瓣膜式氣管導(dǎo)管的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

胡大偉，張小蘭

五家渠農(nóng)六師醫(yī)院 麻醉科，新疆五家渠 831300

氣管插管器具和技術(shù)的發(fā)展是麻醉發(fā)展史的一項(xiàng)重大進(jìn)步，也是呼吸道管理的里程碑。

氣管插管最早是為了對(duì)逆水者進(jìn)行復(fù)蘇而不是用于麻醉，John Snow等人曾通過(guò)氣管切開的方法對(duì)患者進(jìn)行麻醉，而第一個(gè)進(jìn)行選擇性經(jīng)口氣管插管的是1878年蘇格蘭外科醫(yī)師Willian Macewan，用的是一根易彎曲的金屬管[1]，同期美國(guó)外科醫(yī)師Joseph O'Dwyer在治療白喉兒童時(shí)設(shè)計(jì)的一系列金屬喉管，1888年其設(shè)計(jì)的一種尖端為圓錐形的硬管子，可以很有效地阻塞喉頭，并能和George Fell呼吸機(jī)的風(fēng)箱和T型管一起用于人工通氣[2]。直至1920年Magill先將堅(jiān)硬的經(jīng)鼻導(dǎo)氣管改造為軟的，1926年Arthur Guedel進(jìn)行了將安全氣管內(nèi)麻醉與安全、經(jīng)濟(jì)的緊閉循環(huán)技術(shù)結(jié)合起來(lái)的研究，實(shí)驗(yàn)把套囊放在緊鄰聲帶的下方，并且用“浸沒狗”的演示證明其安全性和實(shí)用性，還在Ralph Waters上肺切除時(shí)用一根導(dǎo)管對(duì)下肺通氣[3]的基礎(chǔ)上，對(duì)胸科手術(shù)的插管進(jìn)行了重要的改進(jìn)——雙套囊的單腔導(dǎo)管。1953年后被Frank Robertshow設(shè)計(jì)的雙腔支氣管導(dǎo)管取代，后經(jīng)David Sheridan 用壓縮塑料取代礦化紅橡膠。近些年又出現(xiàn)了裝甲或陽(yáng)極導(dǎo)管（armored or anode tubes）有金屬圈支撐，外覆橡膠、硅膠或PVC，不易扭折，需使用管芯插管，但都一直延用直接壓迫封閉的套囊至今。

近年來(lái)對(duì)套囊相關(guān)性氣管病理學(xué)研究的逐漸增多，氣管導(dǎo)管套囊的設(shè)計(jì)和限制套囊內(nèi)壓的方法已有了明顯的改進(jìn)，但主要的發(fā)展趨勢(shì)還是改造管體，仍沒有擺脫套囊并發(fā)癥的束縛。

論文首先分析了套囊氣管導(dǎo)管的發(fā)展現(xiàn)狀，然后介紹瓣膜氣管導(dǎo)管的關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)現(xiàn)方法；接著介紹瓣膜氣管導(dǎo)管的優(yōu)越性；最后瞻望該導(dǎo)管的發(fā)展前景。

1 研究現(xiàn)狀

1.1 套囊氣管導(dǎo)管

氣管導(dǎo)管的套囊系統(tǒng)包括套囊本身和充氣裝置。充氣裝置包括：① 充氣管位于氣管導(dǎo)管壁內(nèi)的管腔；② 充氣管位于氣管導(dǎo)管壁外的管腔；③ 套囊充氣指示球和充氣閥。

1. 2 套囊

1.2.1 基本要求。套囊是位于氣管導(dǎo)管病人端的可充氣袖套，套囊的制造材料不僅應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和耐撕裂性，而且應(yīng)壁薄、柔軟和伸展性良好，通常與氣管導(dǎo)管相同，亦應(yīng)進(jìn)行組織毒性試驗(yàn)。

1.2.2 套囊的種類和特性。低容量高壓套囊（low-volume,high-pressure cuff）亦稱小套囊、標(biāo)準(zhǔn)或常規(guī)套囊和低順應(yīng)性高壓套囊等。此類套囊達(dá)氣管密閉所需的套囊內(nèi)壓相當(dāng)高，由于套囊與氣管的接觸面積小，所以可擴(kuò)展和變形氣管呈圓形。

高容量低壓套囊（high-volume, low-pressure cuff）又稱高容量套囊。高容量低壓套囊具有大的靜息容量和直徑，套囊壁薄且順應(yīng)性良好，可以在無(wú)氣管壁壓迫的情況下達(dá)到呼吸道密閉。如果給套囊繼續(xù)充氣，接觸面上的壓力增加，氣管的橫截面被擠壓成環(huán)形，此時(shí)套囊的性狀類似于高壓套囊。

泡沫狀套囊（foam cuff）亦稱作海綿套囊。泡沫狀套囊的直徑、殘留容量和表面積均相當(dāng)大，內(nèi)部充有聚氯乙烯（PVC）泡沫，外面覆蓋有PVC表膜，對(duì)充氣管進(jìn)行吸引可使泡沫材料收縮；當(dāng)釋放負(fù)壓時(shí)，套囊膨脹。

1. 3 充氣裝置

1.3.1 充氣管腔。充氣管腔（inflation lumen）位于氣管壁內(nèi)，用于連接充氣管和套囊。ASTM標(biāo)準(zhǔn)不僅要求充氣管腔不能侵占?xì)夤軐?dǎo)管的通氣管腔，而且亦不能向外凸出。

1.3.2 外部充氣管。外部充氣管（external inflation tube）位于氣管導(dǎo)管之外，ASTM標(biāo)準(zhǔn)要求其外徑不能超過(guò)2.5mm，并且應(yīng)以較小的角度與氣管導(dǎo)管相連接。ASTM標(biāo)準(zhǔn)亦要求，外部充氣管至少應(yīng)超出氣管導(dǎo)管機(jī)器端3cm才可連接充氣指示球或充氣閥。

1.3.3 充氣指示球。充氣指示球（pilot balloon）可以位于靠近充氣管中部的位置或?qū)⑵溥B接在充氣閥上，其功能是作為套囊充氣或放氣的征象。

1.3.4 充氣閥。ASTM標(biāo)準(zhǔn)要求外部充氣管應(yīng)安裝有充氣閥（inflation valve）；推動(dòng)注射器活塞即可將氣體注入套囊；拔除注射器時(shí)，充氣閥自動(dòng)關(guān)閉，氣體不能從套囊內(nèi)逸出；如果再將注射器插入充氣閥接口，則可自由抽出氣體。

1. 4 限制套囊壓力的裝置

當(dāng)套囊內(nèi)壓超過(guò)設(shè)定值時(shí)，套囊壓力限制裝置可使套囊放氣減壓，常用的有：Lanz壓力調(diào)節(jié)閥，此種裝置能使呼氣末的套囊內(nèi)壓維持在2.6～3.2kPa（ 27～33.7cmH2O）。

Brandt氣管導(dǎo)管是專門用于補(bǔ)償N2O彌散所致的套囊內(nèi)壓增加，彌散入套囊的N2O可通過(guò)充氣管進(jìn)入充氣指示球，然后通過(guò)充氣指示球壁彌散入大氣。

1.5 套囊的功能

臨床上設(shè)置充氣套囊的目的：① 為施行控制呼吸或輔助呼吸提供氣道無(wú)漏氣的條件；② 防止嘔吐物等沿氣管導(dǎo)管與氣管壁之間的縫隙留入下呼吸道（誤吸）；③ 防止吸入的麻醉氣體從麻醉系統(tǒng)外逸，維持麻醉平穩(wěn)[4]。

氣管病變的發(fā)生率及其嚴(yán)重性不僅與插管時(shí)間[5]有關(guān)，而且與其他因素（如套囊形狀和壓力，氣管插管及套囊材料的組織相容性）也密切相關(guān)，所以套囊充氣作用于氣管壁的壓力不應(yīng)該太高，以免使氣管環(huán)毛細(xì)血管受到損傷，雖然高的套囊壓力可有效防止誤吸和達(dá)到滿意的呼吸道密閉，但張忠漢等觀察了不同氣管插管套囊壓力對(duì)氣管黏膜的影響[6]，結(jié)果表明，氣囊壓力愈高氣道黏膜損傷愈重[7]。雖然低的套囊壓力可減少氣管損傷，但可通過(guò)套囊產(chǎn)生誤吸，并且實(shí)施正壓通氣時(shí)，囊內(nèi)壓和吸氣峰壓有直線相關(guān)性[8]，要求囊內(nèi)壓至少大于肺內(nèi)壓3cmH2O，然而臨床實(shí)際操作中，許多醫(yī)生和護(hù)士常常通過(guò)觸摸氣管插管的近端氣囊張力來(lái)間接判斷其壓力，這是不準(zhǔn)確的[9]，即使有了監(jiān)控套囊壓力的外部設(shè)備，但因?yàn)槌杀咎邿o(wú)法在臨床推廣[10]。

協(xié)調(diào)這些矛盾主要靠套囊的設(shè)計(jì)和管理。20世紀(jì)70年代以后，開始采用順應(yīng)性較好的塑料制作套囊，即使達(dá)到很大的容量，其壓力的改變也很小，能夠減少氣管病變的發(fā)生[11]，但還是不能完全避免。

1. 6 套囊設(shè)計(jì)的推薦

Mehta認(rèn)為，套囊的直徑至少應(yīng)是氣管直徑的1.5倍。還有一種建議是在殘留容量時(shí)套囊的周徑和直徑應(yīng)與氣管接近。此可減少皺褶的產(chǎn)生，同時(shí)套囊內(nèi)的壓力與作用于氣管壁的壓力相接近。Seegobin等推薦，理想的氣管導(dǎo)管套囊在殘留容量時(shí)的直徑應(yīng)略小于氣管的直徑，他們認(rèn)為當(dāng)充氣壓高于2～2.9 kPa（20～30cmH2O）時(shí)，套囊直徑可增加10%。這既可避免套囊出現(xiàn)皺褶，又可在不減小氣管粘膜血流的套囊壓力達(dá)到呼吸道密閉。套囊的材料不僅應(yīng)堅(jiān)固和不易被撕破，而且應(yīng)是薄、軟、易折或彈性良好，有良好的生物相容性，并能防止麻醉氣體的彌散。

目前的意見是套囊的形狀可隨氣管的形狀而改變，以達(dá)到良好的封閉[12]，應(yīng)使用較小的套囊-氣管接觸面積，梨形或錐形套囊似比桶狀套囊更為合適。

2 瓣膜式氣管導(dǎo)管

2.1 總體結(jié)構(gòu)

瓣膜式氣管導(dǎo)管是由氣管導(dǎo)管和瓣膜封堵系統(tǒng)組成。

瓣膜封堵系統(tǒng)主要有：① 充氣閥；② 導(dǎo)管壁內(nèi)的充氣連接管；③ 支撐氣囊；④ 封堵瓣膜(如圖1)。

圖1 瓣膜封堵系統(tǒng)組成

2.2 瓣膜封堵裝置

基本要求：瓣膜是位于氣管導(dǎo)管病人端類似可收復(fù)的傘面，肋瓣的制造材料應(yīng)有標(biāo)準(zhǔn)的彈性和柔韌性（在30cm水柱壓力時(shí)可折彎），覆膜應(yīng)柔軟和伸展性良好（能承受35cm水柱的壓力），能夠隨漲瓣收縮而不褶皺。瓣膜材料亦應(yīng)進(jìn)行組織毒性試驗(yàn)，待使用時(shí)，瓣膜裝置可嵌入氣管導(dǎo)管壁，是導(dǎo)管表面接近平滑，更利于拔除。瓣膜必須能夠被均勻一致地支撐，肋瓣前端應(yīng)被膜包裹均勻，不可露出前端造成銳傷害，完全打開時(shí)邊緣直徑不應(yīng)該小于25mm。小套囊飽滿圓潤(rùn)，壁薄厚度均勻，不可因漲瓣的擠壓而變形，且高度不應(yīng)超過(guò)氣管粘膜與導(dǎo)管間距的1/2，其內(nèi)部壓力應(yīng)小于30cm水柱。

3 瓣膜氣管導(dǎo)管的工作程序

3.1 充氣過(guò)程

氣管插管步驟同套囊氣管導(dǎo)管的方法，待瓣膜氣管導(dǎo)管進(jìn)入氣管適當(dāng)位置，通過(guò)外置充氣閥額定充氣，氣體沿管壁內(nèi)連接管將瓣膜下小套囊充滿，把支撐瓣撐起并打開，支撐瓣又將被覆膜撐展，瓣膜在氣管壁的作用力下從接觸點(diǎn)開始折彎并與管壁貼覆，此時(shí)瓣膜氣管導(dǎo)管的肺內(nèi)面呈錐型，并且接觸面積較小，都符合套囊氣管導(dǎo)管改造的要求，也就完成了氣管的封堵。

3.2 收復(fù)過(guò)程

收復(fù)前應(yīng)吸盡氣道分泌物等并檢查氣管導(dǎo)管深度，以利于瓣膜系統(tǒng)順利收復(fù)而無(wú)阻礙。通過(guò)外部充氣閥抽氣，小套囊內(nèi)氣體由管壁內(nèi)連接管被抽去，在負(fù)壓和漲瓣彈性作用下，漲瓣最先收復(fù)嵌入并貼于氣管壁，被覆膜在漲瓣的作用下也成彈性收復(fù)，此時(shí)即可小心拔除氣管導(dǎo)管，如遇阻力請(qǐng)勿暴力拔除，應(yīng)該停止甚至再將導(dǎo)管插進(jìn)少許后，旋轉(zhuǎn)緩慢拔除即可。

4 瓣膜氣管導(dǎo)管的種類與特性

根據(jù)小套囊位置和瓣膜開口朝向的不同可分為兩型兩式：支撐型和膨脹型，頂式和扣式。下面以支撐型瓣膜氣管導(dǎo)管為例介紹頂式和扣式的特點(diǎn)。

4.1 頂式瓣膜氣管導(dǎo)管

該導(dǎo)管是常用型導(dǎo)管，適合日常的所有氣管內(nèi)插管的通氣需要，由于瓣膜開口朝外，頂朝內(nèi)以此得名（如圖2）。

圖2 瓣膜氣管導(dǎo)管氣管內(nèi)橫截面效果圖

圖3 氣管內(nèi)壓力分解示意

其特點(diǎn)是在正壓通氣時(shí)通過(guò)瓣膜的傾斜角度將氣道內(nèi)壓分解成向下和向前的兩個(gè)力（如圖3），這樣無(wú)形中減少了瓣膜彈性的作用，在通氣氣道內(nèi)壓的影響下，對(duì)氣管壁粘膜血管起到了舒張的作用，并且在氣道內(nèi)壓足夠大時(shí)，即大于瓣膜設(shè)計(jì)的安全壓力（30cm水柱），能夠順勢(shì)折彎產(chǎn)生漏氣效果，對(duì)肺組織起到保護(hù)作用。而在自主呼吸時(shí)，由于肺內(nèi)的低壓狀態(tài)形成外界大氣壓將瓣膜向內(nèi)擠壓的狀態(tài)，讓封堵更加嚴(yán)密，更有效地防止分泌物和異物的進(jìn)入。

4.2 扣式瓣膜氣管導(dǎo)管

該導(dǎo)管的特殊性，更適用于長(zhǎng)期留管或有肺內(nèi)高壓的患者，瓣膜方向與頂式瓣膜導(dǎo)管相反，猶如雨傘扣在氣道上一樣，由此得名（如圖4）。

圖4 扣式瓣膜氣管導(dǎo)管氣管內(nèi)效果圖

其特點(diǎn)是在正壓通氣時(shí)，由于瓣膜的成角將肺內(nèi)正壓分為向上和向前的兩個(gè)力，這樣在通氣時(shí)無(wú)形中增大了瓣膜的彈力，而使得封堵更嚴(yán)密，能夠滿足大于額定壓力的通氣需要，其中的壓力變化有舒張粘膜血管的作用，更適合長(zhǎng)期留管的患者使用。自主呼吸時(shí)產(chǎn)生的透氣現(xiàn)象能夠起到補(bǔ)氣的作用，更好地滿足其通氣的需要，但要防止劇烈深呼吸導(dǎo)致的分泌物誤吸。

4.3 支撐型瓣膜氣管導(dǎo)管

該導(dǎo)管小套囊位于瓣膜與導(dǎo)管壁連接處，由于此型肋瓣根部末端是貼服在導(dǎo)管壁的，所以在打開瓣膜時(shí)其作用是對(duì)抗肋瓣的彈性回復(fù)力，起到支撐的作用，其內(nèi)壓力與瓣膜彈力相等，而當(dāng)收復(fù)瓣膜時(shí)主要靠肋瓣的彈性回復(fù)力復(fù)原，此時(shí)小套囊的負(fù)壓拉力起輔助作用。

4.4 膨脹型瓣膜氣管導(dǎo)管

該導(dǎo)管小套囊位于瓣膜開口遠(yuǎn)端內(nèi)側(cè)，類似一個(gè)皮圈，此型的肋瓣根部起源與導(dǎo)管壁，依靠肋膜與導(dǎo)管連接，所以不存在克服彈性阻力的問題，在給套囊充氣時(shí)，套囊會(huì)向外膨脹而順勢(shì)將瓣膜打開，此時(shí)的肋膜會(huì)抑制小套囊的過(guò)度膨脹，相反回復(fù)時(shí)由于套囊內(nèi)的負(fù)壓產(chǎn)生的相反的離心力，順勢(shì)將瓣膜收緊貼服導(dǎo)管壁。

5 瓣膜氣管導(dǎo)管的實(shí)用性

不管是頂式還是扣式瓣膜氣管導(dǎo)管，都能更好地適應(yīng)氣道的變化，不會(huì)因個(gè)體差異對(duì)應(yīng)的氣管導(dǎo)管的粗細(xì)誤差而產(chǎn)生較大影響，都能在瓣膜氣管導(dǎo)管瓣膜漲開的錐形角度作用下輕松封堵；并且安全標(biāo)準(zhǔn)下的肋瓣直接作用于氣管粘膜，不壓迫氣管壁毛細(xì)血管，就不會(huì)造成缺血而導(dǎo)致的組織變性，使得損傷更小；且更能規(guī)范產(chǎn)品的性能和規(guī)格，不再因?yàn)楦鱾€(gè)企業(yè)的套囊質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不同而影響到實(shí)際的臨床應(yīng)用，更不用為套囊壓力控制與監(jiān)測(cè)投入更多人力物力；充分利用肺內(nèi)壓對(duì)瓣膜的舒張影響來(lái)調(diào)節(jié)氣管粘膜毛細(xì)血管的阻力，起到間接按摩的作用，使得長(zhǎng)期留管的并發(fā)癥降到最低；吸入性麻醉氣體雖能增加小套囊壓力，但由于小套囊不直接接觸氣管粘膜，從而消除了其對(duì)氣管粘膜帶來(lái)的并發(fā)癥。頂式和扣式的選擇主要取決于肺功能，氣道阻力較大的選擇扣式更能滿足通氣管理的需要，較為適用于危重病監(jiān)護(hù)病房，頂式在選擇通氣方式變化較大時(shí)對(duì)肺組織的保護(hù)作用會(huì)更突出。而兩型的選擇則完全取決于臨床操作的需要，在大氣道選擇小導(dǎo)管的情況下（如口腔操作手術(shù)需要為術(shù)者留出較大空間），選擇支撐型瓣膜氣管導(dǎo)管更好。

6 總結(jié)

瓣膜式氣管導(dǎo)管的設(shè)計(jì)原理是：用小型套囊提供動(dòng)力撐起標(biāo)準(zhǔn)化的漲瓣并間接封堵氣管，達(dá)到安全有效通氣的目的。

設(shè)計(jì)目標(biāo)就是要消除現(xiàn)有套囊的眾多缺點(diǎn)，如套囊產(chǎn)品規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)的混亂，氣管個(gè)體差異與氣管導(dǎo)管粗細(xì)的選擇誤差，套囊壓力控制與監(jiān)測(cè)的盲目，氣管粘膜長(zhǎng)時(shí)間固定壓迫損傷，腹壓與肺內(nèi)壓對(duì)套囊的影響，吸入性麻醉氣體增加套囊壓力的影響等。由于瓣膜氣管導(dǎo)管采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，為企業(yè)增加了核心競(jìng)爭(zhēng)力，并且能夠以此規(guī)范該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，扼制不良?xì)夤軐?dǎo)管的生產(chǎn)，降低臨床醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)。能夠滿足臨床大氣道細(xì)導(dǎo)管的選擇需要（如口腔內(nèi)手術(shù)的通氣需要），在為手術(shù)操作提供充足的空間同時(shí)達(dá)到有效地氣管封堵。因?yàn)椴恢苯咏佑|氣管壁，避免了套囊壓力的控制和監(jiān)測(cè)難的問題，減少了人力物力的投入，能有效節(jié)約資源，符合現(xiàn)在低碳環(huán)保的原則，而且安全的彈性設(shè)計(jì)，能夠保護(hù)氣管壁毛細(xì)血管血流的通暢，避免了缺血壞死的病理過(guò)程，有效保護(hù)人們的健康安全，在配合胸腔內(nèi)壓力變化對(duì)瓣膜形成的擠壓作用，能夠達(dá)到按摩血管的效果，更能滿足需長(zhǎng)期留置導(dǎo)管患者的要求，而且不再受吸入性麻醉氣體的影響，醫(yī)師們會(huì)更加輕松地使用此類麻醉藥品。

所以說(shuō)瓣膜型氣管導(dǎo)管是新型的氣管導(dǎo)管，更能滿足臨床需要，是廣大醫(yī)師和患者急需的通氣保障設(shè)備。

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