«Никогда не сомневайтесь в том, что небольшая группа вдумчивых и преданных своему делу граждан может изменить мир.Фактически, он там единственный».
Миссия Cureus — изменить устоявшуюся модель медицинских публикаций, в которой представление результатов исследований может быть дорогостоящим, сложным и трудоемким.
Цитируйте эту статью как: Кодзима Ю., Сендо Р., Окаяма Н. и др.(18 мая 2022 г.) Соотношение вдыхаемого кислорода в устройствах с низким и высоким потоком: моделирование.Способ лечения 14(5): e25122.doi:10.7759/cureus.25122
Цель: При подаче кислорода больному следует измерять долю вдыхаемого кислорода, поскольку она представляет собой альвеолярную концентрацию кислорода, важную с точки зрения физиологии дыхания.Поэтому целью данного исследования было сравнение доли вдыхаемого кислорода, полученного с помощью различных устройств доставки кислорода.
Методы: использовалась имитационная модель спонтанного дыхания.Измерьте долю вдыхаемого кислорода, полученного через носовые канюли с низким и высоким потоком и простые кислородные маски.После 120 с подачи кислорода фракцию вдыхаемого воздуха измеряли каждую секунду в течение 30 с.Для каждого условия было проведено три измерения.
РЕЗУЛЬТАТЫ: Воздушный поток уменьшал фракцию интратрахеального вдыхаемого кислорода и концентрацию экстраорального кислорода при использовании назальной канюли с низким потоком, что позволяет предположить, что экспираторное дыхание происходит во время повторного дыхания и может быть связано с увеличением фракции интратрахеального вдыхаемого кислорода.
Заключение.Вдыхание кислорода во время выдоха может привести к увеличению концентрации кислорода в анатомическом мертвом пространстве, что может быть связано с увеличением доли вдыхаемого кислорода.Используя назальную канюлю с высоким потоком, можно получить высокий процент вдыхаемого кислорода даже при скорости потока 10 л/мин.При определении оптимального количества кислорода необходимо установить соответствующую пациенту и конкретным условиям скорость потока независимо от величины фракции вдыхаемого кислорода.При использовании назальных канюлей с низким потоком и простых кислородных масок в клинических условиях может быть сложно оценить долю вдыхаемого кислорода.
Введение кислорода во время острой и хронической фаз дыхательной недостаточности является распространенной процедурой в клинической медицине.Различные методы введения кислорода включают канюлю, назальную канюлю, кислородную маску, резервуарную маску, маску Вентури и назальную канюлю с высоким потоком (HFNC) [1-5].Процент кислорода во вдыхаемом воздухе (FiO2) — это процент кислорода во вдыхаемом воздухе, который участвует в альвеолярном газообмене.Степень оксигенации (соотношение P/F) — это отношение парциального давления кислорода (PaO2) к FiO2 в артериальной крови.Хотя диагностическая ценность соотношения P/F остается спорной, оно является широко используемым показателем оксигенации в клинической практике [6-8].Поэтому клинически важно знать значение FiO2 при подаче кислорода пациенту.
Во время интубации FiO2 можно точно измерить с помощью кислородного монитора, включающего вентиляционный контур, тогда как при введении кислорода с помощью назальной канюли и кислородной маски можно измерить только «оценку» FiO2 на основе времени вдоха.Эта «оценка» представляет собой отношение подачи кислорода к дыхательному объему.Однако при этом не учитываются некоторые факторы с точки зрения физиологии дыхания.Исследования показали, что на измерения FiO2 могут влиять различные факторы [2,3].Хотя введение кислорода во время выдоха может привести к увеличению концентрации кислорода в анатомических мертвых пространствах, таких как полость рта, глотка и трахея, в современной литературе сообщений по этому вопросу нет.Однако некоторые врачи считают, что на практике эти факторы менее важны и что «оценок» достаточно для преодоления клинических проблем.
В последние годы HFNC привлекает особое внимание в неотложной медицине и интенсивной терапии [9].HFNC обеспечивает высокий поток FiO2 и кислорода с двумя основными преимуществами – промыванием мертвого пространства глотки и снижением сопротивления носоглотки, что не следует упускать из виду при назначении кислорода [10,11].Кроме того, может возникнуть необходимость предположить, что измеренное значение FiO2 представляет собой концентрацию кислорода в дыхательных путях или альвеолах, поскольку концентрация кислорода в альвеолах во время вдоха важна с точки зрения соотношения P/F.
В рутинной клинической практике часто используются методы доставки кислорода, отличные от интубации.Поэтому важно собрать больше данных о FiO2, измеренном с помощью этих устройств для доставки кислорода, чтобы предотвратить ненужную гипероксигенацию и получить представление о безопасности дыхания во время оксигенации.Однако измерение FiO2 в трахее человека затруднено.Некоторые исследователи пытались имитировать FiO2, используя модели спонтанного дыхания [4,12,13].Поэтому в этом исследовании мы стремились измерить FiO2, используя смоделированную модель спонтанного дыхания.
Это пилотное исследование, которое не требует этического одобрения, поскольку в нем не участвуют люди.Чтобы моделировать спонтанное дыхание, мы подготовили модель спонтанного дыхания на основе модели, разработанной Сюй и др.(рис. 1) [12].Аппараты искусственной вентиляции легких и тестовые легкие (TTL для взрослых; Гранд-Рапидс, Мичиган: Michigan Instruments, Inc.) от анестезиологического оборудования (Fabius Plus; Любек, Германия: Draeger, Inc.) были подготовлены для имитации самостоятельного дыхания.Два устройства соединяются вручную жесткими металлическими ремнями.Один сильфон (сторона привода) тестового легкого соединен с вентилятором.Другой сильфон (пассивная сторона) тестового легкого подключен к «Модели управления кислородом».Как только аппарат ИВЛ подает свежий газ для проверки легких (сторона привода), сильфон надувается путем принудительного натяжения другого сильфона (пассивная сторона).При этом движении газ вдыхается через трахею манекена, имитируя таким образом самостоятельное дыхание.
(а) кислородный монитор, (б) манекен, (в) тестовое легкое, (г) наркозный аппарат, (д) ​​кислородный монитор и (е) электрический аппарат искусственной вентиляции легких.
Настройки аппарата ИВЛ были следующими: дыхательный объем 500 мл, частота дыхания 10 вдохов/мин, соотношение вдоха и выдоха (соотношение вдоха/выдоха) 1:2 (время дыхания = 1 с).Для экспериментов податливость испытуемого легкого была установлена ​​равной 0,5.
Для модели управления кислородом использовались кислородный монитор (MiniOx 3000; Питтсбург, Пенсильвания: American Medical Services Corporation) и манекен (MW13; Киото, Япония: Kyoto Kagaku Co., Ltd.).Чистый кислород вводили со скоростью 1, 2, 3, 4 и 5 л/мин и измеряли FiO2 для каждого.Для HFNC (MaxVenturi; Колрейн, Северная Ирландия: Armstrong Medical) кислородно-воздушные смеси вводили в объемах 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55 и 60 л, FiO2 оценивается в каждом случае.Для HFNC эксперименты проводились при концентрациях кислорода 45%, 60% и 90%.
Внеротовую концентрацию кислорода (BSM-6301; Токио, Япония: Nihon Kohden Co.) измеряли на расстоянии 3 см над резцами верхней челюсти при подаче кислорода через носовую канюлю (Finefit; Осака, Япония: Japan Medicalnext Co.) (рис. 1).) Интубация с использованием электрического аппарата искусственной вентиляции легких (HEF-33YR; Токио, Япония: Hitachi) для выдувания воздуха из головы манекена для устранения обратного дыхания на выдохе и измерение FiO2 через 2 минуты.
После 120 секунд воздействия кислорода FiO2 измеряли каждую секунду в течение 30 секунд.Проветривайте манекен и лабораторию после каждого измерения.FiO2 измеряли 3 раза в каждом состоянии.Эксперимент начинался после калибровки каждого измерительного прибора.
Традиционно уровень кислорода измеряется через назальные канюли, чтобы можно было измерить FiO2.Метод расчета, использованный в этом эксперименте, варьировался в зависимости от содержания спонтанного дыхания (табл. 1).Оценки рассчитываются на основе условий дыхания, установленных в наркозном устройстве (дыхательный объем: 500 мл, частота дыхания: 10 вдохов/мин, соотношение вдоха и выдоха {соотношение вдоха: выдоха} = 1:2).
«Оценки» рассчитываются для каждой скорости потока кислорода.Для подачи кислорода в LFNC использовали носовую канюлю.
Все анализы проводились с использованием программного обеспечения Origin (Нортгемптон, Массачусетс: OriginLab Corporation).Результаты выражаются как среднее ± стандартное отклонение (SD) количества тестов (N) [12].Мы округлили все результаты до двух десятичных знаков.
Для расчета «счета» количество кислорода, вдыхаемого в легкие за один вдох, равно количеству кислорода внутри носовой канюли, а остальное составляет наружный воздух.Таким образом, при времени дыхания 2 с кислород, доставляемый носовой канюлей за 2 с, составляет 1000/30 мл.Доза кислорода, полученного из наружного воздуха, составила 21% от дыхательного объема (1000/30 мл).Конечный FiO2 — это количество кислорода, доставленное в дыхательный объем.Следовательно, «оценку» FiO2 можно рассчитать, разделив общее количество потребляемого кислорода на дыхательный объем.
Перед каждым измерением интратрахеальный кислородный монитор калибровался на 20,8%, а экстраоральный кислородный монитор калибровался на 21%.В таблице 1 показаны средние значения FiO2 LFNC при каждой скорости потока.Эти значения в 1,5-1,9 раза превышают «расчетные» значения (табл. 1).Концентрация кислорода вне рта выше, чем в воздухе помещений (21%).Среднее значение уменьшалось до введения воздушного потока от электровентилятора.Эти значения аналогичны «оценочным значениям».При воздушном потоке, когда концентрация кислорода вне рта близка к комнатной, значение FiO2 в трахее превышает «расчетное значение» более 2 л/мин.С потоком воздуха или без него разница FiO2 уменьшалась по мере увеличения скорости потока (рис. 2).
В таблице 2 показаны средние значения FiO2 при каждой концентрации кислорода для простой кислородной маски (кислородная маска Ecolite; Осака, Япония: Japan Medicalnext Co., Ltd.).Эти значения увеличивались с увеличением концентрации кислорода (табл. 2).При одинаковом потреблении кислорода FiO2 у ЛФНК выше, чем у простой кислородной маски.При 1-5 л/мин разница FiO2 составляет около 11-24%.
В таблице 3 приведены средние значения FiO2 для HFNC при каждой скорости потока и концентрации кислорода.Эти значения были близки к целевой концентрации кислорода независимо от того, была ли скорость потока низкой или высокой (табл. 3).
При использовании LFNC внутритрахеальные значения FiO2 были выше «расчетных» значений, а экстраоральные значения FiO2 были выше, чем в комнатном воздухе.Было обнаружено, что воздушный поток снижает внутритрахеальное и внеротовое FiO2.Эти результаты позволяют предположить, что экспираторное дыхание происходило во время повторного дыхания LFNC.С воздушным потоком или без него разница FiO2 уменьшается по мере увеличения скорости потока.Этот результат позволяет предположить, что с повышенным уровнем FiO2 в трахее может быть связан еще один фактор.Кроме того, они также указали, что оксигенация увеличивает концентрацию кислорода в анатомическом мертвом пространстве, что может быть связано с увеличением FiO2 [2].Принято считать, что LFNC не вызывает повторного дыхания на выдохе.Ожидается, что это может существенно повлиять на разницу между измеренными и «расчетными» значениями для назальных канюль.
При низких скоростях потока 1–5 л/мин FiO2 простой маски был ниже, чем у назальной канюли, вероятно, потому, что концентрация кислорода не увеличивается легко, когда часть маски становится анатомически мертвой зоной.Поток кислорода минимизирует разбавление воздуха в помещении и стабилизирует уровень FiO2 выше 5 л/мин [12].Ниже 5 л/мин низкие значения FiO2 возникают из-за разбавления воздуха помещения и повторного дыхания мертвого пространства [12].Фактически точность расходомеров кислорода может сильно различаться.MiniOx 3000 используется для мониторинга концентрации кислорода, однако устройство не имеет достаточного временного разрешения для измерения изменений концентрации выдыхаемого кислорода (производители указывают 20 секунд, чтобы представить 90% отклик).Для этого требуется кислородный монитор с более быстрым откликом.
В реальной клинической практике морфология полости носа, полости рта и глотки варьируется от человека к человеку, а значение FiO2 может отличаться от результатов, полученных в данном исследовании.Кроме того, респираторный статус пациентов различается, и более высокое потребление кислорода приводит к снижению содержания кислорода в выдохе.Эти условия могут привести к снижению значений FiO2.Поэтому сложно оценить надежность FiO2 при использовании ЛФНК и простых кислородных масок в реальных клинических ситуациях.Однако этот эксперимент предполагает, что концепции анатомического мертвого пространства и повторного выдоха могут влиять на FiO2.Учитывая это открытие, FiO2 может значительно увеличиться даже при низких скоростях потока, в зависимости от условий, а не от «оценок».
Британское торакальное общество рекомендует врачам назначать кислород в соответствии с целевым диапазоном насыщения и следить за состоянием пациента для поддержания целевого диапазона насыщения [14].Хотя «расчетное значение» FiO2 в этом исследовании было очень низким, в зависимости от состояния пациента можно добиться фактического FiO2, превышающего «расчетное значение».
При использовании HFNC значение FiO2 близко к заданной концентрации кислорода независимо от скорости потока.Результаты этого исследования показывают, что высокие уровни FiO2 могут быть достигнуты даже при скорости потока 10 л/мин.Подобные исследования не показали изменений FiO2 между 10 и 30 л [12,15].Сообщается, что высокая скорость потока HFNC устраняет необходимость учитывать анатомическое мертвое пространство [2,16].Анатомическое мертвое пространство потенциально может быть вымыто при скорости потока кислорода более 10 л/мин.Дайсарт и др.Предполагается, что основным механизмом действия ВПТ может быть промывание мертвого пространства носоглоточной полости, тем самым уменьшая общее мертвое пространство и увеличивая долю минутной вентиляции (т. е. альвеолярной вентиляции) [17].
В предыдущем исследовании HFNC для измерения FiO2 в носоглотке использовался катетер, но FiO2 было ниже, чем в этом эксперименте [15,18-20].Ричи и др.Сообщалось, что расчетное значение FiO2 приближается к 0,60 при увеличении скорости потока газа выше 30 л/мин при носовом дыхании [15].На практике для HFNC требуется скорость потока 10–30 л/мин или выше.Благодаря свойствам HFNC существенное влияние оказывают условия в полости носа, и HFNC часто активируется при высоких скоростях потока.Если дыхание улучшится, может потребоваться также уменьшение скорости потока, поскольку FiO2 может быть достаточным.
Эти результаты основаны на моделировании и не предполагают, что результаты FiO2 могут быть напрямую применены к реальным пациентам.Однако на основании этих результатов можно ожидать, что в случае интубации или устройств, отличных от HFNC, значения FiO2 будут значительно варьироваться в зависимости от условий.При подаче кислорода с помощью LFNC или простой кислородной маски в клинических условиях лечение обычно оценивается только по значению «сатурации периферического артериального кислорода» (SpO2) с помощью пульсоксиметра.При развитии анемии рекомендуется строгое ведение больного независимо от SpO2, PaO2 и содержания кислорода в артериальной крови.Кроме того, Даунс и др.и Бисли и др.Было высказано предположение, что нестабильные пациенты действительно могут подвергаться риску из-за профилактического использования высококонцентрированной кислородной терапии [21-24].В периоды физического ухудшения у пациентов, получающих высококонцентрированную кислородную терапию, будут наблюдаться высокие показания пульсоксиметра, которые могут маскировать постепенное снижение отношения P/F и, таким образом, не могут вовремя предупредить персонал, что приведет к надвигающемуся ухудшению состояния, требующему механического вмешательства.поддерживать.Ранее считалось, что высокий уровень FiO2 обеспечивает защиту и безопасность пациентов, но эта теория неприменима к клиническим условиям [14].
Поэтому следует соблюдать осторожность даже при назначении кислорода в периоперационном периоде или на ранних стадиях дыхательной недостаточности.Результаты исследования показывают, что точные измерения FiO2 можно получить только с помощью интубации или HFNC.При использовании LFNC или простой кислородной маски следует обеспечить профилактическую подачу кислорода для предотвращения легкой респираторной недостаточности.Эти устройства могут оказаться непригодными, когда требуется критическая оценка респираторного статуса, особенно когда результаты FiO2 имеют решающее значение.Даже при низкой скорости потока FiO2 увеличивается с увеличением потока кислорода и может маскировать дыхательную недостаточность.Кроме того, даже при использовании SpO2 для послеоперационного лечения желательно иметь как можно более низкую скорость потока.Это необходимо для раннего выявления дыхательной недостаточности.Высокий поток кислорода увеличивает риск неудачного раннего обнаружения.Дозировку кислорода следует определять после определения того, какие жизненно важные показатели улучшаются при введении кислорода.Основываясь только на результатах этого исследования, не рекомендуется менять концепцию управления кислородом.Однако мы считаем, что новые идеи, представленные в этом исследовании, следует рассматривать с точки зрения методов, используемых в клинической практике.Кроме того, при определении количества кислорода, рекомендованного руководствами, необходимо установить соответствующий поток для пациента, независимо от значения FiO2 для рутинных измерений потока на вдохе.
Мы предлагаем пересмотреть понятие FiO2 с учетом объема оксигенотерапии и клинических условий, поскольку FiO2 является незаменимым параметром для управления введением кислорода.Однако это исследование имеет несколько ограничений.Если FiO2 можно измерить в трахее человека, можно получить более точное значение.Однако в настоящее время трудно выполнить такие измерения без инвазивного вмешательства.В будущем должны быть проведены дальнейшие исследования с использованием неинвазивных измерительных приборов.
В этом исследовании мы измеряли внутритрахеальное FiO2, используя модель спонтанного дыхания LFNC, простую кислородную маску и HFNC.Управление подачей кислорода во время выдоха может привести к увеличению концентрации кислорода в анатомическом мертвом пространстве, что может быть связано с увеличением доли вдыхаемого кислорода.С помощью HFNC можно получить большую долю вдыхаемого кислорода даже при скорости потока 10 л/мин.При определении оптимального количества кислорода необходимо установить соответствующую пациенту и конкретным условиям скорость потока, не зависящую только от значений фракции вдыхаемого кислорода.Оценка процентного содержания кислорода, вдыхаемого при использовании LFNC и простой кислородной маски в клинических условиях, может оказаться сложной задачей.
Полученные данные свидетельствуют о том, что экспираторное дыхание связано с увеличением FiO2 в трахее ЛФНК.При определении количества кислорода, рекомендованного методическими рекомендациями, необходимо установить соответствующий поток для пациента независимо от значения FiO2, измеренного с помощью традиционного потока вдоха.
Люди: все авторы подтвердили, что в этом исследовании не участвовали люди или ткани.Животные-субъекты: Все авторы подтвердили, что в этом исследовании не участвовали животные или ткани.Конфликты интересов: В соответствии с Единой формой раскрытия информации ICMJE все авторы заявляют следующее: Информация об оплате/услугах: Все авторы заявляют, что они не получали финансовой поддержки от какой-либо организации для представленной работы.Финансовые отношения: Все авторы заявляют, что в настоящее время или в течение последних трех лет они не имеют финансовых отношений с какой-либо организацией, которая может быть заинтересована в представленной работе.Другие отношения: Все авторы заявляют, что не существует никаких других отношений или действий, которые могли бы повлиять на представленную работу.
Мы хотели бы поблагодарить г-на Тору Шида (IMI Co., Ltd, Центр обслуживания клиентов Кумамото, Япония) за помощь в этом исследовании.
Кодзима Ю., Сендо Р., Окаяма Н. и др.(18 мая 2022 г.) Соотношение вдыхаемого кислорода в устройствах с низким и высоким потоком: моделирование.Способ лечения 14(5): e25122.doi:10.7759/cureus.25122
© Copyright 2022 Кодзима и др.Это статья в открытом доступе, распространяемая на условиях лицензии Creative Commons Attribution License CC-BY 4.0.Разрешается неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания первоначального автора и источника.
Это статья с открытым доступом, распространяемая по лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.
(а) кислородный монитор, (б) манекен, (в) тестовое легкое, (г) наркозный аппарат, (д) ​​кислородный монитор и (е) электрический аппарат искусственной вентиляции легких.
Настройки аппарата ИВЛ были следующими: дыхательный объем 500 мл, частота дыхания 10 вдохов/мин, соотношение вдоха и выдоха (соотношение вдоха/выдоха) 1:2 (время дыхания = 1 с).Для экспериментов податливость испытуемого легкого была установлена ​​равной 0,5.
«Оценки» рассчитываются для каждой скорости потока кислорода.Для подачи кислорода в LFNC использовали носовую канюлю.
Scholarly Impact Quotient™ (SIQ™) — это наш уникальный процесс оценки рецензирования после публикации.Узнайте больше здесь.
Эта ссылка приведет вас на сторонний веб-сайт, не связанный с Cureus, Inc. Обратите внимание, что Cureus не несет ответственности за какой-либо контент или деятельность, содержащуюся на наших партнерских или дочерних сайтах.
Scholarly Impact Quotient™ (SIQ™) — это наш уникальный процесс оценки рецензирования после публикации.SIQ™ оценивает важность и качество статей, используя коллективный разум всего сообщества Cureus.Всем зарегистрированным пользователям предлагается внести свой вклад в SIQ™ любой опубликованной статьи.(Авторы не могут оценивать свои статьи.)
Высокие рейтинги должны присваиваться действительно инновационным работам в соответствующих областях.Любое значение выше 5 следует считать выше среднего.Хотя все зарегистрированные пользователи Cureus могут оценить любую опубликованную статью, мнения экспертов в данной области имеют значительно больший вес, чем мнения неспециалистов.SIQ™ статьи появится рядом с ней после того, как ей будет присвоена двойная оценка, и будет пересчитываться с каждым дополнительным баллом.
Scholarly Impact Quotient™ (SIQ™) — это наш уникальный процесс оценки рецензирования после публикации.SIQ™ оценивает важность и качество статей, используя коллективный разум всего сообщества Cureus.Всем зарегистрированным пользователям предлагается внести свой вклад в SIQ™ любой опубликованной статьи.(Авторы не могут оценивать свои статьи.)
Обратите внимание, что, делая это, вы соглашаетесь быть добавленным в наш ежемесячный список рассылки по электронной почте.