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中国智造与洋品牌对比测试

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发布日期:2018-10-10 作者: 点击:




中国医科大学附属一院代冰教授带领研发团队,将迈思医疗的HiFent系列标准型呼吸湿化治疗仪,与费雪派克公司的AIRVO-2呼吸湿化治疗仪,利用主动模拟肺模拟患者呼吸,在不同设置氧浓度、设置流量、吸气峰流速和潮气量是否对实际吸入氧气浓度FiO₂的影响,进行了对比测试及统计学分析,以下是论文详细内容。




基于主动模拟肺平台的经鼻高流量氧疗时实际FiO₂的影响因素研究




作者:代冰   曾晓凤   金洪  彭云  谭伟  赵洪文


目的 探讨不同经鼻高流量氧疗(HFNC)设备、设置氧浓度、设置流量、吸气峰流速和潮气量对HFNC时FiO₂的影响。

方法 使用主动模拟肺(ASL5000)模拟患者的自主呼吸,调节参数模拟不同潮气量和吸气峰流速的组合,(潮气量(Vt)=400 ml和峰流速(PIF)=40 L/min、Vt=400 ml和PIF=80 L/min , Vt=500 ml和PIF=50 L/min ,Vt=500 ml和PIF=100 L/min),设置流量分别为20、40和60 L/min时,设置氧浓度分别为30%,50%和70%。利用放置在吸气回路的氧浓度测量仪记录吸入气氧浓度。

结果 单因素方差分析显示,设备A和B对实际吸入气氧浓度(FiO₂)无显著的影响(P>0.05);相同潮气量时,吸气峰流速对实际FiO₂都有显著的影响(P<0.05);设置流量对实际FiO₂都有显著的影响(P<0.05)。当设置氧浓度为30%,50%和70%,实际FiO₂变化率分别为(8.23±2.31)%、(14.11±3.71)%和(16.01±4.31)%。当设置流量为20、40和60 L/min时,实际FiO₂变化率分别为(22.56±6.42)%、(13.22±4.52)%和(11.35±5. 19)%。潮气量400 ml时,吸气峰流速40 L/min和80 L/min,实际FiO₂变化率分别为(6.51±2.41)%、和(12.12±3.59)%;潮气量500 ml时,吸气峰流速50 L/min和100 L/min,实际FiO₂变化率分别为(8.21±2.65)%和(14.67±3.81)%。

结论 设置流量增加,实际FiO₂变化率显著下降,设置氧浓度和吸气峰流速增加,实际FiO₂变化率显著增加。

【关键词】 经鼻高流量氧疗;吸入气氧浓度;吸气峰流速;模拟肺

经鼻高流量氧疗(high flow nasal cannula oxygen therapy,HFNC)作为高流量供氧系统,有效避免了低流速供氧系统的缺点,可以提供21%~100%的稳定氧浓度,最高达80 L/min 的流量、37℃、44 mg/L(100%相对湿度)的高流量气体, 并且佩戴方便,舒适度较高,具有一些独特的生理学效应[1],在成人患者中的临床应用日趋广泛,对于部分的急性或慢性呼吸衰竭患者,已经逐渐成为部分替代传统氧疗或无创通气的重要治疗措施[2]。既往研究发现,不同款式的有创或无创呼吸机的性能存在较大差异[3-4]。目前国内已有多款HFNC设备可供临床的选择,不同款式的HFNC设备的性能是否有显著的差异,不同设置氧浓度、设置流量、吸气峰流速和潮气量是否对实际吸入气氧浓度(Fraction of inspiration O₂,FiO₂)有显著影响,目前没有相关文献报道。我们利用主动模拟肺模拟患者的自主呼吸,在体外模拟经鼻高流量氧疗,探讨HFNC时实际FiO₂的影响因素。


1、材料和方法

1。1 主要实验材料和仪器

模拟肺(ASL5000,Ingmar ,USA)是由一个由电脑控制,在气缸中活动的活塞构成的高仿真度肺部模拟器,顺应性,阻力和吸气负压可由使用者设置,来模拟患者的各种疾病状态下的真实呼吸运动。通过调节模拟肺的顺应性、气道阻力、最大吸气负压以及最大吸气负压的产生波形等参数,模拟不同潮气量和吸气峰流速组合,具体为:Vt=400 ml和Peak flow= 40 L/min, Vt =400 ml和Peak flow=80 L/min, Vt=500 ml和Peak flow=50 L/min, Vt =500 ml和Peak flow=100 L/min。呼吸频率设定为20次/min。

两款HFNC设备分别为设备A:高流量呼吸湿化治疗仪(HUMID-BM,迈思医疗,沈阳)和设备B:呼吸湿化治疗仪(AIRVO-2,费雪派克,新西兰),关闭加热加湿功能,设置流量分别为20、40和60 L/min时,通过氧气流量计调节氧气流量,通过放置在加热管路末端的氧浓度测量仪(OxiQuant B,ENVITEC corporation)来监测实际FiO₂,保证不同设置流量时设置FiO₂分别为30%,50%和70%。

1。2 实验方法

    两款HFNC设备分别通过一次性加热管路和中号鼻塞导管与鼻腔模型连接。

鼻腔模型为长约5 cm,直径2 cm的中空圆柱形塑料硬管,一端封闭,另一端与模拟肺连接,塑料硬管侧壁有两个直径约8mm的开孔,以便直径约5 mm的鼻塞导管插入。鼻部模型和模拟肺之间为两根塑料软管和单向活瓣组成的单向呼吸回路,避免了吸入气体和呼出气体的混合 (图1)。每次更改试验条件后3 min,利用模拟肺自带软件记录连续10个呼吸周期的呼气末正压(positive end expiratory pressure,PEEP),利用放置在吸气回路的氧浓度测量仪记录连续10个呼吸周期的实际FiO₂

 图 1 体外模拟HFNC连接的示意图


1.3 统计学分析

计量资料归纳为均数±标准差,实际FiO₂变化率等于(设置值-实测值)/设置值×100%,单因素方差分析比较两款HFNC设备、不同设置氧浓度、设置流量、吸气峰流速和潮气量对实际FiO₂的影响,两两比较采用LSD法。P值<0。05为差异有统计学意义。所有的数据分析应用SPSS 22。0软件包进行。


2 结果

    当高流量氧疗仪的流量分别设置为20、40和60L/min时,输送管路末端实际测得的流速,设备A分别为20。41±0。52、40。87±0。61和61。35±0。84L/min,设备B分别为20。21±0。64、42。14±0。38、60。75±0。78L/min,设备A和B的实际流速在不同的设置流量时无显著差异(P﹤0。05)。当输送气体氧浓度分别设置为30,50%和70%,输送管路末端实际测得的氧浓度,设备A分别为30。71±0。83%,51。06±0。97%和69。75±0。52%,设备B分别为30。41±0。75%,50。76±0。85%和70。15±0。74%,设备A和B的实际输送气体氧浓度在不同的设置氧浓度时无显著差异(P﹤0。05)。

将所有的数据进行单因素方差分析显示,各种试验条件下,设备A和B对实际FiO₂无显著的影响(P>0.05),见图2-4。相同潮气量时,吸气峰流速对实际FiO₂都有显著的影响(P<0.05),见图2-4。设置流量对实际FiO₂都有显著的影响(P<0.05),见图5-7。随着设置氧浓度的增加,实际FiO2变化率显著增加,当设置氧浓度为30%,50%和70%,设备A和B平均实际FiO2变化率分别为8.23±2.31%、14.11±3.71%和16.01±4.31%。随着设置流速增加,实际FiO2变化率显著下降,当设置流量为20、40和60 L/min时,设备A和B平均实际FiO2变化率分别为22.56±6.42%、13.22±4.52%和11.35±5. 19%。相同潮气量,随着吸气峰流速增加,实际FiO2变化率显著增加,潮气量400ml时,吸气峰流速40 L/min和80 L/min,设备A和B平均实际FiO2变化率分别为6.51±2.41%、和12.12±3.59%;潮气量500ml时,吸气峰流速50 L/min和100 L/min,设备A和B平均实际FiO2变化率分别为8.21±2.65%、和14.67±3.81%。

 

     图 2 设置FiO2为30%时,不同设备和吸气峰流速对实际FiO2的影响

     *两者之间比较有统计学差异(P<0.05)



 图3 设置FiO2为50%时,不同设备和吸气峰流速对实际FiO2的影响

     *两者之间比较有统计学差异(P<0.05)

 


    图4 设置FiO2为70%时,不同设备和吸气峰流速对实际FiO2的影响

     *两者之间比较有统计学差异(P<0.05)


 

          图5 设置FiO2为30%时,不同设置流量对实际FiO2的影响

     *两者之间比较有统计学差异(P<0。05)

 


 

图6 设置FiO2为50%时,不同设置流量对实际FiO2的影响

     *两者之间比较有统计学差异(P<0.05)



 

图7 设置FiO2为70%时,不同设置流量对实际FiO2的影响

     *两者之间比较有统计学差异(P<0。05)

 

 

 

3 讨论

通过调节主动模拟肺的参数,我们在体外模拟了患者不同潮气量和吸气峰流速组合的自主呼吸,探讨HFNC时实际FiO₂的影响因素。研究发现,设备A和B的性能无显著差异,各种试验条件下,所测的实际FiO₂无显著差异,设置氧浓度、设置流量、吸气峰流速对实际FiO₂都有显著的影响,设置流量增加,实际FiO₂显著增加,越接近设置氧浓度,实际FiO₂变化率显著下降,设置氧浓度和吸气峰流速增加,实际FiO₂显著下降,越偏离设置氧浓度,实际FiO₂变化率显著增加。

呼吸机的原理非常复杂,涉及通气触发,控制和切换等多种技术,性能的评价指标也多达数十项,各自的影响因素也复杂的交互效应,既往研究发现,不同款式的呼吸机的性能在不同测试条件时存在较大差异。而HFNC设备相对于呼吸机工作原理较简单,性能的评价指标只有实际FiO₂和湿化性能两项。理论上只要能保证设置流量和设置氧浓度的准确和稳定,就能保证不同设备输出的实际FiO₂没有显著差异。本研究中两款HFNC设备的实际输送气体氧浓度和实际流速没有显著差异,因此在不同试验条件时实际FiO₂也无显著差异。有研究发现,不同HFNC设备的湿化性能有较大差异[5],但本研究由于试验条件的限制未对HFNC设备另一个重要的性能指标-湿化性能进行评测研究。

有研究比较了6种常用的吸氧装置(普通鼻导管、普通面罩、可重复吸入式储氧面罩、非重复吸入式储氧面罩、文丘里面罩和HFNC设备),发现只有当应用文丘里面罩和HFNC设备时,实际FiO₂能够不随呼吸频率和潮气量的变化而变化[6]。但是当患者的吸气峰流量大于HFNC的设置流量时,实际FiO₂同样不能保证恒定。Ritchie等人对一些健康志愿者通过运动来模拟通气需求增高及呼吸困难,发现当志愿者的吸气峰流量和HFNC 提供的流量有较大差距时,监测到的实际FiO₂与输出氧浓度甚至有20%的差别[7]。我们的研究也发现,随着设置流速增加,实际FiO₂变化率显著下降,而随着吸气峰流速增加,实际FiO₂变化率显著增加。

不同文献中关于经鼻高流量氧疗的设置流量并没有统一的下限标准,设置流量大于15、20或30L/min都可以算作经鼻高流量氧疗[8-10],而目前文献中大多将大于60L/min作为上限标准。对于一些严重呼吸窘迫的急性呼吸衰竭患者,吸气峰流速最高可达120L/min[11]。因此理论上讲,对于高吸气流速的患者,提供更

高的设置流量能够提供更稳定的FiO₂。机械通气本质上也是一种高流量氧疗装置,如果设置的峰流速不能满足患者的吸气需求,则会导致人机的不协调[12],对于高吸气需求的患者,更高流速≤100L/min,有可能增加人机同步性,减少吸气时间,有利于肺排空。目前大多数有创或无创呼吸机均能提供最高150L/min的峰流速设置以供临床选择[13]。HFNC设备和其他的高流量氧疗装置一样,提供恒定氧浓度的前提是设置流量应该高于患者吸气峰流速,因此有必要提供更高的设置流量(>60L/min)供临床选择。

理论上,HFNC能够提供相对恒定的实际FiO₂, 但是假设患者的吸气峰流速大于HFNC 的设置流量时,很可能会导致实际吸入气体被空气稀释,吸气峰流速和设置流速的差值越大,实际FiO₂越低,越偏离设置FiO₂。本研究证实这种假设,发现随着吸气峰流速增加,设置流速的下降,二者的差值越大,实际FiO₂变化率显著增加。而Chikata等人的两项研究均发现实际FiO₂同样受设置流速的影响,但实际FiO₂也受潮气量的影响,而不是峰流速,这可能与实验中采用固定的潮气量和峰流速组合有关[14,15]。在模拟成人HFNC的体外研究中,设置的潮气量300、500和700ml,分别对应吸气峰流速33、55和77L/min;在模拟新生儿HFNC的体外研究中,设置的潮气量20、30和40ml,分别对应吸气峰流速2.2、3.7和5.2L/min。本研究未设置相同吸气峰流速和不同潮气量的组合,未能进一步探讨潮气量和吸气峰流速分别对于实际FiO₂的影响,这有待进一步的研究。

本研究还发现,设置氧浓度越高,实际FiO₂越低,越偏离设置氧浓度,这可能与氧气和空气的密度不同有关。管路中气体的流量与气体密度的平方根成反比,设置氧浓度越高,气体密度越大,会导致管路中实际气体流量下降,HFNC设备为了达到设置流量,会输送更多的空气来补偿,导致实际吸入气体被空气稀释,从而导致实际FiO₂越低。

综上所述,HFNC设备提供恒定氧浓度的前提是设置流量应该高于患者吸气峰流速,设置氧浓度、设置流量、吸气峰流速对实际FiO₂都有显著的影响,设置流量增加,实际FiO₂变化率显著下降,设置氧浓度和吸气峰流速增加,实际FiO₂变化率显著增加。


此处略去英文参考文献内容

作者单位:中国医科大学附属第一医院呼吸内科(代冰、彭云、谭伟、赵洪文);塔城地区人民医院呼吸 内科(曾晓凤、金洪)

编辑整理:迈思小微


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关键词:FiO₂的影响因素研究,高流量呼吸湿化治疗仪,模拟肺

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