«Никогда не сомневайтесь в том, что небольшая группа вдумчивых, преданных своему делу граждан может изменить мир.На самом деле, он там один».
Миссия Cureus состоит в том, чтобы изменить давнюю модель медицинских публикаций, в которой представление исследований может быть дорогим, сложным и занимать много времени.
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 расходом: имитационное исследование.Излечение 14(5): e25122.дои: 10.7759/cureus.25122
Цель: Долю вдыхаемого кислорода следует измерять, когда пациенту дают кислород, поскольку она представляет собой альвеолярную концентрацию кислорода, что важно с точки зрения физиологии дыхания.Таким образом, 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 назальные канюли с низкой и высокой скоростью потока и простые кислородные маски.После 120 с кислорода измеряли долю вдыхаемого воздуха каждую секунду в течение 30 с.Для каждого состояния было проведено три измерения.
РЕЗУЛЬТАТЫ. Воздушный поток уменьшал интратрахеальную фракцию кислорода во вдыхаемом воздухе и концентрацию кислорода во внеротовой полости при использовании назальной канюли с низким расходом, что свидетельствует о том, что экспираторное дыхание происходило во время обратного дыхания и может быть связано с увеличением интратрахеальной фракции вдыхаемого кислорода.
Вывод.Вдыхание кислорода при выдохе 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 скорость потока для больного и конкретных условий, независимо от значения фракции вдыхаемого кислорода.При использовании носовых канюлей с низким расходом и простых кислородных масок в клинических условиях может быть трудно оценить долю вдыхаемого кислорода.
Введение кислорода во время острой и хронической фаз дыхательной недостаточности является обычной 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].Процентное содержание кислорода во вдыхаемом воздухе (FiO2) — это процентное содержание кислорода во вдыхаемом воздухе, которое участвует в альвеолярном газообмене.Степень оксигенации (отношение P/F) представляет собой отношение парциального давления кислорода (PaO2) к FiO2 в артериальной крови.Хотя диагностическая ценность отношения P/F остается спорной, это широко используемый показатель 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 контур вентиляции, в то время 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 ротовая полость, глотка и трахея, в современной литературе нет сообщений по этому вопросу.Однако некоторые клиницисты считают, что на практике эти факторы менее важны и что «баллов» 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 носоглоточного сопротивления, что нельзя упускать из виду при назначении кислорода [10,11].Кроме того, может оказаться необходимым 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 отношения P/F.
Другие методы доставки кислорода, кроме интубации, часто используются в рутинной клинической практике.Поэтому важно собрать больше данных о FiO2, измеренном с помощью этих устройств 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.Для имитации спонтанного дыхания мы подготовили модель спонтанного дыхания со ссылкой на модель, разработанную Hsu et al.(рис. 1) [12].Аппараты ИВЛ и тестовые легкие (Dual Adult TTL; Grand Rapids, MI: Michigan Instruments, Inc.) от анестезиологического оборудования (Fabius Plus; Любек, Германия: Draeger, Inc.) были подготовлены для имитации спонтанного дыхания.Два устройства вручную соединяются жесткими металлическими ремнями.Один сильфон (сторона привода) тестового легкого соединен с вентилятором.Другой мех (пассивная сторона) тестового легкого подключен к «Модели управления кислородом».Как только вентилятор подает свежий газ для проверки легких (сторона привода), сильфон надувается за счет принудительного натяжения другого сильфона (пассивная сторона).Это движение вдыхает газ через трахею манекена, таким образом имитируя спонтанное дыхание.
(a) кислородный монитор, (b) манекен, (c) тестовое легкое, (d) устройство для анестезии, (e) кислородный монитор и (f) электрический вентилятор.
Настройки аппарата ИВЛ были следующими: дыхательный объем 500 мл, частота дыхания 10 вдохов/мин, отношение вдоха к выдоху (соотношение вдох/выдох) 1:2 (время дыхания = 1 с).Для экспериментов податливость испытуемого легкого была установлена ​​на 0,5.
Для модели управления кислородом использовали 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 для каждой измеряли FiO2.Для HFNC (MaxVenturi; Coleraine, Северная Ирландия: Armstrong Medical) кислородно-воздушные смеси вводили в объемах 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55 и 60 л, а FiO2 оценивается в каждом конкретном случае.Для HFNC эксперименты проводились при 45%, 60% и 90% концентрации кислорода.
Внеротовая концентрация кислорода (BSM-6301; Токио, Япония: Nihon Kohden Co.) измерялась на 3 см выше верхних резцов с подачей кислорода через носовую канюлю (Finefit; Осака, Япония: Japan Medicalnext Co.) (рис. 1).) Интубация с использованием электрического вентилятора (HEF-33YR; Токио, Япония: Hitachi) для выдувания воздуха из головы манекена для устранения обратного дыхания на выдохе, и через 2 минуты было измерено FiO2.
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 кислород оценивают через назальные канюли, чтобы можно было измерить FiO2.Метод расчета, использованный в этом эксперименте, варьировался в зависимости от содержания спонтанного дыхания (табл. 1).Баллы рассчитываются на основе условий дыхания, установленных в анестезиологическом устройстве (дыхательный объем: 500 мл, частота дыхания: 10 вдохов/мин, соотношение вдоха к выдоху {соотношение вдоха: выдоха} = 1:2).
«Очки» рассчитываются для каждой скорости потока кислорода.Назальная канюля использовалась для введения кислорода в LFNC.
Все анализы проводились с использованием программного обеспечения Origin (Нортгемптон, Массачусетс: OriginLab Corporation).Результаты выражены как среднее ± стандартное отклонение (SD) количества тестов (N) [12].Мы округлили все результаты до двух знаков после запятой.
Для расчета «балла» количество кислорода, вдыхаемого в легкие за один вдох, равно количеству кислорода внутри назальной канюли, а остальное — наружный воздух.Таким образом, при времени вдоха 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 представляет собой количество кислорода, доставленного в дыхательный объем.Следовательно, «оценку» FiO2 можно рассчитать, разделив общее количество потребленного кислорода на дыхательный объем.
Перед каждым измерением внутритрахеальный кислородный монитор калибровали на 20,8%, а внеротовой кислородный монитор калибровали 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 комнатному воздуху, значение FiO2 в трахее выше «расчетного значения» более 2 л/мин.С воздушным потоком 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 ЛФНК выше, чем у простой кислородной маски.При 1-5 л/мин разница в FiO2 составляет около 11-24%.
В таблице 3 показаны 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 (таблица 3).
Значения внутритрахеального FiO2 были выше «расчетных» значений, а значения внеротового FiO2 были выше, чем в комнатном воздухе при использовании LFNC.Было обнаружено, что поток воздуха снижает внутритрахеальный и внеротовой FiO2.Эти результаты предполагают, что экспираторное дыхание происходило во время обратного дыхания LFNC.С воздушным потоком или без него разница FiO2 уменьшается по мере увеличения скорости потока.Этот результат предполагает, что другой фактор может быть связан с повышенным FiO2 в трахее.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 обратного дыхания на выдохе.Ожидается, что это может существенно повлиять на разницу между измеренными и «оценочными» значениями для назальных канюль.
При низких скоростях потока 1–5 л/мин FiO2 простой маски было ниже, чем у назальной канюли, вероятно, потому, что концентрация кислорода не увеличивается легко, когда часть маски становится анатомически мертвой зоной.Поток кислорода сводит к минимуму разбавление воздуха в помещении и стабилизирует FiO2 выше 5 л/мин [12].Ниже 5 л/мин низкие значения FiO2 возникают из-за разбавления комнатного воздуха и повторного вдыхания мертвого пространства [12].На самом деле точность расходомеров кислорода может сильно различаться.MiniOx 3000 используется для мониторинга концентрации кислорода, однако устройство не имеет достаточного временного разрешения для измерения изменений концентрации кислорода в выдыхаемом воздухе (производители указывают 20 секунд для представления 90% реакции).Для этого требуется кислородный монитор с более быстрым откликом во времени.
В реальной клинической практике морфология полости носа, полости рта и глотки варьирует от человека к человеку, и значение FiO2 может отличаться от результатов, полученных в данном исследовании.Кроме того, респираторный статус больных различается, и более высокое потребление кислорода приводит к снижению содержания кислорода в экспираторных вдохах.Эти условия могут привести к снижению значений FiO2.Поэтому трудно оценить достоверный FiO2 при использовании ЛФНК и простых кислородных масок в реальных клинических ситуациях.Однако этот эксперимент предполагает, что концепции анатомического мертвого пространства и рекуррентного экспираторного дыхания могут влиять на FiO2.Учитывая это открытие, FiO2 может значительно увеличиваться даже при низких скоростях потока, в зависимости от условий, а не от «оценок».
Британское торакальное общество рекомендует клиницистам назначать кислород в соответствии с целевым диапазоном сатурации и контролировать состояние пациента для поддержания целевого диапазона сатурации [14].Хотя «расчетное значение» FiO2 в этом исследовании было очень низким, можно достичь фактического FiO2 выше «расчетного значения» в зависимости от состояния пациента.
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.Аналогичные 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.Дайзарт и др.Предполагается, что первичным 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 использовался катетер для измерения FiO2 в носоглотке, но FiO2 был 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 ВФНК существенное влияние оказывают условия в носовой полости, и ВФНК часто активируется при высоких скоростях потока.Если дыхание улучшается, может также потребоваться уменьшение скорости потока, так как FiO2 может быть достаточно.
Эти результаты основаны на моделировании и не предполагают, что результаты FiO2 могут быть непосредственно применены к реальным пациентам.Однако, исходя из этих результатов, в случае интубации или устройств, отличных от HFNC, можно ожидать, что значения FiO2 будут значительно различаться в зависимости от условий.При подаче кислорода с помощью LFNC или простой кислородной маски в клинических условиях лечение обычно оценивают только по значению «насыщения периферической артериальной крови кислородом» (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 соавт.и Бизли и др.Было высказано предположение, что нестабильные пациенты действительно могут подвергаться риску из-за профилактического применения высококонцентрированной оксигенотерапии [21-24].В периоды физического ухудшения состояния пациенты, получающие высококонцентрированную оксигенотерапию, будут иметь высокие показания пульсоксиметра, что может маскировать постепенное снижение отношения P/F и, таким образом, может не предупредить персонал в нужное время, что приведет к надвигающемуся ухудшению состояния, требующему механического вмешательства.поддерживать.Ранее считалось, что высокий FiO2 обеспечивает защиту и безопасность пациентов, но эта теория неприменима в клинических условиях [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 могут быть получены только при интубации или HFNC.При использовании LFNC или простой кислородной маски следует обеспечить профилактическую подачу кислорода для предотвращения легкой дыхательной недостаточности.Эти устройства могут не подходить, когда требуется критическая оценка состояния дыхания, особенно когда результаты FiO2 являются критическими.Даже при низкой скорости потока FiO2 увеличивается с потоком 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 неудачи раннего обнаружения.Дозировку кислорода следует определять после определения того, какие жизненные 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 руководством, необходимо установить соответствующий поток для пациента, независимо от значения FiO2 для рутинных измерений инспираторного потока.
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, не будучи инвазивными.Дальнейшие исследования с использованием неинвазивных измерительных устройств должны быть проведены в будущем.
В этом исследовании мы измерили внутритрахеальный FiO2, используя модель моделирования спонтанного дыхания LFNC, простую кислородную маску и HFNC.Управление кислородом во время выдоха может привести к увеличению концентрации кислорода в анатомическом мертвом пространстве, что может быть связано с увеличением доли вдыхаемого кислорода.С HFNC высокая доля вдыхаемого кислорода может быть получена даже при скорости потока 10 л/мин.При определении оптимального количества кислорода необходимо установить соответствующую скорость потока для больного и конкретных условий, не зависящую только от значений фракции вдыхаемого кислорода.Оценка процента кислорода, вдыхаемого при использовании LFNC и простой кислородной маски в клинических условиях, может быть сложной задачей.
Полученные данные свидетельствуют о том, что экспираторное дыхание связано с повышением FiO2 в трахее ЛФНК.При определении количества кислорода, рекомендованного руководствами, необходимо установить соответствующий поток для пациента, независимо от значения FiO2, измеренного с использованием традиционного потока вдоха.
Субъекты-люди: все авторы подтвердили, что в этом исследовании не участвовали люди или ткани.Субъекты-животные: Все авторы подтвердили, что в этом исследовании не участвовали животные или ткани.Конфликт интересов: В соответствии с Единой формой раскрытия информации ICMJE все авторы заявляют следующее: Информация об оплате/услуге: 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 нет никаких других отношений или действий, которые могут повлиять на представленную работу.
Мы хотели бы поблагодарить г-на Тору Сида (IMI Co., Ltd, Центр обслуживания клиентов Кумамото, Япония) за его 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 расходом: имитационное исследование.Излечение 14(5): e25122.дои: 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 оригинального автора и источника.
Это статья с открытым доступом, распространяемая в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.
(a) кислородный монитор, (b) манекен, (c) тестовое легкое, (d) устройство для анестезии, (e) кислородный монитор и (f) электрический вентилятор.
Настройки аппарата ИВЛ были следующими: дыхательный объем 500 мл, частота дыхания 10 вдохов/мин, отношение вдоха к выдоху (соотношение вдох/выдох) 1:2 (время дыхания = 1 с).Для экспериментов податливость испытуемого легкого была установлена ​​на 0,5.
«Очки» рассчитываются для каждой скорости потока кислорода.Назальная канюля использовалась для введения кислорода в LFNC.
Scholarly Impact Quotient™ (SIQ™) — это наш уникальный процесс экспертной оценки 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 любой контент или действия, содержащиеся на наших партнерских или аффилированных сайтах.
Scholarly Impact Quotient™ (SIQ™) — это наш уникальный процесс экспертной оценки 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 собственные статьи.)
Высокие рейтинги следует присваивать действительно новаторским работам в соответствующих областях.Любое значение выше 5 следует рассматривать как выше среднего.Хотя все зарегистрированные пользователи Cureus могут оценивать любую опубликованную статью, мнения экспертов в предметной области имеют значительно больший вес, чем мнения неспециалистов.SIQ™ статьи появится рядом со статьей после того, как она будет оценена дважды, и будет пересчитываться с каждым дополнительным баллом.
Scholarly Impact Quotient™ (SIQ™) — это наш уникальный процесс экспертной оценки 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 собственные статьи.)
Обратите внимание, что тем самым вы соглашаетесь быть добавленным в список рассылки нашего ежемесячного информационного бюллетеня по электронной почте.