Fusion’s False Dawn — Scientific American
Зажигание уже близко. В течение года или двух 192 лазерных луча в National Ignition Facility (NIF) — крупнейшей и самой мощной лазерной системе в мире, 13-летнем предприятии стоимостью 4 миллиарда долларов — сфокусируют свою энергию на шарике размером не больше перчинки. Энергия лазерных лучей раздавит ядро гранулы с такой силой, что изотопы водорода внутри сольются вместе и высвободят энергию, водородную бомбу в миниатюре.
Этот трюк уже пробовали раньше — и с успехом. Но каждый раз, когда ученые сплавляли эти изотопы, им приходилось накачивать в лазеры гораздо больше энергии, чем выделялось в результате реакции. На этот раз книга перевернется. Стрела в центре шарика высвободит больше энергии, чем втиснутые внутрь лазеры, а это переключатель более важный, чем можно было бы предположить на основании простого учета. Теоретически эту избыточную энергию можно было бы собрать и использовать для работы электростанции. Его топливом будут материалы, содержащиеся в обычной морской воде; его выбросы — как атмосферные, так и ядерные — будут равны нулю.
Также началось строительство другого крупного в мире термоядерного завода стоимостью 14 миллиардов долларов, расположенного недалеко от деревни Кадараш на юге Франции. ИТЭР (произносится как «пожиратель») не будет полагаться на лазерные тиски; его сверхпроводящие магниты будут удерживать изотопы водорода вместе и нагревать их до 150 миллионов градусов по Цельсию — в 25 000 раз горячее, чем на поверхности Солнца. Ожидается, что этот эксперимент также приведет к чистому выигрышу в энергии. Более того, в отличие от прерывистых всплесков энергии лазерной системы, магниты смогут удерживать плазму вместе в течение десятков или, возможно, сотен секунд, генерируя непрерывный всплеск энергии.
Достижения станут вехой в стремлении, пылком с самого начала ядерной эры, укротить процессы, работающие в центре звезд, и манипулировать ими в наших собственных целях.
«Идея заключалась в том, что «хорошо, это трудные проблемы, но они разрешимы, и давайте сосредоточимся на самом термоядерном ядре», — говорит Ричард Д.
Хазелтин, директор Института термоядерных исследований Техасского университета в Остин. — Возможно, это была ошибка.
Обещание природы
Слияние — или, скорее, его отсутствие — смущало ученых, по крайней мере, с 1860-х годов. Новая теория эволюции Чарльза Дарвина путем естественного отбора потребовала миллиардов лет постепенных изменений, чтобы объяснить невероятное разнообразие жизни на Земле. Тем не менее лучшая оценка возраста Солнца для той эпохи, сделанная выдающимся британским физиком Уильямом Томсоном (более известным как лорд Кельвин), заключалась в том, что Солнцу не может быть больше нескольких десятков миллионов лет. Как рассказывает Чарльз Сейф в своей превосходной книге Sun in a Bottle (Viking, 2008), Дарвин считал критику Томсона одним из самых серьезных ударов по теории эволюции. Он неубедительно возразил, что ученые должны воздерживаться от суждений, настолько неполным было наше понимание законов космоса.
Дарвин был прав.
Пройдет еще семь десятилетий, прежде чем ученые разработают инструменты, необходимые для понимания того, что заставляет солнце светить. К 1930-м годам ученые знали, что вся материя состоит из атомов и что ядра этих атомов состоят из положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов. (Единственным исключением является водород — в его ядре есть только протон.) Альберт Эйнштейн продемонстрировал через
В 1938 году физик Ганс Бете понял, что в центре Солнца давление должно быть настолько велико, чтобы отдельные ядра водорода сжимались вместе с такой силой, что они могли бы преодолеть отталкивание, которое обычно разделяет ионы с одинаковым зарядом. Бете изложил четырехступенчатую цепочку, по которой ионы водорода сливаются вместе. Конечные продукты реакции чуть легче ингредиентов, которые в нее входят, и эта недостающая масса преобразуется (через E = mc2 ) в энергию, питающую солнце.
Эта сложная цепная реакция требует давления, которое существует только в центре звезд. Сравнительно простой способ вызвать термоядерный синтез — начать с двух изотопов водорода — дейтерия, в ядре которого есть протон и нейтрон, и трития, у которого есть один протон и два нейтрона. Соедините дейтерий и тритий достаточно близко друг к другу, и они соединятся, образуя гелий (два протона, два нейтрона), нейтрон и выброс энергии. Для реакции требуется относительно немного температуры и давления, но она по-прежнему генерирует монументальную энергию, характерную для реакций синтеза.
Если бы ученые могли катализировать термоядерный синтез в контролируемой среде, мировые энергетические проблемы исчезли бы. Топлива в изобилии: дейтерий содержится в морской воде, а тритий может генерироваться внутри реактора. И в отличие от обычных ядерных реакторов, основанных на делении, при синтезе не образуются долгоживущие радиоактивные побочные продукты — ядерные отходы, как это более широко известно.
Теоретически галлон воды, насыщенной дейтерием, может производить столько же энергии, сколько супертанкер, полный нефти, с выбросом гелия в качестве единственного выхлопа. «У вас нет геополитики, чистой энергии и безграничных запасов топлива», — говорит Эдвард И. Мозес, директор Национального фонда зажигания. «Это слишком хорошо, чтобы быть правдой».
Так оно и было. Первые проекты термоядерных реакторов появились в начале 1950-х годов, когда Лайман Спитцер, профессор Принстонского университета, подсчитал, что его «Стелларатор» (от латинского «звезда») будет производить 150 миллионов ватт энергии, достаточной для питания 150 000 домов. . Его конструкция основывалась на том факте, что при высоких температурах, необходимых для синтеза, все электроны будут отрываться от своих родительских атомов. Это образует суп из заряженных частиц, называемый плазмой, которым можно управлять с помощью магнитных полей. Stellarator Спитцера был, по сути, магнитной бутылкой, которая удерживала плазму на месте, даже когда она нагревалась до температуры в миллионы градусов.
Однако Спитцер и другие его последователи не имели полного представления о том, как ведет себя плазма. Вскоре они, к своему большому разочарованию, узнали, что плазма вообще ведет себя не очень хорошо.
Представьте, что вы держите в руках большой мягкий воздушный шар. Теперь сожмите его настолько мало, насколько это возможно. Независимо от того, насколько равномерно вы надавливаете, баллон всегда будет выбрасываться через пространство между вашими пальцами. Та же проблема относится и к плазме. Каждый раз, когда ученые пытались сжать их в достаточно плотный шар, чтобы вызвать термоядерный синтез, плазма находила способ выплеснуться наружу. Это парадокс, характерный для всех типов термоядерных реакторов: чем горячее вы делаете плазму и чем сильнее сжимаете ее, тем сильнее она сопротивляется вашим усилиям по ее сдерживанию.
С тех пор в течение шести десятилетий ученые изо всех сил пытались укротить плазму, используя все более крупные магнитные бутылки. Каждый раз, когда физики представляли усовершенствованную машину, предназначенную для исправления проблем, возникших при последнем уходе на второй круг, более высокие энергии обнаруживали новые разновидности проблем.
Энергетический кризис 1970-х годов также привел к рождению параллельной исследовательской программы в области термоядерного синтеза, которая должна была попытаться избежать некоторых проблем, связанных с удерживаемой магнитным полем плазмы. В этих методах использовалось множество лазеров для сжатия и нагрева гранул из дейтерия и трития. Исследование, проведенное в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса, где осуществляются программы США по созданию термоядерного оружия, началось с простого двухлучевого испытательного стенда. Достижения в области лазерной энергетики привели к появлению Шивы (названного в честь индуистского бога творения и разрушения) в 19 г.77, затем Nova в 1984 году. Каждая программа побила собственные мировые рекорды Ливермора по производству самого мощного лазерного взрыва на планете, но, как и в магнитных программах, они все еще не могли достичь безубыточности — точки, когда термоядерный синтез производил столько же энергии, сколько лазеры.
Маленькие взрывы
Снаружи National Ignition Facility выглядит не очень. В нем нет окон, он размером с ангар для самолета и окрашен в приглушенный бежевый цвет, что вполне уместно в пригородном офисном парке. Но, как и в случае с большинством крупных научных проектов, сразу приходит на ум Большой адронный коллайдер, глубоко запрятанные нутро этого проекта внушает благоговение. Внутри десятки метровых труб тянутся далеко по всему объекту. Трубы ведут к целевой камере, трехэтажной сфере, усеянной иллюминаторами, через которые проходят лазеры. В центре этой камеры дейтериево-тритиевая мишень удерживается на месте чем-то вроде гигантского кончика карандаша. Лазеры будут фокусироваться с точностью до миллиметра от центральной точки, сокрушая цель импульсом, который — по крайней мере, на небольшую долю секунды — затмевает все потребление электроэнергии в стране.
Хотя NIF предназначен для достижения безубыточности, его основная задача связана с национальной безопасностью. В 1996 году президент Билл Клинтон подписал договор о всеобъемлющем запрещении испытаний и объявил вне закона все испытания ядерного оружия в США. Чтобы гарантировать, что оружие, хранящееся на складах, будет продолжать работать в соответствии с назначением, то есть отдельные боеголовки взорвутся только в том случае, если президент отдаст приказ о нанесении удара, а не иначе, национальные лаборатории ядерных вооружений в Лос-Аламосе и Ливерморе учредили программу управления запасами, систему технического обслуживания и испытаний, предназначенных для обеспечения надежности примерно 5200 боеголовок, находящихся в настоящее время на складах.
В большинстве случаев техническое обслуживание ядерного оружия сводится к обычной проверке и замене деталей. Еще одним ключевым компонентом является компьютерное моделирование ядерных взрывов. Такие компьютерные модели исключительно чувствительны к начальным условиям; NIF предназначен для предоставления данных от миниатюрных взрывов дейтерия-трития для ввода в модели.
(Установка также будет использоваться для чисто научных экспериментов — один из первых включает изучение ударных волн сверхновой.)
Тем не менее, когда объект, наконец, был введен в эксплуатацию в мае прошлого года, его потенциал для производства электроэнергии привлек большую часть внимания. Колонка Томаса Фридмана в 9Типичным примером является номер 0016 New York Times , опубликованный под заголовком «Следующая действительно крутая вещь». В нем он написал, что «каждая измельченная гранула испускает прилив энергии, который затем можно использовать для нагревания жидкой соли и производства огромного количества пара для привода турбины и выработки электроэнергии для вашего дома — точно так же, как сегодня это делает уголь».
Теоретически да. Но NIF никогда не задумывался как машина, которая может генерировать полезную энергию. В соответствии с текущим планом работы, NIF начнет эксперименты по синтезу дейтерия и трития в конце этого года, а затем, если все пойдет хорошо, выйдет на безубыточность примерно через год после этого.
Имейте в виду, это не «безубыточность электростанции», как объясняет Мозес. Это просто получение большего количества энергии из шарика, чем вкладывает лазерная система (чистая энергия, которая идет на создание лазера мощностью 4,2 миллиона джоулей, и потери, возникающие на пути к цели, списываются из этой бухгалтерской книги). Тем не менее, он должен достичь рубежа более чем за 15 лет до ИТЭР.
Блокпосты реактора
Независимо от того, как вы осуществляете термоядерный синтез — используете ли вы мегаджоульные лазеры или магнитные поля, — энергия будет выплачиваться в валюте нейтронов. Поскольку эти частицы нейтральны, на них не действуют ни электрические, ни магнитные поля. Более того, они проходят прямо через большинство твердых материалов.
Единственный способ остановить нейтрон — это прямо ударить его по атомному ядру. Такие столкновения часто губительны. Нейтроны, возникающие в результате реакции синтеза дейтерия и трития, настолько энергичны, что могут выбить атом из того, что обычно является прочным металлом, например, из стали.
Со временем эти удары ослабляют реактор, делая компоненты конструкции хрупкими.
В других случаях нейтроны превращают доброкачественные материалы в радиоактивные. Когда нейтрон попадает в атомное ядро, ядро может поглотить нейтрон и стать нестабильным. По словам Бейкера, постоянный поток нейтронов — даже если они исходят от «чистой» реакции, такой как синтез, — сделал бы любой обычный контейнер опасно радиоактивным. «Если кто-то хочет продать вам какую-либо ядерную систему и говорит, что там нет радиоактивности, держитесь за свой бумажник».
Электростанция на основе термоядерного синтеза также должна преобразовывать энергию нейтронов в тепло, которое приводит в действие турбину. Конструкции будущих реакторов осуществляют преобразование в области, окружающей термоядерную активную зону, называемой бланкетом. Хотя вероятность того, что данный нейтрон попадет в какое-либо отдельное атомное ядро в бланкете, мала, достаточно толстый бланкет, сделанный из подходящего материала — например, из стали толщиной в несколько метров — захватит почти все проходящие через него нейтроны.
Эти столкновения нагревают бланкет, и жидкий теплоноситель, такой как расплавленная соль, отводит это тепло из реактора. Затем горячая соль используется для кипячения воды, и, как и в любом другом генераторе, этот пар вращает турбину для выработки электроэнергии.
За исключением того, что это не так просто. У бланкета есть еще одна функция, столь же важная для конечного успеха реактора, как и извлечение энергии. Одеяло должно производить топливо, которое в конечном итоге вернется в реактор.
Хотя дейтерий дешев и распространен, тритий исключительно редок и должен быть извлечен из ядерных реакций. Обычная атомная электростанция может производить от двух до трех килограммов его в год при ориентировочной стоимости от 80 до 120 миллионов долларов за килограмм. К сожалению, установка для магнитного синтеза будет потреблять около килограмма трития в неделю. «Потребности в термоядерном синтезе намного превосходят то, что может обеспечить ядерное деление», — говорит Мохамед Абдоу, директор Центра термоядерной науки и технологий Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.
Чтобы термоядерная установка могла производить собственный тритий, она должна заимствовать часть нейтронов, которые в противном случае использовались бы для получения энергии. Внутри каналов бланкета лития, мягкого, высокореактивного металла, он будет захватывать энергичные нейтроны, образуя гелий и тритий. Тритий улетучится через каналы, попадет в реактор и снова попадет в плазму.
Однако, когда вы доберетесь до мелкого шрифта, бухгалтерский учет станет ненадежным. Каждая реакция синтеза поглощает ровно один ион трития и производит ровно один нейтрон. Таким образом, каждый нейтрон, выходящий из реактора, должен образовать по крайней мере один ион трития, иначе в реакторе скоро возникнет дефицит трития, и он будет потреблять больше, чем создает. Обойти это препятствие можно только в том случае, если ученым удастся вызвать сложный каскад реакций. Во-первых, нейтрон попадает в изотоп лития-7, который, хотя и потребляет энергию, производит как ион трития, так и нейтрон.
Затем этот второй нейтрон ударяется об изотоп лития-6 и производит второй ион трития.
Более того, весь этот тритий необходимо собрать и повторно ввести в плазму практически со 100-процентной эффективностью. «В этой цепной реакции нельзя потерять ни одного нейтрона, иначе реакция остановится», — говорит Михаэль Диттмар, физик элементарных частиц из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе. «Первое, что нужно сделать [перед строительством реактора], — это показать, что производство трития может работать. Совершенно очевидно, что это совершенно исключено».
«Это очень причудливое приспособление, это термоядерное одеяло, — говорит Хазелтайн. «Он принимает много тепла и заботится об этом тепле, не перегревая себя. Он принимает нейтроны, и он сделан из очень сложных материалов, поэтому у него не будет короткого времени жизни перед лицом этих нейтронов. И он берет эти нейтроны и использует их для превращения лития в тритий».
ИТЭР, к сожалению, не будет тестировать бланкеты.
Вот почему многие ученые, особенно в США, которые не играют большой роли в проектировании, строительстве или эксплуатации ИТЭР, утверждают, что для проектирования и создания бланкета необходима отдельная установка. «Вы должны показать, что можете сделать это в практической системе, — говорит Абду, — а мы никогда не строили и не тестировали одеяло. Никогда.» Если такая испытательная установка получит финансирование завтра, по оценкам Абду, потребуется от 30 до 75 лет, чтобы достаточно хорошо понять проблемы, чтобы начать строительство работающей электростанции. «Я считаю, что это выполнимо, — говорит он, — но это требует много работы».
Большая ложь
Допустим, это происходит. На дворе 2050 год. И НИФ, и ИТЭР добились безоговорочного успеха, достигнув поставленных целей по получению энергии вовремя и в рамках бюджета. Мать-природа не преподнесла сюрпризов, когда физики увеличили энергию в каждой системе; всегда неуправляемые плазмы вели себя так, как и ожидалось.
Отдельная установка по производству материалов продемонстрировала, как создать бланкет, который мог бы генерировать тритий и преобразовывать нейтроны в электричество, а также выдерживать субатомные нагрузки ежедневного использования на термоядерной установке. И давайте предположим, что ориентировочная стоимость работающей термоядерной установки составляет всего 10 миллиардов долларов. Будет ли полезная опция?
Даже для тех, кто всю жизнь преследовал мечту о термоядерной энергии, ответить на этот вопрос сложно. Проблема в том, что термоядерные электростанции, как и обычные ядерные установки, будут использоваться для выработки электроэнергии базовой нагрузки. То есть, чтобы окупить свои высокие первоначальные затраты, они должны были бы быть всегда включены. «Всякий раз, когда у вас есть капиталоемкая система, вы хотите, чтобы она работала круглосуточно, потому что вы не платите за топливо», — говорит Бейкер.
К сожалению, чрезвычайно трудно поддерживать работу плазмы в течение сколько-нибудь заметного промежутка времени.
До сих пор реакторы могли поддерживать плавящуюся плазму менее секунды. Цель ИТЭР — поддерживать горящую плазму в течение десятков секунд. Переход от этой продолжительности к круглосуточной работе — еще один огромный скачок. «Fusion нужно будет достичь 90-процентная доступность», — говорит Бейкер, и эта цифра включает время простоя, необходимое для регулярного обслуживания. «Это, безусловно, самая большая неопределенность в прогнозировании экономической надежности термоядерных систем».
Директор NIF Мозес думает, что у него есть ответ. Он представил предложенную конструкцию гибридного реактора синтеза-деления, который использует нейтроны от управляемых лазером реакций синтеза для запуска реакций деления в бланкете обычных ядерных отходов. Он называет свою систему ЖИЗНЬЮ — от лазерного инерциального термоядерного двигателя — и говорит, что через 20 лет он сможет подключить ее к сети.
Система основана на том факте, что только 5 процентов урана, поступающего на электростанции, используется до того, как он будет извлечен и помещен на долгосрочное хранение.
LIFE будет бомбардировать это отработавшее топливо нейтронами, тем самым ускоряя его распад на более легкие и менее радиоактивные элементы, при этом выделяя тепло, которое можно использовать для производства электричества. «Наши исследования показывают, что мы могли бы конкурировать со всеми доступными сегодня источниками энергии», — говорит Мозес. — Или даже дешевле, чем у них.
Конечно, ЖИЗНЬ не лишена подводных камней. «Вы хотите увидеть большую ложь в каждой программе», — говорит Эдвард С. Морс, профессор ядерной инженерии Калифорнийского университета в Беркли. «Большая ложь в [лазерном] термоядерном синтезе заключается в том, что мы можем делать эти капсулы-мишени по 5 центов за штуку». Капсулы-мишени, шарики дейтериево-тритиевого топлива размером с горошину перца, должны быть тщательно обработаны и иметь круглую форму, чтобы обеспечить равномерное сжатие со всех сторон. Любой удар по пуле и цель не взорвется, что делает нынешние версии пуль непомерно дорогими. Хотя Ливермор, который планирует производить свои шарики на месте, не раскрывает ожидаемых затрат, Лаборатория лазерной энергетики Университета Рочестера также производит аналогичные шарики из дейтерия и трития.
«Реальность такова, что годовой бюджет на изготовление мишеней, которые используются в Рочестере, составляет несколько миллионов долларов, и они производят около шести капсул в год», — говорит Морс. «Так что вы можете сказать, что это 1 миллион долларов за штуку».
И в отличие от текущей версии NIF, которая способна стрелять по одной пуле каждые несколько часов, цели будут перемещаться по патроннику со скоростью пулемёта Гатлинга. «Это машина со скоростью вращения 600 об/мин, — говорит Мозес. «Это как автомобильный двигатель мощностью в миллион лошадиных сил, только без углерода». Завод LIFE, работающий круглосуточно, будет потреблять почти 90 000 мишеней в день.
Конечно, невозможно предсказать, какой будет мировая энергетическая ситуация через 20 лет. Возможно, потребность в термоядерной энергии будет больше, чем когда-либо. Или может случиться так, что прорыв в солнечной, ветровой или какой-то другой пока непредвиденной альтернативной энергетике сделает термоядерный синтез дорогим и громоздким по сравнению с ним.
«Возможно, люди скажут: «Да, это работает, это здорово, но нам это больше не нужно, потому что у нас есть список других вещей», — говорит Хазелтайн.
Раньше считалось, что синтез проводился вне этих соображений. Он принципиально отличался от грязного ископаемого топлива или опасного урана. Это было красиво и чисто — постоянное лекарство, конец нашей жажде энергии. Это было настолько близко к совершенству космоса, насколько это возможно для людей.
Теперь эти видения отступают. Fusion — это еще один вариант, и для того, чтобы он принес плоды, потребуются десятилетия работы. Возгорание может быть близко, но век неограниченной энергии — нет.
ОБ АВТОРАХ
Майкл Мойер — редактор, отвечающий за освещение физики и космоса в журнале Scientific American. Ранее он провел восемь лет в журнале Popular Science, где был редактором статей. Он был награжден премией Американского института физики в 2005 году за свою статью «Путешествие в 10-е измерение» и появлялся на CBS, ABC, CNN, Fox и Discovery Channel.
Он изучал физику в Калифорнийском университете в Беркли и в Колумбийском университете. Подписывайтесь на Майкла Мойера в Твиттере
5 типичных ошибок, которые допускают врачи скорой помощи
Артериальное давление может быть жизненно важным показателем, который мы измеряем больше всего и меньше всего понимаем
Медсестры и врачи часто спорят о различиях между артериальной линией и показаниями манжеты неинвазивного артериального давления (НИАД). В пересмотренных рекомендациях по лечению высокого кровяного давления были повышены пороговые значения для диагностики и лечения гипертонии, что вызвало дальнейшие споры и разногласия [1].
Чтобы наилучшим образом использовать оборудование для измерения артериального давления, полезно иметь представление о том, как оно работает, и о возможных источниках ошибок, которые могут повлиять на показания. Загрузите руководство с этими советами, чтобы всегда иметь при себе справку.
Наиболее распространенные ошибки при измерении артериального давления:
Наиболее распространенной ошибкой при использовании оборудования для непрямого мониторинга артериального давления является использование манжеты неправильного размера.
- Использование манжеты неподходящего размера
- Неправильное положение пациента
- Неправильное размещение манжеты
- Нормальное искажение чтения
- Неправильный учет электронных единиц
Вот что многие из нас делают неправильно и как измерять артериальное давление:
1. Вы используете манжету неподходящего размера манжета. Слишком большая манжета АД даст ложно низкие показания, а слишком маленькая манжета даст ложно высокие показания.
Американская кардиологическая ассоциация публикует рекомендации по измерению артериального давления [2]. рекомендуя, чтобы длина и ширина мочевого пузыря (надувная часть манжеты) составляли соответственно 80 и 40 процентов от окружности руки. Большинство практикующих врачей считают, что измерение окружности мочевого пузыря и руки занимает слишком много времени, поэтому они этого не делают.
Самый практичный способ быстро и правильно подобрать размер манжеты для измерения артериального давления — выбрать манжету, которая покрывает две трети расстояния между локтем и плечом пациента.
Манжеты как минимум трех размеров (большая взрослая, обычная взрослая и педиатрическая) подойдут большинству взрослого населения. Если вы часто лечите педиатрических пациентов, необходимы несколько меньших размеров.
Тоны Короткова — это шумы, слышимые через стетоскоп при сдувании манжеты. Они происходят в 5 фаз:
- I – первые определяемые звуки, соответствующие появлению пальпируемого пульса
- II – звуки становятся мягче, длиннее и иногда могут временно исчезать
- III – изменение звука на глухой (самый громкий)
- IV – меняется интенсивность высоты тона и звуки становятся приглушенными
- В — пропадают звуки
В своих рекомендациях 1967 года AHA рекомендовала клиницистам регистрировать систолическое АД в начале фазы I и диастолическое АД в начале фазы IV. Тоны Короткова. В свои 1981 рекомендация по диастолическому АД изменена на начало фазы V [2].
2. Вы неправильно расположили тело пациента
Второй наиболее распространенной ошибкой при измерении АД является неправильное положение конечности.
Для точной оценки кровотока в конечности необходимо исключить влияние гравитации.
Стандартный референтный уровень для измерения артериального давления любым методом — прямым или непрямым — находится на уровне сердца. При использовании манжеты рука (или нога), на которую накладывается манжета, должна находиться на уровне середины сердца. Измерение АД в конечности, расположенной выше уровня сердца, даст ложно низкое АД, тогда как ложно высокие показания будут получены всякий раз, когда конечность расположена ниже уровня сердца. Ошибки могут быть значительными — обычно 2 мм рт. ст. на каждый дюйм положения конечности выше или ниже уровня сердца.
Сидячее вертикальное положение обеспечивает наиболее точное измерение артериального давления, если рука, которой измеряется давление, остается сбоку от пациента. Пациенты, лежащие на боку или в другом положении, могут создавать проблемы для точного измерения давления. Для правильной оценки АД у пациента, лежащего на боку, держите край манжеты для измерения АД на уровне середины сердца во время измерения давления.
При работе с сидячими пациентами обязательно оставляйте руку рядом с пациентом.
Датчики артериального давления подвержены аналогичным погрешностям, если датчик расположен не на уровне середины сердца. Это место, называемое флебостатической осью, расположено на пересечении четвертого межреберья и уровня середины грудной клетки (на полпути между передней и задней поверхностями грудной клетки).
Обратите внимание, что средняя подмышечная линия часто не находится на уровне середины грудной клетки у пациентов с кифозом или ХОБЛ, поэтому ее не следует использовать в качестве ориентира. Неправильное выравнивание является основным источником ошибок при прямом измерении давления, поскольку каждый дюйм датчика смещен, что приводит к ошибке измерения 1,86 мм рт.ст. При расположении над флебостатической осью сообщаемые значения будут ниже фактических; когда ниже флебостатической оси, отчетные значения будут выше, чем фактические.
3. Вы неправильно надели манжету
Стандартом для наложения манжеты для измерения артериального давления является плечо с использованием манжеты на голой коже со стетоскопом, размещенным в локтевом сгибе над плечевой артерией.
Пациент должен сидеть, поддерживая руку на уровне середины сердца, не скрещивая ноги, и не говорить. Измерения можно проводить и в других местах, например, на запястье, пальцах, ступнях и икрах, но результаты будут различаться в зависимости от расстояния до сердца.
Интересно, что среднее давление мало различается между аортой и периферическими артериями, в то время как систолическое давление увеличивается, а диастолическое снижается в более дистальных сосудах.
Скрещивание ног повышает систолическое артериальное давление на 2–8 мм рт. ст. Около 20 процентов населения имеют разницу более 10 мм рт. ст. между правой и левой рукой. В случаях, когда наблюдаются значительные различия, решения о лечении должны основываться на более высоком из двух факторов давления.
4. Ваши показания демонстрируют «предубеждение»
Предвзятое отношение к нормальным показаниям в значительной степени способствует неточности измерения артериального давления. Без сомнения, вы бы заподозрили, если бы коллега по скорой помощи сообщил об артериальном давлении 120/80 у трех пациентов подряд.
Будучи существами привычки, люди ожидают услышать звуки в определенное время, и когда посторонние помехи затрудняют измерение артериального давления, существует значительная склонность «слышать» нормальное кровяное давление.
Ортостатическая гипотензия определяется как снижение систолического артериального давления на 20 мм рт. ст. или более или снижение диастолического артериального давления на 10 мм рт. ст. или более, измеренное после трех минут спокойного стояния.
Бывают ситуации, когда измерение АД просто невозможно. В течение многих лет в руководствах по реанимации при травмах указывалось, что грубые оценки систолического АД (САД) могут быть сделаны путем оценки пульса. Считалось, что наличие пульса на лучевой артерии коррелирует с САД не менее 80 мм рт. ст., бедренным пульсом с САД не менее 70 и пальпируемым пульсом на сонной артерии с САД более 60. В последние годы сосудистая хирургия и исследования травм показали, что этот метод плохо предсказывает фактическое кровяное давление [3].
Шум также может мешать измерению АД. Многие устройства ALS оснащены допплеровскими устройствами, которые измеряют кровоток с помощью ультразвуковых волн. Допплеровские устройства усиливают звук и полезны в условиях сильного шума.
АД при пальпации или получение систолического значения при пальпации дистального пульса при сдувании манжеты для измерения артериального давления обычно находится в пределах 10–20 мм рт. ст. от аускультативных показаний. Форма волны пульсового оксиметра также может использоваться для измерения возврата кровотока при сдувании манжеты для измерения артериального давления, и она столь же точна, как давление, полученное при пальпации.
У пациентов с устройствами вспомогательного кровообращения, которые производят непульсирующий поток, такими как устройства вспомогательного кровообращения левого желудочка (LVAD), единственное непрямое средство измерения кровотока требует использования допплера.
Возвращение сигналов потока через плечевую артерию во время сдувания манжеты для измерения артериального давления у пациента с LVAD означает среднее артериальное давление (MAP).
В то время как нормальное САД у взрослых колеблется от 70 до 105 мм рт.0 часто желательны.
Одежда, доступ к пациенту и размер манжеты часто мешают обычному измерению АД. Рассмотрите возможность использования альтернативных мест, таких как наложение манжеты для измерения АД на предплечье пациента выше запястья при аускультации или пальпации его лучевой артерии. Это особенно полезно для бариатрических пациентов, когда нет подходящего размера манжеты для плеча. Бедро или голень можно использовать аналогичным образом (в сочетании с точкой измерения пульса дистальнее манжеты).
Все эти точки обычно используются для мониторинга АД в больницах и, как правило, дают результаты, лишь немного отличающиеся от традиционных измерений на плече.
5. Вы неправильно учитываете электронные единицы измерения
Электронные приборы для измерения артериального давления, также называемые неинвазивными приборами для измерения артериального давления (НИАД), воспринимают изменения давления воздуха в манжете, вызванные потоком крови через край манжеты для измерения артериального давления.
Датчики оценивают среднее артериальное давление (MAP) и частоту пульса пациента. Программное обеспечение аппарата использует эти два значения для расчета систолического и диастолического АД.
Для обеспечения точности электронных устройств важно сверить отображаемый пульс с фактическим пульсом пациента. Различия более чем в 10 процентов серьезно изменят расчеты прибора и выведут на экран неправильные значения систолического и диастолического давления.
Учитывая, что среднее артериальное давление является единственным давлением, фактически измеряемым с помощью НИАД, и поскольку среднее артериальное давление мало варьируется по всему телу, имеет смысл использовать это число для принятия решений о лечении.
Нормальное среднее артериальное давление у взрослых составляет от 70 до 105 мм рт.ст. Как орган, наиболее чувствительный к давлению, почкам обычно требуется среднее артериальное давление выше 60, чтобы оставаться в живых, и они получают необратимые повреждения более чем на 20 минут ниже, чем у большинства взрослых.
Поскольку индивидуальные требования различаются, большинство клиницистов считают САД 70 разумным нижним пределом для своих взрослых пациентов.
Более широкое использование устройств НИАД в сочетании с признанием того, что их отображаемые систолические и диастолические значения рассчитываются, тогда как фактически измеряется только среднее значение, заставили клиницистов уделять гораздо больше внимания САД, чем в прошлом. Многие прогрессивные больницы заказывают наборы и догоспитальные протоколы BLS и ALS начали лечить САД, а не систолическое артериальное давление.
Наконец, и особенно в условиях транспортировки интенсивной терапии, медицинские работники будут сталкиваться с пациентами со значительными различиями между значениями НИАД (косвенного) и артериального давления (прямого), измеренного артериального давления.
В прошлом, в зависимости от состояния пациента, медицинские работники отдавали предпочтение одному измерительному устройству, а не другому, часто без четкого обоснования, кроме уверенности в том, что выбранное устройство обеспечивает более точную информацию об артериальном давлении.
В 2013 году группа исследователей отделения интенсивной терапии опубликовала анализ 27 022 одновременных измерений линии артроскопии и НИАД, полученных у 852 пациентов [4]. При сравнении показаний А-линии и НИАД исследователи смогли определить, что в гипотензивных состояниях НИАД значительно завышает систолическое артериальное давление по сравнению с артериальной линией, и эта разница увеличивалась по мере того, как пациенты становились более гипотензивными.
В то же время среднее артериальное давление (САД) последовательно коррелировало между устройствами A-line и NIBP, независимо от давления. Авторы предположили, что среднее артериальное давление является наиболее точным значением для отслеживания и лечения, независимо от того, измеряется ли АД с помощью артериальной линии или НИАД. Кроме того, поддерживая ранее считавшиеся параметры острого повреждения почек (ОПП) и смертности, авторы отметили, что среднее артериальное давление ниже 60 мм рт. ст. неизменно связано как с ОПП, так и с повышенной смертностью.
С 1930 года измерение артериального давления стало широко распространенным методом оценки состояния сердечно-сосудистой системы. Даже в неблагоприятных условиях, часто встречающихся на догоспитальном этапе или в транспортной среде, медицинские работники могут точно измерить артериальное давление, если они понимают принципы кровотока и общие источники, которые вносят ошибки в процесс измерения.
Советы по оценке артериального давленияПродолжайте узнавать об оценке артериального давления, читая о том, как смягчить НИАД, и выявляя неточности при аускультации, наблюдая форму волны плетизмографии на пульсоксиметре и отмечая среднее артериальное давление.
Читать дальше: Узнайте, как читать MAP .
Ссылки :
1. James PA, Oparil S, Carter BL, et al. Основанное на фактических данных руководство 2014 г. по лечению высокого кровяного давления у взрослых: отчет членов группы, назначенных в Восьмой объединенный национальный комитет (JNC 8).
ДЖАМА. 2014;311(5):507-520. (Доступно по адресу: http://jama.jamanetwork.com/article.aspx?articleid=1791497)
2. Pickering TG, Hall JE, Appel LJ, et al. Научное заявление AHA: Рекомендации по измерению артериального давления у людей и экспериментальных животных, часть 1: измерение артериального давления у людей. Гипертония. 2005 г.; 45: 142-161. (Доступно по адресу: https://hyper.ahajournals.org/content/45/1/142.full)
3. Дикин К.Д., Лоу Дж.Л. Точность расширенных руководств по реанимации при травмах для прогнозирования систолического артериального давления с использованием каротидных, бедренных и лучевых импульсов: обсервационное исследование. БМЖ. 2000 г.; 321 (7262): 673–674. (Доступно по адресу: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC27481/)
4. Lehman LH, Saeed M, Talmor D, Mark R, Malhotra A. Методы измерения артериального давления в отделение интенсивной терапии. Крит Уход Мед. 2013;41:34-40.
Эта статья, первоначально опубликованная 9 апреля 2014 г.