"Tvivla aldrig på att en liten grupp av omtänksamma, hängivna medborgare kan förändra världen.Det är faktiskt den enda där.”
Cureus uppdrag är att förändra den mångåriga modellen för medicinsk publicering, där forskningsinlämning kan vara dyrt, komplext och tidskrävande.
Citera denna artikel som: Kojima Y., Sendo R., Okayama N. et al.(18 maj 2022) Inhalerat syreförhållande i låg- och högflödesanordningar: en simuleringsstudie.Cure 14(5): e25122.doi:10.7759/cureus.25122
Syfte: Fraktionen av inhalerat syre bör mätas när syrgas ges till patienten, eftersom det representerar den alveolära syrekoncentrationen, vilket är viktigt ur andningsfysiologisk synvinkel.Därför var syftet med denna studie att jämföra andelen inhalerat syre som erhålls med olika syretillförselanordningar.
Metoder: En simuleringsmodell av spontan andning användes.Mät andelen inhalerat syre som tas emot genom nässtift med lågt och högt flöde och enkla syrgasmasker.Efter 120 s syre mättes andelen inandningsluft varje sekund under 30 s.Tre mätningar gjordes för varje tillstånd.
RESULTAT: Luftflödet minskade intratrakealt inspirerad syrefraktion och extraoral syrekoncentration vid användning av en näskanyl med lågt flöde, vilket tyder på att expiratorisk andning inträffade under återandning och kan vara associerad med en ökning av intratrakeal inspirerad syrefraktion.
Slutsats.Syreinandning under utandning kan leda till en ökning av syrekoncentrationen i det anatomiska döda utrymmet, vilket kan vara förknippat med en ökning av andelen syre som andas in.Med hjälp av en näskanyl med högt flöde kan en hög andel inhalerat syre erhållas även vid en flödeshastighet på 10 l/min.När man bestämmer den optimala mängden syre är det nödvändigt att ställa in lämplig flödeshastighet för patienten och specifika förhållanden, oavsett värdet på fraktionen av inhalerat syre.När man använder nässpetsar med lågt flöde och enkla syrgasmasker i en klinisk miljö kan det vara svårt att uppskatta andelen syre som andas in.
Administrering av syre under de akuta och kroniska faserna av andningssvikt är en vanlig procedur inom klinisk medicin.Olika metoder för syreadministrering inkluderar kanyl, näskanyl, syrgasmask, reservoarmask, venturimask och högflödes näskanyl (HFNC) [1-5].Andelen syre i inandningsluften (FiO2) är andelen syre i inandningsluften som deltar i alveolärt gasutbyte.Graden av syresättning (P/F-förhållande) är förhållandet mellan partialtrycket av syre (PaO2) och FiO2 i arteriellt blod.Även om det diagnostiska värdet av P/F-förhållandet fortfarande är kontroversiellt, är det en allmänt använd indikator på syresättning i klinisk praxis [6-8].Därför är det kliniskt viktigt att känna till värdet av FiO2 när man ger syrgas till en patient.
Under intubation kan FiO2 mätas noggrant med en syrgasmonitor som inkluderar en ventilationskrets, medan när syrgas administreras med en näskanyl och en syrgasmask kan endast en "uppskattning" av FiO2 baserad på inandningstid mätas.Denna "poäng" är förhållandet mellan syretillförsel och tidalvolym.Detta tar dock inte hänsyn till vissa faktorer ur andningens fysiologi.Studier har visat att FiO2-mätningar kan påverkas av olika faktorer [2,3].Även om administrering av syre under utandning kan leda till en ökning av syrekoncentrationen i anatomiska döda utrymmen såsom munhålan, svalget och luftstrupen, finns det inga rapporter om denna fråga i den aktuella litteraturen.Vissa läkare anser dock att dessa faktorer i praktiken är mindre viktiga och att "poäng" är tillräckliga för att övervinna kliniska problem.
Under de senaste åren har HFNC uppmärksammats särskilt inom akutmedicin och intensivvård [9].HFNC ger ett högt FiO2- och syreflöde med två huvudsakliga fördelar - spolning av det döda utrymmet i svalget och minskning av nasofaryngealt motstånd, vilket inte bör förbises vid förskrivning av syre [10,11].Dessutom kan det vara nödvändigt att anta att det uppmätta FiO2-värdet representerar syrekoncentrationen i luftvägarna eller alveolerna, eftersom syrekoncentrationen i alveolerna vid inandning är viktig med tanke på P/F-förhållandet.
Andra metoder för syretillförsel än intubation används ofta i rutinmässig klinisk praxis.Därför är det viktigt att samla in mer data om FiO2 som mäts med dessa syretillförselanordningar för att förhindra onödig översyresättning och för att få insikt i andningssäkerheten under syresättning.Mätningen av FiO2 i den mänskliga luftstrupen är dock svår.Vissa forskare har försökt efterlikna FiO2 med hjälp av spontana andningsmodeller [4,12,13].Därför, i denna studie, syftade vi till att mäta FiO2 med hjälp av en simulerad modell av spontan andning.
Detta är en pilotstudie som inte kräver etiskt godkännande eftersom den inte involverar människor.För att simulera spontan andning förberedde vi en spontanandningsmodell med hänvisning till modellen utvecklad av Hsu et al.(Fig. 1) [12].Ventilatorer och testlungor (Dual Adult TTL; Grand Rapids, MI: Michigan Instruments, Inc.) från anestesiutrustning (Fabius Plus; Lübeck, Tyskland: Draeger, Inc.) förbereddes för att efterlikna spontan andning.De två enheterna är manuellt förbundna med styva metallband.En bälg (drivsidan) av testlungan är ansluten till ventilatorn.Den andra bälgen (passiva sidan) av testlungan är ansluten till "Oxygen Management Model".Så snart ventilatorn tillför färsk gas för att testa lungorna (drivsidan) blåses bälgen upp genom att tvångsdra i den andra bälgen (passiv sida).Denna rörelse andas in gas genom dockans luftstrupe, vilket simulerar spontan andning.
(a) syrgasmonitor, (b) provdocka, (c) testlunga, (d) anestesiapparat, (e) syrgasmonitor och (f) elektrisk ventilator.
Ventilatorinställningarna var följande: tidalvolym 500 ml, andningsfrekvens 10 andetag/min, inandnings- till utandningsförhållande (inandnings/expirationsförhållande) 1:2 (andningstid = 1 s).För experimenten sattes testlungans compliance till 0,5.
En syrgasmonitor (MiniOx 3000; Pittsburgh, PA: American Medical Services Corporation) och en docka (MW13; Kyoto, Japan: Kyoto Kagaku Co., Ltd.) användes för syrgashanteringsmodellen.Rent syre injicerades med hastigheter av 1, 2, 3, 4 och 5 L/min och FiO2 mättes för varje.För HFNC (MaxVenturi; Coleraine, Nordirland: Armstrong Medical) administrerades syre-luftblandningar i volymer av 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55 och 60 L, och FiO2 var bedöms i varje fall.För HFNC utfördes experiment vid 45 %, 60 % och 90 % syrekoncentrationer.
Extraoral syrekoncentration (BSM-6301; Tokyo, Japan: Nihon Kohden Co.) uppmättes 3 cm ovanför maxillära framtänderna med syre tillfört genom en näskanyl (Finefit; Osaka, Japan: Japan Medicalnext Co.) (Figur 1).) Intubation med hjälp av en elektrisk ventilator (HEF-33YR; Tokyo, Japan: Hitachi) för att blåsa ut luft ur dockans huvud för att eliminera utandningsandning, och FiO2 mättes 2 minuter senare.
Efter 120 sekunders exponering för syre, mättes FiO2 varje sekund under 30 sekunder.Ventilera dockan och laboratoriet efter varje mätning.FiO2 mättes 3 gånger i varje tillstånd.Experimentet började efter kalibreringen av varje mätinstrument.
Traditionellt bedöms syre genom näskanyler så att FiO2 kan mätas.Beräkningsmetoden som användes i detta experiment varierade beroende på innehållet av spontan andning (tabell 1).Poängen beräknas baserat på andningsförhållandena som ställts in i anestesiapparaten (tidalvolym: 500 ml, andningsfrekvens: 10 andetag/min, inandnings- till utandningsförhållande {inandning: utandningsförhållande} = 1:2).
"Poäng" beräknas för varje syreflöde.En näskanyl användes för att administrera syre till LFNC.
Alla analyser utfördes med hjälp av Origin-mjukvara (Northampton, MA: OriginLab Corporation).Resultaten uttrycks som medelvärdet ± standardavvikelsen (SD) av antalet tester (N) [12].Vi har avrundat alla resultat till två decimaler.
För att beräkna "poängen", är mängden syre som andas in i lungorna i ett enda andetag lika med mängden syre inuti näskanylen, och resten är utomhusluft.Således, med en andningstid på 2 s, är syret som levereras av näskanylen på 2 s 1000/30 ml.Dosen av syre som erhölls från utomhusluften var 21 % av tidalvolymen (1000/30 ml).Den slutliga FiO2 är mängden syre som levereras till tidalvolymen.Därför kan FiO2 "uppskattningen" beräknas genom att dividera den totala mängden syre som förbrukas med tidalvolymen.
Före varje mätning kalibrerades den intratrakeala syrgasmonitorn till 20,8 % och den extraorala syrgasmonitorn kalibrerades till 21 %.Tabell 1 visar medelvärdena för FiO2 LFNC vid varje flöde.Dessa värden är 1,5-1,9 gånger högre än de "beräknade" värdena (tabell 1).Koncentrationen av syre utanför munnen är högre än i inomhusluften (21%).Medelvärdet minskade före införandet av luftflöde från den elektriska fläkten.Dessa värden liknar "uppskattade värden".Med luftflöde, när syrekoncentrationen utanför munnen är nära rumsluften, är FiO2-värdet i luftstrupen högre än det ”beräknade värdet” på mer än 2 L/min.Med eller utan luftflöde minskade FiO2-skillnaden när flödeshastigheten ökade (Figur 2).
Tabell 2 visar de genomsnittliga FiO2-värdena vid varje syrekoncentration för en enkel syrgasmask (Ecolite oxygen mask; Osaka, Japan: Japan Medicalnext Co., Ltd.).Dessa värden ökade med ökande syrekoncentration (tabell 2).Med samma syreförbrukning är FiO2 i LFNK högre än för en enkel syrgasmask.Vid 1-5 L/min är skillnaden i FiO2 ca 11-24%.
Tabell 3 visar de genomsnittliga FiO2-värdena för HFNC vid varje flödeshastighet och syrekoncentration.Dessa värden var nära målsyrekoncentrationen oavsett om flödeshastigheten var låg eller hög (tabell 3).
Intratrakeala FiO2-värden var högre än "uppskattade" värden och extraorala FiO2-värden var högre än rumsluft vid användning av LFNC.Luftflöde har visat sig minska intratrakeal och extraoral FiO2.Dessa resultat tyder på att utandningsandning inträffade under LFNC-återandning.Med eller utan luftflöde minskar FiO2-skillnaden när flödeshastigheten ökar.Detta resultat tyder på att en annan faktor kan vara associerad med förhöjd FiO2 i luftstrupen.Dessutom indikerade de också att syresättning ökar syrekoncentrationen i det anatomiska döda utrymmet, vilket kan bero på en ökning av FiO2 [2].Det är allmänt accepterat att LFNC inte orsakar återandning vid utandning.Det förväntas att detta avsevärt kan påverka skillnaden mellan de uppmätta och "uppskattade" värdena för näskanyler.
Vid låga flödeshastigheter på 1–5 l/min var FiO2 i den vanliga masken lägre än den för näskanylen, förmodligen för att syrekoncentrationen inte ökar lätt när en del av masken blir en anatomiskt död zon.Syreflöde minimerar utspädning av rumsluft och stabiliserar FiO2 över 5 L/min [12].Under 5 L/min uppstår låga FiO2-värden på grund av utspädning av rumsluft och återandning av dödutrymme [12].I själva verket kan noggrannheten hos syreflödesmätare variera mycket.MiniOx 3000 används för att övervaka syrekoncentrationen, men enheten har inte tillräcklig tidsupplösning för att mäta förändringar i koncentrationen av utandad syre (tillverkarna anger 20 sekunder för att representera en 90%-ig respons).Detta kräver en syrgasmonitor med snabbare tidssvar.
I verklig klinisk praxis varierar morfologin för näshålan, munhålan och svalget från person till person, och FiO2-värdet kan skilja sig från resultaten som erhållits i denna studie.Dessutom skiljer sig patienternas andningsstatus och högre syreförbrukning leder till lägre syrehalt i utandningsandningen.Dessa förhållanden kan leda till lägre FiO2-värden.Därför är det svårt att bedöma tillförlitlig FiO2 när man använder LFNK och enkla syrgasmasker i verkliga kliniska situationer.Detta experiment tyder dock på att begreppen anatomiskt död utrymme och återkommande utandningsandning kan påverka FiO2.Med tanke på denna upptäckt kan FiO2 öka avsevärt även vid låga flödeshastigheter, beroende på förhållanden snarare än "uppskattningar".
British Thoracic Society rekommenderar att läkare ordinerar syrgas enligt målmättnadsintervallet och övervakar patienten för att bibehålla målmättnadsintervallet [14].Även om det "beräknade värdet" av FiO2 i denna studie var mycket lågt, är det möjligt att uppnå en faktisk FiO2 högre än det "beräknade värdet" beroende på patientens tillstånd.
Vid användning av HFNC är FiO2-värdet nära den inställda syrekoncentrationen oavsett flödeshastighet.Resultaten av denna studie tyder på att höga FiO2-nivåer kan uppnås även vid en flödeshastighet på 10 l/min.Liknande studier visade ingen förändring i FiO2 mellan 10 och 30 L [12,15].Den höga flödeshastigheten för HFNC har rapporterats eliminera behovet av att överväga anatomiskt dödutrymme [2,16].Anatomiskt dödutrymme kan potentiellt spolas ut med en syreflödeshastighet som är större än 10 l/min.Dysart et al.Det antas att den primära verkningsmekanismen för VPT kan vara spolning av det döda utrymmet i nasofaryngealhålan, och därigenom minska det totala döda utrymmet och öka andelen minutventilation (dvs alveolär ventilation) [17].
En tidigare HFNC-studie använde en kateter för att mäta FiO2 i nasofarynx, men FiO2 var lägre än i detta experiment [15,18-20].Ritchie et al.Det har rapporterats att det beräknade värdet av FiO2 närmar sig 0,60 när gasflödet ökar över 30 l/min under nasal andning [15].I praktiken kräver HFNC flödeshastigheter på 10-30 l/min eller högre.På grund av egenskaperna hos HFNC har tillstånd i näshålan en betydande effekt, och HFNC aktiveras ofta vid höga flödeshastigheter.Om andningen förbättras kan en minskning av flödeshastigheten också krävas, eftersom FiO2 kan vara tillräckligt.
Dessa resultat är baserade på simuleringar och tyder inte på att FiO2-resultat kan tillämpas direkt på riktiga patienter.Baserat på dessa resultat, i fallet med intubation eller andra enheter än HFNC, kan FiO2-värden förväntas variera avsevärt beroende på förhållandena.Vid administrering av syrgas med en LFNC eller en enkel syrgasmask i den kliniska miljön, bedöms behandlingen vanligtvis endast av värdet för "perifer arteriell syremättnad" (SpO2) med hjälp av en pulsoximeter.Med utvecklingen av anemi rekommenderas strikt behandling av patienten, oavsett SpO2, PaO2 och syrehalt i arteriellt blod.Dessutom har Downes et al.och Beasley et al.Det har föreslagits att instabila patienter verkligen kan vara i riskzonen på grund av profylaktisk användning av högkoncentrerad syrgasbehandling [21-24].Under perioder av fysisk försämring kommer patienter som får högkoncentrerad syrgasbehandling att ha höga pulsoximeteravläsningar, vilket kan maskera en gradvis minskning av P/F-förhållandet och därför kanske inte varnar personalen vid rätt tidpunkt, vilket leder till en överhängande försämring som kräver mekaniska ingrepp.Stöd.Man trodde tidigare att hög FiO2 ger skydd och säkerhet för patienter, men denna teori är inte tillämplig på den kliniska miljön [14].
Därför bör försiktighet iakttas även vid förskrivning av syrgas i den perioperativa perioden eller i de tidiga stadierna av andningssvikt.Resultaten av studien visar att exakta FiO2-mätningar endast kan erhållas med intubation eller HFNC.När du använder en LFNC eller en enkel syrgasmask bör profylaktiskt syrgas tillhandahållas för att förhindra lätt andningsbesvär.Dessa enheter kanske inte är lämpliga när en kritisk bedömning av andningsstatus krävs, särskilt när FiO2-resultaten är kritiska.Även vid låga flödeshastigheter ökar FiO2 med syreflödet och kan maskera andningssvikt.Även vid användning av SpO2 för postoperativ behandling är det dessutom önskvärt att ha så låg flödeshastighet som möjligt.Detta är nödvändigt för tidig upptäckt av andningssvikt.Högt syreflöde ökar risken för tidig upptäcktsfel.Dosering av syrgas bör bestämmas efter att ha fastställt vilka vitala tecken som förbättras med syrgastillförsel.Enbart baserat på resultaten av denna studie rekommenderas det inte att ändra konceptet med syrgashantering.Vi anser dock att de nya idéerna som presenteras i denna studie bör övervägas i termer av metoder som används i klinisk praxis.Dessutom, när man bestämmer mängden syre som rekommenderas av riktlinjerna, är det nödvändigt att ställa in lämpligt flöde för patienten, oavsett FiO2-värdet för rutinmässiga inandningsflödesmätningar.
Vi föreslår att man omprövar konceptet med FiO2, med hänsyn till omfattningen av syrgasbehandling och kliniska tillstånd, eftersom FiO2 är en oumbärlig parameter för att hantera syrgasadministration.Denna studie har dock flera begränsningar.Om FiO2 kan mätas i den mänskliga luftstrupen kan ett mer exakt värde erhållas.Det är dock för närvarande svårt att utföra sådana mätningar utan att vara invasiv.Ytterligare forskning med hjälp av icke-invasiva mätinstrument bör utföras i framtiden.
I denna studie mätte vi intratrakeal FiO2 med hjälp av LFNC-modellen för spontan andningssimulering, enkel syrgasmask och HFNC.Hantering av syre under utandning kan leda till en ökning av syrekoncentrationen i det anatomiska döda utrymmet, vilket kan vara förknippat med en ökning av andelen syre som andas in.Med HFNC kan en hög andel inhalerat syre erhållas även vid en flödeshastighet på 10 l/min.När man bestämmer den optimala mängden syre är det nödvändigt att fastställa den lämpliga flödeshastigheten för patienten och specifika förhållanden, inte bara beroende på värdena för andelen syre som inandas.Att uppskatta andelen syrgas som inandas när man använder en LFNC och en enkel syrgasmask i en klinisk miljö kan vara utmanande.
De erhållna uppgifterna indikerar att utandningsandning är associerad med en ökning av FiO2 i luftstrupen i LFNC.När man bestämmer mängden syre som rekommenderas av riktlinjerna är det nödvändigt att ställa in lämpligt flöde för patienten, oavsett FiO2-värdet som mäts med det traditionella inandningsflödet.
Mänskliga försökspersoner: Alla författare bekräftade att inga människor eller vävnader var inblandade i denna studie.Djurämnen: Alla författare bekräftade att inga djur eller vävnader var inblandade i denna studie.Intressekonflikter: I enlighet med ICMJE Uniform Disclosure Form deklarerar alla författare följande: Betalnings-/tjänstinformation: Alla författare förklarar att de inte fått ekonomiskt stöd från någon organisation för det inlämnade arbetet.Ekonomiska relationer: Alla författare förklarar att de för närvarande eller under de senaste tre åren inte har ekonomiska relationer med någon organisation som kan vara intresserad av det inlämnade arbetet.Andra relationer: Alla författare förklarar att det inte finns några andra relationer eller aktiviteter som kan påverka det inlämnade verket.
Vi vill tacka Mr. Toru Shida (IMI Co., Ltd, Kumamoto Customer Service Center, Japan) för hans hjälp med denna studie.
Kojima Y., Sendo R., Okayama N. et al.(18 maj 2022) Inhalerat syreförhållande i låg- och högflödesanordningar: en simuleringsstudie.Cure 14(5): e25122.doi:10.7759/cureus.25122
© Copyright 2022 Kojima et al.Detta är en artikel med öppen tillgång som distribueras under villkoren i Creative Commons Attribution License CC-BY 4.0.Obegränsad användning, distribution och reproduktion i alla medier är tillåten, förutsatt att den ursprungliga författaren och källan krediteras.
Detta är en artikel med öppen tillgång som distribueras under Creative Commons Attribution License, som tillåter obegränsad användning, distribution och reproduktion i vilket medium som helst, förutsatt att författaren och källan krediteras.
(a) syrgasmonitor, (b) provdocka, (c) testlunga, (d) anestesiapparat, (e) syrgasmonitor och (f) elektrisk ventilator.
Ventilatorinställningarna var följande: tidalvolym 500 ml, andningsfrekvens 10 andetag/min, inandnings- till utandningsförhållande (inandnings/expirationsförhållande) 1:2 (andningstid = 1 s).För experimenten sattes testlungans compliance till 0,5.
"Poäng" beräknas för varje syreflöde.En näskanyl användes för att administrera syre till LFNC.
Scholarly Impact Quotient™ (SIQ™) är vår unika utvärderingsprocess för peer review efter publicering.Ta reda på mer här.
Den här länken tar dig till en tredje parts webbplats som inte är ansluten till Cureus, Inc. Observera att Cureus inte är ansvarig för något innehåll eller aktiviteter som finns på vår partner eller anslutna webbplatser.
Scholarly Impact Quotient™ (SIQ™) är vår unika utvärderingsprocess för peer review efter publicering.SIQ™ utvärderar vikten och kvaliteten på artiklar med hjälp av den samlade visdomen från hela Cureus-gemenskapen.Alla registrerade användare uppmuntras att bidra till SIQ™ för alla publicerade artiklar.(Författare kan inte betygsätta sina egna artiklar.)
Höga betyg bör reserveras för verkligt innovativt arbete inom sina respektive områden.Alla värden över 5 bör betraktas som över genomsnittet.Även om alla registrerade användare av Cureus kan betygsätta vilken publicerad artikel som helst, väger ämnesexperternas åsikter betydligt större än icke-specialisternas.SIQ™ för en artikel kommer att visas bredvid artikeln efter att den har betygsatts två gånger, och kommer att räknas om för varje ytterligare poäng.
Scholarly Impact Quotient™ (SIQ™) är vår unika utvärderingsprocess för peer review efter publicering.SIQ™ utvärderar vikten och kvaliteten på artiklar med hjälp av den samlade visdomen från hela Cureus-gemenskapen.Alla registrerade användare uppmuntras att bidra till SIQ™ för alla publicerade artiklar.(Författare kan inte betygsätta sina egna artiklar.)
Observera att genom att göra det godkänner du att läggas till vår månatliga e-postlista för nyhetsbrev.