呼吸过滤器在临床中的应用进展

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  【摘 要】呼吸过滤器(breathing filter,BF)也称生物过滤器、热湿交换过滤器、人工鼻等,是一人类在呼吸回路中使用的过滤器,具有不同程度的生物滤过功能和加温保湿作用。近年BF在临床广泛推广使用,作为机械通气(mechanical ventilation,MV)期间保护气道、降低呼吸回路微生物污染,以及在肺功能等的临床检测时的应用以避免交叉感染是控制院内交叉感染的措施之一。
  【关键词】呼吸过滤器;机械通气
  【中图分类号】R614 【文献标识码】A 【文章编号】1004-7484(2014)01-0049-02
  呼吸过滤器(breathing filter,BF)也称生物过滤器、热湿交换过滤器、人工鼻等,是一大类在呼吸回路中使用的过滤器,具有不同程度的生物滤过功能和加温保湿作用。近年BF已在临床广泛推广使用,作为机械通气(mechanical ventilation,MV)期间保护气道、降低呼吸回路微生物污染和控制院内感染的措施之一以及在临床检测中的应用以避免交叉感染。
  1 机械通气的问题
  1.1 正常人自主呼吸时因鼻腔、口、咽部及气管粘膜表面积很大,血液循环丰富,能使吸入空气加温、加湿,使肺泡气接近体温(37℃)、相对湿度为100%。气管插管或气管切开后,病人呼吸道自然加温加湿调节功能丧失,吸入的气体会变得极为干燥,无法补偿呼出气中丧失的热量和水分;而且手术病人麻醉时体温调节中枢受到抑制,反应阈值增大;非寒战发热及寒战反应也受到抑制;外周血管扩张致散热增加室内温度较体温低;输血输液、胸腹腔冲洗等均可导致体温下降。低体温可引起基础代谢率降低、肝肾功能降低,药物代谢减慢,神经肌肉阻滞时间和强度增加,全麻苏醒时间延长,肺泡的氧合能力降低等,甚至严重影响患者的呼吸、循环功能。
  1.2 气管插管全身麻醉术后,患者并发下呼吸道感染是外科术后院内感染的主要类型之一[1],其发生率可高达36.5%[2]。术前呼吸道已有感染的患者,在使用麻醉呼吸机时常污染呼吸机回路管道系统,而麻醉机因其拆卸、安装及麻醉用品消毒管理中受材料与条件所限,残存的细菌和分泌物可以通过呼吸回路交叉感染给其他患者,使麻醉呼吸机成为院内感染源之一,术后患者发生呼吸道感染的机会明显增加[3]。麻醉机的呼吸回路与患者气管插管后的上呼吸道直接接触,不可避免地被呼吸道分泌物中的微生物所污染,呼气中的水分易在呼气螺纹导管中积聚,有助于细菌的生长[2]。机械通气在实施麻醉处理和救治危重病人方面有着不可替代的重要地位,但是大量文献表明这一治疗措施本身可以造成肺部感染发生率上升[4],参与促进急性呼吸窘迫综合征,全身炎症反应综合征和多器官衰竭[5],最终致使机械通气病人的病死率增加、住院时间延长和医疗费用上升。气管插管机械通气已被公认为是导致呼吸道感染的重要因素,至少引发了11%的下呼吸道医院内获得性感染[6]。机械通气后导致的肺炎被称为机械通气相关性肺炎(VAP),在外科ICU行长期机械通气VAP的发生率达5%-67%,死亡率可达24%-71%[4]。导致VAP的主要原因是MV期间通气绕过了鼻咽部,人体失去了上呼吸道滤过净化及加湿加温功能的保护,以及外界的病原体直接进入下呼吸道。
  2 呼吸过滤器
  2.1 呼吸过滤器过滤机制:目前,根据呼吸过滤器滤过膜的结构和材料不同分为三种类型:单纯亲水型、单纯疏水型和复合型。生物过滤器是折叠式带褶的小孔径疏水膜,通过直接拦截、惯性冲撞、扩散拦截三种过滤机制, 复合型BF因具有较大的孔隙,在一般的临床使用条件下(两端的压力差为10~14 cm H2O)即可允许水分通过,导致微生物的通过率增加。疏水皱褶型BF的滤过膜使用了树脂和陶瓷,疏水性能好且孔径小,两端的压力差>100 cmH2O才会通过水分[7]。疏水型PALL BB25S呼吸过滤器的滤孔直径为0.02μm,滤菌效能均>99.999%[8],可防止水生的和空气中悬浮的细菌及病毒通过。
  2.2 呼吸过滤器的滤菌作用:呼吸过滤器由独特的疏水性滤膜构成,具有防止患者体液、分泌物、血液及飞沫通过,有效滤除细菌及病毒,从而防止体液传播病源交叉感染等特点[9,10]。同时具有滤除环路内颗粒性异物,尤其是钠石灰粉尘等的功效,减少对呼吸道的有害刺激。目前,在临床存在多种呼吸过滤器,各种过滤器也有成人和儿童型号之分。美国GE—Datex—OhmedaHMEF人工鼻应用“疏水膜”技术将含有大量微小有机物收集于两侧(冷凝水直径1~40μm>细菌体直径0.2~10μm>病毒体直径0.07~0.3μm>水蒸汽直径0.0001μm,“疏水膜”并不能阻挡水蒸汽),从而有效地控制了“医源性感染”。该产品实验室数据表明,气体相对湿度可达97%以上,过滤率为:细菌99.999999%,病毒99.99%[11]。虽然在实验室内得到了令人鼓舞的结果,但是BF在临床中的实际使用效果仍然未能得到充分确证。在使用机械通气的过程中,气流的方向为双向,气道压力可由于咳嗽和某些病理情况而急剧升高,气流速度可因新鲜气流量、潮气量的变化而改变,呼吸回路中的水分体积的改变也会对滤过器的实际效能有影响,而且实际面临的病原微生物种类繁多,因此呼吸过滤器在临床使用的效能难以达到实验室数值。
  2.3 呼吸过滤器的保温保湿作用:人在正常呼吸时吸入气体吸收上呼吸道的水分、热量,温度和湿度逐渐升高。在生理状态下,主气管中的温度为35.3℃,相对湿度90%到达隆突后,温度即可达到37.0℃,相对湿度为100%。这种气道内环境使气道粘膜的粘液纤毛运输系统发挥最大作用,可以包裹、中和、清除外来污物,并将其运出气道[12]。在全身麻醉机械通气时,气管插管使患者失去了人体正常上呼吸道的保护作用,吸入的干燥冷空气直接进入气管下部、支气管、肺内。引起气道粘膜粘液—纤毛运输系统损伤,使粘液阻塞支气管,严重可导致肺炎、肺不张等术后并发症,影响患者术后的恢复[13]   吸入气经过喉、气管和支气管粘膜时,吸收热和水,同时冷却和干燥气道粘膜,并逐渐达到核心体温37℃和100%相对湿度(绝对湿度44mg/L)。在气管插管的病人,气道粘膜的粘液纤毛运输系统是机体唯一保留的机械防御系统,具有包裹、中和、清除外来污物,并将其运出气道的功能。气道内环境达到核心温度和100%相对湿度时,粘液纤毛运输功能达到最佳状态,偏离此条件越大,对粘液纤毛运输功能影响越大。
  气管插管后患者吸入的是低温干燥、相对湿度低于5%的医用混合气体。这些气体不经过鼻咽部而直接进入支气管,导致气道内温度和湿度的异常降低,引起气道粘膜损伤,损害粘液—纤毛运输系统,支气管粘膜表面分泌量减少,粘液粘弹性改变,粘膜表面渗透压增加,气道阻力增大。临床表现为粘液阻塞支气管,导致肺炎、肺不张等麻醉后呼吸系统并发症。低流量麻醉技术及麻醉环路应用人工鼻,具有减少机体热量和水份的丢失,增加气道内吸人气温度和湿度,保护气道粘膜的粘液纤毛运输功能的作用。
  早期研究推荐绝对湿度低限在20mg/L,在长时间通气时,可以接受的低限是30mg/L,目前国际标准是33mg/L,而临床常规流量设置不能达到这个标准[14]。除CO2吸收器外,麻醉环路内的湿化措施有低流量技术以及用单轴螺纹管替代常规的双轴螺纹管,主动湿化和被动湿化方法有各种湿化器、人工鼻等。
  2.4 呼吸过滤器对呼吸参数的影响:呼吸过滤器的使用对呼吸机各参数值有一定的影响,临床使用可作为考虑因素之一进行调整,以使呼吸机的工作更为准确稳定,但其影响不会严重妨害临床治疗[15]。鉴于使用呼吸过滤器后VT可能有所下降,PETCO2、Ppeak有所升高,在使用呼吸过滤器时最好监测PETCO2,并酌情加大VT(约36 ml),以保证患者安全。从生理学角度来看,儿童的呼吸道阻力比成人小。因此,为保持儿童较低的呼吸道阻力,在临床应用呼吸过滤器时,应选择儿童专用的呼吸过滤器。但有研究发现,与成人型号呼吸过滤器相比,应用Tyco儿童型号呼吸过滤器时其对呼吸力学的影响仅表现为Pmean显著升高,而Ppeak并未如临床麻醉学杂志[8]所述的显著升高。其结果提示我们,在机械通气条件下和潮气量变化范围在100-800ml时,鉴于儿童呼吸过滤器死腔小和质量轻的特点,如需应用呼吸过滤器时,也可考虑用Tyco儿童呼吸过滤器代替其成人型号。侯艺威等[15]的研究表明带与不带呼吸过滤器的条件下,相对误差的差异很小,趋于零,也就是说呼吸过滤器的使用未严重影响实际呼吸参数的稳定性,偏离在允许可控范围内。
  3 呼吸过滤器在临床的应用
  3.1 全麻机械通气时人工鼻的应用,降低术后肺部感染及避免交叉感染等。重症患者呼吸机治疗时人工鼻的使用也可降低肺部并发症的发生率。术后气管切开的患者也应使用人工鼻,对吸入气体加温加湿减少肺部并发症。
  3.2 临床检测中加强交叉感染的预防与控制措施十分重要。肺功能检查导致交叉感染的潜在危险性,1995年美国胸科学会(ATS)在肺活量测量标准及一口气一氧化碳(CO)弥散量测定标准中阐述了肺功能检查交叉感染的主要传播途径[16-17] 1)直接接触:上呼吸道感染、肠道感染和血液感染可能会通过此途径传播。尽管乙型肝炎和获得性免疫缺陷综合征(AIDS)并非经唾液传播,但当口腔粘膜有开放性伤口、齿龈出血或咯血时就有传染的可能性。2)间接接触:肺结核、各种病毒感染、雾化微粒所致的机会性感染及医院内感染性肺炎可能会通过此途径传播。最有可能通过这两种途径污染的是接口器及最接近受检者的阀门或管道表面。
  常规肺功能检查时,患者的呼吸道须与肺功能仪的呼吸测试管道相连接,并要求患者从复杂的呼吸回路与设备中进行最大努力的呼气与吸气,检查过程常常引起患者咳嗽,故患者用力呼吸或咳嗽时的唾液、余痰、飞沫、口腔分泌物、食物残渣等极易喷洒、粘附及沉积在检查仪器的表面或呼吸回路中,造成污染,可能会导致交叉感染的发生。Rutala等和Burgos等[18-19]对患者的痰、咽拭子与患者接受检查后肺功能仪的接口器、近端和远端测试管道、活塞表面、传感器表面及二氧化碳(CO2)吸收器进行细菌学培养,发现患者的口腔菌群和呼吸道病原菌会对仪器造成污染,在肺功能检查的装置、管道及媒材中有微生物的生长。已有报道可能通过肺功能检查传播的病原体包括结核菌、假单孢菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、军团菌、曲霉菌、人类免疫缺陷(HIV)病毒、鼻病毒、真菌及其他上呼吸道菌丛[20-21]。Hazaleus等[22]报道:1例患者和7名医护人员暴露于1个活动性肺结核病患者检查用过的肺量计后7周内,皮肤结核菌素试验由阴性转为阳性。Isles等[23]指出肺囊性纤维化患者洋葱假单孢菌感染率的上升与肺功能检查仪器的污染有关。
  国外实验室已广泛应用一次性呼吸过滤器。呼吸过滤器连接于受试者与呼吸仪器之间,呼出气首先经过过滤器,可有效阻隔受试者呼出的飞沫、呼吸道病原菌等,防止仪器的污染,避免交叉感染。临床上,应结合受试者的经济条件及病情考虑,在受试者经济许可的情况下,尽量使用呼吸过滤器;如果受试者患有明显呼吸道传染性疾病成为传染源,如SARS、结核病等,或者免疫力低下易于受感染时,如AIDS、放化疗、骨髓或器官移植术后等,则必须使用呼吸过滤器[24]。
  目前国内大多数医院仍将一次性呼吸过滤器反复用于同一患者或多个受试者,甚至将使用后的一次性呼吸过滤器经清洗、浸泡消毒等处理后重复使用。经过反复清洗消毒后,一次性抛弃型呼吸过滤器的过滤介质的结构必然发生改变或破坏[25],从而降低甚至失去呼吸过滤器阻隔唾沫、细菌、病毒等的作用,未能真正达到防止交叉感染的目的。因此,一次性过滤器使用后应丢弃销毁,绝不可清洗后再使用。
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