嵌入式呼气末正压阀：个体化分离式呼吸回路的基本组成部分
由于2019年冠状病毒疾病大流行使资源不堪重负，呼吸机短缺发生或被预见，卫生系统一直在争相寻求增加呼吸机容量的方法。已经提出的一个解决方案是在多名患者之间共享呼吸机。尽管在纽约已经使用了所谓的“共同通气”策略，并获得了卫生与公众服务部和联邦药品管理局的危机批准，但这类方法存在重大潜在风险，主要的医疗组织已经声明反对使用这些方法。为了解决这些限制，几个国际工作组设计了改良的呼吸机回路，允许为共用呼吸机的患者进行个体化设置。这些改良系统，也称为差分多通气(DMV)，使用流量限制器和传感器，允许离散调整和监测吸气和呼气变量（系统示例如图1所示）。 图1：差分多通气(DMV)。突出显示了具有四级呼气末正压(PEEP)阀门的简化DMV回路示例。这些改进的多通气系统最基本的组件是内联PEEP阀。在DMV设置中，嵌入式PEEP阀门具有以下三个关键功能：1）减少单个患者回路的吸气压力，2）增加单个患者回路的呼气末压力，以及3）作为单向阀确保气体单向流经分离回路。虽然为了图中的视觉清晰度省略了监测组件，但DMV系统应尽可能使用单个传感器和监测设备，以确保患者接受充分的氧合和通气。适当的监测选项包括压力测压、流量传感器、呼气末二氧化碳监测仪和无创心输出量监测仪(6)。ETT = 气管插管，HEPA = 高效微粒空气过滤器，HME = 热湿交换器。大多数DMV系统在解决分体式呼吸机相关挑战的基础上使用变体：首先，由于患者触发呼吸机可能导致一名或两名患者过度通气和潜在危险的患者-患者-呼吸机相互作用，所有患者必须被动通气。充分镇静，必要时使用肌松剂防止一名或多名患者触发呼吸。其次，呼吸机必须处于压力控制模式。使用压力调节呼吸机模式防止单个患者接受预期用于两名或两名以上患者的潮气量（如果回路或患者阻塞）。作为次要受益，基于压力的模式也促进了个体化过程，因为压力比容量更容易机械调节。第三，使用数字或机械压力测压、流量传感器、呼气末CO2监测仪和/或无创心输出量监测仪单独监测患者通气变量。最后，在每个患者回路中使用阀门和流量限制器，以个体化呼吸机变量。尽管已经描述了许多流量限制器，大多数DMV系统至少在系统的某些部分使用可调节的串联呼气末正压（PEEP）阀（图1）。1).直列式PEEP阀在DMV系统中具有三个关键功能：1）降低单个患者回路（流量限制器）的吸气峰压(PIP)，2）增加单个患者回路的PEEP（压力释放阀），3）用作单向阀，以确保单向气体流经分隔回路（止回阀）。PEEP阀为可调压力释放阀。它们通常与袋阀面罩(BVM)结合使用，通常将呼出气体排放到大气中。当预充压力超过阀门设定点时，膜片打开并允许流动。当压力降低到阀门设定点以下时，隔膜关闭，通过阀门的流量停止。直列式PEEP阀还可以用作单向阀或单向阀，因为关闭的隔膜可防止倒流。典型的PEEP阀功能取决于由弹簧关闭的阀门（如图2所示）。可以手动张紧弹簧以施加设定的压力（例如5 cm H2O）。在大气压力下，阀门保持关闭，当预阀压力小于张紧弹簧施加的压力时，压力会积聚在阀门下方。当预阀压力累积到大于张紧弹簧施加的压力时，阀门打开，气体排出，直到预阀气体压力再次低于设定值（图2A）。图2：呼气末正压(PEEP)阀在不同设置下的功能和行为。在情况(A)中，当预充压力超过PEEP阀设定点时，预充气体排放到环境中。在内置PEEP阀（B和C）的情况下，当预充压力超过弹簧张力和阀后气体压力的组合阻力时，预充气体向阀后回路通气。当用于呼气回路（情况B）时，内联PEEP阀压力与呼吸机PEEP(PEEPvent)相加（PEEPpatient = PEEPvent + 阀门设定值）。当在吸气回路（情况C）中使用时，内联“PEEP”阀门设置减去输送的呼吸机压力（PIPpatient = PIPvent–阀门设定值）。PIP = 吸气峰压，PIPvent = 呼吸机PIP。当PEEP阀放置在内联外壳中时（图2、B和C），阀门现在可以在局部大气压以外的压力下工作。在这种情况下，PEEP阀的设定点是弹簧施加的压力和外壳后阀室内气体压力施加的压力之和。只有当预充压力大于弹簧张紧压力和阀后气体压力之和时，阀门才会打开。当在线PEEP阀放入DMV回路的呼气肢时（图1）。2B）进入外壳的气体是来自患者的呼气流量，阀后气体压力由呼吸机调节。由于阀门后气体压力反映了呼吸机设置的PEEP，弹簧流出单个呼气回路的额外阻力代表呼吸机设置的PEEP之上的额外PEEP。因此，呼气回路中的内联PEEP阀设置是呼吸机PEEP的附加值（即，当内联PEEP阀设置为5 cm H2O，呼吸机设置为保持PEEP为5 cm H2O时，总PEEP为10 cm H2O）。与呼气支相反，在DMV环路的吸气支中使用内联“PEEP”阀会导致不同的行为（图2C）。进入外壳入口的气体是来自呼吸机的吸气流，阀门通过弹簧的张力来抵抗这种气流。预阀气体压力反映呼吸机上设置的管道压力，管道阀门通过必要的压降进行张紧，以达到针对单个患者（PIPpatient）的规定PIP。在吸气阶段开始时，个体化回路中的压力应始终低于呼吸机(PIPvent)输送的压力。因此，阀门将允许气体进入，直至达到所需的PIPpatient。此时，阀后气体压力和弹簧张力将等于或超过预压力，阀将关闭。通过这种方式，吸气回路中的内联“PEEP”阀设置减去呼吸机PIP（即，当吸气内联阀设置为5 cm H2O，呼吸机设置为输送25 cm H2O的PIPvent时，回路中的净PIPpatient为20 cm H2O）。与吸气回路中的内联“PEEP”阀的性能不同，已描述用于DMV系统中的大多数其他类型的限流器提供的性能特征要少得多。例如，诸如球阀或针阀之类的流量限制器依靠可变的缩颈来产生流量限制。只有吸气时间（Itime）保持不变，这种方法才会产生持续的压降。当改变吸气/呼气比，使其时间延长时，阀后回路中的压力有更多的时间与前阀压力相等，即使阀门设定值没有变化，也可以增加。除了与时间相关的特性外，大多数阀门还具有非线性流量限制。例如，在球阀中，控制杆的初始旋转会导致流量的微小变化，因为没有达到临界收缩尺寸。随着杠杆进一步旋转，出现明显的收缩，杠杆的旋转越小，流量的减少就越大。最后，球阀和针阀缺少有意义单位的数值设置，这使得再现或预测所需设置变得困难。相比之下，可调内联PEEP阀在DMV系统中不会受到这些主要缺点的影响：PEEP阀表现出相对独立于时间的行为，接近线性可调流量限制，并且使用正确单位（cmH2O）的可预测数值设置来实现这一点。在其基本结构中，PEEP阀是一个弹簧加载盘式止回阀。一旦出口压力与弹簧力的结合超过入口压力，薄膜将关闭阀门，流体将停止流动。这种止回阀的行为确保了在单个病人回路中单向流动，防止呼气再次吸入。在DMV系统中，回路的每个分支都需要一个止回阀。因此，当内联PEEP阀用于病人呼吸和呼气肢体时，只需要在旁路回路中使用常规止回阀（图1）。在正确配置的系统中，使用内联PEEP阀不应显著影响呼吸机警报。事实上，可调内联PEEP阀与旁路回路的结合使用，通过确保呼吸机呼气口处的两种正常情况继续发生，使呼吸机警报保持完整：呼吸机呼气口的净吸气量和呼气呼吸机端口的气体压力相等。与传统PEEP阀相比，PEEP阀不向大气排放气体，因此，可以创建一个封闭系统。由于使用密封良好的材料制成的嵌入式PEEP阀门不应将气体引入系统，因此在吸气回路端口离开呼吸机的气体体积与在呼气端口接收的气体体积相同。这种情况允许呼吸机在检测到吸气和呼气量之间的差异时识别漏气，并防止患者呼吸努力的错误检测，这可能导致呼吸机自动循环。一般而言，DMV设置使用已通过呼吸机自检的内置PEEP阀，不应触发“患者断开连接”、“低压”或“低呼气量”报警，除非发生断开连接事件或新的漏气。当串联PEEP阀与旁路回路联合使用时，吸气期间呼吸机呼气口的气体压力将等于PIPvent，呼气末期间呼吸机设置的PEEP。这种情况需要防止“管道阻塞”和“高气道压”报警，呼吸机将内联PEEP阀检测为阻塞。当大多数呼吸机使用内联PEEP阀时，旁路回路是必要的，不仅避免触发这些警报，而且维持呼吸机的可预测行为，这将在后面详细讨论。内联可调PEEP阀仅在有限的几个国家有市售，医院通常不提供库存。固定压力内联阀更为普遍，但其在DMV系统中的应用受到限制，因为物理更换阀门作为调整通气机设置的手段是不切实际的。基于这些原因，大多数DMV系统依赖于商用BVM PEEP阀的转换，这在全球大多数医疗保健系统中都是现成的。或者，即使是标准的商用PEEP阀也不可用，内联PEEP阀可以进行3D打印（图3A）。图3：可调内联呼气末正压(PEEP)阀示例。从左到右依次为：A、3D打印PEEP阀（内联PANDApeep Gen2内联）、B、PEEP阀套环（套环适配器）、C、PEEP阀外壳（简易聚氯乙烯外壳）、D、3D打印外壳（PANDAcase瓶）。可调内联PEEP阀对DMV系统的可靠性和安全性至关重要，当试图在通气机严重短缺的情况下扩展通气机容量时。在DMV系统中，内联PEEP阀提供了一种减少输送到单个患者回路的PIP的方法，一种增加单个患者回路PEEP的方法，并充当单向阀，以确保通过分割回路的单向气流。由于其在DMV中的多功能作用，内联PEEP阀是一个重要的组成部分，但在医疗保健系统中并不常见。可调内联PEEP阀可根据商用阀门进行调整，或在市售选项不可用时从头打印。DMV系统和呼吸机组件的非商业采购仅应在呼吸机极度短缺的危机和环境中考虑。使用可调内联PEEP阀进行个体化呼吸机设置只能在有知识的麻醉师或重症监护医师的监督下进行。来源：Critical Care Explorations: September 2020 - Volume 2 - Issue 9 - p e0198
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