實(shí)驗(yàn)室模擬臨床潮濕環(huán)境下呼吸過濾器性能比較

1、潮濕環(huán)境下呼吸過濾器的性能：實(shí)驗(yàn)室評定 2003年5月提交歐洲麻醉協(xié)會（格拉斯哥）d. turnbull1*、p. c. fisher2、g. h. mills1和n. j. morgan-hughes31謝菲爾德大學(xué)麻醉學(xué)研究部（英國南約克郡謝菲爾德） 2皇家海萊姆郡醫(yī)院麻醉科（英國南約克郡謝菲爾德） 3北區(qū)綜合醫(yī)院麻醉科（英國南約克郡謝菲爾德）*聯(lián)系人： 電子郵箱：.uk簡介： 當(dāng)前，熱濕交換器結(jié)合病毒與細(xì)菌過濾器（熱濕交換過濾器）廣泛應(yīng)用于全身麻醉中。 患者分泌物過量造成熱濕交換過濾器堵塞是過去案例中氣道阻塞的主要原因。 先前的研究表明，

2、熱濕交換過濾器設(shè)計(jì)上的差異可能造成過濾器在潮濕環(huán)境下堵塞。研究方法： 我們在潮濕環(huán)境下對14種熱濕交換過濾器進(jìn)行測試，確定造成熱濕交換過濾器堵塞的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。 測試中，我們向每臺過濾器添加增量生理鹽水。 同時(shí)，測量60 litre min-1氣流量下過濾器的壓力。研究結(jié)果： 經(jīng)研究我們發(fā)現(xiàn)，若不留心，觀察者很難發(fā)現(xiàn)向過濾器添加的生理鹽水。 不同過濾器生理鹽水添加量均不相同。 此外，陶瓷疏水褶膜式過濾器不吸收生理鹽水且阻力無變化。 復(fù)合過濾器（水分交換部件為聚氨酯泡沫體或纖維素）可吸收生理鹽水，吸收后阻力上升70480%，與其他纖維素紙熱濕交換過濾器相比，上升幅度較明顯。結(jié)論： 全身麻醉中熱濕交換

3、過濾器的理想狀態(tài)為能夠阻斷病毒、細(xì)菌和阮病毒的傳播，即使在潮濕環(huán)境下也具有良好的過濾性能，能夠增加吸入空氣和麻醉氣體濕度同時(shí)不增加呼吸功。 我們的研究表明，在潮濕環(huán)境下熱濕交換過濾器的性能發(fā)生了較大變化。 用戶應(yīng)深入了解熱濕交換過濾器的性能變化，在預(yù)期使用條件下正確使用過濾器。br j anaesth 2005; 94: 67582關(guān)鍵詞：設(shè)備；呼吸過濾器；安全設(shè)備；通氣接受出版日期：2004年12月20日當(dāng)前，熱濕交換器結(jié)合病毒與細(xì)菌過濾器（熱濕交換過濾器）廣泛應(yīng)用于全身麻醉中。 水分交換部件可回收百分之一患者呼出水分，從而被動增加吸氣的濕度。 熱濕交換過濾器中的過濾部件可降低患者之間2 3

4、細(xì)菌1和病毒交叉感染的風(fēng)險(xiǎn)。盡管熱濕交換過濾器已廣泛應(yīng)用于全身麻醉4中，但還是存在著嚴(yán)重的問題， 包括呼吸功增加5、氣道阻塞68和鋰中毒9。水分（尤其是患者分泌物、噴灑的藥物10或循環(huán)回路中的水分）阻塞熱濕交換過濾器的氣孔時(shí)會引起氣道阻塞，造成阻力大幅度上升。 值得慶幸的是，在日常使用條件下水分含量不足以造成阻塞11 12。但是，熱濕交換過濾器中水分過量時(shí)，用戶不易發(fā)現(xiàn)，因此易造成通氣困難時(shí)臨床管理不當(dāng)。之前的一項(xiàng)研究13表明，設(shè)計(jì)上的差異會造成熱濕交換過濾器在潮濕環(huán)境下的性能差異。 在本項(xiàng)試驗(yàn)中，我們采用英國現(xiàn)有的14款熱濕交換過濾器作為研究對象。 我們的研究目標(biāo)是評估潮濕環(huán)境下熱濕交換過濾

5、器的阻塞風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)調(diào)查熱濕交換過濾器的特定結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是否是造成阻塞的因素。圖1(a)：一分為二的復(fù)合過濾器，左邊為聚氨酯泡沫熱濕交換器，右邊為聚丙烯病毒/細(xì)菌過濾器。 (b)：螺旋形波紋纖維素紙熱濕交換器（無熱濕交換過濾器殼）。 (c)：摺狀陶瓷過濾器示例（airsafety maxipleat）。 所示液面為過濾器殼內(nèi)可見過量液體。此外，我們還希望將閉塞風(fēng)險(xiǎn)與其他性能指標(biāo)相結(jié)合，確定現(xiàn)有的最理想的熱濕交換過濾器，即無效區(qū)小，過濾效果良好，水分輸出量高且阻塞風(fēng)險(xiǎn)低或增加呼吸功的可能性低的過濾器。方法接受測試的過濾器類型接受測試的10臺過濾器由英國主要的熱濕交換過濾器（hmef）供應(yīng)商提供。復(fù)合型

6、過濾器intersurgical 1941、airsafety comfortfit、airsafety slimline、siemens servofilter、datex ohmeda 1000和vital signs f2的熱濕交換元件為氯化鈣浸漬過的聚氨酯泡沫材質(zhì)，過濾元件為聚丙烯纖維材質(zhì)（圖1a）。 此外，復(fù)合型過濾器the draeger hygrovent s、dar hydrobac s、gibeck 19402和rusch arios的熱濕交換元件為氯化鈣浸漬過的波紋纖維素纖維（棉或木漿）材質(zhì)（圖1b），過濾元件為聚丙烯纖維材質(zhì)。 pall bb2、pall bb100、ai

7、rsafety maxipleat (圖1c)和intersurgical 1741則為褶狀陶瓷膜疏水過濾器。過濾器壓力s當(dāng)hmef受液體污染時(shí)，其所受氣流阻力會增加。 在此次研究中，我們測量了鹽水含量上升時(shí)的hmef的壓力變化。 為此，我們采用醫(yī)療用氣缸（氣缸內(nèi)連續(xù)氣流速度為60 l/min）、測量過濾器壓差的校準(zhǔn)分析儀（rt200, allied醫(yī)療保健產(chǎn)品，已獲認(rèn)證）， 并在安裝在患者端的hmef中注入0.9%鹽水，每隔一段時(shí)間加注5ml，輕輕搖動后，將過濾器垂直放置在實(shí)驗(yàn)裝置上。 過濾器中的氣流應(yīng)朝患者端流動，模擬人體吸氣過程；患者端位置最高，過濾器倒置，從而依靠患者模擬人體呼氣的過程

8、。 鹽水從過濾器中噴出時(shí)即停止實(shí)驗(yàn)。每個實(shí)驗(yàn)各采用一臺新的hmef，每個實(shí)驗(yàn)進(jìn)行10次；因此，共使用20臺hmef測量每次鹽水增量時(shí)過濾器的吸氣壓力和呼氣壓力。藏積量hmef殼內(nèi)藏積的分泌物可能顯而易見，也可能難以發(fā)現(xiàn)。 滯留或隱藏在hmef中的水分足以堵塞呼吸道、加大診治難度。 藏積量是測量過濾器藏積患者分泌物的潛在趨勢的一種主觀測量標(biāo)準(zhǔn)。 往患者的過濾器添加5 ml的0.9%鹽水，通過觀察(dt和pcf)認(rèn)為，過濾器中的自由液體不可見時(shí)，容易引起鹽水積留。 根據(jù)過濾器殼內(nèi)鹽水可見之前的鹽水量記錄藏積量。潴留量往患者端的過濾器添加5 ml的0.9%鹽水， 輕輕搖動并倒置。 過濾器倒置后未流失

9、的鹽水量即為潴留量。患者死腔容積產(chǎn)口簡介中經(jīng)常引用的“死腔容積”為過濾器殼體的總?cè)莘e。 本研究出現(xiàn)的“死腔容積”指的是過濾層的患者一側(cè)的hmef內(nèi)部容積， 可用于測量潴留量和死腔的關(guān)系。 將過濾器垂直放置，并以1ml的增量將0.9%鹽水滴注入患者端。 死腔容積即為溢出前的鹽水量。 每臺過濾器模型共進(jìn)行五次死腔、潴留量和藏積量的測試。 每臺過濾器僅允許使用一次，用后立即處理掉。數(shù)據(jù)借助社會科學(xué)統(tǒng)計(jì)軟件包（spss）進(jìn)行圖形演示、計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差、進(jìn)行t檢驗(yàn)（spss 10，spss公司，芝加哥州）。結(jié)果過濾器壓力對過濾器進(jìn)行測試，直到觀察員可清晰地觀測到過濾器殼內(nèi)出現(xiàn)過量的鹽水。鹽水過量表現(xiàn)為

10、鹽水從過濾器內(nèi)噴流而出。 臨床應(yīng)用中，若無法在過濾器內(nèi)觀察到明顯可見的液體，極有可能需要更換過濾器。 測試中，褶狀陶瓷膜疏水過濾器的性能最佳。該過濾器可容納所有滴注入的鹽水，且最大壓力與干燥狀態(tài)下的壓力相同（表格1）。 纖維素纖維和泡沫型的過濾器容易吸水，所受壓力受藏積量影響（圖2）。藏積量一般情況下，除非經(jīng)過嚴(yán)格檢查，否則患者很難發(fā)現(xiàn)到過濾器內(nèi)潴留的鹽水。藏積量正是測量過濾器滯存的鹽水量的一種主觀測量標(biāo)準(zhǔn)， 如褶狀陶瓷膜疏水過濾器（表格1）。 該類型的過濾器不吸收鹽水，因此患者能輕易觀察到滴注入患者端的鹽水。（圖1c）。 復(fù)合泡沫過濾器（圖1a）容易吸收鹽水，并使過濾器內(nèi)的壓力增加（圖 3a

11、）。 此外，復(fù)合泡沫過濾器吸收的鹽水無法輕易被患者發(fā)現(xiàn)，如：藏積的鹽水。 聚氨酯泡沫的物理特性不同，泡沫過濾器的性能也會隨之不同。 凡熱濕交換元件為纖維素纖維（圖1b）的過濾器，需經(jīng)氯化鈣浸漬，從而加強(qiáng)吸水性。 該類型的過濾器容易吸水，不僅導(dǎo)致壓力增強(qiáng)（圖3b），同時(shí)還會帶來較大的藏積量。潴留量潴留量反應(yīng)藏積量（圖2）。 褶狀陶瓷膜疏水過濾器不會滯存鹽水，泡沫和纖維素型的過濾器的潴留量各不相同，其中datex ohmeda過濾器的鹽水潴留量為45 ml。 但在絕大數(shù)臨床條件下，過濾器不會達(dá)到如此高的污染液體潴留量。過濾器的吸氣壓力和呼氣壓力在患者端滴注可比量的鹽水時(shí)，吸氣壓力和呼氣壓力之間經(jīng)常

12、出現(xiàn)壓力差。 對比相同鹽水量下獲得的最大呼氣壓力和吸氣壓力會發(fā)現(xiàn)，14個測試用過濾器中，有9個過濾器的呼氣壓力大于吸氣壓力。 從數(shù)據(jù)上看，呼氣壓力與吸氣壓力的差異并不顯著(p=0.35)， 但在臨床應(yīng)用中卻可能會造成嚴(yán)重的后果（圖4）。自主呼吸或控制呼吸時(shí)，個別過濾器的呼氣壓力和吸氣壓力的壓力差可能會導(dǎo)致充氣過度的情況發(fā)生。討論雖然在臨床應(yīng)用中出現(xiàn)過濾器污染物鹽水的可能性極低，但在標(biāo)準(zhǔn)溶液中已經(jīng)存在， 類似于循環(huán)系統(tǒng)中的凝結(jié)作用。 如果要推廣該測試的應(yīng)用，則應(yīng)將類似肺水腫或氣管支氣管液體的溶液標(biāo)準(zhǔn)化。 該研究的目的在于客觀地對比潮濕環(huán)境下hmef的性能、找出可能導(dǎo)致過濾器堵塞的設(shè)計(jì)特征。與以往

13、采用呼吸器和肺模型來產(chǎn)生氣流的研究不同，本研究使用醫(yī)療氣缸來產(chǎn)生60 l/min的氣流。用醫(yī)氣缸做氣流模型更易于復(fù)制?？諝鈫蜗蛄鲃邮刮覀兛梢詥为?dú)對進(jìn)入和呼氣阻力進(jìn)行估算。 潮濕環(huán)境下hmef阻力的測量差異在“研究設(shè)計(jì)8 14”中已做詳細(xì)說明。氣流一進(jìn)入過濾器便立即測量過濾器阻力。經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，過濾器阻力與通氣時(shí)間成反比， 推斷為過濾介質(zhì)中的通道擴(kuò)張所致。表格1包含實(shí)驗(yàn)得到的藏積量、最大吸氣壓力和最大呼氣壓力， 以及從醫(yī)療器械管理局?jǐn)?shù)據(jù)和發(fā)布的商業(yè)情報(bào)中獲得的水分輸出量*。 nd，表示因產(chǎn)品停用或無法獲得過濾器數(shù)據(jù)，表中某些測試過濾器未給出鹽滲透性能；na，表示因自本研究完成之時(shí)起產(chǎn)品已停用，表中

14、某些測試過濾器中未給出水分輸出量。 以下數(shù)據(jù)為平均值（標(biāo)準(zhǔn)差sd）模型hmef設(shè)計(jì)藏積量：(ml)呼氣測試中注入的最大鹽水量(ml)氣流速度60 litre min -1時(shí)的最大呼氣壓力(cm h2o)吸氣測試中注入的最大鹽水量(ml)氣流速度60 litre min -1時(shí)的最大吸氣壓力(cm h2o)潮氣量0.5 litre和20 bpm (mg litre-1)時(shí)的水分輸出量過濾性能3 ( % 滲透)intersurgical hydroguard mini 1744褶狀陶瓷膜過濾器0109.3 (2.4)04.5 (0.3)22.4ndairsafety maxipleat褶狀陶瓷膜過

15、濾器003.3 (0.1)03.18 (0.1)28.7ndpall bb100褶狀陶瓷膜過濾器002 (0.1)01.9 (0.1)30.60.022pall bb25褶狀陶瓷膜過濾器003.7 (0.1)03.6 (0.1)24.70.056intersurgical filtertherm 1941泡沫復(fù)合過濾器1054.1 (0.2)105.9 (0.4)28.50.275airsafety comfortfit泡沫復(fù)合過濾器10103.7 (0.2)154.9 (0.3)30.2ndairsafety slimline泡沫復(fù)合過濾器251010.1 (3.8)55.2 (1.7)na

16、nddatex ohmeda 1000泡沫復(fù)合過濾器453011.1 (3.3)256.3 (0.5)33.44.49vital signs f2泡沫復(fù)合過濾器151012.5 (4.1)54.9 (0.7)nandsiemens servo-filter 172泡沫復(fù)合過濾器20154.94 (0.8)209.8 (1.1)nandgibeck 19402纖維素紙芯過濾器1056.8 (0.8)1013.4 (1.6)32.68.54draeger hygrovent s纖維素紙芯過濾器202016.9 (3.7)156.7 (0.3)331.48rusch arios纖維素紙芯過濾器252

17、08.8 (0.8)2010.9 (2.6)33ndtyco health care dar hygrobac s纖維素紙芯過濾器20209.1 (2.6)208.2 (1.9)3411.4 藏積量(ml) 潴留量(ml) 死腔容積(ml)制造商和模型容積concealment volume (ml)藏積量(ml)retention volume (ml)潴留量(ml)dead space (ml)死腔(ml)volume (ml)容積(ml)intersurgical hydroguard mini 1744intersurgical hydroguard mini 1744airsafet

18、y maxipleatairsafety maxipleatpall bb100pall bb100pall bb25pall bb25intersurgical filtertherm 1941intersurgical filtertherm 1941airsafety comfortfitairsafety comfortfitairsafety slimlineairsafety slimlinedatex ohmeda 1000datex ohmeda 1000vital signs f2vital signs f2siemens servo-filter 172siemens se

19、rvo-filter 172gibeck 19402gibeck 19402draeger hygrovent sdraeger hygrovent srusch ariosrusch ariostyco health care dar hygrobac styco health care dar hygrobac smanufacturer and model制造商和模型表2患者死腔容積、藏積量和潴留量的圖表演示。 無明顯壓力表示測量容積為零。除了少數(shù)幾份hmef堵塞的報(bào)告外6 7 8 1 5，出于對麻醉呼吸系統(tǒng)1 16引起丙型肝炎交叉污染的機(jī)率以及亞臨床創(chuàng)傷（由插入氣管導(dǎo)管17 18造成）

20、引起材料受阮病毒污染的機(jī)率的考慮，全身麻醉手術(shù)中已普遍采用 hmef，以降低上述情況的發(fā)生。 過濾器堵塞的機(jī)率取決于過濾介質(zhì)和引起過濾器堵塞的溶液的性質(zhì)。 當(dāng)過濾器中的溶液清澈且具有隱蔽性時(shí)，過濾器堵塞的機(jī)率最高。 過濾器受患者的分泌物污染時(shí)，堵塞情況會進(jìn)一步加劇。 在早期的報(bào)告中，我們展示了潮濕環(huán)境下hmef的混合性能比較。 此次研究，我們更加詳細(xì)地探討了導(dǎo)致過濾器在潮濕環(huán)境下堵塞的特定的設(shè)計(jì)特征。 并進(jìn)一步發(fā)展“藏積量”這一概念，即潮濕環(huán)境下未被觀察到的過濾器堵塞的機(jī)率的主觀測量標(biāo)準(zhǔn)。hmef主要有兩種類型。 即褶狀陶瓷膜疏水過濾器，由礦物纖維組成并在外層涂上合成樹脂。 褶狀膜內(nèi)的陶瓷纖維

21、具有疏水性。通過冷凝機(jī)理返回水分。 加上孔隙小，褶狀陶瓷膜疏水過濾器是絕佳的細(xì)菌病毒過濾器和熱濕交換器。過濾器殼體的材料表面為褶狀，擴(kuò)大了材料的表面積，抵消了由孔隙產(chǎn)生的阻力。 另一種hmef為復(fù)合熱濕交換過濾器。 病毒過濾器的材質(zhì)為聚丙烯無紡布，熱濕交換元件的材質(zhì)為聚氨酯網(wǎng)狀開孔泡沫或纖維素纖維（棉或木漿）。 為增強(qiáng)吸水性和增加水分輸出量，聚氨酯泡沫和纖維素紙通常用氯化鈣浸漬。本研究旨在于證明，不同類型的過濾器的熱濕交換元件的過濾介質(zhì)會給潮濕環(huán)境下的過濾器的性能帶來差異。 根據(jù)制造商的說明，陶瓷hmef的疏水纖維在潮濕環(huán)境下能有效地阻止水分的滲透。 然而，藥物霧化會破壞過濾器的纖維，導(dǎo)致過濾

22、器無法正常工作，因此應(yīng)始終避免藥物霧化。在本研究中，陶瓷hmef既不會滯存水分，也不會增加阻力。 狀陶瓷膜疏水過濾器同樣具有極佳的病毒 過濾器壓力過濾性能3 19 21，即使存在過量的水分也一樣。 遺憾的是，該過濾器的水分輸出量較高，不符合美國試驗(yàn)與材料協(xié)會19建議。注入鹽水量(ml)datex hmef 1000datex hmef 1000intersurgical 1941intersurgical 1941airsafety comfortfitairsafety comfortfitairsafety slimlineairsafety slimlinesiemens medisiz

23、esiemens medisizevital signs f2vital signs f2pressure across filter (cm h2o)過濾器壓力 (cm h2o)volume saline added (ml)注入鹽水量(ml) 過濾器壓力注入鹽水量(ml)pressure across filter (cm h2o)過濾器壓力 (cm h2o)gibeck 19402gibeck 19402tyco dar hydrobac styco dar hydrobac sdraeger hygrovent sdraeger hygrovent srusch ariosrusch

24、ariosvolume of saline added (ml)注入鹽水量(ml)圖3：復(fù)合泡沫過濾器和纖維素紙芯復(fù)合hmef在固定加注鹽水時(shí)的壓力變化。 氣流：60litre min-1。 泡沫過濾器的聚氨酯泡沫的物理特性主要為泡沫密度、每英寸氣孔數(shù)(ppi)和泡沫厚度這三個方面。 每英寸氣孔數(shù)的變化范圍為(ppi )為10110，泡沫厚度的變化范圍為26kg m-332kg m-3。泡沫密度越大，每英寸氣孔數(shù)越大，水分輸出量也就越大。 如：過濾器air-safety slimline和comfortfit的泡沫有90 ppi，過濾器datex ohmeda 1000 僅55 ppi。 過濾

25、器的不同性能表明，ppi最多的泡沫，水分藏積量更低、潮濕環(huán)境下阻力上升幅度更小。 制造hmef所需用到的模殼中的聚氨酯泡沫的ppi雖高，但生產(chǎn)成本也比其它類型的泡沫高。 潮濕環(huán)境下過濾器的最大 呼氣壓力(cm h2o) 潮濕環(huán)境下過濾器的最大 吸氣壓力(cm h2o) 壓力制造商和模型intersurgical hydroguard mini 1744intersurgical hydroguard mini 1744airsafety maxipleatairsafety maxipleatpall bb100pall bb100pall bb25pall bb25intersurgical

26、 filtertherm 1941intersurgical filtertherm 1941airsafety comfortfitairsafety comfortfitairsafety slimlineairsafety slimlinedatex ohmeda 1000datex ohmeda 1000vital signs f2vital signs f2siemens servo-filter 172siemens servo-filter 172gibeck 19402gibeck 19402draeger hygrovent sdraeger hygrovent srusch

27、 ariosrusch ariostyco health care dar hygrobac styco health care dar hygrobac spressure (cm h2o)壓力 (cm h2o)maximum expiratory pressure (cm h2o) across filter when wet潮濕環(huán)境下過濾器的最大呼氣壓力(cm h2o)maximum inspiratory pressure (cm h2o) across filter when wet潮濕環(huán)境下過濾器的最大吸氣壓力(cm h2o)manufacturer and model制造商和模型圖4：鹽水容量最大時(shí)，hmef的呼氣壓力和吸氣壓力。 氣流：60litre min-1。 纖維素紙芯過濾器的紙芯為木漿或棉所制。 纖維素紙為波紋狀