丁建章

一種高流量氧氣吸入器的設(shè)計及臨床應(yīng)用

丁建章

目的：為了提高體內(nèi)的氧含量，克服浮標(biāo)式氧氣吸入器吸氧量少及呼氣時氧氣有浪費的不足，設(shè)計一種高流量氧氣吸入器。方法：該氧氣吸入器由氣源接頭、緩沖氣罐、流量計、呼吸器及閉式吸氧面罩5個部分構(gòu)成，分為墻插式（A型）和瓶插式（B型）2種型號，采用閉式面罩吸氧。結(jié)果：該氧氣吸入器的吸氧量是浮標(biāo)式氧氣吸入器的3倍左右，呼吸時沒有氧氣流出，不會造成氧氣浪費，其動脈血氧分壓較鼻導(dǎo)管吸氧提高了3.1倍。結(jié)論：該高流量氧氣吸入器操作簡單，使用便捷、安全，可迅速、高效改善患者缺氧狀況。

高流量；呼吸器；面罩吸氧

0 引言

氧是機(jī)體新陳代謝過程中的必須物質(zhì)，很多疾病與缺氧有直接或間接關(guān)系。吸氧無疑是改善機(jī)體缺氧狀態(tài)最直接的一種治療手段，可用于院前急救、院內(nèi)治療及院后康復(fù)。吸氧可為輔助治療，也可在疾病的轉(zhuǎn)歸中起到關(guān)鍵作用。因此，如何做到簡捷、快速、高效是吸氧的理想目標(biāo)。

1 設(shè)計背景

吸氧作為緊急搶救和治療的一種重要手段，被廣泛地用于臨床及醫(yī)療救護(hù)的各個環(huán)節(jié)，特別是對于急性缺氧性腦病、腦出血、一氧化碳及其他各種有害氣體中毒、心肌梗塞、微循環(huán)障礙性疾病等危重患者，快速高效吸氧可為搶救生命贏得寶貴時間。但目前普遍采用的是浮標(biāo)式氧氣吸入器（即鼻導(dǎo)管吸氧法），吸入的氧分壓較低，并且是持續(xù)供氧，存在以下弊?。海?）吸入的氧量太少，無法滿足治療需要，通常起不到治療作用；（2）患者呼氣時雖然不吸入氧氣，但氧氣仍在源源不斷流出，造成了氧氣的浪費?；谏鲜鲈O(shè)備不足，設(shè)計了一種高流量氧氣吸入器，吸氧量較鼻導(dǎo)管吸氧提高了3倍，呼氣時無氧氣流出，不會造成氧氣浪費，完全克服了浮標(biāo)式氧氣吸入器的不足。

2 設(shè)計分析

2.1 設(shè)計原理

該高流量氧氣吸入器，包括氣源接口、緩沖氣罐、流量計、呼吸器和閉式吸氧面罩5個主要構(gòu)件[1]，其主要技術(shù)參數(shù)詳見表1，其模式圖如圖1所示。

表1 高流量氧氣吸入器的產(chǎn)品型號與基本參數(shù)

（1）氣源接口設(shè)計有中心供氧快速插頭（A型：墻插式）和氧氣瓶接頭（B型：瓶插式）2種模式，可根據(jù)氧氣源情況選擇不同的連接方式。A型為自鎖式插頭，與目前醫(yī)院中心供氧插頭方式完全一致。沿用原有自鎖式插頭設(shè)計是為了便于產(chǎn)品的普及推廣，無需改動醫(yī)院原有的中心供氧設(shè)施。不同廠家設(shè)計的中心供氧輸出端插口型號不盡相同，可按需配備，免去了接氧氣瓶帶來的不便。此外，中心供氧氧源壓力穩(wěn)定，使用該產(chǎn)品時更加安全。B型適用于沒有中心供氧的醫(yī)療機(jī)構(gòu)及家庭吸氧，其接口是與氧氣瓶輸出口相匹配的全國統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)接口[2]。

圖1 高流量氧氣吸入器模式圖

（2）緩沖氣罐與吸氧阻力的大小密切相關(guān)，起到了降低吸氧阻力的作用。目前，大醫(yī)院中心供氧普遍采用的是液氧，其壓力穩(wěn)定；規(guī)模較小的醫(yī)院仍采用氧氣瓶匯流排供氧，壓力相對不穩(wěn)。當(dāng)中心供氧壓力較低時（≤0.25MPa），緩沖氣罐內(nèi)儲存了一定量的氧氣，其儲氣量可以滿足成人一次肺活量的需要。因為該專利設(shè)計要求瞬間氣體流量較大，設(shè)計的緩沖氣罐克服了氧源壓力較低時帶來的吸氧阻力增大的問題。

通常成人的潮氣量為500mL/次。該緩沖氣罐實際儲氣量達(dá)1 500mL左右，所以完全可以滿足成人的正常呼吸所需。每次呼吸時，吸入的基本是緩沖氣罐內(nèi)的氧氣，當(dāng)呼氣時，通過輸氧管道很快把氣罐內(nèi)的氧氣補(bǔ)充滿，因此不會出現(xiàn)供氧間斷現(xiàn)象。

（3）流量計起到的是動態(tài)顯示作用，但它不能像浮標(biāo)式氧氣吸入器那樣計算出實際吸氧量的多少。當(dāng)有呼吸動作時，氣體通過流量計會有吸氧的動態(tài)顯示，可以直觀判斷患者是否吸到了氧氣及每次吸氧的多少。吸氧量與肺活量成正比，即肺活量越大，流量計顯示數(shù)值也就越高，無需人為調(diào)節(jié)，流量動態(tài)顯示會隨著人的呼吸而上下浮動。耗氧量計算公式：每分鐘耗氧量=潮氣量×每分鐘呼吸次數(shù)。

（4）呼吸器是該專利設(shè)計的技術(shù)核心部分。因該裝置采用只有吸氣時才會有氧氣流出的技術(shù)，所以節(jié)約了氧氣。吸氣時，通過產(chǎn)生的負(fù)壓使呼吸膜片下沉，帶動膜片下方的閥針也下沉，使閥針另一端傾斜，氧氣通過傾斜后的空隙進(jìn)入到呼吸器腔內(nèi)，即打開了氧進(jìn)氣閥；呼氣時，負(fù)壓消失，進(jìn)氣閥自動關(guān)閉，因此保證了只有吸氣時才會有氧氣流出，呼氣時氧進(jìn)氣閥完全處于關(guān)閉狀態(tài)，避免了呼氣時氧氣的浪費，提高了氧利用率[3-4]。

呼吸器阻力的大小與氣源壓力、閥針的靈敏度、膜片的密封性、膜片上金屬貼片的質(zhì)量、呼吸器的容積等因素有關(guān)。目前的吸氧阻力僅為200 Pa左右，即使2歲兒童的肺活量也可以正常使用。

（5）氧面罩采用裝有單向閥的雙管閉式面罩吸氧，三通管分別與進(jìn)氣管、排氣管和面罩相連接。在進(jìn)氣和排氣管上分別裝有單向閥，進(jìn)氣端閥片指向面罩方向，排氣端則相反。閉式吸氧面罩為全密閉式，不同于開放式面罩，其設(shè)有通氣孔，吸氣時進(jìn)氣閥打開，呼氣閥關(guān)閉，確保了吸氧時不會吸入外界空氣。如果面罩佩戴嚴(yán)密后與面部皮膚之間的死腔忽略不計，即吸入的為1個大氣壓的純氧。

2.2 技術(shù)參數(shù)

不同吸氧方式的各種技術(shù)參數(shù)見表2、3。

表2 不同吸氧方式所吸入的氧分壓

表3 高流量氧氣吸入器及鼻導(dǎo)管吸氧時血氣分析的變化

3 應(yīng)用分析

缺氧是疾病的主要表現(xiàn)之一，也是影響疾病發(fā)展過程的一個重要因素，許多疾病都與缺氧有關(guān)。臨床上，應(yīng)用擴(kuò)血管藥物的唯一目的是為了增加血流量，而增加血流量的目的除增加營養(yǎng)物質(zhì)外，主要又是為了改善缺氧，但改善缺氧的途徑并非只有擴(kuò)血管藥一種方法。長期以來，氧療被作為一種輔助治療手段沒有得到很好利用。高流量氧氣吸入器與藥物相比，是通過增加血液中氧含量改善缺氧，是一種純物理治療，回避了藥物敏感性及抗藥性問題，其改善缺氧的程度也明顯高于藥物[5]。與浮標(biāo)式氧氣吸入器相比，高流量氧氣吸入器克服了吸氧量少及呼氣時氧氣浪費的不足，能快速、高效地改善缺氧，具有廣泛的實用價值。從表2不難看出，使用該吸氧器吸入1個大氣壓的純氧（0.10MPa），其吸氧量是開放式面罩吸氧或鼻導(dǎo)管吸氧量的3倍左右，具有明顯優(yōu)勢。無論男女老幼、白天或晚上，只要在同一海拔，高度每次吸氧時，體內(nèi)的氧含量均處于同一水平，該技術(shù)適用于所有急需補(bǔ)氧的疾病[6-7]。針對人們可能存在的擔(dān)心氧中毒的疑問，考慮到氧中毒的發(fā)生與吸氧濃度及一次持續(xù)吸氧的時間長短2個變量因素有關(guān)，通常吸純氧的安全時限為6～8 h。為此，該設(shè)計應(yīng)用時，建議一次持續(xù)吸氧時間30～60min，每日總吸氧時間控制在2～3 h，遠(yuǎn)在安全范圍之內(nèi)，所以不會發(fā)生氧中毒現(xiàn)象。

氧療作為一種臨床治療手段，長期以來未得到足夠重視，究其原因是沒有體會到吸氧帶來的治療

（????）（????）作用，造成這種局面的重要原因就是吸氧量不足。通過高流量氧氣吸入器可迅速提高體內(nèi)氧含量和氧儲備，表3顯示動脈血氧分壓是鼻導(dǎo)管吸氧時的3.1倍。氧分壓的提高增大了氧的有效彌散距離，使遠(yuǎn)離毛細(xì)血管的部位也能得到充分的氧供，對急性缺氧性病癥，如一氧化碳及其他有害氣體中毒、急性缺血缺氧性腦病、急性心肌梗塞、急性腦出血或腦梗塞、大面積創(chuàng)傷、休克等患者可第一時間給予高流量吸氧，從而迅速改善缺氧、減輕水腫、促進(jìn)組織的愈合及修復(fù)；對慢性缺氧性病癥，高流量吸氧可增強(qiáng)機(jī)體的免疫力，改善微循環(huán)、調(diào)節(jié)神經(jīng)、緩解疲勞、促進(jìn)體能恢復(fù)等[8-10]。

高流量氧氣吸入器類似于一個移動高壓氧艙，它不受時間、地點、條件的限制，只要有氧源就能使患者在第一時間吸到高分壓的氧，起到類似高壓氧的治療作用。高壓氧治療的適應(yīng)證均適用于該高流量氧氣吸入器，但是卻沒有高壓氧治療的禁忌證。

4 結(jié)語

高流量氧氣吸入器簡捷方便、操作簡單、安全實用，是一種全新吸氧設(shè)備，動搖了幾十年來臨床一直慣用的浮標(biāo)式氧氣吸入器的地位，可在短時間內(nèi)迅速、高效地提高體內(nèi)氧含量和氧儲備，有效改善機(jī)體缺氧，適用于具有自主呼吸的所有急性缺氧性疾病或慢性缺氧性疾病的急性發(fā)作期，對慢性缺氧也具有一定的預(yù)防保健及治療調(diào)理作用。

[1]徐承禮，姜霞，胡靜雪，等.簡易氧療呼吸器的研制與應(yīng)用[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2006，27（12）：69-70.

[2]周紅梅.中心供氧快速連接器的臨床應(yīng)用[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2006，27（8）：74.

[3]吳碧濤，傅國慶，吳明軍，等.基于ISO10651-4：2002（簡易呼吸器專用要求）標(biāo)準(zhǔn)的簡易呼吸器性能評價[J].中國醫(yī)療器械信息，2012，18（7）：38-39.

[4]ISO 10651：4—2002 Lung Ventilators-part4：Pareicular resquirements foroperator-powered resuscitators[S].2008．

[5]高春錦，楊捷云，翟曉輝.高壓氧醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)與臨床[M].北京：人民衛(wèi)生出版社，2008.

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[9]王斐，王丹，宋磊．簡易呼吸器在急診急救中的應(yīng)用體會[J]．黑龍江醫(yī)學(xué)，2010，34（9）：718-719．

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（收稿：2013-09-05 修回：2014-01-03）

Design and clinical app lication of high-flow oxygen inhalator

DING Jian-zhang
(Department of Hyperbaric Oxygen,Beijing Haidian Hospital,Beijing 100080,China)

Objective To design a high-flow oxygen inhalator to solve the problems of the buoy-type one including insufficient oxygen intake and waste of oxygen while exhaling,so as to increase the oxygen content in human body. Methods The inhalator was composed of gas source connector,buffer gas tank,flowmeter,respirator and closed oxygen mask,which was divided into two types of wall-plug and cylinder-plug.The closed mask was used for oxygen inhalation. Results The oxygen intake by the inhalator was 3 times of that by the buoy-type one,with no oxygen spilling over.The arterial partial pressure of oxygen by the inhalator was 3.1 times of that by nasal catheter.Conclusion The high-flow oxygen inhalator is convenient and safe to improve the anoxia of the patient.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（7）：45-46，136]

high flow;respirator;oxygen inhalation bymask

R318.6；TH777

A

1003-8868（2014）07-0045-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.07.045

專 利：國家實用新型專利（ZL 201220749824.5）作者簡介：丁建章（1961—），男，副主任醫(yī)師，主要從事高壓氧方面的研究工作，E-mail：ding62583019 @163.com。

100080北京，北京市海淀醫(yī)院高壓氧科（丁建章）