках и т.д.).
3.6.2. Дыхательный аппарат должен быть выполнен таким образом, чтобы имелась возможность его надевания после включения, а также снятия и перемещения дыхательного аппарата без выключения из него при передвижении пожарного по тесным помещениям.
3.6.3. Масса снаряженного дыхательного аппарата без вспомогательных устройств, применяющихся эпизодически (спасательное устройство, устройство искусственной вентиляции легких и др.), должна быть не более 16,0 кг.
Масса снаряженного дыхательного аппарата с условным ВЗД более 100 мин должна быть не более 17,5 кг.
3.6.4. Приведенный центр массы дыхательного аппарата должен находиться не далее чем в 30 мм от сагиттальной плоскости человека.
3.6.5. Все органы управления дыхательным аппаратом (вентили, рычаги, кнопки и др.) должны быть легкодоступны, удобны для приведения их в действие и надежно защищены от механических повреждений и от случайного срабатывания.
3.6.6. Органы управления дыхательным аппаратом должны срабатывать при усилии не более 80 Н.
3.6.7. В дыхательном аппарате должна быть применена система воздухоснабжения, при которой в процессе дыхания в подмасочном пространстве лицевой части должно постоянно поддерживаться избыточное давление воздуха в режимах дыхания, характеризующихся выполнением нагрузок, указанных в п. 3.2.1 настоящих норм, в диапазонах температур окружающей среды от минус 40 до 60 °С (для дыхательного аппарата общего назначения) и от минус 50 до 60 °С (для дыхательного аппарата специального назначения).
3.6.8. Избыточное давление в подмасочном пространстве лицевой части при нулевом расходе воздуха не должно превышать 450 Па.
3.6.9. Фактическое сопротивление дыханию на выдохе в дыхательном аппарате в течение всего времени защитного действия должно быть не более значений, указанных в таблице 2 .
Читайте также: