/
Текст
Medical
Instrumen tation
For
Health Care
LESLIE CROMWELL
California State University
Los A ngeles
MORT ARDITTI
Cedars-Sinai Medical Center
Los Angeles
FRED J. WEI8ELL and ERICH A. PFEIFFER
Veterans Administration Biomedical
Engineering and Computing Center
Sepulveda, California
BONNIE STEELE
California State University
LVs Angeles
JOSEPH LABOK
Los Angeles Valley College
Prentice-Hall, Inc. Englewood Cliffs, New Jersey
ПУ1ЕДИЦИНСКАЯ
ЭЛЕКТРОННАЯ
АППАРАТУРА
ДЛЯ
ЗДРАВООХРАНЕНИЯ
Перевод с английского
М. К. РАЗМАХНИНА
Под редакцией
канд. техн, наук
Р. И. УТЯМЫШЕВА
МОСКВА «РАДИО И СВЯЗЬ* 19811
ББК 32.844
М42
УДК 615,471
М42 Медицинская электронная аппаратура для здраво-
охранения: Пер. с англ./Л. Кромвелл, М. Ардитти,
Ф. Вейбелл и др.; Пер. под ред. Р. И. Утямышева.—
М.: Радио и связь, 1981. — 344 с., ил.
В пер.: 1 р. 90 к.
В книге коллектива американских авторов—медиков и специалистов
в области разработки и производства медицинской аппаратуры обсуждены
возможности и методы измерения различных физиологических параметров.
Приведены описание и методика использования биомедицинских систем
и установок. Книга богато иллюстрирована.
Для широкого круга медицинских работников, использующих элеК’
тронную аппаратуру, специалистов, создающих такую аппаратуру, а также
-студентов вузов соответствующих специальностей.
30407.50103—126
до --------------- 35—81 (С. р.) 2401000000, 4103000000
046(01)—81
ББК 32.844
6Ф10:6
Редакция литературы по радиоэлектронике
S1976 by Prentice—Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey.
Перевод с английского, предисловие, примечания. Издательство
«Радио и связь», 1981 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА
Технический арсенал современного здравоохранения огромен и
многообразен. В настоящее время практически все передовые до-
стижения научно-технической революции поставлены на службу
здравоохранения и медицины. Как правильно замечают авторы кни-
ги, значительное число ведущих научно-исследовательских и про-
мышленных организаций (фирм) занято сейчас разработкой и
производством медицинской техники.
Медицинская техника, медицинское приборостроение — уже
не обособленные области, не самостоятельный раздел техники, а
составная часть технического арсенала общества.
Подавляющее большинство вопросов применения медицинской
техники, обработки информации связаны с измерениями. Поэтому
особую значимость приобретают вопросы метрологического обес-
печения здравоохранения, которое целиком базируется на извест-
ных общетехнических методах измерений, действующей эталонной
базе и образцовых мерах. Все это способствует бурному развитию
медицинской техники и использованию новых достижений науки
и техники.
Современная медицинская техника — это вседиапазонная ра-
диоэлектронная, лазерная и криогенная техника, рентгенологиче-
ские и акустические устройства, искусственные «органы», слож-
ные системы жизнеобеспечения, технические средства, основанные
на достижениях химии полимеров, техника высоких энергий, ко-
ротко- и ультракороткоживущих изотопов и т. д.
Новую страницу открывают возможности вычислительной тех-
ники, микропроцессоров, технических средств синтеза объемных
изображений внутренних органов, например, с помощью техники
акустической и оптической голографии.
Вероятно, назрело время отразить эти вопросы и в системе
организации подготовки медицинских кадров. Этому будет спо-
собствовать издание литературы, учебных пособий.
Предлагаемая читателю книга представит несомненный инте-
рес для советских специалистов. Хотя некоторые вопросы рас-
смотрены применительно к действующему в США законодатель-
ству, а также некоторым американским нормативным материалам,
это не умаляет ее полезности для советского читателя.
Усложнение медицинской техники и насыщенность ею меди-
цинских учреждений предъявляет повышенные требования к ква-
лификации медицинского персонала, требует новых форм взаимо-
отношений его с техникой.
5
Современная медицинская техника — это основные фонды
медицинского учреждения, а также орудия труда медицинского
работника (врача, медсестры и т. д.). Медицинский работник, не
владеющий медицинской техникой, не знающий ее, не считающий
ее орудием своего профессионального труда, не может полноцен-
но выполнять свои служебные обязанности. Как и в любой отрас-
ли народного хозяйства, специалист здравоохранения должен
знать, уметь грамотно эксплуатировать медицинскую технику.
В настоящее время это вопрос огромной социальной значимости,
от которого в конечном счете зависит эффективность работы мно-
гих учреждений здравоохранения, их пропускная способность,
экономические показатели. Медицинский работник должен не
только знать технику, но и уметь проводить эксплуатационные,
регламентные работы, устранять простейшие неисправности, знать
технику безопасности, действующие в его области работы норма-
тивные документы, стандарты, уметь интерпретировать данные
измерений.
ПРЕДИСЛОВИЕ
По мере увеличения населения нашей планеты возрастает роль
здравоохранения. В последние годы стал особенно заметен прог-
ресс в таких областях, как неврология и кардиология. Главная
причина этого — «обручение» медицины и техники.
Вступительная часть этого предисловия не нова. Она уже была
опубликована в книге «Биомедицинские приборы и измерения»,
которую также выпустило издательство Прентис—Холл. Эта кни-
га вышла в свет в начале 1973 г. и за короткое время получила
широкое признание. Ею заинтересовались самые разнообразные
круги читателей: в первую очередь инженеры и техники, работа-
ющие в области биомедицинской техники, а также многие врачи
и другие специалисты здравоохранения. Ио особый интерес про-
явила еще одна группа читателей — медицинские сестры отделе-
ний интенсивной терапии. При этом возникла проблема: при соз-
дании этой книги авторы рассчитывали на читателей, знакомых
с основами электротехники и электроники, однако именно этих
знаний и не имеет медицинская сестра.
Поэтому издатели и авторы пришли к выводу о необходимости
написания другой книги, в которой найдут отражение основы
электротехники и электроники.
В самом начале предполагалось, что в книге могут быть ис-
пользованы многие оригинальные работы; затем авторы поняли,
что это потребует использования различных подходов. Кроме
того, получили развитие многие новые дисциплины, которые мож-
но легко объединить в категорию «парамедицинских». Многие из
их основных понятий и проблем входят в круг знаний, которыми
должны обладать медицинские сестры. С учетом всех этих сооб-
ражений и была выбрана окончательная форма книги.
6
Авторы решили, что их собственные знания и опыт в этой об-
ласти недостаточны, поэтому для участия в создании книги были
приглашены другие специалисты: медицинская сестра, имеющая
опыт практической работы в отделении интенсивной терапии;
преподаватель по курсу «Приборы и инструменты» в профессио-
нальном училище для медсестер; инженер по биомедицинской ап-
паратуре и ее использованию в больницах, который ежедневно
работал именно с теми людьми, для которых была написана
эта книга.
Когда шесть специалистов в различных областях собираются
вместе, чтобы написать книгу, они сталкиваются с целым рядом
проблем. Мы надеемся, что все эти проблемы разрешены и нам
удалось получить хорошие результаты. Все несли ответственность
за качество работы, и каждый еще и еще раз редактировал каж-
дого. Были и длительные дебаты и многочисленные переделки
текста, но все были согласны в главном: книга должна быть ос-
новополагающей и в то же время достаточно глубокой и содержа-
тельной, чтобы сохранить ценность для специалистов этой непре-
рывно прогрессирующей области. Она должна охватить различ-
ные области медицины. Подход к написанию этой книги должен
быть таким, чтобы она могла послужить фундаментом, на кото-
ром по мере развития медицинской техники могло бы быть пост-
роено здание будущих знаний.
Эта книга по существу состоит из трех частей: в первой изла-
гаются основы затрагиваемых дисциплин, во в.торой рассматрива-
ются наиболее важные клинические применения и в третьей •—
применения медицинских приборов во многих специальных слу-
чаях.
В первых двух главах сделана попытка ответить на вопрос:
что такое медицинская аппаратура? Читатель может ознакомить-
ся с некоторыми более широкими аспектами затрагиваемого пред-
мета. Приводятся многие определения и идеи, но чтобы понять,
как работают эти приборы и как они используются, необходимо
знать основы электротехники. Изложению этих основ посвящены
гл. 3 и 4. Каждый вопрос рассматривается фундаментально, с
самых основ. И наконец, в завершение этой части книги рассмат-
риваются физиологические показатели, которые следует измерять
на практике.
Во второй части, состоящей из шести глав, рассматриваются
основные клинические применения приборов. Глава посвящена
описанию электродов, электрокардиографии, непрямых и прямых
методов измерения давления крови, дефибрилляторов и кардиос-
тимуляторов, систем и устройств для оказания скорой помощи,
приборов, используемых в отделениях специальной терапии и в
отделениях для лечения новорожденных. Все проблемы рассмат-
риваются достаточно глубоко.
В последней части книги приводится более широкий, хотя и
менее глубокий обзор применений медицинской аппаратуры.
В этих главах описываются: потоки и объемы крови, работа серд-
7
ца, биотелеметрия, респираторные приборы, рентгенография и ка-
тетеризация сердца, хирургические комплексы, электроэнцефало-
графия, электромиография, ультразвук и наблюдение за плодом.
Последние три главы являются универсальными и посвящены воп-
росам безопасности в больницах, применению ЭВМ в медицине и
мерам предосторожности при использовании электронного обо-
рудования.
Информация для этой книги была получена из самых разно-
образных источников: из курса лекций по медицинским и инже-
нерным предметам в университете в Лос-Анджелесе штата Кали-
форния; по медицинским и техническим предметам в колледже
Лос-Анджелес Вэлли; часть информации была собрана в различ-
ных центрах и больницах Администрации по делам ветеранов
Соединенных Штатов, в госпитале Либэнон Сидаре и в Исследо-
вательском центре Сидарс-Синай в Лос-Анджелесе.
В работе такого рода важно, чтобы для иллюстраций исполь-
зовались имеющиеся в продаже системы, которые получили ши-
рокое распространение. Многие производители выпускают ана-
логичную аппаратуру и трудно решить, какую аппаратуру исполь-
зовать для иллюстрации излагаемого материала. Все компании и
больницы проявили большое стремление к сотрудничеству, и мы
вынуждены извиниться за то, что не имели возможности исполь-
зовать для иллюстраций различные доступные виды аппаратуры.
Авторы благодарят все компании, которые с большим желанием
предоставили этот материал. В каждом конкретном случае мы
приносим благодарность за помощь в соответствующем месте
текста.
Авторы также хотят поблагодарить И. Кромвелл, которая на-
печатала основную часть рукописи; Э. Шредер и Э. Велленстайн
за их помощь в написании некоторых глав и за предоставление
необходимой информации; Л. Сюидор из Калифорнийского уни-
верситета в Лос-Анджелесе за помощь и полезные советы, а так-
же В. Гибсона и издательство Прентайс-Холл за поддержку.
Лос-Анджелес, Калифорния
Л. Кромвелл
М. Ардитти
Ф. Вейбелл
Э. Пфайфер
Б. Стил
Дж. Лэйбок
1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
О МЕДИЦИНСКОЙ АППАРАТУРЕ
Главной и конечной целью всех работников здравоохранения
является непосредственное использование или содействие в исполь-
зовании всех доступных средств для поддержания здоровья паци-
ента в оптимальном состоянии. Практикующие врачи добиваются
этого с помощью постоянного и неоднократного обследования па-
циента, в ходе которого они получают физиологические и другие
необходимые данные о его состоянии. Большую часть этих данных
получают с помощью медицинской аппаратуры. Многие из этих
аппаратов решают и определенные диагностические задачи, кото-
рые выполняли медсестры со времен Флоренс Найтингел. При
интенсивной терапии глубина знаний и специальных навыков пер-
сонала приобретают все большее значение. Аналогичное утвержде-
ние можно высказать и в отношении медико-технического (пара-
медицинского) персонала, работающего в различных областях
медицины. Никогда еще лечащий персонал не принимал на себя
такую ответственность перед пациентом. Представьте себе ответ-
ственность врача, берущегося за лечение пациента в критическом
состоянии. Так же велика ответственность и персонала отделений,
где лечат острые заболевания. Лечащий врач становится и пер-
вичным получателем информации и лицом, оценивающим всю со-
вокупность данных о пациенте; именно поэтому он занимает
центральное положение в системе здравоохранения. Медицинская
аппаратура непосредственно способствует обеспечению оптималь-
ного здоровья пациента.
В результате широкого развития интенсивной коронарной (сер-
дечной) терапии и внедрения технологических усовершенствова-
ний и изобретений во все сферы интенсивной терапии практические
работники здравоохранения постоянно сталкиваются с необходи-
мостью непосредственно использовать новое мониторное оборудо-
вание и автоматизированные методы лечения и обслуживания
пациентов. Недостаток знаний основ работы аппаратуры может
привести к неправильному использованию оборудования и к ухуд-
шению «персонализации» обслуживания пациента. Работники
здравоохранения обычно являются пытливыми учениками, поэто-
му «черный ящик», из которого поступают в документированном
виде данные о важных физиологических параметрах, порождает
много вопросов. Например: какова природа «затухания»? Как
биохимические явления превращаются в яркое пятно на экране
осциллографа? Какова природа электрического тока?
Данная книга должна способствовать росту знаний в этой об-
ласти, что сыграет важную роль в увеличении числа положитель-
9
ных исходов лечения пациентов. Мобилизация всеобщих усилий и
опыта для пользы пациента сейчас играют не менее важную роль,
чем подготовка и уровень квалификации отдельных врачей.
1.1. РАННИЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ
Медицинская аппаратура — это не новая область техники.
Например, электрокардиограф был разработан и впервые исполь-
зован Эйтховеном в конце XIX в. Прогресс в этой области был
относительно медленным до окончания второй мировой войны,
когда образовался избыток электронной аппаратуры. В это время
многие инженеры и техники, как работающие в промышленности,
так и независимые специалисты, начали модифицировать сущест-
вующую аппаратуру для использования ее в медицинских целях.
Первый этап этого процесса приходится на 50-е годы, и хотя
результаты были разочаровывающими, предпринятые в это деся-
тилетие усилия обеспечили базу для последующего этапа в 60-х
годах — разработки специальной медицинской аппаратуры.
Большую помощь оказало правительство США, в частности
НАСА (Национальная администрация по исследованию космиче-
ского пространства). Некоторые концепции и характеристики
мониторных систем, применяемых в настоящее время в госпиталях
всего мира, были заимствованы у мониторных систем для астро-
навтов. Использование достижений в смежных областях, таких
как биотелеметрия, также основывалось на некоторых програм-
мах НАСА.
Важным этапом развития медицинской аппаратуры явилось
создание в начале 60-х годов первых отделений сердечной тера-
пии. Некоторые работы в этом направлении велись в кардиохирур-
гии, хотя и недостаточно широко из-за относительно слабого раз-
вития этой области в то время. В 1962 г. были созданы два отде-
ления доктором X. Дэй в госпитале Бетану, Канзас Сити, шт. Кан-
зас и докторами Л. Мелтцер и Дж. Китчелл в госпитале Пресви-
терианского университета в медицинском центре Пенсильвании.
Доктор Дэй создал свое отделение, так как был озабочен тем,
что после реанимации выживало всего 4% пациентов, помещен-
ных в общих палатах. Он занимался главным образом лечением
сердечных и легочных заболеваний, и его данные, по всей вероят-
ности, отражали средние данные по стране в тот период. Доктора
Мелтцер и Китчелл создали свои отделения после проведения
исследования, в ходе которого они обследовали более 700 пациен-
тов мужского пола, страдающих острыми сердечными заболевания-
ми. Наиболее интересными были следующие результаты: 47% из
171 смертельного исхода было вызвано аритмией и 70% всех
смертельных исходов произошли в первые пять дней после посту-
пления в палату.
На основании этой информации Мелтцер и Китчелл разрабо-
тали прототип программы интенсивной сердечной терапии. Они
использовали комбинацию метода непрерывного электрокардиог-
10
рафического наблюдения с разработанным методом ограничения
вентрикулярной фибрилляции и вентрикулярной остановки для
лечения пациентов с острыми или подозреваемыми инфарктами
миокарда в течение первых критических дней после инфаркта.
С распространением отделений кардиотерапии по всей стране и
при включении в этот метод определенных фармакологических
вмешательств, которые осуществляли медицинские сестры для
предотвращения опасной для жизни аритмии, основываясь на дан-
ных электрокардиографического наблюдения, процент смертель-
ных исходов при острых инфарктах миокарда снизился с 30 до
15%.
Такая ситуация сделала эту область в самом реальном смысле
«родной» для медсестер. Использование биоэлектрической аппа-
ратуры при обследовании и лечении пациентов больше не являет-
ся исключительной привилегией исследователей или технических
экспертов, выполняющих исследования в области радиологии,
электрокардиографии, электроэнцефалографии и т. п. В настоя-
щее время персонал, обеспечивающий лечение пациента, обычно
имеет возможность проводить диагностику и несет ответственность
за выполнение определенных вмешательств на основании оценки
физиологических параметров, полученных с помощью биоэлект-
рических мониторных систем.
1.2. ТРЕБОВАНИЯ СЕГОДНЯШНЕГО ДНЯ
Наилучшим примером лечения с применением медицинской
аппаратуры является интенсивная коронарная терапия. Область
медицины, включающая наблюдение за пациентами и их лечение
при сочетании инженерных и медицинских методов, получила наз-
вание интенсивной терапии. Наличие систем наблюдения за паци-
ентами и более широкое участие среднего медицинского и медико-
технического персонала в ходе лечения стали неотъемлемыми ча-
стями терапии, где бы ни размещался пациент, находящийся в
состоянии физиологического кризиса: в операционной или палате
реабилитации, зоне интенсивного послеоперационного наблюде-
ния, отделении для пациентов, пострадавших в результате нес-
частного случая, респираторном отделении, отделении интенсив-
ного лечения новорожденных, отделении интенсивной терапии или
даже дома по прибытии скорой помощи. Сейчас уже не только
желательно, но и в значительной мере возможно отображать на
мониторах прикроватных комплексов оценки сложных физиоло-
гических параметров тяжелобольных пациентов. В дополнение к
электрокардиографам, дефибрилляторам и кардиостимуляторам в
настоящее время широко вошли в практику отображение на мо-
ниторах и документальная фиксация с помощью биомедицинской
аппаратуры следующих параметров: результатов катетеризации
правого отдела сердца, давления в легочной артерии, сердечного
Ныброса по Фикку, результатов использования метода индикатор-
ного растворения, времени циркуляции, артериального давления
11
и давления в левом предсердии, pH крови, температуры кожи,
результатов изучения почечной активности и т. in. Все эти иссле-
дования регулярно проводятся в клинических условиях и отлича-
ются большой точностью. Для улучшения качества лечения паци-
ентов используются и ЭВМ (рис. 1.1).
По крайней мере 75% всех госпиталей, в которых насчитыва-
ется 100 или более коек, имеют отделения интенсивной терапии и
кардиотерапии, где основную ответственность за наблюдение за
пациентами несет средний медицинский персонал. В то же самое
время руководство госпиталей все шире использует ресурсы ста-
ционара для удовлетворения многочисленных потребностей в диаг-
ностике, лечении и текущем наблюдении за больными, находя-
щимися в наиболее тяжелом состоянии. Очевидные причины такой
тенденции обусловлены следующим: стремительно увеличива-
ющейся стоимостью медицинского обслуживания и госпитализа-
ции, что требует более эффективного использования существую-
щих возможностей и персонала; возрастающей ролью первично-
го обслуживания пациентов и использования возможностей ам-
булаторных (вне стационара) исследований для сохранения здо-
ровья с помощью диагностического скрининга и лечения заболе-
ваний в начальной стадии, до того, как они станут серьезными;
повышением эффективности и расширением возможностей лече-
ния различных распространенных болезней с помощью терапев-
тических и хирургических методов (например, методы миокарди-
альной реваскуляризации при лечении хронических ангин, транс-
плантация почек и гемодиализ при хронических почечных болез-
нях); возрастающей ролью госпиталей как центров больших сис-
тем, охватывающих все общество и служащих делу расширения
Рис. l.'l. Медсестра перед пультом медицинской электронной системы
12
медицинского обслуживания населения при несчастных случаях.
Чтобы подчеркнуть последнюю причину, укажем следующее: еже-
годно приблизительно 1 млн человек страдают от острого инфарк-
та миокарда и более чем 650 тыс. погибают вследствие различных
сердечных болезней. Из числа последних около 350 тыс. погибают
вне госпиталя в первые два часа после появления первых симпто-
мов. Многие тонущие, пострадавшие от электротока, при отрав-
лении лекарствами и в результате автомобильных катастроф мо-
гут быть спасены, если до госпитализации они получат быструю
и правильно оказанную помощь от групп скорой помощи, исполь-
зующих противошоковое и мониторное оборудование и систему
связи с базовым госпиталем. Почти каждый пациент в отделениях
острых заболеваний является действительным или потенциальным
объектом применения методов спасения больных, находящихся в
критической ситуации. Некоторые из этих методов в той или иной
форме используют биомедицинскую аппаратуру.
1.3. ОБЪЕМ ЗНАНИЙ, НЕОБХОДИМЫЙ ДЛЯ РАБОТЫ
В ОТДЕЛЕНИЯХ ИНТЕНСИВНОЙ ТЕРАПИИ
Объем знаний и навыков, которыми должен обладать средний
медицинский персонал отделений интенсивной терапии, определен
Американской ассоциацией медсестер, участвующих в интенсив-
ной терапии. Эта организация достигла большого прогресса в оп-
ределении исходных стандартов для практики и методов обучения
практических работников в соответствии с установленными кри-
териями. Другие дисциплины, которые используются при подго-
товке медико-технического персонала, позволят, вероятно, опреде-
лить некоторые дополнительные стандарты.
Большинство образовательных программ, рассчитанных на
обучение уже подготовленных медсестер, строятся на базе самых
общих курсов, обычно входящих в программы подготовки мед-
сестер. В связи с повышением требований к уровню знаний, необ-
ходимых для проведения исследований с помощью биомедицин-
ской аппаратуры, и, следовательно, к уровню знаний в смежных,
областях физиологии, биохимии и физики возникает вопрос: како-
ва должна быть подготовка, на базе которой можно овладеть та-:
кими знаниями? Так как знаниям в области биомедицинской ап-
паратуры уделяется особое внимание, необходимо указать, что1
студенты, продолжающие образование в области интенсивной
терапии, должны хорошо освоить основы электроники. Создавая
эту книгу мы были уверены, что навыки в использовании мони-
торного оборудования и навыки медицинского вмешательства
должны вырабатываться в результате освоения этих основ. Кроме
того, курс физической диагностики, сопровождаемый курсами
физики, биохимии и современной физиологии, должен быть прой-
ден студентами до того или параллельно с тем, как он будет изу-
чать курсы интенсивной и обычной терапии.
13
1.4. НОВЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ В ОБЛАСТИ
МЕДИЦИНСКОЙ АППАРАТУРЫ
Медицинская аппаратура в большей степени, хотя и не исклю-
чительно, используется при интенсивной терапии. Существуют оп-
ределенные тенденции к значительному расширению применения
медицинской аппаратуры и в других областях медицины. Одним
из важных является применение медицинской аппаратуры для
профилактики в ходе проведения автоматизированного многофаз-
ного скрининга населения. Уже сейчас в профилактических меди-
цинских программах средний технический персонал широко участ-
вует в проведении мероприятий по охране здоровья детей, мате-
рей и взрослых. Персонал госпиталей участвует также в таких
программах здравоохранения, как «Медекс». Более того, возмож-
но, что будут достигнуты значительные успехи в борьбе с посто-
янно существующими вредными и ослабляющими здоровье факто-
рами окружающей среды с помощью профилактики и (или)
методов раннего обнаружения заболеваний. Вычислительные сис-
темы и автоматические лаборатории для проведения исследований
являются неотъемлемыми частями системы раннего обнаружения
заболеваний. Работники здравоохранения будут все больше прив-
лекаться к важной работе по наблюдению и лечению пациентов
с имплантированными кардиостимуляторами и искусственными
органами с помощью телеметрических и других мониторных сис-
тем.
В отделениях интенсивной терапии современные достижения
биомедицинской техники и методов хирургического вмешательства
позволят, вне всякого сомнения, расширить использование искус-
ственных органов при лечении пациентов. Эти и другие удиви-
тельные достижения медицины не надо больше рассматривать со
страхом или подозрением. Наше общество должно использовать
возможности, предоставляемые наукой и техникой для продления
человеческой жизни.
1.5. ЦЕЛЬ НАСТОЯЩЕЙ КНИГИ
Цель, которую поставили перед собой авторы настоящей кни-
ги — показать связь между принципами и практикой использова-
ния медицинской аппаратуры и широким спектром проблем здра-
воохранения. Начальные главы посвящены изложению основ
физических знаний. В них приводятся основные концепции элект-
ротехники и электроники, обсуждаются физиологические показа-
тели, которые измеряются в ходе исследований и лечения.
Далее с той или иной мерой детализации обсуждаются глав-
ные клинические применения медицинской техники, рассматрива-
ются некоторые специальные применения такой аппаратуры. Ос-
новные принципы использования вычислительных систем в меди-
цине и вопросы безопасности при работе с медицинской аппара-
турой рассматриваются в такой степени, в какой, по мнению
14
авторов, они этого заслуживают. Заключительные главы посвяще-
ны общим вопросам применения медицинской электронной аппа-
ратуры.
Материал книги излагается таким образом, что его можно
применить и к тем классам аппаратуры, которые будут использо-
ваться в будущем.
2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕДИЦИНСКОЙ АППАРАТУРЫ
Термин инструмент имеет несколько значений, основное из
которых — это орудие, инструмент, прибор. Хирургический скаль-
пель и циркуль чертежника являются примерами инструментов,
широко используемых в нашей жизни. Приборы для измерения
длины, массы, давления или какой-либо иной физической вели-
чины также являются инструментами. Термин оборудование
или аппаратура означает группу приборов или инструментов, при-
меняемых для выполнения специальных действий или функций.
В учреждениях здравоохранения для диагностики и лечения
заболеваний пользуются широким набором разнообразных инстру-
ментов и приборов, и очень простых, и очень сложных. Во многих
приборах используются электрические явления. Все вместе они
образуют совокупность, получившую название медицинской аппа-
ратуры. В широком смысле медицинская аппаратура включает в
себя все типы инструментов и приборов, используемых для раз-
личных аспектов клинической медицины и медицинских исследо-
ваний. Однако в настоящей книге мы будем рассматривать в пер-
вую очередь электрические и электронные приборы, применяемые
в клинической диагностике и при лечении госпитализированных
пациентов. Лабораторная аппаратура и аппаратура для медицин-
ских исследований рассматриваться почти не будет.
Эта глава содержит некоторые технические термины, которые
могут быть незнакомы читателю. Они будут объяснены в гл. 3—5.
2.1. ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
Основной задачей медицинской аппаратуры является измере-*
ние физиологических переменных. Переменная есть некоторая ве-
личина, значения которой изменяются в течение времени. Пере-
менная, связанная с физиологическими процессами в организме,
называется физиологической *. Примерами физиологических пока-
зателей является температура тела, электрическая активность
сердца, определяемая ЭКГ, артериальное давление, параметры
*- Все примечания, для которых использовано цифровое обозначение, смотри
в конце книги в разделе «Примечания» — Прим. ред. пер.
15
дыхательной активности. Измерение физиологических показателей
необходимо и при диагностике заболеваний, и при наблюдении за j
процессом лечения. В любом случае измеренные значения сравни-
вают с так называемыми нормальными, полученными при тех же ,
самых измерениях у большого числа здоровых людей. Физиологи-
ческие показатели, которые наиболее часто измеряют при диагно- 3
стике и лечении пациента, рассмотрены в гл. 5.
Чтобы физиологический показатель был полезен при диагнос-
тике данного заболевания, его значение должно значительно
отличаться от нормального. Важно, чтобы этот показатель можно
было легко измерить, метод его измерения должен создавать ’
пациенту минимально возможные неудобства. Одни физиологиче-
ские показатели, такие как температура тела и пульс, удовлетво- f
ряют обоим требованиям и уже давно используются для диагно-
стики, другие, обеспечивающие важную информацию, труднее
поддаются измерению и для их изучения необходима сложная
электронная аппаратура.
Одни физиологические показатели, такие как масса и темпе-
ратура тела, изменяются относительно медленно, следовательно,
их можно измерять не так уж часто. Другие непрерывно и доста-
точно быстро меняются, и для их измерения и регистрации необ-
ходимы приборы, которые достаточно быстро реагируют на эти
изменения. Мгновенное значение физиологических показателей, ,
например напряжение электрокардиосигнала, несет мало информа-
ции. Чтобы показатель был полезным, его следует регистриро-
вать в течение определенного временного интервала. Запись ЭКГ i
необходимо производить в течение по крайней мере одного цикла
работы сердца. В некоторых случаях клинически важная инфор-
мация появляется при регистрации весьма редко и физиологиче- I
ский показатель следует регистрировать длительное время, чтобы
определить наличие существенных явлений. ' ।
Иногда важную для диагностики информацию можно полу-
чить только при измерении физиологического показателя с исполь-
зованием определенной стимуляции. Стимуляция предполагает
создание определенных условий или использование специальных
средств, таких, например, как глюкоза при проверке восприимчи- '
вости пациента к ней, или определенной программы упражнений
при записи ЭКГ пациента под нагрузкой. Изменения физиологи-
ческих показателей при стимуляции пациента являются откликом
.на стимуляцию.
2.2. КОМПОНЕНТЫ МЕДИЦИНСКОЙ АППАРАТУРЫ
Независимо от сложности каждый медицинский прибор для
измерения физиологических показателей может быть разделен на
три основные части: преобразователь, аппаратура для обработки
сигнала и устройство отображения информации или дисплей. Не-
которые приборы, кроме того, содержат блоки для формирования
и применения стимулирующих воздействий. В некоторых прибо-
16
pax эти компоненты выделить легко, в других — функции различ-
ных блоков разделить трудно. В последующих разделах мы рас-
смотрим каждый из этих компонентов и объясним принцип их
работы.
2.2.1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 2
Преобразователь — это часть прибора, которая способна «чув-
ствовать» или воспринимать измеряемый физиологический пока-
затель. В преобразователе измеряемая информация преобразуется
в электрический сигнал, который изменяется точно так же, как и
измеряемый показатель. Если, например, измеряется артериаль-
ное давление, то создаваемое преобразователем напряжение уве-
личивается при возрастании давления и уменьшается при сниже-
нии, причем изменение напряжения точно повторяет изменение
давления (понятие «напряжение» разъясняется в гл. 3). Даже те
физиологические показатели, которые имеют по существу элект-
рическую природу, такие как ЭКГ и электроэнцефалограмма, тре-
буют при измерении использования преобразователей, называе-
мых электродами, которые преобразуют ионное напряжение в
электрический сигнал.
Так как преобразователь в большинстве случаев должен быть
прикреплен к телу пациента или даже введен в некоторый орган,
то его часто выделяют из прибора. Крепление преобразователя
к телу часто определяет возможность правильного функциониро-
вания прибора.
Если преобразователь не обеспечивает получения соответствую-
щего сигнала, то прибор не позволит получить полезных результа-
тов даже в том случае, если все другие компоненты разработаны
и функционируют правильно.
Таким образом информация преобразуется в преобразователе
в электрический сигнал, следовательно, для понимания принципов
работы и использования медицинской аппаратуры необходимо
знать основы электротехники, которые рассматриваются в гл. 3.
2.2.2. АППАРАТУРА ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ
В большинстве приборов электрический сигнал, поступающий
от преобразователя, должен пройти обработку, прежде чем он
примет форму, удобную для дальнейшего его использования в
устройстве отображения. Такая модификация или обработка сиг-
нала выполняется в специальных блоках прибора — блоках об-
работки сигналов.
Электрический сигнал, получаемый от большинства преобразо-
вателей, мал, поэтому его следует усилить. Усиление осуществля-
ется с помощью электронных приборов, т. е. приборов, в которых
осуществляется управление электронными потоками. В гл. 4
приведены основы электроники и принципы работы электронных
приборов, в том числе и усилителей.
17
Блок обработки сигналов в приборе может состоять только и»
одного простого усилителя, а может включать и много устройств,
которые модифицируют или обрабатывают сигнал различными
способами. Обычно блоки обработки сигналов встраивают в основ-
ной корпус прибора или в стойку системы. В большинстве случаев
ручки органов управления прибором находятся на передней пане-
ли, что позволяет оператору настраивать или отлаживать опре-
деленные характеристики прибора. Иногда органы управления
для защиты их от «любителей покрутить ручки» располагают в за-
щищенном месте.
2.2.3. ДИСПЛЕИ 3
Если результаты измерений имеют важное значение, то они
должны быть представлены в такой форме, чтобы человек мог вос-
принимать их. Та часть прибора, которая преобразует модифици-
рованный электрический сигнал, появляющийся на выходе блоков
обработки сигнала, в форму, удобную для восприятия, называется
дисплеем или устройством считывания результатов. Дисплей мо-
жет иметь вид какой-либо индикаторной лампы, стрелочного при-
бора, зуммера сигнала тревоги, устройства записи на бумажную
ленту, экрана осциллографа (на основе электронно-лучевой труб-
ки, аналогичной той, которая используются в телевизорах) и т. д.
Иногда в одном и том же приборе могут использоваться не-
сколько различных дисплеев. Например, монитор состояния паци-
ента может отображать ЭКГ на экране осциллографа, частоту
сокращения сердца на стрелочном приборе и подавать сигнал о
наступлении опасного состояния с помощью зуммера.
2.2.4. СТИМУЛЯЦИЯ
В состав некоторых приборов входят средства для формирова-
ния, подачи к пациенту и управления сигналами стимуляции. При
измерении, например, времени нервной проводимости необходима
электрическая стимуляция (легкий удар током). Отклик на стиму-
ляцию (мускульная реакция или активность другой части нервной
системы) измеряется соответствующим преобразователем и ре-
зультаты отображаются на экране осциллографа.
2.3. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА МЕДИЦИНСКОГО ПРИБОРА 7
Функционирование прибора часто описывают с помощью струк-
турной схемы. В такой схеме каждый квадрат или блок соответ-
ствует узлу прибора. Стрелки указывают направление передачи
сигнала или информации между блоками. Структурная схема на
рис. 2.1 демонстрирует основные компоненты медицинского прибо-
ра, которые рассмотрены в § 2.2. Здесь стимулирующее воздей-
ствие приложено к телу пациента. Преобразователь (иногда их
несколько) воспринимает измеряемый физиологический показа-
18
Рис. 2.1. Структурная схема типичного медицинского прибора
тель и формирует электрический сигнал, который модифициру-
ется в блоке обработки сигнала. Модифицированный сигнал пре-
образуется с помощью дисплея в воспринимаемую информацию.
В тех случаях, когда для получения необходимого набора изме-
рений используется более одного прибора, формируется система
приборов. Она может включать в свой состав несколько преобра-
зователей, набор блоков и устройств обработки сигналов и раз-
личные дисплеи. Часто йнформация от нескольких преобразовате-
лей записывается 'на соседних дорожках одного и того же само-
писца или отображается на одном экране осциллографа. Изме-
ренные данные от каждого преобразователя образуют канал ин-
формации. Система приборов может также включать в свой сос-
лав аппаратуру (например, магнитофон) для регистрации инфор-
мации, поступающей по нескольким каналам, которая позволяет
в дальнейшем при необходимости воспроизвести ее.
2.4. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
МЕДИЦИНСКОГО ПРИБОРА
Необходимо, чтобы люди, которые выбирают и используют ме-
дицинские приборы, знали их основные характеристики. Тогда
они могут лучше понять проспекты, технические описания и ин-
струкции по эксплуатации приборов и обосновано сравнить ана-
логичные приборы, чтобы выбрать необходимые. В последующих
параграфах кратко определены некоторые наиболее важные ха-
рактеристики приборов.
2.4.1. ДИАПАЗОН
Диапазон прибора — полный набор значений измеряемой ве-
личины, на который рассчитан прибор в нормальном режиме
функционирования. Для прибора, измеряющего физиологические
показатели, диапазон простирается от наименьшего значения по-
19
казателя, которое прибор способен точно измерить, до наиболь-
шего. Например, для монитора ритма сердца диапазон от 0 до
250 ударов в минуту. При этом можно ожидать, что такой прибор
будет правильно измерять и указывать любое значение ритма
сердца между этими двумя пределами.
2.4.2. ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ
Существует два толкования термина чувствительность, кото-
рые используются для описания медицинских приборов. Прежде
всего, это способность прибора измерять и обнаруживать малые
изменения измеряемых показателей. Более чувствительный при-
бор способен обнаруживать и отображать меньшие изменения
показателя, чем менее чувствительный. Чувствительность прибора
частично зависит от разрешения дисплея. Разрешение — это спо-
собность индицировать наименьшие изменения, которые могут
быть считаны с дисплея. Например, если в качестве дисплея ис-
пользуется стрелочный прибор, то прибор, имеющий большую)
шкалу с хорошо различимыми рисками между цифрами, позволя-
ет производить отсчеты значительно точнее, чем прибор с неболь-
шим стрелочным индикатором, и следовательно, имеет более высо-
кое разрешение.
Другое определение чувствительности связывает значение из-
меряемого физиологического показателя с размерами бумажной
ленты самописца или с высотой регистрируемой кривой нд. экране
осциллографа. Дисплей монитора, например, может иметь ' чув-
ствительность 1 мВ напряжения на каждый сантиметр высоты
кривой ЭКГ на экране. Зная чувствительность, легко определить,
что кривая, имеющая на экране высоту зубца R 3 см, отображает
ЭКГ, в которой максимальная высота зубца R 3 мВ. Часто пре-
дусматривается регулировка чувствительности (с соответству-
ющим обозначением на ручке «Чувствительность»), позволяющая
подстраивать чувствительность прибора.
2.4.3. ТОЧНОСТЬ
Точность прибора — это его способность точно указывать ис-
тинное значение измеряемого показателя. Точность означает так-
же отсутствие ошибок, хотя она иногда выражается через макси-
мальную ошибку, которую может допустить прибор. Ошибка
(погрешность) определяется отклонением значения, указываемого
прибором, от истинного значения измеряемого показателя. Точ-
ность не надо смешивать с разрешением, которое определено в
и. 2.4.2. Возможность считывать с цифрового дисплея отсчеты
с четырьмя цифрами еще не гарантирует, что точность прибора
будет высока.
2.4.4. ЛЕГКОСТЬ КАЛИБРОВКИ
Калибровкой называется процедура, с помощью которой при-
бор настраивают так, чтобы его показания как можно точнее
20
соответствовали истинным изме-
ряемым значениям. Иногда калиб-
ровка выполняется с помощью из-
мерения величин, истинные значе-
ния которых известны точно, и со-
ответствующей регулировки при-
бора. Приборы другого типа ка-
либруют, сравнивая показания
прибора с показаниями другого
прибора, который служит образ-
цом, эталоном или стандартом.
Рис. 2.2. ЭКГ со стандартным калиб-
ровочным импульсом
Калибровка одних приборов про-
изводится легко, а для калибровки других необходимо выполнить.,
трудные и длительные процедуры. Соответствующая калибровка
прибора значительно повышает его точность. На рис. 2.2 показа-
на ЭКГ с калибровочным стандартным прямоугольным импуль-
сом амплитудой 1 мВ. Напряжение в любой точке можно»
точно определить, сравнив его с напряжением калибровочного им-
пульса. Однако для этого прибор должен быть отрегулирован так,,
чтобы вершина калибровочного импульса с амплитудой 1 мВ на
графике соответствовала определенному уровню.
2.4.5. СТАБИЛЬНОСТЬ
4 Однажды откалиброванный прибор будет сохранять точность
’ лишь такой период времени, в течение которого не происходит от-
клонений от условий калибровки. Постепенное ухудшение точности
. после калибровки называется дрейфом прибора. Стабильность
j прибора — это его способность сохранять точность в течение за-
d данного времени после калибровки. Стабильный инструмент редко
требует повторной калибровки, а прибор с плохой стабильностью
необходимо калибровать часто.
. 2.4.6. ЧАСТОТНЫЙ ДИАПАЗОН
Одни физиологические показатели изменяют свои значения
। быстро, а другие медленно. Многие показатели, такие как ЭКГ,
отражают и быстрые, и медленные изменения. Поэтому медицин-
ский прибор должен отслеживать быстрые и медленные измене-
ния. Как будет показано в гл. 3, сложный процесс можно охарак-
теризовать диапазоном или полосой частот. Там же объясняется'
понятие «частота». Здесь достаточно установить, что частота вы-
ражается в циклах в секунду или герцах (Гц) и что полоса час-
тот, в котором прибор способен отслеживать изменения измеряемой..'
величины, составляет его частотный диапазон. Таким образом, ча-
> стотный диапазон прибора должен соответствовать полосе частот,
i в которую попадают все изменения измеряемой величины. Это-
основное условие адекватного представления показателя.
21
2.4.7. ОТСУТСТВИЕ ШУМОВ И НЕЖЕЛАТЕЛЬНЫХ СИГНАЛОВ
(ПОМЕХ, АРТЕФАКТОВ)
В § 2.2 мы определили сигнал, поступающий от преобразова-
теля, как изменения напряжения, соответствующие измеряемой
-информации. Однако наряду с сигналом в этом напряжении часто
присутствуют и другие изменения. Эти нежелательные изменения,
• обычно называемые шумом, интерференцией, помехами или арте-
фактами, также участвуют в формировании результирующего сиг-
нала, появляющегося на дисплее.
Артефакт представляет собой любое искусственное изменение
измеряемого показателя, такое, например, которое возникает на
ЭКГ при движении пациента. Если в качестве дисплея исполь-
зуется экран монитора, то помехи могут проявиться в виде высоко-
частотных изменений, наложенных на кривую, что придает изобра-
жению «пушистый» вид. В стрелочных приборах или в некоторых
других типах дисплеев интерференция может привести к ошибоч-
ным измерениям.
Могут существовать различные источники шумов и интерфе-
ренции. При измерении ЭКГ, электроэнцефалограммы (ЭЭГ) или
других биоэлектрических потенциалов тело пациента может дей-
ствовать в качестве антенны и улавливать энергию с частотой
•60 Гц4 от электроламп, электропроводки или от другого электро-
оборудования. Эта энергия с частотой 60 Гц может также улав-
. ливаться длинными входными кабелями прибора.
Вопросы появления шумов из-за воздействия линий питания
. аппаратуры рассматриваются в гл. 3. Иногда шумы генерируются
внутри самой аппаратуры. Преобразователь наряду с измеряемым
показателем может улавливать и другие нежелательные при дан-
ном измерении показатели. Если, например, электрод ЭКГ разме-
. щен над мышцей, то активация этой мышцы может вызвать нало-
жение нежелательного сигнала электромиограммы (ЭМГ) на ЭКГ.
В некоторых приборах предусмотрены специальные меры для
устранения или ослабления воздействия определенных видов шу-
мов или интерференции. Во многих случаях хорошее знание при-
бора позволяет оператору принять определенные меры для умень-
шения интерференции.
2.4.8. ПРОСТОТА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
Эта характеристика прибора представляет собой интерес для
• персонала госпиталей. Это понятие можно трактовать по-разному.
Наиболее важным для персонала является простота наложения
или крепления преобразователей к пациенту. Так же важна и про-
-стота управления прибором, например легкость и удобство счи-
тывания и интерпретации данных на дисплее. Не менее важна и
простота ухода за аппаратурой и ее очистки, что необходимо для
'.правильного функционирования приборов. Здесь можно указать
22
высокую механическую прочность прибора (способность прибор»
правильно работать в течение продолжительного времени, даже-
при возможном неправильном использовании без поломок или
ухудшения характеристик), возможность и простоту его очистки*
(как часто прибор нуждается в чистке) и ожидаемый срок служ-
бы наиболее тонких и сложных (деликатных) узлов прибора..
Вопросы эксплуатации электронной аппаратуры и ухода за ней
рассмотрены в гл. 20.
2.4.9. УДОБСТВА ДЛЯ ПАЦИЕНТА И ЕГО БЕЗОПАСНОСТЬ
При измерении физиологических показателей часто бывает
необходимо ввести или подсоединить преобразователь к такой
точке организма, где эти показатели можно измерить. Многие фи-
зиологические показатели можно измерять, размещая преобразо-
ватель вне тела или на поверхности кожи. Измерения такого типа
называют невторгающимися. Некоторые измерения требуют втор-
гающихся методов — преобразователь или катетер размещают
внутри тела. Например, при прямом измерении артериального дав-
ления катетер с преобразователем следует ввести внутрь артерии..
Введение преобразователя в тело обычно связано с определенным
риском для пациента, поэтому этот метод рассматривают как дис-
комфортный. Следовательно, если это возможно, предпочтитель-
нее проводить измерения с помощью невторгающихся методов.
Если, однако, неьторгающиеся методы применить нельзя, нужно-
использовать вторгающиеся.
Прибор, предназначенный для выполнения исследований с вве-
дением преобразователя внутрь тела, должен удовлетворять опре-
деленным требованиям. Он должен выдерживать стерилизацию,.
по возможности минимизировать травмы и дискомфорт пациента.
При введении в сердечно-сосудистую систему та часть прибора,
которая вводится в поток крови, должна быть нетромбогенной'
(не способствовать образованию сгустков или тромбов) и непи-
рогенной (не выделять тепло).
Можно с удовлетворением отметить, что развитие техники и
технологии в конце 60-х и начале 70-х годов сделало возможным
замену некоторых старых вторгающихся клинических методов
новыми невторгающимися, которые позволяют получить аналогич-
ную информацию. Например, эхокардиографию, при которой для
получения функциональной информации о сердце используется
ультразвуковая энергия, в настоящее время часто применяют
вместо некоторых клинических диагностических методов, которые
требовали катетеризации.
Даже использование невторгающихся приборов может создать
определенный дискомфорт для пациента. Например, долговремен-'
ное наложение ЭКГ электродов может вызвать раздражение ко-
жи. Это необходимо учитывать и при разработке, и при использо-
вании прибора. Степень дискомфорта в значительной мере за-
висит от длительности процедуры. Поэтому лечащий персонал*
23
должен быть подготовлен быстро выполнять дискомфортные про-
цедуры.
Здесь следует упомянуть и другую опасность для пациента,
возникшую при использовании медицинской аппаратуры. Когда
.для обследования или лечения пациента используется аппаратура,
получающая питание от силовых электрических линий, существу-
ет опасность поражения пациента электрическим током. Она зна-
чительно возрастает в тех случаях, когда пациент подсоединяется
к прибору (например, электрокардиографу или монитору ЭКГ)
или когда возникают электропроводящие пути между внешними
и внутренними участками тела, (особенно пути, ведущие к серд-
цу). Вопросы безопасности при использовании электроаппаратуры
.рассмотрены подробно в гл. 18.
3
ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
В ПРИМЕНЕНИИ К МЕДИЦИНЕ
Люди в современном индустриализированном мире используют
.-электричество так же свободно и непринужденно, как воду. Одна-
ко, если поведение и свойства воды достаточно хорошо известны
и понятны всем, о электричестве большинство людей знают нем-
ного. Они знают, что электричество приводит в действие многие
бытовые приборы, освещает мир и делает многое другое. Им удоб-
но пользоваться, оно готово к работе сразу же после поворота
выключателя. Они также знают из опыта, что электричество —
это нечто абстрактное (так как его никогда нельзя увидеть) и
реальное, требующее большого уважения, так как оно может выз-
вать нежелательные повреждения или по крайней мере неприят-
ные ощущения. Потребителю электричества не обязательно знать,
что это такое и каково его поведение, чтобы его эффективно ис-
пользовать, как водителю не обязательно понимать работу двига-
теля, чтобы управлять автомобилем. Однако, столкнувшись с не-
• поладками, водитель окажется в выигрышном положении, если он
понимает основные принципы работы двигателя. Точно так же
потребители электричества, особенно в отделениях интенсивной
терапии госпиталей, будут иметь преимущества, если будут знать,
что это такое, каково его поведение и как им следует эффективно
и безопасно пользоваться.
3.1. ЧТО ТАКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО?
Строго говоря, электричество есть основное свойство или харак-
теристика всей материи, так как последняя состоит из атомов, со-
. держащих наряду с другими частицами электроны. Электрон
(рис. 3.1) —мельчайшая электрически заряженная частица, кото-
24
рая в нормальных условиях вращается
вокруг электрически заряженного ядра
атома, почти так же, как спутник — во-
круг Земли. На рис. 3.1 показан атом
водорода, простейшего из всех извест-
ных (более 100) химических элементов.
Электрон (показан со знаком минус)
удерживается на орбите частично за
счет силы притяжения, которая сущест-
вует между ним и его электрически за- рис. 3.1. Структура атома
ряженным ядром — протоном (пока- водорода
зан со знаком плюс). Понимание при-
роды и поведения электрона (и электрических зарядов) является
первым важным шагом при изучении электричества.
3.1.1. ПОВЕДЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ
Как показано на рис. 3.2, а, электрон является отрицательным
электрическим зарядом и обозначается знаком минус. Положи-
тельный заряд показан со знаком плюс. Эти знаки символизиру-
ют, что поведение зарядов в природе различно. Термин заряд оз-
начает, что частица (или объект) обладают электрической энер-
гией. Любой объект или вещество, способное совершать работу,
обладает энергией. Когда, например, некто использует свою энер-
гию, чтобы переместить больничную койку на определенное рас-
стояние, он совершает работу. Количество затраченной или ис-
пользованной энергии равно количеству совершенной работы. Су-
ществует два вида энергии: потенциальная и кинетическая. По-
тенциальной энергией обладает, например, объект массой в 40 кг,
поднятый на высоту в 1 м над полом. Если его отпустить, то он
совершит работу, соприкоснувшись с полом (возможно, повредит
его). Находясь в поднятом состоянии, объект хранит потенциаль-
ную энергию, это значит, что он имеет возможность совершить ра-
боту. Кинетическая энергия — это энергия в движении. Когда мы
отпускаем объект массой 40 кг, его потенциальная энергия пере-
Рис. 3.2. Силовые (энергетические) поля в природе:
а — электрические поля, окружающие заряды; б — гравитационное поле, окружающее Землю
25
Отрицательный
заряд
Лоложательный
заряд
Рис. 3.3. Разноименные электрические заряды:
а — разделены; б — притягиваются друг к другу; в — результирующее движение зарядов
(по направлению друг к другу)
ходит в кинетическую. Потенциальная энергия запасена во мно-
гих веществах. Ископаемые виды топлива (уголь, нефть, бензин)
обладают потенциальной энергией. При освобождении этой энер-
гии она используется для выработки тепла и электричества.
Электрические заряды обладают потенциальной энергией в виде
силового поля, которое их окружает. Следовательно, они способ-
ны совершать работу. На рис. 3.2, а электрическое силовое поле
показано в виде ореола. Геометрия электрического силового поля
аналоги”на геометрии гравитационного силового поля, окружа-
ющего Землю (рис. 3.2, б). Направленные к Земле стрелки, поме-
щенные на этих силовых линиях (представляющих гравитацион-
ные силы притяжения), показывают, что если объект находится
выше поверхности Земли и его ничто не поддерживает, то он бу-
дет перемещаться вдоль этих силовых линий по направлению к
Земле. Следует отметить, что ореол, окружающий электрические
заряды и линии, представляющие поле гравитации, нельзя уви-
деть. Они являются всего лишь интерпретацией этих понятий, ко-
торые придумал автор и исполнил художник. Итак, линии показы-
вают силы, стрелки — направление, а сферы обозначают заряды.
Вследствие наличия силового поля электрический заряд спосо-
бен перемещать (и быть перемещаемым) другие электрические
заряды. Следовательно, как уже отмечалось, заряд имет возмож-
ность совершать работу. Рассмотрим рис. 3.3.
Стрелки на силовых линиях (рис. 3.3, а) направлены в проти-
воположные стороны — к отрицательному заряду и от положи-
тельного заряда. Для отрицательного заряда такое направление
стрелок означает, что, если вблизи него расположен положитель-
26
Рис. 3.4. Одноименные электрические заряды:
а — отрицательные заряды разделены; б — заряды отталкиваются; в, г — результирующее
движение зарядов
ный заряд (который может перемещаться), то он будет притянут
к отрицательному заряду. Положительный заряд будет переме-
щаться по направлению к отрицательному заряду вдоль силовых
линий, так как разноименные заряды (отрицательный и положи-
тельный) притягиваются. Их электрические поля взаимодейству-
ют (рис. 3.3,6), что приводит к перемещению зарядов, и, следо-
вательно, к совершению работы. Силовые линии стремятся слить-
ся, заставляя два взаимно притягивающихся заряда перемещаться
друг к другу точно так же, как перемещаются два соответствующим
образом расположенных магнита (рис. 3.3, в).
Одноименные заряды ведут себя не так, как разноименные.
Поля двух отрицательных зарядов на рис. 3.4, а идентичны. Отри-
цательный заряд будет отталкивать отрицательный (рис. 3.4,6).
Силовые линии стремятся оттолкнуть друг друга, а не слиться.
Одноименные (отрицательные) заряды отталкивают друг друга
(рис. 3.4, в). Точно также ведут себя и положительные заряды
(рис. 3.4, г).
Поведение электрических зарядов в этих трех основных комби-
нациях легко кратко изложить следующим образом:
разноименные заряды притягиваются, одноименные —
отталкиваются.
Теория электричества объединяет вопросы генерации, накопле-
ния и перемещения электрических зарядов. Поведение заряда лег-
ко предсказать. Для этого необходимо исследовать структуру
атома.
27
3.1.2. СТРУКТУРА АТОМА
Атомы образуют молекулы, молекулы образуют соединения и
вещества и т. д. Обычно атомы электрически инертны (нейтраль-
ны). Каждый из них обладает равными количествами отрица-
тельных и положительных зарядов. Следовательно, материя по
своей природе электрически нейтральна.
Когда к атому подводится энергия в каком-либо виде (свет,
тепло, электричество), то его нормальное энергетическое состоя-
ние изменяется. Подведение к атому определенного количества
энергии заставляет электроны покидать их обычные орбиты, при
этом в атоме остается меньше электронов, чем в обычном состоя-
нии. Тогда атом, потерявший один или большее число электронов,
становится электрически несбалансированным, т. е. электрически
заряженным. Заряженный атом ведет себя подобно уже описан-
ным зарядам. Атом может так же захватить один или большее
число электронов, при этом он так же станет электрически заря-
женным. Атомы, которые потеряли или захватили электроны, на-
зываются ионами или электрически заряженными атомами. Су-
ществуют ионы двух типов: отрицательные и положительные. От-
рицательный ион или анион образуется тогда, когда атом захва-
тывает электроны. Когда атом теряет электроны, он становится
положительным ионом или катионом (рис. 3.5).
Атом натрия (рис. 3.5, а) имеет полный комплекс электронов
и протонов. Внешний электрон {валентный) отличается от дру-
гих. Во-первых, так как он находится дальше от ядра (на самой
внешней орбите), то его потенциальная энергия больше, чем у
валентный Утерянный
электрон электрон
11элентронов (заряд -77) 70 электронов (заряд -70)
17 протонов (заряд *-77) 71 протонов (заряд +77)
а) заряд О | g) заряд+1
Рис. 3.5. Формирование ионов:
а — сбалансированный атом натрия: б — потеря валентного электрона; в — возникающий
положительно заряженный ион; г — возникающий положительный заряд
28
других. Это аналогично разнице в потенциальной энергии между
одинаковыми объектами, поднятыми над землей на 40 и 4 м.
Объект, 'Поднятый выше, обладает большей энергией. Во-вторых,
так как валентный электрон более удален от ядра, чем другие,
то сила электрического притяжения между ним и ядром относи-
тельно слабее. Поэтому этот электрон может перемещаться отно-
сительно свободно. Таким образом, чтобы заставить валентный
электрон покинуть атом, требуется небольшая приложенная извне
энергия или сила.
Теперь несбалансированный электрически атом является поло-
жительно заряженным атомом (ионом) (рис. 3.5, в) и будет вес-
ти себя аналогично положительному заряду, показанному на рис.
3.5,г. Следовательно, когда электрически нейтральные атомы (или
комплексы молекул, таких как протеины) захватывают или теря-
ют электроны, они становятся электрически заряженными (об-
ладают электрической энергией) и ведут себя соответствующим-
образом.
Следует указать, что протоны в атомах неподвижны, они проч-
но удерживаются в ядрах, мобильны только электроны. Это важ-
ное свойство определяет принципиальное различие между хороши-
ми и плохими проводниками электричества. Хорошие проводники
имеют избыток свободных электронов, а плохие имеют их очень
мало.
3.1.3. СТАТИЧЕСКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
О статическом электричестве мы говорим в тех случаях, когда
электрические заряды разделены, накапливаются, но не могут
перемещаться. Примером выделения энергии, накопленной при
разделении зарядов, является молния во время грозы (рис. 3.6).
Обычно в капельках воды, образующих облака, молекулы
электрически нейтральны (рис. 3.6, а). Следовательно, облака
обычно нейтральны. При увеличении атмосферной турбулентности
и по мере того как начинают формироваться большие капли, ко-
торые падают вниз, вблизи верхней части облака может начаться
накопление электронов (образующих отрицательные ионы); при
этом в нижней части облака образуется нехватка электронов
(рис. 3.6,6). Ветер может разорвать облако (рис. 3.6, в). Тогда,
если концентрация зарядов становится достаточно высокой, то
электроны, притягиваемые положительными зарядами, которые
также имеют высокую концентрацию, будут буквально «перепры-
гивать» из одного облака в другое, стремясь нейтрализовать раз-
личие в количестве зарядов. В результате сверкает молния
(рис. 3.6, г). Облако с отрицательным зарядом может разрядить-
ся и в землю через высокий объект, например дерево (рис. 3.6, д').
Статическое электричество часто возникает при хождении по
нейлоновому ковру. При этом тело человека приобретает энергию
за счет накопления избыточных зарядов, которые разряжаются
при прикосновении к металлическому объекту (например, к двер-
29
<
оо
©®®,®
Недостаток электронов
(положительные ионы)
ИзНытои/ые
электроны
(отрицательные
ионы)
а)
S)
Рис. 3.6. Статическое электричество в природе:
а — электрически нейтральное облако; б — разделение зарядов; в — разрыв облака; г — мол*
ния между облаками; б — молния ударяет в землю
ной ручке). Этот разряд можно почувствовать, услышать и иногда
увидеть (искра).
Точно так же статические заряды аккумулируются на одежде
персонала операционных. Возникающие при этом искровые раз-
ряды могут представлять опасность при наличии анестезирующих
веществ, таких как циклопропан или эфир, которые в смеси с
воздухом способны воспламеняться. Чтобы предотвратить нако-
пление зарядов, персонал носит хлопчатобумажные халаты или
халаты, ткань которых содержит 1% волокон из нержавеющей
стали. Любые избыточные заряды должны беспрепятственно сте-
кать в землю через пол операционных.
Электричество, используемое для освещения и приведения в
действие электроприборов, основано на генерировании, разделе-
нии электрических зарядов и их непрерывном управляемом пере-
мещении. Движение электрических зарядов называется электри-
ческим током.
3.2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
Понятие электрического тока иллюстрирует рис. 3.7. На рис.
3.7, а показаны две электрически нейтральные сферы, каждая из
которых содержит одинаковое количество разноименных зарядов.
Так как сферы не заряжены, они не могут совершить электриче-
скую работу; следовательно, их электрический потенциал равен
нулю. Их электрические потенциалы равны (они эквипотенциаль-
ны или изопотенциальны). На рис. 3.7, б атомы сферы А захватили
больше электронов, чем они обычно имеют (образовались отри-
цательные ионы). Атомы сферы В потеряли такое же количество
30
0)
г)
Рис. 3.7. Поток электрических зарядов представляет собой ток:
<z— электрические потенциалы равны; б — электрические потенциалы различны; в — ток те-
чет; г — ток не течет
электронов (сформированы положительные ионы). Теперь сферы
электрически (противоположно) заряжены: потенциал сферы А
отрицателен, а В положителен.
Теперь существует разность электрических потенциалов А и
В. Если теперь между сферами будет создан проводящий путь
(они будут соединены проводником зарядов), то избыточные элек-
троны, притягиваемые положительными зарядами, будут быстро
перемещаться в сферу В (рис. 3.7, в). Перемещение зарядов пред-
ставляет собой электрический ток. Вскоре обе сферы снова ста-
нут электрически нейтральными, и между ними не будет разности
электрических потенциалов. Они снова становятся эквипотенциаль-
ными (рис. 3.7, г). Как только будет достигнута эквипотенциаль-
ность, ток прекратится.
Этот принцип можно объяснить, используя гидравлическую
(жидкостную) аналогию (рис. 3.8), так как физические факторы,
действующие в области электрических явлений, часто похожи
(аналогичны) на факторы, действующие в гидравлике. В этой
главе для объяснения электрических явлений используются гид-
равлические аналогии. Сосуды на рис. 3.8, а содержат одинако-
вое количество воды и уровень воды в них одинаков. На рис. 3.8,6
в сосуд А добавлено некоторое количество воды, а из сосуда В
такое же количество воды вылито. Теперь существует раз-
ница уровней воды в сосудах. Если, как показано на рис. 3.8, в,
сосуды соединить проводящим путем (трубкой), то давление воды
в сосуде А (большее, чем давление в В) заставит воду перетекать
из сосуда А в сосуд В до тех пор, пока уровни не сравняются.
После этого вода прекратит перетекать, так как разницы в давле-
ниях воды в сосудах А и В не будет (рис. 3.8, а). Следовательно,
равенство давлений воды аналогично равенству электрических по-
тенциалов, а поток воды можно сравнить с потоком электрических
зарядов (электрическим током) на рис. 3.7, в.
31 '
Рис. 3.8. Поток воды:
а — уровни воды одинаковы; б — уровни воды различны; в — вода течет; г — вода не течет
Вода течет из-за наличия разницы давлений между сосудами
А и В. Аналогично электроны перетекают из-за наличия разницы
электрических потенциалов сфер А и В. Разность электрических
потенциалов называется напряжением (см. § 3.4).
Всегда, когда электрические заряды приходят в движение, по-
является электрический ток. Он аналогичен потоку жидкости, и,
как и поток жидкости, его можно измерить в соответствующих
единицах и описать соответствующими терминами. Поток крови
измеряется в литрах крови, проходящей, например, через восхо-
дящую аорту за одну минуту (рис. 3.9, а). Следовательно, поток
крови измеряется в литрах в минуту (л/мин). Электрический ток
измеряется количеством зарядов, которые протекают через неко-
Рис. 3.9. Аналогия между потоком жидкости и током:
а — поток крови; б — ток
32
торое сечение проводника в секунду (рис. 3.9,6). Если через се-
чение в секунду проходит 6 250 000 000 000 000 000 зарядов (око-
ло шести миллиардов миллиардов), то ток равен 1 амперу (сокра-
щенно А). Ампер представляет собой практическую единицу, ко-
торая характеризует скорость потока электрических зарядов, точ-
но так же, как единица литр в минуту характеризует скорость
потока крови.
Число зарядов, приведенное выше, называется кулоном (сок-
ращенно К). Следовательно, 1 А равен протеканию зарядов 1 К
в секунду. Осветительная лампа мощностью 100 ватт (Вт) потреб-
ляет ток около 1 А, тостер потребляет около 10 А.
Так как ампер является сравнительно крупной единицей тока
и персонал, проводящий медицинские измерения, часто сталкива-
ется со значительно меньшими значениями тока, то при необходи-
мости ток можно измерять в миллиамперах и микроамперах. Мил-
лиампер есть одна тысячная ампера (1/1000), а микроампер равен
одной миллионной ампера (1/1 000000). Приставки милли и мик-
ро обозначаются как м и мк соответственно. Иногда для обозна-
чения микроампера используется греческая буква р. Таким обра-
зом миллиампер сокращенно обозначается 1 мА, а микроампер —
1 мкА или 1 рА.
В гл. 18 мы покажем, что персонал отделений интенсивной
терапии сталкивается с электрическим током, который может из-
меняться в широком диапазоне: от нескольких микроампер до
многих ампер. Будет также показано, что протекание через орга-
низм человека даже сравнительно -слабых токов при определен-
ных обстоятельствах может быть опасным для него.
Подводя итоги этого раздела, можно сказать, что электриче-
ский ток представляет собой перемещение или поток электриче-
ских зарядов, возникающий за счет разности электрических потен-
циалов или напряжения. Он аналогичен потоку жидкости (крови),
возникающему за счет гидравлического давления (давления кро-
ви). Зарядами, которые могут перемещаться в большинстве про-
водников электричества, являются электроны, хотя ток может
быть создан и за счет движения ионов. В действительности элект-
роны достаточно медленно перемещаются от атома к атому. Одна-
ко их электрические поля распространяются со скоростью, близ-
кой к скорости света. Именно поэтому большинство электрических
явлений кажутся нам происходящими мгновенно.
3.3. ПРОВОДНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА, ИЗОЛЯТОРЫ
И СОПРОТИВЛЕНИЕ
Понятие проводника электричества уже было введено в начале
главы. Противоположностью проводнику является изолятор. Об-
щим для них является свойство, называемое электрическим соп-
ротивлением: и проводники и изоляторы являются материалами,
которые образуют все окружающие элементы, например провода,
аппаратуру и человеческое тело.
2—2 33
3.3.1. ПРОВОДНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
Многие материалы способны проводить электрический ток, не-
которые лучше, чем другие. Наилучшими проводниками являются
металлы (медь, серебро, золото, алюминий и углерод) и электро-
литы (растворы солей и кислот и кровь).
Металлы являются хорошими проводниками электричества,
так как атомы, из которых они состоят, легко отдают электроны.
Их валентные электроны слабо связаны с ядром атома и способ-
ны перемещаться при приложении очень небольших сил. Следо-
вательно, электроны легко заставить перетекать. Широко извест-
ным и часто используемым материалом для изготовления прово-
дов, подводящих ток или отводящих сигналы от приборов и уст-
ройств, является медь. На рис. 3.9, б показано, как слабо связан-
ные валентные электроны проходят через поперечное сечение мед-
ного проводника. Медь и другие хорошие проводники электричест-
ва оказывают слабое сопротивление току.
Электролиты — это растворы, которые способны проводить
электричество (например, растворы солей и кислот). Человече-
ское тело по существу состоит из растворов солей (около 60%
воды с примесью солей). Его можно рассматривать как некоторый
Объем электролита, помещенный в кожаный сосуд. Таким обра-
зом, человеческое тело представляет собой объемный проводник
электричества.
Земля (почва) также является хорошим проводником элект-
ричества. Она воспринимает все электрические заряды, в том
числе и те, которые образуют молнию. Точно так же, как боль-
шой водоем принимает в себя водопад и при этом практически
не изменяет уровень воды, земля воспринимает электрические за-
ряды, не изменяя своего электрического состояния. Так как элект-
рические заряды, попадая в землю, не могут аккумулироваться и
концентрироваться (они быстро рассеиваются), земля остается
электрически нейтральной. Земля рассматривается как эквипотен-
циальная поверхность или поверхность с нулевым опорным потен-
циалом.
3.3.2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗОЛЯТОРЫ
Материалы, которые являются плохими проводниками элект-
ричества, называются изоляторами. Они состоят из атомов, кото-
рые содержат очень мало слабо связанных валентных электронов.
Электроны в изоляторах не могут свободно перемещаться, /поэто-
му сопротивление току велико. Среди хороших изоляторов можно
назвать такие неметаллические материалы, как стекло, воздух,
дерево и пластики. Однако следует помнить, что совершенных изо-
ляторов не бывает.
3.3.3. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ
Независимо от того, являются ли материалы проводниками или
изоляторами, все они оказывают определенное сопротивление по-
34
току электричества. Единицей сопротивления является ом (Ом);
названный в честь физика XIX в. Георга Ома. Для обозначения
сопротивлений на схемах обычно используется буква Я.
Электрическое сопротивление материалов может изменяться
в очень широких пределах: от очень малых значений (очень хоро-
шие проводники) до почти бесконечных (очень хорошие изолято-
ры) (рис. 3.10). Достаточно длинный отрезок медной проволоки,
может иметь сопротивление менее 1 Ом. Изоляционные материа-
лы могут иметь сопротивление в несколько миллионов,, ом... Чело-
веческое тело в зависимости от различных факторов может оказы-
вать току сопротивление од 50 до порядка 1 млн. Ом. . .
Сопротивленйе проволоки зависит от нескольких физических
факторов, одним из которых является тип;материала, из которого
она.-изготовлена. Металлы, , например, позволяют- получить, луч-
шие проводники, чем неметаллы; среди металлов медьлучший
проводник, чем алюминий. Серебро. —. лучший проводник, чем
медь.
Сопротивление проволоки прямо пропорционально, ее длине,
т. е. сопротивление увеличивается при увеличении ее длины, так
как электричеству приходится преодолевать больше материала.
Сопротивление длинной проволоки больше, чем короткой (точно
так же длинный сосуд оказывает большее сопротивление потоку
крови, чем короткий).
Площадь поперечного сечения или диаметр проволоки также
влияет на ее сопротивление. Сопротивление проволоки малого
диаметра больше, чем проволоки большого диаметра (точно так
же, сосуд с малым диаметром оказывает большее сопротивление
потоку крови, чем сосуд с большим диаметром). Сопротивление
проволоки обратно пропорционально площади ее поперечного се-
чения.
Зависимость сопротивления проволоки от физических факторов
используется в типичном преобразователе давления крови. Пре-
образователь представляет собой прибор, который превращает
один вид энергии в другой. В преобразователе на сопротивлении
изменение давления крови приводит к изгибанию металлической
диафрагмы, на которой закреплена тонкая проволока. Когда
Относительно Относительно
хорошие плохие
проводнини проводники
(плохие (хорошие
изоляторы) изоляторы
Отрезок Олистин
медной ОелоОеиесное те<рлонодая Рдеильныи
проволоне тело изоляция Керамика вакрцм
S /
j । ^///A/////ZA\____.____।_________i-----и----------
0,77 7000 7млн 70 мл и 70 млрд. Омь/
Рис. 3.10. Диапазон значений сопротивления материалов
2* 35
проволока растягивается, ее длина увеличивается, а диаметр
уменьшается. Сопротивление проволоки изменяется (оно увеличи-
вается) в зависимости от давления крови. Это значение сопротив-
ления фиксируется, обрабатывается и используется для регистра-
ции и отображения значения давления крови. Подробно преобра-
зователи давления крови рассмотрены в гл. 9. Изготовленные на
предприятиях компоненты (части), получившие название рези-
сторов, широко используются в электрических приборах. Более
подробно они рассмотрены в п. 3. 6. 1.
3.4. НАПРЯЖЕНИЕ — ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА
Электрический ток может протекать только тогда, когда соб-
людены два условия: 1) наличие проводника, 2) наличие разности
электрических потенциалов, называемой напряжением или элект-
родвижущей силой (ЭДС). Единицей напряжения является вольт.
Для обозначения ЭДС или напряжения используются буквы Е и
V. Необходимо помнить, что напряжение может существовать
только в виде разности электрических потенциалов в двух точ-
ках. Напряжение не может протекать. Протекает только ток, если
существует разность потенциалов и имеется проводник. Отсюда
следует, что для того, чтобы ток мог протекать, проводники дол-
жны иметь по крайней мере две точки, соединенные с источником
напряжения. Если электрические потенциалы в двух точках (или
на разных концах) проводника одинаковы, то разности потенциа-
лов не существует (нулевое напряжение) и ток не может проте-
кать (рис. 3.11). На рис. 3.11, а показан источник постоянного
напряжения с контактами (выводами) А и В. Так как вывод А
имеет избыток отрицательных зарядов, а вывод В недостаток (по-
ложительные заряды), то между выводами существует разность
электрических потенциалов (напряжение равно 6 В). Если выво-
ды соединить проводником, то электроны начнут перетекать от
более отрицательного вывода (Д) к менее отрицательному (В).
Если, как показано на рис. 3.11, б, оба вывода отрицательны, то
Рис. 3.11. Разность электрических потенциалов:
в—-разность потенциалов заставляет ток течь; б — иет разности потенциалов, и ток не течет
36
разности электрических потенциалов не будет, так как оба выво-
да имеют одинаковые потенциалы (они эквипотенциальны). Сле-
довательно, ток не может протекать.
Специалисты, обслуживающие отделения интенсивности тера-
пии, часто имеют дело с малыми напряжениями порядка милли-
вольт (мВ) или микровольт (мкВ или рВ).
3.5. СВЯЗЬ МЕЖДУ ТОКОМ, СОПРОТИВЛЕНИЕМ
И НАПРЯЖЕНИЕМ
Основные сведения об этих трех параметрах приведены в
табл. 3.1. Электрический ток (обозначаемый буквой 7) представ-
ляет собой поток заряженных частиц и измеряется в амперах. Он
аналогичен потоку крови. Сопротивление /? есть свойство мате-
риала сопротивляться или препятствовать току. Оно измеряется
в омах. Электрическое сопротивление аналогично сопротивлению,
которое оказывают потоку крови частично закупоренные сосуды.
Напряжение (£ или V) есть электрическая сила, которая вызыва-
ет протекание тока. Это есть разность электрических потенциалов,
аналогичная разности давлений крови между двумя точками сис-
темы кровообращения, например между артериолами и венулами
на противоположных сторонах капиллярной системы.
Чтобы ток мог протекать, между двумя точками должна су-
ществовать разность электрических потенциалов и между ними
полностью проводящий путь, точно так же как разность давлений
крови и наличие полностью проводящего пути необходимы для
непрерывного протекания потока крови. Значение протекающего
тока зависит от напряжения между двумя точками и сопротивле-
ния пути между ними. Точно таким же образом, количество кро-
ви, которая протекает по системе кровообращения, зависит от раз-
ности давлений крови между двумя точками и сопротивления
сосудов, соединяющих эти точки. Рассмотрим связь между напря-
жением, током и электрическим сопротивлением.
Таблица 3.1
ОСНОВНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ
Параметр Единица измерения Обозна- чение Что это такое? Аналогия с потоком крови
Ток ампер I Перемещение или по- ток электрических Поток крови
Сопротивление ом R Препятствие току Препятствие потоку крови
Напряжение вольт Д или V Электрическая сила или разность потен- циалов Разность давлений крови
37
3.5.1. ЗАКОН ОМА
Как мы уже установили, ток в проводнике зависит от напря-
жения и сопротивления. Он прямо пропорционален напряжению,.
Это означает, что:
1) при увеличении напряжения ток увеличивается;
2) при уменьшении напряжения ток уменьшается;
3) если напряжение равно нулю (разность потенциалов равна
нулю),.то и ток равен нулю.
Ток обратно пропорционален сопротивлению. Это означает,
что:
1) при увеличении сопротивления ток уменьшается;
2) при уменьшении сопротивления ток увеличивается; |;'
Эти важные взаимосвязи нашли свое выражение в фундамен-
тальном законе электричества — законе Ома, который устанавли-
вает, что ток равен напряжению, деленному на сопротивление:
где I — ток в амперах, Е — напряжение в вольтах; R — сопро-
тивление в омах. Если на сопротивление в 1 Ом подать напряже-
ние 1 В, то ток через сопротивление будет равен 1 А. Эта связь
иллюстрируется рис. 3.12, на котором изображены три батареи
различного напряжения, подключенные на сопротивление R —
= 1 Ом. В соответствии с законом Ома результирующие токи
прямо пропорциональны напряжениям.
Если напряжение поддерживать постоянным, а сопротивление
менять (рис. 3.13), то ток будет обратно пропорционален сопро-
тивлению. Закон Ома снова выполняется.
О 70м
/МОм
— - А
/? 70м °
/=0,005А
\
МОм
1=-5-= = 0,005А~5мА
Рис. 3.12. Использование закона Ома. Сопротивление постоянно, напряжение
меняется
0=0.007А
О =70 000 ОМ
Е_ 700
О 7ООм
Е =---ЕЕ___-п007А = 7мА
А 70000 0м U'U /А ' А
Рис. 3.13. Использование закона Ома. Напряжение постоянно, сопротивление
меняется
38
Закон Ома можно также использовать для определения напря-
жения на каком-либо сопротивлении, если известны сопротивле-
ние и ток:
E=IR.
Бели сопротивление прибора неизвестно, а напряжение и ток
можно измерить, то закон Ома можно использовать для определе-
ния^ сопротивления:
3.6. ПОСТОЯННЫЙ И ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК
Источниками напряжения могут быть приборы, созданные че-
ловеком, или естественные природные процессы. Известными источ-
никами напряжения являются обычные батареи или электрогене-
раторы. Батареи используют для питания многих приборов и уст-
ройств, среди которых можно назвать мигающие сигнальные лам-
пы, искусственные стимуляторы сердца, дефибрилляторы и мони-
торы для наблюдения за пациентами. Кроме того, их применяют
для питания стартеров в автомобилях и портативных устройств.
3.6.1. ПОСТОЯННЫЙ ток
На рис. 3.14 показано обозначение батареи. Более короткая из
двух параллельных линий обозначает отрицательный вывод бата-
реи или полюс, другая — положительный полюс. Следовательно,
батарея поляризована. Батарея позволяет получать однонаправ-
ленный ток, называемый постоянным, который распространяется
только в одном направлении. Он аналогичен однонаправленному
току крови в вене. Обозначение «постоянный ток» (direct cur-
rent—de) применяется также и для характеристики напряжения
с постоянной полярностью. Такое напряжение называется посто-
янным.
На рис. 3.14, а показана лампа, подключенная к батарее на-
пряжением 6 В. Ток течет против часовой стрелки (в одном нап-
равлении) от отрицательного вывода батареи через лампу к поло-
жительному выводу. Если сменить полярность батареи, ток поте-
чет по часовой стрелке (рис. 3.14,6). В любом случае результат
будет один и тот же. Лампа загорится, так как энергия переда-
ется от батареи к лампе вследствие движения электрических за-
рядов.
Выводы батареи обозначены точками А и В. Если точку В на
рис. 3.14,п использовать как опорную, то точка А будет положи-
тельна по отношению к ней. На рис. 3.14,6 точка А будет отри-
цательна по отношению к В . В любом случае полярность точки
А указывается по отношению к В. Стрелка, направленная от точ-
ки В вниз, символизирует, что эта точка выбрана в качестве опор-
39
a)
Рис. 3.14. Источник постоянного напряжения и диаграммы напряжений:
а — постоянный ток течет против часовой стрелки; б — постоянный ток течет по часовой
стрелке: в — полярность н значение напряжения в точке А; г — измененная полярность
в точке А
ной. Ее часто называют землей. Для более наглядного представ-
ления принципа полярности ознакомимся с рис. 3.14, в, г.
На рис. 3.14, в показан график постоянного напряжения при
выборе в качестве опорной точки В (отрицательного полюса бата-
реи). Этот график можно сравнить с графиком на рис. 3.14, а.
График отображает зависимость значения и полярности напряже-
ния в точке А от времени. По договоренности положительные зна-
чения откладывают выше, а отрицательные ниже временной оси.
На рис. 3.14,г показано то же напряжение в точке А (6 В), но
противоположной полярности, так как теперь точка А отрицатель-
на по отношению к В. Постоянный ток может иметь три различ-
ные формы: истинно постоянный, пульсирующий и переходной.
3.6.2. ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК
Почти во всех сетях электроснабжения протекает переменный,
ток, поступающий от генераторов переменного напряжения. Нап-
ример, напряжение, которое подводится к розеткам в жилищах и
в больницах, является переменным напряжением 120 В5. В спе-
40
Pc/t/owi/h a)
леременяого
лс/ярялсеяг/я
СоОы/т/ив 7 СоОытое 5
Pote/mt/e 4
Ax-dff'oovxeA
'•-/-. о/т/яосе/-
тельт/о
/T/owufij
Леременное
легорям-е-
Coffb//77//e 2_ Сооь//77ое 4
вреня
3)
Рис. 3.15. Переменное напряжение:
а — ток против часовой стрелки; б — ток по часовой стрелке; в — повторение ситуации а;
г — повторение ситуации б; д — форма результирующего сигнала
циалъных розетках для портативных рентгеновских приборов нап-
ряжение 240 В 5.
В отличие от постоянного тока переменный постоянно изменя-
ет свое направление на противоположное (рис. 3.15). Термин «пе-
ременный» используется для тока и напряжения, которые изменя-
ют свое направление или полярность.
На рис. 3.15 показан источник переменного напряжения (с вы-
водами А и В) с подключенной к нему лампой. Напряжение на
выводах генератора непрерывно изменяется и периодически изме-
няет свою полярность на противоположную. Смена полярности
показана как события 1, 2, 3 и 4. Во время события 1 (рис. 3.15, а)
вывод А положителен по отношению к выводу В (опорная точка).
Следовательно, ток через лампу течет против часовой стрелки.
Во время события 2 (рис. 3.15, б) выводы генератора имеют про-
тивоположную полярность; теперь ток течет по часовой стрелке.
Во время события 3 (рис. 3.15, в) полярность выводов генератора
снова такая же, как и во время события 1: ток снова течет против
часовой стрелки. Во время события 4 ток течет по часовой стрел-
ке. Так как полярность генератора переменного напряжения ме-
няется, то ток тоже меняет свое направление на противополож-
ное. Форма переменного напряжения показана на рис. 3.15, д.
Сигнал такой формы называется синусоидальной волной. Он двух-
фазный и периодически поднимается над осью (опорной линией)
и опускается ниже ее. Первая положительная полуволна (собы-
тие 1) указывает, что вывод А источника напряжения положите-
лен по отношению к выводу В. Нижняя полуволна (событие 2),
показывает, что вывод А отрицателен относительно В.
Отметим, что в синусоидальной волне изменение напряжения
непрерывно повторяется. Наибольшее значение напряжения над
осью и Цаименьшее под ней называется амплитудой. Полная по-
следовательность изменений амплитуды (состоящая из событий
1 и 2 на рис. 3.15, д) называется циклом. Число циклов в секунду
называется частотой переменного напряжения. Частота выража-
ется в циклах за секунду или в герцах (Гц). Напряжение в розет-
ках в жилищах и больницах США имеет частоту 60 Гц. При этом
в течение каждой секунды происходит 60 (или 50) полных циклов.
Время, необходимое для совершения каждого цикла, равно 1/60
(или 1/50) доли секунды. Это время называется периодом сигна-
ла. Период есть величина, обратная частоте. Следовательно, чем
выше частота, тем короче период.
Синусоидальные волны могут генерироваться с любыми часто-
тами. На рис. 3.16, например, показана синусоидальная волна
с частотой 1 Гц, ее период, следовательно, равен 1 с. Если в ка-
честве точки отсчета взять момент времени, когда напряжение
начинает возрастать от нуля и имеет положительную полярность,
то можно заметить, что положительный пик этого напряжения
(его максимальное положительное значение) будет достиг-
нут через 1/4 с. Это показывает, что любая синусоидальная
волна достигает своего положительного пика через 1/4 цикла после
точки отсчета. Через 1/2 цикла (через 1/2 с после точки отсчета)
сигнал достигнет нуля и начнет убывать (он становится больше
по абсолютному значению, но отрицательным). Через 3/4 с дости-
гается отрицательный пик и напряжение начинает приближаться
к нулю, завершая тем самым один цикл и переходя к другому.
Синусоидальная волна является основным видом сигнала. Од-
нако при использовании медицинской аппаратуры могут встре-
титься сигналы самой различной формы. На рис. 3.17, а показа-
на прямоугольная волна, в которой напряжение скачком изменяет
полярность, на рис. 3.17, б треугольная, а на рис. 3.17, в показан
сигнал ЭКГ, который описан в гл. 5.
меняется амплитуда, но не
изменяется полярность, на-
зываются флуктуирующими
или пульсирующими посто-
янными напряжениями и то-
ками. Флуктуирующее по-
стоянное напряжение обла-
дает одновременно характе-
ристиками и переменного и
постоянного напряжения.
Его можно рассматривать
как комбинацию напряже-
ний обоих видов. Два приме-
ра флуктуирующего посто-
янного напряжения показа-
ны на рис. 3.18. Сигнал на-
пряжения, характеризую-
щий артериальное давление
е и токи, у которых
во/ороо
ооооь/о от/707
верво/о
ПООН6/О ОООО
Моосомум I
(оооовое . ।
зночеше) \_ * :
kSZjAj
OJ Ф/ЛГО.75 Г 7 Д 7
Монсимум^' (оо/рицатепеное
оиноОое значение)
77еруод-7с г
время, с —*
Рис. 3.16. Синусоидальная волна с часто-
той 1 Гц
Ч
+ 2
с О
* -7
2
-5
'2
42
Запряжем/е, 3
Мтрянг&ше.В д
Время
а)
Время-----•-
+
Напряжете,мВ д
3)
Время-----»-
В)
Рис. 3.17. Несинусоидальные сигналы:
« — квадратная волна; б — треугольная волна; в — сигнал ЭКГ
Нопряжеяеё-, В
Рис. 3.18. Примеры пульсирующего и флуктуирующего постоянного тока и на-
пряжения:
&— напряжение, характеризующее давление крови; б— последовательность импульсов по-
стоянного тока
Рис. 3.19. Резистор:
в — внешний вид; б — внутренняя конструкция; в — обозначение в схеме; а — переменный
резистор
43
крови, показан на рис. 3.18, а. Это типичный сигнал на
выходе прибора для прямого измерения давления крови, который
описан в гл. 9. Так как давление в этом случае всегда положи-
тельно, то напряжение не изменяет своей полярности. Сигнал на
рис. 3.18, б, состоящий из последовательности импульсов постоян-
ного напряжения, аналогичен сигналам, генерируемым искусствен-
ным кардиостимулятором.
3.7. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОМПОНЕНТЫ
В этом разделе описываются электрические компоненты, кото-
рые обычно используются во всех электроприборах: резисторы,
конденсаторы, индуктивные катушки и трансформаторы.
3.7.1. РЕЗИСТОР
Резистор используется для того, чтобы создать в электрической
цепи определенное сопротивление. Типичный постоянный резистор
(с фиксированным сопротивлением) (рис. 3.19) представляет со-
бой цилиндрическую изолирующую трубочку, внутри которой со-
держится композиция из проводящего материала (обычно угля)
и непроводящего связывающего вещества. Подобрав пропорцию
проводящего и непроводящего материалов, можно изготовить ре-
зисторы, сопротивление которых изменяется в широких пределах.
Для выводов используется проволока с очень малым сопротивле-
нием.
В схеме сопротивление любого физического объекта (напри-
мер, человеческого тела) обозначают так же, как реальный рези-
стор (рис. 3.10, в).
Многочисленные типы резисторов можно разделить на два ос-
новных вида: постоянные и переменные. Резистор, показанный на
рис. 3.19, а, — резистор постоянного типа, так как его сопротивле-
ние не может быть изменено. Резистор, сопротивление которого
можно легко изменить, называется потенциометром (рис. 3.19, г)
Он часто используется в качестве управляющего элемента, напри-
мер для регулировки громкости радиоприемника, усиления или
чувствительности монитора пациента. Физические размеры резис-
тора определяются не его сопротивлением, а количеством тепла,
которое он может рассеять в воздух, не разрушаясь при этом.
Тепло возникает в результате рассеяния мощности в резисторе.
Понятие мощности объясняется в § 3.10.
3.7.2. КОНДЕНСАТОР
Конденсатор состоит из двух металлических пластин, разде-
ленных изолирующей средой, называемой диэлектриком (рис.
3.20, а). Он обладает способностью накапливать электрические
заряды, а так как электрические заряды обладают энергией, то
конденсатор способен накапливать энергию. Электроны, которые
поступают на пластину 1, не будут перемещаться дальше (рис.
44
Речпаллччческае
Л/ЧЯСтЧЧЯЬЧ s'
Изолччлнюичая лрослечлча
—— (сЧаэлеятрччк)
ПьчвсПьЧ
а)
Пласт///за 2
Пластала 7
Даэлентри-
чесная
среПа \
Плеятрч/нь/,
лострааючцае
ff лластаяд 7
Поалчнее
полоясение
элентроноП
Распространяю -
чрееся злентро -
чес ясе л еле
PpopwpoffaP- -
_ । ичиеся полозна-
0 тель ль.че соль/
X Зь/тесненньче
\р злен/пронь/
Птрччцатель-
ньче роль/
Э 0 Постол//
ПЖХ ное
тЯГзлеяара-
1м»8 чесное
|0 0 0 0| соле
Полол/отель-
ль/е ионы
в)
Рис. 3.20. Конденсатор:
а — принцип конструкции; б — заряд конденсатора; в — заряженный конденсатор
3.20, б), так как диэлектрический материал не является проводни-
ком. Однако при приближении электрона к концу пластины 1 его
электрическое поле распространяется через диэлектрический про-
межуток и выталкивает электрон из пластины 2. При этом возни-
кает положительный ион — положительный заряд. Так как про-
тивоположные заряды притягиваются, то электрон на пластине 1
и соответствующий ему положительный заряд взаимно притяги-
ваются и удерживают друг друга.
Их электрические поля существуют в диэлектрической среде.
В диэлектрике конденсатора энергия накапливается в виде ста-
бильного электрического поля. Отметим, что электрическое поле
между зарядами, показанное на рис. 3.20, в, аналогично полю, ко-
торое изображено на рис. 3.3, б. Конденсатор заряжен (пластина
1 отрицательна по отношению к пластине 2), существует разность
потенциалов. Следовательно, между выводами заряженного кон-
денсатора существует напряжение.
Электроны (или электричество), накопленные в конденсаторе,
аналогичны воздуху, хранящемуся в баллоне под давлением, или
воде, запасенной в баке. Они могут быть истрачены или разряже-
ны. Заряженный конденсатор также может быть разряжен, если
будет создан проводящий путь для перемещения электронов с
пластины, где они в избытке, на пластину, где дефицит их.
Способность конденсатора заряжаться и разряжаться широко
используется в электрической и в медицинской аппаратуре. Этот
принцип продемонстрирован на примере дефибриллятора постоян-
ного напряжения (рис. 3.21). Электрическая энергия накоплена в
конденсаторе (рис. 3.21, а), так как на одной пластине создан из-
45
Ключ разлммцт
3»е/7?(/а, зят/сенм/я
£ ^азлем/п/шне
а)
Ключ замнлул,
6}
Рис. 3.21. Заряд и разряд конденсатора:
и —заряженный конденсатор дефибриллятора; б —разряд через пациента
быток, а на другой дефицит электронов. Ключ разомкнут. К торсу
пациента соответствующим образом приложены пластины или
электроды (металлические контактные пластинки с изолирован-
ными ручками), которые вместе с торсом пациента и проводами
образуют замкнутую проводящую цепь. При замыкании переклю-
чателя через пациента проходит ток. Электрическая энергия быст-
ро передается от дефибриллятора к пациенту и осуществляется
терапевтическое воздействие.
Способность конденсатора накапливать электрические заряды
называется емкостью и обозначается буквой С. Единицей емкости
является фарада (Ф), названная в честь английского ученого
XIX в. Майкла Фарадея. Встречающиеся в практике конденсато-
ры очень редко имеют емкость 1 Ф. Чаще всего используются кон-
денсаторы с емкостями порядка 1/1 000 000 Ф (мкФ) и
1/1 000 000 000 000 Ф (пФ). Например, конденсатор в 0,01 мкФ
имеет емкость, равную одной сотой одной миллионной фарады,
т. е. 0,00000001 Ф.
Как уже отмечалось, основной функцией конденсатора явля-
ется накопление электричества. Поэтому конденсатор останавли-
вает или «блокирует» любой постоянный ток (т. е. ток через него
не проходит), хотя он может «пропускать» переменный ток. Рас-
смотрим процессы, происходящие в конденсаторе во время его
заряда (рис. 3.20,6). Электроны подводятся на пластину 1, где
они и останавливаются, так как не могут перемещаться дальше.
Их электрическое поле, однако, распространяется через диэлект-
рик и вытесняет электроны с пластины 2. Хотя поступающие элект-
роны проходят очень небольшое расстояние, кажется, что они
проходят через конденсатор. В действительности электроны оста-
навливаются перед диэлектриком. На рис. 3.20, в показан пол-
ностью заряженный конденсатор; это значит, что на пластину 1
больше не поступает электронов (следовательно, они и не вытес-
няются с пластины 2). В заряженном состоянии конденсатор бло-
кирует постоянный ток.
Переменный ток имет два важных свойства. Его значение всег-
да изменяется, и он периодически меняет свое направление на
46
Наманун омытие 7 ОМытие 3
+
Гоу А О
Маеанун
Рис. 3.22. Конденсатор, пропускающий переменный ток:
а — прилагаемый переменный ток; б — кажется, что ток течет; в — снова кажется, что ток
течет; г — то же самое, что и во время события 1; д — то же самое, что и во время со-
бытия 2
противоположное (рис. 3.22, а). Во время события I (рис. 3.22, б)
конденсатор заряжается в одной полярности, и кажется, что
электроны протекают через конденсатор (слева направо). Затем
во время события 2 (рис. 3.22,0), так как переменный ток изме-
нил направление, кажется, что электроны снова проходят через
конденсатор, теперь уже справа налево. Событие 3 (рис. 3.22, г)
совпадает с событием 1, а событие 4 — с событием 2. Следова-
тельно, хотя электроны в действительности не проходят через диэ-
лектрик, конденсатор пропускает переменный ток.
Следует иметь в виду, что любые две проводящие поверхности,
разделенные изолятором, образуют конденсатор, даже если они
и не предназначены для этого. Так как переменный ток может
проходить через конденсатор, то ток может «утекать» между про-
водниками и металлическими поверхностями внутри электриче-
ских приборов. Такой емкостный ток утечки при определенных ус-
ловиях может представлять опасность для пациентов больницы
(см. гл. 18). Так как воздух может выполнять роль диэлектрика
в таком непреднамеренно созданном конденсаторе, то связь (на-
водка) по переменному току между электроприборами и подводя-
щими проводами может создавать помехи на частоте 60 Гц (или
50 Гц) для медицинской аппаратуры.
3.7.3. ИНДУКТИВНЫЕ КАТУШКИ
Конденсатор запасает энергию в виде электрического поля.
Индуктивность также накапливает энергию, но в виде магнитного
поля, которое отличается от магнитного поля вокруг обычного по-
лосового магнита. При движении через проводник (провод) элек-
троны создают вокруг провода магнитное поле, показанное на
рис. 3.23, а. Так как магнитное поле запасает энергию, то провод,
по которому протекает ток, имеет энергию, запасенную в прост-
ранстве вокруг него. Поле, создаваемое вокруг прямого провода,
относительно слабо.
47
GmrSbe эяерге/m/wewe лоле
(млене/тное) \
ftpoffocfow (npoffoaj
a)
Д&1м<уа{ггеся элемярань/
ff) 3)
Рис. 3.23. Магнитное поле:
а —вокруг прямого провода; б — при скручивании провода (силовые линии сливаются); в —
вокруг катушки
Однако если провод накручен и образует катушку (рис.
3.23,6), то силовые линии (а следовательно, и накопленная энер-
гия) концентрируются в центре катушки (рис. 3.23, в). Если про-
текающий через катушку ток внезапно прекратится, то магнитное
поле быстро исчезает. Когда ток вновь начнет протекать через
катушку, магнитное поле формируется снова и, распространяясь,
охватывает катушку. Таким образом, ток, изменяясь от нуля до
некоторого фиксированного значения, создает, изменяющееся маг-
нитное поле. Энергия, накопленная в магнитном поле внутри ка-
тушки, оказывает противодействие любому изменению протека-
ющего тока. Эта характеристика катушки называется индуктив-
ностью. Катушка с заданной индуктивностью называется индук-
тивной. Единицей индуктивности является генри (Г), она назва-
на в честь американского ученого XIX в. Дж. Генри, обознача-
ется L.
3.7.4. ТРАНСФОРМАТОР
Изменяющееся магнитное поле, созданное изменениями тока,
протекающего через катушку из проводника, может индуциро-
вать напряжение в другой катушке, если они расположены близко
друг к другу. Две такие катушки образуют трансформатор. Рас-
положенные близко друг к другу две катушки (рис. 3.24, а) не
касаются друг друга. Катушка А (рис. 3.24, б) подключена к ис-
точнику переменного напряжения, а катушка В — к лампе. Когда
изменяющийся ток проходит через катушку А, изменяющееся маг-
48
Ярлп/итт A
Kffmffu/w S
Леременньш
люл леременньш лгол
Злмб/нрющггеал магнгглжь/е
шоЗые ле/рс/сг
Рис. 3.24. Принцип действия трансформатора:
й две олизко расположенные катушки; б — передача энергии от источника переменного
тока к лампе
нитное поле распространяется и пересекает витки катушки В,
наводя в ней изменяющийся ток. Энергия передается от источни-
ка через катушку А к катушке В и далее к лампе посредством
изменяющегося магнитного поля. Лампа загорается. Этот важный
принцип передачи энергии составляет основу работы трансформа-
тора.
Для эффективного использования электрической энергии часто
.необходимо преобразовать имеющуюся энергию в некоторую дру-
гую, необходимую для выполнения поставленной задачи. Напри-
мер, может возникнуть необходимость преобразовать энергию,
получаемую от стенной розетки (переменное напряжение 120 В),
в энергию более высокого напряжения (например, переменного
напряжения 300 В) для питания электронной аппаратуры. Может
возникнуть и необходимость преобразовать напряжение 120 В
в более низкое (50 В). Для выполнения таких задач применяется
трансформатор, использующий уже описанный нами принцип ин-
дукции.
На рис. 3.25,а показаны два отдельных индуктора, которые
навиты на стальной сердечник. Индуктор А образует первичную
обмотку, а индуктор В — вторичную. Проводник, из которого вы-
полнена обмотка, изолирован, поэтому обмотки не могут контак-
тировать с сердечником и
друг с другом. Так как тран-
сформатор такого типа ис-
пользуется в системе элек-
тропитания с частотой 60 Гц,
то стальной сердечник ис-
пользуется для усиления
эффекта индукции. Схем-
ное обозначение трансфор-
матора показано на рис.
3.25, б. Практическое ис-
пользование трансформато-
ра иллюстрирует рис. 3.26.
Лзолиробрям/р
лрооол
/С ргллочнлну
энергия
а)
б)
Лервячя&я
00М0Л7ЛЛ
//лриббру
б/лррячлря
Рис. 3.25. Силовой трансформатор:
а — принцип конструкции; б — обозначение в схе-
ме
49
Рис. 3.26. Действие силового трансформатора:
а — повышение напряжения; б —упрощенная схема повышения напряжения; в —понижение
напряжения
На рис. 3.26, а первичная обмотка трансформатора подсоеди-
нена к источнику переменного напряжения 120 В. Вторичная об-
мотка соединена с прибором, для которого необходимо перемен-
ное напряжение 300 В. Изменяющийся первичный ток создает из-
меняющееся магнитное поле, которое по стальному сердечнику
достигает вторичной катушки и эффективно взаимодействует с
ней. Изменяющееся магнитное поле индуцирует во вторичной ка-
тушке изменяющийся ток напряжением 300 В. Вторичное напря-
жение является «повышенным» по сравнению с исходным напря-
жением источника переменного напряжения 120 В, так как число
витков вторичной обмотки больше числа витков первичной. Такой
трансформатор называется повышающим (рис. 3.26,6).
Трансформатор, у которого во вторичной обмотке меньше вит-
ков, чем в первичной, называется понижающим. Он позволяет
получить вторичное напряжение, меньшее напряжения, прило-
женного к первичной обмотке (рис. 3.26, в).
Если число витков в первичной и во вторичной обмотках одно
и то же, то трансформатор не является ни повышающим, ни пони-
жающим (рис. 3.27). Его можно использовать в качестве изоли-
рующего для электрической изоляции объектов, подключенных ко
50
Рис. 3.27. Действие изолирующего усилителя. Между первичной и вторичной сек-
циями нет непосредственного контакта
вторичной обмотке, от первичной обмотки и от источника энергии.
Такие трансформаторы иногда используют для подачи перемен-
ного напряжения 120 В в отделения интенсивной терапии и элект-
роэнергии в операционные.
3.8. ИМПЕДАНС
Как отмечалось в п. 3.7.2 и 3.7.3, конденсаторы и индуктивные
катушки ведут себя по-разному при подключении к ним перемен-
ного или постоянного напряжения. Таким образом, на ток в схе-
ме с переменным напряжением влияет не только сопротивление.
Противодействие схемы протеканию переменного тока называется
импедансом,. Эта величина учитывает комбинированное воздей-
ствие емкости, индуктивности и сопротивления, она обозначается
буквой Z. Как и сопротивление, импеданс измеряется в омах.
В схемах с переменным током импеданс играет такую же роль,
как сопротивление в схемах с постоянным током. Если заменить
сопротивление импедансом, то связь между электрическими вели-
чинами, задаваемая законом Ома, будет справедлива. Например,
для схем переменного тока
/ = —; Е= I Z\ Z=—.
z I
При заданном напряжении увеличение импеданса приводит к
уменьшению тока, а уменьшение влечет за собой возрастание
тока.
3.9. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЕ И ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ СХЕМЫ
Батареи и резисторы с соединительными проводами образуют
полную (замкнутую) проводящую цепь, по которой может неп-
рерывно циркулировать ток. Графическое изображение такой цепи
(рис. 3.28,6) называется электрической схемой.
Сердечно-сосудистая система, показанная на рис. 3.28, а, являет-
ся гидравлической аналогией электрической схемы на рис. 3.28,5.
В сосудистой системе сердце (насос) создает разницу давлений
крови между ее конечными точками. В аорте давление крови по-
рядка 100 мм рт. ст. (среднее систолического и диастолического
давлений). В правом предсердии давление почти нулевое. Раз-
51
Рис. 3.28. Аналогия последовательной
схемы:
а — сердечно-сосудистая система; б —
электрическая схема
E=J00ff
\\Pf200M
ff3=70 Ом
Рис. 3.29. Последовательная схема
Рис. 3.31. Параллельная схема:
а — ток выбирает путь с наименьшим сопротивлением; б — гидравлическая аналогия
ность давлений (около 100 мм рт. ст.) представляет собой систем-
ный градиент давления, заставляющий кровь проходить через
микроциркуляционную систему, которая создает сопротивление
потоку крови. Аналогично этому разность электрических потен-
52
циалов 100 В (рис. 3.28,6) заставляет ток протекать от источника
через сопротивление и снова к источнику. На рис. 3.28, а си-
стема микроциркуляции представляет собой сопротивление или
нагрузку на сердце. Аналогично резистор является нагрузкой для
источника напряжения в электрической схеме.
3.9.1. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЕ СХЕМЫ
Существует два основных типа электрических схем: последова-
тельные (рис. 3.29) и параллельные. В последовательной схеме
ток проходит от батареи через проводники, затем через каждый
резистор и возвращается к батарее. Так как все элементы соеди-
нены последовательно, то через батарею и через каждый резистор
проходит один и тот же ток. В последовательной схеме общее
сопротивление равно сумме сопротивлений в схеме (на рис. 3.291
Яобщ=10 Ом + 20 Ом + 70 Ом=ЮО Ом, /=Е//?Общ = 100 В/100 Ом =
= 1 А).
3.9.2. ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ СХЕМЫ
Когда элементы схемы соединены таким образом, что на каж-
дый из них подается одно и то же напряжение источника, то они
образуют параллельную схему. На рис. 3.30 три резистора по-
120 Ом соединены параллельно, поэтому на каждый из них пода-
ется одно и то же напряжение источника (120 В). По закону Ома
ток через каждый резистор равен 120 В/120 Ом=1 А. Так как
через каждую нагрузку протекает ток 1 А, то источник должен
обеспечить ток 3 А, что и показано на рис. 3.30,5.
При параллельном соединении элементов создается много пу-
тей, по которым протекает ток; наибольший ток всегда будет про-
текать по пути с наименьшим сопротивлением (рис. 3.31).
В схеме на рис. 3.31, а два параллельных резистора соединены
с источником напряжения 100 В. По закону Ома ток через резис-
тор 500 Ом будет равен 200 мА, что в десять раз больше, чем
ток (20 мА) через резистор 5000 Ом. Рассмотрим гидравлическую
аналогию на рис. 3.31,5. Большее количество воды будет проте-
кать через трубу большего диаметра, так как она оказывает мень-
шее сопротивление, чем труба меньшего диаметра. Вода из насо-
са выбирает путь с наименьшим сопротивлением.
Интересный пример параллельной схемы показан на рис. 3.32.
На рис. 3.32, а резисторы R1 и R2 соединены последовательно, а
R3 соединено последовательно с переменным резистором R4. Эти
четыре резистора образуют две ветви параллельной схемы. При-
бор, показывающий напряжение (вольтметр), образует мост меж-
ду точками А и В. Схема такого типа называется мостовой, а точ-
ки А и В являются выводами моста. На схему подается постоян-
ное напряжение 10 В.
Если сопротивления резисторов в ветвях равны (2 Ом), то точ-
ки А и В в соответствии с законом Ома имеют одинаковые элект-
рические потенциалы (5 В) по отношению к опорной точке. Следо-
53
rvvw ff <шее
отрщателма
Смелее
/юланллселбню
S)
Рис. 3.32. Электрическая мостовая схема:
‘3 - условие сбалансированности моста; б — несбалансированный мост, положительный от-
счет; а — несбалансированный мост, отрицательный отсчет
вательно, разность потенциалов между выводами вольтметра рав-
на нулю (5 В — 5 В = О В) и вольтметр показывает нуль. Это
условие сбалансированного моста.
Однако если R4 увеличивается (см. рис. 3.32, б), то точка В
становится более положительной (6 В), чем она была, тогда как
напряжение в точке А остается тем же. В результате наличия
разности потенциалов на выводах моста вольтметр покажет + 1 В
(6 В — 5 В — +1 В), демонстрируя тем самым, что точка В более
положительна, чем точка А. Следовательно, мост не сбалансиро-
ван. В противоположном случае, когда R4 уменьшается (рис.
3.32, в), точка В становится менее положительной (4 В), чем
точка А. Разность потенциалов на выводах моста заставит вольт-
метр показывать — 1 В. Это указывает на то, что точка В менее
положительна (или более отрицательна), чем точка А. Мост сно-
ва не сбалансирован. Таким образом, напряжение на выводах
мостовой схемы изменяется пропорционально изменению сопро-
тивления одного (или больше) из резисторов в ее ветвях. Этот
принцип широко используется в преобразователях артериального
давления.
Электрическое оборудование, включаемое в электросеть, под-
ключается к источнику параллельно (рис. 3.33). На рис. 3.33, а
в сеть включены пылесос и тостер. Дрель еще не подключена.
Пылесос и тостер вместе потребляют ток 12 А. В сеть включен
плавкий предохранитель на 15 А (устройство, которое плавится
и размыкает цепь, если ток превысит заданное значение). Когда
в сеть подключается дрель, потребляющая 4 А (рис. 3.33,6), то
54
лре&ох/тшг/тель KA
Рис. 3.33. Параллельное соединение потребителей:
а — плавкий предохранитель замкнут; б —плавкий предохранитель разомкнут (распла-
вился)
общий ток, (потребляемый всеми приборами, достигнет 16 А. Плав-
кий предохранитель, рассчитанный на то, что он должен распла-
виться, если ток превысит 15 А, разомкнет линию питания и от-
ключит напряжение от всех потребителей. Если бы не было защи-
ты от перегрузки, то выделение в проводах избыточного тепла
могло бы расплавить изоляцию и создать угрозу пожара. Защиту
от избыточного тока можно обеспечить как плавкими предохра-
нителями, так и размыкателями цепи. При этом если плавкий
предохранитель выходит из строя после однократного действия,
то размыкатель цепи можно снова ввести в действие, когда пере-
грузка будет снята (или неисправность устранена). Оба устрой-
ства действуют таким образом, что размыкают цепь и прекраща-
ют подачу мощности в схему.
Короткое замыкание в схеме происходит тогда, когда сопротив-
ление аппаратуры, устройства или изоляции проводов станет
близким к нулю. Тогда в соответствии с законом Ома ток станет
очень большим. Представим, например, что в схеме на рис. 3.33, а
подключен к сети и работает только пылесос. Предположим далее,
что у тостера (который готов к подключению) в соединительном
шнуре произошло короткое замыкание (изоляция разрушилась и
проводники соприкасаются). Когда тостер будет подключен к
55
сети, ток от источника, выбирая путь с наименьшим сопротивле-
нием (близким к нулю), значительно превысит 15 А и плавкий
предохранитель расплавится. Короткое замыкание в шнуре пита-
ния тостера приведет к размыканию цепи, что предотвратит пе-
регрев и разрушение приборов.
3.10. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МОЩНОСТЬ И ЭНЕРГИЯ
При протекании тока через материал, имеющий сопротивление,
совершается работа и в материале выделяется тепло (форма энер-
гии). Резистор, например, нагревается, когда электроны протека-
ют через материал, преодолевая его сопротивление. Особый вид
«электрического трения» заставляет резистор рассеивать тепло
в воздух. Этот принцип используется в тостере: тепло, выделяемое
его резистивным элементом, совершает работу, поджаривая хлеб-
цы. Если количество совершенной работы (или количество рас-
сеянной тепловой энергии) измерять каждую секунду, то полу-
ченный результат будет электрической мощностью Р. Единицей
мощности является ватт (Вт), 1 Вт мощности рассеивается, если
разность потенциалов 1 В создает ток 1 А. Тостер может рассеи-
вать мощность 1000 Вт, тогда как обычная осветительная лампа —
100 Вт.
Мощность представляет собой скорость, с которой расходуется
электрическая энергия, точно так же, как ток есть скорость пото-
ка зарядов. Как мы уже установили, энергия есть количество со-
вершенной работы. Единицей электрической энергии является
ватт-секунда (Вт-с) или джоуль (Дж). Например, энергию, запа-
сенную в конденсаторе, можно выразить в ватт-секундах или джо-
улях.
Чтобы проиллюстрировать разницу между электрической мощ-
ностью и энергией, представим себе, что два каменщика должны
возвести две идентичные кирпичные стенки. Они начинают вместе,
но один рабочий завершает работу за один день, а другой за
пять. Оба рабочих затратят одно и то же количество энергии, т-ак
как при возведении идентичных стен ими совершена одна и та
же работа. Однако рабочий, завершивший возведение стенки
раньше, проявит больше «мощности», чем другой, так как он за-
вершит работу в пять раз быстрее (потратит 1/5 времени). В этом
примере представляет интерес скорость расходования энергии.
Энергия есть количество, а мощность есть скорость, с которой это
количество используется.
3.11. СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ (СИСТЕМА
РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МОЩНОСТИ)
Схема генерации и распределения электрической энергии, ис-
пользуемой в больницах и в жилищах, показана на рис. 3.34.
Показанный на рис. 3.34, а источник энергии (в действительности
56
Знеа/нее плостланстЗе Зну/пленняя часть знания
। Размыматепь двойной а/ип?
иели / Долячий
пл&йай
Уелный \
бил&й&й
цП» \
—к
Нейтлильный
П/Uoffoff
белый
Зеленый
_____________х Н стеяяыч^
Нейтдамнь/й
4 \ ' пдовойы
Заземленный
пдобай
Ленелатод \f\j\
Зоаспдобойния тлг/du или
стедмень заземления
и)
Нейтдаленая
пойелхноснъ
земли \
ЛЛ>/Л''
WW >'" '.'">'WA
V- Стеджень i
заземления
Рис. 3.34. Система электропитания:
а — схема питания от генератора до помещения; б — правильное подключение проводов »
дуплексной розетке
вторичная обмотка трансформатора) имеет два вывода, между ко-
торыми создается переменное напряжение 120 В. Один вывод, А,
соединен с проводником, заглубленным в землю (в почву). Следо-
вательно, вывод А заземлен и имеет такой же электрический по-
тенциал, как земля (нулевой). Напомним из п. 3.3.1, что земля
является проводником и ее можно считать электрически нейтраль-
ной (с нулевым потенциалом). Поэтому вывод А называется нейт-
ральным.
Так как вывод А заземлен, то вывод В является электрически
активным или «горячим»6 (120 В) по отношению к выводу Л. Про-
вода, подключенные к этим выводам, называются горячим и ней-
тральным.
Внутри здания горячий и нейтральный провода вводятся в.
металлическую распределительную коробку, где на горячем прово-
де устанавливается защитный размыкатель цепи. Во входной;
распределительной коробке нейтральный провод снова заземля-
ется; при этом заземляется и сама распределительная коробка..
Оба заземления подсоединяются к зарытому в землю стержню,,
к трубе холодного водоснабжения или к некоторому другому под-
ходящему заземленному элементу. Иногда к заземленному нейт-
ральному проводу подсоединяют третий — земляную шину ап-
паратуры.
Эти два или три провода размещаются в жесткой тонкостенной
трубе — кабелепроводе, который защищает провода на всем их:
57
^протяжении до металлической смонтированной на стенке коробки,
в которой установлена штепсельная розетка. Система кабелепро-
водов похожа на водопроводную систему. Часто вместо этого от-
дельного провода используется непрерывная система металличе-
ских кабелепроводов7. Для идентификации изоляция горячего
провода может быть окрашена в любой цвет, за исключением бе-
лого, серого или зеленого. Обычно используется черная изоляция.
В белый и серый цвет окрашивается изоляция нейтрального про-
вода. Если монтируется отдельный провод заземления, то окраска
изоляции должна быть зеленой или зеленой с желтыми полоса-
ми 8.
Обычно система распределения энергии является заземленной,
так как одна сторона параллельной электрической схемы (назы-
ваемой разветвленной схемой), составляющей эту систему, нахо-
дится под электрическим потенциалом земли (нулевым), другая—•
электрически активна.
Штепсельная розетка9 обеспечивает подключение к горячему
и нейтральному проводам, и, если он смонтирован, к проводу за-
земления аппаратуры (рис. 3.34,6). Такая штепсельная розетка
(иногда называемая сдвоенной или дуплексной) имеет две соеди-
ненные параллельно секции. Провода подсоединяются к трем
винтовым зажимам. Белый провод (нейтральный) должен быть
подсоединен к белому зажиму (покрыт никелем), черный (горя-
чий) — к медному зажиму, зеленый — к зеленому зажиму. Если
такая комбинация проводов и выводов не соблюдена, то розетка
подключена неверно и ее использование потенциально опасно. Ес-
ли, например, по неосторожности будут перепутаны черный и
нейтральный провода, то розетка будет иметь обратную поляр-
ность.
Две прямоугольные щели в розетке имеют разную длину. Бо-
лее длинная является нейтральным контактом, другая — горя-
чим. Округлое (U-образное) отверстие предназначено для прово-
да заземления аппаратуры. Если розетка установлена правильно,
то существует непрерывная цепь к земле от контакта для зазем-
ления аппаратуры через систему кабелепровода к заземленной
нейтральной точке, распределительной коробки. По этой цепи ро-
зетка сохраняет контакт с землей, даже если отдельный провод
заземления аппаратуры (зеленого цвета) не монтируется. Если
розетка имеет металлическую крышку, то она также зазем-
ляется.
Как показано на рис. 3.34, а, переменное напряжение между
горячим и нейтральным проводами составляет 120 В. Эти прово-
да пропускают ток, необходимый для работы аппаратуры. Если,
например, для работы монитора необходим ток 3 А, то эти 3. А
•проходят только по горячему и нейтральному проводам. На рисун-
ке видно, что между горячим проводом и проводом заземления ап-
паратуры также существует переменное напряжение 120 В. Про-
вод заземления (или кабелепровод, если не используется отдель-
ный провод) обеспечивает защиту человека, который может од-
58
новременно коснуться аппаратуры и любого заземленного объек-
та. Именно по этому проводу ток утечки, ток, возникающий при1
повреждении аппаратуры, и другие нежелательные токи безопас-
но стекают в землю (см. § 3.12). Важно, особенно в специальных
отделениях, чтобы сопротивление этой цепи до точки ее контакта'
с землей было как можно меньше (менее 1 Ом). Монтаж соответ-
ствующего отдельного провода заземления, несомненно, обеспечи-
вает лучшую цепь заземления,. чем использование кабелепровода,,
хотя и заземление с помощью кабелепровода может быть прием-
лемым. Кабелепровод состоит из механически соединенных секций,
которые обычно имеют большее сопротивление, чем непрерывный:
провод. Сопротивление, которое превышает нормальное (больше-
1 Ом), создает заземление худшего качества и в специальных от-
делениях может создавать опасность поражения электричеством..
3.12. ТОК УТЕЧКИ И ТОКИ, ВОЗНИКАЮЩИЕ
ПРИ ПОВРЕЖДЕНИИ АППАРАТУРЫ
Подключенное к электросети оборудование использует подво-
димый к нему ток для выполнения предназначенных функций.
Лица, использующие эту аппаратуру, особенно в специальных,
отделениях, должны всегда учитывать возможность наличия двух
дополнительных токов: тока утечки и тока, возникающего при.
повреждении прибора.
Как указывалось в п. 3.7.2, обладающие энергией изолирован-
ные проводники имеют паразитную емкость. Кроме того, их изо-
ляция не идеальна. Когда по ним проходит переменный ток, часть,
тока утекает через эти проводники. Так как одна часть системы
распределения мощности заземлена, то ток утечки стекает в..
землю, как показано на рис. 3.35.
Здесь изображен монитор, подключенный к запитанной стен-
ной розетке с помощью шнура питания и трехштырькового штеп-
селя. Независимо от того, включен монитор или нет, внутри кор-
пуса монитора присутствует переменное напряжение 120 В. Блок:
питания прибора содержит трансформатор. Монитор имеет метал-
лический корпус, который заземлен соответствующим образом
через провод в шнуре питания. Одновременное наличие изолиро-
ванных проводников и переменного (изменяющегося) напряжения
приводит к появлению тока утечки, который попадает на корпус
через паразитную емкость. Так как трехштырьковый штепсель
имеет заземленный штырь, контактирующий с заземленным выво-
дом розетки, то ток утечки может безопасно стекать в землю.
Кожух прибора имеет потенциал земли.
Если контакт с землей в штепселе разорван вследствие непра-
вильного соединения, то ток утечки не может стекать в землю и:
на корпусе будет некоторое напряжение. Если сопротивление про-
вода заземления аппаратуры высоко (более 0,1 Ом), на корпусе-
будет напряжение. Если кто-нибудь коснется корпуса и заземлен-
69
Рс/змб/нс/тель
дело
„ _ т Розелуна
СолоОой
7/ейлграл/>м>/ё
Тон
дтеши
Тон мтеони
. „ I монм/под
у । и/лл>/ро
1 зоземленея
Яому/х/умеет
> лотеядяал
земле
Ул/утемое.
I ГЛч.
I_________I
о
ТТедемеииое
нолряжен/уе
7203
Заземлеяно/ё лдоОоё
еле нороо
Рис. 3.35. Заземление аппаратуры
ного проводника, то он создаст цепь для протекания тока утечки,
который изменяется от нескольких единиц до нескольких сот мик-
роампер. Важно понимать и помнить, что заземление аппаратуры
не предотвращает токов утечки. Он существует во всех подклю-
ченных к сети приборах, независимо от того, включены они или
нет. Приборы, работающие на батареях, внешний кардиостимуля-
тор, например, не имеют тока утечки. Однако соответствующее
заземление аппаратуры обеспечивает цепь, по которой ток утечки
и ток, возникающий при повреждении аппаратуры, могут стекать
в землю.
Если корпус аппаратуры не заземлен, то неисправности в
электрической схеме могут привести к опасным последствиям.
Предположим, что монитор (рис. 3.35) подключен к розетке с
помощью двухжильного провода или переходника «два провода к
трем» («жулика»). (Эти термины обычно используются в домаш-
нем хозяйстве.) Монитор будет работать, но он не будет зазем-
лен, так как отсутствует цепь к земле. Представим теперь, что
горячий провод случайно прикоснулся к корпусу монитора в том
месте, где шнур питания входит в прибор, или внутри него. Изоля-
ция провода может нарушиться. Монитор, вероятно, будет про-
должать функционировать, хотя на его дисплее могут появиться
значительные электрические помехи или артефакты. Тем не менее
на его корпусе будет напряжение (120 В относительно земли).
Если человек одновременно коснется корпуса и заземленного объ-
екта, то через него пройдет ток, возникший из-за неисправности
прибора.
Заземление корпуса позволяет току, возникшему из-за неисп-
равности прибора, выбрать цепь с наименьшим сопротивлением —
через провод заземления с малым сопротивлением, а. не- через
60
человеческое тело. Ток, возникающий из-за неисправности прибо-
ра, разомкнет размыкатель цепи, тем самым предупредив персо-
нал о неисправности. Так, зеленый провод заземления (или зазем-
ленный кабелепровод) используется для защиты персонала.
О том, какие меры применяются для обеспечения безопасности
пациента, будет подробно рассказано в гл. 18.
4
ЭЛЕКТРОНИКА И ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ
Маленький батарейный транзисторный приемник и измери-
тель ритма работы сердца (кардиотахометр), цветной телевизион-
ный приемник и многофункциональный монитор для наблюдения
за пациентом являются изделиями электроники. Хотя каждый из
них имеет свое собственное назначение и выполняет свои функ-
ции, все они содержат компоненты, в основу работы которых за-
ложены принципы электроники.
Электроника (от слова электрон) рассматривает потоки элек-
тронов в вакууме, газе или в полупроводниковом материале тран-
зистора. В гл. 3 мы определили электрический ток как поток или
перемещение электронов. В электронном приборе осуществляется
управление этим потоком электронов, чтобы получить определен-
ные желательные нам результаты. Например, управляя потоком
электронов, можно усилить слабый электрический сигнал, посту-
пающий! от преобразователя (см. гл. 2), чтобы его можно было
вывести на дисплей медицинского прибора. Преобразователь так-
же может являться электронным прибором. Точно так же, изоб-
ражение ЭКГ на экране монитора является непосредственным
результатом взаимодействия с экраном управляемого пучка
электронов.
4.1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Независимо от функций каждый электронный прибор имеет
определенные характеристики.
Входом электронного прибора являются точки подключения,
на которые подается входная информация (рис. 4.1). Если эта ин-
формация имеет вид переменного во времени напряжения (воз-
можно, что оно характеризует некоторый физиологический пока-
затель), то это напряжение называется электрическим сигналом
(см. гл. 2). Подаваемый на вход сигнал называется входным.
Точки подключения, на которые подается входной сигнал, назы-
ваются входными клеммами.
После того как сигнал усилен пли обработан электронным
прибором, он появляется на выходе. В некоторых электронных
приборах обработанная информация появляется в виде выходно-
61
вход
----------
ffxo3//6/e WWL
\ ffxofaoo
\ct/Bva/7
3/70/7/77,op77-
7/6/0
OflOffO/7
Зь/ход
"00006/
30/760/00 /
вб/хоЗ//оо о//г//о/7/
OOQO7/0.V /770/00
Рис. 4.1. Электронный прибор и основные термины
го электрического сигнала, который может быть получен с выход-
ных клемм. 'Однако выход может иметь и другую форму, такую
например, как звук громкоговорителя или изображение на экране
монитора. Иногда на выходе электронного прибора наряду с1'сиг-
налом появляется нежелательное переменное напряжение — шум
или помеха. Примером источника помех является сеть с частотой
60 Гц (50 Гц), используемая для подключения большинства элект-
ронного и электрического оборудования в госпиталях и жилищах.
Такая помеха называется 60-Гц помехой или просто электриче-
ской помехой (сетевой помехой).
В любом электронном приборе некоторая точка схемы рассмат-
ривается как опорная для всех напряжений в системе. В некото-
рых приборах одна входная и одна выходная клеммы подключа-
ются к опорной точке, а иногда и для входа и для выхода исполь-
зуется одна общая опорная клемма. В большинстве приборов она
подключается к земле (см. гл. 3) через провод заземления в ка-
беле питания.
Усилители, генераторы и другие блоки аппаратуры состоят из
компонентов: резисторов, конденсаторов, транзисторов и диодов.
Каждый блок выполняет предназначенную ему роль, а взаимодей-
ствие всех блоков обеспечивает выполнение функций прибора.
Резисторы и конденсаторы описаны в гл. 3. Транзисторы и диоды
будут описаны в настоящей главе несколько позднее.
4.2. ВАКУУМНЫЕ ЛАМПЫ
Наиболее важной функцией электронных приборов является
усиление — процесс, при котором на выходе появляется усилен-
ная или увеличенная копия входного сигнала. Без усиления сла-
бых электрических сигналов было бы невозможно создание радио-
приемников, телевизоров и многих других приборов. В старой ап-
паратуре усиление выполнялось с помощью вакуумных ламп,
представляющих собой стеклянную колбу (в некоторых случаях
металлическую или керамическую), из которой удален воздух.
В образовавшемся вакууме располагается несколько металличе-
ских деталей, которые и обеспечивают функционирование лампы.
Типичная вакуумная лампа показана на рис. 4.2, а.
Для функционирования вакуумной лампы необходимо, чтобы
один из внутренних элементов — катод — был нагрет нагрева-
62
Рис. 4.2. Сравнение физических
размеров вакуумной лампы (а),
транзистора (б) и интегральной
микросхемы (б). Отметим, что, хо-
тя интегральная микросхема мо-
жет быть крупнее транзистора,
она может содержать сотни или
тысячи компонентов
тельным элементом — нитью накала. Катод покрывается специ-
альным материалом, излучающим при нагреве электроны, которые
протекают через лампу и создают ток. Это происходит при при-
ложении определенного напряжения. Благодаря специальной
внутренней конструкции лампы небольшое входное напряжение,
подаваемое на некоторые элементы конструкции, может управ-
лять током, протекающим через лампу. В результате на выходе
появляются значительные переменные напряжения, соответству-
ющие входному. А это означает, что происходит усиление, так как
выходной сигнал является увеличенной копией входного.
Хотя большинство вакуумных ламп используется для усиления,
некоторые из них предназначены для других целей. Однако неза-
висимо от применения для соответствующего функционирования
вакуумной лампы необходимо, чтобы она была подключена к
схеме, состоящей из резисторов и конденсаторов и чтобы на ее
внутренние элементы были поданы соответствующие напряжения.
Иногда для этого требуются рабочие напряжения до нескольких
сот вольт. Кроме того, необходима достаточная мощность для на-
грева нити накала. Таким образом, для работы усилителя на
вакуумных лампах необходима довольно большая мощность. Дру-
гими недостатками вакуумной лампы являются относительно
большие размеры, необходимость отводить или рассеивать тепло,
выделяемое нитью накала, ограниченный срок службы и, следова-
тельно, надежность.
4.3. ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ
В современных электронных приборах вакуумная лампа заме-
нена твердотельными электронными приборами, которые выполня-
ют те же функции, но имеют много преимуществ. Для работы
твердотельных приборов не нужно использовать накал. Следо-
вательно, они потребляют значительно меньшую мощность, чем
вакуумные лампы, и выделяют меньше тепла. Твердотельные при-
боры значительно меньше по размерам и более надежны, и это
дало возможность создать карманные сложные электронные каль-
63
куляторы и аппаратуру, которая позволила человеку совершить
посадку на поверхность Луны.
Термин твердотельные означает, что в этих приборах управле-
ние током происходит не в вакууме, а в твердом материале. Для
этих целей наиболее широкое применение нашли кремний и гер-
маний. Эти материалы называют также полупроводниками, так
как пои использовании в электронных схемах их электрическое
сопротивление лежит между сопротивлениями изолятора и провод-
ника.
4.3.1. ДИОДЫ
Диодом называется двухэлементный твердотельный прибор,
который проводит ток только в одном направлении. Хотя диоды
используются в различных электронных схемах, их основным наз-
начением является преобразование переменного тока (ток проте-
кает в обоих направлениях) в постоянный (ток протекает в одном
направлении). Устройство, преобразующее переменный ток в по-
стоянный, называется выпрямителем. Источники питания, в кото-
рых используются выпрямители, рассмотрены в § 4.7.
4.3.2. ТРАНЗИСТОР
Наиболее распространенным твердотельным прибором являет-
ся транзистор, используемый подобно вакуумной лампе в первую
очередь для усиления. Его разработка в 1948 г. провозгласила
начало века твердотельной электроники и сделала возможным
создание транзисторных радиоприемников и другой аппаратуры,
которые с тех пор стали важными элементами нашей жизни. По-
явление транзистора привело к коренным изменениям и в меди-
цинских приборах, позволив создать малогабаритные, более без-
опасные и более надежные приборы.
Существуют различные виды транзисторов, некоторые из них
значительно различаются по принципам действия. Однако в осно-
ве действия всех транзисторов лежит один и тот же принцип:
слабый входной сигнал управляет током, протекающим через
транзистор, и при этом на выходе появляется выходной сигнал,
больший входного, но идентичный ему. Чтобы транзистор мог вы-
полнять определенные функции, необходимы и другие схемные
элементы, например конденсаторы и резисторы. Необходим так-
же и источник питания, обеспечивающий ток, которым будет уп-
равлять транзистор. Но транзисторная схема требует значительно
более низких напряжений, чем вакуумная лампа. Для типичной
транзисторной схемы можно использовать напряжение 5... 15 В,
тогда как для схемы с вакуумной лампой, выполняющей те же
самые функции, может потребоваться напряжение в несколько
сот вольт.
Транзистор можно использовать для выполнения и других
функций, включая электронное переключение и накопление дан-
64
них. Хотя для выполнения каждой функции лучшими могут ока-
заться определенные виды транзисторов, обычно функции тран-
зистора определяют в первую очередь подключенные к нему
схемы.
4.3.3. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ
Современная технология позволяет сформировать несколько
транзисторов со всеми необходимыми для их функционирования
сопротивлениями и емкостями на одном миниатюрном кремниевом
кристалле (чипе). Такие многокомпонентные приборы называются
интегральными микросхемами. При их использовании сложные
устройства могут быть значительно уменьшены в размерах (ми-
ниатюризированы). Кроме того, так как интегральные микросхе-
мы потребляют очень мало энергии, то приборы, в которых они
используются, могут работать на очень маленьких батареях. Мик-
росхемы обладают всеми преимуществами схем на транзисторах,
и при этом их стоимость ниже. Для иллюстрации степени мини-
атюризации, которую можно обеспечить, применяя интегральные
микросхемы, укажем, что на одном кремниевом чипе площадью,
несколько большей 0,1 см2, можно разместить схему, эквивалент-
ную устройству с 10 тыс. компонентов и более.
Сравнительные характеристики вакуумной лампы, транзисто-
ра и интегральных микросхем приведены в табл. 4.1, а размеры —
на рис. 4.2.
4.4. УСИЛИТЕЛИ
Хотя и отдельный транзистор вместе с соответствующими ре-
зисторами и конденсаторами образует усилительную схему, для
получения требуемого усиления обычно соединяют несколько та-
ких схем. Получившаяся сложная схема называется усилителем.
В медицинских приборах используется много различных типов
усилителей, каждый из которых имеет специфическое назначение,
Таблица 4.1
СРАВНЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ВАКУУМНОЙ ЛАМПЫ, ТРАНЗИСТОРА
И ИНТЕГРАЛЬНОЙ МИКРОСХЕМЫ
Характеристики Вакуумная лампа Транзистор Интегральная микросхема
Габаритные размеры Потребление мощности Ухудшение характеристик со временем Надежность Стоимость Применимость в медицинской аппаратуре Большие Высокое Да Хорошая Низкая Хорошая Малые Низкое Нет Лучше Низкая Очень хорошая Очень малые Очень низкое Нет Наилучшая Самая низкая Превосходная
3—2 65
0Ю0
о ——
Мальш
сигнал
о--------
Усилитель с ноэффиаиеипгом
\ / усиления Ю
ffbfxod
WWbw
ddu/ая ffoamaoa
опорная точна сигнал
V
Рис. 4.3. Простейший усилитель
например усилитель слабых биоэлектрических потенциалов, отво-
димых от тела (см. гл. 5).
Рассмотрим схему простого усилителя. Для обозначения уси-
лителя на схемах обычно используется треугольник, как показано
на рис. 4.3. Степень увеличения амплитуды входного сигнала
называется усилением. Усиление можно определить как отношение
напряжения выходного сигнала к напряжению входного. Следо-
вательно, в усилителе с коэффициентом усиления 1000 выходной
сигнал в 1000 раз превышает входной. Усилитель, показанный на
рис. 4.3, имеет коэффициент усиления 10. Это значит, что при
подаче на вход сигнала напряжением 1 В напряжение выходного
сигнала равно 10 В. Следует отметить также, что некоторые уси-
лители перевертывают сигнал, так что выходной сигнал представ-
ляет собой обращенную копию входного. В других случаях вы-
ходной сигнал правильно воспроизводит входной.
Коэффициент усиления усилителей, используемых в медицин-
ских приборах, обычно 100... 100 000. В некоторых усилителях пре-
дусмотрены регулировки усиления или чувствительности, которые
позволяют выбирать требуемый коэффициент усиления. Калиб-
ровка была определена в гл. 2 как регулировка прибора таким
образом, чтобы его выходной отсчет соответствовал реальному
значению измеряемой переменной. В общем случае калибровка
включает и регулировку коэффициента усиления усилителя.
4.4.1. ПРОСТЕЙШИЙ УСИЛИТЕЛЬ
На рис. 4.3 показан простейший и наиболее широко распрост-
раненный усилитель. Он имеет одну входную, одну выходную клем-
мы и общую опорную, которую иногда называют «землей». Прос-
тейшие усилители используются обычно для усиления относитель-
но больших и свободных от электрических помех сигналов. Одна-
ко они не подходят для усиления малых напряжений, снимаемых
с электродов для измерения биопотенциалов или с большинства
прёобразователей.
4.4.2. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
Для усиления очень малых сигналов при наличии электриче-
ских помех используются специальные усилители, называемые
дифференциальными. Дифференциальный усилитель (рис. 4.4)
66
Малош
о
О
] вход?
Разтстт/хо/а
сазаал
У салат ело с хоэф/раааеалллг
/ у сале хая 7/7
во/ХОд
] вхоо2 //
лри'ая
ОЛО/ЗЛаЯ /7700X0
бОЛоОЛОЛ
лог//ал
----о
Рис. 4.4. Дифференциальный усилитель, усиливающий разностный сигнал 1 В
имеет три клеммы, одна из которых является опорной для двух
других. Один входной сигнал может быть приложен между клем-
мой 1 и опорной, другой — между клеммой 2 и опорной. При этом
выходной сигнал является усиленной копией разности двух вход-
ных сигналов, что и отражается в названии «дифференциальный».
Предположим, что необходимо усилить напряжение (разность
потенциалов) между двумя ЭКГ электродами. На рис. 4.5 показа-
но, что электроды А и В подключены к клеммам 1 и 2 усилителя
соответственно. Третий электрод на ноге пациента служит опор-
ным и подключается к опорной клемме усилителя. Сигнал, кото-
рый появляется между электродом А и опорным, подается на
вход 1, сигнал, возникающий между электродом В и опорным
электродом, — на вход 2. Однако измеряемый сигнал ЭКГ пред-
ставляет собой разность потенциалов между электродами А и В.
Так как выходной сигнал представляет собой усиленную копию
этой разности, то мы и получаем усиленный измеряемый сигнал.
Однако каждый из двух ЭКГ электродов улавливает почти идеи-
Рис. 4.5. Дифференциальный усилитель, используемый для усиления сигнала ЭКГ
(наведенные на тело сигналы одинаковы на обоих входах усилителя)
3* 67
тичные напряжения помех. При подаче их на два входа диффе-
ренциального усилителя усиливается их разность. Так как раз-
ность двух почти идентичных значений равна практически нулю,
то мешающие напряжения вычитаются и усиливается только по-
лезный сигнал (напряжение между электродами А и В), хотя
при этом напряжения помех на отдельных входах могут быть
значительно больше напряжения полезного сигнала. Если два
ЭКГ электрода просто подключить ко входу и к опорной точке
простейшего усилителя (рис. 4.3), то и сигнал ЭКГ и мешающее
напряжение будут усиливаться одновременно. И если помеха
будет больше полезного сигнала ЭКГ, то последний может быть
просто потерян.
Напряжение помехи одинаково на клеммах 1 и 2. На рис. 4.6
показано вычитание одинаковых сигналов в дифференциальном
усилителе. Способность такого усилителя вычитать одинаковые
сигналы, поступающие на его входы, называется режекцией об-
щего сигнала. Степень, в которой усилитель способен уменьшать
воздействие общего сигнала на выходной, называется коэффици-
ентом режекции общего сигнала (КРОС). Чем выше этот коэф-
фициент, тем в большей степени усилитель способен уменьшать
помехи. Типичные значения КРОС для медицинских усилителей
достигают нескольких сот тысяч. Если, например, усилитель имеет
КРОС 100 000, то это означает, что он будет лучше режектиро-
вать общий сигнал, чем усилитель, имеющий КРОС, равный 1000.
Типичное значение КРОС для некоторых медицинских усилителей
50 000, однако высококачественные медицинские усилители могут
иметь КРОС даже 500 000. Рассмотрим типичный дифференциаль-
ный усилитель ЭКГ с коэффициентом усиления 1000 и КРОС
100 000. Поданный на него разностный сигнал будет усиливаться
в 1000 раз. Однако общий сигнал будет усиливаться только в
1/100 раза. Если КРОС равен 200 000, то общий сигнал будет уси-
ливаться в 1/200 раза. Другими словами, полезный сигнал (сигнал
ЭКГ) будет соответствующим образом усиливаться и может быть
отображен на дисплее, а мешающий общий сигнал (в данном
случае шум), который может быть значительно сильнее сигнала
ЭКГ, будет подавляться и не попадет на экран дисплея. Важно
понять это основное различие: биопотенциалы усиливаются соот-
ветственно максимальным возможностям усилителя, а шумы или
о
WWL .
догнал одиша
для входов
о------
выход
----------о
Согнал на /выходе
отоу/пс/пвует
диодная точна
Рис. 4.6. Дифференциальный усилитель, режектирующий общий сигнал, поданный
на его входы
68
общие сигналы уменьшаются пропорционально значению КРОС.
Теоретически для идеального дифференциального усилителя
КРОС должен быть бесконечным, а шумовой сигнал равен нулю.
Если две входные клеммы дифференциального усилителя соеди-
нить вместе и подать сигнал между ними и опорной точкой, то
выходной сигнал будет равен нулю. На рис. 4.6 показана схема
идеального дифференциального усилителя при подаче на его вход
общего сигнала.
4-4.3. РАЗВЯЗЫВАЮЩИЙ УСИЛИТЕЛЬ (ИЗОЛИРУЮЩИЙ УСИЛИТЕЛЬ)
Другим специальным видом является развязывающий усили-
тель. Как указывает название, его основным назначением являет-
ся изоляция его входных контактов от земли или от любого воз-
можного источника нежелательных электрических токов. Следо-
вательно, при использовании такого прибора пациенты, которые
находятся в электрическом контакте с питающимся от сети элек-
трическим оборудованием, защищены от вредного воздействия
электрических токов, которые могли бы попасть к ним через
провода. Развязывающие усилители могут быть встроены внутрь
таких приборов, как электрокардиографы или мониторы для наб-
людения за пациентами. Они изготовляются и отдельно для исполь-
зования с более старым оборудованием, которое не обеспечивает
достаточной изоляции. Необходимость изоляции, а также другие
сведения по вопросу электробезопасности рассматриваются в
гл. 18.
Одни развязывающие усилители не выполняют никаких дру-
гих функций, кроме изоляции входных проводов; они имеют еди-
ничный коэффициент усиления, что означает, что выходной сигнал
имеет то же значение, что и входной. В этих случаях для обеспе-
чения требуемого усиления необходим дополнительный усилитель.
Другие развязывающие усилители обеспечивают некоторое уси-
ление, однако их коэффициент усиления редко превышает 100.
4.5. ЭЛЕКТРОННЫЕ ФИЛЬТРЫ
Термином фильтр обычно обозначают некоторый прибор, ко-
торый способен осуществлять селекцию или выделение. Это пол-
ностью относится к электронным фильтрам, используемым для
выделения электрических сигналов различных частот или для ре-
жекции нежелательных сигналов или помех путем ослабления
определенных частот. Ослабление означает существенное умень-
шение напряжения. Например, 60-Гц помехи от линий электропи-
тания могут быть удалены из сигнала, который содержит частоты
от 0,01 до 30 Гц ослаблением всех частот выше 35 или 40 Гц.
Сигнал ЭКГ можно разделить на различные частотные полосы
(альфа, бета и т. д.) с помощью фильтров.
Фильтры классифицируются в соответствии с частотами, кото-
рые они пропускают и ослабляют. Существуют следующие четыре
основных типа фильтров.
69
ffXO^OV CVSM7/7 ЗА/' О
меа/ающг/ё сигнал
частоты ffO Sq
Электрол-
ль/а фг/льтр
(фильтр
лилглих
частот)
РыхоЗлои ci/глал.
очаа/еллб/i/ от помех
о
Рис. 4.7. Использование фильтра нижиих частот для устранения помехи частотой
60 Гц из сигнала ЭКГ
1. Фильтр нижних частот пропускает только частоты, лежа-
щие ниже определенной заданной частоты — частоты среза. Все
частоты выше частоты среза ослабляются. На рис. 4.7 показано
использование этого фильтра для устранения 60-Гц помехи из
сигнала ЭКГ. В этом случае частота среза равна приблизительно
40 или 50 Гц.
2. Фильтр верхних частот пропускает только частоты, лежащие
выше частоты среза. Все более низкие частоты ослабляются. Та-
кие фильтры часто используются для уменьшения воздействия
движений пациента, при которых перо регистрирующего ЭКГ
устройства стремится выйти за пределы бумажной ленты.
3. Полосовые фильтры пропускают только частоты, лежащие в
определенном диапазоне или полосе, и ослабляют все частоты
ниже или выше этой заданной полосы. Полосовой фильтр имеет и
верхнюю и нижнюю частоты среза. Соответствующий выбор этих
частот позволяет режектировать любую помеху или нежелательный
сигнал, частоты которых лежат вне полосы частот полезного си-
гнала. Полосовые фильтры используются, например, для разделе-
ния различных частотных участков сигнала ЭЭГ.
4. Полосовые режекторные фильтры ослабляют все частоты
между двумя частотами среза. Обычно они используются для ре-
жекции очень узкой полосы частот — около 60 Гц для исключения
помех, обусловленных сигналами, которые содержат частоты
выше и ниже 60 Гц.
Некоторые усилители в медицинских приборах имеют встроен-
ные фильтры, пропускающие требуемые полосы частот. Часто эти
фильтры имеют элементы настройки, что позволяет выбирать
верхнюю или нижнюю частоту среза (или обе). Следует отметить,
что когда фильтр настроен таким образом, что он ослабляет час-
тоты определенного диапазона, то любой сигнал, попадающий в
режектируемую полосу частот, пропадает точно так же, как и
помехи.
4.6. ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ
Как уже говорилось в гл. 2, устройство отображения (дисплей)
представляет собой часть медицинского прибора или системы при-
боров, в которой результаты измерений преобразуются и пред-
70
ставляются в понятной и удобной форме. Дисплеи значительно
отличаются по сложности: от простой индикаторной лампы до
специальных экранов телевизионного типа, на которых отобра-
жается сложный набор физиологических кривых. Далее мы приво-
дим описания нескольких типов электронных дисплеев, использу-
емых в медицинских приборах.
4.6.1. ИНДИКАТОРНЫЕ ЛАМПЫ
Простейшим типом дисплея является индикаторная лампа. Ее
можно использовать для указания того, что прибор включен, или
для того, чтобы показывать настройку жизненно важных регули-
ровок. Мерцающие лампы часто применяют в мониторах —• для
индикации каждого сокращения сердца пациента. Лампы исполь-
зуют и в качестве предупреждающих сигнализаторов; совместно
с предупреждающим зуммером они указывают пациента, который
находится в опасности.
Наиболее распространенным типом индикаторной лампы явля-
ется обычная лампа накаливания. Эти лампы точно такого же
типа, как и те, которые используются в каждом доме, хотя обычно
значительно меньших размеров. Лампы такого типа зажигаются
при протекании электрического тока через заключенную в них
нить накала. Индикаторы с лампами накаливания можно устанав-
ливать в приборе за цветным стеклом или пластиковой крышкой,
что позволяет получить свет соответствующего цвета. Их можно
также встраивать в переключатель типа светящейся кнопки или
клавиши, которые также могут быть цветными. Эти лампы исполь-
зуются в широком диапазоне напряжений от 6 и до 120 В.
Другим типом сигнальных ламп является неоновая, содержа-
щая газ неон, который вспыхивает при приложении к лампе дос-
таточного напряжения. Неоновые лампы, которые обычно дают
свечение оранжевого цвета, меньше большинства ламп накалива-
ния и потребляют значительно меньший ток.
В последнее время был разработан еще один источник света,
который может служить индикатором, — светоизлучающий диод
(СД). Он состоит из небольшого кусочка специального полупро-
водникового материала. При протекании через СД тока в соот-
ветствующем направлении он загорается. Этот прибор значитель-
но меньше, чем все рассмотренные выше лампы. На практике в
большинстве случаев СД дает только пятнышко света или свето-
вую точку. Но так как СД малы, их можно размещать достаточно
близко друг к другу, формируя буквы или цифры (см. п. 4.6.2).
Основным преимуществом СД является крайне большой срок
службы. Подобно транзисторам и другим полупроводниковым
устройствам, СД не портятся в процессе эксплуатации. Кроме
того, они потребляют очень малый ток. Большинство СД излучает
красный свет; существуют и СД, излучающие желтый и зеленый
свет.
71
4.6.2. ЦИФРОВЫЕ ДИСПЛЕИ
Многие медицинские приборы выдают информацию в виде
чисел. Численные значения могут отображаться на градуирован-
ной шкале или на циферблате прибора, в котором стрелка или
другой указатель показывают измеренное значение, кроме того,
они могут быть отображены в цифровой форме. В цифровом дис-
плее число, показывающее измеренное значение, загорается на
шкале прибора; оно может отображаться и другими способами.
Кроме того, прибор иногда может показывать на шкале буквы
алфавита.
В цифровом дисплее обычного типа каждая цифра составляет-
ся из светоизлучающих диодов или ламп какого-либо другого
типа. Каждая лампа образует либо световое пятно, либо короткий
линейный сегмент. В обычно применяемых числовых индикаторах
используется семь линейных сегментов (рис. 4.8). Цифры могут
быть прямыми или наклонными. Для отображения нужного числа
надо подать напряжение на соответствующие сегменты. Если,
например, напряжение подается на сегменты 1, 2, 3, 4 и 7, то на
шкале появляется цифра «3». Если загораются только сегменты 2
и 3, то отображается цифра «1». Аналогично могут быть сформи-
рованы все цифры от 0 до 9.
Другой тип цифрового индикатора, называемый лампой Ni-
xie10, содержит тонкие проволочки, изогнутые в виде цифр. Эти
цифры располагаются одна за другой внутри стеклянной лампы,
наполненной газом. В каждый момент времени зажигается толь-
ко одна цифра, а другие в этот момент невидимы. Подсоединения
к каждой цифре позволяют подавать напряжение непосредственно
на нужную цифру.
В медицинских приборах используются также и некоторые
другие типы цифровых дисплеев. Однако независимо от типа
индикатора дисплей должен содержать достаточно цифр, чтобы
отобразить необходимую информацию. При необходимости в сос-
тав дисплея вводится светящаяся десятичная точка. Например,
дисплей на лампах NixieR, который должен показывать темпера-
туру тела с точностью до десятой доли градуса Фаренгейта, дол-
жен содержать кроме десятичного указателя (точки) четыре лам-
пы NixieR, чтобы показывать четыре необходимые цифры.
4.6.3. ДИСПЛЕИ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫХ ТРУБОК
В медицинских приборах некоторых типов необходимо отоб-
ражать информацию, которую нельзя представить в численном
виде. В таких случаях для наблюдения должны быть выведены
реальные физиологические кривые ЭКГ, артериального давления,
показателей дыхания и фонокардиограммы. Для отображения
таких сигналов используется специальная электронно-лучевая
трубка (ЭЛТ). Эта трубка похожа на трубку телевизора.
Однако в отличие от последней ЭЛТ в мониторе для наблюде-
72
ния за пациентом или в дру-
гом медицинском приборе «вы-
писывает» нужные физиологи-
ческие сигналы.
ЭЛТ представляет собой
специальный тип вакуумной
лампы. Она содержит элек-
тронную пушку, которая «вы-
стреливает» постоянный поток
электронов, фокусируемых на
внутренней поверхности экра-
на для наблюдения, называе-
Рис. 4.8. Семисегментный цифровой ин-
дикатор:
а — прямой, б — наклонный
мой передней поверхностью ЭЛТ (рис. 4.9). Этот экран покрыт спе-
циальным фосфорным материалом, который светится при падении
на него электронного пучка. Два набора отклоняющих пластин от-
клоняют пучок вверх или вниз и вправо или влево в зависимости от
приложенного к пластинам напряжения. Если ни к одной из откло-
няющих пластин не приложено напряжения, то электронный пучок
дает маленькое световое пятнышко в центре экрана (точка В на ри-
сунке). Если напряжение приложено к вертикальным отклоняющим
пластинам, причем верхняя будет положительной относительно ниж-
ней, то пучок отклонится вверх и даст световое пятнышко в точке А.
Если же верхняя пластина будет отрицательной по отношению к
нижней, то пучок отклонится вниз и световое пятнышко перейдет
в точку С. Если между вертикальными отклоняющими пластина-
ми подать напряжение, соответствующее физиологическому пока-
зателю (например, усиленный электрокардиосигнал), то пучок
электронов будет двигаться вверх и вниз пропорционально этому
напряжению и в соответствии с формой сигнала. Если в то же самое
время на пару горизонтальных отклоняющих пластин (они не по-
казаны на рисунке) подать другое напряжение (соответствующее
времени), которое заставит пучок электронов перемещаться слева
направо (от точки D к точке Е), поперек экрана, то на экране
Стеклянная
ноле а '
Лоланагтелеиа зарякеииая
передняя поверхность налоь/
верхняя
х отипоняюрая
Соединитель иь/е \ пластана
а/ть/рьна
Зпеитрониая
лра/на
Я
Злентронное
овлако
/Салг-няя
отнлоняннаая пластина
а)
Рис. 4.9. Электроиио-лучевая трубка
___.. ЗЛеИтрОНОвх
73
трубки будет записана физиологическая кривая. Таков основной
принцип работы большинства дисплеев на ЭЛТ. Как только элект-
ронный пучок достигнет правого края экрана, он быстро возвра-
щается обратно в левый, чтобы начать другой проход слева на-
право поперек экрана трубки.
На некоторых дисплеях на ЭЛТ отображаются одновременно
две кривые или больше. В общем случае ЭЛТ содержит только
одну электронную пушку. Однако специальные схемы заставляют
электронный пучок «перепрыгивать» от одной кривой к другой
так быстро, что эти прыжки незаметны, и каждая кривая отобра-
жается без каких-либо видимых перерывов.
После того как электронный пучок записал кривую на ЭЛТ,
изображение в течение короткого времени сохраняется, а затем
затухает, прежде чем начнется новая развертка. В некоторых
случаях изображение затухает до того, как эту кривую удалось
рассмотреть в течение необходимого времени. Чтобы устранить
эту трудность, в некоторых мониторах для наблюдения за паци-
ентами применяются дисплеи на ЭЛТ с синтезированием изобра-
жения. Хотя в них используется тот же самый тип ЭЛТ, запись
кривой на экране производится другим образом. Специальные
схемы в мониторе хранят информацию, которая должна быть
отображена, и заставляют ее медленно перемещаться по экрану
без затухания. В мониторах такого типа на экране наряду с кри-
выми могут быть отображены буквы и цифры.
4.7. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Для работы всех электронных приборов необходима электри-
ческая энергия. Так как в состав таких приборов входят транзи-
сторы или вакуумные лампы, для питания которых необходим по-
стоянный ток, то должен быть обеспечен и источник постоянного
напряжения.
Простейшим источником постоянного напряжения является ба-
тарея, которая запасает химическую энергию. Почти во всей пор-
тативной электронной аппаратуре, включая транзисторные радио-
приемники и карманные калькуляторы, используются батареи.
Батареи могут быть либо неперезаряжаемые, подобно батареям
фотовспышки, либо перезаряжаемые. Неперезаряжаемые батареи
должны периодически заменяться, а перезаряжаемые можно за-
рядить, когда запасенная в них энергия будет использована. Пер-
сонал, использующий портативную аппаратуру на батареях, дол-
жен внимательно следить за тем, когда будет необходима замена
или перезарядка батарей. Некоторые приборы имеют встроенные
средства проверки состояния батарей.
Электронное оборудование, которое получает питание от стен-
ных розеток с напряжением 115 В, должно содержать блок пита-
ния для преобразования переменного тока, поступающего от ро-
зетки, в постоянный, необходимый для работы аппаратуры. Ти-
74
пичный блок питания, показанный на рис. 4.10, состоит из трех
основных компонентов:
1) трансформатор, повышающий или понижающий напряже-
ние в сети для того, чтобы обеспечить требуемое для работы раз-
личных цепей аппаратуры напряжение (рис. 4.10, б, в);
2) выпрямитель, представляющий собой устройство для преоб-
разования переменного напряжения в постоянное. Однако напря-
жение на выходе выпрямителя не постоянно (рис. 4.10,г), а флук-
туирует (пульсирует) около среднего значения постоянного на-
пряжения.
3. Фильтрующая цепь, которая сглаживает флуктуации и обес-
печивает постоянное напряжение для работы различных схем ап-
паратуры (рис. 4.10, д').
Кроме этих трех основных компонентов многие блоки питания
содержат устройства, которые должны поддерживать стабильным
значение постоянного напряжения, несмотря на изменения пере-
менного напряжения в сети и независимо от того, какой ток потреб-
ляет аппаратура от блока питания. Такое устройство называется
регулятором напряжения.
Отметим, что в проводку от стенной розетки к первичной об-
мотке трансформатора включается плавкий предохранитель, пре-
дотвращающий протекание избыточного тока. Если предохрани-
тель расплавится или «сгорит», то это значит, что в приборе есть
неисправность. Как только эта неисправность устранена, предо-
хранитель необходимо заменить новым того же типа и номинала.
Корпус прибора обычно заземляется с помощью трехпроводного
шнура питания.
А.
/7ла£ний Зынлн) - Трансфер -
предохранитель чатель Л wmop
Ф/телрепс '
беремен-
ное
напряже-
ние
me
в
ffc/хобное постоянное
напряжение
а)
S) В)
t HYWYYYWl. +е . Т
г) V
Рис. 4.10. Блок питания постоянного напряжения:
а — структурная схема; б — переменное напряжение 115 В, поступающее от источника пита-
ния (точка Д); в — пониженное переменное напряжение на выходе трансформатора (точ-
ка В); г — флуктуирующее постоянное напряжение на выходе выпрямителя (точка С);
д — постоянное напряжение на выходе фильтра (точка D)
75
Обычно совокупность компонентов, показанных на рис. 4.10,
вместе со шнуром питания называется «мощной частью» прибора
в отличие от усилительных устройств, подключенных к пациенту
с помощью кабеля (с электродами), которые называются «паци-
енткой частью». Таким образом, прибор, подключаемый к паци-
енту, для простоты может рассматриваться состоящим из двух
частей: мощной и пациентной.
5
ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
В гл. 2 физиологический показатель был определен как изме-
ряемая величина, характеризующая одну или несколько функций
или процессов в организме. Биоэлектрические потенциалы (ЭКГ,
ЭЭГ и ЭМГ), давление крови, объемы и поток крови, давление
при дыхании, объемы и потоки воздуха, звуки сердца и темпера-
тура тела — все это физиологические показатели. Диагностиче-
ская медицинская аппаратура предназначена для измерения и
отображения этих показателей в удобном для использования ви-
де, что помогает медицинскому персоналу в диагностике и лечении
болезней.
Чтобы понять, как работает любой биомедицинский прибор,
необходимо знать, какие физиологические показатели будут изме-
ряться с его помощью. Необходимо также понимать физиологиче-
ское происхождение этих показателей и их взаимосвязь с соот-
ветствующими функциями организма. Являясь основой для пони-
мания работы различных биомедицинских приборов, рассмотрен-
ных в книге, данная глава содержит описание нескольких важ-
ных физиологических показателей и способов их измерения и ис-
пользования. Так как эта книга написана для медсестер и других
практических работников здравоохранения, то предполагается,
что читатель знает основы физиологии, хотя некоторые имеющие
отношения к тематике книги физиологические процессы кратко
рассмотрены. Основное внимание уделяется тем характеристикам
этих показателей, которые должны учитываться при их измере-
нии.
5.1. БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОТЕНЦИАЛЫ
При выполнении различных свойственных им функций некото-
рые системы организма генерируют соответствующие сигналы,
которые переносят полезную информацию. Этими сигналами явля-
ются биоэлектрические потенциалы, соответствующие проведению
нервных импульсов, активности мозга, сердцебиению, мышечной
активности и т. д. Биоэлектрические потенциалы являются на са-
мом деле ионными напряжениями, возникающими в результате
76
электрохимической активности специальных возбудимых клеток.
С помощью электродов (преобразователей, которые превращают
ионные напряжения в электрические) эти естественные сигналы
можно измерить и отобразить.
Еще в XVIII в. итальянский профессор анатомии Луиджи
Гальвани объявил, что он обнаружил электричество в мышце ля-
гушачьей лапки. В последующем столетии несколько других уче-
ных открыли электрическую активность у различных животных и
у человека. Но лишь в 1903 г., когда датский врач Вильям Эйнтхо-
вен первым использовал струнный гальванометр в качестве регист-
рирующего устройства, ЭКГ вошла в практику. Появление снача-
ла вакуумных ламп, затем усилителей и твердотельных приборов
позволило более глубоко изучить и лучше представить биоэлект-
рические явления. Эти достижения в сочетании с большим разме-
ром биологических исследований открыли много новых способов
применения и интерпретации биоэлектрических потенциалов.
5.1.1. ПОТЕНЦИАЛ ПОКОЯ
Человеческое тело имеет многочисленные возбудимые ткани,
например нервы и мышцы. Клетки, из которых они состоят, окру-
жены мембраной с селективной проницаемостью (полупроница-
емой мембраной), которая пропускает одни вещества и в то же
время эффективно задерживает другие. Хотя структура мембраны
достаточно хорошо изучена, истинный механизм управления ее
проницаемостью не установлен. Тем не менее вещества, которые
определяют биоэлектрическое поведение клетки, были эксперимен-
тально определены.
Клетки организма окружены жидкостью, представляющей со-
бой электролитический раствор (по существу не отличающийся
от соленой воды), который содержит заряженные атомы — ионы.
Основными ионами, окружающими клетку, являются ионы нат-
рия (Na+), калия (К+) и хлора (С1~). Протоплазма внутри клетки
содержит эти же ионы. Когда возбудимая клетка находится в сос-
тоянии покоя (без стимуляции), ее мембрана легко пропускает
ионы калия и хлора. Однако, так как мембрана очень слабопро-
ницаема для натрия, то ионы натрия эффективно задерживаются.
Ионы натрия и калия обеспечивают химический баланс между
внешним пространством и внутренностью клетки при помощи
активного и пассивного процессов. Диффузия ионов в значитель-
ной мере пассивный процесс, зависящий от существования более
высокой и более низкой концентрации ионов на противоположных
сторонах мембраны. Активный процесс, который поддерживает
равновесие, включает в себя механизм калиевого и натриевого
насосов. Натриевый насос осуществляет перемещение натрия из
внутренней области клетки во внешнюю. Калий перемещается с
помощью аналогичного, хотя и менее важного, механизма из
внешнего пространства внутрь клетки. В результате создается вы-
сокая концентрация калия внутри клетки при низкой концентра-
77
ции его во внешней жидкости; концентрация натрия выше вне
клетки, чем внутри ее. На каждый ион натрия внутри клетки (при-
ходится примерно 10 ионов натрия вне ее (рис. 5.1).
Так как ионы натрия и калия положительны, то более высо-
кая концентрация калия внутри клетки будет стремиться сбалан-
сировать избыток ионов натрия вне клетки. Однако ионы калия
могут свободно проходить через мембрану клетки в отличие от
ионов натрия. В результате градиент концентрации вызывает диф-
фузию ионов калия наружу. Так как соответствующей диффузии
натрия внутрь нет из-за непроницаемости мембраны для этих
ионов, то диффузия калия обеспечивает положительность внеш-
него пространства клетки по отношению к внутреннему. Следова-
тельно, внутреннее пространство отрицательно по отношению к
внешнему.
Это мембранное напряжение называется потенциалом покоя
клетки. Оно сохраняется до тех пор, пока некоторое возмущение
или стимуляция не нарушит равновесие. Так как измерение мемб-
ранного потенциала производится внутри клетки относительно
жидкости организма, то потенциал покоя отрицателен. Разность
потенциалов аналогична напряжению батареи. Следовательно, воз-
будимая клетка в состоянии покоя заряжена или поляризована.
По данным исследователей измеренные значения мембранных
потенциалов различных клеток лежат в диапазоне —60...—100 мВ.
Поперечное сечение характерной клетки и ее потенциал покоя по-
казаны на рис. 5.2.
На этом рисунке показан измеритель напряжения (вольтметр),
измерительные щупы которого находятся вне и внутри клетки.
Эксперименты показывают, что сверхминиатюрные щупы можно
ввести внутрь некоторых крупных возбудимых клеток без пов-
реждения мембран. После проникновения внутрь мембраны вольт-
метр показывает, что внутренность клетки отрицательна по отно-
шению к внешнему пространству и разность потенциалов состав-
ляет (номинально) 70 мВ. Потенциал покоя типичной клетки сти-
Рис. 5.1. Относительные концен-
трации зарядов внутри и вне воз-
будимой клетки в состоянии покоя
Рис. 5.2. Поляризованная клетка и ее по-
тенциал покоя
78
мулирующей системы сердца равен примерно —75 мВ, а потен-
циал покоя клеток желудочка или предсердия — приблизительно
—90 мВ.
5.1.2. ПОТЕНЦИАЛ ДЕЙСТВИЯ
Когда участок мембраны клетки возбуждается электрическим
током или внешней энергией в какой-либо другой форме, мембра-
на изменяет свою проницаемость для ионов натрия и эти ионы мо-
гут попасть внутрь клетки. Перемещение натрия внутрь клетки
образует ионный поток, который еще более уменьшает сопротив-
ление мембраны натрию. В результате большое число положитель-
но заряженных ионов натрия быстро проникает внутрь клетки, пы-
таясь достичь баланса с ионами натрия вне ее. В то же время
ионы калия, которые в состоянии покоя внутри клетки имели бо-
лее высокую концентрацию, пытаются покинуть клетку, но они не
могут перемещаться так быстро, как ионы натрия. В результате
внутреннее пространство клетки становится слабо положительным
по отношению к внешнему пространству из-за дисбаланса ионов
калия. Результирующий положительный потенциал внутри клетки
(по отношению к внешнему пространству), равный приблизительно
20 мВ, возникает ненадолго. Возбужденная клетка, внутреннее про-
странство которой положительно по отношению к внешнему, на-
зывается деполяризованной; процесс перехода от состояния покоя
(со свойственным ему потенциалом покоя) к состоянию с положи-
тельным потенциалом называется деполяризацией (рис. 5.3). По-
перечное сечение деполяризованной клетки показано на рис. 5.4.
Как только поток ионов натрия через мембрану клетки прекра-
тится (будет достигнуто новое состояние равновесия), ионные по-
токи, которые понижали барьер для ионов натрия, исчезнут и мем-
брана снова приобретет исходную селективную проницаемость, при
которой'прохождение ионов натрия внутрь клетки эффективно бло-
Рис. 5.4. Деполяризованная клеткэ
под воздействием потенциала дейст-
вия
Рис. 5.3. Деполяризация клетки (иоиы
Na+ врываются в клетку, а ионы К+
пытаются покинуть ее)
79
кируется. Если бы это было единственным эффектом, то для воз-
вращения к потенциалу покоя потребовалось бы много времени.
Но ситуация иная: ионы калия покидают клетку с высокой скоро-
стью из-за наличия внутри клетки большого числа положительных
ионов и существования высокого градиента концентрации. Тем
временем натриевый насос обеспечивает транспорт натрия из клет-
ки. Клетка снова становится поляризованной и приобретает свой
потенциал покоя, это происходит в первую очередь благодаря пас-
сивной диффузии ионов калия из клетки. Этот процесс называется
реполяризацией. Время, необходимое для реполяризации, в боль-
шой степени определяется концентрацией ионов натрия и калия в
жидкости. Последовательные процессы деполяризации и реполяри-
зации стимулированной возбудимой клетки образуют потенциал
действия.
На рис. 5.5 показана кривая потенциала действия для типич-
ной клетки сердечной мышцы, когда она реагирует на приложен-
ное стимулирующее напряжение. В момент времени 1 клетка не
стимулируется (в покое), она поляризована. Ее внутреннее прост-
ранство имеет отрицательный потенциал относительно внешнего,
равный —90 мВ. В момент времени 2 действует краткая электри-
ческая стимуляция, причем амплитуда или сила стимуляции до-
статочны для понижения мембранного потенциала (напряжение
внутри клетки начинает уменьшаться, стремясь к нулю), и клетка
начинает деполяризовываться (разряжаться). При условии, что
примененная стимуляция имеет интенсивность, достаточную, чтобы
довести мембранный потенциал до его порогового значения (око-
ло —70 мВ для мышечных волокон), клетка быстро деполяризу-
ется до состояния, когда ее внутреннее пространство становится
положительным (20 мВ относительно внешнего пространства в
момент времени 3). В этот момент клетка полностью деполяризо-
вана (разряжена). Вскоре после этого калий диффундирует из
клетки, она начинает реполяризоваться (вновь заряжаться), а ее
Деполнризсгиия (лпипген
LTOWff НСГ/7ЦШР)
Ыг»
—8-4(7
Релоляре/зсир/н
(ВенгоО i/ притон
1/ОноВ ИРПиЯ}
| Вопзенг/иипУ
I пенен
&
-80
-90
I пенен
гнпепзнл
\попяризоВаие)
Момент
л „ Времени 3
Внемени2 "
Момент —V*
Вренн
Вотенцисгп
пенен
। (нпетна
по/тяризо&гноу
МОН8НП7
Менен/п 'ВремениВ"
Времени 4
Времени 7 Мселнепгньи/ Относип?елбн1>/й_
реФринторнбш рефракторном
лелиоВ перлов
Рис 5.5. Потенциал действия клетки сердечной мышцы
80
мембранный потенциал возвращается к потенциалу покоя — 90 мВ
(момент времени 4). Интервал времени, в течение которого клетки
сердечной мышцы остаются деполяризованными (от момента 3 до
момента 5), может достигать 300 мс. С другой стороны, в клетках
нервов и скелетных мышц реполяризация наступает так быстро
после деполяризации, что сигнал имеет форму импульса или
всплеска, общая длительность которого всего 1 мс.
Другое различие между клетками сердечной мышцы и нервны-
ми клетками — их механический отклик на возбуждение. После де-
поляризации мышечные клетки сокращаются (или укорачивают-
ся), а после реполяризации — расслабляются. У нервных клеток
потенциал действия не влияет на их размеры. Высота потенциала
действия определяется как разность между потенциалом покоя и
максимальным положительным потенциалом. На рис. 5.5, напри-
мер, потенциал действия равен: +20—(—90 мВ) = 110 мВ (око-
ло 0,1 В).
Вне зависимости от того, как возбуждается спокойная клетка
или какова интенсивность стимуляции (при условии, что она до-
статочна, чтобы потенциал мембраны достиг своего порогового
значения), отклик и потенциал действия для любой конкретной
клетки всегда будут одинаковы. Таким образом, возбудимые клетки
подчиняются закону, который называется «все или ничего». Это оз-
начает, что если стимуляция достаточна для генерации потенциа-
ла действия, то для данной клетки он обычно имеет одно и то же
значение независимо от интенсивности стимуляции.
Некоторые клетки сердца способны создавать потенциалы дей-
ствия при небольшой внешней стимуляции или даже совсем без
нее. Это клетки, задающие пульс, как бы включают каждое сокра-
щение сердца, периодически генерируя потенциалы действия, в зна-
чительной мере определяемые мембранными характеристиками
клеток.
После того как сформировался потенциал действия, наступает
период, в течение которого клетка не будет отвечать ни на какое
стимулирующее воздействие, независимо от его амплитуды. В этот
период (от момента 3 до момента 4), называемый абсолютным
рефрактерным периодом, клетка сопротивляется любым попыткам
возбудить ее. Этот период длится примерно 250 мс для сердечных
клеток и примерно 0,5 мс для нервных. Вслед за абсолютным ре-
фрактерным периодом наступает относительный рефрактерный пе-
риод, в течение которого может быть создан другой потенциал дей-
ствия, но для этого необходима значительно более сильная сти-
муляция (по сравнению с нормальными условиями). Длительность
относительного рефрактерного периода составляет примерно 50 мс
для сердечных клеток и приблизительно 0,1 мс для нервных.
5.1.3. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ПОТЕНЦИАЛА ДЕЙСТВИЯ
Когда потенциал действия создан и текут ионные токи (как мы
уже описывали выше), тогда могут возбудиться соседние клетки
или смежные области той же самой клетки. Этот процесс называ-
81
ется распространением. В сердечной мышце распространение про-
исходит от одного волокна к другому, в 'нейроне распространение
происходит вдоль аксона — от тела клетки к оконечности аксона.
Скорость, с которой потенциал действия распространяется вдоль
волокна или переходит от клетки к клетке, называется скоростью
распространения. В клетках сердечной мышцы средняя скорость
распространения 0,2...0,4 м/с, хотя в специальных замедляющих
волокнах между предсердиями и желудочками (ПЖ узел) потен-
циалы действия распространяются с меньшими скоростями (0,03...
...0,05 м/с). В нервных волокнах скорость распространения (на-
зываемая также скоростью проводимости нервов или скоростью
проводимости) изменяется в широких пределах в зависимости от
типа и диаметра нервного волокна: обычно 20... 140 м/с. Таким об-
разом, у взрослого человека среднего роста время, необходимое
для того, чтобы потенциал действия из головного мозга дошел до
мышцы ноги, может составлять всего лишь 15 мс.
5.1.4. ИЗМЕРЕНИЕ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕНЦИАЛОВ
Для измерения биоэлектрических потенциалов необходима па-
ра электродов (см. гл. 6), которые преобразуют ионные потенциа-
лы и токи в организме в электрические напряжения и токи.
Хотя в некоторых типах клеток и можно измерить отдельные
потенциалы действия, такие измерения очень трудны, так как они
требуют прецизионного размещения электрода внутри конкретной
клетки или рядом с ней. Обычно измеряют биопотенциалы, кото-
рые образуются в результате суммарного воздействия большого
числа потенциалов действия. Их измеряют на поверхности тела с
помощью одного или нескольких электродов, введенных в мышцу,
нерв или в некоторый участок мозга.
Точно неизвестно, как эти потенциалы достигают поверхности
тела. Существует несколько теорий, которые объясняют большинст-
во из наблюдаемых явлений достаточно хорошо, но ни одна из них
не может точно объяснить всей ситуации. Было сделано много по-
пыток объяснить, как попадают биопотенциалы сердца на поверх-
ность тела. Вне зависимости от того, как эти потенциалы достига-
ют поверхности тела или имплантированных измерительных элек-
тродов, они могут быть измерены как специфические биоэлектри-
ческие сигналы, которые широко изучаются и могут быть опреде-
лены достаточно хорошо.
В следующих четырех разделах описаны наиболее важные сиг-
налы, соответствующие биоэлектрическим потенциалам. Название
самого сигнала обычно оканчивается на «грамма», а название при-
бора, используемого для измерения потенциалов и его графичес-
кого воспроизведения, оканчивается на «граф». Например, ЭКГ
сигнал, создаваемый электрической активностью сердца, измеря-
ется электрокардиографом (прибор). Сигнал может быть также
отображен на экране монитора для наблюдения за пациентом. Об.
этом мы уже говорили в гл. 4. , .. .
82
5.1.5. ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАММА
Как уже говорилось, биопотенциалы, генерируемые мышцами
сердца, формируют электрокардиограмму (ЭКГ). Чтобы понять ее
происхождение и значение, необходимо рассмотреть анатомию серд-
ца и его функционирование в общей сердечно-сосудистой системе.
Рассмотрим рис. 5.6.
Четыре камеры сердца действуют как два синхронизированных
двухступенчатых насоса. Правая часть сердца подает кровь в лег-
Врахиоцефалачеснаа отвал——
Верхняя
полая
вена
Сухожильные нити
Легочный
лолулуннь/й нланан
Правое предсердие
Правый предсердии-
желудочновый нлилин
Правая легочная
артерия
Правые легочные
вены
Нижняя
полая Пени
Левая сонная артерия
Левая артерия сувнлавия
Легочный ствол
Аорта
Левая легочная артерия
Певб/е лееочнь/е
вены
Певое предсердие
Полулунный нлапан
аорты
Левый лредсердно-
желудочновый нлалан
Певый же//удо чей
Вооочновые мь/и/иь/
Наалаваннуая аорта
Правь/й желувечен
а)
Cardiac (нервы, уснорят/уие
деятельность сердра)
Правый лучон
Синусный узел
(стимулятор пульса)
Атриовентринулярный
узел
Пучон Гиса
Волонна Пурнинье
Левый лучон
в)
Рис. 5.6. Сердце:
a — внутренняя структура; б — проводящая система
83
Vagus пегие (нервы. подавлятьрае
сер де чну ио деятельность.)
кие для насыщения ее кислородом (легочная циркуляция), а ле-
вая— к остальным системам (системная циркуляция)11. Поступа-
ющая кровь заполняет правое предсердие, после чего оно сокра-
щается и выталкивает кровь через правый предсердно-желудоч-
ковый (ПЖ) клапан в правый желудочек, который затем сокраща-
ется и выталкивает кровь в систему легочной циркуляции. Из ле-
гочной системы насыщенная кислородом кровь поступает в левое
предсердие. Отсюда кровь через левый предсердно-желудочковый
клапан (митральный) поступает в левый желудочек. При сокра-
щении мышц левого желудочка кровь поступает в круг систем-
ной циркуляции. Работа сердца синхронизирована таким образом,
что оба предсердия сокращаются одновременно, после этого од-
новременно сокращаются оба желудочка.
Возбуждение сердца не производится непосредственно централь-
ной нервной системой (как это имеет место для большинства дру-
гих систем иннервации мышц), оно осуществляется синусным уз-
лом, или стимулятором пульса, который представляет собой спе-
циальную группу возбудимых клеток. Стимулятор пульса спонтан-
но генерирует с постоянным ритмом потенциалы действия. Однако
на этот ритм влияют нервы, которые увеличивают или уменьшают
его. Для того чтобы инициировать сокращение сердца, потенциал
действия, сформированный стимулятором пульса, распространяет-
ся во всех направлениях (из синусного узла) вдоль поверхности
обоих предсердий по направлению к месту соединения предсердий
и желудочков, т. е. к ПЖ узлу. В этой точке специальные нервные
волокна замедляют распространение, обеспечивая соответствую-
щую временную задержку между сокращениями предсердий и же-
лудочков. В течение этого времени предсердия завершают сокра-
щение, выталкивают кровь в желудочки, наполняя их. После это-
го ПЖ узел создает импульс в желудочках, проходящий через пу-
чок Гиса в ветви пучка, которые соединяются с волокнами Пурки-
нье в миокарде. Однако волновой фронт в желудочках распростра-
няется не вдоль поверхности, а перпендикулярно ей — от внутрен-
ней к внешней части стенки желудочка — до тех пор, пока весь
желудочек не станет деполяризованным. Тогда желудочки сокра-
щаются, выталкивая кровь в системы легочной и системной цир-
куляции. Как указывалось ранее, за волной деполяризации следу-
ет волна реполяризации (с интервалом 0,2...0,4 с). Реполяриза-
ция, однако, не возникает под влиянием соседних мышечных кле-
ток — каждая клетка возвращается к потенциалу покоя незави-
симо.
На рис. 5.7 показана типичная ЭКГ, записанная на поверхно-
сти тела. Каждой ее характерной особенности произвольно были
даны буквенные обозначения. Эти особенности могут быть сопо-
ставлены с определенными этапами процесса распространения по-
тенциалов действия. Для удобства изучения этой кривой ее гори-
зонтальный участок рассматривается как изопотенциальная, или
изоэлектрическая, линия. Зубец Р характеризует электрическую ак-
тивность, связанную с деполяризацией предсердной мускулатуры
84
Рис. 5.7. ЭКГ:
а — типичный вид; б—-вектор зубца Р; в — вектор зубца Q; г — вектор зубца R; д — вектор
зубца S
по мере того, как потенциалы действия распространяются от си-
нусного узла, где они возникают, к ПЖ узлу. На рис. 5.7, б волна
деполяризации представляется вектором со знаками полярности,
указывающими основное направление распространения волны и
результирующую разность потенциалов, которая создается в мус-
кулатуре сердца. Таким образом, вектор зубца Р представляет
волну деполяризации определенной амплитуды, которая распрост-
раняется от синусного узла к ПЖ узлу. По мере распространения
волны область вокруг ПЖ узла становится электрически положи-
тельной, а область вблизи синусного узла (стимулятора) — отри-
цательной. Так как результирующее электрическое поле проявля-
ется на поверхности тела, то во время возбуждения предсердия
нижняя часть грудной клетки становится положительной, а верх-
няя — отрицательной.
Если используемый для измерения ЭКГ электрокардиограф пра-
вильно подключен с помощью электродов к этим областям, резуль-
тирующий зубец Р имеет вид положительной волны (выше опор-
ной линии), как это и показано на рис. 5.7, а. ’
85
Деполяризация предсердия происходит в одном основном на-
правлении, а желудочков — в трех направлениях. Непосредственно
после окончания периода задержки импульса начальная деполя-
ризация желудочков начинается с септальной (septal) зоны, лежа-
щей непосредственно ниже ПЖ узла, как показано на рис. 5.7, в.
Так как стенки левого желудочка толще стенок правого, волна де-
поляризации распространяется слева направо, что приводит к то-
му, что левая часть тела становится отрицательной, а правая —
положительной. Этот процесс регистрируется в виде зубца Q, ко-
торый лежит ниже опорной линии (он отрицателен) на рис. 5.7, а.
Обычно амплитуда зубца Q меньше амплитуды зубца Р; на неко-
торых записях его вообще не видно.
Вектор зубца R (рис. 5.7, г) представляет деполяризацию боль-
шей (но не всей) части остальных желудочковых мышц. Так как
желудочковые мышцы массивны (по сравнению с мышцами пред-
сердия), то вектор зубца R длиннее вектора Р, но их направления
практически совпадают (от вершины сердца к его нижнему краю).
Поэтому на рис. 5.7, а зубец R, как и зубец Р, будет расположен
выше опорной линии, но его максимальная амплитуда значительно
больше максимальной амплитуды зубца Р. Зубец R обычно являет-
ся наиболее характерной чертой ЭКГ. Обычно пиковая амплитуда
зубца R около 1 мВ (от опорной линии до максимального значе-
ния) при измерении на поверхности тела и около 40 мВ при изме-
рении внутри сердца.
Вектор зубца S (рис. 5.7, 5) характеризует деполяризацию ос-
тальной части желудочков. Так как для этого зубца нижняя часть
сердца становится отрицательной, а зона ПЖ узла — положитель-
ной, то зубец S лежит ниже опорной линии на рис. 5.7, а. В общем
случае амплитуда зубца S больше амплитуды зубца Q. Однако у
некоторых пациентов амплитуда зубца S так мала, что на записи
его не видно.
Комплекс QRS отображает суммарный результат деполяриза-
ции желудочков, которая происходит описанным выше образом.
До начала этого интервала времени предсердие реполяризуется.
Однако из-за малой амплитуды сигнал, соответствующий волне ре-
поляризации предсердия, не может быть зарегистрирован на по-
верхности тела. Поэтому в интервале от конца зубца Р до начала
комплекса QRS запись обычно имеет вид горизонтальной прямой,
совпадающей с опорной линией.
Как только желудочки начинают деполяризовываться, они сок-
ращаются. Затем они реполяризуются. Реполяризация характери-
зуется зубцом Т. Зубец U, если он присутствует в записи, обычно
приписывается остаточным потенциалам желудочковой мышцы
(послепотенциалам). Зубец U чаще наблюдается в записях ЭКГ
детей, чем взрослых, однако его можно наблюдать и в ЭКГ взрос-
лых пациентов с дисбалансом калия или с увеличенным сердцем.
Вслед за реполяризацией желудочки расслабляются.
Типичные значения максимальных амплитуд для нормальной
ЭКГ (снятой с поверхности тела) следующие:
86
зубец Р — 0,2 мВ,
зубец Q (если присутствует) — 0,1 мВ,
зубец R — 0,5...1,5 мВ,
зубец S (если присутствует) — 0,2 мВ,
зубец Т — 0,1 ...0,5 мВ.
Другими важными параметрами ЭКГ являются длительности
различных интервалов и сегментов (рис. 5.8). Типичные значения
для нормального взрослого пациента с частотой сердечных сокра-
щений 60 в минуту (одно в секунду):
Интервалы
Р—R 0,12-0,20 с
QRS 0,06...0,10 с
S—Т 0,18...0,30 с
Q—Т 0,35...0,40 с
Сегменты
Р—R 0,04...0,80 с
S—Т 0,12-0,16 с
В типичных случаях общее время, необходимое для завершения
одного полного цикла электрической активности сердца, 0,4...0,6 с.
Во время интервала Q—Т желудочки находятся в рефрактерном
состоянии. Следовательно, от начала QRS комплекса до начала
зубца Т желудочки не отвечают ни на 1какую стимуляцию. Во вре-
мя зубца Т некоторые клетки желудочков будут отвечать на нор-
мальное стимулирование, другие остаются в рефрактерном состоя-
нии. Это время называют периодом уязвимости сердца.
Следует отметить, что смещение записи выше опорной ли-
нии во время интервала QRS, по определению, называется зубцом
R. Если в течение этого интервала появится второе смещение за-
писи вверх, то его называют зубцом R-прим (R'). Отклонение за-
писи вниз до зубца R называется зубцом Q, а после зубца R —
зубцом S. Если в течение записи интервала QRS зубец R отсутст-
вует, то любое отклонение вниз называется зубцом QS. Некоторые
обозначения зубцов, появляющихся в течение интервала QRS, по-
казаны на рис. 5.8, б. Строчные буквы применяются для обозначе-
ния меньших зубцов.
Частота сердечных сокращений определяется частотой импуль-
сов, которые генерирует синусный узел. Однако нервы симпатичес-
кой нервной системы и блуждающий нерв парасимпатической
нервной системы соответственно увеличивают или уменьшают час-
тоту сердечных сокращений.
При построении рис. 5.8, б предполагалось, что форма и поляр-
ность каждой характеристики ЭКГ изменяются при изменении мес-
та закрепления измерительных электродов относительно сердца.
При определении диагноза кардиолог обычно исходит из записей,
полученных при нескольких расположениях электродов. Более под-
робно проблема записи ЭКГ рассмотрена в гл. 7.
87
Q-T интервал
Адсолютныи Частично
оефранторнб/й рефракторне/й
период период
R а)
Зудць/ фе
Уу присутствуют
Ч 3
R
/ \ Нет зуду a S,
О—'V —Г— допетой зудеа R,
' малый зудеу q
Нет зудца R
Нет зуди a Q,
мапб/й зуде у г,
допетой зудеа $
Нет зуда а 5,
допетой зудеа н,
малб/й зудеа з
д)
Рис. 5.8. Интервалы и сегменты ЭКГ и рефрактерные периоды
5.1.6. ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАММА
Запись сигналов, характеризующих биоэлектрические потенци-
алы, генерируемые за счет нейронной активности мозга, называет-
ся электроэнцефалограммой (ЭЭГ). Ранее считали, что ЭЭГ ха-
рактеризует суммарное воздействие потенциалов действия различ-
ных клеток тела и нервных волокон, расположенных вблизи изме-
рительных электродов. Однако в настоящее время считают, что
88
так как пути распространения и временные соотношения между
потенциалами действия в мозге почти случайны по своей природе,
то потенциалы действия вносят лишь незначительный вклад в ЭЭГ.
В соответствии с принятой теорией биоэлектрические потенциалы,
появляющиеся на поверхности кожи головы, характеризуют воз-
действие синхронизированных постсинаптических (переходных)
потенциалов (graded potentials) в различных комбинациях нейро-
нов мозга.
Чтобы определить переходные потенциалы и показать их связь
с потенциалами действия, необходимо кратко ознакомиться с тем,
как связаны друг с другом нейроны. На рис. 5.9 показаны три ти-
па нейронов. Нейрон является основной единицей нервной системы.
В нейронах любого типа потенциалы действия возбуждаются либо
в теле клетки, либо в утолщении аксона, непосредственно примы-
кающем к телу клетки. Отсюда они распространяются вниз по ак-
сону к его окончаниям, где либо вызывают сокращение мышечно-
го волокна, либо соединяются с другими нейронами. В мозге окон-
чания аксонов обычно взаимодействуют с дендритами или телами
клеток других нейронов. Взаимное соединение двух нейронов на-
зывается синапсом. Мозг содержит миллиарды синапсов.
Появление потенциала действия на окончании аксона вызыва-
ет освобождение химической передающей субстанции, которая быст-
Рис. 5.9. Схематическое изображение трех различных типов нейронов:
а — спинальный сенсорный нейрои; б — ассоциативный нейрон; в — спинальный двигатель-
ный нейрон
89
ро пересекает узкий переход синапса, чтобы воздействовать на
мембрану воспринимающего дендрита или клетки тела. В возбуж-
дающем синапсе воздействие химического вещества приводит -к не-
большому уменьшению отрицательного остаточного потенциала
(потенциала покоя) внутри клетки, в результате этот потенциал
приближается к пороговому, при котором генерируется потенциал
действия. В тормозящем синапсе химическое вещество делает по-
тенциал покоя более отрицательным, что увеличивает разницу
между этим и пороговым значением потенциала. На любой данный
нейрон воздействует большое число других нейронов: одни соеди-
нены с этим нейроном возбуждающими синапсами, другие — тор-
мозящими. Если достаточное число возбуждающих синапсов од-
новременно воспринимают потенциал действия, то отрицательный
потенциал покоя воспринимающего нейрона уменьшается до поро-
гового и возникает потенциал действия. Если в то же самое время
некоторые из тормозящих синапсов также воспринимают потен-
циал действия, то для генерации потенциала действия необходи-
мо, чтобы возбуждалось большее число возбуждающих синапсов.
Так как на окончания аксонов непрерывно поступают потенциалы
действия, то потенциал покоя каждого нейрона мозга непрерывно
изменяется. Эти изменения потенциалов покоя, которые происходят
медленнее, чем изменения потенциалов действия, называются пост-
синаптическими или переходными потенциалами. Часто переходные
Рис. 5.10. Восемь записей ЭЭГ сняты для различных областей черепа человека.
Для каждой области использовался специальный канал электроэнцефалографа,
напряжение з котором измерялось относительно одного из двух опорных ушных
электродов (Д/ или А2)
90
потенциалы большого числа нейронов данной области мозга на
какой-то период времени синхронизируются. Затем такая синхро-
низация нарушается и возникают другие синхронизированные ком-
плексы возбуждений, может быть, и на других частотах. Как счи-
тают в настоящее время, такие синхронизированные переходные
потенциалы и являются основными источниками потенциалов ЭЭГ.
Типичные образцы записи ЭЭГ показаны на рис. 5.10. Эти по-
тенциалы ЭЭГ, измеренные на поверхности кожи головы, в дейст-
вительности представляют собой результат комбинированного
(суммарного) воздействия постсинаптических (переходных) потен-
циалов в достаточно широкой области коры головного мозга и в
различных точках ниже ее. В общем случае эти потенциалы почти
случайны по природе. Однако некоторые характеристики кривых
Рис. 5.11. Типичные примеры ЭЭГ для различных стадий сна. Для каждого при-
мера верхняя запись сделана с левой передней части мозга, нижняя — с правой
затылочной части:
а — пациент бодрствует — в ЭЭГ присутствуют различные частоты; б — стадия 1 — пациент
дремлет, наибольший вклад в ЭЭГ дают альфа-волны; в — стадия 2 — легкий сои, появля-
ются нерегулярные медленные волны; г — стадия 3 —сои, видны медленные волны; д —ста-
дия 4 — более глубокий сон с медленными волнами в ЭЭГ; е — парадоксальный сои или сон
с быстрым движением глаз
91
ЭЭГ связаны с эпилептическими припадками и с состоянием сна.
Сигналы, соответствующие различным стадиям сна, показаны на
рис. 5.11. Для беспокойного бодрствующего пациента обычно ха-
рактерна десинхронизированная высокочастотная запись ЭЭГ.
Для дремлющего пациента, особенно когда у него закрыты глаза,
часто характерна значительная ритмическая активность в диапа-
зоне 8...13 Гц. По мере того как пациент начинает засыпать (по-
гружается в сон), амплитуда и частота сигналов уменьшаются;
при легком неглубоком сне записываются низкочастотные сигна-
лы большой амплитуды. При более глубоком сне обычно регист-
рируются более медленные сигналы с большей амплитудой. Но
в некоторые моменты времени запись сигналов ЭЭГ пациента, на-
ходящегося в состоянии сна, принимает вид десинхронизированной
высокочастотной кривой. По прохождении некоторого времени за-
пись вновь приобретает вид обычной низкочастотной кривой, ха-
рактерной для сна. Отрезок высокочастотной ЭЭГ, который наблю-
дается во время сна, характеризует так называемый парадоксаль-
ный сон, так как ЭЭГ в это время больше похожа на ЭЭГ бодрст-
вующего пациента, чем на ЭЭГ спящего. Иначе такой сон называ-
ют сном с быстрым движением глаз (БДГ), так как высокочас-
тотная запись ЭЭГ соответствует интенсивному быстрому движе-
нию глаз за закрытыми веками, что часто связывают со сновиде-
ниями, хотя до сих пор убедительно не доказано, что сновидения
связаны с БДГ.
Эксперименты показывают, что на частоты ЭЭГ, по-видимому,
влияет умственная деятельность человека. Однако значительные
различия между отдельными людьми и недостаточная повторяе-
мость результатов у одного и того же человека в различных си-
туациях затрудняют установление конкретных взаимосвязей.
Различные частотные диапазоны ЭЭГ произвольно обозначены
греческими буквами, потому что частота, по-видимому, является
наиболее важной и информативной характеристикой ЭЭГ. Специа-
листы по электроэнцефалографии не пришли к соглашению о точ-
ных границах различных частотных диапазонов, но большинство из
них классифицируют полосы частот ЭЭГ или ритмы приблизитель-
но следующим образом:
ниже 3,5 Гц
3,5...-8 Гц
~8... ~ 13 Гц
выше 13 Гц
— дельта-волны
— тета-волны
— альфа-волны
— бета-волны
ЭЭГ является одним из важнейших физиологических показате-
лей, используемых в системах с биологической обратной связью,
в которых информация о некоторых кажущихся непроизвольными
процессах в теле пациента поступает к нему по каналу обратной
связи, так что он может научиться контролировать их. В типичных
экспериментах с биологической обратной связью с использованием
ЭЭГ яркость лампы или другой индикатор показывают пациенту
92
интенсивность альфа-волн, воспринимаемых измерительными элек-
тродами. При этом пациент может определить, при какой физи-
ческой или умственной деятельности или при каком эмоциональ-
ном состоянии появляется наибольшая интенсивность альфа-волн,
и в определенной степени контролировать эти условия.
5.1.7. ЭЛЕКТРОМИОГРАММА
Биоэлектрические потенциалы, связанные с мышечной актив-
ностью, формируют электромиограмму (ЭМГ). Их можно измерить
на поверхности тела вблизи представляющей интерес мышцы или
непосредственно в мышце при помощи прокалывающих кожу иголь-
чатых электродов. Так как целью большинства измерений ЭМГ яв-
ляется количественное измерение степени активности данной мыш-
цы или группы мышц, а не отдельного мышечного волокна, то
записанная кривая обычно представляет собой результат суммар-
ного воздействия индивидуальных потенциалов действия волокон,
образующих исследуемую мышцу или группу мышц. Электроды
для снятия ЭМГ, как и для снятия ЭЭГ, воспринимают потенциа-
лы or всех мышц, находящихся в зоне действия электродов. Поэто-
му потенциалы от расположенных вблизи крупных мышц могут
препятствовать попыткам измерить ЭМГ меньших мышц даже в
тех случаях, когда электроды расположены непосредственно над
небольшими мышцами. Когда возникают такие затруднения, то
непосредственно в исследуемую мышцу вводят игольчатые элект-
роды.
Как установлено в п. 5.1.2, потенциал действия данной мышцы
(или нервного волокна) — фиксированная величина, не завися-
щая от интенсивности стимуляции, которая вызывает этот отклик.
Таким образом, при увеличении интенсивности работы мышцы ам-
плитуда импульса потенциала действия в ней не увеличивается, а
увеличиваются скорость возбуждения каждого мышечного волокна
и число волокон, которые возбуждены в данный момент времени.
Амплитуда измеряемого сигнала
ЭМГ является мгновенной суммой
всех потенциалов действия, генери-
руемых в любой данный момент вре-
мени. Так как эти потенциалы дей-
ствия на данной паре электродов
имеют и положительную и отрица-
тельную полярность, то они иногда
складываются, а иногда вычитают-
ся. Поэтому сигнал ЭМГ очень по-
хож на случайный шумовой сигнал,
энергия которого зависит от степени
мышечной активности и от располо-
жения электродов (рис. 5.12). Ме-
тоды и приборы для измерения ЭМГ
описаны в гл. 17.
Рис. 5.12. Типичная электро-
миограмма.
Скорость развертки 10 мс/см; «ам-
плитуда 1 мВ/см
93
5.2. ДАВЛЕНИЕ КРОВИ И КРОВОПОТОКИ
Хотя рассмотренная в п. 5.1.5 ЭКГ характеризует электричес-
кую активность сердца, она не дает никакого представления об эф-
фективности, с которой сердце способно перекачивать кровь.
Сердце среднего взрослого человека в состоянии покоя пере-
качивает от 5 до 6 л крови в минуту, а так как полный объем кро-
ви в среднем около 5 л, то это значит, что в состоянии покоя каж-
дую минуту происходит полная циркуляция крови. При тяжелой
нагрузке скорость циркуляции значительно увеличивается. В лю-
бой момент 75...80% объема крови находится в венах, около 20% —
в артериях, остальная — в сосудах микроциркуляционной системы.
Циркуляция крови в системе кровообращения происходит в ре-
зультате давления, развиваемого при сокращении мускулатуры ле-
вого желудочка. На рис. 5.13 показаны типичные значения давле-
ния в левом предсердии, левом желудочке и аорте. Для сравнения
на том же графике приведены кривые ЭКГ и записи токов сердца.
При рассмотрении кривой для аорты можно заметить, чтб во
время систолы выброс крови из левого желудочка вначале проис-
ходит быстро. По мере того как скорость изменения давления
уменьшается, кривая загибается и образуется скругленный макси-
мум. Максимальное давление в аорте во время систолы зависит от
систолического ударного объема левого желудочка, максимального
значения скорости выброса крови и от эластичности стенок аорты.
В больном сердце за счет изменения сократимости желудочка и
врет
Рис. 5.13. Взаимосвязь токов сердца и этапов функционирования сердечно-со-
суд истой системы
94
жесткости атеросклеротических артерий происходит нежелательное
повышение давления крови.
Когда систолический период завершается, клапан аорты закры-
вается обратным давлением крови (против хода клапана). На кри-
вой этот эффект обозначен как дикротический зубец. Когда клапан
полностью закрывается, артериальное давление постепенно умень-
шается, по мере того как кровь растекается по бесчисленным со-
судам периферической системы. Скорость уменьшения давления
определяется давлением, достигнутым во время интервала систо-
лы, скоростью протекания через оказывающие сопротивление пе-
риферические сосуды и интервалом диастолы.
Форма импульса артериального давления изменяется по мере
его прохождения через артерии. Воздействие стенок артерии вы-
зывает затухание и отражения. По мере того как артерии ветвятся
на более мелкие артерии с меньшей площадью поперечного сече-
ния, давление и объем крови изменяются, следовательно, изменяет-
ся и скорость потока. Максимальное систолическое давление стано-
вится немного больше, а диастолическое — более выровненным,
плоским. Среднее давление в некоторых артериях (например, в бра-
хиальной артерии) может превышать давление в аорте на 20 мм
рт. ст.
По мере того как поток крови поступает в меньшие артерии и
артериолы, давление уменьшается и теряет колебательный харак-
тер. Давление в артериолах может изменяться от 60 до 30 мм
рт. ст. По мере того как кровь поступает в венозную систему после
протекания по капиллярам, давление спадает до 15 мм рт. ст.
В венозной системе давление в венулах уменьшается до 8 мм
рт. ст., а в венах до 5 мм рт. ст. В полой вене давление составляет
всего лишь 2 мм рт. ст. Вследствие такой разницы в давлениях
процесс и результаты измерений артериального давления разитель-
но отличаются от измерения венозного давления. Например, ошиб-
ка в 2 мм рт. ст. при измерении систолического давления приводит
к искажению результатов лишь на 1,5%. При измерении давления
в вене это может дать ошибку 100%. Различием в давлении обус-
ловлена разница в толщине стенок артерии (толстые) и вен (тон-
кие). Более того, вены имеют больший внутренний диаметр. Так
как около 75...80% объема крови содержится в венозной системе,
то вены служат как бы резервуаром для снабжения тела кровью.
Систолитичеокое давление крови нормального взрослого чело-
века 95...140 мм рт. ст., при этом среднее значение 120 мм рт. ст.
Эти значения могут значительно изменяться в зависимости от воз-
раста, климата, традиций питания и других факторов. Нормальное
диастолическое давление 60...90 мм рт. ст., причем среднее значе-
ние примерно 80 мм рт. ст. Это давление обычно измеряется в
брахиальной артерии руки. Для сравнения укажем, что в аорте и
в левом желудочке следует ожидать давление 130/75, в левом пред-
сердии — 9/5, в правом желудочке — 25/0, в правом предсердии —
3/0 и в легочной артерии 25/12.
95
В госпиталях давление крови измеряют в различных камерах
сердца и в различных точках циркуляционной системы. Методы
прямых и косвенных измерений давления крови подробно описаны
в гл. 9 и 8 соответственно.
Типичные результаты таких измерений скоростей потока крови
и давлений крови в основных точках сердечно-сосудистой системы
приведены в табл. 5.1.
Поток крови в любой точке циркуляционной системы представ-
ляет собой объем крови, который проходит через данную точку з
единицу времени. Обычно он измеряется в миллиметрах в минуту
или в литрах в минуту. Поток крови больше всего в легочной ар-
терии и в аорте там, где эти кровеносные сосуды отходят от серд-
ца. Поток в этих точках, называемый объемом выбрасываемой
сердцем крови или работой сердца, для нормального взрослого че-
ловека в состоянии покоя 3,5...5 л/мин. В капиллярах поток крови
может быть настолько медленным, что под микроскопом можно
наблюдать перемещение отдельных клеток крови.
Зная работу сердца или поток крови в данном сосуде, можно
определить другие характеристики. Работа сердца, деленная на
число сердцебиений в минуту, определяет количество крови, выбра-
сываемое во время каждого сердцебиения, или ударный объем. Ес-
ли известен общий объем крови в циркуляционной системе, то, по-
делив его на работу сердца, мы получим среднее время циркуля-
ции. Поделив поток крови через сосуд на площадь его поперечного
сечения, мы можем определить среднюю скорость крови в данной
точке.
Поток крови в артериях имеет пульсирующий характер. В дей-
ствительности в некоторых кровеносных сосудах во время опреде-
ленных интервалов цикла сердцебиения поток крови может иметь
противоположное направление. Вследствие эластичности стенок
кровеносные сосуды имеют тенденцию сглаживать пульсации по-
тока крови и кровяного давления.
Поток крови зависит от давления крови и от сопротивления,
которое оказывают потоку кровеносные сосуды, точно так же, как
электрический ток зависит от напряжения и сопротивления. Соп-
Таблица 5.1
ПАРАМЕТРЫ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ
Сосуд Число, тыс. Диаметр, мм Длина, мм Средняя скорость потока кровн, см/с Давление, мм рт. ст.
Аорта Периферические артерии Артериоллы Капилляры 10,50 400 40,0 100
1,8 40 000 Более 1 мл и. 0,60 0,02 0,008 10 2 1 <Ю,0 0,5 <0,1 40 40... 25 25...12
Веиулы Периферические вены Полая вена 80 000 1,8 0,03 1,50 12,50 2 100 400 <0,3 1,0 20,0 12...8 <8 3...2
96
ротивление потоку в капиллярах велико, однако оно может менять-
ся в широких пределах. Под воздействием низких температур или
определенных лекарственных и наркотических средств (например,
никотина) поток крови через кожу уменьшается, так как сужают-
ся сосуды (капилляры). Нагревание, возбуждение или локальное
воспаление, как и некоторые другие факторы, могут вызвать рас-
ширение сосудов (капилляров), что увеличивает поток крови, по
крайней мере локально. Вследствие широких вариаций возможных
значений сопротивления потоку крови определение только одного
значения давления крови не достаточно для определения состоя-
ния циркуляционной системы.
Скорость крови не постоянна по сечению сосуда, а зависит от
расстояния до его стенок. На самой стенке скорость равна нулю,
наибольшая скорость в центре сосуда. Некоторые измерители по-
тока крови измеряют вместо потока крови среднюю скорость крови.
Если, однако, площадь поперечного сечения кровеносного сосуда
известна, то эти приборы можно прокалибровать непосредственно
в единицах потока крови.
Если локальная скорость крови превышает определенный пре-
дел (это может случиться, например, когда кровеносный сосуд
сжат), то могут возникать небольшие завихрения и ламинарный
поток превращается в турбулентный, для которого определить ско-
рость потока труднее.
Прямые количественные измерения потока крови в определен-
ных сосудах редко выполняются в клинических условиях, так как
применяемые в настоящее время методы требуют обнажения сосу-
да. Однако качественные измерения можно использовать для инди-
кации значительного потока крови в сосуде или в органе тела. Ра-
бота сердца, ударный объем, общий объем крови и среднее время
циркуляции измеряют с помощью стандартных процедур. Среди
других параметров и показателей, связанных с работой сердца и
потоком крови, укажем изменение размеров желудочков в процес-
се полного цикла работы сердца, скорость распространения им-
пульсной волны (скорость, с которой артериальный импульс рас-
пространяется от сердца к некоторой точке артериальной системы)
и оценки зонального потока крови. Методы и приборы для изме-
рения этих показателей описаны в гл. 12.
5.3. ТОНЫ СЕРДЦА
В течение столетий медики использовали при диагностике опре-
деленных сердечных расстройств звуки и вибрации, связанные с
сердцебиением и процессом перекачивания крови. Метод прослуши-
вания звуков, производимых органами и сосудами организма, на-
зывается аускультацией, он широко используется и по сей день. Вег
время обучения врачи и практические медицинские работники учат-
ся распознавать звуки или изменения в звуках, которые могут быть
сопоставлены с различными типами расстройств. Звуки, создавае-
мые сердцем, обычно называют тонами.
4—2 97
Несмотря на широкое распространение, аускультация является
скорее субъективным методом, и количество информации, которое
можно получить при прослушивании тонов сердца, в значительной
степени зависит от искусства, опытности и слуха врача или мед-
сестры. Таким образом, различные люди могут по-разному воспри-
нимать одни и те же тоны и по-разному интерпретировать их.
Тоны сердца возникают в момент закрытия главных клапанов.
Такое временное совпадение может легко привести к неправильно-
му предположению, что они вызываются главным образом захло-
пыванием створок клапанов. В действительности захлопывание
створок почти не порождает звуков из-за амортизирующего воздей-
ствия крови. Основной причиной возникновения тонов являются,
по-видимому, вибрации крови внутри сердца при внезапном закры-
тии клапанов. Эти вибрации вместе с вихревыми токами в крови,
когда она проталкивается через закрывающиеся клапаны, вызыва-
ют вибрацию стенок сердечных камер и прилегающих кровеносных
сосудов.
Тоны сердца иллюстрируются рис. 5.13. Первый сердечный тон
возникает при закрытии предсердно-желудочковых клапанов и
приближенно совпадает по времени с QRS комплексом ЭКГ. Вто-
рой сердечный тон вызывается закрытием полулунных клапанов,
которые выпускают кровь в большой и легочный круги кровообра-
щения. Эти клапаны закрываются в конце систолы, непосредствен- Ь
но перед новым открытием предсердно-желудочковых клапанов.
Возникновение второго сердечного тона приближенно совпадает по
времени с концом зубца Т на ЭКГ.
Иногда, особенно у молодых людей, прослушивается и третий
тон сердца. Он возникает через 0,1...0,2 с после второго и припи-
сывается выбросу крови из предсердий в желудочки, при котором
возникает турбуленция и вибрация стенок желудочков. Этот звук
в действительности возникает до сокращения предсердий, а это
означает, что выброс крови в желудочки, вызывающий появление
этого тона, является пассивным. Кровь выталкивается только за
счет венозного давления на входе в предсердие и поступает в же-
лудочки за .счет силы тяжести. В действительности около 70% по-
тока крови поступает в желудочки до сокращения предсердий.
Так называемый предсердный тон сердца, который не слышен, но
может быть замечен визуально при графической регистрации, воз-
никает тогда, когда предсердие действительно сокращается, выдав-
ливая остающуюся кровь в желудочки. То, что этот сердечный
тон не слышен, объясняется малой амплитудой и низкой частотой
вибраций.
При прослушивании сердца с отклонениями от нормы между
нормальными тонами сердца можно услышать некоторые дополни-
тельные тоны, называемые шумами. Шумы в основном возникают
или из-за неполного открытия клапанов (что заставляет кровь
протискиваться через узкое отверстие) или из-за обратного тока
крови, который возникает, если клапаны закрываются не полно-
стью. Другой причиной шумов может быть небольшое отверстие в
98
перегородке, которая разделяет левую и правую половины сердца.
В этом случае из-за различия давлений между двумя половинами
сердца кровь проталкивается через отверстие, обычно из левого
желудочка в правый, в обход циркуляционной системы кровообра-
щения.
Нормальные тоны сердца обычно очень короткой длительности,
приблизительно 0,1 с, шумы обычно прослушиваются между нор-
мальными тонами. Существует различие в частотных характеристи-
ках нормальных и ненормальных тонов сердца. Основная энергия
первого сердечного тона сосредоточена в диапазоне 30...45 Гц, при
этом многие звуки лежат ниже порога слышимости. Второй сердеч-
ный тон обычно занимает более высокую полосу частот, чем пер-
вый; его максимальная энергия сосредоточена в диапазоне 50...
70 Гц. Третий сердечный тон представляет собой крайне слабую
вибрацию, большая часть энергии его сосредоточена на частотах
ниже 30 Гц. Кроме того, шумы часто содержат звуки со значитель-
но более высокими частотами. Например, один из видов обратного
тока крови генерирует шум в диапазоне частот 100...600 Гц.
Хотя аускультация до сих пор остается главным методом об-
наружения и анализа сердечных тонов, часто используются и дру-
гие методы, например графическая запись тонов сердца, аналогич-
ная записи, показанной на рис. 5.13, которая называется фонокар-
диограммой. Подобно ЭКГ фонокардиограмма представляет собой
графическую запись, но в ней присутствуют значительно более вы-
сокие частоты.
Совершенно другой сигнал формируется при вибрации сердца
относительно полости грудной клетки. Вибрации боковой стороны
сердца при его ударе о стенку грудной клетки образуют виброкар-
диограмму, верхушка сердца, ударяя в ребра грудной клетки, фор-
мирует верхушечную кардиограмму.
Звуки и пульсации можно также обнаружить и измерить в раз-
личных точках артериальной системы кровообращения там, где ос-
новные артерии приближаются к поверхности тела. Например, в
определенных точках основных артерий можно нащупать кончика-
ми пальцев пульс. Кривую пульса также можно измерить и запи-
сать. Кроме того, когда артерия частично пережата, так что ско-
рость протекания крови через созданное препятствие значительно
повышается, то с помощью стетоскопа можно слышать и иденти-
фицировать тоны. Эти тоны, называемые тонами Короткова, ис-
пользуются в широко распространенном методе измерения давле-
ния крови (подробно рассматриваются в гл. 8).
Следует упомянуть еще один метод измерения параметров сер-
дечно-сосудистой системы — метод снятия баллистокард иограммы..
Хотя с его помощью не измеряют тоны сердца или вибрации, как
при других рассмотренных методах, баллистокардиограмма связа-
на с этими измерениями в том смысле, что она является прямым
результатом действия динамических сил сердца при его биении и
прокачивании крови в главные артерии. Бьющееся сердце оказы-
вает определенное силовое воздействие на тело. Как и в любом слу-
4* 99
чае, когда мы имеем дело с силами, тело оказывает ответную ре-
акцию, но так как масса тела значительно больше, то эта реакция
обычно незаметна. Однако если пациент помещен на свободно пе-
ремещающейся платформе с малым моментом инерции, то переме-
щение тела вследствие сердцебиения и соответствующего выброса
крови можно измерить и записать, получив при этом баллистокар-
диограмму. Как виброкардиограмма и верхушечная кардиограмма,
баллистокардиограмма позволяет получить информацию о сердце,
которую нельзя собрать с помощью других измерений.
5.4. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ
Температура тела является одним из самых старых и хорошо
известных индикаторов общего самочувствия пациента. Методы и
приборы для измерения температуры широко известны, термометры
можно найти в любом доме, на любом промышленном предприя-
тии, ну и, конечно, в больнице. Прибор для измерения температу-
ры человеческого тела очень мало отличается от приборов, исполь-
зуемых в разнообразных отраслях промышленности, только для
физиологических измерений температуры необходим узкий диапа-
зон температур и специальные размеры и форма чувствительных
элементов.
У человеческого тела можно измерять температуры двух основ-
ных типов: системную и поверхностную или кожную. Оба измере-
ния позволяют получить ценную диагностическую информацию, хо-
тя более широко используется измерение системной температуры.
Системная температура представляет собой температуру внут-
ренних областей тела. Эта температура поддерживается балансом
между теплом, генерируемым активными тканями тела (главным
образом мышцами и печенью), и теплом, теряемым телом за счет
окружающей среды. Системная температура измеряется термочув-
ствительными приборами, помещаемыми в рот, подмышку или в
прямую кишку. Нормальная температура во рту здорового челове-
ка приблизительно 37°С, подмышкой примерно на один градус ни-
же, а в прямой кишке примерно на один градус выше. Наиболее
точно системную температуру тела можно измерить на барабанной
перепонке в ухе; считается, что она приблизительно равна темпера-
туре в «недоступном» мозговом центре управления температурой.
Поверхностная или кожная температура также поддерживается
балансом, но в данном случае между теплом, возникающим вслед-
ствие циркуляции крови в локальной области, и теплом, теряемым
этой областью за счет проводимости, излучения, конвекции и испа-
рения. Следовательно, кожная температура зависит от поверхност-
ной циркуляции, температуры окружающей среды и воздушной
циркуляции вблизи зоны, температура которой измеряется. Для
точных измерений кожной температуры необходимо, чтобы паци-
ент обнажил область, где измеряется температура, и оставил ее
обнаженной во время измерений в достаточно прохладной окружа-
ющей среде (около 21°С). Однако необходимо принять меры, что-
100
бы у пациента не возник озноб и связанные с ним реакции. Если
при поверхностных измерениях имеет место реакция на охлаждение
локальной зоны, то необходимо учесть, что охлаждение кожи уве-
личивает поверхностную циркуляцию, которая в свою очередь вы-
зывает некоторое локальное нагревание соседних зон. Поэтому на-
до учитывать теплоту, переданную в зону, где производятся изме-
рения, от смежных зон тела.
5.5. ПАРАМЕТРЫ ДЫХАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
Обмен газов при любом биологическом процессе называется
дыханием. Для поддержания жизни человеческое тело должно по-
лучать кислород, который вместе с углеродом, водородом и други-
ми элементами, поступающими с пищей, обеспечивает создание
тепла и энергии для выполнения работы. В результате происходя-
щего в клетках процесса, который называется метаболизмом, обра-
зуется некоторое количество воды и основного продукта отхода де-
ятельности организма — двуокиси углерода (СО2). Процесс дыха-
ния необходимо рассматривать как единый процесс поглощения
кислорода из окружающей среды, транспорт кислорода к клеткам,
удаление из клеток двуокиси углерода и выброс продуктов отхода
в атмосферу.
Клетки тканей организма человека, как правило, не имеют не-
посредственного контакта с окружающей внешней средой. Клетки
тела окружены тканевой жидкостью, которую можно рассматри-
вать как внутреннюю окружающую среду организма. Клетки пог-
лощают кислород из этой жидкости и выбрасывают в нее продук-
ты отхода, включая и двуокись углерода. Циркулирующая кровь
представляет собой среду, с помощью которой кислород поступает
во внутреннюю окружающую среду организма. Двуокись углерода
удаляется из тканевых жидкостей с помощью того же самого ме-
ханизма. Газовый обмен между кровью и внешней окружающей
средой происходит в легких и называется внешним дыханием.
Легкие обеспечивают насыщение крови кислородом и удаление
двуокиси углерода. Этот процесс управляется другими системами
организма. Во время вдоха свежий воздух поступает в дыхатель-
ный тракт, увлажняется и нагревается до температуры тела и сме-
шивается с газами, которые уже находятся в области, образован-
ной трахеями и бронхами. Этот газ в дальнейшем смешивается с
газом, остающимся в альвеолах; это происходит, когда вдыхаемый
воздух входит в эти маленькие камеры в стенках легких. Кислород
диффундирует из альвеол в подающие кровь легочные капилляры,
двуокись углерода — наоборот. Кислород выносится из легких и
распределяется среди различных клеток тела системой кровообра-
щения, которая также возвращает двуокись углерода в легкие.
Весь процесс вдыхания и выдыхания воздуха, газового обмена, рас-
пределения кислорода по клеткам тела, сбор СО2 и отведение его
от клеток тела получил название легочной функции. Тесты, позво-
101
ляющие оценить различные компоненты этого процесса, получили
название тестов легочной функции.
Приборы и инструменты для проведения легочных измерений
обычно очень сложны. Однако тесты и приборы для измерения па-
раметров дыхания можно разделить на две категории. Первая
включает тесты, предназначенные для измерения параметров ме-
ханизма дыхания и физических характеристик легких (функции
внешнего дыхания). Ко второй категории относится все, что каса-
ется диффузии газов в легких, распределения кислорода и сбора
и удаления двуокиси углерода (показатель основного обмена).
Дыхание выполняется с помощью мускулатуры, которая в бук-
вальном смысле изменяет объем грудной клетки, создавая тем са-
мым отрицательное и положительное давление, которое и переме-
щает воздух внутрь легких или выбрасывает его из них. При этом
работу производят два мышечных комплекса: мышцы в диафрагме
и вблизи нее, которые заставляют диафрагму перемещаться вверх
и вниз, изменяя размер грудной клетки в вертикальном направле-
нии, и мышцы, которые перемещают вверх и вниз ребра, изменяя
тем самым горизонтальный диаметр грудной клетки.
Диафрагма представляет собой специальную куполо- или коло-
колообразную мышцу, расположенную внизу грудной клетки; при
сокращении она втягивается вниз, увеличивая грудную полость.
Этот процесс является основным (основной механической силой),
обеспечивающим дыхание. В то же самое время, когда диафрагма
перемещается вниз, группа внешних межреберных мышц поднима-
ет реберную систему и грудину. Благодаря форме реберной систе-
мы этот подъем также приводит к увеличению эффективного диа-
метра грудной полости. Получающееся в результате увеличение
объема грудной полости создает в грудной клетке отрицательное
давление (вакуум). Так как грудная клетка представляет собой
замкнутую камеру и единственным выходом во внешнюю среду яв-
ляется выход из легких, то это отрицательное давление компенси-
руется воздухом, поступающим в легкие. Легкие сами по себе пас-
сивны и расширяются только за счет внутреннего давления возду-
ха в них, которое превышает давление в грудной клетке вне лег-
ких.
Нормальный выход по существу пассивен; при нем после рас-
слабления мышц, обеспечивающих вдох, эластичность легких и
реберной системы в сочетании с тонусом диафрагмы уменьшают
объем грудной клетки, создавая тем самым положительное давле-
ние, которое выталкивает воздух из легких. При форсированном
выдохе комплекс брюшных мышц с большой силой выталкивает ди-
афрагму вверх и в то же время внутренние межреберные мышцы
подтягивают реберную систему вниз; при этом на легкие воздейст-
вует давление, которое с силой выталкивает воздух.
Давление внутри легких (интраальвеолярное) во время нор-
мального вдоха около —3 мм рт. ст., во время выхода около
+3 мм рт. ст. Способность легких и грудной клетки расширяться
при вдохе называется растяжимостью, которая определяется как
102
увеличение объема легких на единицу увеличения интраальвеоляр-
ного давления. Сопротивление, которое испытывает поток воздуха
при входе в легкие и выходе из них, называется сопротивлением,
воздушного тракта.
Оценка физических характеристик легких производится, в пер-
вую очередь, по измерению нескольких характерных объемов лег-
ких и их емкости. Часто эти измерения проводят во время специ-
альных дыхательных тестов. Объемы и емкости легких и различ-
ные тесты, относящиеся к таким исследованиям, а также необхо-
димые для измерений приборы подробно описаны в гл. 14. Другие
тесты, позволяющие исследовать механику дыхания, требуют из-
мерения интраальвеолярных давлений, давлений внутри грудной
клетки, а также мгновенных потоков воздуха. Эти параметры и
необходимая для их измерения аппаратура также рассмотрены в
гл. 14. Там же описаны методы оценки диффузии газов в легких и
измерения концентраций кислорода и двуокиси углерода в выды-
хаемом воздухе и в крови.
5.6. ДРУГИЕ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ
В предыдущих разделах данной главы были описаны некоторые
наиболее важные физиологические показатели и параметры, кото-
рые обычно используются в клинической медицине. Приборы и
методы измерения этих показателей и параметров будут обсужде-
ны в последующих главах. Кроме рассмотренных существуют фи-
зиологические показатели, которые могут быть исследованы, но
которые не получили широкого распространения в клинической
практике.
6
ЭЛЕКТРОДЫ
Наблюдая снятие ЭКГ или регистрацию других биоэлектриче-
ских потенциалов, которые были рассмотрены в гл. 5, можно прий-
ти к выводу, что измерительные электроды представляют собой
просто контакты или некоторые конечные точки проводов, при по-
мощи которых снимаются напряжения с поверхности тела. Однако
это заключение будет неправильным и оно не согласуется с тео-
рией, которая объясняет происхождение биоэлектрических потен-
циалов. Нужно четко представлять себе, что биоэлектрические по-
тенциалы, генерируемые в организме, являются ионными потен-
циалами, порождаемыми ионными токами. Чтобы их можно было
измерить обычными методами, ионные потенциалы следует преоб-
разовать в электронные. Такое стало возможным благодаря раз-
работке современных стабильных, устойчивых к помехам измери-
тельных приборов.
Как уже упоминалось в гл. 5, устройства, которые преобразу-
ют ионные потенциалы в электронные, называются электродами.
103
Теория электродов и основные принципы, определяющие их разра-
ботку и характеристики функционирования, являются необходи-
мыми составными частями теории, объясняющей измерения био-
электрических потенциалов. Эта же самая теория применима и к
электродам, входящим в состав химических преобразователей, та-
ких, например, которые используются при измерениях pH, Ро и
Рсо, крови. Электроды для анализа газового содержания крови
рассмотрены в гл. 14. В данной главе рассмотрены электроды, при-
меняемые при измерении биоэлектрических потенциалов; основное
внимание уделено теории электродов и ознакомлению с различны-
ми типами электродов, используемых в медицинской аппаратуре.
6.1. ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОДОВ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Простейшие электроды, используемые для измерения биопотен-
циалов, представляют собой кусочки металла, которые можно раз-
мещать на поверхности или внутри тела; при этом жидкости, вхо-
дящие в состав организма (как упоминалось в гл. 3), можно рас-
сматривать как электролиты. В результате электрохимической ре-
акции между металлом и раствором возникает разность потенциа-
лов (напряжение). Химические реакции, которые протекают между
металлами и электролитами, влияют на функционирование физио-
логических электродов. Эти же реакции обусловливают и функцио-
нирование обычной батареи или гальванического элемента. Следо-
вательно, химические принципы работы простого гальванического
элемента (рис. 6.1), можно использовать для объяснения основ
теории электродов.
На рис. 6.1, а показан серебряный электрод, погруженный в со-
ляной раствор, являющийся электролитом. Так как серебро явля-
ется хорошим проводником электричества, то оно имеет избыток
слабо удерживаемых или относительно свободных валентных элек-
тронов (см. гл. 3). При погружении серебра в электролит некото-
рые из его валентных электронов переходят в раствор; это приво-
дит к тому, что бывший ранее электрически нейтральным электрод
становится заряженным положительно по отношению к электроли-
ту. Возникающая разность потенциалов называется потенциалом
полуэлемента-, это один из двух потенциалов, ассоциирующихся с
гальваническим элементом или батареей. Для погруженного в
электролит серебра напряжение полуэлемента составляет примерно
0,8 В, при этом электрод положителен по отношению к электроли-
ту. При погружении в электролит медного электрода (рис. 6.1, б)
некоторые из его валентных электронов также переходят в раст-
вор, это приводит к тому, что медный электрод становится положи-
тельно заряженным по отношению к электролиту. Значение этого
потенциала полуэлемента составляет приблизительно 0,3 В, при
этом медный электрод также является положительным по отноше-
нию к электролиту. На рис. 6.1, в показаны оба металла, погружен-
ные в электролит. Так как потенциалы полуэлементов для серебра
и меди равны соответственно 0,8 и 0,3 В и оба электрода положи-
104
Рс/зностб „
потенциалов.
попуэлемента
a}
/Эевнб/й
элелтрод
Разность
потенциалов
полуэле/'гента
(+0,30)
Серебрпнь.'й
'элентрод
Роложителбно
зарлнсенно/е
UOH6/
серебра неба
©3
Элен тролит
,Элентралит
(раствор сопи)
Раленттле
злелтропбс
поступают
в раствор
Рис. 6.1. Химические реакции между металлом и электролитом:
а — потенциал полуэлемента для серебряного электрода; б — потенциал полуэлемента для
медного электрода; в — результирующее напряжение между контактами
©
©
О
тельны по отношению к электролиту, то разность потенциалов меж-
ду электродами 0,5 В ( + 0,8 В—( + 0,3 В) =0,5 В). Серебряный
электрод положителен по отношению к медному электроду. Таким
образом, при погружении в один и тот же электролит двух разно-
родных металлов между их контактами появляется постоянное на-
пряжение. Такие металлы можно использовать для создания бата-
реи. Из предыдущего объяснения должно быть ясно, что два одина-
ковых металлических образца, погруженные в один и тот же элек-
тролит, не должны создавать разности потенциалов.
На рис. 6.2 показано поперечное сечение двух серебряных пла-
стинок, используемых в качестве электродов для снятия биопотен-
циалов и контактирующих с поверхностью кожи, которая действует
как электролит. Если эти пластинки химически идентичны, то каж-
дая из них порождает один и тот же потенциал полуэлемента и
результирующее напряжение между электродами будет равно
нулю.
Разность потенциалов между'контактами физиологических элек-
тродов, контактирующих с телом пациента, называется напряже-
нием смещения электродов. Если электроды, показанные на рис.
6.2, а, химически идентичны (идеальное предположение), то напря-
жение смещения будет равно нулю. На практике даже специально
105
Рис. 6.2. Электродный потенциал смещения:
о —серебряные электроды, размещенные на поверхности кожи; б — напряжение смещения
поступает на вход усилителя
подобранные (согласованные) электроды имеют некоторые химиче-
ские различия. Поэтому между контактами используемых физио-
логических электродов обычно существует некоторое напряжение
смещения. При подключении электродов с помощью проводников
ко входу усилителя (рис. 6.2, б) последний будет реагировать на
106
постоянное напряжение смещения точно так же, как и на физио-
логические сигналы, поступающие от организма.
Значения и полярности потенциалов полуэлемента для электро-
дов определяются в большой степени применяемыми материалами.
Как показано на рис. 6.2, а, серебряный электрод в контакте с
электролитом создает потенциал полуэлемента +0,8 В, что прибли-
зительно в 800 раз больше значений ЭКГ, которые можно измерить
на поверхности тела. Даже при использовании очень хорошо согла-
сованных электродов возникающее на них постоянное напряжение
смещения может все-таки значительно превышать значение изме-
ряемого физиологического показателя. Большое напряжение сме-
щения может помешать проведению измерений или повлиять на их
результат и привести к получению нежелательных артефактов.
Эксперименты показали, что происходящие в электродах хими-
ческие явления могут явиться причиной возникновения флуктуа-
ций напряжения (шумов) при отсутствии каких-либо физиологиче-
ских сигналов. Такие изменения могут также быть восприняты как
артефакты. Как шум, так и потенциал полуэлемента, можно умень-
шить, выбрав соответствующий материал электродов или (в неко-
торых случаях) специально их обработав. Было установлено, что
электрод серебро—хлорид серебра (Ag—AgCI) является наиболее
стабильным и его электродный потенциал мал. Электрод такого
типа изготовляется путем химического покрытия куска почти чис-
того серебра солью—хлоридом серебра. Обычно покрытие произво-
дят, погружая очищенный кусок серебра в раствор хлористого нат-
рия. В этот раствор погружают и второй кусок серебра; оба куска
подсоединяют к источнику постоянного напряжения таким образом,
чтобы электрод, который покрывается хлоридом серебра, был по-
ложителен по отношению к другому. При этом ионы серебра сое-
диняются с ионами хлора из соляного раствора и образуют тонкую
пленку нейтральных молекул хлорида серебра, которая покрывает
серебряный электрод. При очистке такого электрода после исполь-
зования необходимо проявлять осторожность, чтобы не повредить
покрытие из хлорида серебра. Эти электроды можно очищать мяг-
кой хлопчатобумажной тряпочкой, смоченной изопропиловым спир-
том или тепловатой водой.
При накладывании электрода на поверхность кожи на перехо-
де электрод—кожа существует определенное электрическое сопро-
тивление. Для надежной записи физиологических сигналов, сво-
бодной от артефактов, необходимо, чтобы электрод имел хороший
(с малым сопротивлением) контакт с кожей. Так как верхний слой
кожи в значительной мере состоит из мертвых клеток и на нем все-
гда присутствует некоторое количество жиров и грязи, то естест-
венное электрическое сопротивление кожи высоко по сравнению с
сопротивлением жидкостей в организме. Поэтому при размещении
электродов на поверхности кожи то место, на которое будет
наложен электрод, обычно подготавливают или обрабатывают, что-
бы понизить сопротивление. Слой мертвых клеток может быть уда-
лен из области наложения электрода спиртом или какими-либо
107
другими подходящими очищающими агентами. Затем между элект-
родом и поверхностью кожи наносят проводящую (электролитиче-
скую) пасту, которая широкодоступна в настоящее время. Эта пас-
та образует как бы мост между ионами тела и поверхностью элек-
трода и обеспечивает низкое сопротивление перехода электрод—
кожа. Некоторые пасты содержат в электролите очень маленькие
абразивные частицы. Эти пасты можно применять и для подготов-
ки места наложения электрода, и для снижения контактного сопро-
тивления.
Размер и тип используемого электрода также играют важную
роль при определении его сопротивления. Более крупные электро-
ды обычно имеют меньшее сопротивление. Поверхностные электро-
ды имеют сопротивление 2000...10 000 Ом, а маленькие игольча-
тые — значительно более высокое.
6.2. ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ СНЯТИЯ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
ПОТЕНЦИАЛОВ
Электроды, применяемые для снятия биоэлектрических потен-
циалов тела, могут иметь самые различные формы и размеры. Для
снятия потенциалов ЭКГ, ЭЭГ или ЭМ.Г можно использовать лю-
бые электроды. Однако более крупные обычно применяют для сня-
тия ЭКГ, так как при этом не так важна локализация измерений.
Рис. 6.3. Снятие ЭКГ при погруженных электродах. Оригинальный кэмбриджский
электрокардиограф (1912 г.), изготовленный по соглашению с профессором
В. Эйнтховеном, отцом электрокардиографии
108
При снятии ЭЭГ и ЭМГ, а также при наблюдении за плодом при-
меняют меньшие электроды.
На ранней стадии измерений биоэлектрических потенциалов ис-
пользовались погружаемые (иммерсионные) электроды, которые
представляли собой просто бадьи с солевым раствором, в которые
пациент погружал руки и ноги (см. рис. 6.3). Как и следовало ожи-
дать, использование электродов такого типа было связано с мно-
гочисленными трудностями, например неудобное фиксированное
положение пациента и опасность разлить электролит.
По сравнению с погружаемыми электродами введенные в прак-
тику примерно в 1917 г. пластинчатые электроды (рис. 6.4) были
значительным шагом вперед. Сначала эти электроды отделялись от
кожи пациента хлопчатобумажной или фетровой прокладкой, про-
питанной солевым раствором. Позднее такие пропитанные проклад-
ки были заменены проводящими пастами, при этом металл контак-
тировал с кожей. Пластинчатые электроды такого типа использу-
ются и сегодня, так же как и пропитанные солевым раствором мар-
левые прокладки.
Другим довольно старым типом электрода, который использу-
ется и в настоящее время, является электрод на присоске (рис.
6.5), в котором с кожей действительно контактирует только кольце-
вой край. Используются электроды на присосках двух размеров:
диаметр чашечки приблизительно 30 мм для обследования взрос-
лых пациентов, 15 мм для обследования детей. Обычно электроды
на присосках используются для грудных отведений при снятии
ЭКГ (см. гл. 7).
Одним из неудобств при использовании пластинчатых электро-
дов является возможность их сползания пли смещения. Эта пробле-
ма возникает и при использовании электрода на присоске после
его достаточно длительной эксплуатации. Были найдены несколько
методов преодоления этих затруднений, например использование
Рис. 6.4. Металлические пластинчатые элек-
троды. Они обычно изготовлялись (или по-
крывались) из серебра, никеля или анало-
- гичных сплавов
Рис. 6.5. Электрод на при-
соске
109
липкой ленты для закрепления электродов, придание поверхности
электрода формы терки, зубцы которой проникают в кожу, умень-
шая контактное сопротивление и снижая вероятность соскальзы-
вания электрода.
Все описанные выше электроды имеют общий недостаток: они
чувствительны к перемещению, одни в большей, другие в меньшей
степени. Даже малейшее перемещение изменяет толщину тонкой
пленки электролита между металлом и кожей, что приводит к из-
менению потенциала смещения и контактного сопротивления. Эти
изменения проявляются как артефакты на записи ЭКГ или на экра-
не монитора для наблюдения за пациентом; они являются источни-
ками дрейфа нуля (опорной линии) или блужданий. Во многих
случаях изменения потенциала настолько существенны, что они
полностью блокируют биоэлектрические потенциалы, которые пы-
таются измерить с помощью электродов. Липкая лента и примене-
ние электродов в виде терки уменьшают эти артефакты, связанные
с перемещением электродов, так как они ограничивают возможно-
сти смещения электродов и уменьшают переходное сопротивление,
но ни одно из этих средств не может эффективно обеспечить нечув-
ствительность измерений к движению.
Позднее некоторые изготовители предложили несколько моде-
лей нового типа электрода — плавающего или электрода со стол-
бом жидкости. В них артефакты, обусловленные перемещением
электрода, практически полностью устраняются, так как здесь от-
сутствует прямой контакт между металлом и кожей. Единственным
проводящим путем между металлом и кожей является слой пасты
или желе, который образует электролитический мост. Даже если
поверхность электрода образует прямой угол с поверхностью ко-
жи, функционирование электрода не ухудшается, так как электро-
литический мост поддерживает контакт и с кожей, и с электродом.
На рис. 6.6 показано поперечное сечение плавающего электрода, а
на рис. 6.7 — типичные образцы плавающих электродов. Можно
заметить, что металлическая поверхность электродов находится в
углублении и не может непосредственно контактировать с кожей.
Плавающие электроды обычно прикрепляются к коже с помо-
щью двухстороннего клейкого хомутика (или кольца), который
прилипает к пластиковой поверхности электрода и к коже.
/Злас/пшодм} если реэиссодм/
корпус г/ креплес/ие
Диск
рз середрсг-хлорида
середра-
доРерхлос/па
how
' PpOC/77pWC/OPO
для элемпродкои
лететь/
Рис. 6.6. Схема плавающего поверх- Рис. 6.7. Вид сверху, снизу и сбоку
постного электрода плавающих поверхностных электродов
110
В последние несколько лет в практику вошли различные типы
одноразовых электродов (однократного применения), которые уст-
раняют необходимость очистки электродов после каждого исполь-
зования и упрощают сам процесс исследований. Эти электроды,
первоначально рассчитанные для наблюдения за ЭКГ пациента,
можно также использовать и для снятия ЭЭГ и ЭМГ. В большин-
стве случаев одноразовые электроды являются плавающими с
простым зажимом для подключения проводников (которые исполь-
зуются неоднократно). Некоторые одноразовые электроды уже при
изготовлении смазываются пастой, что устраняет необходимость на-
носить пасту между электродом и подготовленной поверхностью
кожи.
Недавно разработаны одноразовые электроды, при использова-
нии которых не нужны проводящие пасты и подготовка кожи. Эти
электроды содержат слой электролитической жидкости и тонкопле-
ночную проницаемую мембрану, которая контактирует с кожей. При
установке на поверхности -кожи мембрана с микропорами пропу-
скает электролит, увлажняя кожу; это устраняет необходимость
подготовки участка кожи для установки электрода.
Усовершенствованные в последнее время одноразовые электро-
ды можно использовать для непрерывного наблюдения за пациен-
тами в течение длительного времени при небольшом дискомфорте
для пациента. Гибкие пластиковые конструкции электродов и ча-
шечек мягкие пенопластовые липкие кольца позволяют таким
электродам точно следовать всем контурам тела. Кроме того, пено-
пластовые кольца, наложенные на кожу, предотвращают проник-
новение воздуха к электроду и высыхание пасты. Поэтому низкое
сопротивление кожи сохраняется в течение относительно длитель-
ного времени. Некоторые типичные одноразовые электроды пока-
заны на рис. 6.8.
Рис. 6.8. Типичные одноразовые электроды (вид сверху и снизу)
111
Рис. 6.10. Поверхностный
электрод для снятия ЭЭГ
Рис. 6.9. Ушные клипсовые электроды
Все кожные электроды, используемые для непрерывного наблю-
дения, необходимо периодически перемещать на смежные участки ।
кожи пациента, так как электролитическая -среда и липкий состав
могут вызвать сильное раздражение кожи. В некоторых специали- '
зированных отделениях электроды перемещают и заменяют (если 1
они одноразовые) каждые 8 ч, в других отделениях не реже одного
раза за 24 ч, в зависимости от чувствительности кожи пациента. 1
Для других применений разработаны специальные типы по-
верхностных электродов. Например, ушной клипсовый электрод (
(рис. 6.9) был разработан для использования его в качестве опор-
ного электрода при снятии ЭЭГ. Поверхностные электроды для
снятия ЭЭГ обычно представляют собой небольшие диски диа-
метром около 7 мм или маленькие гранулы (шарики) припоя, ко-
торые закрепляются на обезжиренной коже головы с помощью ,
электролитической пасты (рис. 6.10).
Чтобы уменьшить артефакты, связанные с движением, некото-
рые специалисты в области электроэнцефалографии используют
при снятии ЭЭГ небольшие игольчатые электроды, (рис. 6.11), ко-
Рис. 6.11. Подкожный игольчатый электрод для снятия ЭЭГ
112
торые вводятся под кожу на некоторое расстояние вперед, парал-
лельно ей.
Более длинные иглы в некоторых случаях вводятся в мозг для
того, чтобы получить локализованные измерения потенциалов в от-
дельных специфических участках мозга. Такие электроды должны
располагаться чрезвычайно точно, чтобы можно было идентифици-
ровать источник измеренного потенциала.
Одновременные измерения в участках, лежащих на различной
глубине вдоль одной определенной оси мозга, можно выполнить с
помощью специальных электродов с большим числом измеритель-
ных окончаний на разной глубине. Электрод такого типа обычно
состоит из пучка тонких проволочек, каждая из которых обрезана
на различном уровне; существуют электроды, у которых на каж-
дой проволочке на различном уровне создано по одному участку
проводящей поверхности.
Некоторые игольчатые электроды состоят просто из тонких
изолированных проволочек, расположенных так, что их концы, ког-
да они оголены, контактируют с нервом, мышцей или другой тка-
нью, на которой проводятся измерения. Остальная часть проволо-
чек покрыта изоляцией, предотвращающей короткое замыкание.
Проволочные электроды из меди или платины часто используются
для снятия ЭМ.Г определенных мышц. Эти проволочки либо хирур-
гически имплантируются, либо вводятся с помощью иглы для под-
кожных впрыскиваний, которая потом извлекается, оставляя элек-
троды в нужном месте. В электродах такого типа взаимодействие
между металлом и электролитом происходит как взаимодействие
между неизолированным кончиком проволочки и электролитами
организма, хотя в некоторых случаях перед введением в организм
проволочка покрывается электролитической пастой.
В некоторых случаях игла для подкожных впрыскиваний явля-
ется частью конструкции электрода и не извлекается. При этом
проволочки, образующие электрод, размещаются внутри иглы, ко-
торая создает отверстие, необходимое для введения электрода, и
защищает проволочки. Единственная проволочка внутри иглы вы-
полняет роль униполярного электрода, который измеряет потенциа-
лы в точке контакта по отношению к некоторому индифферентному
или опорному потенциалу, получаемому при размещении электрода
на некотором расстоянии от исследуемой мышцы. Две проволочки,
размещенные внутри иглы, позволяют произвести очень точно ло-
кализированные измерения между двумя их концами, это измере-
ние называется биполярным.
Электроды для измерения потенциалов участков под кожей не
обязательно должны иметь форму иглы. Проводящие катетеры, со-
держащие электроды и проводники, позволяют записать ЭКГ да-
же из внутренних областей камер сердца.
Соответствующие типы электродов были разработаны для пря-
мого измерения ритма сердцебиения плода и для наблюдения за
ЭКГ плода (рис. 6.12).
113
дленл/роё-зам-сл/
V3 сереф&л-хлориде/
, Pepe^OU .
Петлевой электрод из середрсг-
Паоляция хлориде/ cepedpa-
Игольиоть/й электрод
аз сереври-хлориди
еередри
Петлевой электрод
из оередра-хлорида переори
Пласл/ияоаия
головки
Лзолиродс/ллб/е
подводящие проводе/
Предохрилс/л/елмил
слираль
Пластика вы/ корлрс кзолирооам/б/е лоилосяи/ие прииоии
в)
Рис. 6.12. Электроды для наблюдения за плодом из серебра—хлорида серебра:
а—биполярный клипсового типа; б — биполярный спирального типа; е — одноразовый спи*
рального типа
На рис. 6.12, а показан клипсовый электрод (зажимный элек-
трод) из серебра—хлорида серебра, который действительно состо-
ит из двух (биполярных) электродов, объединенных в одну конст-
рукцию для проведения биполярных измерений. Во время родов
изолированный клипсовый электрод прикрепляется к появляющей-
ся части плода с помощью специальных хирургических щипцов.
Кольцевой электрод из серебра—хлорида серебра обеспечивает
электрический контакт с электролитической материнской жидко-
стью. Подключенные проводники подводятся к соответствующему
монитору для наблюдения за плодом. Спиральный биполярный элек-
трод (рис. 6.12, б) вводится через стерилизованную трубку до тех
пор, пока его предохранительная пружина не коснется появляю-
щейся части плода. Затем легким вращением по часовой стрелке
специальной конструкции (на рисунке не показана) добиваются
того, что пружина и контакт из серебра—хлорида серебра прони-
кают в плод. На рис. 6.12, в показан одноразовый спиральный элек-
трод для плода. Хотя он и не относится к электродам типа сереб-
114
ро — хлорид серебра, тем не менее он является биполярным. При
использовании электродов для плода нужно тщательно следить,
чтобы острые концы не прокололи лицо плода или роднички.
7
ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФИЯ
Электрокардиограф был первым электрическим прибором, кото-
рый нашел широкое применение в медицинской диагностике. Он и
до сих пор остается важнейшим орудием диагностики сердечных
болезней. Хотя он обеспечивает получение неоценимо важной ди-
агностической информации, особенно при диагностике аритмий и
инфаркта миокарда, некоторые болезни, например болезни, при
которых затрагиваются сердечные клапаны, не могут быть диагно-
стированы с помощью ЭКГ. Другие методы диагностики, например,
ангиография (гл. 15) и эхокардиография (гл. 17), позволяют по-
лучить информацию, которую нельзя получить с помощью электро-
кардиографии. Первые электрокардиографы появились в больни-
цах примерно в 1910 г., и хотя с тех пор они существенно усовер-
шенствованы, сам метод по существу претерпел лишь незначитель-
ные изменения. Большая часть терминологии и некоторые методы,
используемые в настоящее время, ведут свою историю с самых
первых дней электрокардиографии, и их лучше рассматривать в ис-
торическом аспекте.
7;1. ИСТОРИЯ
Как уже отмечалось ранее, открытие самого факта, что мышеч-
ные сокращения связаны с электрическими явлениями, относится
к XVIII в. Однако в те времена техника была развита так слабо,
что не позволяла количественно исследовать электрические напря-
жения. возникающие при сокращении сердечной мышцы. И только
в 1887 г. Уоллером была записана первая ЭКГ. Использованный
для этой записи прибор — капиллярный электрометр — был хруп-
ким, настройка его представляла значительные трудности и это
ограничило его использование. Введение в электрокардиограф
струнного гальванометра, которое осуществил в 1903 г. Эйнтховен,
было важным шагом вперед. Но вклад Эйнтховена в электрокар-
диографию не ограничивается только этим. Он объяснил взаимо-
связь различных фаз сокращения сердца и хода кривой ЭКГ и
предложил определенную систему расположения электродов, ко-
торая используется до сих пор. Поэтому Эйнтховена можно с пол-
ным правом считать отцом электрокардиографии. Электрокардиог-
раф со струнным гальванометром, который аналогичен прибору
Эйнтховена, показан на рис. 6.3.
115
В этом приборе отсутствует электронный усилитель, и ток, ко-
торый должен отклонять гальванометр, должен быть получен не-
посредственно с электродов. Следовательно, для такого прибора
необходимы погружные электроды с очень низким импедансом.
Сама ЭКГ была записана на фотопленке, которую необходимо бы-
ло прочитать. Так как чувствительность этого метода зависела от
настройки гальванометра и от сопротивления электродов, то перед
записью каждой ЭКГ для стандартизации записи па прибор пода-
валось калибровочное напряжение 1 мВ. Приблизительно в 1920 г.
появились электрокардиографы с электронными усилителями. По-
вышенная чувствительность этих приборов позволила заменить по-
гружные электроды более удобными небольшими пластинчатыми
электродами, которые используются по сей день. Это позволило
также заменить деликатные струнные гальванометры более грубы-
ми гальванометрами других типов. Несмотря на эти усовершенство-
вания в электрокардиографах все еще использовалась в качестве
средства регистрации фотопленка или фотобумага. Это препятст-
вие было преодолено примерно в 1946 г. введением в практику ре-
гистрирующих устройств с прямой записью ЭКГ на перемещающей-
ся бумажной ленте чернилами или на покрытой красителем ленте.
Позднее была разработана специальная теплочувствительная бу-
мага. В настоящее время в качестве средства регистрации ЭКГ
используется только такая бумага. Первые регистраторы с прямой
записью не позволяли воспроизводить тонкие детали ЭКГ так же
хорошо, как фотографические регистраторы. Поэтому некоторые
специалисты, несмотря на неудобства фоторегистраторов, исполь-
зовали их в своей практике. В последние годы технические усовер-
шенствования позволили создать электрокардиографические аппа-
раты с прямой записью, которые регистрируют все тонкие детали
кривой ЭКГ, необходимые для медицинской диагностики.
7.2. ЭЛЕКТРОДЫ И ОТВЕДЕНИЯ
Чтобы записать ЭКГ, к телу пациента необходимо прикрепить
несколько (обычно пять) электродов. Их подключают к аппарату
ЭКГ с помощью такого же числа проводов. Эти провода и элект-
роды, к которым они подсоединены, обычно называют отведения-
ми. Электрод, прикрепленный, например, к правой ноге пациента,
называется ПН (RL) отведением. Для записи ЭКГ ко входу реги-
стрирующего усилителя подключают два электрода или один элек-
трод и соединенные между собой несколько электродов. Некоторых
специалистов смущает, что и отдельные электроды, и группы спе-
циальным образом соединенных электродов рассматриваются как
отведения. Для того чтобы избежать такой неоднозначности, в на-
стоящей книге термин отведение будет использоваться только для
обозначения специальной группы электродов и способа, которым
они связаны с усилителем. Для отдельных отводящих проводов, а
также для физического подсоединения к телу пациента мы будем
использовать термин электрод. Однако читатель должен иметь в
116
виду возможность двойного толкования термина отведение при ис-
пользовании его на практике.
Как указывалось в п. 5.1.5, напряжение, возникающее при ра-
боте сердца, в действительности представляет собой векторную ве-
личину, у которой абсолютное значение и ориентация в простран-
стве изменяются во времени. Так как сигнал ЭКГ измеряется с по-
мощью электродов, закрепленных на поверхности тела, то вид
кривой этого сигнала очень сильно зависит от их размещения. На
рис. 5.7, а показана типичная запись сигнала ЭКГ. При определен-
ном размещении электродов некоторые сегменты этой кривой могут
практически исчезать, другие — четко выделяться. Поэтому при
обычном электрокардиографическом исследовании производится
запись ЭКГ от нескольких различных отведений, обычно от 12. Та-
кой метод гарантирует, что при записи не будут опущены некото-
рые важные детали истинной ЭКГ. Места размещения электродов,
а также названия и конфигурация отведений в настоящее время
стандартизированы, их используют во всех странах мира.
7.2.1. ЭЛЕКТРОДЫ
Размещение электродов и цветовой код, используемый для обо-
значения каждого из них, показаны на рис. 7.1. В ходе эксперимен-
тов Эйнтховен установил, что наибольшие преимущества дает за-
пись ЭКГ с помощью электродов, разнесенных по вертикальной и
по горизонтальной осям тела. Как показано на рис. 6.3, его паци-
енты погружали в керамические сосуды, используемые в качестве
погружных электродов, не только обе руки, но и одну ногу. Эйнт-
ховен выбрал левую ногу, вероятно, потому, что она расположена
на вертикали, проходящей через сердце. Таким образом, у пер-
вых электрокардиографов было три
электрода, из которых только два
использовались одновременно. При
введении в практику электронных
усилителей возникла необходимость
применить дополнительный элек-
трод, закрепленный на теле, в каче-
стве опорной (заземленной) точки.
Хотя этот электрод можно распола-
гать почти в любой точке тела, об-
щепринято размещать его на «сво-
бодной» правой ноге.
Грудной или предсердный элек-
трод был введен позднее. Обычно
в качестве электродов на конечно-
стях используют пластинчатые, а
в качестве грудного — электрод
на присоске (рис. 6.5). Следует
отметить,
значения,
что сокращенные обо-Рис 71 Сокращения и кодовые
относящиеся к электро-обозначения для ЭКГ электродов
117
дам на конечностях, применяются для обозначения электродов да-
же тогда, когда они в действительности расположены на груди.
Так, например, обозначены электроды при наблюдении за пациен-
том с помощью монитора, которое описано в гл. 11.
7.2.2. ОТВЕДЕНИЯ
При нормальном размещении (рис, 7.1) для записи ЭКГ исполь-
зуют четыре электрода; электрод на правой ноге используется
только в качестве опорного. Так как вход электрокардиографа име-
ет только две клеммы, то из имеющихся активных электродов нуж-
но выбрать два. На рис. 7.2 показаны 12 стандартных отведе-
ний, которые используются наиболее часто. Три биполярных отве-
дения — от конечностей, впервые введенные Эйнтховеном, показа-
ны в верхнем ряду, они определяются следующим образом:
Отведение Г. левая рука (ЛР, LA) — правая рука (ПР, RA)
Отведение II: левая нога (ЛН, LL) — правая рука (ПР, RA)
Отведение III: левая нога (ЛН, LL) — левая рука (ЛР, LA).
Эти три отведения называются биполярными, так как при каждом
отведении ЭКГ записывается с двух электродов, а третий элек-
трод не подключается.
Другие отведения, показанные на рис. 7.2, являются униполяр-
ными. Этот тип отведений был впервые использован Вильсоном в
1944 г. При униполярных отведениях ЭКГ записывается между
единственным исследовательским электродом и центральной точ-
кой (центральным отводом), которая имеет потенциал, соответству-
ющий центру тела. Центральный отвод образуется соединением
трех активных электродов на конечностях через резисторы с оди-
наковыми сопротивлениями. Потенциал в точке соединения резис-
торов соответствует среднему значению потенциалов на этих трех
электродах. При униполярных отведениях от конечностей один из
электродов на конечностях применяется в качестве исследователь-
ского, в то же время он вносит свой вклад в потенциал централь-
ного отвода. Такое двойное использование приводит к тому, что
сигнал ЭКГ имеет очень малую амплитуду. При увеличенных (уси-
ленных) униполярных отведениях от конечностей электрод на ко-
нечности, используемый в качестве исследовательского, не подклю-
чается к центральному отводу; при этом амплитуда сигнала ЭКГ
возрастает, а форма его не претерпевает сколь-либо заметных из-
менений. Эти отведения обозначаются (как усиленные aVR, aVL и
aVF (foot — нога).
При униполярных грудных отведениях все три активных элек-
трода на -конечностях используются для образования центрального
отвода, а в качестве исследовательского применяется отдельный
грудной электрод.
На рис. 7.3 можно заметить, что кривые, полученные от отведе-
ний I и II более всего приближаются к идеализированной, показан-
ной на рис. 5.8; некоторые кривые существенно отличаются от иде-
ализированной кривой.
118
{/шгголярнбое отве&ен</я от мжешостей
Ртбвдетое aVr
Рис. 7.2. 12 стандартных типов отведений ЭКГ:
Vi — четвертый межреберный промежуток, в крайнем правом конце; V2 — четвертый межре-
берный промежуток, в крайнем левом конце; V3 — в середине между V2 и V<; V, —пятый
межреберный промежуток, по среднеключнчной линнн; 14 — на том же уровне, что и Vt —
на передней подмышечной линии; V« — на том же уровне, что и Vt, иа среднеподмышечиой
ЛИНИН
119
Отведете
7
Отведете
7
Кроме уже рассмотренных систем отведений существуют оп-
ределенные дополнительные модификации, которые достаточно ши-
роко используются в кардиологических отделениях. Для непрерыв-
ного наблюдения ЭКГ наиболее широко применяется модификация,
получившая название «модифицированное грудное отведение I»
(МГО1) или «Отведение Мариотта» (по имени впервые использо-
вавшего его специалиста). При этой системе отведений использует-
ся положение Vb причем электроды расположены следующим об-
разом: положительный электрод на правом краю грудины в четвер-
том межреберном промежутке; отрицательный — ниже внешней
части левой ключицы; опорный электрод можно размещать где
угодно, но обычно ниже правой ключицы. Монитор подключают на
отведение I для снятия биполярной кривой. Получаемые таким об-
разом кривые очень полезны для дифференциации эктопических
(неправильных) ритмов левого желудочка от аномальных ритмов
120
Рис. 7.3. ЭКГ от 12 отведений, оформленная
для подшивки в дело
правого желудочка и суправентрикулярных (наджелудочковых)
ритмов. Первая ситуация требует немедленного терапевтического
вмешательства, последняя имеет меньшее клиническое значение.
7.3. ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФЫ
Рассмотрим рис. 7.4, на котором изображена схема электрокар-
диографа. На рисунке показаны органы управления электрокарди-
ографа; штриховые линии указывают тот блок, управление кото-
рым осуществляет данная ручка (или лимб).
Соединительные провода, ведущие к электродам, выходят из
конца кабеля пациента, другой конец которого включается в элек-
трокардиограф. Провода от электродов соединены с переключате-
лем отведений, в состав которого входят и резисторы, необходимые
для униполярных отведений. Нажимная кнопка «Стандарт 1 мВ»
121
Рис. 7.4. Основные блоки и органы управления современного электрокардио-
графа
на передней панели позволяет ввести калибровочное напряжение
1 мВ для калибровки электрокардиографа. Хотя современные
электрокардиографы стабильны и их чувствительность не изменя-
ется со временем, введение калибровочного импульса до или после
каждой записи при снятии ЭКГ на 12 отведениях все еще практи-
куется. Изменение установки переключателя отведений приводит к
появлению в записи артефактов. Специальный контакт на переклю-
чателе моментально отключает усилитель, когда этот переключа-
тель смещается, и включает его снова после того, как это смещение
122
исчезнет. От переключателя отведений сигнал ЭКГ попадет в
предусилитель. Это устройство представляет собой дифференциаль-
ный усилитель (см. гл. 4) с высокой степенью подавления (режек-
ции) общего (синфазного) сигнала. Предусилитель также имеет
переключатель для регулировки чувствительности или усиления.
Для большинства пациентов этот переключатель остается в поло-
жении «1». Если кривая ЭКГ имеет слишком малый размах, то чув-
ствительность можно, удвоить, переместив переключатель в поло-
жение «2». Для пациентов с большими сигналами ЭКГ интенсив-
ность сигналов можно уменьшить вдвое, установив переключатель
в положение «1/2». Более старые аппараты ЭКГ имели непрерыв-
ную регулировку чувствительности, которая иногда помечалась
«Настройка калибровки». С помощью такой настройки можно так
подобрать чувствительность электрокардиографа, чтобы калибро-
вочный импульс 1 мВ вызывал отклонение пера на 10 мм (при по-
ложении «1» переключателя усиления). В современных усилителях
усиление обычно остается стабильным, если его однажды отрегу-
лировали, поэтому непрерывную регулировку усиления сейчас мож-
но встретить лишь изредка и то в виде настроечного винта (кото-
рый можно регулировать с помощью отвертки), расположенного
на боковой или на задней стенке электрокардиографа.
За предусилителем следует усилитель постоянного напряжения,
называемый усилителем самописца, обеспечивающий необходимую
мощность для перемещения регистрирующего пера, которое осуще-
ствляет запись ЭКГ. На вход этого усилителя обычно можно по-
дать и сигнал от внешнего источника, что делается с помощью спе-
циального разъема Вспомогательный вход на боковой или на зад-
ней стенке электрокардиографа. Таким образом, электрокардиог-
раф можно использовать и для записи выходных сигналов других
приборов. Ручка Положение, относящаяся к усилителю, позволяет
устанавливать положение пера относительно регистрирующей бу-
маги (центрировать перо). Обычно во всех современных электро-
кардиографах используется теплочувствительная бумага, перо
представляет собой иглу с электрическим нагревом, температуру
которой можно регулировать с помощью ручки Нагрев пера, что
позволяет получить оптимальную запись сигнала. Наряду с запи-
сывающим пером в приборе существует и маркерное (отметчик
времени), которое включается с помощью кнопки. Это позволяет
оператору наносить кодированную метку записываемого отведения
в начале ЭКГ. Обычно ЭКГ записываются при скорости перемеще-
ния бумаги 25 мм/с, но в приборе предусмотрена и более высокая
скорость 50 мм/с, которая позволяет получить лучшее разрешение
QRS комплекса при очень высоком ритме сердцебиения или в тех
случаях, когда нужно исследовать некоторые специфические дета-
ли записанной кривой.
Выключатель питания имеет три положения. В положении
«Включено» питание к усилителю подается, но бумага не переме-
щается. Чтобы включить протяжку бумаги, выключатель необхо-
димо установить в положение «Протяжка». В некоторых электро-
123
Рис. 7.5. Внд передней панели совре-
менного электрокардиографа
кардиографах переключатель от-
ведений имеет дополнительные по-
ложения (между положениями,
соответствующими отведениям),
при которых протяжка бумаги
прекращается. В более старых
электрокардиографах с помощью
кнопки или специального металли-
ческого контакта оператор может
проверить, правильна ли поляр-
ность подключения прибора к ли-
нии питания. Так как неправиль-
ное подключение может создать
опасность электрошока для паци-
ента, то до подключения электро-
дов к пациенту такая проверка
обязательна. Современные элект-
рокардиографы имеют шнуры пи-
тания с заземленным штырьком в
штеккере. Передняя панель совре-
менного электрокардиографа с ор-
ганами управления показана на
рис. 7.5
Показанные на рис. 7.4 основные блоки типичны для сравни-
тельно старых электрокардиографов. Современные приборы более
сложны и содержат дополнительные элементы. На рисунке, на-
пример, показано, что отведение RL соединено с землей. В совре-
менных аппаратах часто используется так называемое ведомое
(возбудимое) RL отведение, что позволяет уменьшить чувствитель-
ность прибора к помехам, вызываемым переменными напряжения-
ми (см. следующий раздел). Вместо подключения резисторов цент-
ральной точки непосредственно к электродам в современных элект-
рокардиографах используются изолирующие усилители, которые ус-
танавливаются во всех активных подключениях к пациенту. Сле-
довательно, входное сопротивление усилителя увеличивается и под-
готовка мест для наложения электродов становится не столь кри-
тичной, так как в этом случае можно допустить и более высокий
импеданс электродов. Предусилитель в современных электрокар-
диографах часто изолируется от земли, при этом линии питания и
линии для передачи сигналов развязываются с помощью оптичес-
ких устройств или трансформаторов. Изолированные отведения от
пациента уменьшают опасность поражения током, возникающую в
некоторых случаях (гл. 18).
7.4. ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЗАПИСИ ЭКГ
В предыдущих разделах мы рассомотрели основные принципы
записи ЭКГ, но чтобы получить полезные для диагностики ЭКГ,
необходимо рассмотреть некоторые практические аспекты.
124
7.4.1. АРТЕФАКТЫ
Электрокардиограф является чувствительным регистрирующим
устройством; следовательно, он может легко регистрировать неже-
лательные электрические сигналы или артефакты, которые могут
замаскировать или исказить реальные сигналы ЭКГ. Иногда, что-
бы установить источник этих артефактов и исправить ситуацию,
опытному оператору приходится использовать все свои навыки и
опыт.
Далее мы кратко опишем наиболее часто встречающиеся
типы помех и причины их возникновения.
Помехи по переменному току вызываются поступлением на вход
электрокардиографа небольшой части напряжения питания. Они
проявляются как утолщение горизонтальной оси; переключив ско-
рость протяжки бумаги на 50 мм/с, можно увидеть, что ось имеет
вид регулярной волны с постоянной амплитудой. Эти помехи мо-
гут вызываться несколькими причинами, поэтому необходимо:
1) проверить, что пациент не касается никакого металлическо-
го объекта, например спинки и стоек кровати;
2) устранить или выключить другие электроприборы, например,
часы, радиоприемник или лампы, находящиеся вблизи пациента;
3) при использовании более старых образцов электрокардиогра-
фов убедиться, что до подсоединения кабеля к пациенту была про-
верена полярность;
4) удостовериться, что все электроды наложены с соответствую-
щим количеством электродной пасты или геля и что все электроды
закреплены достаточно прочно;
5) если при подключении электрокардиографа к какой-то кон-
кретной розетке постоянно возникают существенные помехи по
переменному току, то это указывает на неисправности проводки или
розетки. В такой ситуации необходимо вызвать электрика для про-
верки электрических цепей; это позволит устранить возможную
опасность для персонала и пациента.
Если пациент не полностью расслаблен, то мышечные потен-
циалы могут привести к нестабильности кривой ЭКГ. Эти помехи
можно отличить от помех по переменному току, так как они име-
ют нерегулярный характер. Поэтому важно, чтобы пациент при за-
писи ЭКГ находился в удобном положении и был расслаблен.
У пациентов, страдающих паркинсонизмом или разбитых парали-
чом, получить удовлетворительную запись трудно.
Блуждание оси (опорной линии) может происходить из-за рез-
ких движений пациента или из-за механических деформаций элек-
тродных проводов, что вызывает неожиданные изменения элек-
тродных потенциалов.
Нечеткость линии при записи кривой ЭКГ (чрезмерно широкая
и сплошная или прерывистая горизонтальная линия или ее исчез-
новение во время записи зубца R) может быть вызвана неправиль-
ной установкой температуры пера или налипанием остатков воска
на нагретое перо. Если регулировка температуры пера не исправ-
125
ляет полностью положения, то остатки могут быть удалены путем
установки переключателя отведений в положение «Стандарт» и
мягким поднятием пера с бумаги; при этом температура пера уве-
личивается до максимальной примерно за 10 с.
Сведения относительно других возможных источников помех и
мер по их устранению читатель может найти в руководствах по
применению приборов, которые поставляются вместе с приборами.
7.4.2. РАЗМЕЩЕНИЕ ЭЛЕКТРОДОВ
Нормальное размещение электродов показано на рис. 7.1. Иног-
да возникает вопрос, где размещать электроды для конечностей при
наложении гипсовых повязок или ампутации. При этом следует
помнить, что первоначально электроды размещали главным обра-
зом на конечностях, чтобы дублировать ранее применявшиеся по-
гружные электроды. Если, например, область кисти или колена
нельзя использовать, то разместить электроды можно на той же
конечности ближе к телу, на плече или на бедре, примыкающим
к недоступной конечности. Так как электрод на правой ноге слу-
жит лишь опорной точкой, то при необходимости его можно распо-
ложить в любой точке тела или на другой конечности. Однако его
не следует располагать в непосредственной близости к другим
электродам.
Места для наложения шести грудных электродов находятся от-
носительно близко друг к другу. При перемещении электрода из
одного положения в другое необходимо тщательно следить за тем,
чтобы не смазать электродную пасту или гель, так 'как при этом
можно получить ошибочные ЭКГ. Это предупреждение в еще боль-
шей степени важно, когда во всех грудных положениях использу-
ются отдельные электроды; такая ситуация имеет место в случае
применения автоматических многоканальных электрокардиографов,
описанных в § 7.5.
7.4.3. КОДИРОВАНИЕ И МОНТАЖ ЭКГ
При записи ЭКГ одного пациента в 12 стандартных отведе-
ниях получается лента длиной 1...2 м. Такую ленту, даже если ее
сложить гармошкой, неудобно читать и хранить. Поэтому ее обыч-
но разрезают и отрезки записей от 12 отведений монтируются так,
как показано на рис. 7.3. Так как при этом отрезки ленты легко
перепутать, то в начале каждой ленты, соответствующей отдельно-
му отведению, маркерным пером наносится код соответствующего
отведения. Кодовая маркировка состоит из коротких (точек) и
длинных (тире) меток и похожа на азбуку Морзе. Для этой цели
не существует стандартного кода, но три наиболее распространен-
ные кодовые комбинации показаны в табл. 7.1.
Разрезанные куски ЭКГ можно смонтировать и таким образом:
их помещают в карманы специального держателя с прорезями, ко-
торые позволяют рассматривать кривую ЭКГ. Именно так и была
смонтирована ЭКГ, показанная на рис. 7.3. Следует отметить, что
126
<
Таблица 7.1
КОДЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ОБОЗНАЧЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТВЕДЕНИЙ
НА ЗАПИСЯХ ЭКГ
Отведение Код 1 Код 2 Код 3
I
II
III
AVR —— — —
AVL — —
AVF — —. .... —
Vi —. —
V2 —
Vs —
Vs — —
Vs — —
Vs —
записи от трех отведений от конечностей длиннее, чем записи от
других отведений, они позволяют рассмотреть несколько QRS ком-
плексов; их называют ритмическими лентами. Существуют специ-
альные системы, упрощающие монтаж ЭКГ, в которых использу-
ются резаки для разрезки бумажной ленты и монтировочные кар-
точки с липкими полосками. При использовании автоматического
трехканального электрокардиографа, описанного в следующем раз-
деле, монтаж значительно упрощается.
7.5. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТИПЫ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФОВ
За последние тридцать лет внешний вид и принцип действия
одноканального электрокардиографа, который все еще остается ос-
новным аппаратом в больницах, изменились очень мало. Однако в
последние годы все шире вводятся в практику новые и радикально
отличные от старых моделей типы электрокардиографов.
7.5.1. АВТОМАТИЧЕСКИЙ ТРЕХКАНАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФ
Если ежедневно необходимо записывать и монтировать большое
число-ЭКГ, то можно существенно уменьшить затраты труда пер-
сонала, применяя автоматические трехканальные электрокарди-
ографы. Эти приборы не только записывают с помощью трехка-
нального регистратора сигналы от трех отведений одновременно,
но и автоматически переключаются на следующую группу из трех
отведений. Поэтому ЭКГ от 12 стандартных отведений можно авто-
матически записать в виде последовательности четырех групп из
трех записей. При этом для реальной записи необходимо пример-
но 10 с. Группы регистрируемых отведений и моменты времени, в
которые происходит переключение, указываются автоматически с
помощью кодовых меток, наносимых в начале записи. В конце за-
127
Рис. 7.6. Автоматический трехканаль-
ный электрокардиограф с клавишной
панелью для ввода данных о пациен-
те и телефонным аппаратом для пе-
редачи ЭКГ и данных о пациенте к
расположенной на другой территории
ЭВМ по телефонной линии
писи во всех трех регистрирую-
щих каналах фиксируются калиб-
ровочные импульсы. Хотя реаль-
ная длительность записи сущест-
венно уменьшается по сравнению
с одноканальными электрокардио-
графами, в этом случае требуется
больше времени для закрепления
электродов на пациенте, так как
для каждого положения грудных
электродов необходимо использо-
вать отдельные электроды. Одна-
ко существенно упрощается мон-
таж ЭКГ: отпадает необходимость
разрезать и монтировать отрезки
для отдельных отведений. Совре-
менный электрокардиограф тако-
го типа показан на рис. 7.6.
7.5.2. ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФЫ, ПРЕДУСМАТРИВАЮЩИЕ ОБРАБОТКУ
СИГНАЛА НА ЭВМ
Все более широко используется автоматический анализ ЭКГ
на ЭВМ (см. гл. 19). Этот метод требует, чтобы сигнал ЭКГ от
стандартных отведений последовательно передавался к ЭВМ с по-
мощью соответствующих средств; при этом должна также переда-
ваться дополнительная информация о пациенте. Для этого можно
приспособить автоматический трехканальный электрокардиограф.
Сигналы ЭКГ можно либо записать на ленту и позднее ввести в
ЭВМ, либо непосредственно передать к ЭВМ по специальным лини-
ям связи или по обычным телефонным линиям с помощью специ-
ального акустического соединительного устройства (см. гл. 19).
Информация о пациенте вводится с помощью наборных дисков
или клавишных панелей и передается вместе с ЭКГ сигналами. Во
время передачи сигнала производится одновременная запись ЭКГ,
которая позволяет убедиться, что передаваемые сигналы свободны
от помех и искажений.
7.5.3. ВЕКТОРНЫЕ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФЫ
Как указывалось в п. 5.1.5, напряжение, порождаемое деятель-
ностью сердца, можно представить в виде вектора, абсолютная ве-
128
личина и пространственная ориентация которого изменяется во
времени. В ранее рассмотренном электрокардиографе регистриру-
ется только абсолютная величина напряжения. Вектор-кардиогра-
фия позволяет отобразить и абсолютную величину и пространствен-
ную ориентацию сердечного вектора. Однако этот вектор является
трехмерной величиной, и чтобы полностью описать его с помощью
двумерных фигур, необходимы три его проекции на ортогональ-
ные плоскости. Чтобы снять сигналы для вектор-кардиограммы,
нужно использовать специальную систему размещения электродов
(чаще всего используется система Франка). Вектор-кардиограмма
обычно отображается на экране ЭЛТ, аналогичной ЭЛТ, исполь-
зуемой в мониторах для наблюдения за пациентами. Каждый QRS
комплекс отображается как последовательность «петель» на экра-
не; изображение затем фотографируется фотокамерой, например'
«Поляроида»1*. Существуют вектор-кардиографы, в которых для за-
медления ЭКГ сигналов используются ЭВМ, что позволяет запи-
сывать вектор-кардиограммы с помощью механических двухкоор-
динатных графопостроителей.
7.5.4. ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ИСПЫТАНИИ
ПОД НАГРУЗКОЙ
Коронарная недостаточность часто не отражается в ЭКГ, если
запись производится в состоянии покоя. В испытаниях с упражне-
ниями на двух ступенях (Master test, two-step exercise test) на
сердечно-сосудистую систему дается физиологическая нагрузка.
Перед записью ЭКГ пациенту предлагают подниматься и спускать-
ся по специальной паре ступеней высотой около 23 см. На этом же
принципе основаны и испытания под нагрузкой, во время которых
пациент идет с определенной скоростью по бегущей дорожке, нак-
лон которой можно изменять. При испытаниях с упражнениями на
двух ступенях используется обычный одноканальный электрокар-
диограф, для испытаний под нагрузкой применяют специальные
системы, которые обычно комплектуют из нескольких отдельных
приборов, описанных в настоящей книге.
Типичная система для испытаний под нагрузкой состоит из сле-
дующих частей:
1) бегущая дорожка, которая может быть снабжена автомати-
ческим программным устройством для изменения скорости и нак-
лона, что позволяет дозировать физиологическую нагрузку;
2) радиотслеметрпческая система снятия ЭКГ, позволяющая за-
писывать ЭКГ без артефактов в то время, как пациент находится
на дорожке;
3) монитор ЭКГ с дисплеем на ЭЛТ и измерителем частоты сер-
дечных сокращений;
4) электрокардиограф;
5) автоматический или полуавтоматический сфигмоманометр
для косвенного измерения давления крови.
5—2 129
Так как испытания под нагрузкой создают определенный риск
для пациентов с сердечными недомоганиями или для тех, у кого
подозревают такие недомогания, во время проведения этих испыта-
ний обычно держат наготове дефибриллятор постоянного напря-
жения.
7.5.5. НЕПРЕРЫВНАЯ ЗАПИСЬ ЭКГ (ЗАПИСЬ ХОЛТЕРА)
Так как обычная ЭКГ представляет собой короткий отрезок за-
писи сердечной деятельности, то аритмии, которые продолжаются
короткое время и возникают случайно или только при определен-
ных условиях (например, при эмоциональном стрессе) часто про-
пускаются. Метод непрерывной записи ЭКГ, который был впервые
введен Норманом Холтером, дает возможность обнаружить арит-
мии такого вида. При этом ЭКГ пациента записывается во время
его обычной ежедневной деятельности с помощью специального
магнитофона. Самый маленький прибор такого типа можно носить
в кармане рубашки, он позволяет записывать ЭКГ в течение 4 ч.
.Другие магнитофоны, помещающиеся в небольшую сумку, которую
можно носить через плечо, могут записывать ЭКГ в течение 24 ч.
Записанная лента анализируется с помощью специального скани-
рующего устройства, которое воспроизводит запись с более высо-
кой скоростью, чем та, которая использовалась при записи. С по-
мощью этого прибора ленту, содержащую запись за 24 ч, можно
воспроизвести за 12 мин. Во время воспроизведения отдельные
периоды ЭКГ отображаются на экране как «частокол», в котором
отчетливо видны отрезки, соответствующие аритмии. Как только
такой участок будет обнаружен, лента перематывается назад и
воспроизводится замедленно, чтобы можно было получить обычную
ЭКГ для интервала времени, когда происходила аритмия. Специ-
альные часы, синхронизированные с приводом лентопротяжки, поз-
воляют соотнести интервалы времени, когда происходила аритмия,
с деятельностью йациента.
8
КОСВЕННЫЕ МЕТОДЫ
ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ КРОВИ
Как мы уже говорили, инфаркт миокарда является причиной
свыше полумиллиона смертей, ежегодно регистрируемых в США.
Одним из наиболее важных показателей для предсказания сердеч-
ных болезней при наблюдении за пациентами, у которых возмож-
ны или уже были приступы, является давление крови. Система
кровообращения состоит из двух параллельных систем. Правая по-
ловина сердца представляет собой насос, который подает кровь в
легкие, где она насыщается кислородом, левая — подает кровь в
130
остальную часть системы. Путь, по которому циркулирует поток
крови, проходящий через легкие, называется легочным кругом кро-
вообращения, а система циркуляции, которая разносит кислород
и питательные вещества по клеткам тела, — большим кругом кро-
вообращения или системным кругом. Сердце выполняет роль на-
соса за счет сокращения сердечных мышц, окружающих каждую
камеру сердца. Эти мышцы снабжаются кровью по коронарным ар-
териям, которые окружают сердце подобно короне. Коронарная ар-
териальная система является специальной ветвью большого Kpyrai
кровообращения.
Для общей характеристики функционирования сердечно-сосуди-
стой системы нужно измерить и исследовать три параметра. Сис-
темное артериальное давление крови представляет собой силу, ко-
торая обеспечивает ток крови через артерии, капилляры и вены.
Этот ток управляется сопротивлением, которое он испытывает в»
артериях и которое определяется их размерами, формой и любыми
отложениями на стенках (например, атеросклерозными), а также
гибкостью или жесткостью стенок. Этот управляющий фактор
известен как сопротивление периферических сосудов. Поток крови
из сердца можно измерить, и эта величина называется работой
сердца или сердечным выбросом. Вопросы, связанные с потоком
крови, с различными объемами и с работой сердца, обсуждаются в
гл. 11.
Медсестры сталкиваются в первую очередь с измерениями сис-
темного артериального давления крови, для них это рутинная про-
цедура. Она выполняется ежедневно, ежечасно, или через дру-
гие интервалы времени, которые определяются состоянием паци-
ента, обычно проводятся косвенные измерения, рассматриваемые в
данной главе. В отделениях интенсивной терапии измерения зача-
стую выполняются с помощью прямых методов, при этом может
быть необходимым измерять давление в легочной сосудистой систе-
ме, центральных венах и артериальной системе.
В данной главе рассматриваются вопросы, связанные с давле-
нием крови, косвенные методы измерения и, наконец, приводятся
некоторые практические клинические соображения.
8.1. ДАВЛЕНИЕ КРОВИ
Хотя мы не ставили своей целью подробно описать в этой кни-
ге физиологию тех систем организма, параметры которых мы из-
меряем, знать некоторые основы все же необходимо, чтобы в общих
чертах понять, что же в действительности происходит в системе
кровообращения и какую роль играет давление крови.
Цикл работы сердца можно разделить на две основные части:
систолу и диастолу. Систола (sis' to-le) определяется как период
сокращения сердечных мышц, особенно мышц желудочка, во время
1 которого кровЬ-Выталкивается в легочную артерию и в аорту. Ди-
астола (di-as'to-le) — это период расширения полостей сердца, во
время которого они наполняются кровью.
5* 131
Как только кровь будет вытолкнута в артериальную систему,
сердце расслабляется, давление в камерах уменьшается, выход-
ные клапаны закрываются. Через короткое время снова открыва-
ются входные клапаны, вновь начинается диастола и начинается
новый цикл работы сердца. Механизм выполнения этого цикла и
управление им будут рассмотрены далее.
Пройдя через многочисленные ветвления артерий, кровь дости-
гает жизненно важных органов, мозга и конечностей. Последней
ступенью артериальной системы являются постепенно уменьшаю-
щиеся в поперечном сечении артерии, число которых увеличивает-
ся; в конце концов кровь достигает самых маленьких артерий (ар-
териол), которые переходят в капилляры, поставляющие клеткам
жислород и удаляющие из них двуокись углерода. Капилляры объ-
единяют'ся в венулы, венулы — в малые вены, затем в более круп-
ные вены и, наконец, последние образуют верхнюю и нижнюю по-
лые вены. Кровь, которая подается к самому сердцу, поступает из
аорты через коронарные артерии в аналогичную капиллярную сис-
тему и затем в сердечные вены. Эта кровь возвращается в камеры
сердца через коронарный синус.
Частота сокращений сердца здорового взрослого человека в
^среднем около 75 в минуту (хотя эта цифра может значительно из-
:м©ияться). Частота сердцебиений увеличивается, когда пациент
встает, и уменьшается, когда он садится; при этом частота может
меняться в диапазоне 60...85 удар/мин. В среднем эта частота выше
у женщин, она обычно уменьшается с возрастом. У детей даже при
нормальных условиях частота сердцебиения может достигать 140
удар/мин. Частота сердцебиения возрастает при нагревании орга-
низма и при воздействии других физиологических и психологичес-
ких факторов.
Сердце перекачивает примерно 5 л крови в минуту, а так как
общий'объем крови в теле взрослого человека в среднем изменя-
ется от 5 до 6 л, то в результате в спокойном состоянии каждую
минуту происходит полный круговорот крови. При тяжелой нагруз-
ке скорость циркуляции значительно возрастает. В любой момент
времени 75...80% объема крови находится в венах, около 20% —
в артериях и остальная — в капиллярах.
Систолическое наивысшее давление крови здорового взрослого
человека 95...140 мм рт. ст., среднее 120 мм рт. ст. Эти значения
могут существенно изменяться в зависимости от возраста, клима-
та, рациона питания и от других факторов. Нормальное диастоли-
ческое давление крови (наинизшее между двумя ударами сердца)
60...90 мм рт. ст., при этом среднее значение в большинстве случа-
ев примерно 80 мм рт. ст. Это давление измеряется в брахиальной
артерии руки. Для сравнения укажем: давление в аорте 130/75, в
левом желудочке 130/5, в левом предсердии 9/5, в правом желу-
дочке 25 0, в правом предсердии 3/0 и в легочной артерии 25/12.
Эти цифры являются отношением систолическое давление/диасто-
лическое давление. Нормальные значения давлений представлены
на рис. 8.1.
132
Чтобы правильно понять ре-
зультаты измерений, необходи-
мо установить связь между
происходящими в сердце явле-
ниями и зависимостью давле-
ния крови от времени. Рис. 8.2
поможет нам выяснить эту
связь. Основные стадии — диа-
стола и систола — показаны в
более подробном временном
масштабе и соотнесены с фаза-
ми деятельности сердца. Гра-
фики приведены для аорты,ле-
вого предсердия и левого желу-
дочка, это позволит выяснить
связь между давлением и вре-
менем. Ниже показана ЭКГ,
отражающая связанные с ра-
ботой сердца электрические яв-
ления.
Изучая график для аорты, Рис. 8.1. Схема сердца с указанием ти-
МЫ можем заметить, что во вре- личных нормальных значений давления
мя систолы эжекция крови из крови
левого желудочка вначале про-
исходит быстро. По мере того как скорость изменения давления
уменьшается, кривая проходит через закругленный максимум. Мак-
симальное давление в аорте во время систолы зависит от ударного
объема крови левого желудочка, максимальной скорости эжекции
и растяжимости стенок аорты. В больном сердце сжимаемость же-
лудочка и жесткие атеросклеротические артерии создают нежела-
тельный подъем давления крови.
Когда систолический период завершается, клапан аорты закры-
вается за счет обратного давления крови (против клапана). Это
можно заметить на кривой давления, оно отмечено как дикротиче-
ский зубец. Когда клапан полностью закрывается, артериальное
давление постепенно уменьшается по мере того, как кровь расте-
кается по бесчисленным сосудам периферической сосудистой систе-
мы. Скорость уменьшения давления определяется давлением, дос-
тигнутым во время систолы, скоростью протекания через перифе-
рические сосуды, оказывающие сопротивление, и интервалом диас-
толы.
Форма импульса артериального давления измеряется по мере
того, как он проходит по артериям. Стенки артерий создают отра-
жения и приводят к затуханию импульса; по мере того как арте-
рии ветвятся на более мелкие, с меньшим поперечным сечением,
давление и объем изменяются, и, следовательно, изменяется ско-
рость потока. Максимальное систолическое давление становится
несколько выше, а кривая диастолического давления — более пло-
ской. Среднее давление в некоторых артериях (например, в бра-
133
Систот (0,35с)
ДиСГСтО/7С7 (05(с)
Длительность ножной фсгзь/, с
ь
в
§
&
Сь
н
fc®
,S>
&
g
в
I
Н
X)
||%
I
||
®§
м
Я?'*
и
Рис. 8.2. Зависимость изменений давления крови от времени
хиальной артерии) может быть даже на 20 мм рт. ст. выше давле-
ния в аорте.
По мере того как кровь поступает в более мелкие артерии и
артериолы, давление уменьшается и теряет пульсирующий харак-
тер. Давление в артериолах может изменяться примерно от 60 до
30 мм рт. ст. Когда кровь попадает в венозную систему после про-
текания через капилляры, давление уменьшается до 15 мм рт. ст.
В венозной системе давление в венулах падает приблизитель-
но до 8 мм рт. ст., а в венах-—примерно до 5 мм рт. ст. В полой
вене давление равно всего лишь 2 мм рт. ст. Из-за такой разности
измерения артериального давления крови значительно отличаются
от измерений венозного. Например, ошибка 2 мм рт. ст. в значении
систолического артериального давления составляет всего 1,5°/о'
измеряемого, для венозного же 100%- Вследствие этой раз-
ницы давлений артерии имеют толстые стенки, а вены — тонкие.
Кроме того, вены имеют большие внутренние диаметры. Так как
около 75...80% объема крови находится в венозной системе, то
вены являются своеобразным резервуаром, снабжающим организм
кровью.
134
8.2. КОСВЕННЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ
ДАВЛЕНИЯ КРОВИ
Как один из физиологических показателей, который можно до-
статочно просто измерить, давление крови считается хорошим ин-
дикатором состояния сердечно-сосудистой системы. За всю историю
применения измерение давления крови спасло много людей от
преждевременной смерти, так как вовремя было получено предуп-
реждение об опасно'высоком давлении крови (гипертония) и нача-
то лечение.
Во время рутинных клинических проверок давление крови обыч-
но измеряется косвенным методом с помощью сфигмоманометра
(от греческого слова sphygmos — импульс). Этот метод прост в
применении и может быть автоматизирован. Однако ему присущи
недостатки: не позволяет непрерывно записывать изменения дав-
ления, на практике частота повторных измерений ограничена. Кро-
ме того, с помощью этого метода можно получить только систоли-
ческое и диастолическое значения артериального давления, что не
позволяет изучить детали кривой давления крови. Косвенный метод
к тому же в некоторой степени субъективен, он часто не позволяет
измерить очень низкое давление (например, при шоковом состоя-
нии пациента).
Методы прямого измерения давления крови обеспечивают не-
прерывное считывание или запись кривой давления крови и значи-
тельно более точны, чем косвенные. Однако при их использовании
кровеносный сосуд необходимо проколоть, чтобы можно было вве-
сти в него датчик. Это ограничивает их использование теми случа-
ями. когда условия, в которых находится пациент, гарантируют
проникновение в сосудистую систему.
В данной главе рассматриваются только косвенные методы, пря-
мые методы обсуждаются в следующей главе.
Как мы'уже установили ранее, косвенный метод измерения дав-
ления крови предусматривает использование сфигмоманометра и
стетоскопа. Сфигмоманометр состоит из манжеты, которая накачи-
вается воздухом, и ртутного манометра или анероида для измере-
ния давления в манжете. Манжета состоит из резиновой камеры и
неэластичной матерчатой оболочки, которую можно обернуть во-
круг предплечья и закрепить с помощью либо крючков, либо спе-
циальных крепящих устройств (например, устройства VelcroR).
Манжету обычно накачивают вручную резиновой грушей, воздух из
нее можно медленно выпустить через игольчатый клапан. Монти-
руемый на стене сфигмоманометр показан на рис. 8.3. Выпускают
также портативные приборы.
Принцип работы сфигмоманометра состоит в том, что если ман-
жету обернуть вокруг предплечья и накачать, то артериальная
кровь может протекать через участок, зажатый ею, только тогда,
когда артериальное давление превышает давление в манжете. Кро-
ме того, если манжету накачать до давления, при котором бра-
хиальная артерия пережимается только частично, то поток крови
135
Рис. 8.3. Настенный сфигмоманометр Рис. 8.4. Измерение давления кров’Э
с помощью сфигмоманометра
становится турбулентным в те моменты времени, когда кровь про-
рывается через узкое отверстие в артерии во время каждой систо-
лы. Возникающие при этом звуки, называемые тонами Короткова,
можно услышать с помощью стетоскопа, располагаемого под арте-
рией ниже повязки.
Чтобы измерить давление крови с помощью сфигмоманометра
и стетоскопа, давящую манжету на предплечье сначала накачива-
ют до давления, существенно превышающего систолическое. При
этом через расположенный над брахиальной артерией стетоскоп не
слышно никаких звуков, так как артерия пережата манжетой. За-
тем давление в манжете постепенно понижают, и как только давле-
ние в манжете станет меньше систолического, небольшие количест-
ва крови станут прорываться через артерию под манжетой и че-
рез стетоскоп начнут прослушиваться тоны Короткова. Давление в
манжете, которое показывает манометр в тот момент, когда будет
услышан первый тон Короткова, регистрируется как систолическое.
По мере того как давление в манжете продолжает падать, тоны
Короткова продолжают прослушиваться до тех пор, пока давление
в манжете будет недостаточным для пережатия сосуда на всех
участках цикла. Ниже этого давления тоны Короткова исчезают,
что показывает значение диастолического давления.
Этот широкоизвестный метод определения систолического и
диастолического давлений крови при прослушивании тонов Корот-
кова называется методом аускультации при сфигмоманометрии.
Другой возможный метод измерений — метод прощупывания —
136
по существу аналогичен первому, за исключением того, что нали-
чие потока крови в артерии устанавливается прощупыванием пуль-
са пациента в участке артерии ниже манжеты (рис. 8.4), а не про-
слушиванием тонов Короткова. Хотя с помощью метода прощупы-
вания можно легко измерить систолическое давление, определить
диастолическое давление значительно труднее. Поэтому метод аус-
культации используется чаще.
Из-за нежелания наносить травму, которая неизбежна при пря-
мом измерении давления крови (описанном в гл. 9), а также из-за
(Отсутствия подходящего метода косвенного измерения были пред-
приняты попытки автоматизировать ручную процедуру измерений.
Было разработано несколько автоматических и полуавтоматичес-
ких систем. В большинстве приборов этого типа используются пре-
образователь давления, связанный со сфигмоманометрической ман-
жетой, микрофон, устанавливаемый над артерией ниже манжеты,
к стандартная физиологическая регистрирующая система, на кото-
рой записываются давление в манжете и тоны Короткова. Проце-
дура измерения в основном аналогична ручному методу. Давящую
манжету накачивают до давления порядка 220 мм рт. ст., затем
.воздух из нее медленно выпускают. Микрофон улавливает тоны
Короткова от артерии, лежащей вблизи поверхности на участке
сразу же ниже сжимающей манжеты. В приборе производится ли-
<бо наложение сигнала, соответствующего тонам Короткова, на на-
пряжение, характеризующее спадание давления в манжете, либо
две отдельные записи. Давление, отмеченное в момент появления
первого звука, является систолическим; диастолическое давление
определяет точка на кривой спадания давления, в которой наблю-
дается последний сигнал, соответствующий тонам Короткова. Этот
прибор в действительности является лишь полуавтоматическим, так
как полученная с его помощью запись должна еще быть интерпре-
тирована наблюдателем. На такой записи можно часто наблюдать
ложные показания (вызванные, например, движением пациента).
В полностью автоматизированных приборах для обнаружения
первого и последнего тонов Короткова используются схемы обна-
ружения сигнала, а для сохранения и отображения значений дав-
ления в манжете, соответствующих нужным точкам, используются
либо электронные устройства, либо ртутные манометры, выключа-
емые соленоидными 'клапанами. Однако эти приборы более под-
вержены помехам и дают неправильные показания, вызванные ар-
тефактами. Для обнаружения импульсов крови в точках, удаленных
от сжимающей манжеты, пытались использовать другие методы,
отличающиеся от методов, предусматривающих использование то-
нов Короткова. Среди них можно назвать применение импедансно-
го плетизмографа (см. гл. 12), который прямо определяет наличие
пульсирующего потока крови в артерии, и ультразвуковые допле-
ровские методы, которые позволяют измерять перемещение стенок
•артерии.
Многие из используемых на практике автоматических приборов
Для измерения давления крови работают хорошо, когда их работа
137
демонстрируется на спокойных здоровых пациентах, но не обеспе-
чивают правильных измерений, когда они применяются для измере-
ния давления крови пациентов, находящихся в активном состоянии
или в состоянии шока (например, циркуляторного).
В последние годы был разработан новый метод, в котором для
измерения пульсирующего движения стенки брахиальной артерии
применен ультразвук. Принцип действия прибора аналогичен прин-
ципу действия звуколокатора. Высокочастотная звуковая энергия
вводится в руку пациента и отражается от стенок артерии. С помо-
щью доплеровского эффекта (см. объяснение в гл. 12) можно об-
наружить движение стенок артерии, когда они внезапно открыва-
ются и закрываются при каждой пульсации крови.
Преимуществом приборов этого типа является то, что получае-
мые с их помощью результаты ближе к результатам прямых ме-
тодов, обсуждаемых в гл. 9. Кроме того, их можно использовать
для измерений давления крови пациентов в шоковом состоянии и
пациентов в отделениях интенсивной терапии в тех случаях, когда
нельзя использовать прямые методы. Так как в них используется
индикация движения стенок сосудов, то не требуется обнаруживать
поток крови.
Одним из таких приборов является выпускаемый фирмой
Hoffman — La Roche Inc., Nutley, New Tersey артериозонд (Arte-
riosondeR). Он имеет матерчатую манжету и воздушный мешок с
электрическим воздушным насосом для создания давления; рабо-
той насоса можно управлять с помощью регулировок, расположен-
ных на передней панели. Манжету укрепляют на руке точно так
же, как и при использовании сфигмоманометра, но в этом случае
под манжетой расположена решетка преобразователей. Эти преоб-
разователи играют роль поочередно передатчиков и приемников.
При движении артерии происходит доплеровский сдвиг, который
указывает моменты времени, когда артерия открывается и закры-
вается при каждом ударе сердца между систолическим и диастоли-
ческим давлением. Это аналогично тонам Короткова.
Первый сигнал, отмечающий открытие артерий, остановит паде-
ние столбика ртути в первом из двух манометров, который покажет
систолическое давление. Во втором манометре падение будет оста-
новлено в момент исчезновения импульсов и покажет диастоличес-
кое давление. Таким образом, оба показания можно считать одно-
временно.
8.3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ
И НЕОБХОДИМЫЕ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ
В лучшем случае сфигмоманометр обеспечивает такую точ-
ность, которую может обеспечить человек, проводящий измере-
ния. К сожалению, между отдельными людьми существуют не-
большие различия (несоответствие их характеристик). Авторы
провели эксперименты, в ходе которых различные люди проводили
измерения давления крови у одного и того же пациента, и обна-
138
ружили расхождения. Точно так же один и тот же человек, выпол-
няя измерения в разные дни, может получить различные резуль-
таты.
При косвенных методах крайне высокая точность не очень
важна, так как нормальное давление крови обычно не определяют
с высокой точностью. Обычно вместо этого определяют диапазон
нормальных значений. При оценке состояния пациента изменение
давления крови важнее, чем его действительный уровень. Некото-
рые люди всю жизнь имеют повышенное давление. Врачи или
медсестры, измерив давление и не зная, что для пациента это сос-
тояние обычно, могут предположить наличие болезни, когда ее в
действительности нет.
Обычно используют три элемента: стетоскоп, баллон с манже-
той и манометр. Стетоскоп очень прочный инструмент. Однако и
за его исправностью необходимо следить, особенно за тем, чтобы
не сломалась диафрагма и чтобы не ухудшилось состояние рези-
новой трубочки. Наиболее важно состояние не самого стетоскопа,
а перехода от инструмента к уху специалиста. Если тоны Коротко-
ва не абсолютно ясны, то всегда необходимо проводить повторное
измерение. Состояние здоровья самого специалиста, проводящего
измерение, тоже может влиять на результаты измерений (напри-
мер, легкая глухота после охлаждения). Обычно чашечка стето-
скопа обеспечивает наиболее чувствительное определение относи-
тельно низкочастотных тонов Короткова.
Манжета окружает накачиваемый мешочек. Существует одна
проблема (правда, встречается она не слишком часто), связанная
•с неправильным выбором ширины манжеты. В большинство комп-
лектов входит стандартная манжета, но для измерений у детей или
у людей с худыми руками можно использовать менее широкую
манжету.
Если манжета слишком узка, то результаты измерений будут
завышены, а если слишком широка, то результаты будут занижены.
На практике существует правило: использовать стандартную ман-
жету шириной 12...14 см, если не очевидно, что 'конечность слиш-
ком толста или слишком тонка. В последнем случае надо исполь-
зовать большую манжету (до 20 см) или маленькую (до 2,5 см).
Хотя мешочек эластичен, сама манжета должна быть сделана
из нерастягивающегося материала, так как только тогда она мо-
жет обеспечить точно необходимое давление. Используемый уже
много лет матерчатый бандаж должен охватывать руку несколько
раз. Более новые манжеты снабжены захватами VelcroR, в которых
крепление обеспечивается за счет взаимодействия специальных
структур смежных поверхностей. Необходимо следить, чтобы в ме-
шочке и в системе его наполнения не было утечек. Неправильное
надувание мешка или неправильный выход из него воздуха обычно
обусловлены утечками.
В больницах и в приемных врачей чаще всего используются
ртутные манометры и анероиды (из-за пх портативности). Послед-
139
ние не так точны, как ртутные, и их необходимо достаточно часто
калибровать по всему диапазону измеряемых давлений. При ис-
пользовании ртутного манометра необходимо следить, чтобы не
было утечки ртути. Кроме того, столбик должен быть установлен
строго вертикально. Считывание показаний (определение уровня
ртути) необходимо производить так, чтобы глаз был расположен
на уровне мениска столбика ртути.
При проведении измерений важно, чтобы медсестра имела опыт
в распознавании тонов Короткова.
Обычно пациента усаживают в кресло или укладывают на кро-
вать, причем руки лежат либо горизонтально на столе, либо на
кровати приблизительно на уровне сердца. Поза пациента влияет
на давление крови. Если используется настенный манометр, то
кровать с пациентом должна находиться в высоком положении.
Правильное и последовательное выполнение методики измерений
является наиболее важным, и удовлетворительные результаты из-
мерений можно получить только тогда, когда персонал производит
измерения, располагая пациентов на одном и том же уровне. Ос-
новное внимание необходимо уделять правильности и последова-
тельности выполнения всех операций при измерении давления.
В течение 5...10 мин до проведения измерений пациент должен
сидеть спокойно, в удобном положении, ничто не должно отвлекать
его внимания. Факторами, которые могут повлиять на результаты
измерения являются пища, курение, алкоголь, температура, бес-
покойство, боязнь, боль или присутствие хорошенькой медсестры.
Если каких-либо из этих факторов нельзя избежать, то они долж-
ны быть указаны в карточке пациента, чтобы их можно было
учесть при последующих измерениях (при которых возможно уда-
стся их исключить) и при анализе.
Важно и то, как используется стетоскоп. Он должен быть плот-
но прижат к внутренней части локтевого сгиба над брахиальной
артерией. Слишком сильное прижатие может привести к искаже-
нию звуков, слишком слабое — к образованию промежутка между
стетоскопом и рукой, что сделает некоторые мягкие звуки неслы-
шимыми. Манжета, мешочек которой должен быть расположен на
внутренней части руки, накладывается так, чтобы ее нижний край
был на 2...3 см выше того места, где будет приложен стетоскоп.
При накачивании мешочка с установленным стетоскопом необ-
ходимо тщательно следить за тем, как возрастает давление. Наи-
высшее значение, до которого должно быть поднято давление,
должно на 30...40 мм рт. ст. превышать ожидаемый результат, т. е.
при предварительном поднятии давления можно, прощупывая ки-
стевой пульс, поднимать давление до значения, которое примерно
на 30 мм рт. ст. выше того, при котором пульс исчез. Иногда па-
циенты становятся беспокойными, если манжета слишком тесна.
Давление должно снижаться со скоростью порядка 2 мм рт. ст./с.
Тоны Короткова становятся слышимыми в стетоскопе по мере-
спада давления; при этом можно обнаружить четыре фазы. Пер-
вая фаза — период, во время которого тоны появляются как сла-
140
бые, неотчетливые удары, интенсивность которых постепенно воз-
растает. За этой фазой следует период «шуршащих» тонов. Систо-
лическое давление соответствует точке, в которой удары слышны,
по крайней мере, в течение двух последовательных циклов сердце-
биения. Во время третьей фазы тоны становятся отчетливей, их
интенсивность еще возрастает; затем происходит резкое ухудшение
(заглушение) звука, который становится мягче и теряет ударный
характер. Эта фаза является наилучшим указателем диастоличе-
ского давления. Последняя стадия наступает тогда, когда звуки ста-
новятся неслышимыми. Точный момент наступления этой фазы ус-
тановить трудно. Хотя в большинстве случаев при измерение дав-
ления крови указывают только систолическое диастолическое дав-
ление, следует рекомендовать, чтобы указывалось давление и в
четвертой и в пятой фазах, например 120/82/76. Если четвертая и
пятая фазы идентичны, т. е. 122,82 82, то можно указывать только
два уровня.
Многие люди замеряют давление крови в обеих руках. Если в
одной руке давление будет выше, чем в другой, то его нужно из-
мерять в руке, в которой давление ниже. У большинства людей
артериальное давление в правой руке выше.
8.3.1. КЛИНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ, СВЯЗАННЫЕ С КОСВЕННЫМИ
МЕТОДАМИ ИЗМЕРЕНИЙ
Следует отметить несколько специфических проблем. Прежде
чем обсудить их, напомним, что так как все измерения давления
крови относительны, то важно определить базу или опорный отс-
чет для данного пациента. Базовое давление крови получают тог-
да, когда пациент находится в условиях, возможно более близких
к идеальным, например дома или после нескольких дней отдыха в
больнице.
При измерении давления пациент должен быть изолирован от
всех умственных, эмоциональных или физических раздражителей.
Лицо, проводящее измерение, должно стремиться избегать раз-
говоров или совершения каких-либо поступков (относящихся к
пациенту), которые могут повлиять на результаты.
Как уже говорилось, необходимо использовать манжеты разное
го размера для тучных или для худых людей, а также для детей-
В последнем случае следует учесть дополнительные факторы, на-
пример необходимость развлечь ребенка, отвлечь его внимание,,
чтобы он не тревожился; для младенцев может оказаться необхо-
димой бутылочка. Если ребенок плачет, то давление крови может'
значительно возрасти. Иногда может оказаться предпочтительным:
оставить манжету одетой до тех пор, пока пациент не заснет.
Для определения диастолического давления детей лучше ис-
пользовать не полное пропадание звука, а заглушение звука, ко-
торое мы относим к четвертой фазе. У очень маленьких детей то-
ны могут быть слишком неотчетливыми, при этом следует приме-
нять специальные методы.
141
Необходимо медленно снижать давление и после исчезновения
тонов Короткова. При гипертонии может происходить «аускульта-
ционный провал», при котором тоны Короткова повторно появля-
ются после первого исчезновения.
Иногда приходится сталкиваться с проблемой измерения давле-
ния крови у лиц с ампутированными конечностями; в таких случа-
ях можно использовать бедро. При этом манжета должна быть
примерно на 6 мм шире, чем для рук, ее размеры определяются
диаметром бедра. Пациент должен лечь на живот, манжету на-
кручивают вокруг бедра на несколько сантиметров выше артерии
в подколенной впадине, где размещается стетоскоп. Мешочек рас-
полагается на задней стороне бедра. При использовании больших
манжет измеренные значения систолического давления в бедре
выше, чем в руках, а диастолического — ниже.
При частых преждевременных сокращениях желудочков, пред-
сердной фибрилляции и некоторых других сердечных аритмиях,
вызывающих изменение работы сердца от одного сердечного сокра-
щения до другого, артериальное давление крови может быть зна-
чительно меньше. В этом случае для его точного определения не-
обходимо выполнить серию измерений.
Если пациент находится в шоковом состоянии, то тоны Корот-
кова ослаблены или полностью отсутствуют; следовательно, этим
методом давление крови измерить нельзя. Так как давление крови
может быть определяющим параметром для установления причин
шокового состояния пациента, то необходимо применить подкожный
метод прямого измерения через главную артерию (гл. 9). Если
этот метод окажется слишком травматичным, то можно использо-
вать ультразвуковой метод.
9
ПРЯМЫЕ МЕТОДЫ
ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ КРОВИ
В 1728 г.12 Хейлз ввел стеклянную трубку в артерию лошади и
таким грубым способом осуществил первое прямое измерение ар-
териального давления. Пуазейль приставил ртутный манометр к
длинной стеклянной трубке Хейзла; позднее Людвиг, добавив по-
плавок, изобрел кимограф, который позволил производить непре-
рывные записи давления крови. И лишь совсем недавно преобра-
зователи с датчиками механического напряжения и сложные элек-
тронные системы заменили манометр и кимограф. Сложные и до-
статочно безопасные методы катетеризации сосудов получили ши-
рокое распространение и в диагностических и в лечебных отделе-
ниях.
Обсуждение прямых методов измерения давления крови в кли-
нических условиях по необходимости должно затронуть специфиче-
142
ские проблемы, связанные с использованием этих методов прак-
тическими врачами. В данной главе описаны приборы и устройст-
ва для измерения давления крови и обсуждены специфические
проблемы, связанные с обеспечением безопасности пациента при
прямом наблюдении за давлением в центральных венах и легочной
артерии, а также за давлением в левом предсердии и центральных
артериях.
9.1. ПРЯМОЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ
Прямые методы измерения давления крови требуют использо-
вания вторжения. Это означает, что в сердечно-сосудистую систе-
му должен быть введен преобразователь или катетер, подсоединен-
ный к преобразователю, причем воспринимающий (чувствитель-
ный) конец должен находиться в точке, где намечено провести из-
мерение. Катетер представляет собой тонкую гибкую трубку, пред-
назначенную для введения в поток крови.
Чтобы достичь точки, где необходимо произвести измерение,
можно использовать любой из трех методов.
1. Подкожное введение короткого катетера или небольшой пу-
стотелой иглы в сосуд; этот метод используется в тех случаях, ког-
да точка измерения находится вблизи точки проникновения иглы
или катетера. Катетер или игла подключаются к преобразователю,
находящемуся вне тела.
2. Введение длинного катетера через артерию или вену к точке
измерения, которая может располагаться в одном из главных со-
судов или даже в самом сердце. Преобразователь давления также
находится вне тела.
3. Расположение самого преобразователя в точке измерения, в
этом случае преобразователь устанавливается на кончике катете-
ра, он называется концевым катетерным преобразователем.
В двух первых методах для передачи давления, существующе-
го на кончике катетера или иглы, к преобразователю использует-
ся столбик жидкости. В третьем методе преобразователь непосред-
ственно воспринимает давление внутри сосуда.
Подкожное введение и катетеризация обычно требуют мини-
мального хирургического вмешательства. Основные идеи этих ме-
тодов иллюстрированы рис. 9.1.
При подкожном введении обычно участок вокруг точки введе*
ния подвергается местной анестезии. Сосуд зажимается, и игла
вводится под небольшим углом к сосуду. Когда игла займет нуж-
ное положение, через нее вводится катетер, обычно это делается
с помощью гибкой направляющей. Когда катетер надежно займет
свое место в сосуде, игла и направляющая вынимаются. При неко-
торых измерениях игла соединяется с трубкой, так что игла может
быть оставлена в сосуде, а преобразователь или манометр подсое-
диняются к трубке.
Катетеризация кровеносных сосудов была впервые выполнена
в конце 40-х годов и с тех пор стала основным методом получения
143
ff среЛ/нЩю
Фг/ауологгмеям#
ffe/7X//ff^/7O/7/J» ffew
/fywtfoe /wefcep&ire
6
5
Рис. 9.1. Катетеризация правого предсердия через среднюю локтевую вену для
определения центрального венозного давления
информации о функционировании сердца и других частей сердеч-
но-сосудистой системы. Этот метод требует, чтобы сосуд, в кото-
рый будет введена канюля, стал видимым, для этого делают над-
рез, обнажающий вену или артерию. Этот метод используется не
только для измерения давления крови в камерах сердца и в боль-
ших сосудах, но и для взятия проб крови из сердца (что позво-
ляет измерить концентрацию в ней кислорода) или для обнаруже-
ния расположения шунтов или ненормальных протоков для крови.
Катетеры используются также для введения непрозрачных для
рентгеновского излучения красителей, позволяющих проводить
рентгенографические исследования, веществ для изучения раство-
рения индикатора и для введения лекарств, стимулирующих дея-
тельность сосудистой системы, непосредственно в сердце и в опре-
деленные сосуды.
Если преобразователь давления расположен вне тела (экстра-
корпорально), то в катетер вводится стерильный раствор (напри-
мер, 5%-ный водный раствор глюкозы или нормальный физиоло-
гический солевой раствор), который передает давление жидкости
к преобразователю.
При измерениях как со столбом жидкости13, так п преобразова-
телем, расположенном в точке измерения, в полной системе измере-
ния давления должна быть предусмотрена возможность баланси-
ровки системы преобразователь — усилитель и регулировки коэф-
фициента усиления или чувствительности. Балансировка достигает-
ся такой настройкой системы, чтобы она показывала нулевое дав-
ление в тех случаях, когда оно действительно равно нулю. Регу-
лировки усиления или чувствительности позволяют настроить сис-
тему так, чтобы она показывала истинное давление, воспринимае-
мое преобразователем.
144
9.1.1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
В соответствии с определением, данным в гл. 2, преобразователь
представляет собой устройство, которое преобразует физиологиче-
ский показатель (например, давление крови) в электрический сиг-
нал. При прямых измерениях давления крови преобразователь ис-
пользуется для преобразования изменений давления крови в из-
менения напряжения, которые могут быть отображены на дисплее
в виде кривой или в цифровой форме.
Преобразователи давления крови можно разделить на следую-
щие категории: резистивные, индуктивные и емкостные. Это деле-
ние определяется типом используемого электрического элемента в
преобразователе.
Жидкость, которая передает давление к преобразователю, со-
прикасается с тонкой гибкой диафрагмой, изгиб которой пропорци-
онален давлению. В резистивном преобразователе, который чаще
называют преобразователем механического напряжения, изгибаю-
щаяся диафрагма растягивает тонкие проволочки, увеличивая их
сопротивление пропорционально приложенному давлению. В то же
время натяжение других проволочек уменьшается, уменьшая их
сопротивление. Эти проволочки в преобразователе соединены в ви-
де мостовой схемы (рис. 9.2), которая обсуждалась в п. 3.9.1.
Когда преобразователь подключается к усилителю сигналов
давления крови или к монитору, то на мост подается возбуждаю-
щее напряжение (переменное или постоянное). Если мост сбалан-
сирован и откалиброван, то между его выводами А и В будет появ-
ляться напряжение, пропорциональное приложенному к преобра-
зователю давлению. Процедуры балансировки и калибровки пре-
образовательного моста описаны в п. 9.1.3.
Существуют также индуктивные и емкостные преобразователи.
В одном из типов индуктивных преобразователей, которые часто
используются в больницах, применяется линейный дифференциаль-
ный трансформатор (ЛДТ). Хотя по внешнему виду он очень по-
хож на преобразователи механического напряжения, работа ЛДТ
преобразователей основана на совершенно других принципах.
В этих устройствах используются специальные трансформаторы
(см. п. 3.7.4), выходной сигнал которых пропорционален приложен-
ному давлению. Так как в схему входит трансформатор, то она тре-
бует для возбуждения переменно-
го напряжения. Поэтому аппара-
тура для обработки сигналов, ис-
пользуемая с преобразователем
механического напряжения, может
и не быть совместимой с ЛДТ
преобразователем. Хотя способы
применения ЛДТ преобразовате-
лей и преобразователей механи-
ческого напряжения очень похожи,
ЛДТ преобразователи позволяют по-
Рис. 9.2. Мостовая схема с рези-
сторами, сопротивление которых
меняется при растяжении
145
лучить при том же напряжении возбуждения большее выходное
напряжение.
В типичном емкостном преобразователе диафрагма, перемеща-
емая за счет изменения давления, соединена с подвижной пласти-
ной переменного конденсатора. При перемещении этой пластины
относительно неподвижной пластины возникающие изменения ем-
кости отражают изменения измеряемого давления крови. Эти из-
менения емкости преобразуются в изменения 'напряжения с помо-
щью схемы, входящей в состав преобразователя. В этом случае
регулировка нуля (опорной линии) также располагается на преоб-
разователе.
Измерения давления крови с использованием столба жидкости.
На рис. 9.3 и 9.4 показаны два типичных преобразователя меха-
нического напряжения, в которых для измерения давления исполь-
зуется столб жидкости. На рис. 9.3 показан преобразователь
Statham Model P23ID в натуральную величину, а на рис. 9.4 —
уменьшенная модель Statham Model P23Db.
Электрическое подключение к мосту — датчику механического
напряжения, находящемуся внутри корпуса преобразователя, осу-
ществляется с помощью кабеля, который виден 'ниже преобразова-
теля. Катетер подключается в верхней части с помощью фитингов
Люера в прозрачном куполе, который также позволяет промывать
преобразователь. Так как купол преобразователя прозрачен, то
пузырьки воздуха можно легко заметить и устранить.
Существует много типов преобразователей давления крови, ис-
пользующих механическое напряжение. Существуют модели обще-
Рис. 9.3. Преобразователь давления
крови со столбом жидкости Statham
Model P231D
Рис. 9.4. Преобразователь давления
крови со столбом жидкости Statham
Model P23Db
146
го применения Для измерения артериального (0...330 мм рт. ст.) и
венозного (0...50 мм рт. ст.) давлений и специальные модели, от-
личающиеся чувствительностью, характеристиками объемного сме-
щения и конструктивными особенностями.
Столб жидкости, используемый в преобразователе такого ти-
па, имеет собственную резонансную частоту, 'которая может вли-
ять на частотный отклик системы. Поэтому необходимо так выби-
рать преобразователь п катетер, которые будут использоваться вме-
сте, чтобы частотный отклик всей системы имел соответствующий
(адекватный) вид.
Преобразователи давления обычно монтируются на стойке (см.
п. 9.1.2), устанавливаемой вблизи кровати пациента. Важно, чтобы
преобразователь находился на том же самом уровне, что и точка,
в которой производятся измерения; это позволит избежать ошибок
из-за разности гидростатического давления. Если необходимо из-
мерить дифференциальное давление, то можно использовать два
преобразователя такого типа, выполняющих измерения в различ-
ных точках, при этом разность давлений будет определяться раз-
ностью выходных сигналов двух преобразователей. На рис. 9.5
показана типичная стойка для вливания.
Существует широкая номенклатура устройств обработки инфор-
мации и дисплеев для этих преобразователей. Однако каждая
такая система должна обеспечивать возбуждающее напряжение
для мостового датчика механического напряжения или для ЛДТ,
установку нуля или балансировку моста, необходимое усиление
выходного сигнала, а также включать в свой состав устройства
отображения, такие, как монитор с телевизионным экраном, регист-
рирующее устройство, панельный измерительный прибор или
устройство с цифровым отсчетом измеренного значения. Большин-
ство современных систем позволяет создавать большое число раз-
личных комбинаций приборов. На рис. 9.6 показана типичная сис-
тема отображения результатов прямого измерения давления.
Измерение давления крови в интересующей точке. Чтобы избе-
жать затруднений, связанных с частотным откликом системы, ко-
торые свойственны измерениям давления крови с помощью столба
жидкости, используют преобразователь на конце катетера, который
можно располагать в точке, в которой должно быть измерено
давление. В одном из таких преобразователей используется прин-
цип переменной индуктивности. Преобразователь размещается не-
посредственно в потоке крови так. чтобы кровь оказывала давле-
ние на мембрану, окруженную защитной оболочкой. Мембрана
связана с магнитным сердечником, который может свободно пере-
мещаться внутри катушки, изменяя ее индуктивность в зависимос-
ти от давления на мембрану. Изменения индуктивности преобра-
зуются в изменения напряжения, которые пропорциональны изме-
нениям давления крови.
В преобразователе другого типа в кончик сердечного катетера
встраивается датчик механического напряжения. С изменением
давления в точке измерения изменяется сопротивление этого дат-
147
Резервуар
для
Д/ООО/ЗОД// Я
/7pO/WtfOWl7»
a/Mtew
ff/70pO
Тремозероо//-
яь/v зет/оряй/'/
ЯД'/// ОД"
//pOO/b/ff/tf/
ЯОДОДОа
77pw/poffff//Wbnr
O0W/770P
ОДОО
//POSOpO/ZOffo'/ /7ДД—
ffffp, //0/770W/7/?/7//ff'7~
OZ/b/ff Off ppOffZ/O
opoffoeo epoffoop-
ffffP /7ffp//o///77ff
Зооорт/й/// ope// ffpe/opvap/P/oee
ee/T/e/T/epff-H лар'/ея/о//
Рис. 9.5. Стойка для вливаний с преобразователем, системой промывки и шприцем
&7&//еМ/Я
Uff/p/P/ ОРЯ
ОРООДО
чика. Такие измерения обычно проводят с диагностическими
целями.
Подкожные измерения. Система для подкожных измерений
давления крови показана на рис. 9.7. На рис. 9.8 более подробно
показаны запорные краны и соединительные элементы преобразо-
вателя. Пластиковый цилиндр с трехпозиционным запорным кра-
ном позволяет промывать иглу, отбирать пробы крови и при
определенных обстоятельствах вводить лекарства. Этот преобразо-
ватель обычно используется для измерения артериального давле-
ния (например, в радиальной артерии), но его можно использо-
вать и для измерения венозного давления или давления любых
148
Рис. 9.7. Преобразова-
тель давления крови для
подкожного введения
Рис. 9.8. Элементы преобразователя, изображен-
ного па рис. 9.7
других физиологических жидкостей, подводя иглу непосредственно»
к тому месту, где нужно выполнить измерения. Его можно приме-
нять совместно с системой непрерывной самопромывки, при этом
не замечается значительного ухудшения сигнала. Прозрачный
пластиковый корпус позволяет наблюдать за образованием пузырь-
Рис. 9.9. Датчик давления кро-
ви SF-1
149
ков воздуха и вовремя их удалять. Другим преимуществом этого
преобразователя является то, что его можно подключать к стан-
дартной системе внутривенных вливаний.
На рис. 9.9 показан преобразователь давления крови другого
типа. Это устройство имеет датчик механического напряжения,
•встроенный в кончик французского катетера № 6. Частотный диа-
пазон этого преобразователя включает достаточно высокие часто-
ты, что позволяет измерять и давление крови, и тоны сердца.
Имплантируемые преобразователи. На рис. 9.10 показан пре-
образователь, который можно имплантировать в стенку кровенос-
ного сосуда или в стенку самого сердца. Применение этого пре-
образователя, однако, ограничивается его использованием в долго-
временных исследованиях на животных.
9.1.2. СТОИКА ДЛЯ ВНУТРИВЕННЫХ ВЛИВАНИИ
Правильное использование и преобразователей и методики
измерений очень важно при точном измерении давления крови и
при наблюдении за ним. Стойка для внутривенных вливаний
должна быть исправна и безопасна, преобразователь — откалибро-
ван и сбалансирован.
Чтобы предотвратить закупорку системы и обеспечить ее ра-
ботоспособность, обычно в качестве жидкости, воспринимающей
давление, используется гепаринизированный нормальный физиоло-
гический раствор или 5%-ный водный раствор глюкозы. Работо-
способность системы означает отсутствие сгустков или засорений,
•которые могут ограничивать или прерывать поток крови. Концен-
трация гепарина может меняться, но раствор 500 единиц на 250 см3
жидкости обеспечивает эффективную антикоагуляционную кон-
щентрацию. Кроме того, применение промывочной системы с одним
пли большим числом трехпозиционных запорных кранов и шпри-
>цов, включенной последовательно с резервуаром для жидкости и
с пациентом, возможность отбора проб крови позволяет перио-
дически производить калибровку преобразователя. Если изме-
ряется центральное венозное давление (ЦВД), то стойка должна
быть расположена на уровне правого предсердия пациента (речь
идет об измерениях с использованием столба жидкости); такое
•расположение позволяет уменьшить ошибки, связанные с разницей
гидростатического давления. Стойка должна быть массивной,
жесткой и устойчивой к вибрациям. Преобразователи могут быть
•смонтированы горизонтально или вертикально, но таким образом,
•чтобы их нельзя было задеть или ударить при перемещении и
чтобы можно было легко удалять пузырьки воздуха. Все оборудо-
вание, которое контактирует с жидкостным резервуаром и, следо-
вательно, с пациентом, должно быть стерильным, включая и пре-
образователи. Преобразователь соединяется с сосудом жесткими
•трубками. Жесткость необходима для исключения ошибок изме-
рения.
150
Дополнительно можно использовать систему непрерывного
вливания гепаринизированного раствора во все каналы системы
измерения. Она может быть автоматической или ручной, в виде
насоса для вливаний или герметизированного передаточного
устройства для сосудов с высоким давлением. При. этом, однако,
следует помнить, что использование любого дополнительного обо-
рудования, подключенного к электросети, при наличии столба
жидкости в катетере увеличивает риск для пациента, связанный
с возможностью электрического поражения. Проблемы электро-
безопасности рассматриваются в гл. 18.
Типичная стойка для вливаний с преобразователями, промы-
вочным оборудованием и герметизированным резервуаром показа-
на на рис. 9.5.
9.1.3. КАЛИБРОВКА И БАЛАНСИРОВКА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
Как уже говорилось ранее, большинство преобразователей дав-
ления крови, используемых в отделениях интенсивной терапии,,
относится к преобразователям механического напряжения, в кото-
рых изменения давления преобразуются в изменения сопротивле-
ния проволочек внутри преобразователя. Проволочки соединены
в виде мостовой схемы. Хотя сопротивления в плечах моста в про-
цессе производства подбираются и согласуются как можно тща-
тельнее, все же остаются небольшие различия сопротивлений,,
которые необходимо скомпенсировать. Если для возбуждения
моста используется переменное напряжение, то должно быть сба-
лансировано и различие емкостей. Поэтому в усилителе или мони-
торе предусмотрены одна или большее число регулировок, которые-
позволяют сбалансировать мост. В процессе балансировки органа-
ми управления настраивают прибор так, чтобы при измерении нуле-
вого давления показания измерительного прибора были равны'
нулю.
Калибровкой называется регулировка усиления или чувстви-
тельности усилителя таким образом, чтобы показания в процессе-
измерения точно соответствовали действительно воспринимаемому
датчиком давлению. В некоторых системах можно регулировать-
коэффициент калибровки для каждого используемого преобразо-
вателя. При этом в тех случаях, когда используется определенный
преобразователь, коэффициент калибровки просто устанавливает-
ся соответствующим органом управления на его панели.
Чтобы обеспечить получение правильных результатов, калиб-
ровку и балансировку следует проводить до того, как пациент
подключается к системе, и периодически в процессе измерений..
Методы выполнения этих процедур будут изменяться в зависимос-
ти от типа преобразователей и применяемой аппаратуры обработки
сигналов. На практике некоторые мониторы для наблюдения за
пациентами имеют автоматическую балансировку, что исключает
необходимость ручной. Для каждого конкретного прибора правиль-
151
тую методику проведения этих процедур читатель может найти В
инструкциях по эксплуатации.
При использовании в процессе обследования пациента не
одного, а нескольких преобразователей полезно помечать на экра-
не монитора каждый получаемый сигнал. Это поможет предотвра-
тить смешение показаний ЦВД или давления в легочной артерии
•с показателями давления в центральных артериях. В большинстве
•случаев показания давления следует снимать с индикатора, пока-
зывающего численное значение, а не с кривой на экране монитора,
так как последняя может быть подвержена дрейфу и влиянию
артефактов, возникающих вследствие движений пациента. Воз-
можным исключением может быть определение и регистрация
жонечного участка кривой вблизи диастолического давления, кото-
рый не может быть показан на измерительном приборе.
9.2. КЛИНИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ
ПРЯМОГО ИЗМЕРЕНИЯ
'9.2.1. НАБЛЮДЕНИЕ ЗА ЦЕНТРАЛЬНЫМ ВЕНОЗНЫМ ДАВЛЕНИЕМ
ЦВД представляет собой давление крови в центральной вене,
обычно в правом предсердии, в верхней полой вене или в подклю-
чичной вене. В зависимости от размещения катетера диапазон
нормальных значений 0... 5 см вод. ст. в правом предсердии и
’6... 12 см вод. ст. в верхней полой вене или в подключичной вене.
‘Однако более важным параметром, чем конкретное значение
.давления, является тенденция его изменения, определяемая по
-серии или последовательности измеренных значений давления. На-
пример, тенденция увеличения или уменьшения давления на
Д см вод. ст. в течение нескольких часов может иметь большое
.значение, даже если давление само по себе остается в пределах
нормы. Измерения с помощью водяного манометра будут давать
среднее или усредненное значение, а измерения с помощью пре-
образователя позволяют получить истинные флюктуации, возни-
кающие вследствие волнообразных изменений давления в правой
части сердца и внутри грудной клетки.
ЦВД дает информацию о циркулирующем объеме крови, о со-
судистых тонах и об эффективности работы правой части сердца
ъ качестве насоса. Этот метод широко используется в отделениях
интенсивной терапии из-за легкости введения катетера и проведе-
ния наблюдений. Наиболее полезным аспектом этого метода
является возможность непрерывной оценки в ходе процедур пере-
живания жидкостей в ситуациях, связанных с экстракардиальными
болезнями, таких как острые гипоксические, вазогенные или ней-
рогенные шоки. Например, переливание жидкостей у больных с ij
тяжелыми ожогами в течение первых критических 48 ч опреде-
.ляется в первую очередь мочеотделением и ЦВД. При исполь-
зовании сосудосуживающих или увеличивающих объем плазмы
жрови средств ЦВД может показать эффективность лечения,
152
?ак как работа сердца », в конечном счете, тканевая перфузия
являются следствием наличия оптимального объема крови, воз-
вращающейся к сердцу.
Следует помнить, что ЦВД отражает только работу правой
части сердца; в действительности же дисфункции правого желу-
дочка могут предшествовать дисфункции левого на несколько-
часов. Поэтому ЦВД необходимо использовать совместно с други-'
ми показателями, такими, как артериальное давление, давления,,
определенные при прямых измерениях в легочном артериальном,
клине или в левом предсердии, верхушечный пульс (особенно тре-
тий тон сердца и тахикардия) и дыхательные шумы (основные
хрипы и тахипное). Следует отметить, что использование ЦВД осо-
бенно ограничено при обследовании пациентов с декомпенсирован-
ным вследствие сердечных болезней сердцем. Следовательно, на-
блюдение за тяжелобольными пациентами с инфарктом миокарда:
(ИМ) следует вести с помощью методики, использующей измере-
ния на легочной артерии, которая более точно определяет состоя-
ние левого желудочка. Этот метод будет обсуждаться далее.
Введение непроницаемого для рентгеновского излучения поли-
этиленового катетера в центральную вену можно осуществить или:
методом подкожного введения, или методом обнажения вены. Врач-
может использовать подключичный сосуд, или большую вену руки
(например, внутреннюю вену предплечья), или медианную локте-
вую вену. Иногда используется шейная яремная вена. Катетер
вводится в необходимое место и подключается к преобразователю
(или к водяному манометру). Флюктуации при сердцебиении или
желудочковые эктопики могут показывать, что катетер прошел-
трехстворчатый клапан и вошел в правый желудочек. В этом
случае, вытащив катетер, на несколько сантиметров, добиваются-
того, что он будет находиться в нужном месте. После проведения
такой процедуры на подключичном сосуде обычно проводится
рентгенография грудной клетки, которая позволяет определить
наличие пневмоторакса, часто осложняющего этот метод.
На рис. 9.11 показана типичная система для измерения ЦВД с
помощью водяного манометра. Здесь можно выделить три элемен-
та: 1) резервуар с жидкостью, обеспечивающий открытость систе-
мы; 2) трехпозиционный запорный кран, направляющий жидкость,
к водяному манометру и затем изолирующий столб жидкости от
резервуара так, что она образует единый столб, доходящий до
кончика катетера; 3) безопасный катетер со стерильной накладкой
над местом его введения.
Обычно ЦВД исследуют при горизонтальном расположении
пациента, хотя, если в процедурный лист или в указания для мед-
сестры внесены специфические замечания, то положение больного
можно изменить. Как отмечалось ранее, преобразователь должен
быть расположен на уровне правого предсердия, которое обычно-
находится на 5 см ниже грудины или на срединной вспомогатель-
ной линии. Полезно пометить эту точку на коже пациента.
153
a)
Рис. 9.11. Типичная манометрическая система для измерения ЦВД:
а — положение запорного крана для обеспечения работоспособности системы; б —для за-
полнения манометра жидкостью из резервуара; в —для отдельных измерений; г — для не-
прерывных измерений при одновременном поддержании работоспособности-системы
Метод измерения ЦВД относительно прост? При выполнении
нескольких простых условий безопасность и точность измерений
могут быть гарантированы. Любое количество воздуха, присутст-
вующее в манометре (или в корпусе преобразователя) или в стол-
бе жидкости, связанном с пациентом, будет оказывать влияние на
измерения. Воздушная эмболия, даже в небольших количествах,
может быть опасной или даже летальной для пациентов с шунтом
между правой и левой системами кровообращения. Когда мано-
ментр подключен к пациенту, то в процессе дыхания будут наблю-
даться флуктуации 0,5 ... 2 см вод. ст. Жидкость будет подниматься
при изменениях внутрилегочного давления. Такие флуктуации
должны быть указаны в процедурном листе. Слабые флуктуации
уровня жидкости и медленное выравнивание уровня, обычно ука-
зывают на недостаточную работоспособность системы; при этом
необходимо промыть каналы, ведущие к резервуару для жидкости.
При промывке каналов никогда нельзя применять излишние уси-
лия, так как это может создать опасность эмболизации. Если па-
154
циенту оказывается помощь в дыхании, то его ЦВД будет выше,
чем в отсутствие помощи. Однако большинство пациентов могут
выдержать прекращение такой помощи на несколько секунд, в те-
чение которых будут проведены измерения. Напряженность и ка-
шель также повышают результаты измерений.
Врач должен определить, какие медикаменты следует ввести!
через канал ЦВД. Некоторые медикаменты (особенно антибиоти-
ки) могут существенно уменьшить срок службы и одновременно''
существенно исказить ' показания. Поэтому неразумно использо-
вать канал ЦВД для отбора проб крови, хотя это может быть
и удобно, особенно у пациентов с плохими периферическими вена-
ми. Это может привести к закупорке канала сгустками крови ш
к получению неточных результатов.
Чтобы поддерживать стерильность, необходимо при всех опера-
циях измерения ЦВД, тщательно соблюдать меры предосторож-
ности. Это особенно важно при подготовке внутривенных влива-
ний и при обработке места вливания, чтобы предупредить эндокар-
диальные болезни. В некоторых центрах вошло в практику
ежедневно заменять покрытия на местах введения катетеров для:
определения ЦВД и для других вливаний; при этом участок про-
тирается антибактериальным раствором и мазью. Покрытие долж-
но хорошо покрывать место введения катетера, но не быть стяги-
вающим; оно должно удерживать катетер в стабильном положении..
Однако всегда существует вероятность загрязнения, особенно у
пациентов с тяжелыми недомоганиями (с протезированными кла-
панами и хирургическими швами в эндокардиальной области).
Поэтому нефлуктуирующие ЦВД каналы, через которые жидкость
все же может быть влита, должны быть быстро удалены, за;
исключением тех случаев, когда наполненность сосудов будет все
еще критической и когда невозможен доступ к зависимым перифе-
рическим венам.
9.2.2. НАБЛЮДЕНИЕ ЗА ДАВЛЕНИЕМ В ЛЕГОЧНОЙ АРТЕРИЙ
И В ЛЕГОЧНОМ КАПИЛЛЯРНОМ КЛИНЕ
В практике получает все более широкое распространение на-
блюдение за давлением в легочной артерии (ДЛА) и в легочном
капиллярном клине (ДЛКК) с помощью прикроватных мониторов.
Эта методика позволяет измерять давление, испытываемое объема-
ми крови в небольших легочных артериях и в легочном капилляр-
ном ложе. ДЛКК является прямым индикатором наполняющего
давления для левого желудочка. Следовательно, оно более точно
характеризует его состояние. Нормальное давление в легочной ар-
терии менее 25 мм рт. ст. в систоле и менее 15 мм рт. ст. в диасто-
ле, среднее давление менее 18 мм рт. ст., среднее давление в ле-
гочных капиллярах менее 15... 18 мм рт. ст. Изменение ДЛА и
ДЛКК со временем позволяет получить важную информацию
относительно изменений состояния сердца. Для получения средних
значений давления можно использовать методы, предусматриваю-
155
/feoovao/a /т/галтрпо/// лт/р
//ffOOW/M
fffl/veffm
0е0ая '
лееотая \
ар/перая \
/7/7006/1/ Я-ЯЛр0//'/ОЯ
/7///0ят
~леаоа//ая
//р/ПОЛ//Я
Правое
прёдсердш
/о/ж//ля лопая
0е//сг
Верхняя
полая вена
Рис. 9.12. Катетеризация правой
части сердца. Камеры и сосуды,
которые могут быть катетеризиро-
ваны в правой части сердца; по-
ложения катетеров, когда они за-
клинены в легочных капиллярах,
и путь их введения через руку
(верхняя полая вена) и йогу
(нижняя полая вена)
шие применение водяного манометра. Однако так как клиницис-
тов чаще интересуют одновременно и среднее значение и кривые
систолического и диастолического давления, а также их значения,
то обычно используется система в составе: преобразователь, уси-
литель и дисплей.
Наблюдения ДЛА и ДЛКК, как и ЦВД, позволяют получить
важную информацию об объеме циркулирующей крови и сосудис-
тых шумах, а кроме того, точные данные о состоянии и работо-
способности левого желудочка. Во время диастолы, когда митраль-
ный клапан открыт, существует непрерывный поток крови из лево-
го желудочка к легочной вене (где нет клапанов), к легочному
капиллярному ложу и, следовательно, к легочной артерии. Из схе-
мы на рис. 9.12 можно видеть, что малые нежелательные увеличе-
ния наполняющего давления левого желудочка будут легко опре-
деляться, так как на них будет указывать увеличение давления в
клине.
Как и ЦВД, значения ДЛА и ДЛКК при диагностике исполь-
зуются в сочетании с другими параметрами, например с артериаль-
ным давлением крови, числом верхушечных толчков сердца в ми-
нуту, дыхательными шумами и сердечными тонами. Практикующие
врачи, которые основывают свое заключение только на измерениях
одного типа, вряд ли правильно поставят диагноз при обследо-
вании пациента.
Методы введения катетеров и наблюдения за давлением. Кон-
струкция специализированных многополостных «плавающих»
катетеров сделала введение катетера и непрерывное наблюдение
за давлением в легочных артериях доступным для большинства
клиник. Этот тип катетера был разработан докторами Сваном и
Ганцем из Медицинского Центра Сидарс-Синай в Лос-Анджелесе;
он теперь носит их имена. Хотя существуют и специализированные
модели катетеров, длина обычного катетера около ПО см, он со-
стоит из двухполостной трубки с накачиваемым баллоном на кон-
чике (рис. 9.13).
Катетер можно вводить подкожно пли через обнаженную вену
в локтевом сгибе. Непрерывно прикладывая давление и наблюдая
156
Рис. 9.13 Катетер для наблюдения Свана—Ганца, позволяющий измерять давле-
ние в легочной артерии и в легочном капиллярном клине:
а — общий вид; б — баллон
ЭКГ на электрокардиографе, катетер вводят в подключичную
вену; при этом баллон не надут. В этой точке баллон частично на-
дувается до половины его объема (0,4 ... 0,6 см3 воздуха или СОг)
и далее уносится потоком крови вниз к правому предсердию.
Здесь он полностью надувается (0,8 см3) и снова перемещается;
при этом поток крови продвигает его через трехстворчатый клапан
в правый желудочек. Отсюда баллон перемещается через легочный
' клапан в легочную артерию, где заклинивается в дистальной вет-
ви артерии. Положение катетера проверяется по изменению дав-
ления; от давления в легочной артерии до «заклиненного» давле-
ния. При идеальных условиях проведение катетера с надутым
баллоном от правого предсердия до заклиненного положения
может занять не более 1 мин. Во время введения полностью наду-
тый баллон закрывает твердый кончик катетера, равномерно рас-
пределяя давление по широкой области эндокарда. Таким образом,
конструкция катетера предотвращает возникновение преждевре-
менных сокращений желудочка (ПСЖ), которые часто происходят
при раздражении эндокарда правого желудочка или зоны трех-
створчатого клапана. Как только катетер заклинится, производят
запись ДЛКК, и баллон спускается. При этом становится возмож-
ным непрерывное наблюдение сигналов ДЛА. Катетер обычно
157
пришивается к коже в зоне введения, после этого накладывается
защитная накладка с антибиотиковой мазью.
По существу относительно наблюдений ДЛА и ДЛКК можно
высказать те же самые соображения, что и относительно наблю-
дений ЦВД, которые мы обсуждали ранее. Постоянный медлен-
ный поток гепаринизированного водного 5%-ного раствора глюко-
зы или физиологического раствора обеспечивает работоспособ-
ность системы. Расположение преобразователя в среднем вспомо-
гательном канале обеспечивает состоятельность измерений. Влива-
ние растворов в канал (автоматическое или ручное) производится
при давлении, которое должно несколько превышать наивысшее в
легочной артерии. Преобразователь, резервуар для вливаемой жид-
кости и канал ДЛА могут прикрепляться к описанной ранее стойке
для вливаний. Очень важно аккуратно пометить каналы, особенно
на самой стойке для вливаний, что позволит предотвратить ошиб-
ки при введении медикаментов или при отборе проб крови.
Ограничения, накладываемые на наблюдения ДЛА и ДЛКК.
Мы уже много говорили о полезности ДЛА и ДЛКК для точных
измерений характеристик и возможностей левого желудочка.
Существуют, однако, некоторые существенные ограничения на при-
менение этого метода, которые мы должны указать. При наличии
помех (например, митрального стеноза) точность измерения этих
показателей может ухудшиться. Кроме того, введение катетера
может создать опасность для пациентов с тяжелым кардиогенным:
шоком или с малой скоростью потока в правой части сердца. При
наличии легочной артериальной гипертонии (например, острой
или хронической), связанной с расширением правого желудочка и
легочной артерии, введение катетера является более сложной за-
дачей. Были отмечены случаи, когда во время введения плавающе-
го катетера у пациентов с тяжелой гипертонией легочной артерии
происходила перфорация этой артерии. В этих случаях происходил
разрыв легочной артерии и альвеол во время заклинивания кате-
тера вследствие прямого воздействия высокого давления в сосу-
дистой системе. Аневризм или расширение самой легочной арте-
рии вследствие хронически высокого давления также следует
считать опасными факторами.
Возможные осложнения и меры их предотвращения. Перфора-
ция легочной артерии при использовании плавающего катетера
Свана — Ганца” происходит крайне редко, большей частью, когда
пациент страдает легочной гипертонией или когда встречаются
отклонения от предписанной методики. Если, например, катетер
вводят в легочную артерию с неполностью надутым баллоном, то
его кончик может проткнуть стенку сосуда, что вызовет серьезное
кровотечение. В литературе не отмечены случаи, когда смерть
пациента наступала именно по этой причине, но персонал должен
знать основные признаки перфорации легочной артерии и сопутст-
вующего разрушения альвеол: кровохарканье, прослушивание
пенящихся хрипов над этой областью, одышка и пониженное дав-
ление крови. В некоторых случаях пациент сначала жалуется на
158
Ьщущение наличия пузырей в трахее и на сладковатый привкус во
рту. Таким образом, очевидно, что ситуации, приводящие к увели-
чению давления в области этой малой легочной артерии, «подго-
тавливают» разрушение сосудов.
Другим важным осложнением является повреждение легких.
И в этом случае возникающие трудности часто связаны с непра-
вильным применением метода или с непреднамеренным заклинива-
нием кончика катетера. Если для надутия баллона используется
воздух, то сразу же после записи результатов его необходимо вы-
пустить. В противном случае примерно через 3 мин. уменьшится
поток крови в затрагиваемую зону легких, что приведет к ишемии
и повреждению легких. Вероятность возникновения такой ситуа-
ции можно уменьшить, используя для надувания баллона вместо
воздуха СО2. Так как СО2 обладает большей способностью к диф-
фузии, чем воздух, то он будет диффундировать через стенки бал-
лона, а это приведет к уменьшению диаметра баллона со ско-
ростью приблизительно 0,5 мм/мин.
Ранним признаком того, что кончик катетера заклинился не-
правильно из-за невнимательности или неосторожности, является
исчезновение систолических (диастолических) колебаний, когда
катетер находится в легочной артерии. Если это случилось, то
врач должен вытащить катетер на несколько сантиметров, пока
эти колебания вновь не станут заметными. Существуют и другие
симптомы повреждений легких, аналогичные (хотя, возможно, они
и менее серьезны) симптомам эмболии легких: острая боль, сухой
кашель, при котором может выделяться розовая мокрота, и
одышка.
Разрушение баллона и воздушная эмболизация могут пред-
ставлять опасность для пациентов, имеющих циркуляционный шунт
между правой и левой частями сердца, который может существо-
вать при дефектах предсердных или желудочковых перегородок.
В этом случае для наполнения баллона используется СО2, так как
он обладает большой способностью к диффузии. Так как размеры
баллона малы, то необходимо проявлять осторожность, чтобы
из-за невнимательности не повредить его во время надувания.
В баллон должно быть введено только такое количество воздуха,
которое необходимо для получения на дисплее монитора изобра-
жения кривой давления в заклиненном катетере. Ни при каких
обстоятельствах нельзя превышать объем воздуха, указанный на
катетере. Необходимо всегда очищать баллон полностью перед
тем, как подавать в него воздух. Интересно, что даже при разру-
шении баллона данные о давлении в легочной артерии могут быть
достоверными. Данные, полученные до разрушения баллона, мож-
но использовать для сравнения более ранних замеров в заклинен-
ном катетере с диастолическим давлением в легочной артерии.
Если они коррелируют достаточно хорошо, то последние значения
можно использовать, чтобы получить достаточно точную картину
функционирования левого желудочка.
159
1\4икроэмболизация и образование тромбов являются Осложне-
ниями, которые необходимо учитывать, особенно когда катетер
оставляют на месте на время более 72 ч. Обычно в этом случае
необходимо применять антикоагулянты. Признаки и симптомы
будут в первую очередь связаны с возникающими повреждениями
легких (это мы уже обсуждали ранее). При наличии циркуляцион-
ного шунта между правой и левой частями сердца воздушная
эмболизация или сгустки крови могут вызвать закупорку коронар-
ных артерий и повреждение других систем организма вследствие
закупорки артерий (например, головного мозга или почек), при-
чем любое из них может привести к катастрофическим последст-
виям.
Среди других опасных явлений можно отметить местную или
системную инфекцию и перекручивание или образование петель
на катетерной трубочке. Последнее обычно возникает во время
введения катетера. Возникновение перегибов можно обнаружить
с помощью флюорографии. Они могут возникнуть из-за введения
избыточного длинного катетера или катетера, который подвергся
разрушению во время хранения. Следовательно, каждый катетер
должен быть тщательно проверен перед применением. Каналы
легочных артерий обычно не используются для инъекций медика-
ментов. Однако в них можно вводить диагностические красители
при измерениях работы сердца.
Неожиданные осложнения, которые могут встретиться при на-
блюдении ДЛА и ДЛКК. Выше мы обсудили некоторые проблемы,
которые могут обусловить ошибки при измерении давления крови
или повлиять на безопасность пациента. К получению неточных
результатов может привести и демпфирование давления и воздей-
ствие некоторых артефактов, связанных с давлением.
Демпфирование давления представляет собой уменьшение
высокочастотных компонентов сигнала давления. В общем случае
оно приводит к искажению сигнала, и часто создается ситуация,
когда измеренное давление значительно ниже давления, которое
действительно воздействует на преобразователь. При этом могут
пропасть некоторые характерные признаки кривой давления, такие,
как дикротический зубец и резкий систолический пик. Рис. 9.14
иллюстрирует воздействие демпфирования во время наблюдения
v за давлением в легочной артерии.
Демпфирование давления почти всегда вызывается увеличен-
ным гидравлическим сопротивлением столба жидкости между пре-
образователем и кончиком катетера. Причиной может быть нали-
чие сгустков крови внутри самого катетера пли в другом сечении
канала (в периферическом проходе) или пережатие канала кате-
тера, когда он оказывается вблизи стенки сосуда. Кроме того,
сопротивление могут создавать пузырьки или перегибы, образо-
вавшиеся в каком-либо месте системы. Следует всегда иметь в ви-
ду, что низкие показания ДЛА могут быть получены вследствие
как патологических явлений (неожиданная потеря крови), так и
демпфирования столба жидкости. Поэтому прежде чем отнести
160
лмт сигнала
п/гсны/па сиз аеилфи/забииии
Рис. 9.14. Типичные кривые, получаемые при возникновении демпфирования е
искажениями типа выбросов, и вид недемпфированной кривой
возникшие затруднения за счет демпфирования, необходимо про-
верить другие показатели давления, а также некоторые другие
факторы, которые могут указать на наличие патологии.
При отсутствии патологических явлений нужно предпринять
следующие меры. Во-первых, с помощью шприца, содержащего
10 см3 промывочного раствора из резервуара с гепаризированной
жидкостью, очистить канал, устранив из него жидкость. Никогда
нельзя просто проталкивать раствор, преодолевая сопротивление
в канале, так как это увеличивает возможность эмболизации или
повреждения легочной артерии. Когда станет очевидным, что жид-
кость удалена, промыть систему, используя примерно 10 см3 раство-
ра. Количество промывочного раствора можно изменять в зависи-
мости от состояния жидкостного баланса у пациента. Если канал
еще не будет очищен и во время промывки будет ощущаться сопро-
тивление, то нужно изменить положение пациента, чтобы устра-
нить близость кончика катетера к стенке сосуда. Врач может
слегка вытянуть канал. Если он был эффективно промыт, но демп-
фирование еще достаточно очевидно, проверить наличие пузырьков
или перегибов в линии. Если после промывки отмечается некото-
рое улучшение, то повторить эту процедуру. Когда все попытки
устранить демпфирование будут безрезультатными, то необходи-
мо изменить положение пациента и (или) кончика катетера (если
это еще не было предпринято). Если все попытки окажутся без-
результатными и данные о состоянии пациента искажены так, что
их нельзя использовать, то канал необходимо удалить. В качестве
последнего средства можно проверить соответствие, между исполь-
зуемой системой и вязкостью крови данного пациента, а также
6—2 161
Рис. 9.15. Схема поиска причин демпфирования линии
применение в системе излишне растяжимых или большого диа-
метра соединительных трубок. Схема на рис. 9.15 иллюстрирует
процесс поиска причин возникновения демпфирования в системе.
Артефакты, связанные с давлением. Персонал отделений интен-
сивной терапии должен знать два вида артефактов, которые всегда
встречаются при прямом наблюдении за давлением с помощью
преобразователей. Первый — это так называемые «биения», кото-
рые вызываются движением кончика катетера внутри исследуемого
кровеносного сосуда. Из-за наличия на кривой пиков и значитель-
ных колебаний измеренных значений в такой ситуации особенно
трудно получить точные значения диастолического давления. В за-
висимости от серьезности этого явления (колебаний кривой), врач
может оказаться в состоянии оценить диастолическое давление,
прибавив несколько единиц мм рт. ст. к искаженным вследствие
биений значениям. Если такая оценка его не устраивает, он может
попробовать немного вытащить катетер, что приведет к некоторо-
му улучшению.
Второй важный артефакт связан с движением соединительных
трубок между пациентом и преобразователем. В пределах, обеспе-
чивающих удобство и безопасность пациента, такие артефакты
можно устранить соответствующим образом расположив сами сое-
динительные трубки. На рис. 9.16 показаны эти наиболее распро-
страненные артефакты.
162
A/jmept/fr
a)
S)
Рис. 9.16. Кривая давления в легочной артерии (ЛА) (в середине), на которой
видны артефакты:
а — «биения» и изменения давления вследствие дыхания; б — связанные с движением соеди-
нительных трубок или с какими-либо ударами по стойке для вливаний
9.2.3. НАБЛЮДЕНИЕ ЗА ДАВЛЕНИЕМ В ЛЕВОМ ПРЕДСЕРДИИ
При все более широком применении в отделениях интенсивной
терапии наблюдения за ДЛКК можно было ожидать, что исполь-
зование прямой оценки давления в левом предсердции будет соот-
ветственно уменьшаться. Оба метода позволяют получить по су-
ществу одинаковую информацию о пациенте (конечное диастоли-
ческое или наполняющее давление в левом желудочке). Как и
ДЛКК, давление в левом предсердии характеризует способность
левого желудочка выносить нагрузку по перекачке объемов крови,
позволяющую, обеспечить оптимальный сердечный выброс в систе-
«* Ш
му кровообращения. Так как левое предсердие представляет собой
продолжение легочного капиллярного клина и в легочных венах
кет клапанов, то ДЛКК и давление в левом предсердии по сущест-
ву равны, но серии измерений более информативны и точны, чем
единичные. При обоих методах можно получить одни и те же фи-
зиологические показатели, хотя применение метода введения ка-
нюли в левое предсердие ограничено состоянием пациента.
Методы введения катетера и проведения наблюдений. Для
наблюдения за давлением в левое предсердие обычно вводят не-
большой катетер. Этот метод по существу используется в процес-
се операций на грудной клетке, когда катетер можно ввести через
разрез и надежно пришить к коже. В таких ситуациях следует
использовать очень маленький катетер, так как его необходимо
удалять из левого предсердия без хирургического вмешательства.
Следовательно, хирург может получить эти жизненно важные дан-
ные о пациенте только после того, как операция уже началась. При
более раннем введении плавающего катетера в легочную артерию
бригада хирургов может получить по существу ту же информацию
во время проведения анестезии; этот отрезок времени особенно опа-
сен для пациентов, уже находящихся в плохом гемодинамическом
•состоянии. Во время катетеризации сердца с диагностическими
целями в левое предсердие можно попасть из правого через пере-
городку. Эта процедура называется методом Брокенбраха. Можно
ввести катетер и через стенку левого желудочка и митральный
клапан или из периферической точки к восходящей аорте. Такие
методы обычно не показаны для долговременного наблюдения, так
как могут привести к желудочковому раздражению и летальной
.эмболии.
Как и при использовании других ранее рассмотренных методов,
канал левого предсердия должен иметь жесткое трубочное соеди-
нение между катетером и преобразователем; для обеспечения
работоспособности системы нужно, чтобы через нее медленно про-
текал гепаризированный водный раствор глюкозы или физиологи-
ческий раствор. На рис. 9.12 показано обычное размещение кате-
тера в левом предсердии. Персонал отделений интенсивной тера-
пии может правильнее оценить физиологические данные при
совместном наблюдении и отображении центрального артериаль-
ного давления, давления в левом предсердии или ДЛКК.
Возможные осложнения и меры их предотвращения. Воздушная
эмболизация даже при объеме воздуха менее 0,5 см3 может при-
вести к летальному исходу из-за относительной близости кончика
катетера к синусу Валсальва в восходящей аорте, от которой
отходят коронарные артерии. Поэтому любые попытки прочистить
линию левого предсердия должны предприниматься с самым тща-
тельным соблюдением всех предосторожностей. Конкретная мето-
дика прочистки линии аналогична методике прочистки линий
легочных артерий; однако практический работник в отделениях
интенсивной терапии всегда должен быть готов предотвратить за-
купорку сгустками крови коронарных или почечных артерий или
164
других участков системы кровообращения. Еще раз напомним:
если осторожные попытки отсасывания жидкости из линии не дают
результатов, т. е. поток крови не восстанавливается, то нельзя
предпринимать попыток силового промывания. Врачу необходимо
сообщить, может ли он манипулировать с каналом или должен
полностью извлечь его.
Преждевременная закупорка сгустками каналов левого пред-
сердия является, вероятно, наиболее широко распространенным
осложнением при использовании этого метода. Это не удивитель-
но, если учесть размеры внутреннего просвета катетера. Тогда,
когда это возможно, для продления функционирования этого кана-
ла нужно осуществлять автоматическое медленное вливание гепа-
ринизированного раствора.
Другое потенциальное осложнение связано с действиями, кото-
рые предусматривает данный метод. Катетер создает прямой путь
для попадания в эндокардиальную область загрязнений из
средостения и с поверхности тела. В дополнение к тщательному
проведению вливания раствора для обеспечения работоспособности
необходимо тщательно соблюдать стерильность во время выполне-
ния таких процедур, как смена покрытий и манипуляции с катете-
ром или грудной трубкой. В таких ситуациях пациенты всегда
должны быть обеспечены профилактическими антибиотиковыми
покрытиями.
Во время удаления этого канала персонал отделений интенсив-
ной терапии должен быть особенно внимателен: могут возникнуть
такие осложнения, как кровотечение и тампонаж сердца, а также
поломка или закупорка кончика катетера. Кроме того, прилипшие
к катетеру тромбы могут в этот момент оторваться, вызвав заку-
порку коронарных артерий или других участков системы кровооб-
ращения.
Как и при наблюдении за легочным артериальным давлением,
при наблюдении за давлением в левом предсердии с помощью
преобразователя могут встречаться те же электрические артефак-
ты и возможные осложнения, которые мы обсуждали ранее. Меры
по их предотвращению аналогичны рассмотренным. Точно так же
через этот канал никогда не вводятся никакие медикаменты,
кроме гепарина; чтобы предотвратить такие случайности, необхо-
димо применять точные и четкие обозначения.
9.2.4. НАБЛЮДЕНИЕ ЗА АРТЕРИАЛЬНЫМ ДАВЛЕНИЕМ
Как уже отмечалось, измерение артериального давления оправ-
дано в тех случаях, когда невозможно измерить давление крови с
помощью выслушивания или когда этот метод может привести к
искажению результатов, например во время шока системы крово-
обращения, который характеризуется малой работой сердца, гипо-
тонией или наличием обоих признаков сразу. Исследования докто-
ров Вайла и Шубина из Отделения шоковых исследований универ-
ситета Южной Каролины, показали, что громкость тонов Коротко-
165
ва во время шоковых состояний заметно изменяется. При таких
условиях протекание крови через частично закупоренные сосуды
вызывает искажение диастолических и систолических давлений.
Этого не наблюдается у пациентов с нормальным или гипертони-
ческим давлением крови. Лечение с помощью сосудосуживающих
средств, а также работа внутренних физиологических компенсатор-
ных механизмов, которая вызывает сужение периферических сосу-
дов, могут также привести к получению неточных результатов при
измерении давления с помощью прослушивания. Поэтому в кри-
тических ситуациях, когда все время присутствует угроза шока
системы кровообращения, используются прямые методы измере-
ния давления крови.
Вернемся к рис. 8.2, где показаны соотношения между давле-
ниями в центральной артериальной системе и временем. При на-
блюдении за пациентом, находящимся в шоковом состоянии, сред-
нее давление является более важной характеристикой, чем систо-
лическое или диастолическое. Его можно вычислить только тогда,
когда известны систолическое и диастолическое давления. Для
этого нужно сложить 1/3 систолического давления и диастоличе-
ское давление. Среднее давление ближе к диастолическому, так
как систола короче диастолы.
Наблюдение за артериальным давлением необходимо еще и по-
тому, что отображение на дисплее сигнала артериального давления
позволяет наблюдать предикротический и дикротический узлы,
которые характеризуют поведение клапана аорты. Наблюдая за
смещением этого клапана, можно заметить ранние изменения в его
работе, которые могут указывать на возможное образование тром-
бов или на неправильное функционирование самого клапана.
Методы введения катетера и наблюдения. Наблюдение за ар-
териальным давлением обычно осуществляется с помощью ма-
ленького короткого катетера, который вводят в периферическую
(обычно в радиальную) артерию. Для измерения давления в более
крупных центральных артериях можно использовать бедренную
артерию. Одним из важных факторов, влияющих на размещение
катетеров, является опасность ухудшения артериальной циркуля-
ции вдали от точки введения катетера. Серьезные осложнения
могут возникнуть из-за закупорки сгустками крови, образующи-
мися у кончика артериального катетера. Чем выше размещен ка-
тетер, особенно на руке, тем информативнее и полезнее получае-
мые результаты, но тем больше вероятность образования тромбов
в точке наблюдения или закупорки сосудов вдали от точки наблю-
дения.
Как и в других описанных ранее методах с применением пре-
образователя, артериальный канал должен быть надежно под-
ключен к преобразователю и к стойке для вливаний. Преобразо-
ватель, как и в других случаях, следует располагать на одном,
уровне с точкой, в которой проводятся измерения. Методы с приме-
нением водяного столба никогда не используются для прямого на-
166
блюденпя за артериальным давлением, так как уровень воды не
позволяет отражать значительных колебаний между систолическим
и диастолическим давлением. Для соединения катетера и преобра-
зователя используются жесткие трубки. Покрытия, предохраняю-
щие место введения катетера в артерию, применяются как для
того, чтобы обеспечить стерильность и механическую защиту, так
и для того, чтобы предотвратить преждевременное извлечение
канала. Обычно артериальный катетер пришивают к коже, затем
жесткая соединительная трубка сгибается в петлю и снова закреп-
ляется; это позволяет предотвратить приложение прямого вытаски-
вающего усилия в точке введения катетера. Нужно следить, чтобы
такая петля не мешала работоспособности канала, в противном
случае произойдет закупорка катетера и демпфирование кривой
давления.
Преобразователь подключается к усилителю и дисплею, на ко-
торый обычно выводятся и цифровые данные, и кривая. С по-
мощью специального переключателя на дисплей можно вывести
цифровые данные, которые обеспечивают точный отсчет систоличе-
ского, диастолического и среднего давлений. На экране монитора
можно наблюдать недемпфированную кривую давления. Кривые
в соответствующем канале должны быть аккуратно помечены, так
же должны помечаться линии, отводимые от пациента. На рис. 9.17
показаны некоторые типичные кривые артериального давления и
система считывания.
Возможные осложнения и меры их предотвращения. В дополне-
ние к сделанным ранее замечаниям относительно аккуратности и
безопасности необходимо обсудить некоторые меры предосторож-
ности, связанные с отбором крови для' измерения ее газового соста-
ва и для других целей через каналы наблюдения за артериальным
давлением. Чтобы получить хорошую пробу крови, не разбавлен-
ную гепаризированной жидкостью для вливаний, сначала необ-
ходимо образовать «мертвое пространство» в трубочке между
шприцем и артерией пациента. Кровь из этого «мертвого прост-
ранства» должна быть откачана не тем шприцем, который предназ-
начен для отбора пробы, а другим. Вслед за отбором крови для
анализа наполняется промывочный шприц на стойке для вливаний
и артериальная линия быстро очищается от крови, чтобы предот-
вратить образование сгустков. Чтобы уменьшить вероятность за-
грязнений и закупорки сгустками крови, не рекомендуется повтор-
но вводить жидкость, отведенную из «мертвого пространства».
В некоторых центрах требуется письменное указание врача, чтобы
выполнить эту операцию. Необходимо повторить еще раз, что коли-
чество жидкости, которое вводится для того, чтобы восстановить
или (и) поддержать работоспособность артериальных и других
каналов, должно быть минимальным. Для пациентов с очень огра-
ниченными резервами сердца граница между восстановлением
здоровья или смертью может определяться именно этим фактором.
Точные записи состояния жидкостного баланса пациента также
крайне важны.
167
Следует знать вид кривых артериального давления, особенно
при сердечных аритмиях. Нужно уметь оценивать кроме наличия
демпфирования и артефактов изменения, связанные с процессом
дыхания (особенно, если пациенту оказывается помощь в дыха-
нии), с экстрасистолами желудочков, тампонажем сердца, фибрил-
ляцией предсердий, дефектами клапана аорты и с ослабленной
работой сердца (с уменьшенным выбросом сердца).
Пациентов с действующими артериальными каналами нельзя
оставлять одних даже на короткое время, особенно, если они бес-
покойны или неспособны попросить о помощи. Если артериальный
канал где-нибудь отсоединится или если произойдет смещение
катетера, то пациент может пострадать от потери крови. Крово-
течение может быть очень серьезным, если пациенту были введены
антикоагулянты или если у него с самого начала была заметная
гиповолемия (уменьшенный объем циркулирующей крови). В са-
168
Рис. 9 17. Кривые давлений, которые обычно используются в отделениях интен-
сивной терапии:
« — график нормального артериального давления и ЭКГ; б — прерывистая работа кардио-
стимулятора и результирующие изменения в работе сердца; в —изменения давления в легоч-
ной артерии (ЛА) в процессе дыхания (запись на малой скорости); г — влияние преждевре-
менных сокращений желудочка (ПСЖ) на работу сердца; д — частые ПСЖ, переходящие
в желудочковую тахикардию и затем в фибрилляцию с глубоким провалом в работе сердца.
Все кривые были уменьшены, оии получены при скорости протяжки бумаги 25 мм/с
мом крайнем случае такое событие будет на время прерывать
наблюдение за давлением, при этом нельзя точно оценивать со-
стояние сердца. Ежечасно необходимо оценивать состояние ко-
нечностей, удаленных от точки введения катетера, прощупывая
пульс, оценивая цвет ногтевых лунок, температуру и наличие
отеков. Отек вероятнее всего может возникнуть из-за слишком
сильно сжимающих покрытий, а не из-за образований местных
тромбов или эмболизации. Особенно внимательно надо следить за
тем, есть ли пульс, нет ли жалоб на боль, не появилась ли блед-
ность и как возвращается кровь после нажатия. При обнаружении
любого из этих признаков необходимо немедленно оповестить
врача. Иногда могут происходить артериальные спазмы. Это так
же опасно для пациента, как образование сгустков. В этом случае
врач может ввести альфа-адренергетический блокирующий агент
(alpha adrenergic blocking agent), такой, например, как «Реджи-
169
тин» (RegitineR), для снятия спазм и улучшения потока кро-
ви. Это единственная ситуация, при которой в артериальный канал
могут быть введены какие-либо медикаменты, кроме гепарина.
Артериальный канал может быть снят либо врачом, либо мед-
сестрой; это зависит от порядков, установленных в данной боль-
нице. Должны быть приняты меры предосторожности, позволяющие
избежать кровоизлияния в окружающие ткани (что может способ-
ствовать образованию тромбов и уменьшению потока крови внутри
артерии). Когда катетер удален, тромбы, прилипшие к его стен-
кам, могут оторваться и закупорить удаленные или близлежащие
артериальные сосуды. После преднамеренного или незапланиро-
ванного извлечения катетера эту область в течение 15 мин необхо-
димо сильно прижать. Затем должна быть наложена давящая по-
вязка. Персонал должен продолжать проверять пульс в удаленных
участках и наблюдать за появлением признаков артериальной не-
достаточности в конечностях.
В данной главе были рассмотрены некоторые показатели, полу-
ченные прямым методом наблюдения за давлением. Они обеспечи-
вают полезные и обширные данные о физиологической адаптации
и реакции организма на проводимое лечение. Процедурные листы
(истории болезни) интенсивной терапии, в которых указываются
данные о давлении, используются в большинстве отделений, они
обеспечивают четкую документацию гемодинамического состояния
пациента в любой момент времени.
10
КАРДИОСТИМУЛЯТОРЫ И ДЕФИБРИЛЛЯТОРЫ.
СКОРАЯ МЕДИЦИНСКАЯ ПОМОЩЬ
Каждый год в США более полумиллиона людей становятся
жертвами сердечных приступов; еше больше людей получают
серьезные травмы в результате несчастных случаев. В процессе
лечения таких пациентов в специализированных отделениях боль-
ниц используются несколько типов приборов, среди которых важ-
ное место занимают кардиостимуляторы и дефибрилляторы. Де-
фибрилляторы и сердечно-легочная реанимационная аппаратура
необходимы и для спасения жизни пациентов в амбулаториях и
даже на месте происшествия несчастного случая.
В последние несколько лет электронные кардиостимуляторы
играют исключительно важную роль при спасении жизни и под-
держании жизнедеятельности сердечных больных, у которых
ухудшается работа сердечной системы. В зависимости от природы
сердечных расстройств пациента может оказаться необходимым
либо временное искусственное поддержание деятельности сердца
во время проведения лечения, либо постоянная стимуляция дея-
170
тельности сердца, необходимая для активной и продуктивной
жизнедеятельности после лечения.
Необходимость лечить больных с очень тяжелыми заболева-
ниями может возникнуть где угодно и в любой момент времени.
В действительности около половины сердечных приступов с леталь-
ным исходом происходит вдали от больниц, т. е. там, где отсутст-
вуют средства и аппаратура для спасения пациента. Статистика
позволяет сделать вывод, что если бы эти жертвы получили соот-
ветствующую помощь в течение 20 мин после начала приступа, то
большинство из них осталось бы в живых. Отделы общественных
служб многих органов местной власти в настоящее время создали
отделения скорой медицинской помощи, которые должны оказы-
вать такую экстренную помощь. Укомплектованные специально
подготовленным персоналом, эти отделения имеют на своем воору-
жении аппаратуру, аналогичную той, которая используется в спе-
циализированных отделениях больниц. Таким образом, персонал
имеет возможность устанавливать диагноз на месте происшест-
вия, .принимать меры по реанимации и предварительному лечению
жертв сердечных приступов и несчастных случаев.
В данной главе рассматриваются различные типы кардиостиму-
ляторов, дефибрилляторов и аппаратуры, используемой в машинах
скорой помощи. Приводятся описания приборов, сведения об основ-
ном назначении, о физиологических условиях, которые требуют их
применения, и методы использования.
10.1. РИТМ СЕРДЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
И ЕГО НАРУШЕНИЯ
• i J 1
Электрическая активность сердца уже была описана в гл. 5,
но краткий обзор основных сведений по этой теме будет полезен
для понимания необходимости искусственного регулирования сер-
дечной деятельности. Ритмическая деятельность сердца обусловли-
вается регулярно возникающими потенциалами действия (электро-
химическими импульсами), зарождающимися в естественном кар-
диостимуляторе, находящемся в синусном узле (СУ). Каждый сти-
мулирующий импульс распространяется через предсердие к атрио-
вентрикулярному узлу (АУ) (который располагается в перегородке
рядом с предсердно-желудочковыми клапанами), деполяризуя
предсердие. После небольшой задержки в АУ импульс быстро про-
ходит к желудочкам и деполяризует желудочковые мышцы.
Нормальный синусный ритм (НСР) зависит от непрерывного
периодического функционирования кардиостимулятора и целост-
ности нейронных проводящих путей. Любые изменения НСР на-
зываются аритмией (ненормальным ритмом). Если СУ временно
или постоянно выходит из строя вследствие болезни или врожден-
ного дефекта, то функцию возбуждения сердца могут взять на себя
кардиостимулятороподобные клетки, расположенные вблизи АУ;
при этом возникает так называемый атриовентрикулярный (узло-
вой) ритм. Однако при определенных условиях клетки проводящей
171
системы (идеовентрикулярный фокус) могут возбуждать желу-
дочки.
Аналогично и область в возбудимых желудочковых мышцах
может сделать попытку управлять сердцебиением. К сожалению,
возникновение атриовентрикулярного ритма и возбуждение идео-
вентрикулярного фокуса происходят значительно медленнее, чем
нормальное сердцебиение: 30... 50 удар/мин. В результате воз-
никает так называемая брадикардия (медленное сердце), при
которой сердце не может обеспечить достаточную циркуляцию
крови, необходимую для удовлетворения физических потребностей
организма. Во время переходного периода (от НСР к медленному
ритму) вследствие уменьшенного сердечного выброса могут на-
блюдаться головокружение и потеря сознания (обморок).
Блокада сердца бывает в тех случаях, когда проводящая сис-
тема не обеспечивает адекватную передачу возбуждающих импуль-
сов от предсердий к желудочкам. При блокаде первой степени
в АУ происходит избыточная задержка импульса; это приводит
к тому, что Р—R интервал превышает 0,2 с — нормальное значе-
ние для взрослого человека. При блокаде второй степени происхо-
дит полное, но возникающее лишь по временам пропадание воз-
буждающих импульсов, которое может происходить и в АУ. Пол-
ное и непрерывное пропадание импульсов называется блокадой
третьей степени. Такая блокада может происходить либо в АУ,
либо где-нибудь в проводящей системе. В этом случае желудочки
обычно продолжают сокращаться, но значительно медленнее
(40 удар/мин), что обусловлено установлением идеовентрикуляр-
ного ритма или тем, что из предсердий импульсы исходят только
периодически. При этих условиях, чтобы обеспечить ритм сердца,
достаточный для поддержания соответствующей циркуляции кро-
ви, обычно необходимо использовать искусственные методы стиму-
ляции.
10.2. КАРДИОСТИМУЛЯТОРЫ
Прибор, позволяющий генерировать искусственные стимулирую-
щие импульсы и подавать их на сердце, называется кардиостимуля-
торной системой (обычно просто кардиостимулятор), он состоит из
импульсного генератора и соответствующих электродов. Сущест-
вуют самые различные виды кардиостимуляторов. Имплантируе-
мые кардиостимуляторы могут быть имплантированы в организм
пациента, СУ которого функционирует неудовлетворительно или
который страдает от блокады сердца вследствие сердечного прис-
тупа. Имплантируемым кардиостимулятором называют такое
устройство, все системы которого находятся внутри тела пациента.
В противоположность ему внешний кардиостимулятор обычно со-
стоит из внешнего генератора импульсов, носимого пациентом и
подключенного к электродам, расположенным внутри миокарда
или на нем.
172
Внешние кардиостимуляторы используют для лечения пациен-
тов с временными нарушениями работы сердца, которые харак-
терны для больных с коронарными заболеваниями, включая и бло-
каду сердца. Их также применяют для временного лечения опре-
деленных аритмий, которые могут иметь место у пациентов во
время критических послеоперационных периодов или во время про-
ведения операций на сердце, особенно, если во время этих опера-
ций затрагиваются клапаны или перегородка.
При имплантации кардиостимулятора генератор импульсов
размещается в формируемом хирургом кармане ниже правой или
левой ключицы, в левой подреберной зоне или за левой или пра-
вой главными грудными мышцами у женщин. Кардиостимулятор
подключают к электродам, которые осуществляют непосредствен-
ный контакт внутри правого желудочка или на поверхности
миокарда. Точное расположение генератора зависит от типа ис-
пользуемых электродов, природы сердечной болезни и метода (ви-
да) возбуждения, который может быть предписан. Возбуждаю-
щие электроды и методы возбуждения рассматриваются в данной
главе. Генератор должен иметь
собственный источник энергии,
который способен обеспечить не-
прерывное функционирование в
течение нескольких лет. В типич-
ном имплантируемом генераторе
импульсов (рис. 10.1) есть шесть
аккумуляторов, электронные ком-
поненты и контакты для подклю-
чения электродов, которые заклю-
чены в надежный корпус из эпо-
ксидного материала, устойчивого
к воздействию жидкостей организ-
ма. На рис. 10.2, а показан ти-
пичный имплантируемый кардио-
стимулятор, а на рис. 10.2,6 —
5)
Рис 10.1 Типичный имплантируемый импульсный генератор
173
Рис. 10.2. Кардиостимулятор с экстра-
кардиальным электродом (а) и им-
плантированный кардиостимулятор с
экстракардиальными электродами,
введенными через правую вену (б)
Рис. 10.3. Портативный внешний кар-
диостимулятор. Пациент получает
временную стимуляцию с помощью
внешнего генератора импульсов и
внутривенного стимулирующего элек-
трода
Рис. 10.4. Внешний кардиостимуля-
тор, работающий в режиме по требо-
ванию; видны регулировки и выход-
ные клеммы
174
установка имплантируемого генератора и внутривенное введение
электродов в правый желудочек.
Внешние кардиостимуляторы обычно осуществляют контакт с
сердцем с помощью электродов, вводимых в правый желудочек
через сердечный катетер (рис. 10.3). Генератор импульсов можно
крепить к руке пациента, который прикован к постели, или в
средней части туловища амбулаторного пациента (рис. 10.3),
Внешний импульсный генератор показан на рис. 10.4.
10.3. МЕТОДЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ И ГЕНЕРАТОРЫ
ИМПУЛЬСОВ
И для имплантируемых и для внешних кардиостимуляторов
существует несколько возможных методов возбуждения. Два основ-
ных метода (рис. 10.5) используются в настоящее время чаще
всего: конкурентный и неконкурентный'4. Неконкурентный метод,
при котором используются генераторы импульсов с управлением
от желудочка или от предсердия, более популярен. Кардиостиму-
ляторы с управлением от желудочка работают в режиме либо по
требованию (подавление от зубца R), либо постоянном (включе-
ние зубцом R), кардиостимуляторы с управлением от предсердия
всегда синхронизируются с зубцом Р ЭКГ.
Первые (и простейшие) генераторы импульсов были асинхрон-
ными (несинхронизированными) устройствами или устройствами с
фиксированной частотой, которые генерировали импульсы с фикси-
рованным темпом (он задается врачом или медсестрой) и незави-
симо от естественной активности сердца. На рис. 10.2 показан
кардиостимулятор именно такого типа. Асинхронное возбуждение
Рис. 10.5. Методы возбуждения
175
называется конкурентным, так как импульсы с фиксированным
ритмом могут появляться одновременно с естественными возбуж-
дающими импульсами, генерируемыми сердцем, и, следовательно,
они должны конкурировать с ними при управлении деятельностью
сердца. Такая конкуренция в значительной степени устраняется
при использовании генераторов с управлением от желудочка или
от предсердия.
Кардиостимуляторы с фиксированной частотой иногда устанав-
ливаются пожилым пациентом, у которых синусный узел не может
обеспечить нужного возбуждения. Они также используются в ка-
честве временных устройств для определения амплитуды импульса,
которая необходима для возбуждения миокарда пациента до и во
время имплантации устройства с большим сроком службы. Эта
амплитуда называется порогом возбуждения. Хотя в имплантируе-
мых стимуляторах с фиксированной частотой неисправности воз-
никают реже, чем в более сложных, работающих в режиме по тре-
бованию или в постоянном режиме, время их непрерывной работы
на одних батареях (если это неперезаряжаемые аккумуляторы)
значительно короче.
Короткий срок службы батарей и конкуренция при управлении
работой сердца заставили специалистов разработать импульсные
генераторы с управлением от желудочка (R-запрещающие, рабо-
тающие по требованию). На рис. 10.4 показан внешний кардио-
стимулятор, работающий в режиме по требованию. Генератор им-
пульсов с разным управлением от желудочка при подключении к
желудочкам с помощью электродов способен ощущать наличие
(или отсутствие) естественного зубца R. Выход блока подавлен-
ного зубца R (требование) подавляется (на выходе не появляется
импульсов) в те отрезки времени, когда существует естественный
зубец R. Следовательно, выходной сигнал генератора подавляется,
когда сердце способно работать самостоятельно. Однако если
происходит остановка сердца или если естественный ритм стано-
вится ниже установленного на кардиостимуляторе (около
70 удар/мин), то генератор автоматически начнет подавать на
сердце выходной сигнал возбуждения с заданным ритмом после
защитного интервала. Таким образом, кардиостимуляторы с управ-
лением от желудочка и с подавлением способны возбуждать серд-
це по требованию. Некоторые внешние стимуляторы с режимом
работы по требованию можно настроить для работы в режиме с
фиксированной частотой с помошыо регулировок выбора вида
работы (такие регулировки хорошо видны на приборе, показан-
ном на рис. 10.4). Другие регулировки позволяют выбирать ритм
кардиостимулятора 30 ... 180 удар/мин, а также регулировать ампли-
туду выходных возбуждающих импульсов в пределах 0,1 ...20 мА.
Некоторые внешние кардиостимуляторы, работающие в режиме по
требованию, имеют индикатор пульса, стрелка которого откло-
няется во время возникновения каждого обнаруживаемого зубца R
или генерируемого стимулятором импульса. Переключатель «Вклю-
чено — выключено» в некоторых внешних кардиостимуляторах
176
имеет специальный механизм блокировки, который предотвращает
случайное выключение прибора.
Кардиостимулятор в режиме по требованию в отсутствие зуб-
цов R автоматически переходит в режим с фиксированной часто-
той. Для проверок во время или после имплантации кардиостиму-
лятор, работающий в режиме по требованию, намеренно устанав-
ливается в состояние, соответствующее режиму с фиксированной
частотой (обычно это делается с помощью магнита, поставляемого
вместе с прибором, который извне переключает прибор). Когда
кожный слой покроет кардиостимулятор, магнит переключает маг-
нитный переключатель, что не позволяет кардиостимулятору реа-
гировать на активность волны R. Это заставляет кардиостимулятор
работать в режиме с фиксированной (несколько завышенной)
частотой (примерно на 10 удар/мин выше, чем частота возбужде-
ния в режиме работы по требованию, которая заранее настраи-
вается в кардиостимуляторе). Для пациента с нормальным синус-
ным ритмом эту процедуру используют, чтобы убедиться, что
имплантируемый кардиостимулятор в режиме по требованию, у
которого в нормальном состоянии выходной сигнал подавлен,
способен при необходимости обеспечить подачу возбуждающих
импульсов. О наличии возбуждающих импульсов можно узнать
по ЭКГ. Возбуждающие импульсы проявляются на ней в виде
артефактов. Случайно они могут серьезно исказить запись QRS
комплекса.
Основную частоту возбуждения некоторых из применяемых ра-
нее имплацитируемых кардиостимуляторов (с фиксированной
частотой и работающих в режиме по требованию) можно было
изменять с помощью иглообразной отвертки (хирургической кож-
ной иглы Кейта), которая вводится подкожно для поворота регу-
лировки частоты возбуждения на генераторе импульсов. В некото-
рых ранее выпускавшихся кардиостимуляторах можно было уста-
навливать и амплитуду импульсов, используя ту же иглу. В более
современных кардиостимуляторах эти регулировки выполняются
с помощью кодированных импульсов, которые через магнитную
связь передаются в имплантируемый генератор с поверхности
кожи. Для настройки этого кардиостимулятора над имплантиро-
ванным генератором устанавливается специальное программирую-
щее устройство с прикрепленной к нему катушкой. Соответствую-
щие' регулировки на программирующем устройстве позволяют
передавать кодированные сигналы, которые вынуждают кардио-
стимулятор изменять основную частоту и амплитуду его импуль-
сов. В некоторых современных имплантируемых генераторах основ-
ная частота и амплитуда импульсов фиксированы.
Как объяснялось ранее, генераторы импульсов с запуском от
зубца R, как п устройства с подавлением от зубца R, также вос-
принимают каждый естественный зубец R. Однако такой кардио-
стимулятор формирует импульс при обнаружении каждого воспри-
нимаемого зубца R. Таким образом, этот генератор запускается, а
не подавляется каждым зубцом R. Возбуждающие импульсы по-
177
ступают на миокард во время абсолютного рефрактерного перио-
да, так что при нормальной деятельности сердца они не оказывают
на него никакого воздействия. Если естественный сердечный ритм
снижается ниже заранее определенного ритма кардиостимулятора,
то он автоматически начинает работать в синхронном режиме, воз-
буждая сердце в заданном ритме. Таким образом, этот кардиости-
мулятор при необходимости заменяет систему возбуждения сердца.
Возбуждение с помощью запускаемого от желудочка генератора
используется реже, чем возбуждение в режиме подавления. Нали-
чие возбуждающих импульсов от стимулятора такого типа можно
проверить по ЭКГ пациента, хотя некоторые режимы отображения,
в которых используется сильная фильтрация, могут исказить и
даже блокировать артефакты, связанные с возбуждением. В этом
случае следует зарегистрировать желудочковый комплекс, следую-
щий за пиком стимулятора, н сравнить его с рассматриваемым.
При полной блокаде сердца, когда предсердия могут деполяри-
зоваться, а импульсы не могут деполяризовать желудочки, можно
использовать Р-синхронизированные кардиостимуляторы. В этом
случае генератор импульсов с помощью проволочек и электродов
подключается и к предсердию и к желудочку. Предсердный элект-
род подводит импульсы предсердия к генератору, который форми-
рует импульсы для стимуляции желудочка, передаваемые через
желудочковый электрод. Таким образом, сердце возбуждается в
том ритме, какой задает естественный ритмоводитель. Когда ритм
СУ изменяется вследствие регулирующего воздействия блуждаю-
щего нерва или симпатического нейронного воздействия, то ритм
желудочка соответственно изменится, но при этом не превысит
некоторого максимального значения (около 125 удар/мин).
Импульсы, подаваемые непосредственно на сердце, обычно
прямоугольной формы длительностью 0,15... 3 мс в зависимости от
используемого типа генератора импульсов и потребностей пациен-
та. В зависимости от импульсного тока, необходимого для возбуж-
дения миокарда, амплитуды импульсов можно изменять в преде-
лах 5... 15 мА для взрослых пациентов, для детей необходима
меньшая амплитуда. Если при несчастном случае стимуляцию
сердца следует выполнить через грудную клетку, то необходимы
в десять раз большие амплитуды. Большой ток часто вызывает
болезненные ощущения и может вызвать ожоги и сокращения
грудных мышц и диафрагмы. Амплитуда импульса, необходимая
для навязывания искусственного ритма, зависит от его длитель-
ности. Например, чтобы возбудить миокард, импульс длитель-
ностью 2 мс должен иметь амплитуду только 3 мА, а импульс дли-
тельностью 0,8 мс — амплитуду 6 мА.
Амплитуда и длительность импульсов кардиостимулятора, вы-
зывающих возбуждение миокарда, зависит от качества электриче-
ского контакта между электродом и сердцем. При плохом контакте
возбуждение будет происходить при более высоких пороговых зна-
чениях.
178
Качество контакта между электродом и сердечной мышцей
влияет также на подавляющую способность стимулятора в режиме
по требованию или на его чувствительность. Хороший контакт
позволяет сохранять подавление на выходе кардиостимулятора при
меньших воспринимаемых зубцах R.
Функционирование генераторов импульсов можно проверить
специальным тестером. В одном из типов таких тестеров на нали-
чие Возбуждающих импульсов указывает мигание лампы в ритме
возбуждающих импульсов. В тестере другого типа на дисплей в
цифровой форме выводятся частота возбуждающих импульсов, их
длительность и интервал между ними. Этот тестер позволяет также
формировать импульсы, используемые для проверки подавляющей
способности кардиостимуляторов, работающих в режиме по требо-
ванию.
10.4. ВОЗБУЖДАЮЩИЕ ЭЛЕКТРОДЫ
Имплантируемые или внешние генераторы импульсов подсоеди-
няются к сердцу с помощью эндокардиальных или миокардиальных
(эпикардиальных) электродов. Во время проведения некоторых
хирургических операций могут использоваться электроды обоих
типов. Эндокардиальный электрод, называемый также катетерным,
вводится через вену внутрь сердца, как показано на рис. 10.2, б.
В общем случае, если электрод установлен правильно, то его конец
заклинивается в складках на вершине правого желудочка. При
временной установке катетер можно вводить через внутреннюю
вену предплечья и затем через подключичную вену в правый желу-
дочек. Другой возможный путь — через внешнюю яремную вену.
Миокардиальные электроды могут прикрепляться непосредст-
венно к передней поверхности сердца (рис. 10.6). Этот процесс
требует вскрытия грудной клетки, что позволяет пришить элект-
роды непосредственно к левому желудочку. При использовании
имплантируемых предсердных синхронных генераторов всегда не-
обходимы миокардиальные электроды, так как эндокардиальные
ненадежны при слежении за работой предсердия.
Для стимуляции сердца используются униполярные электроды,
у которых один электрод закрепляется на сердце или внутри, а
другой (опорный) — где-либо вдали от сердца, а также биполяр-
ные. у которых оба электрода размещаются на сердце или внутри
него. У некоторых типов имплантируемых генераторов импульсов
опорным электродом является пластинка нержавеющей стали, ко-
торая является одной стороной корпуса. Так как генерируемые
стимулирующие импульсы представляют собой короткие всплески
постоянного тока, то выходные клеммы некоторых внешних гене-
раторов импульсов поляризованы и обозначены знаками плюс и
минус. Нужно тщательно следить, чтобы электродная проволочка
на конце подсоединялась к отрицательной клемме. Перепутывание
полярности этих соединений может привести к нежелательным
электрохимическим эффектам на периферическом электроде, кото-
179
Рис, 10.6. Миокардиальные электроды, прикрепленные к желудочкам (а), и элек-
троды с генератором импульсов, имплантированным в брюшную полость (б)
рые повлияют на работоспособность прибора. Чтобы предотвра-
тить это, в большинстве имплантируемых стимуляторов применяют
ключевые разъемы, которые можно соединить только правильно.
Электроды стимуляторов с управлением от зубца R и восприни-
мают естественные импульсы, и передают стимулирующие им-
пульсы, только выполняют это в разные моменты времени.
10.5. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ
ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ
Выбор типа источника питания для генератора импульсов
определяется тем, является ли стимулятор внешним или имплан-
тируемым. В настоящее время большинство производимых внешних
генераторов получает питание от батарей, хотя все еще
эксплуатируются ранее выпущенные устройства, которые получают
питание от линий постоянного напряжения. Из-за необходимости
электрически изолировать пациента, у которого к сердцу подключе-
ны проволочные соединения, от любых возможных источников
токов утечки в линиях питания (см. гл. 3 и 18), а также из-за
портативности устройства с батарейным питанием являются более
предпочтительными. В имплантируемых генераторах обычно ис-
пользуются ртутные батареи, срок службы которых 2 ... 3 года,
после чего больному необходимо устанавливать новый генератор
импульсов. Понимая необходимость создания батарей с большим
сроком службы для кардиостимуляторов, работники промышлен-
ности разработали литий-йодистые батареи со сроком службы
5 лет. Сейчас разработаны генераторы с перезаряжаемыми бата-
реями, срок службы которых 10 лет.
18.0
Перезаряживаемый кардиости-
мулятор показан на рис. 10.7. Один
раз в неделю пациент надевает на
короткое время жилет, который га-
рантирует правильное расположение
заряжающей головки над импланти-
рованным генератором импульсов.
Батареи стимулятора заряжаются
за счет магнитной связи между за-
рядной головкой и стимулятором.
По окончании зарядки стимулятор
передает в зарядный блок сигнал.
Заряд раз в неделю обеспечива-
ет надежное питание стимулятора в
течение приблизительно 6 недель.
Другим достижением при реше-
нии проблемы имплантируемых ис-
точников питания явилось создание
генераторов с атомным источником
питания. В этих устройствах тепло,
выделяемое при распаде радиоак-
тивного плутония, преобразуется в
постоянный ток, который использу-
ется для питания кардиостимулятора. Эти устройства, по оценкам1
специалистов, имеют срок службы по крайней мере 10 лет; при этом
радиационная опасность для пациента пренебрежимо мала.
Такие источники излучения электромагнитной энергии, как СВЧ
печки, диатермические и электрохирургические установки н систе-
мызажигания автомобилей могут оказывать влияние на режим
работы имплантируемых или внешних кардиостимуляторов. При
определенных условиях такие электрические шумовые сигналы
могут быть достаточно сильными, чтобы имитировать R зубец в
стимуляторах, работающих в режиме по требованию, что приводит
к подавлению выходных сигналов. Некоторые имплантируемые-
устройства экранируются для того, чтобы минимизировать воздей-
181
Рис. 10.7. Перезаряжаемый им-
плантируемый кардиостимулятор
(а) и зарядный блок (б)
етвие внешних шумов. Тем не менее пациенты со стимуляторами,
работающими по требованию, должны остерегаться приближаться
к СВЧ печкам или к другим очевидным источникам электриче-
ских помех.
10.6. ДЕФИБРИЛЛЯТОРЫ
Как уже указывалось в данной главе, сердце способно выпол-
нять свою важную функцию по перекачке крови только при строго
синхронизированном действии волокон сердечных мышц. Быстрое
распространение потенциалов действия по поверхности предсердий
заставляет эти две камеры сердца одновременно сокращаться и
выталкивать кровь через два предсердно-желудочковых клапана в
желудочки. После критической временной задержки мощные же-
лудочковые мышцы синхронно возбуждаются и прокачивают кровь
через большой и малый круги кровообращения. Нарушение синхро-
низма называется фибрилляцией. Во время фибрилляции вместо
нормальных ритмических сокращений предсердий или желудочков
появляются быстрые нерегулярные судорожные подергивания мы-
шечных стенок. Фибрилляция предсердных мышц называется
предсердной, желудочков — желудочковой.
При предсердной фибрилляции желудочки еще могут функцио-
нировать нормально, но они откликаются с нерегулярным ритмом
на несинхронизированную электрическую стимуляцию из фибрил-
лирующихся предсердий. Так как большая часть крови перетекает
в желудочки до сокращения предсердий, то в желудочках еще на-
ходится кровь, которую они должны перекачивать. Таким образом,
даже при предсердной фибрилляции циркуляция еще сохраняется,
хотя она и не так эффективна. Однако ощущения, возникающие
при фибрилляции предсердий и при нерегулярной деятельности
желудочков, неприятны и могут травмировать психику пациента.
Желудочковая фибрилляция значительно более опасна, так как
при этом желудочки становятся неспособными перекачивать кровь,
.и если фибрилляция не устраняется, то обычно через несколько
минут наступает смерть. К сожалению, фибрилляция, если она на-
чалась, сама по себе не прекращается. Поэтому пациент, у кото-
рого подозревают возможность возникновения желудочковой фиб-
рилляции, должен находиться под непрерывным наблюдением,
чтобы можно было немедленно оказать помощь при возникновении
опасности. Это является одной из причин применения кардиомони-
торов, которые описаны в гл. 11.
Механические методы (массаж сердца) дефибрилляции исполь-
зовались в течение многих лет. Однако наиболее успешным и эф-
фективным методом является подача электрического разряда в
область сердца. Если на короткое время подать (и затем снять)
ток, достаточный для одновременной стимуляции всей мускулату-
ры сердца, то все волокна сердечных мышц вступят в рефрактер-
ные периоды одновременно, после этого может возобновиться нор-
мальная деятельность средца. Открытие этого явления привело к
182
I
широкому распространению дефибрилляции, осуществляемой путем
подачи коротких (0,25 ... 1 с) импульсов переменного напряжения
порядка 6А с частотой 60 Гц к груди пациента с помощью соот-
ветствующих электродов. Такое применение электрического разря-
да для повторной синхронизации (ресинхронизации) сердца иногда
называют противотоком. Если состояние пациента не изменяется,
то подача импульсов повторяется до тех пор, пока не произойдет
дефибрилляция. Этот метод называется дефибрилляцией перемен-
ным током.
Дефибрилляторам переменного тока свойственны некоторые не-
достатки. Часто для устранения желудочковой фибрилляции тре-
буется несколько попыток. Более того, дефибрилляция переменным
током не снимает предсердную фибрилляцию. На практике попыт-
ка снять предсердную фибрилляцию с помощью этого метода часто
приводит к возникновению более серьезной желудочковой фибрил-
ляции. Поэтому дефибрилляция переменным током больше не ис-
пользуется.
Примерно в 1960 г. несколько экспериментаторов начали изу-
чать дефибрилляцию постоянным током. Было испытано много
различных схем и видов сигнала, пока в конце 1962 г. доктор
Бернард Лоун из Гарвардской школы общественного здоровья и
Петер Бент из Госпиталя Врайама не разработали новый метод
дефибрилляции постоянным током, который в настоящее время
широко вошел в практику. Конденсатор заряжается до высокого
постоянного напряжения и затем быстро разряжается через элект-
роды, наложенные на грудь пациента (см. гл. 3).
Было установлено, что дефибрилляция постоянным током более
эффективна, чем дефибрилляция переменным током, не только
для снятия желудочковой фибрилляции, но и предсердной, а также
других типов аритмий. При дефибрилляции постоянным током не-
обходимо меньше повторений этих операций, а значит и вероят-
ность нанесения вреда пациенту меньше. Типичный дефибриллятор
постоянного тока (рис. 10.8) содержит дефибриллятор, электро-
кардиоскоп и кардиостимулятор.
В зависимости от установки ручки регулировки энергии дефиб-
риллятора энергия, высвобождаемая при разряде конденсатора,
меняется в пределах 10...400 Вт-с (Дж). Длительность эффектив-
ной части разряда приблизительно 5 мс. Выделяемую энергию
можно охарактеризовать типичной кривой разряда, показанной на
рис. 10.9 в виде временного графика тока, протекающего через
грудную клетку. Площадь под кривой пропорциональна выделяе-
мой энергии. Можно заметить, что максимальное значение тока
равно приближенно 20 А и что кривая по существу монофазна, так
как большая ее часть находится выше оси. В дефибрилляторе ис-
пользуется индуктивная катушка, которая позволяет сформировать
импульс необходимой формы и устранить нежелательный пик, кото-
рый появляется в начале разряда.
Однако даже при дефибрилляции постоянным током сущест-
вует опасность повредить миокард или стенки грудной клетки, так
183
Рис. 10.8. Дефибриллятор постоянного тока. Этот портативный прибор содержит
дефибриллятор, электрокардиоскоп и кардиостимулятор
как используемое при этом напряжение может достигать 6000 В.
Чтобы уменьшить такой риск, в некоторых дефибрилляторах фор-
мируется двугорбый импульс большей длительности (приблизи-
тельно 10 мс) со значительно более низким максимальным напря-
жением (рис. 10.10). При использовании импульсов такой формы
эффективная дефибрилляция у взрослых может наступить при мень-
шей энергии (50 ... 200 Вт-с).
Эффективную дефибрилляцию при малых напряжениях можно
осуществить, подавая усеченный импульс напряжения (рис. 10.11).
Амплитуда этого импульса относительно постоянна, а его длитель-
ность можно изменять, что позволяет обеспечить необходимую
энергию.
Чтобы большой разрядный ток смог пройти через кожу, исполь-
зуются большие электроды — лопатки. Они имеют металлические
диски, диаметр которых для наружного (трансторакального) при-
менения 8 ... 10 см. Для внутреннего применения (прямой контакт
с сердцем) или для детей используются лопатки меныпих разме-
ров. При внешнем применении пара электродов крепко прижимает-
ся к грудной клетке пациента. Для предотвращения ожогов между
поверхностью электродов и кожей наносится слой проводящей
пасты или прокладывается пропитанный солевым раствором мар-
левый тампон (последнее предпочтительней). Если проводящая
184
Рис. 10.10. Двугорбый монофазпый
разрядный импульс дефибриллятора
Рис. 10.11. Усеченный разрядный им-
пульс дефибриллятора
паста накладывается на лопатки до установки электродов, то<
необходимо следить, чтобы при наложении электродов не образо-
валась проводящая перемычка между лопатками (это может
случайно произойти при смещении электродов). Если это случит-
ся, то дефибрилляция может быть безуспешной. При использова-
нии любых указанных выше проводящих материалов необходим»
следить, чтобы они не высыхали при повторных разрядах.
- Для защиты человека, накладывающего электроды, от случай-
ного электрического удара применяют специальные изолированные-
лопатки, на одну из которых или на обе устанавливаются выклю-
чатели в виде кнопок, нажимаемые большими пальцами рук.
Разряд дефибриллятора происходит только тогда, когда лопатки
займут правильное положение. Такое устройство защищает па-
циента или других людей от электрического удара при прежде-
временном случайном включении дефибриллятора. В более ранних
моделях вместо такого устройства использовался ножной включа-
тель. Но при напряженной обстановке, которая связана с несчаст-
ным случаем, кто-либо может случайно наступить на ножной
включатель до того, как лопатки правильно установлены, поэтому
расположение выключателей на лопатках предпочтительнее.
Существуют самые различные методы зарядки дефибриллятора
(или его перезарядки после использования). В некоторых дефиб-
рилляторах, например, процесс зарядки выполняется с помощью
185
переключателя «Зарядка» (или кнопки), установленного на перед-
ней панели прибора. В более современных моделях переключатель
зарядки располагается на ручке одной из лопаток. В некоторых
дефибрилляторах процесс зарядки автоматически начинается сразу
же после разряда. Какой бы метод ни применялся, важно, чтобы
специалист, применяющий дефибриллятор, точно следовал инструк-
ции изготовителя, только это гарантирует безопасность при ис-
пользовании прибора. Кроме того, чтобы обеспечить безопасность
медицинского персонала, который будет сразу же оказывать
помошь пациенту, применяющий дефибриллятор должен устно
заявить, что дефибриллятор сейчас будет разряжен.
Два электрода дефибриллятора, накладываемые на грудную
.клетку, называются передней-передней или передней-задней лопат-
ками. При использовании передней-передней пары лопаток, обе
они накладываются на грудную клетку. Передпяя-задняя пара
лопаток накладываются так, чтобы одна из них была на груди
пациента, а вторая на спине, при этом энергия будет проходить
через сердце. Этот метод наложения позволяет лечить аритмии,
которые возникают в результате нарушения деятельности пред-
сердий. Передняя-задняя пара лопаток состоит из уже описан-
ной передней лопатки и плоской задней, у которой диаметр
электрода больше. Внутренние лопатки, как уже говорилось
ранее, можно накладывать непосредственно на миокард (во время
операций на открытой грудной клетке), а также на грудь ребенка.
Такие лопатки имеют плоскую форму и обычно изготовляются не-
скольких размеров диаметром 5 ... 10 см. При их использовании
энергия, необходимая для дефибрилляции, может изменяться в
пределах 10... 50 Вт-с. Диаметр электродов специальных педиат-
рических лопаток 2 ... 6 см. Внутренние лопатки стерилизуют либо
методом газовой стерилизации, либо в автоклавах.
В большинстве дефибрилляторов устанавливают измеритель
энергии (в ватт-секундах или джоулях), который указывает коли-
чество энергии, запасенной в конденсаторе до разряда. Однако
в некоторых дефибрилляторах это не гарантирует, что все это коли-
чество энергии будет передано пациенту. Некоторая часть энергии
(которая указана на измерителе) теряется или рассеивается в виде
тепла в компонентах (главным образом в индуктивных катушках
прибора и в меньшей степени на переходе электрод — кожа). В ре-
зультате пациент всегда получает меньше энергии. Например, спе-
циалист может настроить дефибриллятор так, чтобы пациенту
передавалась энергия 300 Вт-с (по показаниям измерителя).
Однако реально переданная энергия лишь 240 Вт-с, т. е. теряется
20% энергии. В некоторых дефибрилляторах потери могут дости-
гать 40% и более. Этот недостаток некоторых дефибрилляторов
затрудняет точное определение энергии, необходимой для прове-
дения различных противошоковых процедур. Для таких дефибрил-
ляторов инженер или техник по биомедицинскому оборудованию
может подготовить таблицы или схемы для точного определения
передаваемой энергии.
186
| В последние годы появились дефибрилляторы, у которых пере^
I даваемая пациенту энергия практически равна тому значению, на
I которое настраивается прибор. Формы импульсов на выходе таких.
I приборов показаны на рис. 10.10 и 10.11.
I Так как при дефибрилляции в организм передается большое
количество энергии, то генератор импульсов имплантируемого*
кардиостимулятора, расположенный непосредственно под лопаткой
дефибриллятора, может быть поврежден во время разряда. Кроме-
того, любой бугорок под кожей может уменьшить эффективную,
к поверхность зоны контакта лопатки с кожей и увеличить опасность.
В ожога. Поэтому необходимо избегать размещения лопатки непо-
средственно над генератором импульсов или вблизи него.
к При возникновении желудочковой фибрилляции на ЭКГ появ-
Вляются нерегулярные сигналы малой амплитуды, в которых отсут-
I ствуют зубцы Р, комплексы QRS и зубцы Т. Как объяснялось.
I ранее, если в течение нескольких минут после наступления фибрил-
I ляпии не будет произведена дефибрилляция, то наступают серьез-
| ные повреждения мозга или смерть. Следовательно, пациент дол-
I жен получить дефибрилляторный разряд так быстро, как только
I это возможно на практике. Так как при желудочковой фибрилляции
[ нормальные сигналы ЭКГ отсутствуют, то никаких попыток син-
I хронизовать дефибрилляторный разряд с ЭКГ пациента не пред-
| принимают.
I Дефибрилляторы используются также для перевода других по-
I тенциально опасных аритмий в нормальный сердечный ритм или в.
F такой ритм, которым легко управлять. Этот процесс называется
* кардиоверсией. Для этой процедуры обычно используются перед-
няя— задняя пара лопаток. Разряд дефибриллятора можно ис-
пользовать, например, для преобразования тахикардии (аритмия,,
быстрое сердце) в нормальный ритм. В отличие от ЭКГ при желу-
дочковой фибрилляции, ЭКГ при тахикардии, содержит комплекс
' QRS. Чтобы избежать возможности возникновения желудочковой
< фибрилляции из-за подачи импульса постоянного тока при кардио-
ь версии, разряд должен быть синхронизован с ЭКГ. Оптимальными
I для разряда являются моменты времени в течение или сразу же-
г после спадающего фронта зубца R, когда сердце находится в абсо-
'' лютно рефрактерном периоде (см. гл. 5). Такая синхронизация
гарантирует, что противоток не наступит во время, соответствую-
щее середине зубца Т, которое называется периодом уязвимости
сердца. В течение этого времени, так как сердце находится в отно-
сительно рефрактерном периоде, оно может быть подвержено же-
лудочковой фибрилляции при введении искусственной стимуляции.
В самых современных дефибрилляторах предусмотрены средст-
ва синхронизации разрядного импульса с ЭКГ пациента. Сигнал.
ЭКГ подводится к усилителю либо от монитора для наблюдения
за пациентом, либо от электрокардиографа. В некоторых случаях:
электроды для снятия ЭКГ от пациента подключаются непосред-
ственно к усилителю. При соответствующей программе дефибрил--
187
лятор будет разряжаться только в необходимых участках кривой
ЭКГ. Включение переключателей на лопатках, наложенных на
пациента, приведет к разряду дефибриллятора при следующем по-
явлении зубца R.
10.7 МАШИНЫ СКОРОЙ ПОМОЩИ
Необходимость обеспечения немедленной круглосуточной ме-
дицинской помощи жертвам сердечных приступов и несчастных
•случаев обусловила создание службы скорой помощи, основным
элементом которой являются машины скорой помощи. Укомплек-
тованные персоналом, который имеет подготовку для оказания
первой помощи и для применения методов сердечно-легочной реа-
нимации, эти машины снабжены приборами и медикаментами,
аналогичными тем, которые используются в специализированных
•отделениях больниц. Так как эти машины связаны по радио с по-
лицией и пожарной службой, а также с больницами, то они
способны появиться на месте происшествия через очень короткое
время. Обычно сразу же по прибытии с помошью портативного
электрокардиографа (часто с осциллографическим дисплеем)
быстро производится оценка ЭКГ пациента и его пульса. При
наличии признаков остановки сердца или легочной недостаточности
приступают к сердечно-легочной реанимации. После того как произ-
ведена очистка дыхательных путей и обеспечено дыхание с по-
мощью приборов, может оказаться необходимым проведение
дефибрилляции или кардиоверсии с помощью портативного
дефибриллятора, а затем временной стимуляции с помощью порта-
тивного кардиостимулятора. Некоторые приборы, такие, например,
как показанный на рис. 10.8 дефибриллятор, могут выполнять три
функции: наблюдение за ЭКГ на экране дисплея, дефибрилляция
(или кардиоверсия) и стимуляция сердца. О состоянии пациента
можно затем сообщить по радио в специализированное отделение
•ближайшей больницы и его ЭКГ с помощью телеметрии (смотри
п. 13.3.3) передается на дисплей в этом отделении и на регистри-
рующую аппаратуру. Через короткий интервал времени, после того
как поставлен диагноз, переданные из больницы по радио инструк-
ции могут потребовать введения определенных лекарств или ис-
пользования дополнительных методов реанимации пациента. Если
у пациента остановилось сердце и он не может дышать, то адекват-
ная циркуляция крови может поддерживаться с помощью механи-
ческих средств сердечно-легочной реанимации. Если пациент спо-
•собен выдержать транспортировку в больницу, за его жизненно
важными функциями можно наблюдать с помощью соответствую-
щего оборудования, находящегося в машине скорой помоши. Таким
образом, пациенты с тяжелыми поражениями могут вовремя полу-
>чать специализированную помощь вдали от больницы.
188
11
ПРИБОРЫ В ОТДЕЛЕНИЯХ
ИНТЕНСИВНОЙ ТЕРАПИИ
Необходимость наблюдения за пациентами понимали в течение
столетий. Круглосуточное дежурство медсестер у постели тяжело-
больных пациентов было типичным. Но только в последние годы
была разработана и стала выпускаться достаточно надежная и
точная аппаратура, которую можно широко использовать для на-
блюдения за пациентами. Медсестры еще присутствуют в палате,
но их роль существенно изменилась. Теперь они имеют в своем
распоряжении мощные средства получения и обработки информа-
ции о пациентах, находящихся под их наблюдением, что позволяет
им лучше обслуживать большее число пациентов и правильно реа-
гировать на внезапные осложнения. Так как мониторная аппара-
тура немедленно подает сигнал тревоги при возникновении некото-
рых отклонений от нормальной деятельности сердца пациента, врач
или медсестра могут помочь до того, как возникнут постоянные
серьезные осложнения. Своевременное предупреждение и выдача
такой информации, как ЭКГ, до, во время и после возникновения
сердечных осложнений позволяет быстро ввести пациенту правиль-
но подобранные лекарства. В некоторых случаях и этот процесс
автоматизирован.
Даже сами врачи не всегда могут прийти к согласию относи-
тельно того, какие физиологические показатели следует отображать
при мониторном наблюдении. При выборе отображаемых показа-
телей необходимо тщательно взвесить требования к необходимому
лечению, к персоналу, стоимость, сложность и надежность аппара-
туры. Однако существуют определенные показатели, которые обес-
печивают жизненно важную информацию, их можно надежно из-
мерить при относительно небольшой стоимости. Например, вес
кардиомониторные устройства непрерывно измеряют ЭКГ, по кото-
рой легко определить ритм деятельности сердца. Сигналы ЭКГ
обычно отображаются на экране ЭЛТ и могут регистрироваться
на бумажной ленте.
Как отмечалось в гл. 1, понятие «интенсивная сердечная тера-
пия» имеет мало практического смысла без использования элект-
ронной аппаратуры, которая позволит непрерывно и надежно изме-
рять и отображать электрическую активность сердца. С помощью
кардиомониторов стало наконец возможным немедленно опреде-
лить возникновение опасных аритмий. В сочетании со стимулирую-
щей аппаратурой для восстановления нормальной деятельности
сердца при аритмии мониторная аппаратура позволяет теперь соз-
дать полную систему аппаратуры для предотвращения неожидан-
ной смерти в такой ситуации. Коронарная терапия, интенсивная
дыхательная терапия, обшемедицинские и хирургические отделе-
ния, отделения интенсивного наблюдения, лаборатории катетериза-
189
ции сердца (мы назвали здесь далеко не все) объединены в одну
категорию, которую обычно называют интенсивной терапией. Эти
отделения, так же как и некоторые другие диагностические или
лечебные отделения, такие как лаборатории испытаний под на-
грузкой и отделение посткоронарной терапии, имеют две общие
черты: они хорошо оснащены электронной аппаратурой; в них
работает персонал, который умеет с ней обращаться.
В отделениях интенсивной терапии мониторная аппаратура,
установленная около кровати каждого больного, обеспечивает из-
мерение и отображение на мониторе ЭКГ, пульса и других по-
казателей жизнедеятельности пациента. Кроме того, информация
от нескольких прикроватных установок обычно отображается на
центральном пульте медсестры.
Наряду с ЭКГ часто измеряются, отображаются на дисплее и
регистрируются различные давления крови. С помощью электриче-
ских приборов осуществляется наблюдение и за другими физиоло-
гическими показателями, например за температурой, параметрами
дыхания и сердечным выбросом. Обычно к таким приборам
предъявляются следующие требования:
1) точная работа в широком диапазоне значений! измеряе-
мого физиологического показателя; например, возможность точ-
ного измерения систолического давления крови в диапазоне
О ... 300 мм рт. ст.;
2) простота и прочность конструкции, чтобы ими мог пользо-
ваться персонал, не имеющий специальной технической подготов-
ки;
3) возможность наблюдения за несколькими параметрами одно-
временно, например ЭКГ, давлением крови и температурой; сов-
местимость с. другим используемым мониторным оборудованием;
4) наличие устройства подачи сигналов тревоги, которое можно
настраивать в соответствии с индивидуальными требованиями каж-
дого пациента;
5) малые стоимость и габариты.
В данной главе описаны различные элементы мониторной сис-
темы для интенсивной терапии, а также обсуждены некоторые
проблемы, часто возникающие при использовании аппаратуры
такого типа. Следует отметить, что здесь будет частично повторен
материал, уже рассмотренный в гл. 7, 9 и 10, но это делается на-
меренно, так как рассмотрение ведется с точки зрения описания
отделения интенсивной терапии.
11.1. ЭКГ МОНИТОР
При наблюдении за пациентом в отделении интенсивной тера-
пии почти во всех случаях первым и наиболее важным показате-
лем, за которым необходимо следить, является ЭКГ. Кроме на-
блюдения за сигналами ЭКГ большинство приборов регистрирует
также ритм сердечной деятельности пациента, который легко опре-
190
делить по электрическим сиг-
налам. Сигнал ЭКГ обычно
отображается на экране
ЭЛТ. так что персонал мо-
жет наблюдать его визу-
ально. Обычно ведется не-
прерывная запись сигналов
на бумажную ленту.
ЭКГ монитор (рис. 11.1)
может выполнять несколько
полезных п необходимых
функций, связанных с соот-
ветствующим лечением па-
циента (они описаны далее).
Монитор должен иметь не-
обходимые органы управ-
ления и регулировки, что
Рис. 11.1. ЭКГ монитор
позволяет ему выполнять эти функции и при нормальном ритме
деятельности сердца, и при самых различных сердечных арит-
миях.
11.1.1. ОТОБРАЖЕНИЕ ЭКГ
Основным требованием к пациентному монитору является точ-
ность отображения сигналов ЭКГ пациента; при этом отображение
должно быть свободным от артефактов и должно иметь достаточ-
ные размеры, чтобы его можно было увидеть с некоторого расстоя-
ния. Два наиболее широко распространенных типа дисплеев — дис-
плеи с затухающим изображением и дисплеи с памятью. Прибор
второго типа имеет многочисленные преимущества перед первым,
хотя он значительно дороже. Основные преимущества прибора
первого типа простота, небольшие габариты и меньшая стоимость.
Важно, чтобы изображение на экране дисплея было достаточно
ярким и чтобы его поверхность не была блестящей и отражающей;
это позволяет четко видеть отображаемые сигналы даже в хорошо
освещенном помещении.
11.1.2. АМПЛИТУДА ЭКГ
Типичная амплитуда ЭКГ на поверхности тела примерно 1 мВ.
Однако это значение существенно изменяется от пациента к па-
циенту. Для серьезно больных пациентов оно может снижаться
до 0,1 мВ или повышаться до 3 мВ. При измерении внутри сердца
можно получить и более высокие значения. Где бы ни измерялась
ЭКГ и какова бы ни была ее амплитуда, монитор для наблюде-
ния за пациентом должен принимать и отображать ее. Для изме-
нения размера изображения на экране в ЭКГ мониторе предусмот-
рена ручная регулировка, устанавливаемая на передней панели
прибора. Различные изготовители могут называть этот орган
191
управления по-разному (размер ЭКГ, усиление и чувствитель-
ность), но функции его одинаковы. Этот орган управления связан
также с устройством для подсчета пульса, при этом детектируют-
ся и подсчитываются только зубцы R, что и позволяет отображать
пульс.
11.1.3. СЕЛЕКТОР ОТВЕДЕНИЙ
Выбор вида отведений, с которых будет сниматься отображае-
мый сигнал, определяется медицинскими требованиями. Поэтому
возможности для выбора отведений могут изменяться от монитора
к монитору. Простейший монитор имеет только три провода для
подсоединения к пациенту. Выбор вида отведений, сигнал от кото-
рых будет выведен на экран, определяется расположением электро-
дов (подробнее об этом было сказано в гл. 7). Следовательно, если
два активных электрода закреплены на правой и левой руках,
а опорный — на правой ноге, то на экран будет выводиться ЭКГ
отведения I. Точно так же, если активные электроды закреплены
на правой руке и на левой ноге, то на экране будет выводится ЭКГ
отведения II. Чтобы избежать снятия и повторного закрепления
электродов, в некоторых мониторах предусмотрен переключатель
необходимого типа отведений, ЭКГ от которых должна быть ото-
бражена на дисплее. Таким образом, разместив на теле пациента
пять электродов, с помощью переключателя выбора отведений мы
получаем возможность изучать любое отведение в любой момент
времени.
Как показано на рис. 11.2, переключатель отведений обычно
располагается на передней панели прибора для удобства пользо-
вания. Однако в некоторых приборах этот переключатель не уста-
навливается в самом приборе, а монтируется на расстоянии,
вблизи пациента. Переключатель выбора отведений может иметь
ограниченное число положений, позволяя, например, выбирать
только отведения I, II и III.
11.1.4. СЧЕТЧИК ПУЛЬСА И СИГНАЛИЗАТОР ТРЕВОГИ
Большинство ЭКГ мониторов позволяет также следить и за
пульсом пациента. Обычно на каждое сердцебиение приходится
один QRS комплекс. Следовательно, подсчитывая число QRS комп-
лексов, можно определить пульс пациента. Большинство счетчиков
пульса (кардиотахометров) автоматические и не требуют никакой
настройки. Как только на экране монитора появляется ЭКГ соот-
ветствующего размера, счетчик подсчитывает число QRS комплек-
сов и выводит на дисплей пульс пациента. Значение пульса может
выводиться на цифровой дисплей (рис. 11.3, а) или показано на
обычном измерительном приборе (рис. 11.3,6). Преимуществами
цифрового индикатора пульса являются большая точность и удоб-
ство наблюдения как вблизи, так и на расстоянии.
Кроме определения ритма сердечной деятельности счетчик
пульса позволяет установить определенные критерии для подачи
192
сигнала тревоги. Так как пульс указывается в
ударах за минуту, то относительно просто ус-
тановить его верхнюю и нижнюю границы.
Если они превышены, то приводится в дейст-
вие автоматическое устройство подачи сигна-
ла тревоги, которое оповещает персонал о не-
обходимости вмешательства. Верхний и ниж-
ний пределы можно регулировать, что позво-
ляет устанавливать индивидуальные критерии
подачи сигнала тревоги для каждого пациен-
та. Если, например, нормальный пульс паци-
ента 64 удар/мин, то верхний предел можно
установить 80 удар/мин, а нижний 50 удар/мин.
Пределы пульса нельзя устанавливать слиш-
Рис. 11.2. Переключа-
тель выбора отведе-
ний
ком далеко от нормального значения. Если у пациента неожиданно
возникнет желудочковая тахикардия или блокада сердца, то тревога
может быть бесполезной. Для большинства пациентов с нормально
функционирующим сердцем значения 50 и 100 удар/мин для пода-
чи сигнала тревоги будут обеспечивать безопасность при минималь-
ном числе ложных тревог.
Для эффективности любого отделения интенсивной терапии
кардинальное значение имеет правильное функционирование
устройств подачи сигналов тревоги на основании ЭКГ или спиро-
метрических показателей и др. В обычных клинических условиях,,
когда системы подачи сигналов тревоги отключаются, жизненно'
важная информация становится относительно недоступной для
персонала. Так же, как каждого в училище для медперсонала учат
размещать кнопку для вызова медсестры так, чтобы пациент мог
легко до нее дотянуться, так и медперсонал отделений интенсивной
терапии обязан знать, как поддерживать работоспособность уст-
ройств подачи сигнала тревоги, связанных с пациентом.
7—2
193
11.1.5. ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ И МОНИТОРНЫЙ РЕЖИМ
РАБОТЫ ДИСПЛЕЯ
Дисплеи прикроватных пациентных мониторов можно использо-
вать в двух основных режимах работы. Первый — мониторный,
применяется тогда, когда необходимо лишь общее наблюдение за
электрической активностью сердца пациента и когда нет необходи-
мости в подробном анализе и в изображении деталей кривой ЭКГ.
Частотный диапазон прибора, осуществляющего наблюдение в мо-
ниторном режиме, ограничивается, чтобы уменьшить нежелательное
воздействие двух наиболее распространенных видов артефактов:
1) артефактов, вызванных движениями пациента, которые про-
являются в виде быстрых и случайных выбросов на отображаемом
сигнале ЭКГ. Помехи такого типа, если они будут возникать по-
стоянно и будут восприняты монитором, могут заставить сработать
счетчик пульса, что приведет к ложному высокому показанию счет-
чика пульса и к неоправданному срабатыванию устройства тре-
воги;
2) артефактов колебания опорного уровня, возникающих из-за
колебаний потенциалов между электродами и поверхностью тела.
Они проявляются в медленном перемещении вверх и вниз (назы-
ваемом блужданием) опорной линии отображаемого сигнала. Хотя
это и не приводит к включению сигнала тревоги, наблюдение за
сигналами ЭКГ затрудняется. Одной из проблем, связанных с этим
явлением, является трудность регистрации сигналов на бумажной
ленте. При блуждании опорной линии, регистрирующее перо само-
писца также будет блуждать по бумаге, достигая границ бумаж-
ной ленты и оставляя нечеткий след.
В диагностическом режиме монитор должен точно отображать
электрическую активность сердца пациента. В этом режиме частот-
ный диапазон монитора расширяется, что позволяет более точно
отображать все необходимые детали сигнала ЭКГ. На рис. 11.4 по-
казаны две записи стимулированной ЭКГ, которые показывают
различие записей при диагностическом и мониторном режимах
отображения.
Когда необходим подробный анализ ЭКГ пациента, следует
использовать диагностический режим отображения, например, что-
бы наблюдать повышение или подавление сегмента S—Т или чтобы
точно зарегистрировать функционирование кардиостимулятора.
Иначе будет получена неточная информация.
В большинстве случаев при непрерывном наблюдении прибор
должен быть включен в мониторном режиме. Это уменьшит число
ложных тревог, вызванных воздействием артефактов.
11.1.6. КАЛИБРОВКА ОТНОСИТЕЛЬНО 1 мВ
Одним из наиболее полезных, но в большинстве случаев редко
используемых органов управления монитора для наблюдения за
пациентом является кнопка или переключатель калибровки отно-
194
vwrfzi£)u-o/ffi*?s,/776/77£‘ Л0ям(/ю daarttyso m/ww
Рис. 11.4. Сигнал ЭКГ:
а —в диагностическом режиме; б — в мониторном режиме
сительно 1 мВ («Калибровка»). Как уже указывалось выше, ам-
плитуда ЭКГ пациента может изменяться. Чтобы получить пра-
вильно отображенную ЭКГ, необходимо подобрать соответствую-
щую амплитуду на экране. Но что делать, если отображаемый
сигнал недостаточно велик и его нельзя больше увеличить с по-
мощью ручки регулировки размеров ЭКГ? Может быть, неисправен
прибор, неправильно наложены отведения? Или, может быть, у па-
циента снимается ЭКГ с малой амплитудой? Для ответа на боль-
шинство из этих вопросов можно использовать калибровку относи-
тельно I мВ. При нажатии калибровочной кнопки на вход пациент-
ного монитора подается опорное напряжение 1 мВ. Если опорный
сигнал можно отрегулировать до соответствующего размера на
экране монитора, то монитор работает правильно и обеспечивает
необходимое усиление для отображения ЭКГ в приемлемом для
изучения размере. В таких случаях вероятнее всего затруднения
связаны с размещением отведений и (или) с малой амплитудой
ЭКГ. Основываясь на этом, персонал может принять необходимые
меры для исправления ситуации.
Кроме проверок типа «проходит — не проходит», которые мож-
но выполнить с помощью калибровочной кнопки, для определения
частотного отклика мониторной системы можно осуществить более,
сложные проверки, не рассматриваемые в данной книге.
11.1.7. ИНДИКАТОР ОТКЛЮЧЕНИЯ ОТВЕДЕНИЙ. ПОДАЧА
СИГНАЛОВ ТРЕВОГИ
В некоторых прикроватных мониторах используется относитель-
но новое устройство, называемое индикатором отключения отве-
дений. Проблемы, связанные с функционированием перехода между
7* 195
электродами и телом пациента и с исправностью или целостностью
отведений от пациента, часто встречаются при наблюдении за па-
циентом. Задачей индикатора отключения отведений является
проверка качества контакта между пациентом и аппаратурой и
указание того, является ли этот контакт плохим или предельно
допустимым. Так при возникновении затруднений можно быстро
определить природу и источник неправильного функционирования
ЭКГ монитора. Индикатор используется также для напоминания
персоналу, что пациенты временно отключены от своих мониторов
для прогулки или смены электродов. На это будет указывать инди-
катор тревоги. Необходимо следить за тем, чтобы устройство по-
дачи тревоги было повторно включено, так как оно обычно отклю-
чается во время смены электродов; в таких приборах отдельный
индикатор указывает также, включено или нет устройство подачи
сигнала тревоги.
11.2. ДЕФИБРИЛЛЯТОР/КАРДИОВЕРТЕР
Крайне важным прибором для спасения жизни в отделениях
интенсивной терапии является дефибриллятор. Хотя этот прибор
уже рассматривается в гл. 10, остановимся на некоторых вопросах
с точки зрения его использования в отделениях интенсивной тера-
пии. В отличие от рассматривавшихся до сих пор приборов, основ-
ным назначением дефибриллятора является вмешательство во вре-
мя желудочковой фибрилляции. Если не последует быстрого вме-
шательства, такая ситуация может оказаться смертельной, так как
сердечная мышца буквально «трепещет» вследствие широко рас-
пространяющегося электрического разряда клеток мышцы.
Большинство обычно используемых в отделениях интенсивной
терапии дефибрилляторов имеет в своем составе синхронизатор и
соответствующие приспособления для наблюдения за ЭКГ, что
дает возможность применять их для кардиоверсии — другого мето-
да, широко используемого в отделениях интенсивной терапии. В от-
личие от дефибрилляции, которая является методом спасения
жизни, кардиоверсия обычно применяется выборочно, при таких
специфических заболеваниях, как, например предсердная фибрил-
ляция. Так как такие пациенты имеют нормально синхронизирован-
ную желудочковую активность, то необходимо, чтобы разряд
электрического тока через грудную клетку был синхронизирован
с QRS комплексами пациента. Иначе может возникнуть желудоч-
ковая фибрилляция, если ток будет воздействовать на сердце в
период его уязвимости. Синхронизатор дефибриллятора/кардиовер-
тера автоматически выбирает время разряда, чтобы он приходился
на зубец R, а не зубец Т или вблизи него.
Перед тем, как произвести дефибрилляцию, необходимо убе-
диться, что переключатель находится в положении «выключено»;
в противном случае при попытке произвести дефибрилляцию раз-
ряда не произойдет. Этот прибор должен проверяться при малых
уровнях мощности ежедневно; это позволит убедиться, что при
196
необходимости он будет работать эффективно. Здесь применимы
обычные меры обеспечения безопасности, подробно они будут рас-
смотрены в гл. 18.
11.3. ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПУЛЬТ МЕДСЕСТРЫ
Кроме прикроватного монитора ЭКГ и дефибриллятора сущест-
вует еще одна группа приборов, которые устанавливаются на цен-
тральном пульте медсестры. По своему значению они непосредст-
венно следуют за прикроватными мониторами ЭКГ и дефибрилля-
торами. Центральный пульт позволяет собрать в одном месте ин-
формацию о состоянии всех пациентов. Взглянув на центральный
монитор, можно сразу оценить состояние всех пациентов. Кроме
того, на центральном пульте можно включить вручную или автома-
тически самописец, который позволяет непрерывно регистрировать
информацию, поступающую от пациента. В состав аппаратуры ти-
пичного центрального пульта входят следующие приборы:
— большой многолучевой центральный монитор;
— самописец для регистрации сигналов на бумажной ленте;
— селектор для подключения к самописцу сигналов от выбран-
ного пациента;
— индикаторы пульса (иногда).
11.3.1 . ЦЕНТРАЛЬНЫЙ МОНИТОР
Центральный монитор обычно представляет собой большой
многолучевой прибор, дающий возможность одновременно отобра-
жать несколько временных функций. Обычно он связан с при-
кроватными приборами и сам имеет очень небольшое число органов
управления. Как правило, в нем предусмотрены лишь переключа-
тель для включения и отключения питания, управление яркостью
и регулировка расположения каждого отображаемого сигнала. Так
как этот монитор является ведомым, то необходимые калибровки
выполняются на прикроватных приборах и их нельзя изменить на
центральном пульте. Этот монитор позволяет медсестре или спе-
циалисту по аритмии в случае необходимости, не выходя из поме-
щения центрального пульта, оценить состояние любого пациента.
Если наблюдаются отклонения от нормального состояния, то спе-
циалист немедленно подойдет к пациенту.
11.3.2 . САМОПИСЕЦ И СЕЛЕКТОР ВЫБОРА ПАЦИЕНТОВ
Возможно, наиболее ценным прибором центрального пульта яв-
ляется самописец для регистрации сигналов на бумажной ленте.
Он позволяет медсестре непрерывно регистрировать на бумажной
ленте физиологические данные о пациенте. Кроме того, что эти
записи полезны при непосредственном наблюдении и при анализе
текущего состояния пациента, их используют для истории болезни
197
Рис, 11.5. Ленты с записью ЭКГ:
а ручное включение; б — автоматическое включение (скорость перемещения бумаги 25 м/с)
пациента. В отделении интенсивной терапии широко распростра-
нена практика снятия ЭКГ пациента через несколько часов.
Производится также регистрация и документальное оформление
возникающих аритмий и аналогичных состояний.
При наличии селектора для выбора пациента медсестра может
записать информацию о любом пациенте, нажав соответствующие
кнопки.
Селектор выбора пациента может переключаться и автомати-
чески при поступлении сигнала тревоги от прикроватного обору-
дования (например, неожиданное повышение пульса). Он в свою
очередь включает самописец, который осуществляет постоянную
запись данных о пациенте. Во многих регистраторах ЭКГ предус-
мотрена задержка на 6 ... 10 с, которая позволяет медсестре на-
блюдать аритмию на экране (например, ПСЖ). Тогда при нажа-
тии кнопки записи будут зарегистрированы и рассматриваемый
комплекс сигналов, и непосредственно предшествовавшие наблю-
даемому событию сигналы. Некоторые приборы отмечают на бу-
мажной ленте также номер кровати и сведения о том, был ли
выбран записанный сигнал с помощью ручного переключения се-
лектора или регистратор был включен автоматически по сигналу
тревоги. На рис. 11.5 показаны две ленты с записью ЭКГ, на
которых с помощью двух коротких линий указана кровать, с кото-
рой производилась запись, и показано, что одна из записей произ-
198
еедена при автоматическом включении регистратора. Некоторые
приборы печатают на ленте данные о пульсе пациента, его имя и
дату записи.
11.4. НАБЛЮДЕНИЕ ЗА ДАВЛЕНИЕМ КРОВИ
Вопросы, связанные с измерением давления крови и наблюде-
нием за ним, подробно рассматривались в гл. 9. Важно, однако,
осветить некоторые проблемы применения аппаратуры для изме-
рения и наблюдения за давлением крови в отделениях интенсивной
терапии. В современных отделениях получило широкое распростра-
нение наблюдение за гемодинамической функцией пациента, кото-
рой наряду с другими параметрами придают большое значение.
Кроме измерения давления крови приобретает все большее значение
наблюдение кривых изменения давления крови и их фрагментов.
Кроме монитора для наблюдения давления крови одним из
наиболее важных устройств является преобразователь давления
крови — маленький и хрупкий электромеханический инструмент,
преобразующий физическую переменную в электрический сигнал,
который подводится к монитору давления крови для отображения
и дополнительной обработки.
Типичный прикроватный монитор давления крови имеет не-
сколько органов управления, которые необходимы для правильного
проведения измерений и выбора соответствующих параметров
этого прибора.
Измерение давления осуществляется относительно окружающе-
го атмосферного (опорного) давления. Следовательно, должны
быть предусмотрены средства для настройки и корректировки
разницы между опорным давлением и остаточным давлением, кото-
рое может существовать в данном преобразователе.
На практике для каждой системы измерения давления крови
необходимы две важные настройки. Первая — это настройка нуля,
называемая также балансировкой. Эта регулировка позволяет на-
строить систему преобразователь — усилитель таким образом, что-
бы на дисплее отображалось нулевое давление, когда опорное
равно нулю. Вторая—установка усиления, которая иногда назы-
вается регулировкой чувствительности. Эта настройка позволяет
настраивать систему так, чтобы она указывала действительное дав-
ление, измеряемое у пациента. У некоторых приборов одна или
обе эти настройки могут быть автоматическими (встроенными в
систему). Большинство усилителей в мониторах давления крови
содержит специальный блок обработки, одна часть которого опре-
деляет максимальную точку кривой давления и отображает соот-
ветствующее значение как систолическое давление, другая часть
блока определяет минимальную точку кривой и отображает соот-
ветствующее значение как диастолическое давление. Некоторые
приборы определяют среднее давление между систолическим и
диастолическим. Систолическое, диастолическое и среднее значения
обычно отображаются на аналоговом или цифровом индикаторе.
199
11.5. МНОГОКАНАЛЬНЫЕ ДИСПЛЕИ
Достижения в области физиологии человека, успехи в медици-
не требуют применения более сложной и совершенной аппаратуры
для наблюдения и отображения информации. К таким совершен-
ным современным дисплеям относятся многоканальные дисплеи на
ЭЛТ, многоканальные самописцы и дисплеи с памятью. Все эти
приборы позволяют наблюдать одновременно в реальном масшта-
бе времени за несколькими параметрами или несколькими раз-
личными представлениями одного параметра.
11.5.1. МНОГОКАНАЛЬНЫЕ ДИСПЛЕИ НА ЭЛТ
Наиболее популярным является многоканальный дисплей на
ЭЛТ (23 см или больше по диагонали). Он отображает несколько
сигналов одновременно. Обработка и отображение каждого сиг-
нала выполняется специальными блоками. Эти дисплеи обладают
еще одним преимуществом: вся отображаемая на них информация
синхронизирована во времени. Например, если одновременно ото-
бражаются ЭКГ и кривая давления крови, то временные соотноше-
ния между этими кривыми на экране отражают истинные соотно-
шения между изменениями этих переменных в любой момент
времени.
11.5.2. МНОГОКАНАЛЬНЫЕ САМОПИСЦЫ
Как и в многоканальных дисплеях на ЭЛТ, в многоканальных
самописцах временные соотношения между различными парамет-
рами истинные и точные. Типичный трехканальный самописец для
регистрации ЭКГ и давления крови пациента показан на рис. 7.6.
Преимуществом многоканальных самописцев перед многока-
нальными дисплеями на ЭЛТ является их способность осуществ-
лять непрерывную регистрацию. Один канал всегда используется
для регистрации ЭКГ пациента, другие — для регистрации различ-
ных параметров, например давления крови и дыхательной актив-
ности. В используемой в настоящее время аппаратуре можно ре-
гистрировать информацию одновременно на восьми каналах. Как
уже говорилось, одной из наиболее важных характеристик много-
канального самописца является возможность сохранять истинные
временные соотношения между регистрируемыми параметрами во
всех каналах. Это дает возможность делать точные временные из-
мерения, так как бумажная лента перемещается с точно известной
скоростью.
11.6. ДИСПЛЕИ
Отображение ЭКГ или любого другого сигнала образуется един-
ственной точкой, которая перемещается поперек экрана с заранее
определенной скоростью (25 или 50 мм/с). Когда электронный
пучок сталкивается с внутренней поверхностью ЭЛТ, этот участок
200
становится ярко освещенным; при перемещении пучка человече-
ский глаз воспринимает изображение в виде непрерывной линии.
В ранее выпускаемой мониторной аппаратуре все дисплеи
позволяли отображать кривые, изображение которых затухало
через короткое время. Современная технология позволила создать
дисплеи с памятью, известные также и под другим названием —
дисплеи с синтезированием изображения. В обоих случаях речь
идет об одном и том же устройстве, но каждый изготовитель
использует свое торговое наименование (свою марку). Важно четко
различать эти два типа дисплеев, так как они существенно отли-
чаются.
Сначала мы расскажем о дисплеях с затухающим изображе-
нием, затем о принципах построения дисплеев с памятью.
11.6.1. ДИСПЛЕЙ С ЗАТУХАЮЩИМ ИЗОБРАЖЕНИЕМ
По мере того как электронный пучок перемещается поперек
экрана и записывает сигнал на поверхности ЭЛТ, ранее изобра-
женные части следа начинают затухать и наконец исчезают. Спо-
собность следа оставаться видимым на поверхности ЭЛТ называет-
ся послесвечением. Его длительность определяется свойствами фос-
форного покрытия внутренней поверхности ЭЛТ. Существующие в
настоящее время трубки с большим послесвечением позволяют
рассматривать след в течение примерно 1 с. При отображении
на экране ЭЛТ сигналов типа кривой ЭКГ или кривой давления
крови, которые могут изменяться со скоростью 60 образец/мин,
послесвечение позволяет видеть только один отрезок сигнала. Кро-
ме того, постепенно затухающий сигнал имеет неравномерную
яркость. Ранее появившиеся части изображения всегда будут более
тусклыми, чем только что «выписанные» участки. Такое временное
отображение создает значительные трудности для наблюдателя,
когда для установления диагноза необходимо оценить всю кривую.
Это иногда становится почти невыполнимой задачей. Поэтому при
необходимости эти сигналы следует постоянно записывать на бу-
мажную ленту. Любое событие, которое может пройти не замечен-
ным для наблюдателя, через секунду будет уже безвозвратно про-
пущено и не будет зафиксировано на бумажной ленте, даже если
между ЭЛТ и регистрирующим прибором будет введена времен-
ная задержка.
В течение многих лет дисплеи с затухающим изображением
были единственным средством для отображения сигналов, поэтому
их использовали несмотря на присущие им недостатки.
11.6.2. ДИСПЛЕИ С ПАМЯТЬЮ
С развитием и широким внедрением цифровой электроники
структура дисплеев на ЭЛТ изменилась. Термин цифровая электро-
ника характеризует такой этап развития электроники, когда ос-
новное значение в работе устройств имеет наличие или отсутствие
импульсов, называемых битами. Электрические сигналы преобра-
201
зуются в комбинацию таких битов, которые в дальнейшем в соот-
ветствии с потребностями превращаются в специальные коды. Дис-
плеи с памятью используют методы цифровой электроники. Более
подробно понятие бита объясняется в гл. 19.
Принимаемый сигнал усиливается до уровня, который обеспе-
чивает простое и точное преобразование сигнала в группу цифро-
вых битов. Типичный преобразованный ЭКГ сигнал может содер-
жать несколько тысяч битов. Чем большее число битов использует-
ся, тем точнее будет преобразование. После преобразования в циф-
ровую форму информация запоминается в специальных электрон-
ных схемах (устройствах памяти), где она может храниться беско-
нечно долго. Ее можно вызвать из устройства памяти и отобразить
на дисплее; при этом исходные биты, хранящиеся в памяти, не
разрушаются. В дисплее такого типа изображение формируется не
с помощью непрерывной линии, как в обычных дисплеях на ЭЛТ,
а с помощью близко расположенных точек, как показано на
рис. 11.6 (для более наглядной иллюстрации точки здесь разнесены
несколько дальше, чем в действительности).
Электронный пучок ЭЛТ перемещается поперек экрана со зна-
чительно более высокой скоростью, чем обычная скорость 25 или
50 мм/с. Каждый раз, когда необходимо отобразить точку, пучок
включается; между точками пучок выключается. Таким образом,
сигнал, который следует отобразить на экране ЭЛТ, состоит ид
группы точек, соответствующих битам, которые вызваны из устрой-
ства памяти. Так как эти биты могут быть вызваны из памяти не-
однократно, то процесс может быть повторен много раз, при этом
одна и та же информация будет изображаться снова и снова.
Каждый раз, когда группа битов вызывается для формирования
изображения, точки слегка сдвигаются в ту или другую сторону.
При этом создается впечатление, что слегка сдвигается изображе-
ние, хотя в действительности перемещаются только точки. Ско-
рость, с которой могут перемещаться точки, выбрана такой, что она
соответствует низкой скорости отображения в обычных дисплеях.
(25 или 50 мм/с). Такая скорость позволяет отображать сигнал не-
прерывно. На практике несколько сигналов преобразуются в биты
и отображаются одновременно. Устройство памяти позволяет за-
поминать информацию на 2... 16 с и более. Старая информация в-
устройстве памяти заменяется свежей; этот процесс происходит не-
прерывно. Такой метод позволяет отображать и некоторую
«историю» рассматриваемого сигнала.
/ \ :: \
Рис. 11.6. Сигнал ЭКГ, сформированный из точек
202
11.7. ОТДЕЛЕНИЯ ИНТЕНСИВНОЙ ТЕРАПИИ
ДЛЯ НОВОРОЖДЕННЫХ
Аппаратура отделений интенсивной терапии для новорожден-
ных аналогична той, которая уже рассматривалась, но наблю-
даются другие параметры, которые являются главными для ново-
рожденных или младенцев.
11.7.1. ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДЫХАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
Одними из основных для наблюдений параметров являются па-
раметры дыхательной системы: частота дыхания и респираторная
кривая. Наблюдение за дыхательной системой новорожденных
важно потому, что обеспечивает необходимую информацию отно-
сительно условий, в которых осуществляется вдох и выдох, и
позволяет подать сигнал тревоги, если период остановки дыхания
превысит заранее заданное время. В большинстве случаев работа
прибора для наблюдения за параметрами дыхания основана на из-
мерении изменения грудного импеданса, которое выполняется с
помощью ЭКГ электродов. Если ЭКГ и дыхательная функция из-
меряются одновременно, то очень важно правильно разместить
электроды.
11.7.2. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ
Другим параметром, который необходимо измерять при наблю-
дении за новорожденными, является температура. Причем изме-
ряются поверхностная и внутренняя температуры тела. Обычно
внутреннюю температуру тела измеряют в прямой кишке.
Результат измерения температуры можно отображать в анало-
говой или в цифровой форме. Так как изменения температуры
обычно малы и скорость изменения относительно низка, то тем-
пературная кривая редко выводится на дисплей.
11.8. ОТДЕЛЕНИЯ КОРОНАРНОЙ ТЕРАПИИ
В заключение мы опишем типичное отделение коронарной тера-
пии. Для отделений коронарной терапии используются самые раз-
личные помещения с самым различным расположением оборудова-
ния. Один из самых популярных проект: шесть или восемь боксов
или комнат расположены подковообразно, причем их окна окру-
жают центральный мониторный пульт медсестры. Хотя оптимальное
число прикроватных установок, приходящихся на один централь-
ный пульт, четко не установлено, группа из шести или восьми уста-
новок кажется наиболее эффективной. Для более крупных больниц
наблюдение за 16 или 24 кроватями может выполняться с двух
или трех центральных пультов. Точное число зависит от конкрет-
ных условий больницы, принятой в ней процедуры обслуживания
и от размеров и конфигурации помещений для размещения пациен-
тов. В некоторых больницах, где испытывают трудности в подборе
203
Рис. 11.7. Центральный
пульт медсестры (а) и
прикроватная установка;,
входящая в состав си-
стемы (б)
квалифицированных медсестер,
этот фактор должен учиты-
ваться при выборе наилучшего
проекта.
Центральный пульт мед-
сестры в отделении коронарной
терапии показан на рис. 11.7.
Оборудование отделения коро-
нарной терапии обычно сле-
дующее:
— кожные электроды для
снятия ЭКГ потенциалов (опи-
саны в гл. 6);
— усилительная аппара-
тура;
— осциллографический дис-
плей, который позволяет непосредственно наблюдать сигналы ЭКГ.
В прикроватных мониторах обычно используются ЭЛТ с размерами
экрана 12 ... 23 см в диаметре, что позволяет отображать сигнал ЭКГ
от одного пациента. Центральный пульт медсестры обычно снаб-
жается более крупным осциллографическим экраном, на котором
одновременно отображаются ЭКГ нескольких пациентов;
204
— измеритель пульса, используемый для индикации среднего
числа сердцебиений в минуту, обеспечивает непрерывную индика-
цию пульса. В большинстве приборов для индикации каждого со-
кращения сердца используется звуковой сигнал или мигающая
лампа (или оба сразу);
— система подачи сигнала тревоги, включаемая от измерителя
пульса, которая привлекает внимание медсестры или другого на-
блюдателя с помощью звуковых или световых сигналов в тех
случаях, когда пульс упадет ниже или превысит некоторую зара-
нее установленную границу.
В дополнение к этим основным в состав кардиомониторных
систем часто вводят следующие устройства:
1) устройство для непосредственной записи ЭКГ, которое
позволяет производить (по требованию или автоматически) по-
стоянную запись ЭКГ, появляющейся на экране осциллографа.
Такая документальная запись важна для проведения сравнитель-
ного анализа; она обычно необходима при наступлении опасного
состояния;
2) устройство с кольцом магнитной ленты (петлевой носитель)
для записи и воспроизведения ЭКГ в течение Юс (или более),
предшествовавших наступлению опасного состояния. Запись ЭКГ
может продолжаться и тогда, когда система переключается на
воспроизведение записи с кольца. Таким образом, электрические
сигналы, характеризующие деятельность сердца непосредственно
до, во время и после наступления опасного состояния, могут быть
отображены на дисплее и в тех случаях, когда медсестра или
другой наблюдатель не присутствовали у кровати пациента во вре-
мя наступления опасного состояния.
3) дополнительные устройства подачи сигнала тревоги, вклю-
чающиеся не по сигналам о частоте пульса, а по другим парамет-
рам ЭКГ: при возникновении преждевременных сокращений желу-
дочка или при расширении QRS комплекса на кривой ЭКГ.
4) устройства, которые показывают, что электроды отсоедини-
лись или что где-либо в мониторной системе произошли неполадки.
Такая система предупреждения о неисправностях в отведениях по-
зволяет отличить неполадки в оборудовании от реальной угрозы
для здоровья пациента.
Хотя основное внимание в данной главе уделялось ситуациям,
возникающим в больницах, мы предлагаем читателю рассматривать
приведенную здесь информацию как сведения о мерах, принимае-
мых для спасения и поддержания жизни. Аппаратура и тактика
группы медиков и техников, проводящих дефибрилляцию коронар-
ного больного на полу в его квартире, не существенно отличаются
от всего того, что характерно для коронарных отделений больниц.
Отделение интенсивной терапии, которое оборудовано приборами
(часто портативными) и укомплектовано хорошо подготовленным
персоналом, обеспечивает принятие всех мер по спасению и под-
держанию жизни пациента во всех случаях, когда это необходимо.
205
12
ПОТОК КРОВИ, ОБЪЕМ КРОВИ
И СЕРДЕЧНЫЙ ВЫБРОС
Адекватное кровоснабжение необходимо для всех органов тела.
Уменьшение снабжения кровью является причиной различных бо-
лезней. Следовательно, измерение параметров потока крови в со-
суде, который снабжает конкретный орган, может оказать большую
помощь при диагностике таких болезней. К сожалению, параметры
потока крови являются такими переменными, которые непросто
измерить.
Скорость потока жидкости или газа в трубе определяется как
объем вещества, которое проходит через нее в заданную единицу
времени. Скорость потока обычно выражается в литрах за минуту
или в миллилитрах за минуту (см3/мин).
Чтобы измерить скорость потока в водопроводной трубе, к ней
подключают измеритель потока (расходомер). Очевидно, что такой
прямой метод не подходит для измерения потока в кровеносных
сосудах, поэтому здесь надо использовать косвенные методы. Для
измерения параметров потока крови в различных частях тела ис-
пользуются три принципиально различных косвенных метода.
Метод индикаторного раствора является одним из наиболее
старых, он используется главным образом для определения пара-
метров потока крови в аорте, прямо связанного с сердечным выб-
росом. Его можно также использовать для измерения циркулирую-
щего объема крови.
Магнитные и ультразвуковые измерители потока крови в дей-
ствительности измеряют скорость потока крови. Так как примене-
ние магнитных и ультразвуковых методов требует, чтобы преобра-
зователь охватывал исследуемый кровеносный сосуд, то они
используются главным образом во время хирургических операций.
Однако ультразвук можно использовать и для обнаружения через
кожу непроходимости кровеносных сосудов в тех случаях, когда не
нужно производить количественных измерений параметров потока
крови.
Плетизмограф, который в действительности используется для
определения изменений объема участков тела, можно применять
для измерения параметров потока крови в конечностях.
12.1. ПРИНЦИП ИЗМЕРЕНИЙ С ИНДИКАТОРНЫМ
РАСТВОРОМ
Принцип измерений с помощью индикаторного раствора можно
легко объяснить с помощью рис. 12.1. Здесь 8 унций сахара (при-
мерно одна чашка или 240 г) растворяются в содержимом двух
кувшинов. Левый кувшин содержит 4 кварты воды (1 галлон или
3,78 л), а правый только 1 кварту (473 г). Когда сахар растворит-
206
7
( 7/4 гшож]
Рис. 12.1. Принцип определения объема с помощью метода индикаторного
раствора
ся полностью, раствор в правом кувшине будет, очевидно, слаще,
чем в левом. Если быть точным, то раствор в правом кувшине
имеет концентрацию сахара 8 унций/кварта, а в левом 2 унции/
кварта, т. е. в четыре раза меньше. Так как известно исходное
количество растворенного сахара, то для определения количества
воды в каждом кувшине необходимо лишь измерить концентрацию
раствора. Для такого расчета можно воспользоваться формулой
Количество сахара в унциях
Количество воды в квартах=----------------------------
Концентрация в унциях на кварту
Отметим, что чем выше концентрация раствора, тем меньше воды
было в кувшине.
Этот метод используется для определения и объема крови в
организме и сердечного выброса. В приведенном примере индика-
тором являлся сахар. При определении объема крови и потока кро-
ви, конечно, используют другое вещество. Тип вещества, приме-
няемого в качестве индикатора, не имеет большого значения, при
условии, что оно не опасно для человеческого организма и что его
концентрацию можно определить после того, как оно было раство-
рено в потоке крови.
12.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМА КРОВИ
Измерение общего объема циркулирующей крови важно при об-
наружении внутреннего кровотечения после хирургических опера-
ций. С этой точки зрения абсолютные значения измеренного объе-
ма не так уж важны, а уменьшение объема при повторных измере-
ниях указывает на внутреннее кровотечение.
Обычно при определении объема циркулирующей крови в ка-
честве индикатора используют радиоактивный изотоп иода Ii3f,
который инъектируется в виде йодистой сыворотки человеческого
белка (ИСЧБ). После того как она смешивается с кровью за счет
естественной циркуляции, производится отбор пробы крови. Кон-
ка
207
Рис. 12.2. Полуавтоматический при-
бор для измерения объема крови
лении объема крови необходима
центрацию ИСЧБ в пробе можно
определить по ее радиоактивно-
сти с помощью методов определе-
ния радиоактивности. Однако, ес-
ли объем крови определяется по-
вторно, то кровь пациента еще бу-
дет содержать некоторое количе-
ство индикатора, оставшегося от
предыдущего измерения. Эту ос-
таточную концентрацию необхо-
димо учитывать. Кроме того, ра-
диоактивность ИСЧБ медленно
уменьшается, так как происходит
радиоактивный распад этого изо-
топа и некоторое количество еще
действующего индикатора может
оставаться в шприце. При опреде-
корректировка, учитывающая эти
два эффекта. Вычисления выполняются автоматически в приборе,
показанном на рис. 12.2.
Этот прибор содержит не только простой вычислитель для вы-
полнения необходимых расчетов, но и несколько сигнальных ламп,
которые указывают оператору, какой шаг процедуры необходимо
выполнять на следующем этапе; они введены для уменьшения
вероятности ошибки.
12.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СЕРДЕЧНОГО ВЫБРОСА
С ПОМОЩЬЮ ИНДИКАТОРНОГО РАСТВОРА
Применение метода индикаторного раствора для определения
сердечного выброса проще всего объяснить с помощью рис. 12.3.
На рис. 12.3, а показан поток жидкости из резервуара слева через
насос в центре и вытекание жидкости через трубу справа. Индика-
тор вводится выше насоса по потоку с постоянной скоростью
подачи, измеряемой, например, в унциях за минуту. Индикатор
смешивается с жидкостью, и детектор, установленный ниже по
потоку, чем насос, измеряет концентрацию индикатора в унциях
на кварту. Введение индикатора начинается в момент времени,
который на временной оси на рис. 12.3, в отмечен буквой г, когда
показатель концентрации С постоянным, как показано на
графике. По известной скорости введения индикатора и измеренной
концентрации можно вычислить скорость потока по следующей
формуле:
Скорость введения индика-
тора в унциях за минуту
Скорость потока в квартах за минуту = —----—----..
Концентрация в унциях
на кварту
208
о) yaTwewamfy
з&тл1/
Рис. 12 3. Принцип измерения параметров потока с помощью метода индикатор-
ного раствора
Чем выше измеренная концентрация индикатора, тем ниже ско-
рость потока, и наоборот.
Однако рис. 12.3, а отображает циркуляцию крови неточно.
Более точная модель показана на рис. 12.3, б, на котором жид-
кость возвращается в резервуар, как в системе кровообращения.
Вливание индикатора и измерение концентрации производятся так
же, как и в предыдущем случае, но показания концентрации в этом
случае будут другими (рис. 12.3,6). Вливание снова начинается
в момент времени R. Концентрация возрастает и достигает ста-
бильного значения, но это длится недолго. В точке R введенный
индикатор завершит полный оборот в системе и пройдет через де-
тектор во второй раз. Поэтому показания концентрации возрастут,
и так будет происходить каждый раз, когда индикатор будет за-
вершать очередной оборот в системе. Так как такой «скачок»
концентрации может происходить и до того, как концентрация
достигнет своего стабильного значения, то метод вливания индика-
тора обычно не применяется для определения параметров потока
крови и сердечного выброса. Более предпочтительным является
метод введения измеренного количества индикатора однократно
(в виде шарика или пилюли), а не вливание его с постоянной
скоростью. Для простейшего случая открытой циркуляции полу-
ченные показания концентрации приведены на рис. 12.3, д. Вскоре
после того, как будет введен шарик индикаторного вещества, кон-
центрация начинает возрастать, достигает пика и затем медленно
209
Рис. 12.4. Вычислитель сер-
дечного выброса (1) с отка-
чивающим насосом (2) на
выносной полке и денсито-
метром (3), смонтирован-
ным на шприце откачиваю-
щего насоса
снижается по характерной кривой, иногда называемой кривой вы-
мывания или экспоненциальной кривой. Чтобы использовать ее для
вычисления скорости потока жидкости, необходимо сначала опре-
делить площадь между кривой и осью. Так как по двум осям диа-
граммы отложены время (в минутах) и концентрация (в унциях
на кварту), размерность площади минута-унция/кварта. По этой
площади и по количеству введенного индикатора скорость потока
жидкости можно вычислить следующим образом:
Количество введенного инди-
катора в унциях
Скорость потока в квартах за минуту=~-------------------
Площадь под кривой в мину-
тах па унцию/кварту
Из формулы ясно, что чем больше площадь под кривой, тем
меньше скорость потока и наоборот.
На рис. 12.3, е значения концентрации показаны для замкнутой
системы. Рециркуляция индикатора проявляется в виде ярко выра-
женного всплеска в точке Р. Однако вследствие определенных ха-
рактеристик кривой вымывания можно экстраполировать (матема-
тически предсказать) поведение кривой в том случае, если бы
рециркуляции не происходило.
В настоящее время в качестве индикатора при определении
сердечного выброса широко используются два различных вещест-
ва. Одно из них—зеленый краситель
(фирменное название кардиозелень Car-
diogreen1*), который вводится в количе-
стве 1,25... 5 мг. Концентрацию красите-
ля можно определить с помощью денси-
тометра, в котором через тонкий слой кро-
ви с содержащимся в ней красителем про-
пускается световой луч и затем измеряет-
ся поглощение света. Для этого кровь не-
прерывно выводится через один катетер,
а индикаторный краситель вводится через
другой. Определение сердечного выброса
по этому методу обычно производится в
лаборатории катетеризации сердца. Хотя
зеленый краситель в конце концов выво-
дится почками, рециркуляционный
всплеск выражен очень ярко. Экстрапо-
ляция и определение площади под кривой
обычно выполняются так называемым вы-
числителем сердечного выброса. Один из
таких приборов показан на рис. 12.4.
Другим индикаторным веществом, ис-
пользуемым в клинической практике, яв-
ляется солевой раствор, который вводит-
ся после охлаждения в ледяной ванне.
Концентрацию этого индикатора можно
210
просто определить с помощью регистрации температуры крови в
точке, расположенной ниже по потоку, чем точка введения инди-
катора. Так как обычно вводится только 10 мл индикатора, то
циркулирующая кровь вновь быстро нагревается и рециркуляция
не отражается на виде кривой концентрации. Введение охлажден-
ного солевого раствора и измерение температуры крови часто вы-
полняют с помощью единственного катетера специальной конст-
рукции. Этот катетер (рис. 12.5) называется катетером Швана—
Ганца (фирменное название). Он представляет собой специали-
зированную модификацию плавающего катетера для легочной
артерии. Этот катетер содержит четыре отдельных трубки разных
диаметров. Одна трубка заканчивается примерно за 30 см до кон-
чика катетера и используется для введения охлажденного солевого
раствора. Вторая служит для размещения двух тонких проволочек,
которые подходят к крошечному электрическому датчику темпера-
туры, расположенному вблизи кончика катетера. Третья трубка
заканчивается в кончике катетера и может быть использована для
измерения давления крови в этой точке с помощью одного из пре-
образователей давления, описанных в гл. 9. Четвертая трубка ис-
пользуется для надувания маленького резинового баллона на кон-
чике катетера. Как только катетер вводится в вену, баллон наду-
вается, и возвращающаяся венозная кровь переносит катетер до
тех пор, пока его кончик не попадает в легочную артерию. Положе-
ние катетера можно проверить, измерив давление в его кончике.
Таким образом, при необходимости катетер можно ввести и без
флюорографического контроля. Для определения сердечного вы-
броса необходимо подключить температурный датчик к соответст-
М/di/direww/
Л/ллая
для лровадяияов
Tep/wcwop
ffmdepe/m/e для ffffedew/я
d'/ei/odoet/vecmsir
o'/wndww
7p//dw/ для w/dpdffw/я двлл&лд
д/лве/л/т/е
для w/dt/dffw/я доллаяд
„ , Гпс/dw/ для t/e/fepew/я дадлет/я
doododw/w/
я meawamwff
Рис. 12.5. Катетер Швана—Ганца для измерений сердечного выброса с помощью
охлажденного солевого раствора. (Изображено не в натуральную величину и без
сохранения пропорций)
211
Три для для
две dew/я tfi/ei/o-
ллел/есяе’гя
Pffcmdopff
вующей измерительной схеме, что позволит определить площадь
под кривой температуры. Повышение температуры охлажденного
солевого раствора во время инъекции компенсируется введением
корректировочного коэффициента при расчетах.
12.4. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ
СКОРОСТИ ПОТОКА КРОВИ
Методы и приборы, рассмотренные в § 12.3, используются для
измерения общего выброса крови сердцем. Для измерения скорости
потока крови в некоторых сосудах можно применять и другие
приборы. В одном из них используется ультразвуковая энергия,
т. е. звуковая энергия с частотами, лежащими значительно выше
диапазона слышимых частот. Принцип работы большинства ультра-
звуковых приборов для определения параметров потока крови ос-
нован на использовании доплеровского эффекта. Этот эффект
может заметить любой человек, стоящий на обочине и наблю-
дающий за проносящимися автомобилями. При этом появляется
впечатление, что звук мотора изменяет свою высоту и становится
более низким (глубоким) в момент проезда автомобиля. Но поток
крови не излучает звуков, и в этом случае должен быть использо-
Рис. 12.6. Принцип действия доплеровского прибора, устанавливаемого на по-
верхности кожи, для обнаружения потока крови в поверхностных кровеносных
сосудах. Датчик, покрытый контактной пастой, устанавливается под углом, что-
бы он мог улавливать сигналы, отраженные движущимися клетками крови
212
Рис. 12.7. Поверхностный доплеров-
ский прибор с датчиком и наушни-
ками
: ван несколько измененный вари-
• ант доплеровского эффекта. Как
показано на рис. 12.6, для подве-
В дения пучка ультразвуковой энер-
В гни к кровеносному сосуду, в ко-
К тором необходимо определить па-
В раметры потока крови, использу-
К ется кристаллический (пьезокера-
К мический) передатчик, аналогич-
В ный громкоговорителю. Клетки
В протекающей крови отражают в
В обратном направлении некоторую
В ультразвуковую энергию, которая
В улавливается кристаллическим
В (пьезокерамическим) приемни-
В ком, аналогичным микрофону. Так
В как отражающие клетки крови
В перемещаются, то принимаемый
В сигнал имеет несколько другую частоту или высоту, чем переда-
В ваемый. Хотя и передаваемая и воспринимаемая частоты лежат
В далеко за пределами полосы слышимых частот, воспринимаемых
В ухом человека, разность частот попадает в диапазон слышимых
В частот. Она зависит от скорости движущихся клеток крови; таким
В образом, ультразвуковые приборы реально измеряют скорость
В клеток крови, а не скорость потока. Тем не менее, если диаметр
В кровеносного сосуда известен, то прибор можно откалибровать в
В. скоростях потока. При клиническом использовании ультразвуко-
вые измерители параметров потока крови чаще используются для
В обнаружения его наличия или определения характера, а не для
В: точного измерения его параметров. Для этого разностная частота
В подается на громкоговоритель или на наушники. Прибор такого
В типа показан на рис. 12.7. Звуки, которые слышит наблюдатель, не
Выявляются чистыми тонами, это скорее характерные звуки «свиш-
^свиш-свиш», возникающие в ритме пульса, так как не все клетки
^Вкрови, от которых отражается передаваемый сигнал, имеют одну
В и ту же скорость.
В' Ультразвуковые эффекты используются также в настоящее
Ввремя при наблюдении за плодом и для измерений давления
В| крови; об этом рассказано в гл. 8 и 17.
Н 12.5. МАГНИТНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛИ ПАРАМЕТРОВ
И ПОТОКА КРОВИ
В^ Для измерения параметров потока крови используется прибор
В другого типа — магнитный измеритель параметров потока. Дейст-
Ввие этого прибора основано на том же принципе, что и действие
В электрогенератора, за исключением того, что сам по себе поток
В протекающей крови действует как электрический проводник. Сле-
В довательно, чтобы уловить электрический сигнал, вокруг протекаю-
В 213
Рис. 12.8. Экстракорпоральный дат- Рис. 12.9. Датчик потока крови клип-
чик потока крови, вводимый в канал сового типа, применяемый во время
для перемещения крови хирургических операций
щего потока крови необходимо установить магнит и два электрода,
имеющие электрический контакт с кровью. В экстракорпораль-
ных измерителях параметров потока крови, которые использу-
ются для измерения потока крови в сердечно-легочных аппара-
тах и в диализаторах, выполнение этих требований не вызывает
затруднений. Применяемые в таких случаях датчики для измере-
ния потока крови (один из них показан на рис. 12.8) просто вводят-
ся в удобном месте в систему труб, по которой переносится кровь.
Однако при использовании такого метода для измерения парамет-
ров потока крови в неповрежденном сосуде его необходимо выре-
зать (иссечь) и охватить датчиком, который должен иметь отвер-
стие, соответствующее диаметру кровеносного сосуда. Электриче-
ский контакт с протекающей кровью устанавливается с помощью
электродов, которые крепят к стенкам сосуда. Следовательно, из-
мерители такого типа можно использовать только в ходе хирурги-
ческих операций, при которых кровеносные сосуды обнажаются.
Датчик для измерения параметров потока крови такого типа,
смонтированный на ручке, позволяющей охватывать кровеносный
сосуд, показан на рис. 12.9. Как и рассмотренные ранее ультразву-
ковые измерители, магнитные измерители в действительности изме-
ряют скорость клеток крови, а не скорость потока. Однако, так
как диаметр потока крови в точке измерения определяется диамет-
ром датчика, то приборы этого типа можно откалибровать в еди-
ницах скорости потока.
12.6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТОКА КРОВИ С ПОМОЩЬЮ
ПЛЕТИЗМОГРАФИИ
Плетизмограф (от греческого Plethysmos — увеличение) — это
прибор для измерения изменения объема частей или всего тела.
Плетизмограф можно использовать и для определения потока крови
в руке или ноге. Для этого ближайшую к плетизмографу пережи-
мающую манжету резко надувают до давления, которое пережи-
мает вены, отводящие кровь от конечности, но не препятствует
214
артериальному потоку крови. Этот процесс приводит к увеличению
объема конечности в течение некоторого времени, пока в конце
концов противодавление пережимающей манжеты не будет превы-
шено. Скорость втекания крови в этом случае можно подсчитать
по скорости увеличения объема исследуемой части тела.
Настоящий плетизмограф —это прибор, который реагирует на
изменение объема. Он состоит из жесткой чашки или камеры, раз-
мещаемой над конечностью или пальцем, изменение объема кото-
рых должно быть измерено. Чашка герметически прикрепляется
к исследуемому органу, так что любые изменения объема преобра-
зуются в изменения давления внутри камеры. Камера заполняется
жидкостью или газом. Преобразователь давления измеряет изме-
нения давления, которые пересчитываются в изменения объема.
Некоторые приборы, хотя они и называются плетизмографами,
в действительности измеряют не сам объем, а некоторые парамет-
ры, связанные с ним. Один тип таких приборов измеряет изменения
диаметра в определенном сечении пальца руки, пальца ноги, руки,
ноги или другой части тела. Так как объем связан с диаметром,
то этот тип прибора для многих измерений достаточно точен. Диа-
метр измеряется с помощью наполненной ртутью тонкой резиновой
трубки, которая обертывается вокруг конечности или пальца. По
мере увеличения диаметра конечности столбик ртути в резиновой
трубке становится тоньше и длиннее, что приводит к изменению
его электрического сопротивления.
Среди других приборов, применяемых для косвенного измере-
ния изменений объема конечностей, упомянем импедансный плетиз-
мограф, который измеряет изменения электрического сопротивле-
ния, обусловленные изменением объема, и так называемый фото-
электрический или оптический плетизмограф, который измеряет
изменения количества света, проходящего через область, насыщен-
ную сосудами, например через кончик пальцев или через мочку
уха. Способность ткани пропускать свет изменяется при каждом
сердцебиении по мере того, как сосуды наполняются кровью. Оба
прибора крайне трудно откалибровать для количественных изме-
рений параметров потока крови, но они позволяют получить на
выходе сигналы, по которым можно легко определить пульс.
13
ТЕЛЕМЕТРИЯ В МЕДИЦИНЕ
При определенных обстоятельствах, когда пациент не имеет
непосредственного контакта с мониторной системой, наблюдение
за физиологическими процессами имеет ряд преимуществ, а иногда
оно просто необходимо. Такая ситуация характерна при расширен-
ной коронарной терапии, когда за пациентами должно быть орга-
низовано наблюдение, хотя им позволяют вести подвижный образ
215
жизни. Точно так же, желательно снимать ЭКГ под нагрузкой, без
помех, создаваемых соединительными проводами. Чтобы устранить
необходимость применения соединительных проводов, электриче-
ские сигналы, характеризующие физиологические показатели,
передаются по радио от места их возникновения к месту располо-
жения мониторного оборудования. Сигналы могут передаваться
на расстояние, не превышающее размеров комнаты, и на многие
километры. Процесс дистанционного проведения измерений с по-
мощью радиосвязи называется радиотелеметрией, более кратко
телеметрией. При передаче биомедицинской информации этот
процесс часто называют биотелеметрией.
В буквальном смысле телеметрия означает «измерения издали».
Следовательно, это понятие применимо к любому методу передачи
информации на расстояние, включая и передачу по телефонным
линиям. Однако передача физиологических данных с помощью
телефонных линий в общем случае не рассматривается как теле-
метрия. Но телеметрическая система может использовать передачу
информации по радио и по телефонным линиям. В таких системах
информация передается от пациента к расположенному вблизи
приемнику, и от него она поступает к месту назначения (например,
ЭВМ) по телефонным линиям.
В настоящей главе рассматривается передача физиологических
данных и с помощью радиотелеметрии и по телефонным линиям.
Обсуждаются основные принципы этих видов передачи и их кли-
ническое применение.
13.1. ПЕРЕДАЧА ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
ПО ТЕЛЕФОННЫМ ЛИНИЯМ
Если углубиться в историю, то следует отметить, что Эйнтховен,
создатель электрокардиографии как средства анализа электриче-
ской активности сердца, еще в 1903 г. осуществил передачу ЭКГ
из больницы в свою лабораторию на расстояние в несколько кило-
метров. Довольно грубые иммерсионные электроды были связаны с
находящимся на большом расстоянии гальванометром непосредст-
венно с помощью телефонной линии, которая в этом случае была
использована просто как проводник для тока, создаваемого био-
потенциалами. При современных методах передачи ЭКГ по теле-
фонным линиям биопотенциалы перед передачей усиливаются и
обрабатываются с помощью электронной аппаратуры.
Физиологические данные можно передать по телефонным ли-
ниям в двух различных формах. В аналоговой форме они прини-
мают вид изменяющегося напряжения, являющегося аналогом
физиологических показателей (например, сигнал ЭКГ). Если,ЭКГ
следует передать в место, где она будет интерпретирована кардио-
логом, то аналоговая форма предпочтительнее.
Физиологические данные могут передаваться и в цифровой
форме. В этом случае информация представляется в виде последо-
вательности цифр или букв алфавита. Вводимые в цифровую ЭВМ
216
данные должны иметь именно такую форму (см. гл. 19). Если
физиологический показатель следует передавать в цифровой фор-
ме, то сначала его необходимо преобразовать в последовательность
числовых значений. Этот процесс, называемый аналого-цифровым
преобразованием, обсуждается в гл. 19. К ЭВМ сигналы ЭКГ мо-
гут быть переданы в аналоговой форме и преобразованы в месте
ее установки либо они могут быть преобразованы в цифровую
форму до передачи.
При передаче физиологических данных в любой форме по теле-
фонной линии на ее приемном и передающем концах необходимо
использовать специальное оборудование. Если телефонная линия
предназначается только для передачи данных, то это оборудова-
ние подключается на обоих концах с помощью постоянных соеди-
нений. Когда использование специальной линии не оправдано,
физиологические данные можно передавать с помощью обычного
телефонного оборудования. При этом физиологическая информация
(независимо от того, имеет она аналоговую или цифровую форму)
модулирует специальный звуковой сигнал, воспринимаемый ухом.
Создано специальное устройство, в которое помещается стандарт-
ный телефонный приемник; это устройство генерирует звуковую
несущую, которая попадает в микрофон телефона. Аналогичное
устройство на приемном конце принимает звуковую несущую в
наушнике телефона и восстанавливает переданную информацию.
Физиологические данные обычно передаются по телефонным
линиям на большие расстояния для анализа или интерпретации.
Передача ЭКГ и других физиологических данных из дома или из
приемной врача в медицинский центр, где они могут быть интер-
претированы специалистами, во многих районах страны (США)
стала рутинной процедурой, ЭКГ могут быть пересланы через
всю страну из клиник и больниц в определенные вычислительные
центры для анализа отдельной записи или в ходе проведения
скрининга.
13.2. РАДИОТЕЛЕМЕТРИЯ
Хотя в медицине используется несколько различных типов
радиотелеметрического оборудования, любая система приборов, в
которой используется телеметрия, состоит из основных частей,
показанных на рис. 13.1. Преобразователи и аппаратура для об-
работки сигналов не отличаются от рассмотренных в гл. 2, 7—9,
12 и 17. Дисплей или аппаратура отображения результатов в этом
случае те же самые, что и в аналогичных приборах, применяемых
в нетелеметрических системах. Различие состоит в том, что после
некоторого усиления и возможно другой обработки сигнал подает-
ся на передатчик, где он модулирует несущее колебание (высоко-
частотное переменное напряжение), подаваемое в передающую
антенну и распространяющееся в виде электромагнитных (радио)
волн. На приемном конце электромагнитнные волны улавливаются
приемной антенной, соединенной с приемником, в состав которого
217
13.1. Телеметрическая система
Рис.
Этот сигнал затем усиливается и подается
Рис. 13.2. Виды модуляции
се/гнал
ЧМ
шгмсгл
входят демодуляторы,
на соответствующую аппаратуру отображения.
Физиологический сигнал переносится на несущую с помощью
модуляции. Если в соответствии с физиологическим сигналом из-
меняется амплитуда несущего колебания, то процесс называется
амплитудной модуляцией (МЛ). Стандартные радиовещательные
станции и системы передачи сигналов изображения в телевидении
используют именно этот вид модуляции. Если в соответствии с
передаваемой информацией изменяется частота несущего колеба-
ния, то в результате возникает частотная модуляция (ЧМ). Эту
модуляцию используют некоторые радиостанции и системы пере-
дачи звукового сопровождения в телевидении. Амплитудную и
частотную модуляцию иллюстрирует рис. 13.2. В телеметрии ис-
пользуются оба вида модуляции,
Сигмгл хотя ЧМ используется чаще, так
как она менее подвержена воздей-
ствию некоторых видов помех.
Третий вид модуляции—импульс-
ный—также используется в неко-
торых телеметрических системах.
В этом процессе в соответствии с
передаваемой информацией изме-
няются высота, ширина импуль-
сов или расстояние между ними.
В некоторых телеметрических
системах одно и то же несущее
колебание можно использовать
для переноса двух или более фи-
зиологических сигналов одновре-
менно. Процесс, с помощью кото-
рого это осуществляется, назы-
вается частотным уплотнением.
В этом случае каждый физиоло-
гический сигнал называется кана-
218
лом информации. При уплотнении каждый канал модулирует отно-
сительно низкочастотное несущее колебание, называемое поднесу-
щим. Частоты поднесущих колебаний различны. Затем поднесущие
смешиваются и используются для модуляции основного высокочас-
тотного (ВЧ) несущего колебания передатчика. Для модуляции
поднесущих можно использовать AM или ЧМ; при этом для моду-
ляции основного несущего колебания смесью поднесущих можно
применить тот же вид модуляции, а можно и другой. При описании
систем такого типа вслед за обозначением метода модуляции под-
несущего колебания через косую черту приводится обозначение
вида модуляции основного несущего колебания. Например, систе-
ма, в которой поднесущие модулированы по частоте, а ВЧ несущее
колебание модулировано по амплитуде, будет иметь обозначение
ЧМ/АМ. Обозначение ЧМ/ЧМ. указывает, что и поднесущие и ВЧ
несущее колебание модулированы по частоте. В биотелеметрии
используются и ЧМ/АМ и ЧМ/ЧМ системы.
Процесс выделения информации называется демодуляцией.
Демодуляция в телеметрических приемниках должна соответство-
вать модуляции в передатчике. При частотном уплотнении прием-
ник должен обеспечивать демодуляцию и каждого поднесущего
колебания, и основного несущего.
13.3. ПРИМЕНЕНИЕ ТЕЛЕМЕТРИИ В МЕДИЦИНЕ
Существует лишь ограниченное число ситуаций, при которых
применение телеметрии для диагностики и лечения пациентов
больниц практически целесообразно. В большинстве случаев это
относится к снятию ЭКГ. Рассмотрим некоторые применения теле-
метрии, встречающиеся чаще всего на практике.
13.3.1. ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА ЭКГ ПАЦИЕНТОВ,
ПЕРЕНЕСШИХ КОРОНАРНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ
Часто необходимо обеспечить наблюдение за нарушениями рит-
ма у сердечных больных непосредственно после проведения интен-
сивного коронарного лечения. Таким пациентам обычно разрешают
вести в той или иной степени подвижный образ жизни. Для этого
в больницах создаются специализированные отделения посткоро-
нарной терапии, оборудуемые системами наблюдения за пациен-
тами, в состав которых входит и телеметрическая аппаратура.
Каждый пациент в этом отделении носит прикрепленные к груди
электроды ЭКГ, подключенные к небольшому усилительному бло-
ку, в котором размещается и аппаратура обработки сигналов.
Передающий блок (размером обычной пачки сигарет с фильтром)
крепится к специальному ремню, который пациент носит на поясе.
На рис. 13.3 показан типичный усилительный блок. В корпусе
передатчика размещены батареи для питания передатчика и аппа-
ратуры для обработки сигналов, которые должны периодически
заменяться. В некоторых системах предусмотрены устройства,
219
Рис. 13.3. Телеметрический передатчик фирмы «Хьюлетт-Паккард» типа 78100А
в условиях больницы (а) и размещение электродов при снятии ЭКГ (б)
позволяющие легко проверить состояние батарей передатчика.
В других случаях батареи необходимо менять по прошествии не-
которого заранее определенного интервала времени.
Приемник телеметрической системы для каждого наблюдаемо-
го пациента обычно включается в состав мониторной системы. Вы-
ход каждого приемника соединяется с одним из каналов ЭКГ
пациентного монитора. При использовании телеметрии для наблю-
дения за свободно гуляющим пациентом может возникнуть про-
блема, связанная с необходимостью определения местоположения
пациента в тех случаях, когда прозвучит сигнал тревоги. В теле-
метрических системах не предусматривается возможность индика-
ции расположения передатчика. Поэтому зона, в которой могут
перемещаться пациенты, должна быть ограничена. Могут возник-
нуть трудности и в тех случаях, когда пациенты удалятся за пре-
делы действия передатчика телеметрической информации. Боль-
шинство современных больниц построено так, что радиоволны не
могут проходить через стены. Поэтому, если только в коридорах
не устанавливаются специальные антенны, то прием может осу-
ществляться либо только в пределах самой палаты, либо в очень
небольшой части больницы. Если пациент выйдет за пределы
дальности действия системы, то наблюдение за его ЭКГ осуществ-
лять невозможно и цели, которые ставились перед телеметрической
системой, не будут достигнуты.
13.3.2. ТЕЛЕМЕТРИЯ ПРИ СНЯТИИ ЭКГ ПОД НАГРУЗКОЙ
Для диагностики определенных отклонений в работе сердца,
например ишемической болезни коронарной артерии, необходимо
снять ЭКГ пациента во время выполнения некоторых упражнений,
220
обычно на бегущей дорожке или на лесенке (см. гл. 7). Хотя такие
измерения можно выполнить при непосредственном подсоединении
проводов от пациента к расположенным вблизи приборам, соеди-
нительный кабель может помешать движениям пациента. Поэтому
при снятии ЭКГ под нагрузкой часто используется телеметрия. Ис-
пользуемый при этом передающий блок аналогичен ранее рассмот-
ренному и применяемому в отделениях посткоронарной терапии;
обычно он закрепляется на ремне. Необходимо убедиться, чтобы
электроды и все провода прочно и безопасно прикреплены к телу
пациента; это предотвратит их соскальзывание при движении.
В большинстве телеметрических ЭКГ систем перемещение прово-
дов по отношению к телу приводит к появлению артефактов на
записи ЭКГ. Однако при использовании соответствующего обору-
дования и при тщательном и умелом закреплении проводов и
электродов можно получить прекрасные результаты. Если наряду
с ЭКГ у пациента, выполняющего упражнения, должны быть изме-
рены другие физиологические показатели, то в передающий блок
должно быть встроено соответствующее устройство для обработки
и преобразования сигналов. При этом необходимо предусмотреть
систему уплотнения для передачи дополнительных каналов. В об-
щем случае приемник и другое оборудование, которое использует-
ся для обработки и отображения сигналов, полученных от выпол-
няющего упражнения пациента, располагаются очень близко к
нему. Поэтому передатчик может иметь малую мощность. Прием-
ник должен осуществлять восстановление ЭКГ и другой переда-
ваемой информации и обеспечивать передачу соответствующих сиг-
налов к другим устройствам системы.
13.3.3. ТЕЛЕМЕТРИЯ ПРИ СПАСЕНИИ ЖЕРТВ
НЕСЧАСТНЫХ СЛУЧАЕВ
Во многих районах амбулатории и экипажи машин скорой по-
мощи имеют в своем распоряжении телеметрическое оборудование,
которое позволяет передать в ближайшую больницу ЭКГ или дру-
гие физиологические данные, где специалисты проведут их анализ.
Одновременно с телеметрическими системами обычно используют-
ся системы, обеспечивающие возможность двусторонних перегово-
ров; это позволяет идентифицировать переданную по телеметри-
ческой системе информацию и передать рекомендации по спасению
жизни жертвы несчастного случая. При использовании такого обо-
рудования можно выполнить анализ ЭКГ и начать лечение до того,
как пациент будет доставлен в больницу.
Телеметрические системы такого типа требуют использования
более мощных передатчиков. Часто данные необходимо передавать
на многокилометровое расстояние, а иногда и из движущегося
автомобиля. Чтобы система была надежной, она должна обеспечи-
вать надежный прием и воспроизведение передаваемых сигналов
независимо от условий, в которых ей приходится функционировать.
В некоторых случаях члены группы скорой помощи могут переда-
221
Рис. 13.4. Система передачи медицин-
ской информации при несчастных слу-
чаях (модель 3502 Biophone)
Рис. 13.5. Консоль командной теле-
метрической станции в больнице (мо-
дель 4000 Biophone Command Con-
sole)
вать физиологическую информацию на приемное устройство в их
автомобиле с помощью портативного передатчика. Установленная
в автомобиле система, которая включает более мощный передатчик
и лучшую антенную систему, может ретранслировать данные в
больницу. Такой процесс ретрансляции необходим в тех случаях,
когда спасательная группа вынуждена работать в таких местах,
откуда они не могут поддерживать прямую связь с больницей.
На рис. 13.4 и 13.5 показаны некоторые блоки используемых
в настоящее время систем. На рис. 13.4 показан блок, который ис-
пользуется в машинах скорой помощи и в спасательных экипажах
пожарных команд. Эта портативная система медицинской связи
позволяет специалистам скорой помощи работать в тесном контакте
с персоналом больниц. Она одновременно обеспечивает телемет-
рическую передачу ЭКГ и введение двусторонних переговоров.
Система питается от батарей, может передавать данные по УВЧ
радиоканалу или по любому телефонному каналу, и так как пер-
сонал машин скорой помощи часто вместе с этой аппаратурой
использует дефибрилляторы, то блок имеет защиту от дефибрил-
ляционного импульса.
Для снятия ЭКГ можно использовать всю полную систему с
12 отведениями, хотя в аварийных ситуациях передаются обычно
только сигналы трех главных отведений, если только персонал
больницы не потребует снятия ЭКГ другого вида. Система имеет
встроенную схему проверки электродов, кабелей и калибровки
прибора.
Передатчик позволяет передавать информацию по шести кана-
лам на различных частотах. Каждой больнице в определенной зоне
выделяется частота в диапазоне 450... 470 МГц, поэтому группы
222
скорой помощи могут выбрать соответствующий капал для связи
с определенной больницей. Выходная мощность составляет 12 Вт.
Однако при использовании антенны с большим коэффициентом уси-
ления можно обеспечить эффективную мощность 38 Вт 15.
Консоль командной станции (рис. 13.5) устанавливается в
больнице. Она осуществляет связь между системой для передачи
медицинской информации при несчастных случаях и устройства-
ми для отображения и записи ЭКГ на осциллографе или на бумаж-
ной ленте регистратора. В ее состав входят измеритель пульса
и магнитофон для записи всех речевых сообщений и сигналов
ЭКГ. Информация на кассетах с лентами может быть сохранена
для последующего анализа. Консоль содержит и громкоговори-
тель, так что персонал больницы может слышать сообщения груп-
пы скорой помощи на некотором расстоянии от консоли. Специ-
альная схема приоритета речевых сообщений выключает звук в
дисплее во время передачи речевых сообщений и отключает гром-
коговоритель во время передачи ЭКГ.
13.4. ТЕЛЕМЕТРИЯ ФУНКЦИЙ ВНУТРЕННИХ ОРГАНОВ
Радиопередача иногда используется для получения физиологи-
ческих данных из организма, например из желудочно-кишечного
тракта, без соединительных проводов. Например, капсула, содер-
жащая миниатюрный датчик и радиопередатчик, может быть
проглочена пациентом, это позволит измерить давления и pH
жидкостей на всем пути ее следования по желудочно-кишечному
тракту. Капсулу иногда называют эндорадиозондом. Приемник
вне организма улавливает радиосигналы и обрабатывает их для
последующего отображения и регистрации.
Возможна и другая ситуация. Имплантируя под кожу миниа-
тюрный приемник и располагая передатчик на поверхности тела
(причем антенна будет расположена над тем местом, где имп-
лантирован приемник), мы можем передавать под кожу сигналы,
которые могут управлять стимуляцией моторных нервов или
мышц, нормальные физиологические функции которых утрачены.
Такую стимуляцию можно использовать, например, для поднятия
пальцев ноги парализованных пациентов, у которых наблюдается
«вялое свисание стопы», при котором рефлекс, при нормальных
условиях обеспечивающий поднятие пальцев при ходьбе, не дей-
ствует. Стимуляция моторного нерва в соответствующей части
цикла ходьбы позволяет обеспечить почти нормальную походку
пациента.
В будущем этот метод может найти применение в более совер-
шенны?., протезирующих устройствах, позволяющих заменить
нормальные функции организма, такие, например, как мочеиспус-
кание
223
14
ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ
ПАРАМЕТРОВ ДЫХАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
Дыхание — это весь процесс получения кислорода из атмос-
ферного воздуха, снабжения им всех клеток тела, удаления из
клеток углекислого газа и выведения использованных газоз из
организма в атмосферу. Для оценки различных параметров про-
цесса дыхания, диагностики и лечения заболеваний дыхательной
системы необходимо использовать самую разнообразную меди-
цинскую аппаратуру. Однако ее можно легко разделить на две
основные категории: диагностическая аппаратура и терапевтиче-
ская аппаратура для лечения заболеваний дыхательной системы.
Для диагностических исследований дыхательной системы, на-
зываемых легочными функциональными тестами, используется ап-
паратура двух различных типов. Приборы первого типа применя-
ются для исследования механики дыхания и определения физиче-
ских характеристик легких, приборы второго типа — для измере-
ния диффузии газов в легких, распределения кислорода по клет-
кам тела и отведения углекислого газа.
К приборам для легочной терапии относятся системы для снаб-
жения организма кислородом, оказания помощи при дыхании и
управления процессом дыхания, увлажнения воздуха или кислоро-
да и введения терапевтических средств с помощью ингаляции
(распыления лекарственных средств).
В данной главе будут описаны диагностические исследования
при измерениях механики дыхания, приборы для проведения та-
ких исследований и принципы их работы. Будут даны некоторые
рекомендации по применению таких приборов, описаны приборы,
используемые в клинических условиях для измерения диффузии
кислорода и углекислого газа в легких и их концентрации в крови.
Завершает главу описание различных типов терапевтических при-
боров для лечения заболеваний дыхательной системы.
14.1. ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ
МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДЫХАТЕЛЬНОЙ
СИСТЕМЫ
Механические характеристики дыхания описывают способ-
ность человека втягивать в легкие воздух из атмосферы и выбра-
сывать из легких использованный воздух. На эту способность
влияют различные компоненты дыхательного пути, диафрагма и
соответствующие мышцы, грудная клетка с относящимися к ней
мышцами и характеристики самих легких. Для оценки каждого из
этих факторов можно провести определенные тесты, но не сущест-
вует единственного эксперимента, который позволил бы адекват-
но оценить общее функционирование дыхательной системы.
224
14.1.1 . ЛЕГОЧНЫЕ ОБЪЕМЫ
В число основных легочных исследований входят тесты, рас-
считанные на определение легочных объемов. Эти параметры,
зависящие от физических характеристик человека и состояния его
дыхательной системы, показаны на рис. 14.1. На рисунке пред-
ставлен график, характеризующий процесс дыхания; время изме-
ряется справа налево, Вдох изображается смещением кривой
вверх, выдох смещением кривой вниз. За несколькими циклами
спокойного дыхания следует максимальный выдох и затем макси-
мальный вдох; после этого пациент снова начинает дышать спо-
койно. По форме этой кривой можно определить различные легоч-
ные объемы следующим образом:
Дыхательный объем (ДО), или нормальная глубина дыха-
ния, — объем газа, вдыхаемого или выдыхаемого при каждом
нормальном, спокойном дыхательном цикле.
Резервный объем вдоха (РОВ) — максимальный объем возду-
ха, который можно вдохнуть с максимальным усилием после ко-
нечного нормального уровня вдоха. Конечный нормальный уро-
вень вдоха — это уровень, который достигается в конце нормаль-
ного, спокойного вдоха.
Резервный объем выдоха (РОВыд) — максимальный объем
воздуха, который можно выдохнуть после достижения нормаль-
ного конечного уровня выдоха с максимальным усилием. Конеч-
ный нормальный уровень выдоха — это уровень, который дости-
гается в конце нормального, спокойного выдоха.
Остаточный объем (00) — объем газа, оставшийся в легких
после максимального выдоха.
Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) — максимальный объем
газа, который может быть выдохнут из легких с максимальными
Деле/л/е I ДДелгь/
emfowncf
Рис. 14.1. Легочные объемы и емкости
225
усилиями после максимального вдоха. Она является разностью
между уровнем максимального вдоха и остаточным объемом, про-
цесс ее измерения не связан с определенными моментами време-
ни. Жизненную емкость легких можно определить и как сумму
дыхательного объема, резервного объема вдоха и резервного объ-
ема выдоха.
Емкость вдоха (ЕВ) — максимальный объем газа, который
можно вдохнуть после достижения конечного уровня выдоха. Она
представляет собой сумму дыхательного объема и резервного объ-
ема вдоха.
Общая емкость легких (ОЕЛ) представляет собой количество ;
газа, содержащееся в легких в конце максимального вдоха. Она
является суммой жизненной емкости и остаточного объема. Об- (
щая емкость легких является также суммой дыхательного объема,
резервного объема вдоха, резервного объема выдоха и остаточно-
го объема.
Функциональная остаточная емкость (ФОЕ или FRC) — объем
газа, остающийся в легких после обычного спокойного выдоха. ,
Она представляет собой сумму остаточного и резервного объемов
выдоха. ФОЕ можно также определить, вычтя из общей емкости
легких емкость вдоха. Ее часто рассматривают как опорное зна-
чение при определении других объемов и емкостей, так как она
более стабильна, чем конечный уровень вдоха.
Кроме этих объемов и емкостей при исследовании механизма
дыхания используются и другие, связанные с ними величины,
например минутный дыхательный объем, характеризующий об- I
щие возможности дыхательного аппарата. Он определяет коли-
чество воздуха, вдыхаемого в течение 1 мин в спокойном состоя-
нии. Его можно вычислить, умножив дыхательный объем на чис-
ло циклов дыхания в минуту.
Для оценки мышечной мощности, проявляющейся в процессе
дыхания, и сопротивления воздушных путей используются не-
сколько форсированных испытаний системы дыхания. Среди оп-
ределяемых при таких испытаниях величин назовем форсирован-
ную жизненную емкость (ФЖЕ), которая представляет собой ре-
зультат измерения жизненной емкости, проведенного с макси-
мально возможной скоростью. По определению ФЖЕ представ-
ляет собой общее количество воздуха, которое можно при макси-
мальном усилии выдохнуть с максимальной скоростью после мак-
симально возможного вдоха. Если измерения проводятся с учетом
времени, необходимого для выполнения конкретного функцио-
нального испытания, то их называют временными измерениями
жизненной емкости.
Величина, характеризующая максимальное количество газа,
которое можно выдохнуть за данное время (в секундах), назы-
вается объемом форсированного выдоха (ОФВ или FEV). Обычно
при обозначении этой величины используется индекс, указываю-
щий число секунд, которое было затрачено на выполнение изме-
рения. Например, обозначение ОФВ1 (или FEVi) указывает макси-
226
мальное количество воздуха, которое можно выдохнуть за 1 с
сразу после максимального вдоха, а обозначение ОФВ3 (или
FEVa) — максимальное количество воздуха, которое можно выдох-
нуть за 3 с. Иногда ОФВ выражают в процентах форсированной
жизненной емкости.
Так как измерения форсированной жизненной емкости часто
бывает трудно проводить из-за возбуждения пациента или вслед-
ствие инерционности прибора, то измеряют величину, называемую
максимальным потоком в середине выдоха (МПСВ или MMF).
Этот поток измеряют в момент времени, соответствующий средней
части кривой, характеризующей форсированную жизненную ем-
кость (от уровня 25% до уровня 75%). Соответствующие измере-
ния ОФВ (или FEV) обозначают ОФВ 25-75% .
Важным измеряемым параметром является максимальная ско-
рость выдыхаемого потока, которая представляет собой скорость
потока во время выдоха первого литра газа после того, как будет
выдохнуто 200 мл в начале объема форсированного выдоха. Она
отличается от пикового потока, который представляет собой мак-
симальную скорость воздушного потока, достигаемую в любой
момент времени во время форсированного выдоха.
Полезный измеряемый параметр, который позволяет оценить
дыхательный механизм в целом, максимальная емкость дыхания
(МЕД или МВС) или максимальная объемная вентиляция (МОВ
или MVV). Она определяется максимальным количеством возду-
ха, которое можно вдохнуть и выдохнуть за определенный интер-
вал времени, например за 15 или 20 с. Представляет клинический
интерес и отношение максимальной емкости дыхания к жизнен-
ной емкости.
14.1.2 . РАСТЯЖИМОСТЬ И СОПРОТИВЛЕНИЕ ВОЗДУШНЫХ ПУТЕЙ
Только что описанные измерения объемов и емкостей, особен-
но форсированные, являются хорошими индикаторами растяжи-
мости легких и грудной клетки и сопротивления воздушных путей.
Однако возможны и прямые измерения этих параметров, и они
часто используются при исследовании функционирования лег-
ких.
Для определения растяжимости, которая определяется как
увеличение объема легких на единицу увеличения давления в лег-
ких, необходимо измерить вдыхаемый или выдыхаемый объем газа
и давление в грудной клетке. Значения растяжимости обычно при-
водятся в литрах на сантиметр Н2О.
Сопротивление воздушных путей представляет собой отноше-
ние давления к потоку воздуха. Следовательно, для определения со-
противления воздушных путей в сантиметрах водяного столба на
литр на секунду (см вод. ст./л/с) необходимо измерить внутриаль-
веолярное давление в сантиметрах водяного столба и потока возду-
ха в литрах в секунду. Большинство измерений сопротивления воз-
8* 227
душных путей проводится в момент, соответствующий уровню
функциональной остаточной емкости (конец выдоха) или вблизи
нее.
14.1.3 . СПИРОМЕТР
Для измерения дыхательных объемов чаще всего используется
лабораторный прибор, называемый регистрирующим спиромет-
ром (рис. 14.2). С его помощью можно измерить все объемы и
емкости легких, которые могут быть определены путем измерения
количества выдыхаемого газа при заданном наборе условий или в
течение определенного интервала времени. К таким измерениям
относятся измерения временной жизненной емкости и объема фор-
сированного выдоха. С помощью спирометра нельзя определить
лишь объемы и емкости, требующие измерения параметров газа,
который не может быть выведен из легких ни при каких условиях.
Сюда относятся измерения остаточного объема, функциональной
остаточной емкости и общей емкости легких.
Обычный спирометр состоит из подвижного колпака (колоко-
ла), который открытым концом опущен в камеру с водой. Внутри
колпака над поверхностью воды находится газ, которым будет
дышать пациент. Колпак уравновешен грузом, что позволяет под-
держивать газ внутри него под атмосферным давлением; при этом
вес его части, находящейся над уровнем воды, пропорционален
количеству газа в колпаке. Дыхательная трубка соединяет рот
пациента с газом под колпаком. Когда пациент дышит в трубку,
колпак перемещается вверх и вниз при каждом выдохе и вдохе
пропорционально объему вдыхаемого или выдыхаемого воздуха.
К колпаку или к балансировочному механизму прикрепляется
перо, которое записывает перемещение'колпака на расположенном
рядом барабанном регистраторе, называемом кимографом. При
Рис. 14.2. Спирометр
228
вращении кимографа перо рисует кривую, характеризующую ды-
хание 'Пациента.
Существуют спирометры с колпаками различных объемов, но
чаще всего используются колпаки объемом 9 и 13,5 л. Хорошо
сконструированный спирометр оказывает очень небольшое соп-
ротивление воздушному потоку, а колпак имеет малую инерцион-
ность. В кимографе используются различные скорости перемеще-
ния бумаги, чаще всего 32, 160, 300 и 1920 мм/мин. Прибор непос-
редственно регистрирует основной минутный объем, вентиляцию
или максимальную дыхательную емкость. Эквивалентную венти-
ляцию для кислорода можно вычислить с помощью наклонных
линий опирограммы для вентиляции и характеристик поглощения
кислорода.
Безводные спирометры, которые также используются в клини-
ческих условиях, действуют по тому же принципу. Один из них —
клиновой спирометр — показан на рис. 14.3. В этом приборе вды-
хаемый и выдыхаемый воздух попадает в камеру, ограниченную
двумя параллельными металлическими крышками (типа кювет),
соединенными шарнирами вдоль одного края. Пространство меж-
ду этими крышками ограничивается гибкими мехами (подобными
мехам кузнечного горна), образующими стенки камеры. Одна
крышка, в которой находится входное отверстие для воздуха,
прикреплена к корпусу прибора, а другая — свободно отклоня-
ется и перемещается по отношению к первой. Когда воздух вхо-
дит в камеру или выходит из нее, подвижная крышка изменяет
свое положение, компенсируя изменение объема. Конструкция
выполнена таким образом, что крышка перемещается даже при
очень малых изменениях объема. Хорошо сконструированный кли-
новой спирометр реагирует на почти необнаруживаемое давление
воздуха в легких пациента. В приборе формируются электриче-
ские сигналы, пропорциональные объемам и параметрам потока
воздуха, по которым можно определить все необходимые дан-
ные.
В аналогичном безводном спирометре объем камеры изменя-
ется за счет перемещения легкого поршня, который при поступле-
нии воздуха в камеру или при выходе воздуха из камеры свобод-
но перемещается в цилиндре. Герметичность камеры обеспечива-
ется уплотняющей прокладкой из силастиковой резины (silasticR)
между поршнем и стенками камеры. Характеристики этого при-
бора аналогичны характеристикам клинового спирометра.
В приборах другой группы, называемых электронными спиро-
метрами, с помощью электронных устройств по данным измере-
ния воздушного потока вычисляются различные объемы и емко-
сти (рис. 14.4). Этот прибор позволяет записать результаты, ана-
логичные тем, которые получают на обычных спирометрах, и
обеспечивает числовой отсчет измеряемых параметров. В нем
применяются преобразователи воздушного потока различных ти-
пов, в которых используются такие устройства, как небольшие
229
Рис. 14.4. Электронный спирометр с цифровым отсчетом
работающие от дыхания турбинки и нагретые проволочки, охлаж-
даемые проходящим через прибор при дыхании воздухом.
Бронхоспирометр представляет собой сдвоенный спирометр,
который измеряет объемы и емкости каждого легкого отдельно.
Устройство для ввода воздуха в прибор представляет собой труб-
ку с двумя полостями; трубка раздваивается и каждый конец
можно ввести в воздушный тракт каждого легкого; это обеспечи-
вает изоляцию, позволяющую производить дифференциальные
измерения. Основной функцией бронхоспирометра является пре-
доперационная оценка поглощения кислорода в каждом легком.
Обычно на выходе спирометра получают спирограмму (рис.
14.5) — запись, которая читается справа налево. В этом конкрет-
ном примере при вдохе перо перемещается вниз, а при выдохе —
мм
1Wr
Среднее
Рис. 14.5. Типичная спирограмма; читать справа налево
230
вверх. В некоторых спирометрах перо при вдохе перемещается
вверх.
Для получения спирограммы пациента просят дышать через
мундштук спирометра. При этом нос зажимают специальным за-
жимом, гак что все дыхание осуществляется через рот. Сначала
регистрирующее устройство включают на малую скорость (обычно
32 мм/мин) для измерения жизненной емкости. Для получения
показанной на рисунке спирограммы сначала пациент в течение
короткого промежутка времени дышит спокойно в обычных усло-
виях; это позволяет определить опорную или базовую линию. За-
тем его просят полностью выдохнуть и затем вдохнуть как можно
больше воздуха, столько, сколько он может. При этом регистри-
руется жизненная емкость, эту запись можно видеть в правой
части русунка. В состоянии максимального вдоха пациент на ко-
роткое время задерживает дыхание, и за это время регистратор
переключается на максимальную скорость записи (например,
1920 мм/мин). Затем пациента просят выдохнуть весь воздух как
можно быстрее, при этом получается запись кривой ФОВь Чтобы
вычислить ФОВ1 (FEVi), от начального участка кривой с макси-
мальным наклоном отсчитывается интервал в 1 с. Иногда началь-
ная точка, соответствующая максимальному наклону кривой,
выбирается на уровне максимального вдоха. Это гарантирует, что
начальное трение и инерция спирометра не будут влиять на изме-
рения и что ошибки, которые могут совершать пациенты при вы-
полнении теста, будут компенсированы.
На рис. 14.5 показана также запись MOB (MVV). При этом
измерении регистратор переключается на промежуточную ско-
рость. После короткого отдыха производится запись нескольких
циклов обычного дыхания. Затем пациента просят вдыхать и вы-
дыхать как можно быстрее в течение 10 с.
Большинство спирометрических измерений повторяется два
или три раза. В качестве конечного результата выбирают макси-
мальные значения, так как это гарантирует, что пациент выполнил
тест с максимальными для него возможностями. Одни приборы
калиброваны для непосредственного отсчета результатов, в дру-
гих высоту записанной кривой нужно преобразовать в литры с
помощью калибровочного коэффициента для этих приборов, кото-
рый называется спирометрическим (его можно взять из таблицы
или из графика).
Кроме спирограммы существуют и другие виды выходных
сигналов, в том числе и цифровой отсчет (особенно часто в без-
водных и электронных спирометрах). Некоторые приборы имеют
даже встроенные вычислительные блоки, которые позволяют ав-
томатически вычислять объемы и емкости по данным основных
измерений.
При использовании спирометров (и большинства других при-
бороз для исследования специальных легочных функций, которые
мы рассмотрим ниже) чаще всего возникают трудности, связан-
ные с поведением пациента. Измерения ФОБ (FEV), например,
231
не будут правильными, если пациент не будет прилагать всех
своих усилий, чтобы выдохнуть весь воздух так быстро, как он
только может. Важной частью методики проведения этих измере-
ний является объяснение пациенту смысла и правил выполнения
этой процедуры и стремление обеспечить его полное сотрудничест-
во. При наличии опыта и большой практики медсестры, врачи или
технические специалисты, проводящие эти измерения, вниматель-
но наблюдая за пациентом и за записью спирограммы, обычно
могут сказать, делает ли пациент все, что он может. Например,
наличие скачков или разрывов на кривой ФОВ (FEV) указывает,
что пациент не прикладывает всех своих усилий в течение всего
измерения.
Другой возможной причиной неточности при спирометрических
измерениях являются утечки воздуха. Во время записи сигналов
спокойного дыхания в начале измерений необходимо убедиться,
что средний уровень изменения дыхательного объема не имеет
постепенного дрейфа. Наличие такого дрейфа указывает, что воз-
дух уходит из замкнутой камеры прибора или из соответствующих
соединительных трубок. Утечки необходимо обнаружить и устра-
нить, только в этом случае можно получить правильные резуль-
таты.
14.1.4 . ДРУГИЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЛЕГОЧНЫХ ФУНКЦИЙ
В клинических условиях используются и другие приборы, ко-
торые выполняют некоторые функции спирометра, например ин-
дикатор легочных функций (рис. 14.6). По результатам единствен-
ного форсированного выдоха с помощью преобразователя с нагре-
той проволочкой (этот тип преобразователя используется в неко-
торых электронных спирометрах) этот прибор вычисляет пиковый
поток воздуха, OOBi(FEVi), ФОВ3(ЕЕУз), ЖЕЛ и каждый ФОВ
(FEV) в процентах от ЖЕЛ. Результаты выводятся на измери-
Рис. 14.6. Применение индикатора легочных функций
232
тельный прибор. Другие приборы такого типа дают распечатку
результатов, что позволяет обеспечить постоянную регистрацию.
MOB (MVV) можно измерить также с помощью трубки, через
которую пациент быстро дышит воздухом из резинового баллона,
заполненного известным количеством газа. По мере того как па-
циент дышит в течение 15 с, воздух из баллона выходит; в конце
опыта измеряют изменение объема баллона. Приближенные зна-
чения МОВ можно определить с помощью таблицы, которая при-
кладывается к прибору.
14.1.5 . ИЗМЕРЕНИЕ ОСТАТОЧНОГО ОБЪЕМА
С помощью спирограммы и выходных данных приборов, опи-
санных выше, можно определить все объемы и емкости легких,
кроме тех, определение которых требует измерения объемов воз-
духа, остающегося в легких и в воздушных путях после макси-
мального выдоха. Среди таких параметров можно назвать 00,
ФОБ и ОЕЛ.
Остаточный объем можно измерить, используя смесь инертных
газов. Для таких исследований необходим газоанализатор.
При методе замкнутого контура пациент дышит заполняющим
спирометр маркерным газом (водородом или чаще гелием),
объем и концентрация которого известны. Через несколько минут,
когда легочный и маркерный газы полностью перемешаются, из-
меряют объем и концентрацию газов и по их пропорции вычис-
ляют остаточный объем.
При методе открытого контура, или при методе вымывания
азота, пациент дышит чистым кислородом и выдыхает в спирометр,
из которого удален кислород. Если пациент дышит воздухом, то
остающийся в его легких газ содержит 78% азота. Когда он
начинает дышать чистым кислородом, то кислород смешивается с
остающимся в легких газом и при каждом цикле дыхания неко-
торое количество азота будет «вымываться» из легких. Измеряя
количество азота в каждом выдохе, можно построить кривую вы-
мывания, по которой можно вычислить объем воздуха, который
оставался в легких в начале эксперимента. Наиболее удобным для
начала проведения таких измерений участком цикла дыхания яв-
ляется конец нормального выдоха, который представляет собой
ФОБ.
Функциональная остаточная емкость (ФОЕ, FRC) (вычтя из
нее резервный объем выдоха, можно также определить 00) мож-
но измерить с помощью плетизмографа для всего тела. Этот при-
бор (рис. 14.7) представляет собой воздухонепроницаемую камеру,
в которую помещается пациент (в сидячем положении). Пациент
дышит воздухом, находящимся внутри камеры, через трубку, в
которой расположены преобразователь воздушного потока, и за-
слонку, перекрывающую трубку в определенные моменты иссле-
дования. Преобразователи давления измеряют давление воздуха
в дыхательной трубке между пациентом и заслонкой и внутри
233 ;
Рис. 14.7. Плетизмограф для тела
камеры. Количество воздуха в камере, включая и тот воздух, что
находится в легких пациента, остается в течение исследования
постоянным, так как воздух не может проникнуть в камеру или
выйти из нее. Однако, когда пациент сжимает воздух в своих лег-
ких во время выдоха, общий объем его тела уменьшается, что
приводит к уменьшению давления в камере. И наоборот, когда
пациент делает вдох, который происходит за счет разрежения или
уменьшения давления воздуха в полости грудной клетки, объем
его тела увеличивается и давление в камере возрастает. При
измерениях ФОБ (FRC) заслонку в дыхательной трубке закры-
вают. При отсутствии потока воздуха давление во рту (воспри-
нимаемое преобразователем в трубке) можно считать равным
альвеолярному. Пациента просят медленно делать дыхательные
движения при закрытой заслонке. При этом он попеременно сжи-
мает и расширяет воздух в легких. Измеряя изменения давления
воздуха во рту и соответствующие изменения объема грудной
клетки (равные по значению и противоположные изменениям
объема камеры вне тела пациента), можно вычислить объем
грудной клетки. Если исследования выполняются на конечном
уровне выдоха, то объем грудной клетки будет равен ФОБ.
При использовании плетизмографа для всего тела необходимо
следить, чтобы пациент правильно выполнял все инструкции. Ког-
да пациент войдет в камеру в первый раз, необходимо подождать
несколько минут, чтобы воздух внутри камеры нагрелся до тем-
234
пературы тела. Необходимо также выравнить давление внутри
камеры с атмосферным давлением с помощью соленоидного кла-
пана, который можно открыть на короткое время. Перед началом
измерений необходимо провести тщательную калибровку в точном
соответствии с инструкциями изготовителя. Для получения на-
дежных и достоверных результатов измерений необходимо, чтобы
персонал, работающий с плетизмографом для всего тела, был
знаком с правилами использования соответствующей регистриру-
ющей аппаратуры и дисплеев.
14.1.6 . ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ВОЗДУШНЫХ ПУТЕЙ
И РАСТЯЖИМОСТИ ЛЕГКИХ
Так как для определения растяжимости легких и сопротивле-
ния воздушных путей необходимо измерить давление, то методы
измерения внутриальвеолярного и плеврального давлений зани-
мают важное место в работе функциональных легочных лабора-
торий. К сожалению, измерение этих давлений связано с целым
рядом трудных проблем, вызванных в первую очередь недоступ-
ностью полостей тела, в которых они должны быть выполнены.
Поэтому были разработаны косвенные методы.
Плетизмограф для всего тела (рис. 14.7) можно использовать
для измерений внутриальвеолярного давления. При этих измере-
ниях заслонка в дыхательной трубке открывается. Так как вды-
хаемый воздух забирается из камеры, то давление или изменение
объема в камере противоположны изменениям давления в легких.
Так как при перекрытой дыхательной трубке давление во рту и
внутриальвеолярное совпадают, то данные для калибровки изме-
рений получают следующим образом: в начале исследований па-
циента просят дышать в течение нескольких секунд при закрытой
заслонке.
Сопротивление воздушных путей можно определить, измеряя
одновременно внутриальвеолярное давление и воздушные потоки
в плетизмографе для всего тела. В дыхательной трубке можно
установить любой преобразователь воздушного потока из рас-
смотренных в п. 14.1.3 и 14.1.4. Однако для этих целей наиболее
широко используется пневмотахометр (иногда его называют пнев-
мотахографом). В этом устройстве (рис. 14.8) используется следу-
ющий принцип: поток воздуха, проходя через сопло, создает пе-
репад давлений по диаметру сопла, который зависит от скорости
воздуха. В наиболее распространенных пневмотахометрах сопло
образуется набором капилляров или перфорированным металли-
ческим экраном. Так как поперечное сечение сопла фиксировано,
то разность давлений можно откалибровать так, что она будет
точно характеризовать параметры потока. Для измерения разно-
сти давлений можно использовать два преобразователя давлений
или дифференциальный преобразователь давления.
При измерениях внутриторакальных давлений в пищевод па-
циента вводится баллон, который таким образом попадает в груд-
235
Рис. 14.8. Пневмотахометр
Слева и справа показаны трубки для
ввода и отвода воздуха. Сверху видны
устройства для подключения преобразо-
вателя давления. Черная «кнопка» —
нагревательный элемент
ную клетку. Так как этот баллон испытывает внутриторакальное
давление, то, измеряя это давление относительно давления во рту
с помощью какого-либо дифференциального преобразователя дав-
ления, мы получим разность этих давлений, откуда легко опреде-
лить искомую величину.
14.1.7 . ИЗМЕРЕНИЕ ОБЪЕМА ЗАМЫКАНИЯ
При обнаружении препятствий или помех в малых воздушных
путях в легких часто используют измерение объема замыкания—
объема, при котором некоторые зоны легких не вентилируются,
что вероятнее всего происходит из-за повреждений воздушных
путей. Для определения этого объема можно использовать два
метода. При использовании метода шарика (bolus method) не-
большое количество маркерного газа (обычно аргона, ксенона
или гелия) вдыхается и попадает в остаточный объем. Затем па-
циента просят вдыхать воздух до тех пор, пока не достигнет мак-
симального для него уровня вдоха, и затем выдыхать его так
медленно, как только можно. Пациенты со средним объемом лег-
ких могут выполнить такой выдох за 8...10 с. Во время этого-
выдоха наблюдают за концентрацией маркерного газа во рту; за-
тем эти данные сопоставляют с объемом легких.
При втором методе в качестве маркерного газа используется
остаточный азот в легких. В процессе проведения измерений па-
циент заполняет легкие чистым кислородом и затем выдыхает
весь воздух с максимальным усилием. При этом строится график
зависимости концентрации азота в выдыхаемом воздухе от изме-
няющегося объема легких. При достижении определенного значе-
ния концентрация азота внезапно начинает возрастать более
резко. Объем замыкания представляет собой разность между этим
значением и значением остаточного объема; обычно он выража-
ется в процентах жизненной емкости легких пациента.
14.2. ИЗМЕРЕНИЕ ГАЗОВОГО ОБМЕНА
И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ГАЗОВ
При попадании воздуха в легкие должен произойти обмен кис-
лородом и двуокисью углерода между воздухом и кровью в лег-
ких и между кровью и клетками в тканях тела. Кроме того, газы-
236
должны транспортироваться кро-
вью от легких к тканям тела.
Смешение газов в легких, венти-
ляции альвеол и обмен кислоро-
дом и двуокисью азота между воз-
духом и кровью в легких—все эти
процессы происходят в результате
диффузии. Диффузия представ-
ляет собой перемещение молекул
газа из точек с более высокой
концентрацией в точки с меньшей
концентрацией для выравнива-
ния разности концентраций. Этот
процесс может происходить тогда,
когда газ в камере распределен
неравномерно или когда с двух
сторон проницаемой для газа
мембраны существует разность
концентраций газа. Для опреде-
ления эффективности газового
обмена и диффузии необходимо
измерить количество газов (кис-
лорода и двуокиси углерода) и в
выдыхаемом воздухе, и в крови.
Количественное содержание
кислорода или двуокиси углерода
в выдыхаемом воздухе можно измерить с помощью газовых ана-
лизаторов различного типа. Обычно для этих целей в больницах
используется газовый анализатор Шолландера (рис. 14.9). Не-
большая проба анализируемой смеси газов вводится в камеру,
объем которой можно измерить. Затем в камеру вводится жид-
кость, которая поглощает один из газов (например, кислород).
Когда кислород будет поглощен жидкостью, объем пробы соот-
ветствующим образом уменьшится. Разность объемов до и после
поглощения кислорода равна количеству кислорода, которое со-
держалось в пробе. Процесс повторяется, но при этом в камеру
вводят жидкость, которая поглощает двуокись углерода.
Количественное содержание различных газов в выдыхаемом
воздухе можно также определить и с помощью газового хромато-
графа, в котором газы разделяются в процессе протекания их
через колонку, содержащую различные вещества, взаимодейству-
ющие с газами. Количество каждого газа измеряется по мере то-
го, как он выходит из трубки.
Количество кислорода и двуокиси углерода в крови является
хорошим индикатором эффективности функционирования дыха-
тельной и сердечно-сосудистой систем, поэтому измерения газово-
го содержания крови являются важными диагностическими про-
цедурами. При этом обычно измеряют парциальные давления,
которые непосредственно связаны с концентрациями соответствуй
237
ющих газов и выражаются в миллиметрах ртутного столба. Пар-
циальное давление любого растворенного газа представляет собой
долю этого газа в общей смеси растворенных в крови газов. Пар-
циальное давление кислорода обозначается Р02, а парциальное
давление двуокиси углерода — РСОг.
С Рсо, тесно связан показатель pH крови, который характери-
зует кислотность или щелочность раствора, он связан с концент-
рацией ионов водорода в растворе. Кислота имеет низкий, а осно-
вание — высокий показатель pH. Показатель pH нейтрального
раствора равен 7. Большинство жидкостей человеческого тела
имеют характер слабых оснований. Показатель pH нормальной
артериальной крови 7,38...7,42. Венозная кровь из-за более высо-
кой концентрации двуокиси углерода имеет pH порядка 7,35. Так
как показатель pH зависит от концентрации двуокиси углерода в
крови (причем двуокись углерода участвует в нескольких регу-
лярных процессах в организме), он является очень важным фи-
зиологическим параметром.
Показатель pH жидкостей организма можно измерить и ин
виво, и ин витро. Он измеряется с помощью погружаемых в жид-
кость pH электродов, называемых стеклянными, так как в их кон-
струкцию введена специальная тонкая стеклянная мембрана, на
которой создается напряжение, зависящее от pH жидкости. Это
напряжение можно измерить между стеклянным и опорным
электродами. Опорный электрод (см. гл. 6) является вторым
электродом, размещаемым в жидкости вместе с измерительным,
чтобы создать замкнутую цепь для измерения напряжения. В от-
личие от измерительного опорный электрод не реагирует на изме-
нения измеряемой величины (в данном случае pH).
Величина РСОг жидкости непосредственно влияет на ее пока-
затель pH. Следовательно, если окружить pH электрод мембра-
ной, пропускающей растворенную двуокись углерода, но задер-
живающей любое другое вещество, которое может повлиять на
показатель pH, то мы получим Рс02 электрод. Одним из широко
используемых электродов для измерения РСОг является электрод
Северинауса (названный по имени его изобретателя), специально
разработанный для того, чтобы обеспечить стабильное измерение
содержания двуокиси углерода за более короткое время.
Для измерения Ро2 используются электроды другого типа.
Принцип действия одного из них состоит в следующем: если при-
ложить небольшое напряжение (около 0,7 В) между кусочком
платиновой проволоки и погруженным в кровь опорным электро-
дом (причем платиновая проволока будет отрицательной), то про-
текающий ток будет пропорционален количеству кислорода в
крови. Единый электрод, который объединяет в себе и платино-
вую проволочку, и опорный электрод, называется электродом
Кларка.
На рис. 14.10 показана конструкция проточного электрода, в
котором объединены стеклянный электрод для измерения Р со,,
платиновая проволочка для измерения Р01 и опорный электрод.
238
Электролит
/offста ЭЭ/т
Стекло
Слоркая
пластмшт
СермиСетшая
тррСкд
Рис. 14.10. Комбинация Рсо2 и Ро 2 электродов
Со/Эа
U3 термостата
/Слататвая apoffouо на Эля Рп
\ иг
Стенло-Сатиин pff Сля Х^о
Проточность электрода делает его удобным для измерения содер-
жания респираторных газов в циркулирующей крови.
В /показанном на рис. 14.11 анализаторе газового состава кро-
ви используются описанные выше электроды. Этот единый прибор
позволяет получать цифровые отсчеты величин pH, РСОг и Р Ог .
В состав прибора входят устройство регулирования температуры
водяной ванны и другие приспособления, обеспечивающие высо-
кую точность измерений. Существуют и другие типы анализато-
.. . Рис. 14.11. Анализатор газового состава крови с цифровым отсчетом
239
ров газового состава крови, в которых для измерения Рс0, и Р01
используются абсорбционные методы.
Важным тестом, характеризующим способность легких обеспе-
чивать диффузию газов между воздухом и кровью, является опре-
деление диффузионной емкости. При этом в качестве маркерного
газа используется окись углерода (СО). Пациент вдыхает воздух
с малой концентрацией окиси углерода. После этого, измеряя
количество окиси углерода, оставшееся в выдыхаемом воздухе,
оценивают количество окиси углерода, поглощенное кровью.
Смесь воздуха и окиси углерода анализируется с помощью инф-
ракрасного анализатора окиси углерода. В этом приборе инфра-
красный луч пропускают через образец исследуемой смеси газа.
Значение поглощенной инфракрасной энергии пропорционально
концентрации окиси углерода. Диффузионная емкость определя-
ется как отношение объема окиси углерода в миллилитрах, пог-
лощаемого в течение минуты, к концентрации окиси углерода в
легких.
14.3. ТЕРАПЕВТИЧЕСКАЯ РЕСПИРАТОРНАЯ АППАРАТУРА
Если организм пациента не способен обеспечить адекватную
вентиляцию за счет естественных процессов, для оказания помощи
следует использовать механические приспособления, которые
обеспечат достаточное снабжение кислородом органов и тканей
тела и предотвратят накопление двуокиси углерода до опасных
уровней. Процедуры и приборы, обеспечивающие механическую
помощь при дыхании и подачу гипоксическим пациентам воздуха
с более высокой концентрацией кислорода или других терапевти-
ческих газов или медикаментов, относятся к области респиратор-
ной терапии. Еще несколько лет назад эту область медицины на-
зывали ингаляционной терапией, но так как она кроме ингаляции
охватывает и множество других процедур и методик, то сейчас
предпочитают использовать более общий термин. Среди приборов
для респираторной терапии можно указать ингаляторы, вентиля-
торы, респираторы, приборы для оживления (resuscitators), дыха-
тельные аппараты с положительным давлением, увлажнители и
распылители. Однако функции многих из этих приборов перек-
рываются. Изготовители таких приборов применяют для некото-
рых конкретных приборов различные наименования.
14.3.1. ИНГАЛЯТОРЫ
Ингалятором обычно называется прибор для подачи кислоро-
да или какого-либо другого терапевтического газа пациенту, ко-
торый может дышать самостоятельно. Как правило, ингаляторы
используют тогда, когда для пациента нужна более высокая кон-
центрация кислорода, чем в обычном воздухе. Ингалятор состоит
из источника терапевтического газа, оборудования для уменьшения
240
Рис. 14.12. Портативный ингалятор с маской
давления и управления потоком газа и устройства для введения
газа в организм пациента. Среди устройств для введения паци-
s енту кислорода можно указать носовые канюли и катетеры, маски,
• которые закрывают нос и рот, кислородные палатки (например,
в педиатрических отделениях). В портативном ингаляторе с мас-
, кой (рис. 14.12) концентрация кислорода в воздухе, который
вдыхает пациент, регулируется путем управления потоком газа
•» в маске.
* Медсестра, терапевт или другой специалист, который исполь-
' зует ингалятор для введения кислорода или другого терапевтиче-
ского газа, должен иметь соответствующую подготовку и опыт
его применения. Опасности, связанные с наличием повышенной
концентрации кислорода в атмосфере, требуют принятия специаль-
ных мер предосторожности. Строго запрещается курить в поме-
щении, необходимо также следить, чтобы отсутствовали другие
: источники открытого пламени или искрения (например, искрящие
игрушки в педиатрических палатах). Важно также, чтобы перед
употреблением все несменяемые части аппаратуры были очище-
ны и чтобы была удалена смазка всех 'Соединений в соответствии
с инструкцией изготовителя аппаратуры.
14.3.2. ВЕНТИЛЯТОРЫ И РЕСПИРАТОРЫ
Названия вентилятор и респиратор (они взаимозаменяемы)
используются для обозначения прибора, который можно приме-
нять для улучшения вентиляции легких (в непрерывном или пре-
рывистом режиме) и для подачи увлажненного воздуха или меди-
каментов в виде аэрозолей в легочные пути. Большинство ис-
пользуемых в клинических условиях вентиляторов обеспечивает
положительное давление во время вдоха для заполнения легких
241
различными газами или смесями газов (воздух, кислород, двуокись
углерода, гелий и т. п.). Выдох обычно пассивен, хотя при опре-
деленных обстоятельствах давление может создаваться и во вре-
мя выдоха, что позволяет улучшить насыщение кислородом арте-
риальной крови. Среди таких случаев можно назвать применение
непрерывного положительного давления в воздушных путях
(continuous positive airway pressure) для лечения детей с заболе-
ваниями гиалиновых мембран или в конце выдоха (positive end
expiratory pressure) для лечения некоторых взрослых пациентов
с заболеваниями дыхательных систем. Лишь в очень редких слу-
чаях во время выдоха используется отрицательное давление в
дыхательной системе.
Большинство применяемых респираторов относятся к помога-
ющим и контролирующим устройствам, они могут попользоваться
в любом из трех режимов. Эти режимы отличаются по методу, с
помощью которого инициируется вдох.
1. В режиме помощи механизм вдоха включается пациентом.
Датчик давления реагирует на небольшое отрицательное давле-
ние, которое возникает каждый раз, когда пациент пытается вдох-
нуть, и включает аппарат, начинающий надувать легкие. Таким
образом, респиратор помогает пациенту совершить вдох тогда,
когда он сам хочет вдохнуть воздух. Специальная регулировка
чувствительности обеспечивает выбор того усилия пациента, ко-
торое необходимо для включения прибора. Режим помощи ис-
пользуется при лечении пациентов, которые могут управлять сво-
им дыханием, но не могут вдохнуть достаточное количество воз-
духа или у которых процесс дыхания отнимает слишком много
усилий.
2. В режиме управления осуществляется управление процессом
дыхания с помощью специального таймера, задающего необходи-
мую частоту дыхания. Управляемая вентиляция необходима тем
пациентам, которые не могут дышать самостоятельно. В этом ре-
жиме респиратор полностью осуществляет контроль над дыхани-
ем пациента и не реагирует ни на какие попытки пациента сде-
лать вдох или выдох.
3. В режиме помощь—управление прибор обычно включается
при попытке пациента произвести вдох, как и в режиме помощи.
Если пациент не может сделать вдох в течение заранее опреде-
ленного времени, то таймер автоматически переключает прибор на
надувание легких. Таким образом, пациент управляет своим дыха-
нием до тех пор, пока он может это сделать, но если он не в си-
лах сделать этого, эта функция переходит к прибору. Этот режим
чаще всего используется в отделениях интенсивной терапии.
Многие респираторы можно включать вручную с помощью ор-
ганов управления на панели.
Как только включается механизм осуществления вдоха, напол-
нение легких будет продолжаться до тех пор, пока не будет вы-
полнено одно из следующих условий:
242
— давление подаваемого газа достигает определенного значе-
ния во внутренних или в верхних участках воздушного тракта.
Вентилятор, работающий по такому принципу, называется управ-
ляемым по давлению-,
— пациенту будет подан заранее определенный объем газа.
Это основной режим работы вентиляторов, управляемых, по
объему,
— воздух или кислород подаются в течение заранее опреде-
ленного промежутка времени. Это характерный режим работы
вентиляторов, управляемых по времени.
Различные респираторы, используемые в клинических услови-
ях, можно разделить на два основных типа. Устройства первого
типа — это управляемые по давлению респираторы с положитель-
ным давлением, работающие в режиме помощь—управление
(рис. 14.13). Этот прибор работает на пневматической энергии,
обеспечиваемой источником газа, и не требует электропитания.
Приборы этого типа могут иметь в своем составе компрессор с пи-
танием от электросети, их можно использовать и с отдельным
компрессором, что позволяет проводить вентиляцию с помощью
окружающего воздуха.
Хотя респиратор, показанный на рис. 14.13, очень мал, в его
состав входят все необходимые устройства для управления пото-
ком газа, смешивания воздуха и кислорода, обнаружения попытки
пациента сделать вдох, прекращения вдоха при достижении нуж-
ного давления, регулировки чувствительности включающего уст-
ройства и уровня задаваемого давления и даже для создания от-
рицательного давления для помощи при выдохе (у некоторых при-
боров). Специальные клапаны, в которые входят магнитные эле-
менты, воспринимают небольшие отрицательные давления, возни-
кающие при попытке пациента сделать вдох. Временной режим
работы прибора в режиме управления обеспечивается заполне-
1 нием камеры газом и вытеканием этого газа через регулируемый
игольчатый клапан. В заранее рассчитанный момент времени
давление спадает до уровня, при котором происходит срабаты-
вание подпружиненного клапана. В одном широко применяемом
респираторе такого типа есть три пневматических временных уст-
: ройства другого типа, что позволяет осуществлять управление как
( по времени, так и по давлению.
' Режим дыхания с управлением по объему можно обеспечить и
1 с помощью респиратора с пневматическим управлением, который
позволяет осуществлять управление по времени. Такая гибкость
; основывается на следующей предпосылке: воздушный поток с оп-
ределенными параметрами за определенный промежуток времени
; переносит определенный объем воздуха. Однако такое временное
< управление оказывается эффективным и безопасным при лечении
\ только тех пациентов, у которых дыхательная система работает
1 стабильно и у которых не происходит быстрых (в течение минут)
I изменений состояния легких (например, вследствие забития дыха-
i тельных путей слизью). При таких обстоятельствах пациент может
243
Рис. 14.13. Респиратор Mark 7, управ-
ляемый по давлению с положитель-
ным давлением, работающий в режи-
ме помощь — управление
Рис. 14.14. Респиратор, управляемый
по объему
получить недостаточное количество газа, что создает очень опас-
ную ситуацию для тех, кто находится в критическом состоянии.
Если невозможно использовать респиратор, управляемый по объ-
ему, эти опасные затруднения удается преодолеть с помощью
постоянных наблюдений по спирометру, устанавливаемому на
клапане, подающем воздух к пациенту, и тщательной регулировки
прибора.
К приборам второго типа относятся управляемые по объему
респираторы, часто называемые объемными. В таком приборе
(рис. 14.14) точно регулируемый объем газа для каждого вдоха
формируется с помощью поршневого пли сильфонного устройства.
В отделениях интенсивной терапии, где у пациентов могут наблю-
даться расстройства дыхательной системы и необходимо обеспечить
подачу точно заданного объема газа с заданной концентрацией, ис-
пользование респираторов этого типа оказывается более предпочти-
тельным. Эти приборы обычно больше по размерам, чем респира-
торы с пневматическим управлением, их устанавливают на полу
244
возле постели пациента. Объемные респираторы питаются от
электросети, они обеспечивают значительно большую степень уп-
равления процессом дыхания, чем респираторы, управляемые по
давлению.
В большинстве приборов такого типа предусмотрена регули-
ровка пределов давления и устройства тревожной сигнализации,
обеспечивающие безопасность пациента. Кроме того, для обеспе-
чения терапевтической помощи пациентам можно одновременно
использовать регулировку пределов давления, продолжительности
вдоха и выдоха и установку нужного объема.
Управляемые по объему респираторы, применяемые в отделе-
ниях интенсивной терапии, всегда снабжаются спирометром, ко-
торый позволяет точно следить за вентиляцией легких пациента.
Респираторы могут также снабжаться подогреваемыми увлажни-
телями и устройствами для создания отрицательного и положи-
тельного давления в конце выдоха.
Для вентиляции легких пациента с помощью аппаратуры с уп-
равлением либо по давлению, либо по объему необходимо, чтобы
в системе не было утечек. Единственным исключением из этого
правила является преднамеренная утечка газа при лечении паци-
ентов, которым необходима интубация, т. е. введение трубки в
трахею через нос или рот или с помощью трахетомии. Эта про-
цедура необходима для уменьшения мертвого пространства или
для вентиляции легких пациента, который опасно болен или на-
ходится под воздействием анестезии. В таких ситуациях опреде-
ленный уровень утечки вокруг трубки предотвращает поврежде-
ние трахеи вследствие давления на слизистую мембрану и гипо-
ксию в этой области. При использовании респираторов с управ-
лением по объему обычно необходима интубация пациента.
Респираторы, управляемые по давлению, также могут использо-
ваться для лечения интубированных пациентов, но основной обла-
стью их применения является лечение пациентов, которым необ-
ходима кратковременная терапия с помощью маски или прикла-
дываемого ко рту раструба. Так как при этом могут происходить
значительные утечки газа, то для получения желаемого терапев-
тического эффекта персонал должен обладать значительным опы- •
том в использовании таких приборов.
Так как последствия возможных ошибок очень серьезны, то
крайне важно, чтобы к использованию респираторов и к их наст-
ройке допускался только хорошо подготовленный персонал. В дан-
ной книге мы не приводим подробное описание функционирования
этих приборов, которое можно было бы использовать как руко-
водство по эксплуатации. Такую информацию можно получить в
литературе, указанной в списке к данной главе, и в инструкциях
по эксплуатации, выпускаемых изготовителями.
При использовании респиратора его режим работы и положе-
ние различных регулировочных органов должны быть выбраны с
учетом конкретных требований лечения данного пациента. Сот-
рудничество пациента весьма существенно для эффективного при-
245
менения аппаратуры при работе ее в любом режиме. Когда аппа-
ратура работает в режиме помощи или помощи—управления, то
пациента необходимо обучить работе с ней. В режиме управления
любая попытка пациента дышать самостоятельно может оказаться
вредной. При всех обстоятельствах необходимо принять меры
предосторожности, чтобы избежать нежелательных утечек. Сле-
дует также избегать и избыточного давления, особенно в отделе-
ниях для новорожденных. За пациентом необходимо тщательно
наблюдать, чтобы сразу же обнаружить возникновение каких-ли-
бо нежелательных явлений. Грудь пациента должна ритмически
подниматься и опускаться в такт с работой респиратора. Нужно
непрерывно следить за цветом его кожи и за доступными для
наблюдения параметрами, у пациента не должна проявляться из-
быточная усталость после проведения кратковременной терапии
или излишняя возбужденность во время длительной терапии. Ни
при каких обстоятельствах серьезно больных пациентов нельзя
оставлять одних во время проведения любых процедур дыхатель-
ной терапии. Для предупреждения передачи инфекции между
пациентами важно обеспечить адекватную стерилизацию. Так как
респиратор или вентилятор является прибором для спасения жиз-
ни людей, то очень важно, чтобы при неисправности аппаратуры
или прекращении подачи электроэнергии можно было воспользо-
ваться ручным комплектом кислородный мешок-маска и чтобы
среди персонала были люди, умеющие им пользоваться.
14.3.3. ДЫХАНИЕ С ПРЕРЫВИСТЫМ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫМ ДАВЛЕНИЕМ
В широком смысле дыхание с прерывистым, положительным,
давлением (ДППД) представляет собой любую форму дыхания,
во время которого пациенту оказывается помощь в дыхании или
управлении дыханием, при этом воздух или другой газ подаются
под положительным давлением только во время фазы выдоха.
В более узком смысле термин ДППД используется для названия
кратковременного лечения в режиме помощи или помощи-управ-
ления, причем часто используется введение медикаментов с по-
мощью распылителя (см. п. 14.3.5). Для ДППД можно использо-
вать большинство из описанных респираторов, однако обычно
применяют респираторы, управляемые по давлению, так как они
портативны и удобны для лечения пациентов, находящихся в
сравнительно хорошем состоянии. Некоторые респираторы, осо-
бенно рассчитанные на использование в домашних условиях, пред-
назначены только для кратковременной терапии.
14.3.4. СТИМУЛИРУЮЩИЙ СПИРОМЕТР
Стимулирующий спирометр работает на основе совершенно
другого, хотя и более физиологического принципа. Обнаружилось,
что при проведении ДППД выделения часто затягиваются глубже
в легкие, что еще больше уменьшает объем работающих легких и
246
создает ателектазы, т. е. зоны, в которых легкие сжимаются, спа-
дают. Если аппаратура ДППД форсирует поступление газа в лег-
кие, то стимулирующий спирометр позволяет пациенту вдыхать
окружающий воздух обычно через раструб с относительно низким
сопротивлением, причем он использует свою дыхательную муску-
латуру для расширения грудной клетки до тех пор, пока не вдох-
нет заранее заданный объем газа; при этом индикаторная лам-
почка подает сигнал ю совершении успешного «зевка». В этот
момент можно начинать выдох. Нескольких «зевков», производи-
мых каждый час, обычно бывает достаточно для предотвращения
большинства обычных легочных осложнений. В основном паци-
енты могут сами пользоваться индивидуальными приборами с
минимальной помощью персонала. Успешное использование этого
прибора и управление им со стороны относительно иммобилизо-
ванного пациента надо приветствовать, рассматривая их как
активное участие пациента в лечении, которое ускоряет выздоров-
ление. Можно ожидать, что более дешевые, более эффективные
стимулирующие спирометры заменят аппаратуру для ДППД при
лечении большинства пациентов, нуждающихся в такой помощи.
14.3.5. АППАРАТЫ ДЛЯ ОЖИВЛЕНИЯ
Оживление определяется как возвращение к жизни или вос-
становление сознания и нормальной жизнедеятельности. Поэтому
аппарат для оживления представляет собой используемый в
крайних ситуациях прибор, предназначенный для подачи кислоро-
да или для оказания помощи в дыхании в течение некоторого пе-
риода времени, пока пациент не оказывается способен дышать са-
мостоятельно. Хотя при необходимости любой из имеющихся в
больнице ингаляторов или респираторов можно использовать для
оживления, для применения при несчастных случаях были разра-
ботаны специальные аппараты. Их отличие от обычных приборов
заключается в их портативности и простоте применения непосред-
ственно на месте происшествия несчастного случая. При отсут-
ствии специального оборудования для оживления можно использо-
вать искусственное дыхание «рот в рот» или, что еще лучше, кис-
лородную маску.
Аппарат для оживления специального типа, называемый сер-
дечно-легочным аппаратом для оживления (реаниматором), обес-
печивает при несчастных случаях вентиляцию легких и одновре-
менный механический массаж сердца. Такая аппаратура была
рассмотрена в гл. 10.
14.3.6. УВЛАЖНИТЕЛИ, РАСПЫЛИТЕЛИ И АСПИРАТОРЫ
Чтобы предотвратить повреждение легких пациента во время
проведения респираторной терапии, подаваемый воздух или кис-
лород необходимо увлажнять. Поэтому в состав практически всех
247
~ ингаляторов, вентиляторов (респира-
торов) входят устройства для увлаж-
Шг*. нения воздуха (это либо подогревае-
те- . мне испарители, либо сосуд с водой,
через который пропускают поток газа).
!’ . Е ' Если для лечения необходимо, что-
бы во вдыхаемом воздухе в виде аэро-
золи присутствовала вода или какое-
' либо лекарство, то применяется при-
J «Л бор, называемый распылителем. В рас-
' » ' пылителе вода или лекарство захваты-
, ваются движущимся с высокой скоро-
стью потоком кислорода (или другого
газа); этот поток направляется на ка-
кой-либо экран пли другую поверх-
ность (их может быть несколько), где
разбивается на мелкие капельки или
I ' частицы заданного размера. Затем эта
' аэрозоль с помощью респиратора вво-
дится в дыхательные пути пациента
Рис. 14.15. Ультразвуковой рас- (см. § 14.2 и 14.3).
пылитель Более эффективным (но и более
дорогим) является ультразвуковой
распылитель (рис. 14.15). В этом электронном приборе гене-
рируется ультразвуковая энергия, частота которой значительно
выше диапазона слышимых частот. Если воздействовать этой
ультразвуковой энергией на воду или лекарство, то они начинают
вибрировать с такой интенсивностью, что образуется большое ко-
личество мельчайших капелек. Такой прибор обычно состоит из
двух частей: генератора, формирующего высокочастотный ток для
возбуждения ультразвукового преобразователя, и собственно рас-
пылителя, в котором генерируется ультразвуковая энергия и
осуществляется воздействие ею на воду или лекарственное ве-
щество. В отличие от обычного в ультразвуковом распылителе не
нужно использовать поток газа, которым дышит пациент. Следо-
вательно, лечебное средство можно ввести во время кислородной
терапии или в процессе механической вентиляции. Благодаря сво-
им преимуществам ультразвуковой распылитель часто использу-
ется вместо аппаратуры для проведения ДППД,
Аспиратор (или отсасывающий аппарат), часто являющийся
составной частью вентилятора (респиратора), используется для
удаления слизи или других жидкостей из дыхательных путей.
Если в состав респираторной терапевтической аппаратуры не
входит аспиратор, то можно использовать отдельное отсасыва-
ющее устройство.
248
I 15
I РЕНТГЕНОВСКАЯ АППАРАТУРА
И В 1895 г. немецкий физик Вильгельм Конрад Рентген открыл
ранее неизвестный вид излучения. Он обнаружил, что это излуче-
Иние может -проходить через непрозрачные объекты и позволяет
получать изображение их внутренней структуры. Из-за наличия
таких мистических свойств он назвал открытое им излучение
ШХ-лучами. Однако во многих странах Х-лучи называют рентгенов-
Искими в честь открывшего их ученого, который за эту работу в
1901 г. был удостоен Нобелевской премии.
к Значение рентгеновских лучей в качестве средства медицин-
ской диагностики было понято уже вскоре после их открытия.
I Позднее было обнаружено, что рентгеновское излучение можно ис-
Е пользовать и в терапевтических целях. Оба применения рентге-
невского излучения объединяются в область медицины, получив-
| шей название рентгенологии. Рентгеновские аппараты были пер-
11 выми электрическими приборами, которые стали широко исполь-
зеваться в медицине. В действительности больницы все еще тра-
тят больше денег на приобретение рентгеновской аппаратуры, чем
медицинских приборов любого другого типа.
I 15.1. РЕНТГЕНОВСКИЕ ЛУЧИ
Е Рентгеновские лучи являются одной из форм электромагнит-
I ного излучения, они подобны радиоволнам или видимому свету, ..
i только длина их волны значительно меньше. На коротковолновом
I конце видимой части спектра излучение воспринимается челове- f
| ческим глазом как фиолетовый цвет. Излучение с еще более ко- i
► роткими длинами волн — ультрафиолетовое — невидимое, но оно 5
| может вызвать ожоги кожи или повреждение глаз. За пределами ;
В ультрафиолетового диапазона начинается диапазон рентгеновских |
| лучей. В действительности рентгеновское излучение занимает це- J
Е лый диапазон волн. Чем меньше длина волны, тем жестче рентге- ?
I невское излучение и тем сильнее его проникающая способность.
I Подобно свету, рентгеновское излучение обычно распространяется ;
I по прямой. Однако, проходя через некоторый объект, такой как J
| тело пациента, не все лучи, падающие на тело, выходят с проти-
I воположной стороны. Часть входящих рентгеновских лучей будет
I либо поглощена в объекте, либо рассеяна. Это означает, что лучи
| изменят направление распространения. Величина поглощения и
Г рассеяния зависит от плотности среды. Она больше в металлах,
| чем в костях, больше в костях, чем в мягких тканях, и больше
| в мягких тканях, чем в воздухе. На этом эффекте и основано
I использование рентгеновского излучения в медицинской диагно-
| стике.
I Поглощенные или рассеянные рентгеновские лучи не покидают
[- в неизменном виде ту среду, в которой произошли эти эффекты; i
К 249
лучи
Рис. 15.1. Принцип действия рентгеновской трубки
они взаимодействуют с атомами материала и выбивают из них
электроны. Этот процесс называют ионизацией, поэтому и сами
рентгеновские лучи иногда называют ионизирующим излучением.
Именно ионизацией и обусловлено их терапевтическое воздей-
ствие.
15.2. ГЕНЕРАЦИЯ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Рентгеновское излучение генерируется в рентгеновской трубке,
принцип действия которой показан на рис. 15.1. Эта трубка состо-
ит из вакуумной стеклянной колбы с двумя металлическими элект-
родами. Один из них — катод — представляет собой металличе-
скую нить, нагреваемую электрическим током до темно-красного
цвета. Напряжение, приложенное между катодом и другим элект-
родом — анодом — создает поток электронов через вакуум. Когда
электроны ударяют в ту часть анода, которая называется ми-
шенью, они взаимодействуют с атомами металла, при этом во всех
направлениях излучаются рентгеновские лучи. Напряжение меж-
ду электродами очень высоко (тысячи вольт), и чем выше нап-
ряжение, тем более жесткое (более проникающее) излучение ге-
нерирует трубка. Интенсивность рентгеновских лучей зависит
также от числа электронов, ударяющихся о мишень, или от тока,
который протекает через трубку. Этот ток можно менять, изменяя
температуру нагревателя, что в свою очередь достигается изме-
нением напряжения нагревателя.
15.3. ВИЗУАЛИЗАЦИЯ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ
В нормальных условиях рентгеновские лучи не могут непос-
редственно восприниматься человеком; следовательно, чтобы
сформировать изображение распределения интенсивности рентге-
новских лучей, прошедших через тело пациента, необходимо ис-
пользовать косвенные методы визуализации. Широкое распрост-
ранение получили три метода.
250
15.3.1. ФЛЮОРОСКОПИЯ
Рентген открыл Х-лучи, когда он заинтересовался тем, почему
соли некоторых металлов светятся в темноте под воздействием
излучения. Яркость этой флюоресценции зависела от интенсивно-
сти излучения. Покрытые металлическими солями куски картона
были первым средством визуализации рентгеновского изображе-
ния. Первые флюороскопы представляли собой простые картонные
воронки, открытый конец которых использовался для наблюдения,
а широкий закрывался тонким куском картона, покрытого с внут-
ренней стороны слоем флюоресцирующей металлической соли.
Однако получаемое таким способом флюороскопическое изобра-
жение было очень слабым, а интенсивность рентгеновского излу-
чения, необходимая для получения достаточно яркого изображе-
ния, должна быть так велика, что излучение становится опасным
и для пациента и для наблюдателя. Если интенсивность радиации
снизить до безопасного предела, то флюороскопическое изобра-
жение становится настолько слабым, что его можно рассматри-
вать только в совершенно затемненной комнате и после того, как
глаза наблюдателя адаптируются к темноте в течение 10...20 мин.
Из-за этих неудобств прямая флюороскопия имеет ограниченное
применение.
15.3.2. РЕНТГЕНОВСКИЕ СНИМКИ
Хотя рентгеновское излучение имеет значительно более корот-
кие длины волн, чем видимый свет, оно воздействует на фотогра-
фические эмульсии аналогично свету. Следовательно, после обра-
ботки в проявителе, пленка, которая подвергалась воздействию
рентгеновских лучей, отразит распределение интенсивности рент-
геновских лучей. Контрастность и яркость снимков можно увели-
чить, используя усиливающие (интенсифицирующие) экраны, ана-
логичные описанным ранее флюороскопическим экранам. Этот
экран плотно прижимается к поверхности пленки, так что на
пленку воздействуют и рентгеновские лучи, и свет флюоресценции
экрана. Рентгеновские пленки (с усиливающими экранами или
без них) упаковываются в светонепроницаемые кассеты, одна
сторона которых изготовляется из тонкого пластика, через кото-
рый свободно проходит рентгеновское излучение.
15.3.3. УСИЛИТЕЛИ ИЗОБРАЖЕНИЯ
Слабое изображение на флюороскопическом экране можно сде-
лать ярче с помощью электронного усилителя изображения (рент-
геновского электронно-оптического преобразователя). С этой
целью экран размещают в одном конце большой электронной
трубки, на другом конце которой находится меньший экран, по-
добный телевизионному. Этот прибор обеспечивает увеличение
яркости изображения в несколько сот раз. Это не только позво-
251
ляет уменьшить интенсивность рентгеновского излучения, но и
дает возможность наблюдать изображение при нормальной осве-
щенности помещения. Однако электронно-оптический преобразо-
ватель достаточно тяжел и требует специальной системы крепле-
ния. При исследовании груди или тазовой области лежащего на
опине пациента экран, на котором будет появляться усиленное
изображение, размещается над пациентом и необходима система
линз и зеркал, чтобы изображение мог рассмотреть радиолог, ко-
торый обычно стоит около пациента. Поэтому в настоящее время
для приема полученного с помощью электронно-оптического пре-
образователя изображения часто используется телевизионная ка-
мера, при этом изображение можно наблюдать на экране установ-
ленного в удобном месте телевизионного монитора. Это телевизи-
онное изображение можно записать с помощью видеомагнитофо-
на. Для непосредственной записи усиленного рентгеновского изоб-
ражения во время исследований можно использовать кинокамеры.
15.4. РЕНТГЕНОВСКИЕ АППАРАТЫ
Чтобы получить рентгеновское изображение определенной час-
ти тела, исследуемая область должна быть расположена между
рентгеновской трубкой и изображающим устройством. Такое
расположение при рентгенографии грудной клетки показано на
рис. 15.2. Аналогично тому, как свет обрисовывает тень объекта
на стене, рентгеновская трубка проецирует «тень» внутренних
структур тела на изображающем устройстве. Чтобы рентгенов-
ское изображение было четкой копией этих структур, та часть те-
ла, на которую падает рентгеновское излучение, должна быть
расположена как можно ближе к изображающему устройству, а
рентгеновская трубка — как можно дальше от исследуемого объ-
екта.
Рис. 15.2. Использование рентгеновских лучей для визуализиации внутренней
структуры тела
252
При использовании передвижных рентгеновских аппаратов, по-
добных показанному на рис. 15.3, кассета с рентгеновской пленкой
обычно располагается непосредственно за пациентом. Рентгенов-
ская трубка монтируется на штативе, и ее высота может регули-
роваться. «Нацеливание» трубки упрощается за счет применения
небольшого источника света, который проецирует тень волосяно-
го крестика, установленного на оси пучка рентгеновских лучей.
Регулируемые механические шторки позволяют ограничивать раз-
меры пучка в соответствии с размерами исследуемой области тела.
В стационарных рентгеновских аппаратах поддерживающая
штанга рентгеновской трубки монтируется на стене или на потол-
ке рентгенографического кабинета так, чтобы можно было регу-
лировать высоту подвески трубки и изменять направление пучка
рентгеновских лучей. При рентгенографии грудной клетки держа-
тель для кассеты с пленкой монтируется на стене комнаты (пре-
дусматривается возможность изменения высоты крепления кассе-
ты). Для большинства других рентгенографических исследований
кассета вставляется в верхнюю часть регулируемого стола, а
рентгеновская трубка располагается над пациентом, который ле-
жит на столе в соответствующем положении. При использовании
усилителя изображения трубка обычно располагается ниже сто-
ла, а усилитель — над пациентом. В некоторых рентгеновских ап-
паратах рентгеновская трубка и усилитель изображения монтиру-
ются на противоположных концах С-образной конструкции так,
чтобы они были обращены друг к другу. На рис. 15.4 показан
передвижной рентгеновский аппарат такой конструкции.
Высокое напряжение, необходимое для работы рентгеновской
трубки, обеспечивается трансформатором, часто монтируемым в
заполненном маслом корпусе, который подключается к корпусу
253
Рис. 15.4. Передвижная рентгеновская установка (с усилителем изображения
и телевизионным монитором)
трубки двумя мощными кабелями. Панель управления рентгенов-
ского аппарата обычно содержит три различных органа управле-
ния. Регулятор напряжения, максимальное значение которого
выражается в киловольтах, определяет жесткость, или проника-
ющую способность, рентгеновского луча. Регулятор тока пучка,
выраженного в миллиамперах, определяет интенсивность пучка
рентгеновских лучей. Третий орган управления просто определя-
ет время (в секундах или в долях секунды), в течение которого
пучок включается для получения рентгеновского изображения.
Однако работающие на батареях передвижные рентгеновские ап-
параты могут не иметь регулировки времени. Необходимые наст-
ройки органов управления, обеспечивающие получение рентге-
новских фотографий (снимков) определенных частей тела, обычно
определяются по таблицам, но для тучных или худых пациентов
могут быть сделаны необходимые корректировки.
15.5. СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ
В предыдущем разделе описаны общие принципы получения
рентгеновского изображения. Однако, для того чтобы получить
полезные изображения определенных структур тела, часто прихо-
дится использовать специальные методы.
15.5.1. РЕШЕТКИ
Как уже упоминалось в § 15.1, некоторая часть рентгеновских
лучей, попадающих в организм человека, рассеивается и далее
распространяется по направлению, не совпадающему с осью па-
254
дающего пучка. Если исследуемая часть тела очень толста и если
облучаемая область велика, то рассеянные рентгеновские лучи
могут вызвать расплывание изображения. Этот эффект можно
уменьшить, используя так называемую решетку или диафрагму
Бакки (по имени Густава Вакки, ее изобретателя). Это устрой-
ство представляет похожую на решетку структуру, образованную
тонкими свинцовыми полосками и расположенную непосредствен-
но перед рентгеновской пленкой. Подобно жалюзи, которые про-
пускают только солнечные лучи, строго параллельные его плас-
тинкам, решетка пропускает рентгеновские лучи, распространя-
ющиеся по прямой, и поглощает рассеянные рентгеновские лучи.
Чтобы избежать появления на пленке тени от самой решетки, во
время экспонирования пленки решетку перемещают с помощью
механического привода.
15.5.2. КОНТРАСТНАЯ СРЕДА
Инородные тела и кости поглощают рентгеновские лучи значи-
тельно сильнее, чем тягкие ткани; органы и структуры мягких
тканей отличаются по степени поглощения рентгеновского излу-
чения незначительно. Чтобы сделать их контуры отличимыми на
рентгеновском изображении, необходимо наполнить их контраст-
ной средой (контрастным веществом) до того, как будет сделан
рентгеновский снимок. При пневмоэнцефалографии желудочки
мозга делают видимыми, наполняя их воздухом, который погло-
щает рентгеновские лучи слабее, чем окружающие мозговые
структуры. Структуры желудочно-кишечного тракта можно сде-
лать видимыми с помощью сернокислого бария (проглатываемого
или вводимого с помощью клизмы), который поглощает рентге-
новские лучи сильнее, чем окружающие ткани. Другие структуры
и органы тела также можно сделать видимыми, если наполнить
их соответствующим контрастным веществом.
15.5.3. АНГИОГРАФИЯ
При ангиографии контуры кровеносных сосудов делают види-
мыми на рентгеновском изображении с помощью инъекции ша-
рика контрастного вещества непосредственно в кровь в исследуе-
мой области. Так как контрастное вещество при циркуляции кро-
ви быстро растворяется, то рентгеновский снимок или серию таких
снимков необходимо делать сразу же после инъекции. Эта проце-
дура часто выполняется автоматически с помощью автоматизиро-
ванного шприца и электрического приспособления для смены
кассет.
15.5.4. КАТЕТЕРИЗАЦИЯ СЕРДЦА
Катетеризация сердца используется в первую очередь для
диагностики пороков клапанов, дефектов стенок сердца и состоя-
ний, для которых характерны гемодинамические изменения.
С этой целью в сердце через артерию, вену или, в некоторых слу-
255
чаях, непосредственно через стенку грудной клетки вводится спе-
циальный катетер. Используя флюороскопический контроль (с
усилителем изображения), специалист манипулирует катетером до
тех пор, пока его кончик не займет необходимое положение внут-
ри сердца. С помощью этого катетера можно измерять давление
в различных частях сердца. Если клапаны сердца сужены или не
закрываются полностью, то в измеренном давлении будут заметны
характерные изменения. Дефекты стенок можно обнаружить с
помощью отбора образцов крови из различных камер сердца и
измерения концентрации кислорода в этих образцах. Эффектив-
ность работы сердца можно оценить, измерив давление в желу-
дочках в различные моменты сердечного цикла. Введя через ка-
тетер индикатор (см. гл. 12), можно измерить и сердечный выб-
рос. Введя контрастное вещество через соответствующим образом
расположенный сердечный катетер (селективная ангиография),
можно сделать видимыми сосудистые структуры сердца, в том
числе и коронарные артерии (коронарная ангиография). Более
подробно катетеризация сердца обсуждалась в гл. 10.
15.5.5. ТРЕХМЕРНАЯ ВИЗУАЛИЗАЦИЯ
Основным недостатком рентгеновских изображений является
то, что они по существу являются двумерными представлениями
трехмерных структур. Орган, расположенный впереди или сзади
другого, часто затеняет детали изображения этого другого органа.
В стереорадиографии снимают с различных углов два рентгенов-
ских снимка, которые при рассматривании их с помощью стере-
оскопического устройства дают трехмерное рентгеновское изобра-
жение. В томографии (от греческого слова tomos — слой или
сечение) рентгеновский снимок показывает структуру только тон-
кого слоя или сечения тела. Несколько снимков, характеризующих
среды на различных уровнях, позволяют осуществить трехмерную
визуализацию. Томографические рентгеновские снимки можно
получить, перемещая во время экспозиции рентгеновскую трубку
и кассеты с пленкой (в противоположных направлениях). При
этом изображения структур, лежащих выше или ниже определен-
ной плоскости, из-за перемещения трубки и пленки размазывают-
ся, а структуры в этой плоскости изображаются без искажений.
В настоящее время разработаны специальные томографические
аппараты, которые сканируют сечения тела с помощью тонкого
рентгеновского луча и определяют поглощение рентгеновского
излучения с помощью радиационного детектора. Изображение
этого сечения реконструируется по большому числу таких скани-
рований с помощью цифровой ЭВМ (см. гл. 19).
15.6. РАДИАЦИОННАЯ ТЕРАПИЯ
Ионизирующее воздействие рентгеновских лучей используется
при лечении определенных заболеваний, особенно некоторых опу-
холей. В дерматологии для лечения кожи используется очень мяг-
256
кое рентгеновское излучение, которое не имеет достаточной про-
никающей способности для более глубокого проникновения в ор-
ганизм. Оно называется граничным излучением, так как в спектре
лежит на границе между обычно используемым рентгеновским и
ультрафиолетовым излучением (см. § 15.1). При терапии глубоко
расположенных опухолей используются очень жесткие рентгенов-
ские лучи, которые генерируются при значительно более высоких
напряжениях, чем те,’которые необходимы для генерации диагно-
стического рентгеновского излучения. Иногда для этих целей
используются линейные ускорители или бетатроны, которые поз-
воляют получить электроны с очень высокими энергиями. Изме-
няя направление введения излучения при последовательно прово-
димых сеансах терапевтического облучения или вращая пациента
во время облучения, можно уменьшать радиационное поражение
здоровых частей тела и в то же время сконцентрировать излуче-
ние в той области, где расположена опухоль.
15.7. МЕРЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ
Преимущества рентгеновских лучей как средства диагностики,
были оценены специалистами вскоре после их открытия, но зна-
чительно больше времени потребовалось, чтобы медицинский пер-
сонал полностью осознал их потенциальную опасность. Среди
опасностей, связанных с работой в области рентгенологии, можно
назвать радиационные ожоги, опухоли и генетические поврежде-
ния. Значительное усовершенствование аппаратуры и введение
строгих мер позволили устранить их. Однако безопасность персо-
нала могут обеспечить только правильные обслуживание и эксплу-
атация оборудования и строгое соблюдение мер безопасности.
Необходимо всегда помнить, что пациент во время исследований
или лечения в больнице подвергается воздействию рентгеновского
облучения лишь несколько раз. В то время как врачи, техники или
медсестры, которые работают с рентгеновским оборудованием изо
дня в день, могут накопить опасный уровень радиационного облу-
чения, даже если отдельная доза облучения и безопасна. Макси-
мальная доза, которую может накопить сотрудник рентгеновского
кабинета в течение определенного времени без опасности для
здоровья, определяется в постановлениях правительственных ор-
ганизаций16. Радиационные значки (полоски), содержащие конвер-
ты со специальной пленкой, обязан носить весь персонал, рабо-
тающий вблизи рентгеновской аппаратуры. Во всей современной
аппаратуре рентгеновская трубка экранируется таким образом,
чтобы рентгеновское излучение распространялось только в нуж-
ном направлении. Подвижные шторки, которые ограничивают ре-
альный размер пучка, должны быть всегда отрегулированы так,
чтобы облучалось минимально возможное поле. Чтобы избежать
рассеянного излучения во время экспонирования и изготовления
рентгеновских снимков, обслуживающие аппарат специалисты
9—2 257
заходят в маленькие кабинки, которые экранированы свинцом и
имеют стекла из свинцового стекла для наблюдения за пациен-
том. При использовании передвижных рентгеновских аппаратов,
где это невозможно, переключатель экспозиции монтируется на
конце длинного кабеля, что позволяет персоналу отойти на неко-
торое расстояние во время экспозиции. Кроме того, персонал дол-
жен избегать того, чтобы кто-то находился на направлении рас-
пространения луча. При флюороскопии и других процедурах, когда
радиолог и другие специалисты должны быть рядом с пациентом,
они должны надеть защитные передники, а иногда и перчатки, для
защиты от рассеянного излучения. Эта защитная одежда изготов-
ляется из резины или пластика, содержащих свинцовую пыль,
или из стекловолокна, приготовленного из свинцового стекла.
16
ОБОРУДОВАНИЕ ОПЕРАЦИОННЫХ
' " На сегодняшний день электронная аппаратура широко исполь-
зуется в операционных. С помощью этого оборудования хирург и
’анестезиолог имеют возможность лучше наблюдать за физиологи-
ческим состоянием пациента и в случае необходимости принять
' соответствующие корректирующие меры. Среди приборов, кото-
’ рые могут находиться в операционной, укажем мониторы для
наблюдения за давлением крови и ЭКГ. индикатор температуры
'пациента, приборы для измерения параметров кровотока, и иног-
да приборы для анализа газового состава крови, которые исполь-
'зуются в критических условиях.
Некоторые типы аппаратов, используемых во время хирурги-
ческих операций, не являются, строго говоря, приборами, но их
‘можно объединить в некоторую аналогичную категорию. Элект-
рохирургический генератор, известный также как электрохирурги-
.ческий аппарат (ЭХА), отличается от других приборов тем, что
.’он не выполняет мониторные функции, а используется для хирур-
’ гического вмешательства. Таким образом, его можно рассматри-
вать как электронный скальпель. Существует ветвь хирургии, для
которой необходимы аппараты другого типа. Сердечно-легочный
. аппарат (или оксигенатор крови) сделал возможным проведение
сложных операций на сердце за счет использования сердечно-ле-
гочного обходного пути и соответствующего связанного с ним обо-
рудования.
В данной главе рассмотрены некоторые проблемы наблюдения
за пациентами, свойственные именно операционным, и описыва-
ются электрохирургический генератор и сердечно-легочный аппа-
рат.
258
16.1. НАБЛЮДЕНИЕ ЗА ПАЦИЕНТАМИ
В УСЛОВИЯХ ОПЕРАЦИОННОЙ
Наблюдение за пациентами в условиях операционной приобрел
тает все большее значение. Раньше наблюдение велось только за
ЭКГ и пульсом пациента. Сейчас операции проводятся и на тя-
желобольных детях и взрослых пациентах. Частично это объяс-
няется усовершенствованием методов наблюдения за состоянием
пациентов. По мере разработки новой аппаратуры в операцион-
ных появляются новые, более сложные и полезные приборы. Нап-
ример, при проведении сложных хирургических операций стало
обычным использование многоканальных мониторных систем.
Характеристики и принципы действия различных приборов,
применяемых в операционных, аналогичны соответствующим па-
раметрам приборов, используемых в отделениях интенсивной те-
рапии. Наблюдение за давлением крови в операционных чаще вы-
полняется с помощью монитора (см. гл. 9), этому придают сейчас
очень большое значение.
Главное различие между наблюдениями за пациентом в опе-
рационной и других отделениях заключается в существовании оп-
ределенных ограничений, которые необходимо учитывать. Напри-
мер, при проведении операций на открытой грудной клетке элект-
роды для снятия ЭКГ нельзя размещать на груди пациента. Сле-
довательно, для получения полезной записи ЭКГ необходимо тща-
тельно выбрать места установки электродов. Дополнительные
трудности возникают в операционной из-за наличия электрических
помех, создаваемых электрохирургическим аппаратом. Природа
этих помех такова, что их нельзя полностью устранить; их нали-
чие приводит к появлению помех на экране дисплея или в любой
другой системе регистрации. Иногда электрическая помеха от ЭХА
в одной операционной' может вызывать интерференцию в другой.
В операционной могут находиться и приборы нескольких дру-
гих типов, которые используются реже, в специальных случаях.
Например, фибрилляторы применяют с единственной целью —
для фибрилляции сердца во время операций на открытой грудной
клетке. Этот прибор является просто источником переменного то-
ка, который подается непосредственно к сердцу пациента. Ток
увеличивается, пока сердце фибриллирует, В конце процедуры
необходимо дефибриллировать сердце, что позволит обеспечить
его нормальное функционирование.
В операционной находятся и ультразвуковые и магнитные из-
мерители параметров потока крови, рассмотренные в § 12.4 и
12.5. Использование этих приборов требует обнажения сосуда, в
котором измеряются параметры потока крови. В операционной
необходимы и приборы для измерения температуры. Хотя устрой-
ство их и просто, но они обеспечивают относительно высокую точ-
ность. Прибор такого типа имеет датчик, кончик которого чувстви-
телен к теплу. Следовательно, для хорошей теплопередачи между
кожей пациента и датчиком необходим хороший контакт.
9* 259
Монитор ЭНГ
Ж4
Рис. 16.2, Пути распространения токов между ЭХА и монитором ЭКГ:
1. Звездочкой обозначены соединения внутри прибора. 2. Для простоты показано только
два ЭКГ электрода; 3. Заземления соответствуют всем требованиям; для подсоединения
использованы провода, применяемые для подключения питания. 4. Показано приблизитель-
ное расположение всех электродов (реальное расположение можно изменять в широких
пределах в зависимости от хирургических потребностей). 5. Штриховые линии показывают
направление электрических токов
рованный прибор (ЭХА или другой) и тщательно накладывая
пассивный электрод.
Попытки устранить или уменьшить трудности, связанные с
плохим электрическим контактом между пассивным электродом и
пациентом, привели к созданию улучшенных легко устанавливае-
мых пассивных электродов, которые иногда называют лопатка-
Рис. 16.3. Липкая электрохирургическая заземляющая пластина:
а — электрод и лопатка-, б — наложение на руку пациента
262
ми (см. рис. 16.3). Эти липкие, предварительно покрытые пастой •
электроды можно установить вблизи места, где проводится хирур-
гическое вмешательство. Они должны укрепляться очень тща-
тельно.
Ожоги, которые мы только что описали, никогда не возникают
при использовании интенсивного светового лазерного луча в ка-
честве лазерного скальпеля. Лазер такого типа способен коагули-
ровать (и заваривать) концы тонких кровеносных сосудов в про-
цессе разрезания ткани. Следовательно, при хирургии опухолей
минимизируется распространение раковых клеток к другим частям
тела по кровотоку. Так как с кожей пациента контактирует толь-
ко пучок света, то это позволяет избежать электрических ожо-
гов.
16.3. СЕРДЕЧНО-ЛЕГОЧНЫЙ АППАРАТ
Принцип экстракорпоральной циркуляции (создание обходного
«ути сердце—легкие) не нов; такие попытки неоднократно пред-
принимались в течение последнего столетия. Однако надежный и
безопасный сердечно-легочный аппарат был разработан относи-
тельно недавно. В 60-е годы в этой области были достигнуты
такие' успехи, что операции на сердце в настоящее время во мно-
гих больницах стали почти рутинными.
Принцип действия этого аппарата дублирует принцип работы
реальной системы. Обедненная кислородом венозная кровь под-
вергается оксигенации и возвращается в сердечно-сосудистую сис-
тему, перенося необходимый для метаболизма кислород. Основная
идея состоит в создании обходного пути мимо сердца, чтобы оно
могло быть иммобилизовано. Это позволит проводить на нем хи-
рургические операции, такие как замена клапана, резекция же-
лудочковой аневризмы, устранение дефектов в стенках и др.
Было разработано очень много сердечно-легочных аппаратов
с различными принципами действия. Опишем только два основ-
ных типа, которые можно разделить по принципу действия исполь-
зуемого оксигенатора: пенный (пузырьковый) и мембранный.
Первый широко используется в течение многих лет, а второй соз-
дан относительно недавно.
Пенный оксигенатор состоит из пяти основных компонентов:
оксигенаторная колонна, камера для устранения пузырьков, ре-
зервуар, теплообменник и насос. За исключением насоса и тепло-
обменника, вся остальная система подвешивается вертикально
на передвижной металлической раме. Трубки, по которым прохо-
дит кровь, изготовляют из прозрачного пластика, что дает воз-
можность наблюдать за работой аппарата.
Венозная кровь, возвращающаяся к сердцу через верхнюю и
нижнюю полые вены, отводится под действием силы тяжести к
основанию оксигенаторной колонны. Увеличивая или уменьшая
высоту рамы, и таким образом изменяя вертикальное расстояние
между уровнем полых вен и основанием оксигенаторной колонны,
263
Рис. 16.4. Пенный оксигенатор (сер-
дечно-легочный аппарат)
Кровь, возвращающаяся по
бронхиальных артерий собирае'
можно регулировать скорость по-
тока крови. В оксигенаториой ко-
лонне с помощью системы рассе-
яния кислорода производится га-
зовый обмен. Обогащенная кисло-
родом кровь проходит через губки
из нержавеющей стали, покрытые
кремниевым противовспениваю-
щим веществом с высокой вязко-
стью, к камере для устранения
пузырьков. В этой наиболее высо-
кой точке системы предусмотре-
но отверстие для отвода выделя-
ющейся из крови двуокиси угле-
рода и избыточного кислорода.
Затем кровь через фильтры посту-
пает в изогнутый резервуар, из
нижней части которого роликовый
насос прокачивает кровь через
теплообменник, поддерживающий
температуру крови постоянной, и
через пузырьковую ловушку (для
пузырьков). Затем обогащенная
кислородом кровь возвращается
к пациенту через бедренную ар-
терию.
коронарным венам, и кровь из
ся в полости левого желудочка и
отводится интракардиальным аспиратором. Кровь проходит через
кардиотомический резервуар (для предотвращения вспенивания)
и также вводится в основание оксигенаториой колонны.
На рис. 16.4 показан пенный оксигенатор, который использу-
ется при операциях на сердце. При разработке насосов и тепло-
обменника использовался модульный принцип, чтобы их можно
было быстро заменить. Существуют насосы, работающие на
переменном или постоянном напряжении или на батареях. Всю
систему можно выполнить в передвижном варианте, что позволяет
использовать ее в палатах для оказания экстренной помощи.
Такая система может успешно функционировать даже в тече-
ние нескольких часов и биологические свойства крови не изменя-
ются. При этом мы подразумеваем в идеальном случае, что хруп-
кие красные кровяные тельца не повреждаются и многочислен-
ные чувствительные протеины, образующие плазму крови, не
изменяются каким-либо образом из-за контакта с чужеродными
поверхностями.
Однако на практике разрушение красных кровяных телец и
других кровеобразующих элементов в определенной степени до-
пустимо, если только оно может быть скомпенсировано организ-
мом. Большинство комплексов протеинов плазмы, например те,
264
которые связаны с процессом коагуляции, могут быть защищены
с помощью гепарина — сложного вещества, которое предотвраща-
ет свертывание крови. Все части прибора, которые вступают в
контакт с кровью, имеют закругленные края и не имеют выемок
и углублений, где могли бы накапливаться газовые пузырьки,
сгустки клеток или пучки фибринов.
Следует отметить, что причиной выбора конструкции несколь-
ко необычного вида, является требование, чтобы специалист все
время мог видеть работу всех частей системы. При этом любое
изменение уровня крови можно немедленно заметить. Система
должна обеспечивать полную перфузию и оксигенацию все время
существования сердечно-легочного обходного пути. Она должна
быть стерильна и не создавать повышения температуры, а также
должна быть полностью разборной, чтобы не возникла возмож-
ность воздушной эмболии. Так как существует опасность несовме-
стимости имеющейся в запасе донорской крови, система должна'
позволять использовать не цельную кровь, а растворы (например,
5%-ный водный раствор глюкозы). Она должна также позволять
вводить вначале минимальное количество раствора. И, наконец,
должна быть безопасной, простой и способной оксигенировать
большие объемы с адекватной скоростью. Система, показанная
на рис. 16.5, удовлетворяет всем этим требованиям.
Мембранный оксигенатор заменяет пенный в некоторых при-
борах. На рис. 16.5 показан оксигенатор мембранного типа
Modulung-TefloR. Адаптерная система позволяет использовать
оксигенатор, теплообменник и набор резервуаров для оксигена-
тора с любыми из существующих насосных систем. Для управле-
ния работой двух насосов, необходимых для обеспечения правиль-
ной работы оксигенатора, используется механическая система
синхронизации скорости их работы. Она может быть использова-
на совместно со всеми существующими консольными и модульны-
ми насосными системами при условии, что характеристики этих
двух насосов аналогичны во всем рабочем диапазоне. Существует
отдельный автономный блок, содержащий мембраны общей пло-
щадью 2,25 м2 и способный обеспечить полное отведение крови
пациента при скорости потока до 6 л/мин.
Этот блок уменьшает гемолиз, вызываемый турбулентностью
«при соприкосновении газа и крови в оксигенаторе, денатурацию
(изменение) протеина крови, так как в нем отсутствует область
соприкосновения крови и газа, и предотвращает возникновение в
оксигенаторе микропузырьков. Мембрана является барьером для
частиц крупнее 0,5 мкм.
В состав конструкции входит разборный артериальный резер-
вуар, который уменьшает вероятность возникновения воздушной
эмболии. Так как этот резервуар служит и эффективной ловушкой
для пузырьков и так как в этом оксигенаторе нс возникает микро-
пузырьков, то можно исключить фильтр в артериальной линии с
высоким давлением, который использовался для этих целей.
265
Рис. 16.5. Мембранный оксигенатор
Мембранный оксигенатор типа Modulung-Teflo не требует ис-
пользования противопенных материалов; исключена небходимость
применения циркулирующих поверхностно-активных веществ и
противопенных губчатых элементов.
17
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТИПЫ АППАРАТУРЫ
Рассмотрим некоторые другие приборы, применяемые для
лечения пациентов: элекгроэнцефалограф, электромиограф, эхо-
энцефалограф, эхокардиограф, аппаратуру для наблюдения за
новорожденными и приборы для измерения внутренней и поверх-
ностной (кожной) температуры тела. Некоторые из них использу-
ются в клиниках уже несколько лет, другие только недавно полу-
чили широкое распространение.
17.1. ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАФ
Электроэнцефалография была определена в гл. 5 как измере-
ние электрической активности мозга. Так как в клинических ус-
ловиях ЭЭГ измеряется с помощью электродов, размещаемых на
266
поверхности головы (скальпа), то снимаемые сигналы представ-
ляют собой сумму очень большого числа потенциалов, создавае-
мых электрической деятельностью огромного числа нейронов око-
ло электродов. Как указывалось в гл. 5, в настоящее время
считают, что снимаемые при этом электрические сигналы порож-
даются потенциалами на дендритах нейронов в коре голов-
ного мозга и в других частях мозга при воздействии на них воз-
буждения от других нейронов, которые контактируют с этими
дендритами.
Порождаемые потенциалами ЭЭГ электрические сигналы име-
ют случайный (нерегулярный) характер, их размах (от пика до
пика) может изменяться от 10 до 100 мкВ и более Частотный
диапазон сигналов ЭЭГ 1...100 Гц и более.
Электроды для снятия ЭЭГ описаны в гл. 6. Для клинических
измерений используются поверхностные или подкожные игольча-
тые электроды. В некоторых случаях для упрощения процедуры
измерений поверхностные электроды монтируются в головной по-
вязке. Заземленный опорный электрод часто закрепляется на ухе.
Как уже указывалось в гл. 6, для улучшения связи между ионны-
ми потенциалами и входом измерительного прибора электроды
покрываются соответствующей электролитической пастой или же-
ле. Для уменьшения интерференции и минимизации влияния
смещения электродов сопротивление участков кожи головы меж-
ду электродами должно поддерживаться возможно малым. В об-
щем случае в зависимости от типа используемых электродов это
сопротивление лежит в диапазоне от нескольких тысяч ом до не-
скольких сот килоом.
Размещение электродов на
тером проводимых измерений.
ЭЭГ обычно используется стан-
дартное размещение, называе-
мое «Система размещения
электродов 10—20». Эта систе-
ма, разработанная Комитетом
Международной федерации
электроэнцефалографичес к и х
обществ, называется так пото-
му, что расстояние между элек-
тродами определяется на осно-
ве интервалов, составляющих
10 и 20% расстояния между
определенными точками голо-
вы. Расположение электродов
ЭЭГ 10—20 показано на
рис. 17.1.
Кроме электродов для сня-
тия ЭЭГ необходимы прибор
для записи или считывания
ЭЭГ, усилитель, обеспечиваю-
голове обычно диктуется харак-
Для диагностических измерений
267
Рис. 17.2. Электроэнцефалографы:
а — модель Grass Model 8-10-10; б — портативная модель фирмы Beckman
щий достаточное усиление, и регистрирующий прибор. Диагностиче-
ские элекгроэнцефалографы обеспечивают возможность одновре-
менной записи сигналов ЭЭГ от нескольких областей мозга. Для
каждого сигнала необходим отдельный полный канал прибора. По-
этому используются элекгроэнцефалографы, имеющие до 16 кана-
лов. На рис. 17.2 показаны типичный диагностический восьмика-
нальный и портативный приборы.
Так как сигналы имеют очень малый уровень, элекгроэнцефа-
лограф должен иметь высококачественные дифференциальные
усилители, обеспечивающие хорошую режекцию общего сигнала
(см. гл. 4). За дифференциальным усилителем следует усилитель
мощности, который возбуждает механизм привода пера для каж-
дого канала. В большинстве элекгроэнцефалографов можно выби-
рать соответствующие верхний и нижний частотные пределы для
каждого канала. Соответствующей настройкой этих пределов тех-
ник, обслуживающий прибор, может при записи уменьшить воз-
действие шумов и интерференции. При этом, однако, необходимо
следить за тем, чтобы фильтрация не была чрезмерной, иначе
можно исказить сигнал ЭЭГ. Чтобы уменьшить влияние измене-
ний сопротивления электродов, усилители ЭЭГ имеют очень высо-
кие входные сопротивления (обычно больше 10 МОм).
Важным элементом элекгроэнцефалографа является сложная,
тщательно разработанная панель для выбора отведений, которая
в большинстве случаев позволяет подключить к любому каналу
прибора два любых электрода. В ней используются либо набор
поворотных выключателей, либо панель с кнопочными переключа-
телями. Эта панель позволяет также подавать во все каналы один
или несколько калибровочных сигналов, что обеспечивает полную
калибровку всего прибора. В качестве калибровочного обычно
используется определенное постоянное напряжение в .микроволь-
268
тах; на кривой ЭЭГ оно проявляется в виде ступеньки, высота
которой постепенно уменьшается, по мере того как сигнал возвра-
щается к опорной линии (оси).
В качестве устройства регистрации в клинических электро-
энцефалографах используется многоканальный самописец, в ко-
тором для регистрации сигнала в каждом канале предназначает-
ся отдельное перо. Стандартная скорость записи 30 мм/с, но в
большинстве элекгроэнцефалографов предусмотрена и скорость
60 мм/с, которая позволяет более подробно зафиксировать высо-
кочастотные сигналы. Иногда используется и скорость 15 мм/с,
позволяющая экономить бумагу в процессе настройки прибора.
Можно использовать и отображение ЭЭГ на осциллографическом
экране, но оно не дает возможности вести постоянную запись.
Как показано в гл. 5, вполне определенные и легкоразличимые,
кривые ЭЭГ обычно предшествуют эпилептическому припадку и
сопровождают его. Такие кривые часто можно намеренно вызвать
у пациентов, подверженных припадкам, если их освещать вспыхи-
вающей лампой. Световой стимулятор, применяемый для этого,
показан на рис. 17.3. Этот прибор генерирует короткие (длитель-
ностью порядка 10 мкс) мощные (1,5 млн. кд на расстоянии по-
рядка 60 см от поверхности передней стеклянной пластины) бело-
голубые вспышки, частота следования которых может изменяться
от 2 до 45 вспышка/с. При использовании такой лампы для сти-
мулирования кривых ЭЭГ, указывающих на возможность возник-
новения припадков, частота следования вспышек выбирается в
диапазоне 2...20 вспышка/с. В некоторых случаях при клиниче-
ском использовании такой лампы вспышки генерируются в виде
пачек длительностью 10 с, разделенных десятисекундными интер-
валами, во время которых лампа не включается.
Было установлено, что у некоторых пациентов припадки с
большей вероятностью возникают во время сна. Поэтому пациен-
тов иногда усыпляют, чтобы изучить кривые ЭЭГ, которые могут
показать наличие (тенденции) склонности к припадкам.
При использовании электроэнцефалографа персонал должен
быть уверен, что электроды прикреплены к голове пациента пра-
Рис. 17.3. Световой стимулятор для возбуждения ЭЭГ, характерных для эпилеп-
тических припадков
269
1
вильно, опорный электрод(ы) подключен соответствующим обра-
зом, а сам прибор заземлен. Только при этих условиях могут быть а
получены информативные кривые ЭЭГ. Несовершенное заземление |
обычно приводит к повышению уровня помех от сети питания. |
Кроме того, пациент должен сохранять неподвижность, так как \
его движения часто приводят к появлению артефактов в записи ?
ЭЭГ. |
Техник должен непрерывно следить за функционированием i
электродов. Неправильное функционирование можно определить |
по возникновению больших артефактов, периодически возника-
ющих в тех каналах, которые отводят сигналы ЭЭГ от неисправ- 1
ных электродов. Неправильно функционирующие электроды долж- ]
ны быть заменены сразу же, как только неисправность замечена. 1
Во время снятия ЭЭГ необходимо очень тщательно изучать 1
запись, чтобы заметить любой признак, указывающий на возмож- s
ность припадка, это позволяет немедленно оказать помощь цаци- ;
енту. При обследовании пациентов с неустойчивой психикой еле- . ]
дят за появлением признаков беспокойства, так как при этом I
возможно возникновение артефактов, связанных с движением па- 1
циента. Необходимо также принять меры предосторожности, что- |
бы неспокойные пациенты не касались металлических частей кро- 1
вати или кресла на колесиках, что может привести к появлению 1
интерференции при записи ЭЭГ. I
У тучных или приземистых пациентов ушные электроды часто 1
наряду с потенциалами ЭЭГ улавливают и потенциалы ЭКГ. Сиг-
налы ЭКГ можно легко распознать по их периодической структу-
ре, определяемой частотой сердцебиений. Иногда для устранения
этих сигналов ЭКГ используют дополнительный земляной элект-
род, который прикрепляется к сосцевидному отростку височной
кости. При записи ЭЭГ появляются в виде артефактов мышечные
«потенциалы, возникающие из-за напряжения мышц лица, шеи или '
«леч. Дрожь пациента также может привести к появлению арте- i
фактов. '
17.2. ЭЛЕКТРОМИОГРАФ j
Как было определено в гл. 5, электромиограмма (ЭМГ) пред- i
ставляет запись электрической активности, связанной с сокращени-
ем мышц. В клинической практике ЭМГ используется в первую
очередь для анализа функционирования моторных нейронов, ней-
ронно-мышечных соединений и мышц. Прибор для измерения и наб-
людения ЭМГ называется электромиографом (рис. 17.4).
В отличие от аппаратуры для измерения и наблюдения ЭКГ (
и ЭЭГ, в типичном электромиографе используется не самописец,
а осциллографический экран, так как для регистрации ЭМГ не-
обходим более высокочастотный диапазон. Иногда для сохране-
ния данных в приборе используется электронно-лучевая трубка с
запоминанием — специальная ЭЛТ, на экране которой сигнал
сохраняется в течение определенного времени, достаточного для
270
Рис. 17.4. Электромиограф
его изучения. Иногда для по-
стоянной визуальной регистра-
ции данных, отображаемых на
экране осциллографа, приме-
няется осциллографическая ка-
мера.
В состав большинства элек-
тромиографов входит усили-
тель звуковой частоты и гром-
коговоритель, что позволяет
оператору слышать «потрески-
вающие, хрустящие» звуки, со-
провождающие ЭМГ. Такое
звуковое представление особен-
но полезно при введении игольчатых или проволочных электродов
в мышцу. Опытный оператор может на основании этих звуков опре-
делить, когда электрод имеет хороший контакт с мышцей, и уста-
новить, с какой из нескольких смежных мышц установлен контакт.
В современных электромиографах обычно предусмотрена воз-
можность измерения латентности и скорости нервной проводимо-
сти. Стимулируя нерв в некоторой заданной точке и измеряя ЭМГ
на определенном расстоянии (по пути проводимости возбужде-
ния), можно определить латентный период по разнице во време-
ни, отображаемой на экране осциллографа. Измеряя латентность
в двух различных точках вдоль данного нерва и вычислив раз-
ность этих двух значений, можно определить время проводимости
нерва. Разделив физическое расстояние вдоль нерва между двумя
точками на время проводимости нерва, можно подсчитать скорость
нервной проводимости. Латентность и время нервной проводимо-
сти измеряются в миллисекундах, скорость нервной проводимо-
сти — в метрах в секунду.
Хотя при определенных специальных условиях можно заре-
гистрировать потенциалы действия от отдельных мышечных воло-
кон, с клинической точки зрения основной интерес представляет
электрическая активность всей мышцы или группы мышц. В этом
случае сигнал представляет собой сумму всех потенциалов дей-
ствия внутри области введения электрода, причем значение каж-
дого потенциала определяется его удалением от электродов. Так
как общая сила мышечного сокращения зависит от числа возбуж-
денных волокон и длительности сокращения, то существует кор-
рекция между суммарной амплитудой ЭМГ для всей мышцы и
силой мышечного сокращения. Существуют характерные образцы
записей ЭМГ, соответствующие усталости и дрожи.
Потенциалы ЭМГ от мышцы или от группы мышц образуют
шумоподобный сигнал, амплитуда которого изменяется при изме-
нении мышечной активности. Пиковые амплитуды изменяются от
50 мкВ до порядка 1 мВ в зависимости от расположения измери-
тельных электродов относительно мышцы и от активности мышцы.
Для правильного воспроизведения сигналов ЭМГ необходим час*
271
тотный диапазон, позволяющий отображать частоты от 10 Гц до
частот выше 3000 Гц.
Поверхностные электроды не подходят для клинических изме-
рений ЭМГ, так как они позволяют отводить лишь слишком сла-
бые сигналы и подвержены воздействию интерференции. Кроме
того, при использовании поверхностных электродов часто бывает
трудно добиться эффективной локализации. Поэтому обычно ис-
пользуются игольчатые электроды из тонкой проволоки: унипо-
лярные или биполярные. Униполярный электрод, представляющий
собой отдельную проволочку, вводимую в мышцу, измеряет по-
тенциалы в точке его введения по отношению к опорному электро-
ду, располагаемому в другой точке тела. Электроды этого типа
малы, относительно дешевы и позволяют снимать потенциалы из
достаточно большой области, в которой могут находиться и сосед-
ние мышцы. Биполярный электрод состоит из двух проволочек,
вводимых в мышцу; он может быть выполнен и в виде коаксиаль-
ного электрода, в котором тонкая проволочка вводится в мышцу
внутри подкожной иглы, выполняющей роль второго электрода
Хотя биполярные электроды крупнее и дороже, они обеспечивают
лучшую локализацию и часто позволяют измерить потенциалы
отдельной мышцы. Тонкие проволочные электроды изолируются
по всей поверхности, кроме заостренного кончика, чтобы обеспе-
чить точечный контакт.
Поверхностные электроды, хотя и не подходят для измерения
ЭМГ потенциалов, можно использовать для измерений латентно-
сти и скорости нервной проводимости с таким же успехом, как и
игольчатые. Для таких измерений необходимы два набора элект-
родов: один для стимуляции и второй для измерения возника-
ющих потенциалов ЭМГ.
Для получения информативных ЭМГ необходимо правильно
наложить электроды. Все они должны иметь хороший контакт с
кожей или с тканью мышцы. При использовании поверхностных
электродов применяются те же методы подготовки кожи и те же
пасты, что и для электродов ЭКГ (см. гл. 7). Необходимо принять
меры предосторожности, чтобы избежать наложения слишком
большого количества пасты, что может привести к короткому за-
мыканию соседних электродов. Прежде чем в мышцу будет вве-
ден игольчатый электрод из тонкой проволоки, кожа в точке вве-
дения и поверхность электрода должны быть стерилизованы.
При использовании игольчатых электродов необходимо прини-
мать специальные меры, чтобы убедиться, что они введены именно
в ту мышцу, на которой должны быть проведены измерения. Пра-
вильное размещение электродов требует хорошего знания анато-
мии. Так как игольчатые электроды из тонкой проволоки малы и
остры, то их введение причиняет небольшую боль. Однако паци-
енты не должны двигаться; это предотвратит разрезание тканей
проволочкой и обеспечит хороший контакт с мышечной тканью.
Усилитель для измерения ЭМГ, как и ЭКГ и ЭЭГ, должен
иметь высокий коэффициент усиления, большое входное сопротив-
272
ление и дифференциальный вход с хорошей режекцией общего
сигнала (см. гл. 4). Однако он должен пропускать более высокие
частоты. Во многих электромиографах диапазон в области более
высоких частот можно изменять с помощью переключаемых фильт-
ров нижних частот.
17.3. ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ ПРИБОРЫ
Ультразвук представляет собой звуковую энергию с частота-
ми, лежащими выше диапазона слышимых звуков (выше
20 000 Гц). Когда источник ультразвука, называемый ультразву-
ковым преобразователем, размещается на поверхности кожи, то
ультразвуковые волны проникают в тело, распространяясь по пря-
мой через ткани, кровь и кости. Там, где волны наталкиваются на
границу между веществами с различной плотностью (например,
кровь внутри левого желудочка и ткань эндокарда), небольшая
часть энергии отражается обратно в направлении преобразовате-
ля, а остальная часть продолжает распространяться почти в том
же направлении. Если различие плотностей велико, как это имеет
место на границе между мягкими тканями и костями, почти вся
энергия отражается и продолжает распространяться лишь неболь-
шая ее часть. Если ультразвуковая энергия излучается короткими
пачками — импульсами, то каждый передаваемый импульс по-
рождает отраженный, называемый эхо-сигналом, который возвра-
щается назад от каждой границы между двумя средами, встреча-
ющейся на пути его распространения в теле. В промежутке меж-
ду передачей импульсов преобразователь можно использовать в
У/7ьтоаз6</ь'0&ой
mreo&ffsoffamem
//уть ozo-w/e/mmc
от гу&т/г/о/ /
Нота
Путь зхо-мгна/гт
от г/н/ша/ь/
/
/
Ро’опоооту’о'-
неное
//зт/'тт/ь/s
С/отуТ/ЬСО#
ai
Изт/нен/гыс/
WW7y/76C
Эхо-сигнал
от глнш/уь/ /
Эхо-О'/гнан
от г/нон/с/ь/ /?
О,'
Рис. 17.5. Принцип использования импульсного ультразвукового метода
273
качестве приемника для обнаружения возвращающихся эхо-сигна-
лов. Время, необходимое для того, чтобы излученный импульс
преодолел расстояние от преобразователя до данной границы и
эхо-сигнал возвратился к приемнику, прямо пропорционально рас-
стоянию между преобразователем и этой границей. Если излуча-
емый импульс используется для запуска развертки осциллографа
и каждый отраженный эхо-сигнал дает выброс, как показано на
рис. 17.5, то расстояние от преобразователя до каждой границы
можно непосредственно определить по положению соответствую-
щего выброса на линии развертки. Если преобразователь и грани-
ца стационарны, то при каждой последовательной развертке выб-
рос будет расположен в одном и том же месте и будет стабилен.
Если же граница будет -перемещаться по отношению к преобразо-
вателю, то и отраженный сигнал будет перемещаться вдоль ли-
нии развертки соответствующим образом. В некоторых системах
отраженный эхо-сигнал управляет яркостью развертки, а не от-
клоняет луч на экране. В этих случаях след на экране появляется
только тогда, когда принимается эхо-сигнал.
Ультразвук очень плохо распространяется через воздух. Поэто-
му преобразователь должен быть связан с поверхностью тела с
помощью тонкого слоя специального жидкого геля. Необходимо
следить, чтобы между преобразователем и кожей был достаточный
слой геля, это обеспечит эффективную передачу ультразвуковой
энергии.
В двух клинических приборах, эхоэнцефалографе и эхокарди-
ографе, используются ультразвуковые импульсные сигналы. Ана-
логичное оборудование применяется для получения изображений
других органов и плода. Эти приборы рассмотрены в следующих
разделах. Различные ультразвуковые методы используются для
измерения параметров потока крови (см. гл. 12) и при наблюде-
нии за состоянием плода (см. п. 17.4.2).
17.3.1. ЭХОЭНЦЕФАЛОГРАФИЯ
Эхоэнцефалография использует ультразвуковые импульсные
сигналы для определения положения срединной линии мозга. Для
этого одновременно измеряются расстояния от нее до двух преоб-
разователей, устанавливаемых с обеих сторон головы. Эхо-сигна-
лы от средней линии, получаемые от двух преобразователей, од-
новременно отображаются на экране осциллографа; при этом один
эхо-сигнал отклоняет луч осциллографа вверх, а другой — вниз
(рис. 17.6). При нормальном состоянии мозга эти два отклонения
образуют прямую линию, что указывает на равное удаление сред-
ней линии от каждой стороны головы. При несовпадении отклоне-
ний возможно существование опухоли или каких-либо других
расстройств. Иногда используется только один преобразователь,
который сначала устанавливается на одной стороне головы, а за-
тем на другой.
274
Рис. 17.6. Ультразвуковое обнаружение
срединной линии мозга с помощью эхо-
энцефалографа
Эхоэнцефалограф состоит из
источника высокочастотной энер-
гии для возбуждения ультразву-
ковых преобразователей, датчика
(датчиков), содержащего преоб-
разователь (преобразователи),
устройств для усиления принятых
эхо-сигналов п осциллографа для
отображения принятой инфор-
мации.
17.3.2. ЭХОКАРДИОГРАФИЯ
Когда ультразвуковой импульсный сигнал направляется через
шрекордиум в сердце, то можно получить эхо-сигналы от стенки,
клапанов и других структур сердца. Кривая, отражающая движе-
ние этих структур во времени, называется эхокардиограммой, а
методы измерений параметров сердца с применением ультразвука
образуют область медицины, называемую эхокардиографией.
Один из типичных эхокардиографов показан па рис. 17.7.
В основном этот прибор очень похож на те. что используются для
эхоэнцефалографии, исключение составляет лишь устройство ре-
Рис. 17.7. Эхокардиограф
275
гистрации. Если в эхоэнцефалографе принятые эхо-сигналы соз-
дают отклонение электронного луча, то в эхо-кардиографе приня-
тые сигналы изменяют яркость луча пропорционально интенсив-
ности принятого эхо-сигнала. Развертка луча производится при
передаче каждого импульса, когда он пересекает плоскость экра-
на ЭЛТ. Однако последовательные развертки не накладываются
друг на друга. При каждой развертке линия изображения появля-
ется рядом с предыдущей, так что яркие пятнышки, представля-
ющие эхо-сигналы от данной структуры сердца образуют след,
пересекающий экран сверху вниз; при движении структуры этот
след перемещается из стороны в сторону. Для постоянной записи
результатов этих измерений можно использовать поляроидную ка-
меру (Polaroid1*). Повернув поляроидную камеру на 90°, можно
ориентировать след, характеризующий каждую структуру сердца,
таким образом, чтобы ось времени была горизонтальной и время
отсчитывалось слева направо.
Для непосредственной записи результатов измерений на ленту
можно использовать регистраторы, в которых запись сигнала
осуществляется под воздействием движущегося светового луча на
ленту фотобумаги. Для этого необходимо, чтобы принимаемые
эхо-сигналы управляли яркостью луча и чтобы луч пересекал
регистрирующую поверхность сверху донизу при передаче каждо-
го ультразвукового импульса.
Типичная эхокардиограмма показана на рис. 17.7. На ней по-
мечены следы, соответствующие основным структурам сердца.
Для успешной записи эхокардиограммы необходима высокая
квалификация проводящего измерения специалиста. Ультразвуко-
вой преобразователь должен быть установлен так, чтобы ультра-
звуковая энергия была направлена именно на ту область сердца,
откуда нужно получить информацию. Необходимо следить, чтобы
на пути ультразвукового пучка не было костных структур, так
как ультразвук не может проходить через них. Кроме того, ультра-
звук должен попадать на прекордиум во избежание прохождения
через какие-либо структуры, содержащие воздух.
17.3.3. ДРУГИЕ ПРИМЕНЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО
ИМПУЛЬСНОГО СИГНАЛА
При использовании прибора того же типа, что и эхокардио-
граф, можно получить изображения других органов и структур те-
ла с помощью сканирования ультразвуковым преобразователем
той области поверхности тела, которая представляет интерес для
данного исследования. При этом на экране осциллографа, анало-
гичного тому, который используется в эхокардиографии, появля-
ется представление принятых эхо-сигналов. Единственное различие
состоит в том, что эхокардиограмма (рис. 17.8) показывает изме-
нение положения определенных структур во времени, а ультразву-
ковое изображение — карту эхо-сигналов, принятых от попереч-
ного сечения области тела. Ультразвуковое сканирование печени,
276
почек, брюшной полости, гру-
ди и других частей тела
иногда позволяет обнаружить
и локализовать цисты, опухо-
ли и другие нарушения внут-
Рис. 17.8. Типичная эхокардиограмма
ренних структур.
Ультразвуковое изображе-
ние полезно также при.опреде-
пении размера и положения го-
ловки плода начиная примерно с 30-й недели беременности. Эти
измерения можно произвести при сканировании области живота
матери с помощью методов получения ультразвукового изображе-
ния органов, описанных ранее. Простое измерение диаметра черепа
плода можно осуществить, если расположить преобразователь, ко-
торый специалист держит в руке, над головкой плода так, чтобы
ультразвук проходил через обе стороны черепа под прямым углом;
это позволяет получить сильные легко идентифицируемые эхо-сиг-
t налы.
I 17.4. НАБЛЮДЕНИЕ ЗА ПЛОДОМ
Е Наблюдение за плодом является относительно новым и крайне
| ценным дополнением к той области медицины, которая включает
I в себя наблюдение за пациентами (мониторинг). Различные этапы
| беременности и родов являются крайне опасными п ответственными
I периодами. Ранее аномалии развития и повреждения плода, кото-
[ рые возникали в это время, не наблюдались и их нельзя было
tдиагностировать. При использовании современных методов наблю-
? дения за плодом такие состояния можно обнаружить. Наиболее
[ важным индикатором недомогания плода является его пульс
(ПП). Обычно при наблюдении за ПП с помощью электрон-
I ных приборов применяется метод «удар за ударом», при кото-
i ро.м ПП вычисляется и отображается после каждого сердцебие-
f ния. Этот метод называется методом вычисления пульса без ус-
’t реднения (неусредненным методом вычисления пульса). В .про'ти-
‘ воположность этому мониторы в отделениях интенсивной терапии
' (см. гл. 11) обычно указывают усредненный пульс. Точно так же
j и при аускультативных методах определения ПП усредняется по
J некоторому периоду времени — обычно за 1 мин. Основным преи-
5 муществом метода «удар за ударом» перед методами, использу-
ющими усреднение, является то, что он дает возможность следить
за мгновенными изменениями ПП. Это может помочь обнару-
) жить недомогание плода, даже когда средний ПП может казаться
i нормальным. Существуют два основных метода наблюдения ПП:
|лето<Э со вторжением (или внутренний) и метод без вторжения
[ (или внешний).
к Другим важным параметром при наблюдении за плодом явля-
|ется сокращение матки (СМ). Временные соотношения между СМ
|и ПП позволяют получить информацию о состоянии плода.
277
17.4.1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ПЛОДОМ
Нормальный ритм сердцебиения плода 120... 160 удар/мин. Час-
тота выше 160 удар/мин рассматриваются как тахикардия плода,
а ниже 120 удар/мин как брадикардия плода. Отклонения от нор-
мального значения ПП, в зависимости от их длительности и от их
временных соотношений с СМ, могут быть важными индикатора-
ми наличия недомоганий плода. На рис. 17.9 показаны три важ-
ных случая возможных временных соотношений между отклоне-
ниями ПП и СМ. На рис. 17.9, а ПП уменьшается в те моменты
времени, когда СМ возрастает (раннее замедление}. На рис. 17.9,6
ПП уменьшается через некоторое время после того, как СМ уве-
личивается (позднее замедление). На рис. 17.9,6 уменьшение ПП
кажется независимым от СМ (изменяющееся замедление).
Наблюдение за плодом осуществляется обычно с помощью
двухканальной системы, которая позволяет следить за ПП и СМ
одновременно; регистрации ПП и СМ производится также однов-
ременно на одном и том же самописце с использованием одной
временной оси, что позволяет сохранить временные связи между
ними. На рис. 17.10 показана структурная схема системы наблю-
дения за плодом.
17.4.2, МЕТОД НАБЛЮДЕНИЯ БЕЗ ВТОРЖЕНИЯ (ВНЕШНИЙ)
Методы наблюдения за плодом без вторжения — это такие
методы, при которых не нужно вводить какие-либо катетеры в те-
ло матери или прикреплять электроды или какие-либо другие
инструменты к плоду. Эти методы позволяют осуществлять наблю-
дение за плодом на более ранних стадиях, чем методы вторжения,
рассмотренные в п. 17.4.3, но они в большей степени подвержены
воздействию артефактов и требуют более высокой квалификации
специалистов.
При одном из методов наблюдения без вторжения к животу
матери прикрепляется чувствительный микрофон, который позво-
ляет улавливать сердечные тоны плода. При этом поверхность
живота сначала исследуется с помощью стетоскопа, что позволяет
определить положение сердца плода. Затем к тому месту, где
сердце плода прослушивается лучше всего, прикрепляется микро-
фон. Звуки, уловленные микрофоном, улавливаются и фильтруют-
ся, чтобы лучше устранить шумы и нежелательные звуки. Специ-
альное устройство, называемое вычислителем пульса, используется
для определения пульса плода, который затем отображается на
мониторе и регистрируется с помощью самописца.
Так как микрофон и усилитель не могут отличать звуки сердце-
биения плода от других, то сигнал, поступающий на вход вычисли-
теля пульса плода, кроме полезного сигнала может содержать зву-
ки, возникающие в организме матери, и другие нежелательные
звуки. Следовательно, эта система иногда может быть ненадеж-
ной. Решить эту проблему помогает ультразвуковой метод наблю-
278
>WMAMAWSWW4W.
,'Л V VWM'WWW
S)
Рис. 17.9. Временные соотношения между ПП и СМ:
а — раннее замедление; б — позднее замедление; в — переменное
замедление; г — СМ
дения за плодом. В отличие от импульсной ультразвуковой систе-
мы, описанной в § 17.3, в системах ультразвукового наблюдения
за плодом используется доплеровский эффект, рассмотренный в
гл. 12. При этом методе преобразователь прикрепляется к животу
матери так, чтобы он направлял ультразвуковую энергию к пло-
ду. Так как доплеровские системы реагируют только на движу-
щиеся структуры, такие как сердце плода, то эхо-сигналы от серд-
ца плода можно выделить среди других и обработать их для опре-
деления пульса плода. При использовании этого метода можно
избавиться от большинства помех, свойственных микрофонной
системе. Однако применение ультразвукового метода требует до-
статочно высокой квалификации.
г/тдп'}л,'7Я Cffw/a
Рис. 17 10. Структурная схема основной системы наблюдения за плодом
279
Другим ультразвуковым прибором, который можно использо-
вать для обнаружения движений сердца плода без вторжения в
организм матери, является транскутантный доплеровский прибор,
аналогичный тому, который был описан в гл. 12 в связи с опреде-
лением источников потока крови. Этот прибор действует как
ультразвуковой стетоскоп; он преобразует движение, характери-
зуемое ультразвуковыми эхо-сигналами, в слышимые звуки, кото-
рые раздаются из громкоговорителя. Хотя этот прибор и не вы-
числяет пульс, при возникновении изменений в частоте пульса их
можно услышать.
При измерениях активности матки используется другой тип
внешнего преобразователя — токодинамометр, который реагиру-
ет на изменения давления, связанные с сокращениями матки
(также крепится к животу матери). Его выходной сигнал, соот-
ветствующий сокращениям матки, усиливается, отображается на
дисплее и регистрируется параллельно с ПП.
17.4.3. МЕТОД НАБЛЮДЕНИЯ С ВТОРЖЕНИЕМ (ВНУТРЕННИЙ)
Системы наблюдения за плодом с вторжением для получения
•тех же результатов используют совершенно отличный подход, чем
системы без вторжения. Как следует из названия, методы с втор-
жением для измерения давления в матке и снятия ЭКГ плода тре-
буют вторжения в организм матери (ЭКГ плода часто сокращенно
•обозначают ПЭКГ).
Для снятия ПЭКГ используют специальный электрод типа за-
жима (см. гл. 6). Прямой метод наблюдения можно использовать
только во время родов, после того как мембраны будут разруше-
ны и шейка матки расширена. Специальный электрод типа зажи-
ма прикрепляется к головке плода (или к ягодицам, если они
появляются). Слабые сигналы ПЭКГ улавливаются электродами и
усиливаются. Усиленная ПЭКГ затем подается на вычислитель
пульса плода для определения ПП. Для подавления интерферен-
ции сигнал фильтруется. Внутриматочные сокращения определя-
ются с помощью наполненного жидкостью катетера, который вво-
дится внутрь матки. Внутриматочное давление передается через
катетер к преобразователю давления (аналогичному преобразова-
телю, используемому для наблюдения за давлением крови; см.
гл. 9). Сигналы, поступающие от преобразователя давления, уси-
ливаются и отображаются на многоканальном мониторе, а также
регистрируются с помощью двухканального самописца. Метод с
вторжением в общем случае позволяет получить более сильные
электрические сигналы, чем метод без вторжения. Помехи, свя-
занные с артефактами, в этом случае минимизированы, и обычно
удается получить хорошие показания.
Когда необходимо осуществлять наблюдения за пульсом не-
скольких плодов одновременно (например при рождении близне-
цов), то можно одновременно использовать оба метода: один ПП
280
г
определяется с помощью метода с вторжением, а другой — с по-
мощью метода без вторжения. Сокращения матки можно изме-
рять с помощью любого метода.
17.5. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ
Приборы для измерения температуры тела являются одним из
старейших диагностических приборов. Как указывалось в гл. 5,
важное клиническое значение имеют измерения температуры как
внутренних органов, так и кожи (поверхностной).
17.5.1. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ВНУТРЕННИХ ОРГАНОВ
Температура внутренних органов является одним из жизненно
важных физиологических параметров. Хотя для клинических це-
лей и не столь важно измерять температуру с очень высокой точ-
ностью, методы измерения температуры должны быть надежными
и простыми. Когда необходимо обеспечить непрерывное наблю-
дение за температурой пациента, измерительное устройство не
должно создавать дискомфорта.
Когда температуру не нужно регистрировать непрерывно, стан-
дартным средством измерения все еще остается ртутный термо-
метр. Так как эти устройства просты в использовании, дешевы и
достаточно точны, они, несомненно, будут широко использоваться
в течение многих лет. Электронные термометры, один из которых
показан на рис. 17.11, иногда заменяют ртутные. Эти приборы,
имеющие удобные для использования наконечники, позволяют
получить отсчет температуры
значительно быстрее, и само
показание считывать значи-
тельно удобнее, чем на обыч-
ном термометре. Когда необхо-
димо обеспечить непрерывную
регистрацию температуры или
когда нужна более высокая
точность, чем та, которую мо-
гут обеспечить ртутный или
электронный термометр, нужно
использовать более сложную
измерительную аппаратуру.
В большинстве электронных
термометров и в приборах для
непрерывного наблюдения за
температурой пациента исполь-
зуются термисторы. Термистор
представляет собой чувстви-
тельное к температуре устрой-
ство, электрическое сопротив-
ление которого изменяется при
Рис. 17.11. Измерение температуры в
полости рта с помощью электронного
термометра
281
изменении температуры. Электронное устройство преобразует зна-
чение сопротивления в показания стрелочного прибора, в цифровой
отсчет или в кривую на самописце.
Другим чувствительным к температуре устройством, которое
иногда используется в медицинских приборах, является термопа-
ра, на выходе которой возникает напряжение, пропорциональное
температуре в точке соединения двух различных металлов. Гене-
рируемые термопарой небольшие напряжения усиливаются и по-
даются на индикатор или самописец.
17.5.2. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ПОВЕРХНОСТИ КОЖИ
В то время как температура всех внутренних органов одина-
кова (с высокой степенью точности), температура на поверхности
кожи в различных точках может отличаться на несколько граду-
сов. Обычно диапазон их изменений 85...95 F (30...35°С). Условия
контакта с окружающей средой, наличие жирового слоя над ка-
пиллярными зонами, локальное распределение кровеносных сосу-
дов — вот только некоторые факторы, которые влияют на распре-
деление температуры по поверхности тела. Часто измерение темпе-
ратуры на поверхности кожи можно использовать для обнаруже-
ния и локализации дефектов системы кровообращения; при этом
обычно обнаруживают различие в распределении температуры на
одной стороне тела по сравнению с другой.
Температуру кожи в специфических точках тела часто измеря-
ют с помощью маленьких плоских термисторных датчиков, при-
крепляемых к коже пациента. Одновременное считывание показа-
ний нескольких таких датчиков позволяет обнаруживать измене-
ния в участках системы кровообращения в течение определенного
интервала времени или при специальной стимуляции.
Как было установлено, человеческая кожа является почти
идеальным излучателем инфракрасных лучей. Иначе говоря, она
способна излучать инфракрасную энергию, которая пропорцио-
нальна поверхностной температуре (это справедливо практически
для любого участка тела). Если человек находится в помещении
с температурой около 20°С
и область тела, температура
которой должна быть изме-
рена, не защищена одеждой,
то прибор, чувствительный к
инфракрасному излучению,
позволяет точно измерить
температуру поверхности те-
ла. Такой прибор, называе-
мый инфракрасным термо-
метром, показан на рис.
17.12. Инфракрасные термо-
метры, работающие в диапа-
зоне физиологических темпе-
ратур, получили достаточно широкое распространение. Их можно
использовать для обнаружения рака груди и других невидимых
источников тепла, для обнаружения зон плохой циркуляции крови
и других более холодных участков, а также для измерения изме-
нений температуры кожи, которые отражают изменения в системе
циркуляции крови в организме.
Дальнейшее развитие этот метод измерения температуры кожи
получил с разработкой термографа (Thermograph R), показанного-
на рис. 17.13, а. Этот прибор представляет собой инфракрасный
термометр, сопряженный с системой сканирования. Он позволяет
производить сканирование всей поверхности тела или некоторых
Рис. 17.13. Термография:
а —термограф с высоким разрешением; б — термограмма
283
его частей с помощью почти точно такого же метода, который ис-
пользуется для сканирования изображения в телевизионных ка-
мерах. Правда, в термографе этот процесс производится значи-
тельно медленнее. В процессе сканирования тела измеряется из-
лучаемая инфракрасная энергия. Получаемый при этом сигнал
изменяет интенсивность светового луча, который рисует карту
распределения инфракрасной энергии на фотобумаге, называемую
термограммой. На рис. 17.13,6 показана фотография двух муж-
чин и соответствующая термограмма, которая показывает, что у
каждого мужчины одна нога ис-
кусственная. Преимуществом это-
го метода является то, что нали-
чие относительно теплых и холод-
ных зон сразу же становится оче-
видным. При калибровке по ис-
точнику с известной температурой
на основе термограмм можно по-
тупить и количественную инфор-
мацию.
Аналогичный прибор, называ-
емый термовизором * (Thermovi-
sion R), имеет сканирующее уст-
ройство, которое действует с та-
кой высокой скоростью, что изоб-
ражение можно наблюдать на эк-
ране осциллографа. Результирую-
щее изображение имеет около
100 вертикальных линий на кадр
и почти столько же горизонталь-
Рис. 17.14. Термовизор:
а — камера и блок дисплея
системы Termovision 680 Me-
dical; б — система Termovi-
sion 680 Medical со вспомо-
гательными приспособлени-
ями
* Аналогичные отечественные аппараты называют обычно тепловизорами. —
Прим. пер. *
284
них. Этого оказывается достаточно для получения хорошего изобра-
жения. Интенсивность измеренного инфракрасного излучения отоб-
ражается с помощью управления яркостью электронного луча
осциллографа. Одним из преимуществ этой системы является воз-
можность электронной обработки изображения, что позволяет
выделять его специфические черты. Кроме того, изображение мож-
но изменить таким образом, чтобы тепловые зоны были темными,
а не светлыми, как на термограммах. Все эти меры по улучшению
изображения могут предприниматься одновременно со сканирова-
нием обследуемого пациента. Система «Термовизор» (Termovisi-
onR) показана на рис. 17.14.
18
ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ
МЕДИЦИНСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Каждый год в США в результате несчастных случаев погибает
примерно 100 000 человек. Около половины несчастных случаев
со смертельным исходом приходится на автомобильные аварии,
около 20% гибнет в результате травм и лишь 1% смертельных
исходов приходится на несчастные случаи, связанные с электри-
чеством. Большинство смертельных исходов, вызванных пораже-
нием электрическим током, происходит в промышленности и в
сельском хозяйстве. В статистических отчетах, где медицинские
организации рассматриваются как промышленные предприятия, не
приводится отдельных данных о несчастных случаях в больницах,
но, по всей вероятности, их число невелико. Большинство несчаст-
ных случаев, связанных с электричеством, не оканчивается смер-
тельным исходом. И все же несчастные случаи, при которых пер-
сонал или пациенты получают несмертельные удары электриче-
ского тока, распространены значительно шире, чем можно ожи-
дать по данным статистики, учитывающей смертельные случаи.
За последние годы электрическая и электронная аппаратура
стала поступать в больницы в очень больших количествах. Если
такая аппаратура поддерживается в хорошем рабочем состоянии
и применяется правильно, то она относительно безопасна. Однако
иногда аппаратура бывает неисправной или используется таким
образом, что создаются предпосылки для несчастных случаев.
Обычно персонал, работающий с этой аппаратурой, не осознает
потенциальной опасности, хотя ее и можно избежать, затратив
очень небольшие усилия. Поэтому важно, чтобы весь персонал
больницы сознавал опасность и мог распознавать ситуации, кото-
рые могут привести к случайному поражению электрическим то-
ком, а также использовать простые меры предосторожности, ко-
торые позволят предотвратить такие несчастные случаи.
285
18.1. ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
Чтобы электричество могло оказать какое-либо воздействие на
тело человека, оно должно стать частью электрической цепи. Толь-
ко в том случае, когда между телом и источником внешнего нап-
ряжения существует по крайней мере две точки контакта, по цепи
будет протекать электрический ток, зависящий от напряжения
между контактами и электрического сопротивления тела. Боль-
шинство тканей тела содержит большой процент воды, следова-
тельно, тело является достаточно хорошим проводником электри-
чества. Понятия сопротивления и проводимости уже рассматри-
вались в гл. 3.
В основном электрический ток может воздействовать на ткани
тела двумя способами17. Во-первых, электрическая энергия, рас-
сеянная на сопротивлении, роль которого играют ткани тела, мо-
жет вызвать повышение температуры. Если температура подни-
мется очень высоко, то может произойти ожог.
При поражении током от бытовой электросети электрические
ожоги обычно ограничиваются локальными поражениями в точках
контакта или вблизи них, т. е. там, где плотность тока максимальна.
При несчастных случаях на производстве или при аварии осве-
тительной сети, где можно столкнуться с высоким напряжением,
рассеянная электрическая энергия может быть настолько большой,
что она вызовет ожоги, охватывающие большие участки тела.
В электрохирургии концентрированный ток, поступающий от высо-
кочастотного генератора, специально используется для разрезания
тканей или коагуляции небольших кровеносных сосудов.
Во-вторых, передача импульсов через сенсорные и двигатель-
ные нервы происходят с участием электрохимических потенциалов
действия. Достаточно большой избыточный электрический ток
может привести к созданию локальных напряжений, которые мо-
гут переключить потенциалы действия и стимулировать сенсорные
и двигательные нервы.
При стимуляции сенсорных нервов электрический ток создает
ощущение «пощипывания» или «покалывания», которое при дос-
таточной интенсивности становится неприятным и даже болезнен-
ным. Стимуляция двигательных нервов или мышц вызывает сок-
ращение мышечных волокон в мышцах или в группах мышц, ко-
торые подвергаются воздействию тока. Достаточно высокая интен-
сивность стимуляции может вызвать судорожное сокращение мыш-
цы, при котором сокращаются все возможные мышечные волокна
и создается максимально возможное мышечное усилие. Это при-
водит к сильной усталости и, возможно, к повреждению мышцы.
Степень стимуляции определенного нерва или мышцы зависит
от разности потенциалов, приложенной к клеткам ткани, и локаль-
ной плотности тока, протекающего через ткань.
286
Электрический ток, протекающий через тело, можно считать
опасным или смертельным, если он создает в жизненно важных ор-
ганах локальные плотности тока, достаточные для нарушения функ-
ционирования этих органов. Степень воздействия тока на каждый
орган зависит от его значения и относительного расположения то-
чек электрического контакта данного органа тела с источником на-
пряжения.
Наиболее чувствительным к воздействию электрического тока
органом тела является сердце. Если ток достаточно велик, то он
может привести к полному сокращению сердечной мышцы, что
вызовет прекращение работы сердца и остановку кровообращения.
Если кровообращение не будет восстановлено через несколько
минут, то вследствие прекращения доступа кислорода к тканям
мозга сначала поражаются ткани мозга, а затем наступит смерть.
Если, однако, через короткий промежуток времени ток прекра-
тится, то сердцебиение самопроизвольно восстановится.
Сравнительно малый ток, возбуждающий только часть волокон
сердечной мышцы, может быть даже более опасным, чем ток, вы-
зывающий сокращение всей сердечной мышцы. Такое частичное
возбуждение может изменить схему распространения электри-
ческого возбуждения в миокарде, десинхронизировать деятель-
ность сердца и вызвать случайную неэффективную деятельность
мышц — фибрилляцию. При фибрилляции желудочков сердце
не в состоянии перекачивать кровь. Желудочковая фибрилляция
обычно необратима, и если она возникает, то регулярный ритм
деятельности сердца не восстанавливается даже тогда, когда ток
прекращается. Для восстановления нормальной деятельности серд-
ца необходимо стимулировать сердечную мышцу с помощью дос-
таточно сильного импульса тока от внешнего дефибриллятора.
Полное сокращение всех волокон сердечной мышцы восстанавли-
вает синхронность работы сердечной мышцы; после этого можно
надеяться, что сердце снова начнет сокращаться нормально. Же-
лудочковая фибрилляция чаще всего является причиной смерти
при несчастных случаях, связанных с поражением электриче-
ским током.
Если возникнут спазмы мышц грудной клетки вследствие про-
текания электрического тока через грудную клетку или через
центр, управляющий дыханием в мозге, то может возникнуть и
дыхательный паралич. При этом ток, вероятнее всего, будет воз-
действовать и на сердце, так как оно тоже расположено в грудной
клетке.
Значение электрического тока, который оказывает определен-
ное физиологическое воздействие на человека, зависит от многих
факторов. На рис. 18.1 показаны приблизительный диапазон зна-
чений тока и результаты воздействия на тело внешнего источника
переменного тока с частотой 60 Гц в течение 1 с. При оценке фи-
зиологических воздействий, затрагивающих сердце или дыхатель-
ную систему, предполагалось, что ток поступает в тело через
287
Сербвзнь/е ожоги а
fii/Bi/vecwe
отхождения
ГОА
ffe/7ffe/wfiv6/e
маонадсОя (яд и cffoe&oe-
мениом отмяня/ении mow
ffoccmffwffotfffaemoo нод-
ятмоо Mfffyefiwfe)
Олскдостб
> Лях-отель ного
Off/fPMC/W
(Аляеноетб Mbufi/dovHOffoi/
fMfouwt/w
rmи.a-----
----------------------- /
боль, утомление,
бозможнооть
0//3t/WCWfr’ .
лобдежбемеш
----------------------- ------ AfyHCffMOWbHO
Ллп/стимб/й тон
70mA-----
<___ /7диеми-емб/о
оезолооибл/ тон (5мA5
, 7mA------
500мнА— '—
-»— /7одог ou/yтенил
Рис: 18.1. Физиологическое воздействие электрического тока (напряжение в сети
частотой 60 Гц)
электрические контакты, возникающие в конечностях, причем про-
ходит через грудную клетку (от руки к руке или от руки к проти-
воположной ноге).
У большинства людей порог ощущения кожи при легком при-
косновении пальца к источнику тока составляет приблизительно
500 мкА18, хотя с помощью языка можно обнаружить значительно
меньший ток. При плотном обхвате рукой порог составляет приб-
лизительно 1 мА. Ток менее 5 мА обычно считается неопасным,
хотя при этом ощущение может быть даже и неприятным и болез-
ненным. Если по крайней мере один из контактов с источником
тока создался из-за того, что человек схватил проводник рукой,
то токи больше примерно 10 или 20 мА могут вызвать спазм мышц
руки, что не позволит отбросить проводник. Поэтому минимальный
уровень тока, при котором возникают такие условия, называют
током отбрасывания19. При токе больше 100 мА может возникнуть
желудочковая фибрилляция, а при токе, большем 2 А — длитель-
ное сокращение сердца, часто сопровождаемое дыхательным пара-
личом.
288
Данных о таком воздействии тока мало, сведения в основном
ограничиваются данными о таких несчастных случаях, при кото-
рых можно восстановить ситуацию и определить ток, или инфор-
мацией, полученной в опытах на животных. Из имеющихся дан-
ных можно сделать вывод, что значение тока, при котором воз-
никает желудочковая фибрилляция, возрастает с увеличением
массы тела и что при очень кратких воздействиях тока для возник-
новения этого эффекта нужны большие токи. Из экспериментов,
проводимых с токами, диапазон значений которых лежал между
порогом ощущения и током отбрасывания, известно, что воздей-
ствие тока почти не зависит от его частоты вплоть до частот по-
рядка 1000 Гц.
Выше этой границы для возникновения того же самого эффекта
ток нужно увеличивать пропорционально частоте. Поэтому в элек-
трохирургии для минимизации стимуляции нервов и мышц исполь-
зуют высокочастотные токи.
В приведенном выше изложении интенсивность электрического
воздействия всегда характеризовалась значением электрического
тока. Напряжение, необходимое для создания определенного тока,
зависит только от электрического сопротивления тела, на которое
влияет огромное число факторов и которое может изменяться от
единиц ом до нескольких мегаом.
Большую часть сопротивления тела обычно составляет сопро-
тивление кожи. Сухая неповрежденная кожа имеет большое сопро-
тивление, создаваемое главным образом ороговевшим внешним
слоем кожи, эпителием, обеспечивающим естественную защиту от
поражения электричеством.
Однако если этот слой смачивается проводящей жидкостью, то
сопротивление кожи существенно уменьшается. Если кожа среза-
ется или если через нее вводится проводящий объект (например,
подкожные иглы), то сопротивление кожи по существу исключа-
ется из создающейся цепи. Электродная паста, используемая при
измерении биоэлектрических потенциалов, также уменьшает соп-
ротивление кожи за счет электролитического эффекта и за счет
механического повреждения ее поверхности. При многих медицин-
ских процедурах необходимо вводить в тело проводящие объекты
либо через естественные отверстия, либо через проколы в кожном
покрове.
Следовательно, в этом случае пациент лишается естественной
защиты против поражения электричеством. Из-за создающегося ма-
лого сопротивления тела опасно большой ток может возникнуть
при таких малых напряжениях, которые в обычных условиях из-за
высокого сопротивления кожи считаются безопасными для жизни
человека.
Ситуацию значительно ухудшает и то, что при проведении оп-
ределенных медицинских процедур электропроводящие катетеры
вводятся не только внутрь тела, но и непосредственно внутрь
сердца (катетеризация сердца). Это необходимо для диагностики,
когда следует получить пробы крови из различных отделов
10—2 289
сердца, для введения радионепрозрачных красителей при ангиог-
рафических процедурах или для измерения давления крови или
сердечного выброса. В этих случаях катетер обеспечивает элект-
рическое соединение с сердцем через столб жидкости, заключен-
ной внутри изолированного катетера. Когда для лечения блокады
сердца используется внешний носимый кардиостимулятор, то
катетер с возбуждающим электродом, вводимый внутрь сердца,
позволяет создать подключение с низким сопротивлением. При
использовании катетера любого типа электропроводящий катетер
может создать один из двух контактов, которые соединяют тело с
внешней электрической цепью (см. рис. 18.2). Если это случится,
то все протекающие через катетер токи будут проходить непос-
редственно через сердце. Следовательно, при этом плотность тока
в сердечной мышце на несколько порядков выше, чем при прило-
жении того же самого тока к точкам, расположенным дальше от
сердца.
Таким образом, пациент, имеющий сердечный катетер любого
типа, более чувствителен к электрическому току по сравнению
с ситуациями, когда у него нет такого катетера. Говорят, что
такой пациент электрически чувствителен. Воздействие электри-
ческого тока, непосредственно приложенного к сердцу, называют
микрошоком. Воздействие тока на пациента при отсутствии пря-
мого контакта с сердцем называют макрошоком.
Данные о значениях тока, который вызывает желудочковую
фибрилляцию при непосредственном воздействии на сердце, огра-
ничены. В экспериментах на собаках фибрилляция возникала при
очень малых токах — порядка 20 мкА. При некоторых измерениях
на людях для остановки сердца во время операции на открытом
сердце нужно использовать токи 108 мкА. Чтобы обеспечить опре-
деленный запас безопасности, современные стандарты и опецифи-
Рис. 18.2. Концентрация тока в сердце в случае, когда сердечный катетер обра-
зует участок цепи
290
кации накладывают на медицинские приборы более строгие огра-
ничения. Для аппаратуры, используемой при лечении электриче-
ски чувствительных пациентов, ток, который может случайно про-
текать через его сердце, не должен превышать 10 мкА (ток рис-
ка). Ток риска, который может протекать через любое другое
подключение к пациенту, например, через отведения ЭКГ, неза-
висимо от того, является ли он электрически чувствительным или
нет, должен быть ограничен 50 мкА. Максимальный ток, который
может возникать при прикосновении к корпусу прибора, ие дол-
жен превышать 100 мкА, если прибор может быть подключен к
пациенту, и 500 мкА в противном случае. В соответствии с бо-
лее старыми стандартами допустимыми считались токи до 5 мА.
18.2. ОПАСНОСТЬ ПОРАЖЕНИЯ ТОКОМ ПРИ РАБОТЕ
С ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕМ
Чтобы тело подверглось удару электрического тока, оно долж-
но контактировать с двумя электрическими проводниками, на ко-
торые подано достаточное высокое напряжение, создающее опасно
большой ток. При нормальных обстоятельствах никто по собствен-
ной воле не поставит себя в такую ситуацию. Однако наличие
неисправного оборудования и неподготовленность потребителей
электроэнергии делает такие ситуации вполне реальными. Чтобы
понять, как могут возникать несчастные случаи при работе с
электрооборудованием, необходимо знать принципы работы систе-
мы распределения мощности, которая обеспечивает подачу элект-
роэнергии к электроприборам (см. гл. 3).
Электрическая энергия вырабатывается на электростанциях
из тепловой энергии (сжигание нефти, угля или газа), из гидро-
энергии (напор воды в хранилище гидростанций) или из ядерной
энергии, вырабатываемой ядерным реактором. Затем по высоко-
вольтным линиям она распределяется по всей стране. Высокое
напряжение, которое необходимо для уменьшения потерь в длин-
ных линиях передачи, слишком опасно, чтобы им можно было
пользоваться в домашних условиях или в больнице. Поэтому оно
понижается с помощью трансформаторов до безопасных значений
в подстанциях (их иногда называют трансформаторными станция-
ми). Это понижение обычно производится в несколько этапов.
Большая больница может иметь главную трансформаторную стан-
цию и несколько более мелких трансформаторных пунктов, по од-
ному на каждое здание или даже этаж. Один из таких трансфор-
маторов в упрощенном виде показан на рис. 18.3. Высокое напря-
жение от главной подстанции подается на этот трансформатор,
который понижает напряжение до 115 В. В действительности от
этого трансформатора отходят две цепи с напряжением 115 В
соединенные вместе, так что при необходимости можно получать
напряжение 115 и 230 В (например, для портативных рентгенов-
ских аппаратов). Обычные стенные розетки с напряжением 115 В
10* 291
Tpfffar ff/w о до6ооoff
Pnc. 18.3. Система распределения электрической мощности (упрощенно)
подсоединяются к трансформатору двумя проводами, которые
прокладываются в тонкой стальной трубке, называемой кабеле-
проводом. Один провод (обычно черный) соединяет контакты в
более короткой прямоугольной щели розетки с одним из 115 В
выводов трансформатора. Этот горячий провод проходит через
размыкатель цепи, устанавливаемый либо на трансформаторном
пункте, либо на специальной панели.
От контактов более длинной прямоугольной щели белый (ней-
тральный) провод проходит к общему выводу для двух 115 В
цепей трансформатора, соединенному с металлическим корпусом
трансформатора и с расположенной вблизи водопроводной трубой
или с заглубленным в землю металлическим объектом (столбом,
штырем и т. д.). Следовательно, белый провод заземлен в транс-
форматоре, а так как он заземлен, то напряжение 115 В сущест-
вует не только между горячим и нейтральным проводами, но и
между горячим проводом и любым другим металлическим объек-
том, который также соединен с землей. Именно это и создает воз-
можности для большинства несчастных случаев от электричества.
Стальная труба, которая окружает два провода, защищает их ме-
ханически и служит третий электрическим проводом, соединя-
ющим заземленный металлический корпус трансформатора с ме-
таллическими коробками, в которых монтируются розетки. Третий
{/образный контакт розетки подсоединяется к ее коробке (корпу-
су), тем самым он заземляется через кабелепровод.
В электроаппаратуре нагреватель, трансформатор, мотор или
другое устройство, получающее питание от электросети, подклю-
чают между черным и белым проводами. Следовательно, электри-
292
ческий ток проходит от трансформатора через горячий провод к
прибору и возвращается через нейтральный. Оба провода по всей
их длине и те участки, которые проложены в самом приборе, тща-
тельно изолируются пластиковыми, резиновыми или керамически-
ми материалами, что предотвращает их контакт друг с другом или
с любой металлической деталью, к которой может прикоснуться
потребитель. Однако иногда изоляция нарушается, и один из про-
водов вступает в контакт с металлическим корпусом прибора или
с какой-либо металлической деталью. Если такой контакт воз-
никает между металлической деталью и горячим проводом, то
возникает опасная ситуация, показанная на рис. 18.4. Так как
нейтральный провод соединен с землей, то металлический корпус
оказался под напряжением из-за контакта с горячим проводом.
Это может вызвать протекание опасного для жизни тока через те-
ло любого человека, который дотронется до корпуса, имея в то
же время контакт с заземленным объектом.
Вызовет ли этот ток только неприятный удар или он будет
достаточно силен, чтобы привести к несчастному случаю вслед-
ствие резкой мышечной контрактации или даже к смерти вслед-
ствие желудочковой фибрилляции, это определяется сопротивле-
нием кожи в двух точках контакта с телом жертвы. Если область
контакта велика (так бывает, когда кто-либо притронется к ме-
таллическому объекту) и если кожа влажна от пота, воды или
какой-либо другой жидкости организма, то ток может быть дос-
таточно велик, что может представлять большую, а иногда и смер-
тельную опасность. В большинстве несчастных случаев, при кото-
рых погибли или серьезно пострадали лица, использующие или
Рис. 18.4. Опасность, создаваемая незаземленным прибором: из-за короткого
замыкания напряжение сети попадает на корпус
11°—2 293
обслуживающие электроаппаратуру, пострадавшие имели однов-
ременный контакт с неисправным прибором и с заземленным объ-
ектом. Значительно реже бывают ситуации, при которых тело
пострадавшего контактирует с горячим и нейтральным проводами
электросети. Обычно это происходит с электриками или с ремон-
тным персоналом, которые проводят работы на линиях передачи
электроэнергии или обслуживают аппаратуру.
18.3. МЕТОДЫ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ НЕСЧАСТНЫХ
СЛУЧАЕВ
Чтобы уменьшить вероятность несчастных случаев при работе
с электрооборудованием, можно использовать несколько различ-
ных методов. Одни из них универсальны, другие применяются
только в тех зонах, которые рассматриваются как особо опасные
с точки зрения поражения электричеством, существуют и такие
методы, которые разработаны специально для больниц.
18.3.1. ЗАЗЕМЛЕНИЕ
Наиболее часто используемым методом защиты является за-
земление оборудования (рис. 18.5). При этом металлический кор-
пус прибора подсоединяется к земле специальным проводом.
В электрическом приборе, подключаемом к сети с помощью шну-
ра, это заземление осуществляется с помощью третьего, круглого
или U-образного, контакта вилки. Если произойдет замыкание на
корпус прибора, который заземлен таким образом, то электриче-
ский ток будет протекать от места замыкания к корпусу и возв-
ращаться по проводу заземления. В идеальном случае ток корот-
кого замыкания будет настолько велик, что это приведет к не-
Рис. 18.5. Корпус прибора заземлен с помощью провода заземления и штырька
заземления в сетевой вилке
294
медленному срабатыванию размыкателя цепи. При этом неисправ-
ный прибор отключается от сети, и опасность устраняется.
Защита с помощью заземления имеет несколько недостатков.
Очевидно, что этот метод эффективен только при хорошем зазем-
лении. Однако эксперименты показывают, что многие электриче-
ские вилки, розетки и соединительные провода в процессе интен-
сивной эксплуатации изнашиваются и иногда выходят из строя,
поэтому настораживающе высокий процент больничной аппарату-
ры не имеет надежного заземления. Кроме того, чтобы вызвать
немедленное срабатывание размыкателя цепи, сопротивление сис-
темы заземления должно быть очень малым. Если сопротивление
больше требуемого, как это бывает при использовании вместо
провода заземления стального кабелепровода, то от замыкания
до срабатывания размыкателя цепи могут пройти секунды или
даже минуты, в течение которых неисправное оборудование оста-
ется опасным. Если в заземленном таким образом приборе воз-
никнет неисправность, то необходимо отключить мощность от все-
го участка цепи, к которому подключен неисправный прибор. Но в
больницах отключение мощности само по себе может быть очень
опасным, если к этому же участку цепи подключена аппаратура,
выполняющая жизненно важные для пациента функции.
18.3.2. ЗАЩИТА НИЗКИМ НАПРЯЖЕНИЕМ
Чем выше напряжение, тем больше ток, который будет проте-.
кать через человека при неисправности электрооборудования?
При использовании аппаратуры, которая работает на значительно
более низком, чем в электросети, напряжении, можно значительно
уменьшить вероятность и тяжесть несчастных случаев. Один из
путей — питание приборов от батарей. У таких приборов есть и
еще одно преимущество — их не надо заземлять. Батареи обычно
применяются лишь в небольших приборах (бритвах, зубных щет-
ках и т. п.). Но иногда этот способ защиты используется и в таких
больших приборах, как портативные рентгеновские аппараты.
Другой путь получения более низких рабочих напряжений—при-
менение небольших трансформаторов (рис. 18.6), встраиваемых
непосредственно в вилку прибора. Этот метод часто используется
в медицинских приборах, которые содержат только маленькие:
лампы, например офтальмоскопы и эндоскопы. Этот трансформа-
тор обычно используется и для изоляции части схемы с низким
напряжением от земли.
18.3.3. ДВОЙНАЯ ИЗОЛЯЦИЯ
В аппаратуре с двойной изоляцией корпус изготовляется из
непроводящего материала, обычно из пластика. Если в приборе
есть выступающие металлические части, то они крепятся к глав-
ному проводящему корпусу прибора с помощью отдельного за-
щитного слоя изоляции в дополнение к функциональной изоляции,
Ц°* 295
Рис, 18.6. Сетевая вилка
со встроенным низко-
вольтным трансформа-
тором
которая отделяет корпус от электрических
частей. Аппаратура с двойной изоляцией не
нуждается в заземлении, поэтому она ком-
плектуется вилками без штырька заземле-
ния. Приборы такого типа должны иметь по-
метку «Двойная изоляция». В настоящее
время двойная изоляция широко использу-
ется для защиты ручных электроинструмен-
тов и электрического садового инвентаря,
например газонокосилок. Электрические
бритвы тоже можно рассматривать как уст-
ройства с двойной изоляцией, хотя они и не
имеют специальной пометки. Для приборов,
применяемых в больницах, использование
двойной изоляции имеет весьма ограниченную ценность, если толь-
ко прибор одновременно не является и водонепроницаемым. Двой-
ная изоляция легко теряет эффективность, если над аппаратурой
была пролита проводящая жидкость (например, солевой раствор
или моча) или если аппаратура погружается в такую жидкость.
18.3.4. ИЗОЛЯЦИЯ ЦЕПЕЙ, СВЯЗАННЫХ С ПАЦИЕНТОМ
Электроды или преобразователи многих медицинских прибо-
ров, например электрокардиографа, регистратора давления, кото-
рый подключается к введенным катетерам, и электрохирургичес-
ких аппаратов, подключают к пациенту. На практике один из
электродов и металлический корпус преобразователя обычно под-
ключается к земле. Однако при этом автоматически создается
один из двух контактов и возникает опасность поражения элект-
ричеством, поэтому такая аппаратура опасна для пациента. Чтобы
избежать этой потенциальной опасности, при использовании сов-
ременной аппаратуры такого типа отказались от заземления отве-
дений от пациента и преобразователей. Современная технология
изготовления приборов делает возможным создание усилителей,
полностью изолированных от земли. Современные преобразовате-
ли давления в подавляющем большинстве выпускаются с двойной
изоляцией без выступающих металлических частей.
18.3.5. РАЗМЫКАТЕЛЬ ЦЕПИ С ПЛОХИМ ЗАЗЕМЛЕНИЕМ
Еще один метод защиты предусматривает использование раз-
мыкателя цепи с плохим заземлением. Принцип его действия ос-
нован на том, что весь ток, который в обычных условиях протекает
через прибор, поступает по горячему проводу и возвращается по
нейтральному. Если человек дотронется до неисправного прибора
и ток вернется в землю через его тело, то ток в нейтральном
проводе будет меньше тока в горячем. Размыкатель цепи с пло-
хим заземлением и при определенном различии (обычно 5 мА)
токов в этих двух проводах, подобно размыкателю цепи, отключа-
296
ет питание прибора. Такая защита в настоящее время применяет-
ся для внешних розеток и в ванных комнатах частных домов
и мотелей. Иногда он применяется в помещениях для гидротера-
пии и в палатах почечного диализа в больницах.
18.3.6. ИЗОЛИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МОЩНОСТИ
Поражение электричеством из-за того, что тело жертвы кон-
тактирует с землей,- возможно только потому, что нейтральный
провод заземлен. Если оба провода системы распределения мощ-
ности будут изолированы от земли, то такие несчастные случаи
можно предотвратить. Хотя создание таких систем распределения
мощности возможно, этот способ можно использовать только
в очень маленьких системах, где расстояние от трансформатора
до розетки невелико. Поэтому изолированные системы распреде-
ления мощности используются редко. Исключениями являются
операционные и иногда отделения интенсивной терапии, где эти
системы обеспечивают дополнительную защиту. Изолированные
системы распределения мощности будут описаны более подробно
в п. 18.5.1.
18.4. МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ
Методы предотвращения несчастных случаев, применяемые в
данной ситуации или для медицинской аппаратуры определенного
типа, устанавливаются стандартами и правилами20, разработанны-
ми агентствами и институтами на уровне страны или штата.
Иногда выбор способов защиты, гарантирующих постоянную эф-
фективность мер по обеспечению безопасности, возлагается на
изготовителя аппаратуры. Профилактическое обслуживание ап-
паратуры является обязанностью инженерно-технического персо-
нала больницы или организации, с которой заключено соответ-
ствующее соглашение. Однако если аппаратура будет применять-
ся неправильно, то почти любые методы защиты будут неэффек-
тивными. И, наоборот, при правильном и осторожном использо-
вании аппаратуры персонал может не только постоянно .поддер-
живать высокую степень безопасности, но и помочь обнаружить
потенциально опасные дефекты прежде, чем они нанесут вред
пациенту или персоналу. Правила безопасного использования
аппаратуры можно представить в виде нескольких «Нельзя» и
«Необходимо».
Нельзя выдергивать вилку из розетки за шнур. Это может
привести к отрыву провода заземления или к ухудшению кон-
такта, что сделает защиту заземлением неэффективной.
Нельзя применять в больнице переходники. В более старых
больничных зданиях старые двухштырьковые розетки без от-
верстия для штыря заземления должны быть заменены новы-
ми. Использование переходников в большинстве случаев де-
лает защиту заземлением неэффективной.
297
Нельзя использовать дополнительные шнуры (наращивать
шнуры питания), за исключением аварийных ситуаций. Пра-
вильно спроектированная система распределения мощности
для больниц и других медицинских учреждений должна пре-
дусматривать достаточное число розеток в соответствующих
местах. Применение дополнительных шнуров часто нарушает
защиту заземлением и, кроме того, создает опасность выклю-
чения приборов. Если дополнительный шнур абсолютно необ-
ходим, то следует использовать только прочный и надежный
трехпроводной шнур с соединениями, обеспечивающими кон-
такт с землей. Двухпроводные дополнительные шнуры для
использования в домашних условиях, непригодны для приме-
нения в медицинских учреждениях.
Нельзя провозить тележки и наступать на электрические ка-
бели или соединители.
Нельзя использовать ни один электрический прибор, не озна-
комившись предварительно с принципом его работы и опас-
ностями, которые могут возникнуть при его работе.
Необходимо ознакомиться со всеми электроприборами в пала-
те, в операционной или в медицинском учреждении, изучив
инструкции по их применению и попросив опытного специа-
листа объяснить методы их правильного использования.
Необходимо всегда соблюдать правила работы с прибором.
Необходимо немедленно сообщить о приборах, у которых по-
явились какие-либо отклонения от нормальной работы, на-
пример удар током оператора, прерывистая работа или невоз-
можность его настройки.
Необходимо соблюдать все специальные инструкции или пра-
вила, установленные для определенных процедур руководст-
вом больницы.
Необходимо соблюдать все специальные инструкции или указа-
ния, приводящиеся на табличках, прикрепленных к прибору.
18.5. СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ
ПРИ ХИРУРГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЯХ
Из-за особой опасности, характерной для хирургических опе-
раций, в операционных, палатах скорой помощи, приемных отде-
лениях и некоторых зонах больницы, связанных с хирургией, не-
обходимо принять специальные меры предосторожности. Приве-
денные три источника опасности делают такие меры предосторож-
ности необходимыми для защиты пациента и персонала:
1. При большинстве хирургических операций необходимо раз-
резать кожу пациента. При других процедурах через естествен-
ные каналы тела пациента вводятся такие объекты, как эндоскоп
или зонд. В любом из этих случаев полностью исключается за-
щита, обеспечиваемая высоким сопротивлением сухой и непов-
298
режденной кожи пациента. Следовательно, во время хирургичес-
ких операций пациент крайне чувствителен к электричеству.
2. При многих хирургических операциях необходима общая
анестезия, которая обеспечивается специальными агентами в виде
газов или летучих жидкостей. Некоторые анестетики являются
горючими веществами и при смешивании в определенной пропор-
ции с воздухом могут образовывать в высшей степени взрывча-
тые смеси. Зафиксировано несколько случаев, когда взрыв ане-
стетиков приводил к гибели и тяжелым ранениям пациентов и
персонала больницы. При использовании таких анестетиков нужно
принимать крайне строгие меры предосторожности, чтобы избе-
жать возникновения любых возможных источников искрения.
3. При многих хирургических операциях применяются наиболее
опасные электрохирургические аппараты. Они являются не только
причиной многочисленных взрывов анестетика, но и источником
особого вида ожогов пациентов. Специальные меры предосторож-
ности, необходимые для предотвращения таких ожогов, рассмот-
рены в гл. 16.
Меры для обеспечения безопасности определены в «Стандарте
по использованию ингаляционных анестетиков» (Стандарт 56А—
NFPA Standard № 56А)21, который был подготовлен Национальной
ассоциацией защиты от пожаров (National Fire Protection Asso-
ciation— NFPA). Этому стандарту следуют практически все боль-
ницы в США. Несмотря на его название и на название подгото-
вившей его организации, этот стандарт касается не только опас-
ности взрыва, возникающей при использовании воспламеняющих-
ся анестетиков, но и опасностей, связанных с поражением элект-
ричеством. Представленные далее меры безопасности выбраны
из Стандарта 56А в том виде, в каком он был в момент написания
книги. Через определенные интервалы времени стандарт пере-
сматривается, поэтому при возникновении каких-либо сомнений
относительно проблемы безопасности, мы рекомендуем читателю
обратиться к действующему варианту стандарта.
Большинство принятых в Стандарте 56А мер безопасности
предназначено для предотвращения электростатических разрядов,
которые могут воспламенить взрывчатую смесь. Некоторые меры
относятся к устройствам для обработки и подготовки газов. Так
как эти аспекты не связаны с электрической или электронной
аппаратурой, то мы их не рассматриваем в настоящей книге.
Правила Стандарта 56А применимы к объекту, называемому
«Помещения для анестезии». Сюда входят все зоны, в которых
могут быть использованы ингаляционные анестетики любых типов.
Так как в настоящее время все большее распространение получа-
ют невоспламеняющиеся анестетические агенты, то в стандарте
проводится различие между помещениями для анестезии невос-
пламеняющимися анестетиками, где источники опасности элект-
рического характера, и помещениями для анестезии воспламеняю-
щимися анестетиками, где необходимы дополнительные меры за-
щиты в связи со взрывоопасностью.
299
18.5.1. ИЗОЛИРОВАННАЯ СИСТЕМА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МОЩНОСТИ
Для помещений, где проводится анестезия, Стандарт 56А тре-
бует, чтобы все розетки для подключения шнуров питания аппа-
ратуры и все подвешенные к потолку операционные лампы полу-
чали питание от изолированной системы распределения мощности.
Как указывалось в п. 18.3.6, такие системы более эффективны,
если они невелики. Мощность для изолированной системы распре-
деления мощности поступает не от трансформаторной подстанции,
а от отдельного для каждой операционной изолирующего транс-
форматора. Этот трансформатор вместе с соответствующим раз-
мыкателем цепи и системой наблюдения за изоляцией линии (она
описана далее) монтируется в отдельном шкафу, который разме-
щается либо в операционной, либо рядом с ней. Распределитель-
ный щит такой установки показан на рис. 18.7.
Если в некотором приборе, получающем питание от изолиро-
ванной системы, произойдет замыкание между корпусом и одним
из двух проводов, то результат будет совершенно иным, чем для
описанной ранее заземленной системы. Даже если корпус при-
бора не будет заземлен, человек, одновременно дотронувшийся
до прибора и заземленного объекта, не ощутит удара, так как
ни один из питающих проводов не соединен с землей. Тем не менее
через тело такого человека мо-
Рис. 18.7. Распределительный щит изо-
лированной системы распределения мощ-
ности
300
жет протекать небольшой ток,
обусловленный наличием емко-
сти между проводами системы
п землей, — ток утечки. Этот
ток равен всего 1 или 2 мА и
совершенно безвреден. Если
аппаратура, в которой произо-
шло короткое замыкание, за-
землена соответствующим об-
разом, то ток утечки будет воз-
вращаться по заземлению. Од-
нако в этом случае короткое за-
мыкание в неисправном прибо-
ре эффективно заземляет один
из проводов изолированной
распределительной системы. В
результате последняя превра-
щается в заземленную распре-
делительную систему, и защи-
та исчезает. Чтобы обеспечить
своевременное предупреждение
возникновения такой ситуации,
в изолированных системах рас-
пределения мощности приме-
няют устройство наблюдения
за изоляцией линии (УНИЛ)
(монитор контроля). Этот прибор попе- :
ременно проверяет изоляцию между каж-
дым из двух проводов системы питания
и землей. Степень изоляции, выраженная
допустимым значением тока риска или
тока опасного пробоя, указывается на
электроизмерительном приборе.
Кроме прибора предусмотрена уста-
новка двух сигнальных ламп. Если изо-
ляция в системе надежна, то горит зеле- Рис- 18-8- Фиксирующаяся
, „ г вилка для изолированно»
ная лампа (иногда на ней помещается системы распределения мощ-
надннсь «безопасно»). Если изоляция на- ности
чинает ухудшаться или если где-либо в
системе произойдет короткое замыкание между одним из проводов;
и заземленным участком, то вспыхивает красная лампа (иногда на
ней помещается надпись «опасность»), В то же время включается
акустический сигнал тревоги, который просто указывает, что систе-
ма потеряла защитные свойства. Но чтобы возникла реальная опас-
ность, необходима еще одна неисправность. Если тревога возникает
во время операции, то можно сначала закончить ее и лишь потом
попытаться обнаружить причину тревоги. Для этого случая
в УНИЛ предусмотрена кнопка, нажав которую, можно отклю-
чить звуковой сигнал. Даже если акустический сигнал тревоги
выключен, красная предупреждающая лампочка продолжает го-
реть, указывая на существование тревожной ситуации. Другая
кнопка в УНИЛ позволяет проверить правильность его функцио-
нирования. Нажатие кнопки моделирует короткое замыкание.
При этом в течение нескольких секунд должна включиться крас-
ная лампа и прозвучать звуковой сигнал тревоги.
В изолированных системах распределения мощности применя-
ют не обычные трехштырьковые розетки и вилки, а специальные
фиксирующиеся разъемы (рис. 18.8). Там, где необходимо напря-
жение 230В (например, в портативных рентгеновских аппара-
тах), используются разъемы аналогичного типа. «Вилки» обоих
разъемов включают в «розетки» следующим образом: надо вста-
вить часть вилки, похожую на ключ, в розетку, вжать вилку в
розетку (это требует значительных усилий) и повернуть вилку
по часовой стрелке примерно на четверть оборота. Для отключе-
ния вилки ее надо повернуть против часовой стрелки, при этом
она будет вытолкнута из розетки силой пружины.
18.5.2. СИСТЕМА ЗАЗЕМЛЕНИЯ
Стандарт 56А требует, чтобы в дополнение к изолированной
системе распределения мощности в каждом помещении для ане-
стезии была создана специальная высококачественная система
заземления. Эта система не только защищает пациентов и персо-
нал, отводя все токи утечки на землю, но она необходима и для
301
правильного функционирования УНИЛ. Специальная система за-
земления называется системой - эквипотенциального заземления,
так как она сохраняет равенство потенциала всех металлических
объектов в той зоне, в которой с ними могут вступить в контакт
пациенты или персонал. С этой целью не только корпуса элект-
рических приборов, но и все другие металлические объекты—
операционные столы, аппараты для анестезии и инструментальные'
столы, которые могут контактировать с электрическими прибора-
ми, должны охватываться этой системой заземления. Для порта-
тивных приборов могут потребоваться отдельные провода зазем-
ления, которые подсоединяются к общей точке заземления вблизи
изголовья операционного стола. На таких проводах заземления
используются специальные вилки защелкивающегося типа. Следу-
ет отметить, что все провода заземления и соответствующие со-
единительные устройства должны окрашиваться в зеленый цвет.
Стандарт 56А требует также, чтобы в каждой операционной
был омметр или другой аналогичный прибор, который в любой
момент поможет убедиться в электрической исправности эквипо-
тенциального заземления, особенно портативных приборов. Ана-
логичные системы эквипотенциального заземления необходимы
и для защиты чувствительных к электричеству пациентов. Это
рассмотрено в § 18.6. На рис. 18.9 показано применение такой
системы в отделении интенсивной терапии.
Рис. 18.9. Схема системы эквипотенциального заземления в современной палате
интенсивной терапии
302
18.5.3. ДРУГИЕ МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ
В связи с высокой степенью опасности при хирургических
операциях Стандарт 56А требует, чтобы любой электрический
прибор или его часть, которая может попасть в пределы опера-
ционного поля по плану операции или случайно, были разрабо-
таны таким образом, чтобы проливание жидкости или погружение
прибора в жидкость не приводили к возникновению опасности
поражения током.
18.5.4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОСПЛАМЕНЯЮЩИХСЯ АНЕСТЕТИКОВ
Описанные меры безопасности обязательны для всех помеще-
ний, где проводится анестезия. Однако для помещений, где могут
использоваться воспламеняющиеся анестетики, необходимы допол-
нительные меры предосторожности, чтобы устранить любую воз-
можность возникновения искр, дуги или высоких температур
везде, где может присутствовать взрывчатая смесь газов. Так
как пары анестетиков тяжелее воздуха и поэтому могут скапли-
ваться на уровне пола, то все электрические соединения, выклю-
чатели, розетки и штепсели, устанавливаемые на высоте менее
1,5 м от пола, должны изготовляться в специальном взрывобез-
опасном исполнении. Все портативные приборы должны быть раз-
работаны специально для таких опасных условий, на их корпусах
должны быть четкие пометки об этом. Персонал должен тщатель-
но следить за тем, чтобы в таких помещениях не использовалось
оборудование, не имеющее таких пометок. В других разделах
Стандарта 56А приводятся меры, направленные на предотвраще-
ние возникновения искр от электростатических разрядов. Диапа-
зон этих мер простирается от создания проводящих полов до
спецификаций на текстильные материалы для одежды, которую
должен носить персонал в помещениях для анестезии воспламе-
няющимися анестетиками. Так как описание этих мер выходит
за рамки книги, то читатель может обратиться к Стандарту 56А
Национальной ассоциации защиты от пожаров или к правилам
и положениям, действующим в его организации.
18.6. СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕРЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ
ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ К ЭЛЕКТРИЧЕСТВУ ПАЦИЕНТОВ
Если ток поступает в тело через кожу, то желудочковая фиб-
рилляция возникает при токе 100 мА. Несчастные случаи такого
рода обычно происходят только при неисправности оборудования
или проявлении вопиющей небрежности или неосторожности.
Однако если электрические провода приложены непосредственно
к сердцу, то пациент становится чувствительным к электричеству
и для него становится опасным даже гораздо меньший ток. кото-
рый может поступать от совершенно исправной аппаратуры из-за
существования емкостной утечки.
303
Такая утечка существует, когда получающие энергию устрой-
ства: трансформаторы, моторы, нагреватели и даже обычная про-
водка— окружены металлическими корпусами и аппаратура ра-
ботает на переменном напряжении. Ток утечки зависит от типа
и физических размеров аппаратуры и может изменяться от 20 мкА
(для небольших приборов типа ламп для обследования) до не-
скольких сот микроампер (для таких устройств, как портативные
рентгеновские аппараты или респираторы определенных типов).
Так как эти токи меньше 500 мкА, то их нельзя ощутить. Однако
для чувствительных к электричеству пациентов и они представля-
ют опасность, если будут протекать по электрическим проводам,
подсоединенным к сердцу. Поэтому такие пациенты подвергаются
большей опасности и необходимо принимать специальные меры
для разработки систем распределения мощности и аппаратуры,
используемой для лечения чувствительных к электричеству па-
циентов. Так как эти меры могут иногда отказывать, то персонал
больницы, работающий с такими пациентами, должен быть осо-
бенно внимателен и принимать все меры предосторожности.
18.6.1. КАТЕТЕРЫ КАРДИОСТИМУЛЯТОРА
Электрические провода подводятся непосредственно к сердцу
при различных медицинских процедурах. Когда внутривенный ка-
тетер для стимуляции сердца вводится для временного управле-
ния работой сердца с помощью внешнего электрического кардио-
стимулятора, то электрическое соединение с сердцем создается
вполне сознательно. Сопротивление этого катетера очень мало,
и даже малые напряжения, которые могут случайно попасть на
его внешние выводы, будут опасными для пациента. Поэтому
с внешними выводами таких стимулирующих катетеров необходи-
мо обращаться крайне осторожно. Ранее выпускавшиеся внешние
кардиостимуляторы получали питание от сети, и в медицинской
литературе описаны несколько несчастных случаев, при которых
неисправность самого кардиостимулятора или нарушение зазем-
ления вызывали фибрилляцию.
Большинство современных внешних кардиостимуляторов ра-
ботают на батареях, что позволяет предотвратить такие несчаст-
ные случаи. Однако соответствующим образом сконструирован-
ный кардиостимулятор с питанием от сети должен быть столь же
безопасен. Опасности, связанные с использованием внешних кар-
диостимуляторов, в полной мере оценили только в начале 70-х го-
дов. Выпускавшиеся до этого времени кардиостимуляторы имели
выводы с легкодоступными металлическими деталями, в них был
возможен случайный контакт со стимулирующими отведениями.
Это показано на рис. 18.10. Там, где такие кардиостимуляторы
еще используются, необходимо принимать самые тщательные ме-
ры предосторожности. При необходимости можно использовать
изолирующие покрытия. Во время операции со стимулирующими
отведениями, или при введении катетера, или при смене или на-
304
стройке кардиостимулятора до них
можно дотрагиваться только в су-
хих и неповрежденных хирургичес-
ких резиновых перчатках.
Стимулирующие катетеры обыч-
но вводят под флюроскоппческпм
контролем в лаборатории катетери-
зации сердца или в палате с по-
мощью портативного флюороскопа
(«С-рука»). Однако при необходи-
мости срочной помощи катетеры мо-
жно вводить и без флюороскопии,
наблюдая за сигналами ЭКГ на мо-
ниторе или на регистраторе, которые
Рис. 18.10. Кардиостимулятор уста-
ревшего типа с выводами, у ко-
торых выступают металлические
подключаются к выводам катетера. детали
Именно поэтому необходимо исполь-
зовать только современные мониторы или регистраторы ЭКГ сиг-
налов с изолированными пациентнымп отведениями (см. п. 18.3.4).
Более старые приборы, в которых заземляется отведение RL, могут
создавать в катетере опасные для пациента токи.
18.6.2. ЗАПОЛНЕННЫЕ ЖИДКОСТЬЮ КАТЕТЕРЫ
Заполненные жидкостью катетеры вводят в сердце для уста-
новления гидравлического контакта, необходимого для инъекции
красителей при ангиографии и для определения сердечного вы-
броса или для измерения внутрисердечных давлений. Так как эти
катетеры изготовляются из изолирующих материалов, а жидкость
в них является проводником электричества, то и в этом случае
образуется электрическое подключение к сердцу. Хотя электри-
ческое сопротивление заполненного жидкостью катетера значи-
тельно больше, чем сопротивление металлического возбуждаю-
щего катетера, заполненные жидкостью катетеры могут быть
опасными для пациентов, которым они вводятся. Поэтому шприцы
в мощных современных инъекторах для ангиографических проце-
дур изготовляют так, чтобы непрозрачные для рентгеновского из-
лучения красители не вступали в контакт с металлическими частя-
ми инъектора. Кроме того, некоторые инъекторы имеют блокирую-
щее устройство, позволяющее использовать инъектор только при
наличии соответствующего заземления.
Современные преобразователи давления выпускаются в плас-
тиковых корпусах, что позволяет предотвратить контакт между
жидкостью в катетере и металлическими деталями, который мо-
жет привести к появлению тока в катетере. Электрический кон-
такт с сердцем может быть установлен и случайно, при этом
персонал может даже и не подозревать об этом. В отчете, опуб-
ликованном в медицинской литературе, приводятся данные о рент-
генографическом исследовании 300 пациентов, которым для из-
мерения центрального венозного давления через вену в руке были
305
введены одноразовые катетеры № 16 длиной 24 дюйма. Было об-
наружено, что у 13% пациентов конец катетера по неосторожности
был введен в правое предсердие или в правый желудочек. Следо-
вательно, пациентов с катетерами для измерения центрального
венозного давления или для переливания жидкостей, также сле-
дует считать чувствительными к электричеству.
18.6.1. МЕРЫ ЗАЩИТЫ
Для пациентов, у которых создано подключение к сердцу
одним из описанных выше способов, необходимо обеспечить спе-
циальную защиту от возможного поражения электричеством. Сле-
дует строго и тщательно выполнять все меры предосторожности,
которые рекомендованы для применения во всех лечебных учреж-
дениях и описаны в § 18.5. Действующие в настоящее время стан-
дарты требуют, чтобы новые установки для лечения чувствитель-
ных к электричеству пациентов (в отделениях интенсивной тера-
пии и отделениях коронарной терапии) были снабжены системами
эквипотенциального заземления такого же типа, что и в опера-
ционных (см. § 18.5.2). Цель применения такой системы
(рис. 18.10) —гарантия, что вблизи пациента не могут возникнуть
опасные напряжения. В некоторых госпиталях изолированные
системы распределения мощности (такого типа, как описанная
в п. 18.5.1) применяются даже в отделениях интенсивной и коро-
нарной терапии, хотя такая практика до сих пор остается предме-
том дискуссий. Независимо от того, какие дополнительные меры
по обеспечению безопасности применяются для защиты чувстви-
тельных к электричеству пациентов, наиболее важным средством
защиты являются постоянное внимание и готовность персонала
больницы выполнить свой долг и постоянное наблюдение за внеш-
ним концом любого катетера, который может создать электриче-
ское подключение к сердцу пациента.
ЭВМ В МЕДИЦИНЕ "
Развитие цифровых ЭВМ. и применение вычислительных мето-
дов и ЭВМ в медицине и в смежных областях возвестили наступ-
ление новой эры в развитии здравоохранения. Мы, может быть,
когда-нибудь поймем, что не было другого события, которое ока-
зало бы такое воздействие на практическую медицину, как созда-
ние ЭВМ. Появление ЭВМ в сочетании с последними достижения-
ми в области медицинского приборостроения дало в руки врачей
и практических работников медицины новое мощное оружие, с по-
мощью которого они значительно расширили свои возможности.
Каждый специалист, принимающий участие в лечении пациен-
тов, на том или ином этапе работы сталкивается с необходи-
мостью использовать ЭВМ или по крайней мере некоторые мето-
ды автоматической обработки информации. Следовательно, при
подготовке современных практических работников медицины важ-
но дать им основы знаний в области вычислительной техники,
познакомить с основной терминологией и с некоторыми наиболее
распространенными применениями ЭВМ в клинической медицине.
Цель настоящей главы — дать читателю основы таких знаний и
попытаться оценить возможности цифровых ЭВМ, не перегружая
повествование техническими подробностями. Для персонала, ра-
ботающего с медицинской аппаратурой, в состав которой входят
ЭВМ, и составляющего программы для такой аппаратуры, необ-
ходима специальная подготовка.
19.1. ОСНОВНАЯ ТЕРМИНОЛОГИЯ В ОБЛАСТИ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ И ЭВМ
Хотя иногда может показаться, что ЭВМ.обладают интеллек-
том пли что в них заключено нечто магическое, нобходимо знать,
что это просто сложная машина, выполняющая набор команд,
которые были предварительно разработаны человеком. Этот набор
команд называется программой ЭВМ, а человек, который соста-
вил эти команды, — программистом. При написании программы
для ЭВМ необходимо соблюдать жесткие правила, касающиеся
формата и пунктуации, что дает возможность ЭВМ интерпретиро-
вать команды. Набор таких правил образует язык программиро-
вания. Языки программирования имеют названия, например
ФОРТРАН (FORTRAN образовано от FORmula TRANslation —
трансляция формул), БЭЙСИК (BASIK) и КОБОЛ (COBOL
COmmon Business Oriented Language) — язык, ориентированный
на общие проблемы. Все эти языки широко используются для
написания программ для самых различных применений ЭВМ при
лечении пациентов.
Все программы, используемые в процессе работы ЭВМ, назы-
ваются математическим обеспечением, а все входящие в систему
физические приборы — аппаратурой вычислительной системы.
Саму по себе ЭВМ часто называют центральным процессором
(ЦП). Вычислительная система включает периферийные устрой-
ства, например пишущие машинки, печатающие устройства и дис-
плеи телевизионного типа.
Независимо от размеров или сложности ЭВМ обычно состоит
из четырех основных частей: арифметического блока, в котором
выполняются математические вычисления и процессы принятия
решений; памяти или запоминающего устройства (ЗУ), где хра-
нятся программы и информация; одного или нескольких устройств
ввода—вывода, через которые осуществляется связь ЭВМ и ее
пользователей; блока управления, интерпретирующего команды
программы (одну за одной) и координирующего работу всех ос-
тальных частей системы.
307
Внутренние ЗУ в большинстве ЭВМ состоят из громадной ре-
шетки маленьких тороидальных магнитных устройств, называемых
сердечниками, которые намагничиваются током, проходящим по
проволочкам, проложенным через центры сердечников. В настоя-
щее время вместо этих сердечников все шире применяются интег-
ральные микросхемы. При использовании ЗУ любого типа инфор-
мация может быть записана в него или извлечена из него за
время, меньшее одной миллионной доли секунды. В качестве внеш-
них ЗУ часто используются магнитные диски или специальные
ленты, которые могут хранить больший объем информации, чем
внутренние ЗУ, но работают медленнее.
Так как буквы алфавита и числа хранятся и обрабатываются
в электронных схемах и в магнитных сердечниках, то они должны
быть преобразованы в форму, совместимую с такими устройства-
ми. Поэтому каждое число или буква в ЭВМ представляется
с помощью бинарного кода, т. е. группы цифр, каждая из которых
может быть либо «единицей», либо «нулем». Каждая бинарная
цифра называется битом. Группа битов, используемая для пред-
ставления буквы или числа, называется знаком, а группа битов,
которую ЭВМ запоминает и обрабатывает как единый блок—
словом. Знак может состоять из шести или восьми битов, а длина
типичного слова от 12 до 32 бит. Некоторые ЭВМ работают со
словами переменной длины. В таких случаях информация органи-
зуется в сегменты из восьми битов, называемые байтами. При
этом каждое слово будет состоять из нескольких байтов.
Во внутреннем ЗУ ЭВМ для каждого хранимого бита необхо-
дим сердечник или электронная схема. Например, в 16-битовой
ЭВМ с ЗУ на сердечниках для каждого слова необходимо 16 сер-
дечников. Емкость ЗУ ЭВМ определяется числом слов, которые
могут храниться во внутреннем ЗУ. Например, в маленькой ЭВМ
можно предусмотреть ЗУ на сердечниках емкостью 8 К. Это оз-
начает, что в ЭВМ имеется ЗУ на сердечниках емкостью 8000 слов.
В противоположность этому в больших вычислительных системах
может быть ЗУ на сердечниках емкостью около миллиона слов.
В таких системах могут быть также и внешние дисковые или
ленточные ЗУ емкостью во много миллионов слов.
Размеры и сложность вычислительной системы определяются
набором периферийных устройств, возможностями ее арифмети-
ческого блока, а также емкостью ЗУ. Большие многоцелевые си-
стемы обычно имеют большой набор разнообразных устройств
ввода —вывода и могут обслуживать большое число пользовате-
лей. Если эта система может обслуживать несколько пользовате-
лей одновременно, то она называется системой с разделением
времени. Благодаря высокой скорости работы такая система мо-
жет обслуживать каждого пользователя так, что ему будет ка-
заться, что в данный момент только он один использует ЭВМ.
Каждый пользователь имеет устройство ввода — вывода, называе-
мое выносным (удаленным) терминалом, который либо непосред-
ственно подключается к ЭВМ, либо соединяется с ней телефонной
308
Рис. 19.1. Терминал типа телетай-
па (Teletype п)
Рис. 19.2. Терминал с экраном на
ЭЛТ
линией( см. гл. 13). 1ерминал
клавишную панель, пишущую
(рис. 19.1), но он может быть
может представлять собой простую
машинку, телетайп (TELETYPE R)
и более сложным. Многие термина-
лы имеют дисплеи на ЭЛТ (рис. 19.2). Последние имеют также
клавишную панель, с помощью которой команды и информацию
можно вводить в ЭВМ.
Больницы, использующие вычислительную систему в режиме
с разделением времени, могут иметь свою собственную ЭВМ или
они подключаются к коммерческой системе с разделением време-
ни. Если больница имеет собственное оборудование, то термина-
лы, устанавливаемые в се различных помещениях, обычно непо-
средственно подключаются к ЭВМ с помощью кабелей или про-
водов. В больницах, различные службы которых разбросаны но
нескольким зданиям, для подключения к ЭВМ наиболее удален-
ных терминалов используются телефонные линии. Иногда две или
больше больниц могут совместно использовать одну общую ЭВМ.
Терминалы коммерческой системы с разделением времени могут
подключаться с помощью телефонных линий к мощной ЭВМ, рас-
положенной иногда за сотни километров от больницы.
В некоторых больницах вместо системы с разделением време-
ни для решения каждой отдельной задачи используют небольшие
ЭВхЧ. Одна такая ЭВМ, например, может использоваться для
обработки результатов анализов в клинической лаборатории,
а другая может быть составной частью мониторной системы для
наблюдения за пациентами в отделениях интенсивной и коро-
нарной терапии. ЭВМ такого типа называются специализирован-
ными, и их программы рассчитаны для решения конкретной зада-
чи. В большинстве случаев они непосредственно подключаются
к приборным системам, которые обслуживают.
309
Небольшие ЭВМ такого типа обычно называют мини-ЭВМ,
хотя этот термин иногда используют и для обозначения неболь-
ших ЭВМ, работающих в составе систем с разделением времени.
Когда ЭВМ воспринимает информацию в том же режиме,
в каком ее генерируют используемые в больнице приборы, то
говорят, что она работает в неавтономном режиме (в режиме on
line). Если информация записывается и лишь затем подводится
к ЭВМ, то говорят, что ЭВМ работает в автономном режиме
(в режиме off line). Если ЭВМ может выполнять вычисления и
обрабатывать информацию с той же скоростью, с которой она
ее получает, то говорят, что ЭВМ работает в реальном времени.
Если ЭВМ работает в неавтономном режиме и в реальном вре-
мени, то результаты клинических процедур можно получить сразу
же, когда только пациент подключается к прибору. При необхо-
димости процедуру можно сразу же повторить, не вызывая па-
циента повторно.
Как было установлено в гл. 13, выходные сигналы большин-
ства медицинских приборов имеют аналоговую форму, при кото-
рой измеряемый показатель характеризуется изменением изме-
ряемого напряжения во времени. Однако так как цифровые ЭВМ
обрабатывают и хранят информацию в цифровой форме (числа
или буквы алфавита), то аналоговые сигналы следует преобразо-
вать в цифровые, т. е. дискретизировать. Если этот процесс необ-
ходим, то используется атлого-цифровой преобразователь, кото-
рый делает выборки сигнала с достаточно высокой скоростью,
обеспечивая точное воспроизведение всех изменений сигнала,
и преобразует каждую выборку в цифровую форму. С помощью
специального переключающего устройства, называемого уплотни-
телем или мультиплексором, с помощью единственного аналого-
цифрового преобразователя можно одновременно дискретизиро-
вать выходные сигналы нескольких приборов.
19.2. ВОЗМОЖНОСТИ ЦИФРОВЫХ ЭВМ
Применение цифровых ЭВМ в медицине и в смежных областях
настолько многообразно, что даже простое их перечисление выш-
ло бы далеко за пределы объема данной книги. Однако в боль-
шинстве случаев используются несколько основных возможностей
ЭВМ.
1. Сбор данных. Считывание показаний приборов и расшиф-
ровка информации могут выполняться автоматически под управ-
лением ЭВМ. В результате получается существенная экономия
времени и усилий и уменьшается число ошибок в полученных дан-
ных. Когда данные могут поступать через нерегулярные интерва-
лы времени, то ЭВМ может непрерывно сканировать все входные
источники и воспринимать информацию тогда, когда она появ-
ляется. Если данные поступают в аналоговой форме, то ЭВМ мо-
жет управлять процессами выборки и дискретизации, а также
обеспечивать идентификацию и упорядочение структуры данных.
310
В некоторых случаях ЭВМ может быть запрограммирована таким
образом, что она будет устранять неприемлемые показания и ука-
зывать на возникновение возможных неисправностей в соответ-
ствующих приборах. Иногда ЭВМ обеспечивает автоматическую
калибровку каждого входного источника.
2. Запоминание и поиск. Способность цифровых ЭВМ хранить
в своих ЗУ и извлекать из них большие объемы данных хорошо
известна. Биомедицинские применения открывают широкие воз-
можности для использования этой способности. В современных
больницах скапливается большое количество информации, посту-
пающей из многочисленных источников: информация о приеме и
выписке пациентов, отчеты врачей, результаты лабораторных
анализов и другая информация, которая связана с каждым па-
циентом. Кроме того, в каждой больнице подготавливается зна-
чительный объем данных, не связанных непосредственно с пациен-
том, таких как рецепты на лекарства, ведомости и списки всех
видов и счета. Без помощи ЭВМ для хранения и поиска такого
громадного количества информации потребовалось бы много места
и времени. Ручная обработка данных утомительна, а для некото-
рых видов информации просто невозможна. Цифровая ЭВМ мо-
жет выполнять роль автоматизированного хранилища информа-
ции, которая автоматически вводится в ЭВМ сразу же после ее
поступления. Такие досье (их называют еще и файлами) могут
храниться столько времени, сколько необходимо; при необходи-
мости их можно обновлять. Любую или даже всю информацию
можно по команде извлечь из ЭВМ.
3. Ассимиляция и организация информации. ЭВМ может не
только хранить информацию и выдавать ее по требованию, но и
производить организацию хранимых массивов информации по
различным принципам. Например, данные, относящиеся к кон-
кретному пациенту, могут поступать в различные моменты време-
ни и от большого числа различных источников в больнице. Для
создания файла данных о пациентах ЭВМ должна ассимилировать
всю информацию относительно каждого пациента по мере ее по-
ступления и внести ее в уже имеющийся в ЭВМ файл данных
данного пациента. Затем ЭВМ может организовать эти данные
и подготовить полный отчет, включая результаты всех анализов
за текущий день. Более того, при необходимости можно вывести
результат любого необходимого анализа и аналогичные данные
за предыдущие дни, что позволит врачу исследовать изменение
этих результатов за определенный период времени. При возник-
новении специальных потребностей данные могут быть органи-
зованы и по-другому. ЭВМ позволяет достаточно просто выпол-
нять манипуляции такого рода с большими массивами данных,
выполнение же этих операций вручную является очень трудной
задачей.
4. Преобразование и уменьшение объема данных. При дискре-
тизации аналоговых физиологических сигналов, таких как ЭКГ
или ЭЭГ, получается последовательность цифр; обработка их на
311
ЭВМ в таком «сыром» виде часто оказывается неэффективной.
Для получения из таких данных полезной информации необхо-
димо использовать некоторые преобразования или уменьшить объем
данных, что позволит представить их в виде набора специфичес-
ких параметров. Например, из необработанного сигнала ЭКГ
нужно получить амплитуды и длительности определенных сегмен-
тов и средние значения в результате усреднения по нескольким
циклам сердцебиения. Уменьшение объема данных можно легко
выполнить с помощью ЭВМ.
5. Математические операции. Многие важные физиологические
показатели нельзя измерить непосредственно, их нужно вычислять
по значениям тех показателей, которые можно измерить. Напри-
мер, многие из респираторных показателей, рассмотренных в
гл. 14, можно вычислить по результатам нескольких простых
дыхательных тестов и измерений газовой концентрации. Если циф-
ровая ЭВМ работает в неавтономном режиме при прямом под-
ключении к измерительным приборам в реальном времени, то
результаты вычислений можно получить так быстро, что пациент
еще будет подключен к прибору. Таким образом, врач имеет воз-
можность проводить при необходимости дальнейшие исследова-
ния (если на это указывают полученные результаты) и может
сразу же установить, что какие-то измерения проведены непра-
вильно и их необходимо повторить.
6. Распознавание образов. Чтобы свести физиологические дан-
ные определенного вида к небольшому числу полезных парамет-
ров, часто бывает необходимо идентифицировать некоторые важ-
ные признаки физиологических сигналов. Например, для анализа
сигналов ЭКГ необходимо распознать и идентифицировать неко-
торые ее важные пики и интервалы. Разработаны программы для
цифровых ЭВМ, которые позволяют исследовать данные, пред-
ставляющие сигналы ЭКГ, для определения некоторых заранее
выбранных характеристик, идентифицирующих каждый важный
пик. Аналогичные методы используются при решении других проб-
лем распознавания образов; однако так как каждый тип таких
образов имеет уникальные характеристики, которые должны быть
идентифицированы, то программирование для каждой задачи рас-
познавания образов представляет собой глубоко специализирован-
ную задачу.
7. Определение пределов изменения показателей. При наблю-
дении за больными и массовых обследованиях населения необхо-
димо определять тс случаи, когда измеряемый показатель выхо-
дит за пределы некоторой области нормальных значений. При
анализе ЭКГ, например, необходимо проверить, попадают ли ее
важнейшие параметры в заранее определенные интервалы нор-
мальных значений. Сравнивая измеренное значение параметра
с верхней и нижней границами области нормальных значений,
ЭВМ может указать, какие параметры выходят из области нор-
мальных значений и каково их отклонение. Используя этот метод,
можно провести массовое обследование пациентов и отобрать
312
среди нйХ тех, которые следует подвергнуть дополнительному
подробному обследованию. В большинстве случаев границы нор-
мального диапазона определяются заранее; но иногда ЭВМ за-
программирована так, что она сама устанавливает границы нор-
мального диапазона для каждого пациента на основе усреднения
результатов повторных измерений, проводимых при определенных
условиях.
8. Статистический анализ данных. При диагностировании часто
необходимо выбрать одну наиболее вероятную причину заболева-
ния из набора возможных, соответствующих данному набору
наблюдаемых симптомов, данных измерений и результатов ана-
лизов. Точно так же медикам-исследователям приходится иногда
решать, с чем связано наблюдаемое изменение состояния пациен-
та или подопытного животного: с применяемыми методами лече-
ния, с воздействием каких-либо других факторов или оно просто
случайно. В обоих случаях необходимо применять специальные
статистические процедуры (некоторые из них чрезвычайно слож-
ны). К счастью, большинство статистических методов хорошо
сочетаются с используемыми в ЭВМ вычислительными методами,
особенно в тех случаях, когда необходимо совместно анализиро-
вать большое число показателей или когда нужно обработать
данные, полученные от большого числа пациентов. С помощью
ЭВМ можно автоматизировать вычисление даже простых описа-
тельных статистик, таких как средние значения, стандартные
отклонения и частотные распределения. Это позволяет сэкономить
значительное время и трудовые затраты.
9. Представление данных. Важной характеристикой любой из-
мерительной системы или системы обработки данных является
представление пользователю результатов измерений и анализа
в удобной для него форме. Соответствующие устройства вывода
информации из цифровой ЭВМ позволяют представлять обрабо-
танную информацию в различных удобных для наблюдения фор-
мах. Можно автоматически выводить распечатки таблиц, графи-
ков и схем, в которых различные характеристики будут четко
помечены буквенными или цифровыми символами. Если исполь-
зовать необходимые периферийные устройства, то информацию
можно вывести в виде сложного графика (при помощи графо-
построителя) или изображения на экран дисплея на ЭЛТ. ЭВМ
может быть запрограммирована таким образом, что кроме уп-
равления работой устройств вывода информации она будет осу-
ществлять организацию массива данных и выводимая информа-
ция будет представлена в наиболее четкой форме.
10. Функции управления. Цифровые ЭВМ могут быть обору-
дованы блоками, которые будут формировать аналоговые или
цифровые сигналы, используемые для управления другими при-
борами. В этом случае ЭВМ может быть запрограммирована
таким образом, что она будет оказывать влияние на процесс про-
ведения физиологических, химических или других измерений,
в ходе которых формируются входные данные для ЭВМ, или осу-
12—2 313
ществлять управление этими процессами. По существу ЭВМ мож-
но использовать для осуществления обратной связи с источником
этих данных. Например, в процессе считывания показаний и ана-
лиза .хода химического процесса, на ЭВМ могут быть возложены
функции управления скоростью введения реагентов, изменения
их^количества и концентрации, ЭВМ может также регулировать
работу нагревательного элемента в температуркой ванне. Регу-
лируя эти и другие возможные входные факторы, можно полу-
чить требуемые результаты. Кроме того, ЭВМ можно запрограм-
мировать так, что она будет распознавать определенные харак-
теристики измеренных данных, указывающие на возможные ис-
точники ошибок. Иногда наряду с наблюдением за правильностью
результатов ЭВМ осуществляет наблюдение и за другими пара-
метрами, что позволяет повысить ее чувствительность к возник-
новению условий, приводящих к получению неправильных резуль-
татов измерений. ЭВМ можно запрограммировать и так, что' она
будет осуществлять автоматическую компенсацию некотортлх ис-
точников ошибок, таких как постепенный дрейф (смещение) опор-
ной линии. Такая компенсация может осуществляться либо путем
изменения самого процесса, либо путем соответствующей матема-
тической обработки результатов перед тем, как они будут выве-
дены на печать. При возникновении более серьезных ошибок ЭВМ
может поставить оператора в известность о создавшейся ситуации
или при необходимости остановить процесс.
Реальное использование каждой из этих возможностей зави-
сит от имеющейся в наличии аппаратуры (в самой ЭВМ и свя-
занных с ней устройствах) и от математического обеспечения
системы. Очевидно, что для реализации одних возможностей не-
обходимы большие ресурсы, чем для реализации других.
19.3. ПРИМЕНЕНИЕ ЭВМ В КЛИНИЧЕСКОЙ МЕДИЦИНЕ
В течение многих лет ЭВМ в больницах использовались в ос-
новном для составления отчетов, счетов и для выполнения других
хозяйственных и административных задач. Лишь совсем недавно
ЭВМ стали включать непосредственно в процесс лечения пациен-
тов. Опишем некоторые из наиболее широко распространенных
примеров клинического использования ЭВМ.
19.3,1. НАБЛЮДЕНИЕ ЗА ПАЦИЕНТАМИ С ПОМОЩЬЮ СИСТЕМ,
В СОСТАВ КОТОРЫХ ВХОДЯТ ЭВМ
Приборы для наблюдения за пациентами в специализирован-
ных лечебных отделениях уже рассматривались в гл. 11. Если в
состав системы наблюдения за пациентами включить ЭВМ, то
возможности системы в обнаружении физиологических ситуаций,
которые требуют внимания лечащего персонала, и в обеспечении
врачей полезной информацией существенно расширятся.
314
Системы наблюдения за пациентами, в состав которых входят
ЭВМ, только недавно начали появляться в больницах, располо-
женных в различных районах США. В некоторых случаях роль
ЭВМ сводится в основном к накоплению и обработке наблюдае-
мой информации и отображению изменения некоторых показате-
лей. Более сложные системы выполняют анализ данных для
обнаружения аритмий и определения некоторых параметров, на-
пример систолического, диастолического и среднего давления
крови. '
С помощью ЭВМ производятся выборка и дискретизация каж-
дого показателя, за которым осуществляется наблюдение. Соот-
ветствующая скорость этих процессов также определяется ЭВМ.
К таким показателям относятся сигналы ЭКГ (или в некоторых
случаях только частота сердцебиения), артериальное и, возможно,
венозное давления крови, измеряемые с помощью вживленных
катетеров, температура и иногда частота дыхания. Информация
о пациенте (имя, фамилия, масса, рост, возраст и т. п.), данные
о газовом составе крови и другая информация, полученные в ре-
зультате ручных измерений, вводятся в ЭВМ с помощью соответ-
ствующего пульта.
Система наблюдения за пациентами, в состав которой входит
ЭВМ, помимо того, что она обеспечивает непрерывное отображе-
ние ЭКГ и сигналов давления крови, а также подачу сигнала
тревоги при возникновении опасных ситуаций, является ценным
источником информации для врачей и медсестер. Требуемая ин-
формация о состоянии пациента в прошлом или в настоящий мо-
мент, которая была получена либо в результате прямых измере-
ний, либо в результате выполнения в ЭВМ математических опе-
раций, может быть выведена на печатающее устройство или
отображена на экране ЭЛТ дисплея. В некоторых системах пре-
дусмотрено отображение кривых, показывающих изменение не-
которых параметров за несколько дней или за несколько часов.
В некоторых крупных больницах установлены более сложные
системы наблюдения за пациентами, использующие ЭВМ. Они
позволяют вычислять такие параметры, как ударный объем, сер-
дечный выброс и сопротивление периферических сосудов. Такие
системы способны также выполнять более сложные анализы дан-
ных для определения ситуаций, требующих вмешательства врача
или медсестры. При проведении анализа иногда необходимо учи-
тывать изменения определенных параметров и их текущие значе-
ния, что будет, несомненно, реализовано в новых системах, кото-
рые в будущем начнут поступать в больницы.
В настоящее время применяются два основных типа систем
наблюдения за пациентами, в состав которых входят ЭВМ. В со-
став системы, показанной на рис. 19.3, входит универсальная
мини-ЭВМ, программа которой специально рассчитана на прове-
дение наблюдения за пациентами. В состав системы входят также
аналого-цифровые преобразователи и соответствующие устрой-
ства, позволяющие вводить в ЭВМ данные из различных каналов
12* 315
Рис. 19.3. Пульт медсестры в системе наблюдения за пациентами, в состав ко-
торой входят ЭВМ
монитора. Отображение данных и кривых обеспечивает дисплей
на ЭЛТ. В некоторых системах дисплей на ЭЛТ используется и для
отображения поступающих сигналов ЭКГ и кривых давления.
Система другого типа не содержит универсальной ЭВМ, вместо
нее в состав систем вводятся вычислительные схемы, позволяю-
щие управлять отображением сигналов, накоплением и обработ-
кой информации. Такая система наблюдения за пациентами, по-
казанная на рис. 19.4, называется «системой наблюдения за па-
циентами с возможностями ЭВМ, но без ЭВМ». Она имеет дисплей
с памятью, в котором сигнал перемещается по экрану с постоян-
ной яркостью. Рядом с кривыми отображается буквенно-цифро-
вая информация, показывающая измеренное значение и предель-
ные пороговые значения каждого параметра и данные о пациенте.
Для каждой кривой указывается также масштаб и название ото-
бражаемого параметра.
19.3.2. МАШИННЫЙ АНАЛИЗ ЭКГ
В настоящее время наибольший прогресс в использовании
ЭВМ для клинического анализа физиологических данных достиг-
нут в области кардиологии. Это произошло по нескольким при-
чинам. Во-первых, потенциалы ЭКГ относительно просто изме-
рить. Во-вторых, ЭКГ является очень полезным показателем и
при массовых обследованиях, и при установлении диагноза. Кроме
того, определенные отклонения вида кривой ЭКГ от нормального
очень хорошо изучены и их легко обнаружить.
Измерение ЭКГ, которая будет анализироваться ЭВМ, по су-
ществу не отличается от измерения ЭКГ, которая будет интер-
претироваться человеком. Исключением являются некоторые ис-
316
I
пользуемые в настоящее время' вычислительные системы, в кото-
рых для распознавания различных параметров ЭКГ применяется:
специальное оборудование (см. гл. 7). Оно позволяет одновремен-
но снимать сигналы ЭКГ от трех отведений и передавать инфор-
мацию по телефонной линии к ЭВМ, которая осуществляет ана-
лиз. Передача сигналов ЭКГ по телефону была рассмотрена
в гл. 13. •
Для введения сигналов ЭКГ в цифровую ЭВМ их необходимо-
преобразовать в цифровую форму при скорости выборки
100...1000 отсчет/с. Часто до подачи в преобразователь сигналы
подвергаются фильтрации (см. гл. 4), которая позволяет устра-
нить шумы и помехи.
Затем ЭВМ выполняет распознавание важных элементов сиг-
нала ЭКГ и измеряет их амплитуды и длительности, а также-
имеющие важное клиническое значение интервалы между ними.
В процессе проверки ЭКГ каждый из этих параметров изучают,,
чтобы установить, попадает ли его значение в пределы нормаль-
ных значений. Затем ЭВМ составляет справку, в которой указы-
ваются значения всех амплитуд и длительностей и приводятся
данные о всех отклонениях от нормальных значений. Определяет-
ся также и частота сердцебиений; если она выходит за пределы
нормальных значений, то результат выводится на печать и сопро-
вождается специальным указанием.
... 19.3.3. ДРУГИЕ ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЙ
Известны и другие примеры применения ЭВМ в больницах
и клиниках. Некоторые из них описаны ниже.
Обработка результатов анализов, проводимых в клинических
лабораториях. В системе с ЭВМ врач или дежурная медсестра
вводят запрос на результат анализа через дистанционный терми-
нал ЭВМ или заполняют специальный бланк запроса, который
может вводиться и восприниматься ЭВМ, и получают результаты
анализов в виде распечатки или изображения на дисплее. В та-
кой системе ЭВМ подготавливает графики взятия крови на ана-
лиз и загрузки автоматизированного химического оборудования.
Результаты анализов, выполняемых с помощью автоматизиро-
ванного оборудования, считываются ЭВМ и присоединяются к
другим данным об этом пациенте и к результатам анализов, вы-
полненных вручную. До того как данные выводятся на дисплей
или на печатающее устройство, ЭВМ проводит проверку всех ре-
зультатов. В таких системах предусматривается возможность вве-
дения в любой момент срочных требований при возникновении
опасной ситуации; те же устройства позволяют врачу затребовать
результат конкретного анализа сразу же после его выполнения.
Осевая радиографическая томография для трехмерной визуа-
лизации мозга. Используется сочетание радиографических мето-
дов и возможностей ЭВМ, что позволяет получить значительно
более подробное и информативное изображение внутренних струк-
318
тур мозга, чем то, которое можно получить с помощью обычных
рентгеновских методов. Изображения формируются из нескольких
горизонтальных срезов мозга, каждый из которых получают с по-
мощью сканирования 180 различных точек; угловое положение
каждой из этих точек отличается на 1°. С помощью соответствую-
щих математических методов, комбинируя информацию, получен-
ную при 180 сканированиях, получают конечное изображение.
Приборы, используемые для получения радиографических изобра-
жений, описаны в гл. 15.
«Лаборатория дыхательных функций, использующая ЭВМ. Сиг-
налы от пневмотахографа, различных газоанализаторов и других
приборов лаборатории дыхательных функций подаются в работаю-
щую в прямой связи с ней ЭВМ. Пациента просят выполнить
комплекс дыхательных упражнений, описанный в гл. 14. Данные
о воздушных потоках и показания газоанализатора сразу же по-
даются на устройства'отображения, что позволяет врачу или тех-
нику убедиться, удовлетворительно ли функционирование дыха-
тельной системы пациента. Если оно неудовлетворительно, то
упражнения можно прекратить и начать повторно. ЭВМ выполня-
ет все необходимые вычисления и подготавливает отчет, в кото-
рый входят данные о пациенте (имя, фамилия, рост, масса, воз-
раст и т. п.) и полученные в результате вычислений данные ана-
лиза. К таким параметрам относятся форсированная жизненная
емкость, FEVi, FEV3, отношение этих величин к форсированной
жизненной емкости, максимальная скорость потока между выдо-
хами, емкость вдоха, остаточный объем, FRC, общая емкость лег-
ких, максимальная объемная вентиляция, анатомическое мертвое
пространство, минутный объем, диффузионная емкость, данные
о вымывании углерода. Все результаты сравниваются с нормаль-
ными значениями, записанными на магнитную ленту в качестве
эталонных. Все эти измерения описаны в гл. 14.
ЭВМ могут использоваться в здравоохранении и для выпол-
нения других задач. Они применяются в рентгенотерапии, плани-
ровании, при составлении отчетов, расписания амбулаторного
обслуживания, для распознавания и обработки данных при много-
фазном массовом обследовании, управлении расходованием меди-
каментов и в лабораториях катетеризации сердца. По мере того
как будут разрабатываться новые аппаратные средства и мате-
матическое обеспечение, этот список можно будет продолжить.
20
ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ
И ЕЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ22
Современную электронную аппаратуру считают очень надеж-
ной, и используемая в больницах электронная аппаратура не яв-
ляется в этом смысле исключением. Однако любой электронный
319
прибор может неожиданно повести себя странно или вообще от-
казать. Если такая неисправность произойдет в телевизоре или
в транзисторном приемнике, то это приведет лишь к небольшим
неудобствам. Неисправность электронного прибора, используемо-
го в больнице, может привести к серьезным последствиям, а иног-
да даже создать угрозу для жизни пациентов. Меры, предприня-
тые техническим персоналом больницы, использующим прибор,
могут уменьшить вероятность возникновения неисправности и
помочь быстро вернуть его в работоспособное состояние при ее-
возникновении.
В данной главе приводятся практические рекомендации для
персонала больниц относительно применения электронной аппа-
ратуры и ее обслуживания. Вначале рассматриваются профилак-
тические меры, затем приводятся инструкции, указывающие, что
надо делать, если возникают подозрения в неисправной работе
прибора. Обычно не следует предпринимать попыток отладить
или исправить неправильно работающие приборы самостоятельно;
это дело работающих в больнице инженеров, или техников, или
специалистов ремонтных организаций.
В тех редких случаях, когда специалисты ремонтных организа-
ций не могут прибыть по первому требованию для ремонта важ-
ного оборудования, в котором возникла неисправность, попытки
восстановить правильное функционирование аппаратуры можно
оправдать, хотя в другом случае их и не следовало бы предпри-
нимать.
20.1. ПРАВИЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АППАРАТУРЫ
Неисправность аппаратуры может быть вызвана или ускорена
неправильным обращением с ней или определенными внешними
условиями. Иногда предотвратить возникновение таких ситуаций
могут простые меры предосторожности.
20.1.1. МЕХАНИЧЕСКИЕ ПОВРЕЖДЕНИЯ
Все знают, что электронные приборы не следует бросать,
и никто не бросает прибор намеренно. Тем не менее случайные
падения приборов часто являются причиной их повреждения. На-
пример, приборы, установленные на узких полках, часто падают,
когда кто-либо споткнется о подводящие кабели или заденет их.
Следовательно, такие полки должны иметь бортик либо какие-то
специальные крепления, которые бы не позволяли легко стянуть
приборы с полки.
Аппаратура подвергается опасности случайного падения так-
же при установке на передвижные тележки, например тележки
для скорой помощи при несчастных случаях. Такие тележки долж-
ны быть как можно ниже и шире для предотвращения их пере-
вертывания, а их колеса по возможности большими для преодо-
320
ления порогов. Даже при выполнении всех этих требований лучше,
чтобы тележку перемещали два человека (один толкает ее, а дру-
гой тянет), при этом ее можно будет поднять при преодолении
высокого порога или промежутка между полом коридора и полом
лифта.
Прежде, чем начать двигать тележку, следует убедиться, что
все соединительные провода вынуты из розеток. В противном слу-
чае выдергивание штепселя из розетки приведет к повреждению
и штепселя и розетки, при этом можно и сдернуть прибор с те-
лежки.
Если все же, несмотря на все принятые меры предосторож-
ности, какой-либо электрический прибор случайно упадет, то аб-
солютно необходимо, чтобы перед использованием для обследо-
вания или лечения пациентов он был проверен техником или спе-
циалистом по обслуживанию. Механический удар при падении
может вызвать повреждения, которые помешают правильному
функционированию прибора, кроме того, в нем может произойти
смещение внутренних частей. В результате на корпусе или на тех
его частях, которые подключаются к пациенту, могут возникнуть
опасные напряжения.
Опыт показывает, что неправильное функционирование при-
боров часто связано с неисправностями подводящих проводов,
подключаемых к пациенту кабелей и преобразователей давления.
Повреждения этих элементов часто являются результатом неосто-
рожного или неправильного обращения с ними. Поэтому при от-
ключении проводов питания, соединительных проводов или под-
ключаемых к пациенту кабелей следует захватывать штепсель,
а не тянуть за провод. Нельзя наступать на кабели или штепсели
и провозить по ним тележки. С преобразователями давления нуж-
но обращаться осторожно, так как при сильном ударе или при
падении на стол или на пол их можно повредить.
20.1.2. ПОПАДАНИЕ ЖИДКОСТЕЙ
Большинство электронных приборов имеют вентиляционные
отверстия или жалюзи, которые обеспечивают циркуляцию воз-
духа и предотвращают их перегрев. Если такие отверстия распо-
ложены на верхней панели корпуса, то любая жидкость, пролитая
на прибор, может попасть на внутренние чувствительные элект-
ронные блоки и повредить его. Даже если такие вентиляционные
отверстия расположены на боковых и задней панелях корпуса,
все же лучше не ставить чашки, бутылочки с физиологическим
раствором и другие заполненные жидкостью емкости на элект-
ронные приборы. Однако в тесных больничных помещениях за
этим нелегко следить, поэтому иногда высказываются предложе-
ния изготовлять медицинские приборы в корпусе с наклонной
«крышей», что не позволит ставить на них разную посуду
2 (рис. 20.1).
321
Рис. 20.1. Сосуды с жидкостями никогда не следует устанавливать на крышке
электронного прибора
20.1.3. ПЕРЕГРЕВ АППАРАТУРЫ
Хотя в вентиляционные отверстия в корпусе прибора может
проникнуть разлитая жидкость, их нельзя закрывать занавеска-
ми или другими мешающими предметами, так как они необходи-
мы для предотвращения перегрева аппаратуры. По этой же при-
чине электронные приборы никогда нельзя располагать непосред-
ственно на радиаторах или других нагревателях. В некоторых
приборах для обеспечения необходимой циркуляции воздуха при-
меняются вентиляторы или воздуходувки. В этом случае для
предотвращения попадания внутрь прибора ниток, волокон и пыли
используется воздушный фильтр, аналогичный фильтрам в окон-
ных кондиционерах. Такие фильтры следует промывать через
определенные интервалы времени (примерно каждые 6—12 мес);
обычно эту операцию проводят техники, обслуживающие аппара-
туру. Если воздушный фильтр не будет очищаться, то он может
забиться, и это вызовет перегрев аппаратуры.
20.1.4. ОЧИСТКА И СТЕРИЛИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ2’
Электронную аппаратуру можно повредить и в тех случаях,,
когда для ее очистки и стерилизации используются неподходящие-
материалы или методы. Электронную аппаратуру и связанные
с ней части (кабели, преобразователи) обычно никогда не обра-
батывают в автоклавах, а применяется холодная газовая стери-
лизация. Немногочисленными исключениями могут быть опреде-
ленные пациентные кабели и провода, корпуса преобразователей,
и температурные датчики, и то лишь при условии, что в специфи-
кации изготовителя допущено применение стерилизующих жид-
костей или автоклавирования.
322
Если для очистки внешних частей электронной аппаратуры
'используются моющие средства или дезинфицирующие растворы,
то необходимо тщательно следить, чтобы избыток жидкости не
шопал внутрь корпуса через вентиляционные и другие отверстия.
Применение некоторых растворов может привести к образованию
пятен или порче окрашенных поверхностей корпуса прибора. Де-
натурированный спирт не следует использовать для чистки элект-
ронных приборов, так как он часто содержит ацетон, который
.может повредить пластмассовые детали и окраску.
20.2. НЕПРАВИЛЬНОЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ
АППАРАТУРЫ
Даже если все указанные меры предосторожности будут тща-
тельно выполняться, прибор неожиданно может перестать функ-
ционировать правильно. В этом случае специалист, использующий
.этот прибор, должен предпринять соответствующие меры для
восстановления его правильного функционирования.
При возникновении подозрений, что аппаратура функционирует
неправильно, необходимо вызвать специалиста по обслуживанию
аппаратуры. Но очень часто очевидное неправильное функциони-
рование прибора является результатом неправильных действий
оператора или перебоев в питании. Следовательно, прежде чем
.вызывать специалиста по обслуживанию, необходимо исключить
эти две возможности с помощью методов, описанных в последую-
щих разделах.
Однако существуют две ситуации, при которых нельзя пред-
щринимать какие-либо меры для восстановления работоспособ-
ности аппаратуры:
1) если из прибора идет дым, распространяется резкий запах
(химический) перегревшегося изоляционного материала;
2) если персонал или пациенты получают удар электрического
тока при контакте с аппаратурой.
Следует отличать статические разряды, которые происходят
в сухую погоду и особенно после хождения по нейлоновым ков-
рам, от электрических ударов, вызванных неисправностью аппа-
ратуры.
Чтобы определить, является ли полученный электрический
удар следствием статического заряда или он связан с неисправ-
ностью аппаратуры, необходимо прикоснуться к тому месту, где
произошел удар тока, второй раз24. Статический заряд приво-
дит к удару только при первом прикосновении, а неисправный
прибор будет бить током при каждом прикосновении.
При наличии любой ситуации аппаратуру следует немедленно
отключить от пациента и штепсель вынуть из розетки. На прибор
.должна быть повешена табличка «Неисправен — не использовать»
.до тех пор, пока он не будет проверен техником или специалис-
том по обслуживанию.
323
20.2.1. НЕПРАВИЛЬНЫЕ ДЕЙСТВИЯ ОПЕРАТОРА
Проведенное в 1972 г. исследование причин вызовов специа-
листов по ремонту кардиомониторных систем дало некоторые ин-
тересные результаты. Оно было ограничено одним конкретным
типом приборов, но можно предположить, что и для других типов
будут получены аналогичные результаты. Не менее чем в 58°/о
случаев (всего рассматривалось 197 случаев, в результате кото-
рых было сделано 190 вызовов) неправильное функционирование
прибора было вызвано не отказом прибора, а ошибками исполь-
зующего его человека. В 11,4% случаев аппаратура на самом деле
работала правильно, и оператор просто ошибался, считая, что
она работает неправильно. Широко распространенными ошибка-
ми операторов были неправильная установка регулировок и ор-
ганов управления или ошибки при подключении и установке
электродов. Поэтому очень важно при возникновении подозрений
относительно правильности работы прибора в первую очередь
устранить возможные ошибки оператора (человеческий фактор).
При небольшом опыте работы с конкретным прибором оператор
должен обратиться к более опытному оператору с просьбой про-
верить прибор и убедиться в том, что он правильно отрегулиро-
ван и подключен. Если прибор подключен к пациенту с помощью
электродов, то их следует осмотреть, чтобы убедиться, что они
прикреплены правильно и что на них нанесен электродный гель.
Подключенные к пациенту кабели часто имеют плохой контакт
либо в точках их подключения к электродам, либо в точках их
ввода в прибор. Нестабильности, обусловленные плохими соеди-
нениями, часто можно обнаружить, дотрагиваясь до проводов или
электродов и одновременно наблюдая за изображением на дис-
плее. При использовании преобразователя давления его корпус
и катетер должны быть проверены на отсутствие воздушных про-
бок; промывочный механизм необходимо проверить на исправ-
ность, чтобы убедиться, что катетер не засорится. Следует также
установить правильность положения органов управления. При
проверке надо строго следовать указаниям по эксплуатации дан-
ного прибора.
20.2.2. ОТКЛЮЧЕНИЕ ПИТАНИЯ ПРИБОРА
В предыдущем разделе мы предполагали, что прибор пока-
зывает некоторые «признаки жизни», т. е. контрольные лампочки
горят или на дисплее возникает какое-то изображение. Однако
в некоторых случаях прибор кажется абсолютно «мертвым». Тог-
да необходимо проверить, включен ли он; вставлен ли шнур пи-
тания в розетку и не отключен ли другой конец шнура питания
от прибора (если он может быть отключен). Если такая проверка
не выявит причин отказа, то надо установить, есть ли напряжение
в розетке, в которую включен шнур питания прибора. Это легко
324
Рис. 20.3. Закрытая панель размыкате-
лей цепи. Размыкатель цепи, на кото-
рый указывает стрелка, находится в
среднем, отключенном, положении
Рис. 20.2. Настенный силовой щит
сделать, включив в ту же самую розетку какой-нибудь другой
электрический прибор, например лампу (это позволит убедиться,
исправна ли розетка). Если она неисправна, то, возможно, вы-
ключился защищающий эту розетку размыкатель цепи, который
отключил напряжение. В большинстве случаев отключение вызва-
но неисправностью прибора. Поэтому в некоторых больницах
установлено правило: размыкатели могут заменяться только тех-
никами или электриками 25. Размыкатели для определенной зоны ’
больницы обычно монтируются вместе на настенном силовом щите
(рис. 20.2), который может закрываться дверцей. Важно знать,
где расположен щит с размыкателями для данной палаты или
лаборатории. Необходимо обеспечить отчетливую маркировку,
указывающую, к какой комнате или к какой части комнаты отно-
сятся данные размыкатели и что они защищают: осветительные
приборы или розетки (обычно для этого используются различные
размыкатели). Следует отметить, что размыкатели цепи для селей
220 В, часто применяемые для защиты розеток при подключении
портативных рентгеновских аппаратов, имеют две соединенные
ручки или одну ручку двойной ширины. На каждом щите им-еется:
также главный размыкатель цепи (рубильник), который может
отключить напряжение от всех других размыкателей цепи на дан-
ной панели. Главным размыкателем обычно является самый верх-
ний (или самый нижний) на панели, он имеет две соединенные
ручки и может отличаться от других по цвету. Ручки размыкате-
лей цепи могут находиться в одном из трех положений: включено,
выключено и разомкнуто-, последнее положение находится в сере-
дине, между двумя первыми (рис. 20.3).
325
Разомкнутый размыкатель приводится в рабочее состояние
при перемещении ручки вначале до положения выключено и затем
до положения включено. Если с помощью маркировки не удается
установить, какой размыкатель цепи относится к неработающей
розетке, то следует искать размыкатель, ручка которого находит-
ся в положении разомкнуто. Однако в размыкателях некоторых
типов это положение трудно рассмотреть, так как оно находится
близко к положению включено.
При попытках найти и привести в рабочее состояние разомк-
нутый размыкатель цепи следует руководствоваться следующими
правилами.
1. Никогда не пытайтесь найти разомкнутый размыкатель цепи
с помощью произвольного перемещения ручек других размыка-
телей в положение выключено и затем в положение включено.
При этом Вы отключаете мощность питания от других приборов
или выключаете освещение и создаете панику.
2. Если размыкатель цепи после приведения его в рабочее
состояние снова размыкается (это сопровождается звуковым
щелчком), не пытайтесь снова приводить его в рабочее состояние.
Срабатывание размыкателя цепи при попытке привести его в ра-
бочее состояние указывает на то, что неисправность, которая
привела к срабатыванию размыкателя в первый раз, еще сущест-
вует.
20.3. ВЫЗОВ СПЕЦИАЛИСТОВ ДЛЯ РЕМОНТА
НЕИСПРАВНОЙ АППАРАТУРЫ
Если отказ прибора совершенно очевиден, на что указывает
дым или электрический удар при прикосновении к нему, или если
возможность ошибки оператора и отключения питания уже ис-
ключена, то следует вызвать специалистов по обслуживанию ап-
паратуры в зависимости от типа неисправного оборудования.
В штат больших больниц обычно включаются специалисты по
ремонту аппаратуры, техники и даже инженеры, которые должны
обслуживать всю аппаратуру или ее большую часть. Другие боль-
ницы имеют контракты с обслуживающими организациями (ком-
паниями), обеспечивающими обслуживание аппаратуры, выпущен-
ной различными изготовителями. Если такой порядок не уста-
новлен. то обычно для обслуживания аппаратуры можно обра-
титься к изготовителю аппаратуры или его местному представи-
телю. В любом случае важно, чтобы персонал, работающий с
данной аппаратурой, знал, к кому нужно обратиться для ремонта
аппаратуры.
Сложность ситуации, возникающей при выходе из строя того
или иного прибора, зависит от ряда обстоятельств. Если неисправ-
ный прибор является лишь одним из нескольких идентичных и
другие в это время не используются, то можно просто заменить
прибор. В некоторых случаях для замены прибора можно исполь-
зовать хотя и не идентичные, но аналогичные приборы. В некото-
326
рых ситуациях можно временно возложить выполняемые прибо-
ром функции на людей и за счет дополнительных усилий персо-
нала поддерживать на прежнем уровне лечение пациента без
ущерба для его здоровья. Приборы для спасения жизни, такие
как дефибрилляторы и кардиостимуляторы, всегда должны быть
по крайней мере в двух экземплярах. Причем персонал, больницы
должен знать, где обычно хранятся приборы того же или анало-
гичного типа.
20.3.1. РЕГИСТРАЦИЯ НЕИСПРАВНОСТЕЙ АППАРАТУРЫ
Работу ремонтника или техника, прибывающего по вызову для
обслуживания прибора, можно облегчить, если он получит подроб-
ную информацию о причинах вызова. Простая констатация факта
«оно не работает» недостаточна; такое утверждение может озна-
чать что угодно: от абсолютно непригодного прибора до работаю-
щего прибора, у которого только одна его характеристика имеет
предельно допустимые значения. Необычные явления или наблю-
даемые отклонения в работе прибора до и непосредственно в про-
цессе возникновения неисправности необходимо зарегистрировать,
так как это может оказать помощь при поиске причин неисправ-
ности. Следует фиксировать затруднения в калибровке прибора,
появление на экране необычных артефактов, а также то, что не-
исправность возникла во время подключения прибора к пациенту
при дефибрилляции или в результате падения или удара.
Следует иметь в виду, что некоторые приборы будут функ-
ционировать неправильно или работать на пределе своих харак-
теристик, если напряжение в линии питания уменьшится до не-
обычно низкого уровня, например для экономии электроэнергии
(частичное затемнение). Если во время проверки аппаратуры на-
пряжение в линии питания увеличится до нормального значения,
то прибор снова начнет функционировать правильно, и это может
ввести в заблуждение специалиста по обслуживанию, которой
пытается найти причину возникновения неисправности.
Работа прибора на пределе характеристик может быть вызва-
на необычно высокой или низкой температурой окружающей
среды, хотя большая часть оборудования рассчитана на работу
в диапазоне температур 16...33°С26. Такие необычные условия ра-
боты должны быть зарегистрированы, и их следует сообщить,
специалисту по ремонту оборудования, так как они также могут?
быть причиной неправильного функционирования прибора.
20.4. МЕРЫ ПО УСТРАНЕНИЮ НЕИСПРАВНОСТЕЙ,
ПРИ НЕВОЗМОЖНОСТИ ВЫЗВАТЬ СПЕЦИАЛИСТА
Так как многие больницы в США и Канаде расположены в
сельских районах и в отдаленных местах, вызов специалиста для
ремонта неисправного оборудования может стоить очень дорого
327
и до того момента, когда он прибудет даже при срочном вызове,
может пройти несколько дней. В таких ситуациях персонал боль-
ницы должен попытаться принять меры для восстановления рабо-
тоспособности оборудования, что при других условиях следовало
бы оставить до прибытия специалиста.
20.4.1. ЗАМЕНА ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ В МЕДИЦИНСКОЙ АППАРАТУРЕ
Кроме размыкателей цепей, которые защищают розетки, ис-
пользуемые для включения приборов, в большинстве электричес-
ких приборов устанавливают один или несколько плавких предо-
хранителей. Если в приборе установлено более одного предохра-
нителя,, то некоторые из них могут расплавиться и при этом
прибор все еще не будет казаться «мертвым». Предохранители
обычно размещают на задней панели прибора, часто вблизи того
места, где шнур питания входит или закрепляется на корпусе
прибора.
Перед проверкой предохранителя прибор следует отключить
от розетки. Предохранители представляют собой маленькие стек-
лянные трубочки длиной менее 25 мм с блестящими металличес-
кими колпачками на концах. Они вставляются в держатели двух
различных типов. Держатель поворотного (штыкового) типа
(рис. 20.4,а) открывается поворотом налево круглой крышки.
Так как крышку бывает трудно удалить просто пальцами, то
иногда в ее корпусе делают щель, в которую можно вставить
отвертку или монету. Предохранитель выходит, вместе -с крышкой,
и его можно вынуть из крышки пальцами. Держатель типа за-
жима (рис. 20.4,6) часто устанавливается за защитной крышкой
из металла или пластика (иногда прозрачного). Для снятия крыш-
ки иногда может потребоваться отвертка. Затем предохранитель
можно вынуть из зажимов, которые удерживают предохранитель
за его колпачки. Если зажимы очень тугие, то эта процедура
может быть довольно затруднительной. Ее можно упростить, если
просунуть кусочек ленты (например, липкую хирургическую лен-
Рнс. 20.4. Различные держатели для предохранителей:
а — поворотного (штыкового) типа; б — типа зажим (предохранитель указан стрелкой)
328
. Рис. 20.5. Различные типы предохранителей:
: слева — два тугоплавких предохранителя;
справа — два легкоплавких предохранителя
; ' со стеклянными корпусами (тонкие прово-
лочки неразличимы), внизу предохранитель
с керамическим корпусом, который нельзя
проверить визуально
ту шириной около 25 мм, согнутую по длине так, чтобы ее липкая
сторона оказалась внутри, что предотвращает склеивание ленты
при снятии предохранителя) за предохранитель и потянуть за нее.
Предохранитель можно вытащить также с помощью узкого шпа-
теля или аналогичного инструмента, но при этом нужно быть
осторожным, чтобы не разбить стеклянную трубочку. Некоторые
держатели имеют пластмассовый рычаг для удаления предохра-
нителя. Если в приборе установлено более одного предохранителя,
то, чтобы избежать путаницы, надо вынимать последовательно
по одному предохранителю.
Существуют предохранители двух типов (рис. 20.5). В так
называемом быстром (легкоплавком) предохранителе между дву-
мя колпачками внутри трубочки натянута тонкая проволочка
(иногда тоньше человеческого волоса, и ее нелегко рассмотреть).
Когда предохранитель перегорает, проволочка расплавляется и
при этом иногда на внутренней поверхности трубочки остается
блестящий или белесоватый налет. В предохранителе другого типа,
медленно перегорающем (тугоплавком), тонкая спиральная пру-
жинка натянута между одним из колпачков и проволочкой,
прикрепленной к другому; пружинка и проволочка соединяются
капелькой припоя. При перегорании предохранителя припой пла-
вится и спиральная пружинка сжимается, образуя зазор между
ней и проволочкой. Когда предохранитель такого типа перегорает,
это достаточно легко заметить.
В более крупных приборах, особенно таких, в состав которых
входят двигатели или нагреватели, можно иногда встретить пре-
дохранитель другого типа: их стеклянная трубочка заполнена
мелким песком или сама трубочка сделана из керамики. Опреде-
лить визуально, что такой предохранитель перегорел, невозможно.
Так как каждый предохранитель перегорает при вполне опре-
деленном токе, плавкие предохранители можно заменять только
на предохранители того же номинала. Легкоплавкий предохрани-
тель следует заменять только легкоплавким, а тугоплавкий только
тугоплавким. Обычно предельный ток для предохранителя ука-
зывается около держателя или на крышке над держателями-зажи-
мами, но иногда только в инструкции по эксплуатации. Предель-
ный ток указывается также на металлических колпачках предохра-
нителя и на маленьких коробочках, в которые они упаковываются
(часто, однако, при этом возникает путаница). Отсюда следует, что
запасные предохранители нужно хранить в отдельных коробках
329
или в конвертах, на которые нужно отчетливо наносить марки-
ровку. Некоторые производители поставляют вместе с прибором
комплект запасных предохранителей, а некоторые даже устанав-
ливают вблизи работающих держателей прибора держатели для
западных предохранителей.
20.4.2. ОБНАРУЖЕНИЕ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В ПРИБОРАХ
В п. 20.2.2 мы указывали, что если размыкатель цепи вновь
отключается при попытке привести его в рабочее состояние, та
снова предпринимать такую попытку не следует. Повторное от-
ключение указывает, что неисправность, вызвавшая размыкание
цепи, еще не устранена. Такой неисправностью обычно является
короткое замыкание, которое могло произойти в цепи электро-
питания. Чаще, однако, короткое замыкание происходит не в
самой цепи электропитания, а в одном из приборов, подключен-
ных к этой цепи. Если удается определить прибор, в котором про-
изошло короткое замыкание, то его можно отключить, тогда все
другие приборы, подключенные к той же самой цепи питания,
будут работать нормально. Для обнаружения прибора, в котором
произошло короткое замыкание могут помочь следующие меры:
1) выключение всех приборов и их отключение из розеток;
2) отключение всех выводов цепи пациента (отведений, пре-
образователей) от приборов;
3) приведение в рабочее состояние размыкателя цепи (если
он снова отключится, то неисправность не в приборах, а в элект-
ропроводке) ;
4) поочередное подключение приборов к розеткам и их вклю-
чение, при этом надо наблюдать, при включении какого прибора
размыкатель цепи отключится.
При некоторых неисправностях приборов напряжение питания
может мгновенно появиться на корпусе прибора или на его штеп-
селе (если штепсель в металлическом корпусе). Поэтому такие
штепсели при включении нужно держать через сухое полотенце.
При включенном оборудовании не нужно дотрагиваться до его
корпуса. Если переключатель включено — выключено имеет метал-
лическую ручку, то для переключения его нужно использовать
неметаллический предмет, например деревянный шпатель для
отдавливания языка.
Иногда размыкатель цепи отключается через некоторое время
после того, как он приведен в рабочее состояние, иногда это
происходит даже через полчаса. Такая ситуация может указывать
на то, что цепь перегружена; это бывает, когда используются »
приборы типа нагревателей кондиционеров или приборы для ги-
пертермии/гипотермии. В таком случае некоторые приборы долж-
ны быть отключены и при необходимости подключены к розеткам,
запитываемым от другой цепи с другим размыкателем. При ис-
пользовании подключаемого к пациенту оборудования следует
избегать применения удлинителей.
330
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
| основной
Best, С. М. and N. В. Taylor. Physiological Basis of Medical Practice, 9th Ed.
Brobeck, John K., Editor, Baltimore, Md.: The Williams & Wilkins Co., 1973.
town, J. H. U., J. E. Jacobs, and L. Stark. Biomedical Engineering. Philadelphia:
L A. Davis Company, 1971.
BCromwell, L., F. J. Weibell, E. A. Pfeiffer, and L. B. Usselman. Biomedical Inctru-
pfnentation and Measurements. Englewood Cliffs, N. J.: Prentice—Hall, Inc., 1973.
Evans, W. F. Anatomy and Physiology, the Basic Principles. Englewood Cliffs,
N. J.- Prentice—Hall, Inc., 1971.
iGeddes, L. A., and L. E. Baker. Principles of Applied Biomedical Instrumentation,
2nd Ed. New York: John Wiley &, Sons., Inc., 1975.
Guyton, A. C. Textbook of Medical Physiology. Philadelphia: W. B. Saunders
Company, 1971.
' Ray, C. D. (Ed.). Medical Engineering. Chicago: Year Book Medical Publishers,
Inc.. 1974.
Schmidt-Nielsen, K. Anim^f Physiology. Englewood Cliffs, N. J.; Prentice—Hall,
Inc., 1974.
Strong, P. Biophysical Measurements. Beaverton, Oreg.: Tektronix, Inc., 1970.
Weiss, M. D. Biomedical instrumentation. Philadelphia: Chilton Book Company,
1973.
Yanof, H. M. Biomedical Electronics, 2nd edition. Philadelphia: F. A. Davis Com-
pany, 1972.
К ГЛАВЕ 3
Г
Electricity in Patient Care Facilities. Boston: National Fire Protection Associa-
tion, 470 Atlantic Ave., 1973.
Marcus, A., and Marcus, W. Basic Electricity. Englewood Cliffs, N. J.: Prentice—
Hall, Inc., 1974.
Robinson, Vester. Basic Principles of Electricity. Reston, Va.: Reston Publishing
Company, 1973.
К ГЛАВЕ 4
Herrick, C. N., and Deem, W. R. Introduction to Electronics. Pacific Palisades,
Ca.: Goodyear Publishing Company, 1973.
Kahn, M. The Versatile Op. Amp. New York: Holt, Rinehart & Winston, Inc., 1970.
К ГЛАВЕ 5
к Adolph, E. F. The Heart's Pacemaker, Scientific American, Vol. 216 (March 1967),
pp. 32—37.
jikBest, С. M., and N. B. Taylor, The Living Body, a Text in Human Physiology.
New York: Holt, Rinehart & Winston, Inc., 1971.
Brazier, M. The Analysis of Brain Waves, Scientific American, Vol. 206, N 6
(June 1962), p. 142—143.
Brazier, Mary A. B. The Electrical Activity of the Nervous System. Baltimore,
Md.: The Williams & Wikind Co., 1968.
Dubin, Dale, Rapid Interpretation of EKGs. Tampa, Fl.: Cover Publishing Com-
pany, 1970.
331
Mountcastle, V. В. (Editor). Medical Physiology, 12th edition, Vols. 1 and 1Г.
St. Louis, Mo.: The С. V. Mosby Co., 1968.
Scher, A. The Electrocardiogram, Scientific American, Vol. 205, N 5 (November
1961), pp. 132—141.
I Wiggers, C. J. The Heart, Scientific American, Vol. 196, N 4 (May 1957), pp. 75—
82.
Winson, Travis. The Electrocardiogram in Myocardial Infarction. Summit, N. J.:
Ciba Pharmaceutical Company, 1968.
<jf~Zweifach, B. W. The Microcirculation of the Blood, Scientific American, Vol. 200,
N 1 (January 1959), pp. 54—60.
К ГЛАВЕ 6
4- Geddes, L. A. Electrodes and the Measurement of Bioelectric Events. New York:
John Wiley & Sons, Inc., 1972.
К ГЛАВЕ 7
Technicians Guide to Electrocardiography, Waltham, Mass.: Hewlett—Packard
Company.
Burch, G. E., and T. Winsor. A Primer of Electrocardiography, 4th edition. Phila-
delphia: Lea & Febriger, 1960.
К ГЛАВЕ 8
T Burch, G. E., and N. P. De Pasquale. Primer of Clinical Measurement of Blood
Pressure. St. Louis, Mo.: The С. V. Mosby Co., 1962.
f Geddes, L. A. The Direct and Indirect Measurement of Blood Pressure. Chicago:
Year Book Medical Publishers, Inc., 1970.
Recommendations for Human Blood Pressure Determination by Sphygmomano-
meters. New York: American Heart Association, 1967.
V -f- Sphygmomanometers—Principles and Precepts. Copiague, N. Y.: W. A. Baum
Company, 1965.
К ГЛАВЕ 9
Aspinall, Mary Jo. Nursing the Open—Heart Surgery Patient. New York:
McGraw—Hill Book Company. A Blakiston publication, 1973, pp. 105—111.
4 Bell, J. A. Malpositioning of Central Venous Catheters, Lancet, Vol. 1 (January
13, 1973), p. 105.
Chun, G. M. H., and M. H. Ellestad. Perforation of the Pulmonary Artery by
a Swan—Ganz Catheter, New England Journal of Medicine Vol. 284 (Mav 6,
1971), p. 1041.
Gernert, Carolyn F., and Stephanie Schwarts. Pulmonary Artery Catheter'zation,
American Journal of Nursing, Vol. 73, N 7 (July 1973), p. 1182.
t Henzel, J. H., and M. S. De Weese, Morbid and Mortal Complications Associated
with Prolonged Central Venous Pressure Cannulation, American Journal of Sur-
gery, Vol. 121 (1971), p. 600.
V Hudak, Carolyn, M., et al. Critical Care Nursing. Philadelphia: J. B. Lippincott
Co., pp. 128—129.
Jobin, Gary. Pitfalls, of Pressure Monitoring. Presented at the Los Angeles County
Heart Association’s 11th Annual Spring Symposium, March 27. 1974.
V Konigsberg, E. A Pressure Transducer for Chronic Intravascular Implantation,
Fourth National Biomedical Sciences Instrumentation Symposium, Anaheim, Ca.;
May 1966.
Lapin, E. S., and J. A. Murray. Hemoptysis with Flow—Directed Cardiac Cathe-
terization, Journal of the American Medical Association, Vol. 220, N 9, (May 29,
1972).
v/ Long, Madeleine, et al. Complications of Central Venous Pressure Monitoring:
Cardiac Arrhythmias and Conduction Disturbances, Heart and Lung, Vol. 2, N 3
(May — June 1973), p. 416.
332
K^Nielsen, Mary, A. Intra-arterial Monitoring of Blood Pressure, American Journal
F of Nursing, Vol. 74, N 1 (January 1974), p. 48.
J J/Piegas, Leopoldo, et al. Use of the Swan—Ganz Catheter in the Diagnosis of
I r Ventricular Septal Defect after Myocardial Infarction. A Report. Heart and Lurm
I Vol. 2, N 4 (July — August 1973), p. 539.
I Rutherford, Barry D., et al. The Value of Monitoting Pulmonary Artery Pressure
for Early Detection of Left Ventricular Failure Following Myocardial Infarction
Circulation, Vol. 43 (May 1971), p. 655.
Scott, Meredith L., et al. Clinical Application of a Flow—Directed Balloon—Tipped
Cardiac Catheter, The American Surgeon (December 1972), p. 690.
Shine, Kenneth J. Measurement of Pulmonary Artery and Pulmonary Capillary-
Wedge Pressure. Presented at the Los Angeles County Heart Association's 11th’
Д Annual Spring Symposium, March 27, 1974.
„l^/Swan, H. J. C., and W. Ganz, et al. Catheterization of the Heart in Man with'
H Use of a Flow—Directed Ballon—Tipped Catheter, New England Journal of Me-
B' dicine, Vol. 283 (August 27. 1970), p. 447.
Well, Max Harry, and Herbert Shubin. Diagnosis and Treatment of Shock. Balti-
Щ more. Md.: The Williams & Wilkins Co., 1967, p. 61—66.
К ГЛАВЕ 10
I An Overview of Pacing. Minneapolis: Medtronic, Inc., 1973.
1 Andreoli, K. G., et al. Comprehensive Cardiac Care. St. Louis, Mo.: The С. V. Mos-
| by Co., 1971.
I' Cardiac Pacemaking. Somerville, N. J.: Hoechst Pharamaceuticals, Inc.. 1974.
t Gibbons, Jolin H., et al. Surgery of the Chest. Philadelphia: W. B. Saunders
J Company, 1969.
t Lown, B. Intensive Heart Care, Scientific American, Vol. 219, N 1 (July 1968),.
| p. 19—27.
К ГЛАВЕ 11
•+ Bukstein, E. J. Biomedical Electronics, 1st edition. New York: Howard W. Sams
Company, 1973.
Coronary Arteriography, Directions in Cardiovascular Medicine, Vol. 1, Somerville,.
i N. J.: Hoechst Pharmaceuticals, Inc., 1970.
i' Jp't'he Coronary Caje Unit, Directions in Cardiovascular Medicine, Vol. 3, Somerville,.
f N. J.: Hoechst Pharmaceuticals, Ins., 1970.
f A Guide to Fetal Monitoring. Waltham, Mass.: Hewlett—Packard Company, 1973..
Karselis, T. Descriptive Medical Electronics & Instrumentation. Thurofare, N. J.r
I Charles B, SlaclcFTnci, 1973.
I -{-Klein, B. Introduction to Medical Electronics. Blue Summit Ridge. Pa.: Tab Books,.
I 1973.
“ Planning a Patient Monitoring System. Waltham, Mass.: Hewlett—Packard Com-
pany, Aledical Electronics Divisions, 1973.
^Note: Many instrument manufacturers have published description booklets cm pa-
tient—monitoring systems.
К ГЛАВЕ 12
$ Cappelen, C. (Ed.). New Findings in Blood Flowmetry, Universitetsforlaget. Oslo,.
Norway, 1968. „
c^The Measurement of Cardiac Output by the Dye Dilution Method., Monograph'
available from Lexington Instruments Corporation, 241 Crescent Street, Waltham,
Mass., 1963. '
4- Zierler, K. L. Circulation Times and the Theory of Indicator Dilution Methodi
for Determining Blood. Flow and Volume. In Handbook of Physiology, Sec. 2,.
Vol. 1. Field (EtL), American Physiological Society. 1959, pp. 585—615.
333
К ГЛАВЕ 13
Caceres, С. A. (Ed.). Biomedical Telemetry. New York: Academic Press. 1966,
Cromwell, Leslie. Use of Telemetry in Cardiovascular Research, Proceedings of
the 1968 National Conference IEEE, Houston, Texas, April 1968.
Hanish, H. M. Biolink Telemetry Systems Application Notes, Biocom., Inc., Culver
'City, Ca„ 1968.
Mackay, R. S. Bio—Medical Telemetry. New York: John Wiley & Sons, Inc., 1968.
К ГЛАВЕ 14
F Bass, В. H. Pulmonary Function in Clinical Medicine. Springfield, Ill.: Charles C
Thomas, Publisher, 1964.
Belinkoff, S. Introduction to Inhalation Therapy. Boston: Little, Brown and Com-
pany, 1969.
’Buist, A. S. Clinical Significance of Pulmonary Function Tests: Early Detection
of Airways Obstruction by the Closing Volume Technique, Chest, Vol. 64. N 4
(1973), p. 495—499.
Cherniak, R. M., and L. Cherniak. Respiration in Health and Disease. Philadelphia
and London, England: W. B. Saunders Company, 1963.
4 -Comroe, Julius H. et al. The Lung: Clinical Physiology and Pulmonary Function
Tests. Chicago: Year Book Medical Publishers, Inc., 1963.
Egan, D. F. Fundamentals of Inhalation Therapy. St. Louis, Mo.: С. V. Mosby
Co., 1969.
V"'Filley, Giles F. Pulmonary Insufficiency and Respiratory Failure. Philadelphia:
Lea & Febiger, 1968.
\/ Scholander, P. F. Analyzer for Accurate Estimation of Respiratory Gases in One—
'half Cubic Centimeter Samples, Journal of Biological Chemistry, Vol. 167 (1947).
К ГЛАВЕ 15
•Cardiac Catheterization, Directions in Cardiovascular Medicine, Vol. III. Somer-
ville, N. J.: Hoechst Pharamaceuticals, Inc., 1973.
Jaundrell—Thompson, F., and W. J. Ashworth. X—Ray Physics and Equipment
Philadelphia: F. A. Davis Company, 1970.
.Johns, W. E. The Physics of Radiology. Springfield, III.: Charles C Thomas, 1961.
К ГЛАВЕ 17
^Barnes, R. B. Thermography of the Human Body, Science, Vol. 140, N 3569
(May 24, 1963), pp. 870—877.
Brazier, Mary, A. B. The Electrical Activity of the Nervous System, 3rd edition.
Baltimore: The Williams & Wilkins Co., 1968.
iFeigenbaum, H. Echocardiography. Philadelphia: Lea & Febiger, 1972.
Segal. B. L. Echocardiography, Clinical Application in Mitral Stenosis, JAMA,
Vol. 1951 (January 17, 1966), pp. 161—166.
j- Venables, P. H., and Martin, I. (Eds.). A Manual of Psycho—Physiological Me-
v -.tliods. New York: John Wiley & Sons, Ins., 1967.
К ГЛАВЕ 18
Bruner. J. M. R. Hazards of Electrical Apparatus, Anesthesiology, Vol. 28 (1968),
pp. 396—424.
Langsdon, C. S. The Aberrant Central Venous Catheter and Its Complications,
"Radiology, Vol. 100 (1971), pp. 55—59.
.Manual for the Safe Use of Electricity in Hospitals, 76B—T. Boston National
Fire Protection Association (NFPA), 470 Atlantic Avenue, 1973.
'.National Electrical Code 1975. Boston: National Fire Protection Association,
<60 Batterymarch Street, 1974.
334
Patient Safety, Application Note AN 718. Waltham, Mass.: Hewlett-Packard Com-
pany, Medical Electronic Division, 1970.
Standard for the Use of Inhalation Anesthetics, 56A. Boston: National Fire
Protection Association, 470 Atlantic Avenue, 1973.
К ГЛАВЕ 19
The Computer, Wilhelm Rontgen, and the EMI Scanner, Computers and Medicine,
AMA, Vol. 11, N 5 (1973).
Martin, J. N. (Ed.). Special Section on Medical Data Processing, Medical Electro-
nics and Equipment News, Vol. 13, N 12 (1973), pp. 11—32.
Stacy, R, W., and B. D. Waxman (Eds.). Computers in Biomedical Research,
Vols. 1, II, III, and IV. New York: Academic Press, 1965—1974.
Ware, W. H. Digital Computer Technology and Design, 2 volumes. New York:
John Wiley & Sons, Inc., 1963.
К ГЛАВЕ 20
Haslam, К. R., and Bruner, J. M. The Epidemiology of Failures in Cardiac Moni-
toring Systems, Medical Instrumentation, Vol. 5 (1973), pp. 293—296.
ПРИМЕЧАНИЯ
К ГЛАВЕ 2
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕДИЦИНСКОЙ АППАРАТУРЫ»
* В отечественной литературе эти величины обычно называют физиологическими
(показателями. Далее мы будем использовать именно этот термин. — Прим.
,ред. пер.
2 В отечественной литературе преобразователи иногда называют датчиками.—
Прим. пер.
3 В отечественной литературе под дисплеем чаще всего понимают устройство
.отображения с телевизионным экраном. — Прим. пер.
4 В США частота напряжения сети 60 Гц, в СССР 50 Гц. — Прим. ред. пер.
К ГЛАВЕ 3
«ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА В ПРИМЕНЕНИИ К МЕДИЦИНЕ»
5 В СССР принято 220 В. — Прим. ред. пер.
, 6 В СССР принят термин «фазный». — Прим. ред. пер.
7 В СССР запрещается присоединение к кабелепроводам. Обязательным является
наличие третьего провода — защитного заземления. Это же рекомендует и МЭК. —
,Прим. ред. пер.
8 Цветовая маркировка проводов дана в соответствии с рекомендациями МЭК. —
.Прим. ред. пер.
9 В СССР приняты штепсельные соединения по ГОСТ 7396—76 «Соединения
.штепсельные двухполюсные». — Прим. ред. пер.
К ГЛАВЕ 4
«ЭЛЕКТРОНИКА И ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ»
'1е Газоразрядный цифровой индикатор. — Прим. пер.
К ГЛАВЕ 5
«ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ»
11 Используются также термины «малый» и «большой» круги кровообращения.—
(Прим. ред. пер.
К ГЛАВЕ 9
«ПРЯМЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ КРОВИ»
12 По данным БМЭ это произошло в 1733 г. — Прим. пер.
113 Имеются в виду жидкостные манометры. — Прим. ред. пер.
К ГЛАВЕ 10
«КАРДИОСТИМУЛЯТОРЫ И ДЕФИБРИЛЛЯТОРЫ.
СКОРАЯ МЕДИЦИНСКАЯ ПОМОЩЬ»
14 В СССР принята другая терминология: асинхронный и синхронизированный.
Поэтому существует следующее соответствие между американскими н отечествен-
ными терминами: режим по требованию (подавление от зубца R) — режим по
требованию (R-запрещающий); режим постоянный (включение от зубца R)—ре-
.жим постоянный (R — синхронизированный); режим синхронизации с зубцом Р—•
;режим синхронизации (р — синхронизированный). — Прим. ред. пер.
336
К ГЛАВЕ 13
«ТЕЛЕМЕТРИЯ ФУНКЦИЙ ВНУТРЕННИХ ОРГАНОВ»
*5 Допустимые диапазоны частот в СССР могут отличаться от указанных. Они?
определяются Министерством связи СССР.—Прим. ред. пер.
К ГЛАВЕ 15
«РЕНТГЕНОВСКАЯ АППАРАТУРА»
16 В СССР устанавливается Минздравом СССР (главным санитарным врачом).—
Прим. ред. пер.
К ГЛАВЕ 18
«ЭЛЕКТРОВЕЗОПАСНОСТЬ
ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ МЕДИЦИНСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ»
17 Третий тип поражения иногда можно наблюдать под кожными электродами,
через которые в течение длительного времени протекал небольшой постоянный
ток. Такие поражения являются результатом воздействия на ткани разъедающих
веществ, создающихся при электролитическом разложении пота. Следовательно,,
в действительности они являются химическими ожогами. — Прим. ред. пер.
18 По принятой в СССР терминологии ток 500 мкА называется пороговым ощу-
тимым. — Прим. ред. пер.
19 В СССР принят термин «неотпускающий ток» — Прим. ред. пер.
20 Следует руководствоваться ГОСТ 12.2.025—76 «Изделия медицинской техники..
Электробезопасность» и эксплуатационной документацией на электромедицинскую
аппаратуру. — Прим. ред. пер.
21 Следует руководствоваться РТМ 42-2-4-80 «Операционные блоки. Правила,
эксплуатации, техники безопасности и производственной санитарии», введенным,
в действие приказом Минздрава СССР Ns 1348 от 30.12.80. — Прим. ред. пер..
К ГЛАВЕ 20
«ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ И ЕЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ»
22 Ремонт и обслуживание отечественной медицинской техники регламентируется
ОСТ 42-21-9-80. «Система технического обслуживания и ремонта медицинской
техники. Основные положения», правилами ремонта изделий медицинской техники
заводов-изготовителей Министерства медицинской промышленности в течение-
гарантийного срока, положением о техническом обслуживании, ремонте и мон-
таже медицинской техники. — Прим. ред. пер.
23 Правила по очистке и стерилизации отечественной электронной аппаратуры,
даны в техническом условии и эксплуатационной документации на изделие. —
Прим. ред. пер.
24 По правилам техники безопасности, применяемым в СССР, вторичное прикос-
новение запрещено. Следует выяснить и устранить причину. — Прим. ред. пер.
25 Медицинский персонал больницы ие должен допускаться к силовым уста-
новкам: это опасно для жизни.— Прим. ред. пер.
23 Следует руководствоваться ГОСТ 15150—69 «Машины, приборы и другие тех-
нические изделия. Исполнения для различных климатических районов, категории,
условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия кли-
матических факторов внешней среды». — Прим. ред. пер.
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Аналогия электричества
гидравлическая 31
с потоком крови 37
Аналого-цифровой преобразователь 310
в телеметрии 217
Ангиография 255
коронарная 256
Аппаратура медицинская 15
компоненты 16
Артефакт 22
колебания опорного уровня 194
от движения пациента 194
при измерении давления крови 160
при снятии ЭКГ 125
— — блуждание оси 125
— — мышечные потенциалы 125
— — нечеткость линий 125
— — помехи по переменному току 125
Аспиратор 248
Аускультация 97
Аэрозоли, применение 241
Байт 308
Бинарный код 308
Биологическая обратная связь 92
Биотелеметрия 216
Блокада сердца 172
Брадикардия 172
Виброкардиограмма 99
Выборка сигнала 310
Выпрямитель 64
Вычислитель сердечного выброса 210
Газовый анализатор 237
Шолландера 237
Газовый хроматограф 237
Гальванометр струйный 115
Гипертония 135
Давление крови 94
артериальное 131
базовое 141
в левом предсердии 163
в легочной артерии 155
в легочном капиллярном круге 155
диастолическое 132
дифференциальное 147
методы измерения 135
— — косвенные 130
— — прямые 142
нормальное 133
подкожные измерения 148
систолическое 132
центральное венозное 144
Деполяризация 79
Дефибриллятор 170
кардиовертер 196
постоянного тока 183
Дикротический зубец 133
Диод 62
полупроводниковый 62
светоизлучающий 71
Дискретизация 310
Дисплей 18
многоканальный 200
на базе ЭЛТ 72
разрешение 20
с затухающим изображением 200
с памятью 201
цифровой 72
Диффузия 237
Диэлектрик 44
Защита пациента 259
двойной изоляцией 295
заземлением 294
изоляцией 291
низким напряжением 295
при рентгеновском обследовании 293
при хирургических операциях 303
Измерители потока крови 206
магнитные 212
ультразвуковые 213
Изолятор 33
Импеданс 51
Импульс
возбуждения кардиостимулятора 175
дефибриллятора 183
— двугорбый монофазный 185
— переменного напряжения 183
— разрядный 185
— усеченный 184
стандартный калибровочный 21
Ингалятор 240
Индикаторного раствора метод 206
Индикатор цифровой 73
Индуктивная катушка 47
Индуктивность 47
Интегральная микросхема 65
Интерференция 22
электромагнитная 24
— при работе кардиостимулятора 180
Интубация 245
Инфаркт миокарда 153
Ион 28
отрицательный (анион) 28
положительный (катион) 28
Кабелепровод 57
Кардиограмма 97
верхушечная 99
Кардиостимулятор 170
асинхронный 175
батарейный, перезаряживаемый 181
внешний 172
имплантируемый 172
методы возбуждения 175
с управлением от желудочка 175
с управлением от предсердия 175
с фиксированной частотой 175
Катетер 143
заполненный жидкостью 305
кардиостимулятора 304
методы введения 156
Швана — Ганца 211
Катод 62
Клеммы 61
входные 61
выходные 62
Конденсатор 44
емкость 46
схема 45
Контрастная среда 255
Коронарная артериальная система 131
338
Коронарная артерия 131
Короткое замыкание 55
Круг кровообращения 131
большой 84
легочный 131
малый 84
системный 131
Лампа
вакуумная 62
индикаторная 71
неоновая 71
Легочная функция 101
тесты 102, 224
Математическое обеспечение 307
Метод измерения объема и емкости лег-
ких 224
вымывания азота 233
замкнутого контура 233
открытого контура 233
по объему замыкания 236
с помощью плетизмографа 233
с помощью спирометра 228
шарика 236
Методы исследования
вторгающиеся 23
невторгающиеся 23
Модуляция
амплитудная 218
импульсная 218
частотная 218
Монитор 12
интенсивной терапии 188
пациента 191
ЭКГ 190
Мощность электрическая 56
Напряжение 32
низкое для защиты 295
переменное 41
постоянное 39
смещения электродов 105
Нейрон 89
Нить накала 63
Обработка данных 307
запоминание 310
организация 311
преобразование 311
результатов анализа 318
сбор 310
статистическая 313
уменьшение объема 311
Объем легочный 225
дыхательный 225
емкость вдоха 226
жизненная емкость легких 225
замыкания 236
минутный дыхательный 226
общая емкость легких 226
остаточный 225
резервный вдоха 225
резервный выдоха 233
форсированный выдоха 226
форсированная жизненная емкость Лег-
ких 226
Объемы крови 206
методы измерения 206
— — магнитные 213
— — плетизмографические 214
— — с индикаторным раствором 206
— — ультразвуковые 212
Оксигенатор 263
мембранный 265
пенный 263
Ома закон 38
Отведения 116
биполярные 118
изолированные 124
Мариотта 120
модифицированные грудные 120
от конечностей'118
селектор 192
стандартные 119
увеличенные 118
униполярные 118
Отклик на стимуляцию 18
Период уязвимости сердца 188
Плетизмограф 266
для всего тела 214
импедансный 215
истинный 214
фотоэлектрический 215
Пиевмотахограф 235
Показатель физиологический 15, 761
измерение 15
Поле
силовое 26
электрическое 26
электромагнитное 48
Поляризация 78
Помехи 22
кардиостимуляторам 180
сетевые 62
Потенциал
биоэлектрический 76
— скорость распространения 82
действия 79
земли 60
мышечный 125
покоя 77
полуэлемеита 104
постсннаптический (переходный) 89*
электрический 36
Преобразователь 17
давления крови 147
емкостной 146
имплантируемый 149
индуктивный 145
калибровка и балансировка 151
концевой катетерный 143
механического напряжения 145
резистивный 145
ультразвуковой 273
Прибор (медицинский)
вход 61
выход 62
диапазон измерений 19
диапазон частотный 21
дрейф 21
калибровка 20
разрешение 20
стабильность 21
структурная схема 18
твердотельный 63
точность 20
характеристики 19
чувствительность 20
ультразвуковой 273
электронный 61
электрохирургический 260
Проводник 29. 33
объемный 34
Программирование 307
Работа сердца 131
Радиационная терапия 256
Радиационные значки 257
Радиотелеметрия 217
Размыкатель цепи 55
Разность потенциалов 31
Распознавание образов 312
Распылитель лекарств 248
Растяжимость легких и грудной клетки
102
Режекция
общего сигнала 68
частотная 70
Резистор 44
конструкция 43
переменный 44
постоянный 44
Рентгеновский аппарат 252
339
с усилителем изображения 251
передвижной 253
Рентгеновские лучи 249
генерация 250
поглощение 249
рассеяние 249
Реполярнзация 80
Респиратор 241
управляемый по времени 243
управляемый по давлению 243
управляемый по объему 243
Рефракторный период 81
абсолютный 81
относительный 81
Ритм сердечной деятельности 171
аритмия 171
атриовентрикулярный 171
нормальный синусный 171
узловой 171
Ритмические ленты 127
Селектор
выбора отведений 122
выбора пациента 197
Сердечный выброс 131
Сердце S3
внутренняя структура 83
катетеризация 255
проводящая система 83
типичные нормальные значения давле-
ния крови 133
Синусный узел 84
Синусоидальный сигнал 42
Сон 91
парадоксальный 92
примеры ЭЭГ для различных стадий 91
с быстрым движением глаз 92
Сопротивление
воздушного тракта 103
периферических сосудов 131
электрическое 33
— тела человека 286
Спирограмма 230
Спирометр 228
безводный 229
бронхоспнрометр 230
клиновой 228
регистрирующий 228
стимулирующнй 246
электронный 230
Стандарт 21
Стимулятор пульса 84
Стереорадиографня 256
Сфигмоманометр 135
Схема
заземления 58
мостовая 53
— несбалансированная 54
— сбалансированная 54
параллельная 53
последовательная 53
разветвленная 58
распределения питания 58
— — дуплексная 58
— — заземленная 58
— — с обратной полярностью 58
— — сдвоенная 58
Телеметрия 215
при несчастных случаях 221
при снятии ЭКГ под нагрузкой 220
Температура 12
поверхностная (кожная) 100
системная 100
Терминал 308
дистанционный 309
с экраном иа ЭЛТ 309
типа телетайпа 308
Термограмма 283
Термография 283
Ток 29
опасного пробоя 301
отбрасывания 289
при повреждении аппаратуры 60
риска 301
утечки емкостной 47
электрический 30
— переменный 40
— постоянный 39
— пульсирующий 40
— флуктуирующий 42
Томография осевая радиографическая 318
Тоны Короткова 99
Транзистор 64
Трансформатор 48
блока питания 75
изолирующий 50
повышающий 50
понижающий 50
силовой 49
Ультразвуковые аппараты 273
диагностические 273
для наблюдения за плодом 277
клинические 274
Усилитель 65
дифференциальный 66
изолирующий 69
предварительный 123
простейший 66
Файл 311
Фибрилляция 182
предсердная 182
желудочковая 182
Фильтр
верхних частот 70
нижних частот 70
полосовой 70
режекторный 70
электронный 69
Флюороскопия 251
Фонокарднограмма 99
Центральное венозное давление 152
диапазон изменения 152
катетеры для измерения 155
манометрическая система измерения 154
методы измерения 152
наблюдение 152
неточности измерения 155
Пневмоторакс 153
эмболизация 154
Центральный пульт медсестры 204
Черный ящик 9
Штепсель 56
Штепсельная розетка 58
заземленная 58
сдвоеииая 58
с обратной полярностью 58
Штырь заземления 60
Шумы
сердца 98
электрические 22
ЭВМ 306
автономный (офлайновый) режим 310
арифметический блок 307
мини-ЭВМ 310
неавтономный (онлайновый) режим 310
память (ЗУ) 308
периферийные устройства 307
применение в клинической медицине 314
программа 307
программирование 307
режим разделения времени 309
специализированная 309
устройства ввода — вывода 307
центральный процессор 307
цифровая 310
язык программирования 307
Электродвижущая сила 36
Электроды
340
биполярные 113
внутривенные стимулирующие 174
возбуждающие 179
грудные 117
для измерения Р Л 238
С^г
для измерения Р 238
для наблюдения за плодом 114
— — биполярный клипсового типа 114
— — биполярный спирального типа 114
— — одноразовый спирального типа 114
игольчатые 111
Кларка 238
лопатки 184
миокардиальные 179
на присоске 109
одноразовые 111
опорные 238
плавающие (со столбом жидкости) 110
пластинчатые 109
погружаемые 109
предсердные 117
проточные 238
серебро-хлорнд серебра 107
серебряные 104
стеклянные 238
униполярные 113
ушные клнпсовые ill
ЭКГ 117
эндокардиальные 179
Электрокардиограмма 83
зубцы 84
изопотенцнальная линия 84
интервалы 87
кодирование и монтаж 126
комплексы 86
машинный анализ 316
монитор 190
непрерывная запись 130
стандартизация 116
Электрокардиограф 121
автоматический 128
векторный 128
для снятия ЭКГ под нагрузкой 129
с обработкой результатов иа ЭВМ 128
с прямой записью 116
специального вида 127
Электрокардиография 115
Электролит 34
Электрометр капиллярный 115
Электромиограмма 93
Электромиограф 270
Электрон 24
валентный 28
свободный 24
Электрохирургнческнй аппарат 260
Электроэнцефалограмма 88
примеры 91
Элекгроэнцефалограф 266
Эмболизация 159
Эндораднозонд 223
Энергия
кинетическая 25
потенциальная 25
электрическая 28
Эхокардиограф 274
Эхоэнцефалограф 274
Эхо-сигнал ультразвуковой 274
Языки программирования 307
БЭЙСИК 307
КОБОЛ 307
ФОРТРАН 307
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие редактора перевода ... -.................................... 5
Предисловие............................................................. 6
1. Общие сведения о медицинской аппаратуре............................. 9
1.1. Ранние этапы развития...........................................ю
1.2. Требования сегодняшнего дня.....................................]]
1.3. Объем знаний, необходимый для работы в отделениях интенсивной
терапии..............................................................15
1.4. Новые направления в области медицинской аппаратуры .... 14
1.5. Цель настоящей книги............................................14
2. Определение медицинской аппаратуры...................... . . . 15
2.1. Измерения физиологических показателей...........................15
2.2. Компоненты медицинской аппаратуры...............................16
2.3. Структурная схема медицинского прибора.........................18-
2.4. Основные характеристики медицинского прибора....................19
3. Основы теории электричества в применении к медицине.............24
3.1. Что такое электричество?........................................24
3.2. Электрический ток...............................................30
3.3. Проводники электричества, изоляторы и сопротивление .... 33
3.4. Напряжение — электродвижущая сила...............................36
3.5. Связь между током, сопротивлением и напряжением.................37
3.6. Постоянный и переменный ток.....................................39
3.7. Электрические компоненты........................................44
3.8. Импеданс........................................................51
3.9. Последовательные и параллельные схемы...........................51
3.10. Электрическая мощность и энергия...........................56:
3.11. Система электроснабжения (система распределения мощности) 56
3.12. Ток утечки и токи, возникающие при повреждении аппаратуры 59
ч'4. Электроника и электронные приборы................................61
4.1. Основные определения...........................................61
4.2. Вакуумные лампы................................................62
4.3. Твердотельные электронные приборы..............................63
4.4. Усилители......................................................65
4.5. Электронные фильтры............................................69
4.6. Электронные устройства отображения.............................70
4.7. Источники питания..............................................74
5. Физиологические показатели.........................................76
5.1. Биоэлектрические потенциалы....................................76
5.2. Давление, крови и кровопотоки.............................' • 94
5.3. Тоны сердца....................................................97
5.4. Измерение температуры..........................................Ю0
5.5. Параметры дыхательной системы . 101
5.6. Другие физиологические параметры...............................ЮЗ
6. Электроды..........................................................ЮЗ
6.1. Теория электродов и их характеристики.........................104
6.2. Электроды для снятия биоэлектрических потенциалов . . . . 108
342
7. Электрокардиография..............................................115
7.1. История .................................................... ид
7.2. Электроды и отведения........................................116
7.3. Электрокардиографы...........................................121
7.4. Практические проблемы записи ЭКГ........................... 124
7.5. Специальные типы электрокардиографов.........................127
<8. Косвенные методы измерения давления крови........................130
8.1. Давление крови . . .......................................131
8.2. Косвенные методы измерения давления крови....................135
8.3. Методика проведения измерений и необходимые предосторожности 138
rf 9. Прямые методы измерения давления крови...........................142
9.1. Прямой метод измерения.......................................143
9.2. Клиническое применение методов прямого измерения .... 152
10. Кардиостимуляторы и дефибрилляторы. Скорая медицинская помощь 170
10.1. Ритм сердечной деятельности и его нарушения..............171
10.2. Кардиостимуляторы........................................172
10.3. Методы возбуждения и генераторы импульсов..............175
10.4. Возбуждающие электроды...................................179
10.5. Источники питания и электромагнитная интерференция .... 180
10.6. Дефибрилляторы...........................................182
10.7. Машины скорой помощи.....................................188
411. Приборы в отделениях интенсивной терапии.....................
11.1. ЭКГ монитор.............................................
11.2. Дефибриллятор/Кардиовертер
11.3. Центральный пульт медсестры.............................
11.4. Наблюдение за давлением крови...........................
11.5. Многоканальные дисплеи..................................
11.6. Дисплеи.................................................
11.7. Отделения интенсивной терапии для новорожденных .
11.8. Отделения коронарной терапии............................
$ 12. Поток крови, объем крови и сердечный выброс..................
12.1. Принцип измерений с индикаторным раствором ....
12.2. Определение объема крови . ...........................
12.3. Определение сердечного выброса с помощью индикаторного рас
твора ........................................................
12.4. Ультразвуковой метод определения скорости потока крови .
12.5. Магнитные измерители параметров потока крови ....
12.6. Определение потока крови с помощью плетизмографии .
13. Телеметрия в медицине........................................
13.1. Передача физиологических показателей по телефонным линиям
13.2. Радиотелеметрия.........................................
13.3. Применение телеметрии в медицине........................
13.4. Телеметрия функций внутренних органов...................
И14. Приборы и методы измерений параметров дыхательной системы .
14.1 . Приборы и методы измерений механических характеристик дыха
тельной системы...............................................
14.2 . Измерение газового обмена и распределения газов ....
14.3 . Терапевтическая респираторная аппаратура...............
15. Рентгеновская аппаратура.....................................
15.1. Рентгеновские лучи......................................
15.2. Генерация рентгеновского излучения............... .
15.3. Визуализация рентгеновского изображения.................
15.4. Рентгеновские аппараты..................................
15.5. Специальные методы......................................
189
190
196
197
199
200
200
203
203
206
206
207
208
212
213
214
215
216
217
219
223
224
224
236
240
249
249
250
250
252
254
343
15.6. Радиационная терапия..........................................256
15.7. Меры обеспечения безопасности . 257
16. Оборудование операционных............................................258
16.1; Наблюдение за пациентами в условиях операционной .... 259
16.2. Электрохирургический аппарат..........................260
16.3. Сердечно-легочный аппарат.............................263
V 17. Дополнительные типы аппаратуры.....................................269
17.1. Электроэнцефалограф...................................266
17.2. Электромиограф........................................270
17.3. Диагностические ультразвуковые приборы................273
17.4. Наблюдение за плодом..................................277
17.5. Измерение температуры.................................281
18. Электробезопасность при использовании медицинского оборудования 285
18.1. Физиологическое воздействие электрического тока.......286
18.2. Опасность поражения током при работе с электрооборудованием 291
18.3. Методы предотвращения несчастных случаев..............294
18.4. Меры предосторожности.................................297
18.5. Специальные меры предосторожности при хирургических операциях 298
18.6. Специальные меры для защиты чувствительных к электричеству
пациентов..................................................... . 303
1Л9. ЭВМ в медицине......................................................309
19.1. Основная терминология в области .вычислительных систем и ЭВМ 307
19.2. Возможности цифровых ЭВМ......................................310
19.3. Применение ЭВМ в клинической медицине.........................314
20. Применение электронной аппаратуры и ее обслуживание..................319
20.1. Правильное использование аппаратуры...........................320
20.2. Неправильное функционирование аппаратуры......................323
20.3. Вызов специалистов для ремонта неисправной аппаратуры . . 326
20.4. Меры по устранению неисправностей, при невозможности вызвать
специалиста.......................................................327
Список литературы........................................................331
Примечания.............................................................. 336
Предметный указатель................................................... 338
Лесли Кромвелл, Морт Ардитти, Фред Дж. Вейбелл, Эрих А. Пфайфер,
Бонни Стил, Джозеф Лэйбок
МЕДИЦИНСКАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ
АППАРАТУРА ДЛЯ ЗДРАВООХРАНЕНИЯ
Редактор Т. М. Бердичевская. Переплет художника И. Д. Богачева.
Художественный редактор /У. А. Игнатьев. Технический редактор Т. Н. Зыкина.
Корректор О. И. Галанова
ИБ № 383
Сдано в набор 24.12.80 г. Подписано в печать 23.03.81 г.
Формат 60X 90J/ie Бумага кн.-журиальная Гарнитура литературная Печать высокая
Усл. печ. л. 21,5 Уел. кр.-отт. 21,5 Уч.-изд. л. 24,18 Тираж 15 000 экз. Изд. № 19559 Зак. № 2
Цена 1 р. 90 к.
Издательство «Радио и связь», Москва, Главпочтамт, а/я 693
Типография издательства «Радио н связь» Госкомиздата СССР
Москва 101000, ул. Кирова, д. 40