DMS-CO2技術(shù)監(jiān)測人工氣道氣囊密閉性的實(shí)驗(yàn)研究

黃 桃，向 軍

（1.重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科，重慶 400016；2.重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院設(shè)備處，重慶 400016）

0 引言

人工氣道是保證氣道通暢和呼吸支持的重要技術(shù)手段，在急危重癥患者搶救、治療過程中發(fā)揮了極其重要的作用，是急重癥醫(yī)學(xué)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。人工氣道氣囊（artificial airway cuff，AAC）最基本的作用則是保證氣道密閉性，確保有效通氣量；防止AAC上方的氣道分泌物、胃食道反流物等滯留物誤入下呼吸道。現(xiàn)行AAC密閉性監(jiān)測方法包括壓力表測量法[1]、觸摸判斷法[2]及一次性壓力傳感器監(jiān)測法等，均通過監(jiān)測AAC壓力來間接反映AAC密閉性程度，并以多項(xiàng)指南[3-4]推薦的經(jīng)驗(yàn)性AAC 壓力值 25～30 cmH2O（1 cmH2O=98.06 Pa）作為AAC密閉性的調(diào)控依據(jù)。以上方法存在明顯局限性，不能個(gè)體化、精細(xì)化控制適宜的AAC壓力。究其原因是缺乏AAC密閉性的客觀、準(zhǔn)確的動態(tài)監(jiān)測方法。為此，本文聯(lián)合應(yīng)用臨床醫(yī)學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)，創(chuàng)新性提出通過動態(tài)監(jiān)測聲門與AAC之間腔隙內(nèi)CO2體積分?jǐn)?shù)（dynamic monitor of subglottic carbon dioxidelevels，DMS-CO2）技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測 AAC密閉性，以期為AAC壓力的個(gè)體化調(diào)控提供指導(dǎo)依據(jù)。

1 方法

1.1 AAC體外實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕?/h3>

AAC體外實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀蓹C(jī)械通氣系統(tǒng)、AAC壓力監(jiān)測調(diào)控系統(tǒng)和DMS-CO2監(jiān)測系統(tǒng)組成。AAC體外實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷南到y(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 AAC體外實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷南到y(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 AAC壓力監(jiān)測調(diào)控系統(tǒng)

（1）機(jī)械通氣系統(tǒng)：實(shí)驗(yàn)通氣模型采用挪威Laerdal公司生產(chǎn)的SimMan 3G高智能模擬人，并用以色列CURATIVE公司生產(chǎn)的AnapnoGuard氣管導(dǎo)管ETT（擁有AAC充氣通道、CO2監(jiān)測/沖洗通道、用于吸除AAC上方滯留物的吸引通道）對模擬人進(jìn)行氣管插管，應(yīng)用Dr?ger Evita4呼吸機(jī)行機(jī)械通氣。

（2）AAC壓力監(jiān)測調(diào)控系統(tǒng)（如圖2所示）：AAC充氣管連接三通，一端連接Philips MP60監(jiān)護(hù)儀壓力傳感器持續(xù)監(jiān)測AnapnoGuard ETT氣囊壓力，另一端連接德國VBM氣囊測壓表以調(diào)控AAC壓力。

（3）DMS-CO2監(jiān)測系統(tǒng)：SimMan 3G模擬人具有CO2氣體外接輸入口，壓力為45 mmHg（1 mmHg=133.322 Pa）的CO2經(jīng)此氣體外接口持續(xù)輸入。將邁瑞B(yǎng)eneview T1監(jiān)護(hù)儀CO2旁流模塊連接AnapnoGuardETT的CO2監(jiān)測管，以測量聲門下CO2體積分?jǐn)?shù)（以CO2分壓表示）。同時(shí)，利用Philips MP60監(jiān)護(hù)儀主流法監(jiān)測呼吸機(jī)回路Y型接頭處呼出的CO2體積分?jǐn)?shù)。

呼吸機(jī)、監(jiān)護(hù)儀等設(shè)備參數(shù)均錄入Philips重癥信息系統(tǒng)（如圖3所示），并通過系統(tǒng)持續(xù)動態(tài)儲存、抓取相關(guān)數(shù)據(jù)。

圖3 Philips重癥信息系統(tǒng)示意圖

1.2 AAC密閉性監(jiān)測的實(shí)驗(yàn)方法

通過AAC體外實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行機(jī)械通氣。將壓力為45mmHg的CO2經(jīng)SimMan 3G模擬人的CO2氣體外接口持續(xù)輸入。呼吸機(jī)參數(shù)如下：壓力控制通氣模式（pressure controlled ventilation，PCV），呼吸頻率（respiratory rate，RR）15次/min、吸氣壓力（inspiratorypressure，Pi）30cmH2O、吸氣時(shí)間（inspiratory time，Ti）1.6 s、呼氣末正壓（positive end expiratory pressure，PEEP）5 cmH2O。AAC 壓力從0 cmH2O開始，以2 cmH2O的幅度逐漸增加至30 cmH2O，以上每個(gè)步驟均運(yùn)行10 min。同時(shí)，在每個(gè)AAC壓力水平均將1 ml美藍(lán)和4 ml注射用水混勻稀釋后經(jīng)AnapnoGuard ETT沖洗通道注入至聲門與AAC之間腔隙內(nèi)，3 min后通過AnapnoGuard ETT腔內(nèi)吸取SimMan 3G模擬人肺部美藍(lán)稀釋液引流量（即AAC滲漏量）。通過Philips重癥信息系統(tǒng)抓取聲門與AAC之間腔隙內(nèi)CO2體積分?jǐn)?shù)值、AAC壓力值并手動記錄美藍(lán)稀釋液引流量。以上實(shí)驗(yàn)操作重復(fù)進(jìn)行20次。

1.3 統(tǒng)計(jì)描述

統(tǒng)計(jì)學(xué)分析均采用SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件。計(jì)量資料成正態(tài)分布的采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（xˉ±s）表示，非正態(tài)分布資料以中位數(shù)表示，用四分位數(shù)間距描述其變異度。

2 結(jié)果

2.1 AAC體外實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜏y試結(jié)果

AAC體外實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷暮粑芈穀型接頭處呼出CO2描記波形與人體典型CO2描記圖波形一致，如圖4、5所示；機(jī)械通氣中，Vt、Pi及PEEP等設(shè)置參數(shù)與監(jiān)測參數(shù)基本一致，如圖6所示。

圖4 典型CO2描記圖波形

圖5 實(shí)驗(yàn)中CO2描記圖波形

圖6 AAC體外實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?shí)驗(yàn)中呼吸機(jī)參數(shù)顯示界面

2.2 聲門、AAC之間腔隙內(nèi)CO2體積分?jǐn)?shù)與AAC密閉性的關(guān)系

在一定范圍內(nèi)聲門、AAC之間腔隙內(nèi)CO2體積分?jǐn)?shù)與AAC壓力呈負(fù)相關(guān)（多項(xiàng)式趨勢線R2=0.984 4，如圖7所示），與美藍(lán)稀釋液引流量呈正相關(guān)。因此，在一定范圍內(nèi)聲門、AAC之間腔隙內(nèi)CO2體積分?jǐn)?shù)與AAC密閉性呈負(fù)相關(guān)。

圖7 聲門下CO2體積分?jǐn)?shù)與AAC壓力的關(guān)系

3 討論

如果AAC對氣道密閉不嚴(yán)，AAC上方滯留物將沿AAC與氣道縫隙滲漏至下呼吸道（即誤吸），引起呼吸機(jī)相關(guān)性肺炎（ventilator associated pneumonia，VAP），導(dǎo)致其死亡率增高、住院時(shí)間和住院費(fèi)用顯著增加[5]。AAC上方滯留物是VAP病原菌的重要來源，誤吸使細(xì)菌逆向定植，是目前公認(rèn)的VAP發(fā)病機(jī)制。如果AAC壓力過高，將引起AAC壓迫區(qū)氣道黏膜損傷。Payne等[6]研究顯示，當(dāng)AAC內(nèi)壓為25 cmH2O時(shí)，黏膜灌注血流開始受阻；內(nèi)壓為30cmH2O時(shí)，黏膜灌注血流被部分阻斷，灌注壓下降30%～60%；內(nèi)壓為40 cmH2O時(shí)，黏膜灌注血流明顯減少，黏膜蒼白，導(dǎo)致黏膜損傷。當(dāng)AAC內(nèi)壓超過50 cmH2O時(shí)，黏膜灌注完全被阻斷[7]。氣道黏膜損傷隨AAC壓迫時(shí)間的延長而加重，氣道黏膜受壓超過一定時(shí)間時(shí)將導(dǎo)致氣道黏膜缺血性損傷甚至壞死，嚴(yán)重時(shí)可發(fā)生氣管食管瘺[8]。因此，如何以最適宜的AAC壓力實(shí)現(xiàn)有效的AAC密閉是人工氣道應(yīng)用中預(yù)防誤吸、VAP及氣道黏膜損傷等高危并發(fā)癥的關(guān)鍵。

AAC密閉性受AAC壓力、AAC形狀及材質(zhì)[9]、氣管插管型號[10]、負(fù)壓吸引[11]、體位[12]、機(jī)械通氣模式及其參數(shù)[13]等諸多因素影響且呈持續(xù)動態(tài)變化。因此，連續(xù)動態(tài)監(jiān)測AAC密閉性在指導(dǎo)AAC壓力調(diào)控中可發(fā)揮重要作用，但此問題目前未得到有效解決，仍缺乏AAC密閉性的動態(tài)監(jiān)測和AAC壓力的個(gè)體化控制。

AAC對氣道封閉不嚴(yán)，將導(dǎo)致人體組織細(xì)胞新陳代謝過程中產(chǎn)生的高體積分?jǐn)?shù)CO2經(jīng)AAC與氣道的縫隙泄漏至聲門下。因此，理論上聲門下CO2體積分?jǐn)?shù)與AAC密閉性密切相關(guān)。在AAC體外實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭校ㄟ^SimMan 3G模擬人的CO2氣體外接輸入口，將壓力為45 mmHg的CO2氣體經(jīng)外接口持續(xù)輸入，以模擬人體肺部CO2體積分?jǐn)?shù)。AAC體外實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膶?shí)驗(yàn)結(jié)果表明，其呼吸回路Y型接頭處呼出CO2描記波形與人體典型CO2描記圖波形一致，說明AAC體外實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ湍苡行M機(jī)械通氣患者排出CO2的過程；機(jī)械通氣中，Vt、Pi及PEEP等設(shè)置參數(shù)與監(jiān)測參數(shù)基本一致，表明AAC體外實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ湍苡行M患者機(jī)械通氣。因此，可利用AAC體外實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行DMS-CO2技術(shù)的可行性實(shí)驗(yàn)研究。通過AAC體外模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在一定范圍內(nèi)聲門、AAC之間腔隙內(nèi)CO2體積分?jǐn)?shù)與AAC壓力呈負(fù)相關(guān)，與美藍(lán)稀釋液引流量呈正相關(guān)。由此可知，在一定范圍內(nèi)聲門、AAC之間腔隙內(nèi)CO2體積分?jǐn)?shù)與AAC密閉性呈負(fù)相關(guān)，從而驗(yàn)證了DMS-CO2技術(shù)作為AAC密閉性監(jiān)測手段的可行性和有效性。

4 結(jié)語

本文通過AAC體外模型實(shí)驗(yàn)研究表明，DMSCO2技術(shù)可實(shí)現(xiàn)AAC密閉性的動態(tài)、準(zhǔn)確監(jiān)測，為指導(dǎo)適宜的AAC壓力調(diào)控提供客觀依據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)以最適宜的AAC壓力達(dá)到有效的AAC密閉。同時(shí)，DMS-CO2技術(shù)是利用監(jiān)護(hù)儀CO2旁流法實(shí)現(xiàn)AAC密閉性監(jiān)測，是現(xiàn)有技術(shù)在創(chuàng)新領(lǐng)域的拓展應(yīng)用，具有實(shí)用性強(qiáng)、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。本文有關(guān)DMS-CO2技術(shù)的體外模型實(shí)驗(yàn)成果將為后續(xù)動物實(shí)驗(yàn)和臨床研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，最終為實(shí)現(xiàn)AAC密閉性的個(gè)體化、精細(xì)化管理提供新思路和新途徑，具有較好的應(yīng)用前景。