一種具有對氣道主動加溫加濕功能的呼吸過濾器的制作及實(shí)驗(yàn)檢測

盧毅 祁向東 路立軍 李強(qiáng)

1 北京大學(xué)第三醫(yī)院延慶醫(yī)院 （北京 102100）

2 北京大學(xué)第三醫(yī)院 （北京 100000）

內(nèi)容提要： 目的：檢測一種便攜式主動加溫加濕呼吸過濾器的氣道濕化效率。方法：便攜式主動加溫加濕呼吸過濾器作為觀察組，被動加溫加濕呼吸過濾器作為對照組，測量觀察組、對照組及未使用過濾器組模擬通氣時(shí)距人工氣道入口8cm、37cm處的溫度及濕度。結(jié)果：觀察組在兩處測量的最低溫度、最低濕度、最高溫度、最高濕度、平均溫度、平均濕度均有明顯升高（P＜0.05）。結(jié)論：主動加溫加濕呼吸過濾器在不增加過濾器體積的情況下明顯提升人工氣道的濕化效率。

水蒸氣飽和含量與溫度直接相關(guān)，在低溫下其飽和絕對濕度相比較高溫時(shí)明顯降低[1]。因此良好的氣道濕化需要同時(shí)對吸入氣體進(jìn)行加溫。呼吸運(yùn)動時(shí)氣體經(jīng)過口鼻腔、氣管到達(dá)左右支氣管分叉處，已經(jīng)加熱至37 C、相對濕度100%、絕對濕度44mg/L，這一位置稱為等溫飽和界面[2]。這有利于氣道黏膜上皮黏液-纖毛清除系統(tǒng)發(fā)揮最大作用，更好地清除氣道污物[3]。氣管插管以及氣管切開的患者喪失了口鼻腔以及部分氣道對于空氣的加溫加濕功能，使得等溫飽和界面下移，導(dǎo)致氣道黏膜損傷、排痰能力降低、出現(xiàn)肺不張等并發(fā)癥[1]。

1.目前國內(nèi)外主要?dú)獾兰訙丶訚裨O(shè)備

1.1 被動濕熱交換器

保留呼出氣體的溫度以及濕度，對吸入氣體進(jìn)行加溫加濕。體積小巧，不需專人伺服。缺點(diǎn)為存在濕化不足情況[4]。

1.2 電熱恒溫蒸汽發(fā)生器

如呼吸機(jī)濕化裝置、經(jīng)鼻高流量吸氧裝置。其加溫、加濕效果較被動濕熱交換器明顯[5]。但專用設(shè)備體積大、成本高、主要在重癥監(jiān)護(hù)室應(yīng)用。

對于人工氣道患者的濕化要求，使用濕熱交換器時(shí)吸入氣體絕對濕度至少應(yīng)達(dá)到30mg/L，使用電恒溫加濕加熱裝置應(yīng)提供絕對濕度：33～44mg/L、溫度34～41 C的吸入氣體[1]。然而1項(xiàng)對48種濕熱交換器的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，僅37.5%的濕熱交換器可達(dá)到30mg/L的濕化效果[6]。

2.便攜式主動加溫加濕呼吸過濾器結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求

2.1 技術(shù)要求

將被動濕熱交換器與電熱恒溫蒸汽發(fā)生器的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行結(jié)合，制造一種小型化的、具有對氣道主動加溫加濕功能的呼吸過濾器。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

便攜式主動加溫加濕呼吸過濾器是基于一種實(shí)用新型專利（專利號ZL 2017 2 0753664.4）制造，由過濾器（1）、加熱板（8）以及外接設(shè)備（14）組成。加熱板固定于氣管插管接口（12）上，通過外接設(shè)備控制溫度。過濾器基底部與加熱板接觸傳導(dǎo)熱量，設(shè)有氧氣接口（6）及水源接口（7）。上部包括外層（2）、中層（3）與內(nèi)層（4），其可與氣管插管或氣管切開套管接口連接。上部的頂部中央設(shè)單向活瓣（5）。見圖1。

圖1.便攜式主動加溫加濕呼吸過濾器結(jié)構(gòu)圖（注：1.過濾器；2.外層；3.中層；4.內(nèi)層；5.單向瓣；6.氧氣接口；7.水源接口；8.加熱板；9.探頭；10.上部；11.基底部；12.套管接口；13.導(dǎo)線；14.外接設(shè)備）

2.3 技術(shù)參數(shù)

加熱板與外接設(shè)備：使用可調(diào)節(jié)溫度硅膠材質(zhì)環(huán)形加熱板，加熱板內(nèi)直徑17mm，外直徑60mm。溫度調(diào)節(jié)范圍38～43 C。

過濾器：外徑58mm，內(nèi)徑17cm，高50mm，體積132cm3。外層采用疏水透氣無紡布，中層采用親水海綿材質(zhì)。

3.測量方法

3.1 測量裝置組成

由便攜式主動加溫加濕過濾器（1～3）、呼吸機(jī)與管路組成的通氣組件（4～6）、肺及氣管模擬組件（10～15）以及溫濕度測量裝置（7～9）組成，見圖2。

圖2.測量裝置組成示意圖（注：1. 過濾器；2. 加熱板；3. 便攜式主動加溫加濕呼吸過濾器外接設(shè)備；4. 300mL 密封罐；5. 呼吸機(jī)管路；6. 呼吸機(jī)；7.T1 溫度濕度監(jiān)測；8.T2 溫度濕度監(jiān)測；9.T3 溫濕度監(jiān)測；10. 恒溫管路；11. 濕化罐體；12.MR850 主機(jī)；13. 模擬肺；14. 溫度探頭；15. 連接管路）

3.2 呼出氣體模擬

由電恒溫加溫加濕加熱裝置（Fisher&Paykel，MR850）+模擬肺（Dr?ger MP02400）組成。

3.3 吸入氣體模擬

呼吸機(jī)潮氣量450mL，呼吸頻率15 次/min，流速6～10L/min。

3.4 溫度、濕度監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置

距實(shí)驗(yàn)人工氣道入口8cm處設(shè)置T1監(jiān)測點(diǎn)，模擬氣管插管連接頭至門齒的距離。距入口37cm設(shè)置T2監(jiān)測點(diǎn)，模擬氣管插管接頭距氣管隆突的距離。在密封罐設(shè)置T3監(jiān)測點(diǎn)。使用UNI-T UT333型溫濕度監(jiān)測儀，連續(xù)監(jiān)測時(shí)間≥20s。

3.5 操作方法

未使用組不使用過濾器、觀察組使用便攜式主動加溫加濕呼吸過濾器、對照組使用同材質(zhì)同體積的被動濕熱交換器，分別通氣30min，然后每間隔10min監(jiān)測T1、T2、T3監(jiān)測點(diǎn)溫濕度，共記錄20次。

3.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

使用SPSS 23.0軟件處理，計(jì)量資料使用（M±SD）表示，計(jì)量資料使用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)及方差分析，P＜0.05時(shí)差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

4.結(jié)果

4.1 T1、T2監(jiān)測點(diǎn)溫度

觀察組較對照組以及未使用組在兩處監(jiān)測點(diǎn)最低溫度、最高溫度、平均溫度均有明顯升高，P＜0.05。見表1。

表1.T1以及T2監(jiān)測點(diǎn)溫度(n=20,±s)

表1.T1以及T2監(jiān)測點(diǎn)溫度(n=20,±s)

注：a：觀察組與對照組；b：未使用組與對照組；c：觀察組與未使用組

溫度 未使用 對照組 觀察組 ta Pa tb Pb tc Pc T1最低溫度( C) 27.75±0.42 28.43±0.75 30.70±0.38 -12.03 0.00 -3.52 0.00 -23.34 0.00 T1最高溫度( C) 29.03±0.66 29.72±0.76 31.67±0.32 -10.62 0.00 -3.09 0.04 -16.07 0.00 T1平均溫度( C) 28.39±0.50 29.08±0.75 31.19±0.31 -11.68 0.00 -3.43 0.00 -21.42 0.00 T2最低溫度( C) 33.04±0.96 34.29±0.83 35.80±0.46 -7.08 0.00 -0.41 0.00 -11.55 0.00 T2最高溫度( C) 34.67±0.46 35.45±0.61 36.75±0.42 -7.86 0.00 -0.45 0.00 -14.93 0.00 T2平均溫度( C) 33.85±0.66 34.87±0.69 36.42±0.42 -7.79 0.00 -0.77 0.00 -13.92 0.00

4.2 T1、T2監(jiān)測點(diǎn)濕度

觀察組較對照組以及未使用組在兩處監(jiān)測點(diǎn)最低濕度、最高濕度、平均濕度均有明顯升高，P＜0.05。見表2。

表2.T1以及T2監(jiān)測點(diǎn)濕度(n=20,±s)

表2.T1以及T2監(jiān)測點(diǎn)濕度(n=20,±s)

注：a：觀察組與對照組；b：未使用組與對照組；c：觀察組與未使用組

濕度 未使用 對照組 觀察組 ta Pa tb Pb tc Pc T1最低濕度(mg/L) 21.07±1.26 24.24±0.77 27.91±0.62 -16.63 0.00 -9.59 0.00 -21.77 0.00 T1最高濕度(mg/L) 25.82±0.69 27.92±0.92 31.12±0.48 -13.79 0.00 -8.11 0.00 -28.21 0.00 T1平均濕度(mg/L) 23.45±0.59 26.08±0.81 29.51±0.42 -16.91 0.00 -11.76 0.00 -37.39 0.00 T2最低濕度(mg/L) 29.24±1.55 32.69±1.02 35.59±0.73 -10.38 0.00 -8.30 0.00 -16.57 0.00 T2最高濕度(mg/L) 35.77±0.71 37.93±0.76 40.25±0.63 -10.51 0.00 -9.38 0.00 -21.20 0.00 T2平均濕度(mg/L) 32.50±0.99 35.31±0.82 37.92±0.56 -11.77 0.00 -9.77 0.00 -21.22 0.00

4.3 T3監(jiān)測點(diǎn)溫度及濕度

觀察組與未使用組在最高溫度、最低溫度、平均溫度、最高濕度、最低濕度方面的差異具有顯著性（P＜0.05）。觀察組與對照組最低、最高、平均溫度與濕度方面差異均有顯著性（P＜0.05）。見表3。

表3.T3監(jiān)測點(diǎn)溫度及濕度(n=20,±s)

表3.T3監(jiān)測點(diǎn)溫度及濕度(n=20,±s)

注：a：觀察組與對照組；b：未使用組與對照組；c：觀察組與未使用組

溫度/濕度 未使用 對照組 觀察組 ta Pa tb Pb tc Pc最低溫度( C) 25.81±0.73 25.37±0.71 26.80±0.30 -8.24 0.00 1.91 0.63 -5.63 0.00最高溫度( C) 26.42±0.86 25.55±0.65 27.00±0.18 -9.55 0.00 3.62 0.00 -2.92 0.01平均溫度( C) 26.11±0.74 25.45±0.63 26.90±0.20 -9.76 0.00 3.01 0.00 -4.55 0.00最低濕度(mg/L) 12.41±1.38 12.16±0.78 13.55±0.73 -5.81 0.00 0.71 0.48 -3.24 0.00最高濕度(mg/L) 16.48±0.94 14.17±0.95 14.89±0.20 -3.34 0.00 7.75 0.00 7.39 0.00平均濕度(mg/L) 14.45±0.72 13.17±0.56 14.22±0.36 -7.05 0.00 6.31 0.00 1.28 0.20

4.4 T1監(jiān)測點(diǎn)與T3監(jiān)測點(diǎn)絕對濕度的差值

觀察組較對照組以及未使用組在最低濕度、最高濕度、平均濕度的差值均有明顯升高，P＜0.05。見表4。

表4.T1與T3監(jiān)測點(diǎn)絕對濕度差值(n=20,±s)

表4.T1與T3監(jiān)測點(diǎn)絕對濕度差值(n=20,±s)

注：a：觀察組與對照組；b：未使用組與對照組；c：觀察組與未使用組

濕度 未使用 對照組 觀察組 ta Pa tb Pb tc Pc最低濕度(mg/L) 8.67±1.38 12.08±1.10 14.36±1.07 6.68 0.00 10.13 0.00 -17.14 0.00最高濕度(mg/L) 9.33±0.70 13.74±0.68 16.22±0.50 13.19 0.00 20.16 0.00 -35.88 0.00平均濕度(mg/L) 9.00±0.63 12.61±0.64 15.29±0.61 13.03 0.00 19.50 0.00 -34.64 0.00

5.討論

在本實(shí)驗(yàn)中，對照組較未使用組在T3監(jiān)測的最高溫濕度、平均溫濕度更低，這由于呼氣過程中過濾器存在明顯的存溫存濕作用導(dǎo)致。多項(xiàng)研究表明濕熱交換器對吸入氣體的加濕作用與其體積有關(guān)[7]。觀察組與對照組使用同體積、材質(zhì)的過濾器，保證了存溫存濕效果的同質(zhì)性。

觀察組以及對照組均可以提高T1、T2監(jiān)測點(diǎn)的溫度以及濕度，但是觀察組效果更明顯。觀察組由于使用主動加溫以及加濕裝置，加溫與加濕效果較對照組更加明顯，故主動式加溫加濕設(shè)計(jì)更加有效。

本研究為實(shí)現(xiàn)通氣過程使用了呼吸機(jī)+密封罐的設(shè)計(jì)，密封罐內(nèi)的水蒸氣在吸氣時(shí)會進(jìn)入氣道影響測量數(shù)據(jù)。因此對入口8cm處與密封罐的最低濕度、最高濕度、平均濕度的差值進(jìn)行比較，觀察組較其他兩組在均有明顯升高。因此濕化罐應(yīng)用不改變主動式加溫加濕裝置較被動濕熱交換器更加有效的結(jié)論。

本研究不足之處：①實(shí)驗(yàn)為人工氣道濕化可行性的單一設(shè)計(jì)研究，未涉及阻力問題，需要進(jìn)一步研究實(shí)現(xiàn)。②實(shí)驗(yàn)使用正壓通氣，與脫機(jī)狀態(tài)人體呼吸生理過程存在差異。