Тезисы XX Всероссийской конференции по ветеринарной анестезиологии, реанимации и интенсивной терапии и I Евро-азиатского ветеринарного анестезиологического конгресса

23 – 24 апреля 2025 г.
Москва, отель «Милан»

 

Измерение уровня углекислого газа в конце выдоха (EtCO2) в ветеринарии

 

Elisa Silvia D’Urso
DVM, PhD, MRCVS, ECVAA residency trained
специалист по методической поддержке PMLS в Италии и Юго-Восточной Европе Mindray Animal Medical Technology, Италия

 

Капнография, обеспечивающая измерение выдыхаемого углекислого газа (СО2), это важнейший диагностический метод мониторинга в ветеринарии. Мониторинг EtCO2 особенно важен во время анестезии и в интенсивной терапии, поскольку он обеспечивает оценку эффективности и ответ на вентиляцию и позволяет проводить коррекцию респираторных нарушений. Понимание EtCO2 и его вариаций – гипокапнии (низкий EtCO2) и гиперкапнии (высокий EtCO2) – критически важны для ветеринарных врачей при оценке физиологического статуса пациентов, особенно во время хирургических или неотложных мероприятий.

Физиология

СО2 – конечный продукт клеточного метаболизма и аэробного дыхания. Это кислотный продукт, переносимый венозной кровью и элиминируемый лёгкими. Перенос углекислого газа кровью преимущественно (60%) происходит в виде бикарбоната, который происходит за счёт растворения в воде с формированием углекислой кислоты, диссоциируемой до ионов водорода и бикарбоната. Эта реакция происходит внутри эритроцитов и катализируется ферментом карбоангидразой. Меньшее количество СО2 (30%) связывается с гемоглобином с формированием карбоминовых соединений. И только 10% СО2 растворено в крови.

Основной функцией дыхательной системы является элиминация СО2 и обеспечение метаболических потребностей тканей в О2. Элиминация СО2 имеет первостепенное значение и зависит от кровоснабжения лёгких и альвеолярной вентиляции, которая представляет собой объём воздуха, достигающий альвеолы и принимающий участие в газообмене.

На уровне альвеол газообмен СО2 регулируется градиентом концентрации и эффузионным законом Грэхема, который гласит, что скорость эффузии молекулы прямо пропорциональна её растворимости и обратно пропорционально квадратному корню её молекулярного веса. Учитывая то, что СО2 в 20 раз более растворим, чем кислород, факторы, влияющие на обмен кислорода через альвеолярно-капиллярный барьер (растяжение и его плотность), не влияют на обмен СО2.

Респираторная система регулируется центральной нервной системой (ЦНС). Центральные и периферические хеморецепторы активируются за счёт изменений парциального давления СО2 в крови. Центральные хеморецепторы находятся в IV желудочке головного мозга и реагируют на динамику PaCO2 в цереброспинальной жидкости. Периферические хеморецепторы локализуются в дуге аорты и каратоидных тельцах, реагируя не только на PaCO2, но и на изменение рН и тяжелую гипоксию. Дыхательный центр продолговатого мозга анализирует информацию, поступающую по афферентным путям, и активирует мышцы (диафрагму и межрёберные), тем самым меняя частоту дыхания и дыхательный объём, меняя минутный объём вентиляции. Эта регуляция очень точная и чувствительная у бодрствующих пациентов. Общая анестезия затрагивает как афферентные, так и эфферентные пути, провоцируя слабость дыхательной мускулатуры и снижая чувствительность хеморецепторов к СО2. Поэтому так важно проводить вентиляцию у пациентов в общей анестезии, чтобы поддерживать функции гомеостаза.

Эффекты гипокапнии и гиперкании

Уровни EtCO2 могут существенно влиять на физиологические функции животного. Гипокапния и гиперкания могут приводить к серьёзным клиническим последствиям, в зависимости от их продолжительности и тяжести.

Гиперкапния

Гиперкапния возникает тогда, когда в организме задерживается СО2. Часто это является результатом гиповентиляции, когда альвеолярная вентиляция не соответствует метаболизму организма. Задержка СО2 вызывает дыхательный ацидоз, который может иметь несколько последствий для организма. Респираторный ацидоз приводит к активации центральной нервной системы, провоцируя тахикардию, гипертензию и аритмии. Более того, интракраниальная вазодилятация провоцирует увеличение внутричерепного давления. Если организм не способен компенсировать респираторный ацидоз, то возникает ацидемия. Ацидемия – снижение рН крови ниже физиологической нормы. Это вызывает нарушение белковых процессов и электролитные изменения. При уровне PaCO2 выше 90 мм рт. ст. возникает тяжёлое угнетение ЦНС, приводящее к коме и даже смерти.

Гипокапния

Гипокапния также имеет тяжёлые последствия. Гипокапния возникает, когда альвеолярная вентиляция превышает метаболизм организма. Если возникает респираторный алкалоз, активизируется симпатическая нервная система, провоцирующая к тахикардии, аритмиям и легочной вазодилятации. На уровне сосудов головного мозга также возникает вазодилятация, приводящая к гипоперфузии и ишемии.

Организм теряет компенсацию, возникает алкалинемия, провоцирующая энзимные нарушения и электролитные нарушения в теле.

Капнографические системы

Для мониторинга EtCO2 используется капнография. Технология в её основе основана на инфракрасной спектроскопии, заключающаяся в способности разных молекул абсорбировать свет различной длинны волны. Это позволяет дифференцировать молекулы в выдыхаемом пациентом воздухе и определять их количество. Искажение измерения СО2 при использовании этой техники обычно незначительно, поскольку О2 и другие молекулы не абсорбируют инфракрасное излучение. Нужно помнить о том, что конденсат может нарушать измерение и провоцировать показатели ложной гиперкапнии.

Капнография основного потока

Этот вид капнографии состоит из датчика, соединённого с эндотрахеальным тубусом (ЕТТ) пациента. Газовый анализ происходит внутри датчика и полученные результаты передаются и отражаются на мониторе. Недостатками этого типа капнографии является дополнительный вес на конце ЕТТ, который может быть опасным для маленьких пациентов и приводить к экстубации при плохой фиксации ЕТТ. Это также может приводить к возникновению механического мёртвого пространства и увеличению возвратного вдыхания СО2. Также эта конструкция более подвержена повреждению влагой и секретами. С другой стороны, капнография основного потока позволяет проводить измерения без задержки. Она имеет высокую точность при маленьком волновом объёме и высокой частоте дыхания, поэтому идеальна у педиатрических, неонатальных и экзотических пациентов. Более того нет необходимости в применении уловителей, поскольку забираемый и анализируемый газ повторно поступает в дыхательный контур.

Капнография бокового потока

При этой технике переходник устанавливается между ЕТТ и дыхательным контуром. Забираемый образец газа поступает в контур, соединённый с водоотделителем. Наконец образец поступает в модуль, соединённый или имплантированный в монитор и данные преобразуются в кривую со значением. Недостатками техники являются отложенное отражение кривых (обычно в несколько секунд, в зависимости от производителя), потеря анализируемых образцов и необходимость в уловителях. Иногда возникают проблемы с дополнительными составляющими как повреждение или окклюзия контура, конденсация в водоотделителе. С другой стороны, эта техника позволяет минимизировать мёртвое пространство, благодаря переходникам нескольких типов, прямое соединение с бактериальными (НМЕ) фильтрами предотвращает формирование влаги и контаминацию.

Интерпретация капнографических кривых

Капнографическая кривая предоставляет визуализацию уровней СО2 в период дыхательного цикла. Кривая состоит из нескольких фаз, каждая из которых представляет этап вдоха и выдоха. Ключевые фазы:

• Фаза 0 – нисходящая линия возникает при выдыхании и падении СО2 до нуля;
• ФАЗА I – плато кривой, когда уровень СО2 минимальный (или отсутствует), представляет выдох мертвого пространства (например, из трахеи и крупных дыхательных путей);
• Фаза II – восходящая линия, уровень СО2 начинает расти на фоне поступления воздуха из альвеол в дыхательные пути;
• Фаза III – фаза плато, когда уровень СО2 стабилизируется, представляя выдох воздуха из альвеол;
• Фаза IV – окончание выдоха. Соотносится со значением EtCO2.

Отклонения в формах капнографической кривой могут говорить об изменениях в респирации ввиду ряда причин. Укорочение длины фазы III может указывать на утечку в эндотрахеальном тубусе или недостаточную герметичность верхних дыхательных путей. Выступы в кривой могут быть вызваны сердцебиением пациента при спонтанном дыхании или респираторном усилии («сопротивлении дыхательному аппарату») дыхательному циклу при механической вентиляции. Сдавление грудной клетки\диафрагмы может имитировать этот тип отклонений. Отсутствие капнографической кривой и значений EtCO2 может свидетельствовать об экстубации (если пациент дышит), апноэ или остановке сердечно-легочной деятельности.

Менее резкая фаза II (акулий плавник) чаще всего соотносится с частичной окклюзией эндотрахеального тубуса (секретами, пережатием и т. п.), но также может быть связана с бронхоспазмом (астма кошек).

Выводы

Капнография играет важнейшую роль в мониторинге во время общей анестезии, поскольку позволяет корректировать вентиляцию, предотвращая гипер- и гипокапнию и их негативное влияние на организм. Она даёт представление касательно анестезиологического пособия и выявляет на ранних этапах экстубацию, частичную или полную окклюзию дыхательных путей, начинающуюся остановку сердечно-сосудистой деятельности, позволяет раньше предпринять лечебные меры для быстрого разрешения жизнеугрожающих состояний.

 

EtCO2 Measurement in Veterinary Medicine

Capnography, the measurement of exhaled carbon dioxide (CO2), is an essential diagnostic and monitoring tool in veterinary medicine. Monitoring EtCO2 is especially important during anaesthesia and critical care, as it can provide real-time feedback on the effectiveness of ventilation and guide the management of respiratory disturbances. Understanding EtCO2 and its variations—such as hypocapnia (low CO2) and hypercapnia (high CO2)—is crucial for veterinarians when assessing the physiological status of patients, especially during surgical or emergency procedures.

Physiology

CO2 is the end-product of cellular metabolism and of aerobic respiration. It is an acidic compound that is carried in venous blood to be eliminated by the lungs.
Carriage of carbon dioxide within the blood occurs primarily (60%) as bicarbonate that derives from the buffering with water to form carbonic acid that dissociates in hydrogen ions and bicarbonate. This reaction occurs within RB cells and is catalysed by the enzyme carbonic anhydrase. A smaller percentage (30%) bounds to haemoglobin to form carbamino compounds. Only 10% of CO2 is found dissolved in blood.

The respiratory system primary function is to eliminate CO2 and provide O2 to meet the metabolic requirements of the tissues. CO2 elimination is of primary importance and depends on pulmonary blood flow and alveolar ventilation, which is the volume of air that reaches the alveoli and takes part to gas exchange.
At the level of the alveoli, CO2 exchange is regulated by concentration gradient and by Graham’s law of effusion which states that the rate of effusion of a molecule is directly proportional to its solubility and inversely proportional to the square root of the molecular weight.
Being CO2 20 times more soluble than oxygen, factors that influence oxygen exchange across the alveolo-capillary barrier such as its thickness and extension, don’t influence CO2 exchange.
the respiratory system is regulated by the CNS. Central and peripheral chemoreceptors are activated by variation in the partial pressure of CO2 within the blood. Central chemoreceptors are located in the IV ventricle of the brain and detect PaCO2 within the CSF. Peripheral chemoreceptors are located in the aortic arch and the carotid bodies and are sensitive not only to PaCO2 but also to change in pH and to severe hypoxaemia. The respiratory centre in the encephalic trunk elaborates the information received by the afferent pathways and activate the effector muscles (diaphragm and the intercostal muscles) that change the respiratory rate and tidal volume, modifying the minute volume ventilation.
This regulation is extremely precise and sensitive in awake patients.
General anaesthesia affects both the efferent and the afferent pathways, causing respiratory muscle weakness and reduced the sensitivity of chemoreceptor to CO2.
Hence the need to mechanically ventilate patients under GA, in order to keep their homeostatic functions.

Effects of Hypocapnia and Hypercapnia

The levels of EtCO2 can significantly impact the physiological functions of the animal. Both hypocapnia and hypercapnia can lead to severe clinical consequences, depending on their duration and severity.

Hypercapnia

Hypercapnia occurs when the body retains too much CO2. This is commonly a result of hypoventilation, when alveolar ventilation does not match the metabolism of the organism.
CO2 retention causes respiratory acidosis which has several consequences for the organism.
Respiratory acidosis causes central nervous system activation, leading to tachycardia, hypertension and arrhythmias. Furthermore, intracranial vasodilation occurs causing increase in ICP. If the organism is not able to compensate for respiratory acidosis, acidemia occurs. Acidemia is a reduction on pH of blood under the physiologic limit. This causes impairment of enzymatic process and electrolytic changes. With a PaCO2 higher than 90 mmHg, extreme SNC depression occurs leading to coma and even death.

Hypocapnia

Hypocapnia has detrimental effects as well. Hypocapnia occurs when the alveolar ventilation exceeds the metabolism of the organism. When respiratory alkalosis occurs, the SNC is activated: tachycardia, arrythmias occur and pulmonary vasodilation occur. At the level of intracranial vessels, vasodilation occurs which can lead to cerebral hypoperfusion and ischemia.
Once again, if the organism is not able to compensate, alkalemia occurs causing enzymatic impairment and electrolytic changes in the body.

Capnography Systems

To monitor EtCO2 we use capnography. The technology behind it is infrared spectroscopy, which is based on the wavelength differential absorption of light by different molecules. This allows to differentiate the molecules present at the end of expiration in the patient breath and quantify them. Interference in CO2 measuring with this technique is usually small considering that O2 and other molecules don’t absorb IR radiation. Be aware thought that the presence of water vapour can interfere with the reading and cause false hypercapnia.

Mainstream Capnography

Mainstream capnography consists of a probe attached directly to the endo-tracheal tube (ETT) of the patient. Gas analysis occurs within the probe and the data obtained are transmitted and displayed on a monitor.
The cons are added weight at the end of the ETT which can be dangerous for small patients and cause extubation in case of poorly fixed ETT. It can add mechanical deadspace increasing CO2 rebreathing. Is more susceptible to damage due to moisture or secretions. On the other hand, mainstream capnography can provide real time measurement without delay. It is highly accurate with small TV and faster RR, so it’s ideal for paediatric, neonatal and exotic patients. Furthermore, there is no need for scavenging connection since the gas sampled and analysed is then reintroduced to the circuit.

Sidestream Capnography

With sidestream capnography, a connector is positioned between the ETT and the breathing circuit. The gas sampled travels in a sampling line that connects to a water trap. Finally, the sampled gas is analysed in a module plugged in or embedded in the monitor and the waveform and value are displayed.
Downsides include delayed display waveforms (usually a few seconds depending on the brand), loss of sampled gas and the need to connect to scavenging system. Sometimes issues with the additional components such as sample line blockage or damage, moisture build up in the water trap, etc.
On the other side, it gives the possibility both to minimize deadspace, thanks to several type of adaptors, and connect HME filters directly to the sampling line to prevent moisture and contamination.

Capnographic Waveform Interpretation

A capnographic waveform provides a visual representation of the CO2 levels during the respiratory cycle. The waveform consists of several phases, each representing a different stage of exhalation and inhalation. The key phases are:

Phase 0: The downstroke, which occurs when the patient inhales and the CO2 level drops to zero.

Phase I: The baseline of the waveform, where CO2 levels are minimal (or absent), representing the exhalation of dead space air (e.g., the trachea and large airways).

Phase II: The upstroke, where CO2 begins to rise as air from the alveoli enters the airway.

Phase III: The plateau phase, where the CO2 level stabilizes, representing the exhalation of air from the alveoli.

Phase IV: End of exhalation. This phase corresponds to the EtCO2 value.

Alterations in the capnographic waveform can provide clues to changes in the respiratory pattern due to several causes.
A reduction on the length of phase III can indicate a leak from the ETT od the sampling line or a lack of seal of the upper airways. Indentations in the waveform could be caused by the heartbeat in patients breathing spontaneously or respiratory efforts (patient “fighting the ventilator”) against the respiratory cycle of the mechanical ventilation. Compression of the chest/diaphragm during surgery can mimic this pattern. Lack of capnography waveform and EtCO2 values can indicate extubation (if the patient is breathing), apnoea or cardiopulmonary arrest. A less steep phase II (shark fin) is usually consistent with ETT partial occlusion (secretions, kinking, etc) but can also be referred to bronchospasm (feline asthma).

Conclusion

Capnography monitoring has a pivotal role during general anaesthesia since it allows to manage ventilation preventing hyper and hypocapnia and their consequences on the organism. It gives us indications about the anaesthetic management and allows for early issues detection such as extubation, partial or total occlusion of the airways, incipient cardiopulmonary arrest and so on, leading to a faster action by the anaesthetist and a prompt resolution of the problem.