Cannula in metallo

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Cita questo articolo come: Kojima Y., Sendo R., Okayama N. et al.(18 maggio 2022) Rapporto di ossigeno inalato in dispositivi a basso e alto flusso: uno studio di simulazione.Cura 14(5): e25122.doi:10.7759/cureus.25122
Scopo: la frazione di ossigeno inalato deve essere misurata quando l'ossigeno viene somministrato al paziente, poiché rappresenta la concentrazione di ossigeno alveolare, che è importante dal punto di vista della fisiologia respiratoria.Pertanto, lo scopo di questo studio era confrontare la proporzione di ossigeno inalato ottenuto con diversi dispositivi di erogazione di ossigeno.
Metodi: è stato utilizzato un modello di simulazione della respirazione spontanea.Misurare la proporzione di ossigeno inalato ricevuto attraverso cannule nasali a flusso basso e alto e semplici maschere di ossigeno.Dopo 120 s di ossigeno, la frazione di aria inalata è stata misurata ogni secondo per 30 s.Sono state effettuate tre misurazioni per ciascuna condizione.
RISULTATI: Il flusso d'aria ha ridotto la frazione di ossigeno inspirato intratracheale e la concentrazione di ossigeno extraorale quando si utilizza una cannula nasale a basso flusso, suggerendo che la respirazione espiratoria si è verificata durante la rirespirazione e può essere associata ad un aumento della frazione di ossigeno inspirato intratracheale.
Conclusione.L'inalazione di ossigeno durante l'espirazione può portare ad un aumento della concentrazione di ossigeno nello spazio morto anatomico, che può essere associato ad un aumento della percentuale di ossigeno inalato.Utilizzando una cannula nasale ad alto flusso si può ottenere un'alta percentuale di ossigeno inalato anche ad una portata di 10 L/min.Quando si determina la quantità ottimale di ossigeno, è necessario impostare la portata appropriata per il paziente e le condizioni specifiche, indipendentemente dal valore della frazione di ossigeno inalato.Quando si utilizzano cannule nasali a basso flusso e semplici maschere di ossigeno in ambito clinico, può essere difficile stimare la percentuale di ossigeno inalato.
La somministrazione di ossigeno durante le fasi acute e croniche dell'insufficienza respiratoria è una procedura comune nella medicina clinica.Vari metodi di somministrazione dell'ossigeno includono cannula, cannula nasale, maschera per ossigeno, maschera serbatoio, maschera venturi e cannula nasale ad alto flusso (HFNC) [1-5].La percentuale di ossigeno nell'aria inalata (FiO2) è la percentuale di ossigeno nell'aria inalata che partecipa allo scambio gassoso alveolare.Il grado di ossigenazione (rapporto P/F) è il rapporto tra la pressione parziale dell'ossigeno (PaO2) e la FiO2 nel sangue arterioso.Sebbene il valore diagnostico del rapporto P/F rimanga controverso, esso è un indicatore di ossigenazione ampiamente utilizzato nella pratica clinica [6-8].Pertanto, è clinicamente importante conoscere il valore di FiO2 quando si somministra ossigeno a un paziente.
Durante l'intubazione, la FiO2 può essere misurata accuratamente con un monitor dell'ossigeno che include un circuito di ventilazione, mentre quando l'ossigeno viene somministrato con una cannula nasale e una maschera per l'ossigeno, può essere misurata solo una "stima" della FiO2 basata sul tempo inspiratorio.Questo "punteggio" è il rapporto tra l'apporto di ossigeno e il volume corrente.Tuttavia, questo non tiene conto di alcuni fattori dal punto di vista della fisiologia della respirazione.Gli studi hanno dimostrato che le misurazioni della FiO2 possono essere influenzate da vari fattori [2,3].Sebbene la somministrazione di ossigeno durante l'espirazione possa portare ad un aumento della concentrazione di ossigeno negli spazi morti anatomici quali il cavo orale, la faringe e la trachea, nella letteratura attuale non ci sono segnalazioni al riguardo.Tuttavia, alcuni clinici ritengono che in pratica questi fattori siano meno importanti e che i "punteggi" siano sufficienti per superare i problemi clinici.
Negli ultimi anni, l'HFNC ha attirato particolare attenzione nella medicina d'urgenza e nella terapia intensiva [9].L'HFNC fornisce un elevato flusso di FiO2 e ossigeno con due vantaggi principali: il lavaggio dello spazio morto della faringe e la riduzione della resistenza nasofaringea, che non devono essere trascurati quando si prescrive l'ossigeno [10,11].Inoltre, potrebbe essere necessario presumere che il valore di FiO2 misurato rappresenti la concentrazione di ossigeno nelle vie aeree o negli alveoli, poiché la concentrazione di ossigeno negli alveoli durante l'inspirazione è importante in termini di rapporto P/F.
Metodi di erogazione dell'ossigeno diversi dall'intubazione sono spesso utilizzati nella pratica clinica di routine.Pertanto, è importante raccogliere più dati sulla FiO2 misurata con questi dispositivi di erogazione di ossigeno al fine di prevenire un'eccessiva ossigenazione non necessaria e ottenere informazioni sulla sicurezza della respirazione durante l'ossigenazione.Tuttavia, la misurazione della FiO2 nella trachea umana è difficile.Alcuni ricercatori hanno cercato di imitare la FiO2 utilizzando modelli di respirazione spontanea [4,12,13].Pertanto, in questo studio, abbiamo mirato a misurare la FiO2 utilizzando un modello simulato di respirazione spontanea.
Questo è uno studio pilota che non richiede l'approvazione etica perché non coinvolge gli esseri umani.Per simulare la respirazione spontanea, abbiamo preparato un modello di respirazione spontanea con riferimento al modello sviluppato da Hsu et al.(figura 1) [12].Ventilatori e polmoni di prova (Dual Adult TTL; Grand Rapids, MI: Michigan Instruments, Inc.) da apparecchiature per anestesia (Fabius Plus; Lübeck, Germania: Draeger, Inc.) sono stati preparati per imitare la respirazione spontanea.I due dispositivi sono collegati manualmente tramite cinghie metalliche rigide.Un soffietto (lato guida) del polmone di prova è collegato al ventilatore.L'altro soffietto (lato passivo) del polmone di prova è collegato al "Modello di gestione dell'ossigeno".Non appena il ventilatore fornisce gas fresco per testare i polmoni (lato guida), il soffietto viene gonfiato tirando con forza l'altro soffietto (lato passivo).Questo movimento inala il gas attraverso la trachea del manichino, simulando così la respirazione spontanea.
(a) monitor dell'ossigeno, (b) manichino, (c) polmone di prova, (d) dispositivo per anestesia, (e) monitor dell'ossigeno e (f) ventilatore elettrico.
Le impostazioni del ventilatore erano le seguenti: volume corrente 500 ml, frequenza respiratoria 10 respiri/min, rapporto inspirazione/espirazione (rapporto inalazione/espirazione) 1:2 (tempo di respirazione = 1 s).Per gli esperimenti, la conformità del polmone di prova è stata impostata su 0,5.
Per il modello di gestione dell'ossigeno sono stati utilizzati un monitor dell'ossigeno (MiniOx 3000; Pittsburgh, PA: American Medical Services Corporation) e un manichino (MW13; Kyoto, Giappone: Kyoto Kagaku Co., Ltd.).L'ossigeno puro è stato iniettato a velocità di 1, 2, 3, 4 e 5 L/min e la FiO2 è stata misurata per ciascuno.Per HFNC (MaxVenturi; Coleraine, Irlanda del Nord: Armstrong Medical), sono state somministrate miscele ossigeno-aria in volumi di 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55 e 60 L, e la FiO2 è stata valutato caso per caso.Per HFNC, gli esperimenti sono stati condotti a concentrazioni di ossigeno del 45%, 60% e 90%.
La concentrazione di ossigeno extraorale (BSM-6301; Tokyo, Giappone: Nihon Kohden Co.) è stata misurata 3 cm sopra gli incisivi mascellari con ossigeno erogato attraverso una cannula nasale (Finefit; Osaka, Giappone: Japan Medicalnext Co.) (Figura 1).) Intubazione mediante un ventilatore elettrico (HEF-33YR; Tokyo, Giappone: Hitachi) per soffiare aria dalla testa del manichino per eliminare la respirazione espiratoria e la FiO2 è stata misurata 2 minuti dopo.
Dopo 120 secondi di esposizione all'ossigeno, la FiO2 è stata misurata ogni secondo per 30 secondi.Ventilare il manichino e il laboratorio dopo ogni misurazione.La FiO2 è stata misurata 3 volte in ciascuna condizione.L'esperimento è iniziato dopo la calibrazione di ogni strumento di misura.
Tradizionalmente, l'ossigeno viene valutato attraverso cannule nasali in modo da poter misurare la FiO2.Il metodo di calcolo utilizzato in questo esperimento variava a seconda del contenuto della respirazione spontanea (Tabella 1).I punteggi sono calcolati in base alle condizioni respiratorie impostate nel dispositivo per anestesia (volume corrente: 500 ml, frequenza respiratoria: 10 respiri/min, rapporto inspirazione/espirazione {rapporto inalazione:espirazione} = 1:2).
I "punteggi" sono calcolati per ogni portata di ossigeno.Una cannula nasale è stata utilizzata per somministrare ossigeno all'LFNC.
Tutte le analisi sono state eseguite utilizzando il software Origin (Northampton, MA: OriginLab Corporation).I risultati sono espressi come media ± deviazione standard (SD) del numero di test (N) [12].Abbiamo arrotondato tutti i risultati a due cifre decimali.
Per calcolare il "punteggio", la quantità di ossigeno inspirata nei polmoni in un singolo respiro è uguale alla quantità di ossigeno all'interno della cannula nasale, e il resto è aria esterna.Quindi, con un tempo di respiro di 2 s, l'ossigeno erogato dalla cannula nasale in 2 s è di 1000/30 ml.La dose di ossigeno ottenuta dall'aria esterna è stata del 21% del volume corrente (1000/30 ml).La FiO2 finale è la quantità di ossigeno erogata al volume corrente.Pertanto, la "stima" della FiO2 può essere calcolata dividendo la quantità totale di ossigeno consumato per il volume corrente.
Prima di ogni misurazione, il monitor dell'ossigeno intratracheale è stato calibrato al 20,8% e il monitor dell'ossigeno extraorale è stato calibrato al 21%.La tabella 1 mostra i valori medi di FiO2 LFNC a ciascuna portata.Questi valori sono 1,5-1,9 volte superiori ai valori “calcolati” (Tabella 1).La concentrazione di ossigeno al di fuori della bocca è superiore a quella dell'aria interna (21%).Il valore medio è diminuito prima dell'introduzione del flusso d'aria dall'elettroventilatore.Questi valori sono simili ai "valori stimati".Con il flusso d'aria, quando la concentrazione di ossigeno fuori dalla bocca è vicina all'aria ambiente, il valore di FiO2 nella trachea è superiore al "valore calcolato" di oltre 2 L/min.Con o senza flusso d'aria, la differenza di FiO2 diminuiva all'aumentare della portata (Figura 2).
La tabella 2 mostra i valori medi di FiO2 per ogni concentrazione di ossigeno per una semplice maschera per ossigeno (maschera per ossigeno Ecolite; Osaka, Giappone: Japan Medicalnext Co., Ltd.).Questi valori sono aumentati con l'aumentare della concentrazione di ossigeno (Tabella 2).A parità di consumo di ossigeno, la FiO2 della LFNK è superiore a quella di una semplice maschera di ossigeno.A 1-5 L/min, la differenza di FiO2 è di circa l'11-24%.
La tabella 3 mostra i valori medi di FiO2 per HFNC a ciascuna portata e concentrazione di ossigeno.Questi valori erano vicini alla concentrazione di ossigeno target indipendentemente dal fatto che la portata fosse bassa o alta (Tabella 3).
I valori di FiO2 intratracheale erano superiori ai valori "stimati" e i valori di FiO2 extraorale erano superiori a quelli dell'aria ambiente quando si utilizzava l'LFNC.È stato riscontrato che il flusso d'aria riduce la FiO2 intratracheale ed extraorale.Questi risultati suggeriscono che la respirazione espiratoria si è verificata durante la rirespirazione LFNC.Con o senza flusso d'aria, la differenza di FiO2 diminuisce all'aumentare della portata.Questo risultato suggerisce che un altro fattore può essere associato a FiO2 elevata nella trachea.Inoltre, hanno anche indicato che l'ossigenazione aumenta la concentrazione di ossigeno nello spazio morto anatomico, il che potrebbe essere dovuto a un aumento della FiO2 [2].È generalmente accettato che LFNC non provochi la respirazione durante l'espirazione.Si prevede che ciò possa influenzare in modo significativo la differenza tra i valori misurati e quelli "stimati" per le cannule nasali.
A basse portate di 1-5 L/min, la FiO2 della maschera semplice era inferiore a quella della cannula nasale, probabilmente perché la concentrazione di ossigeno non aumenta facilmente quando una parte della maschera diventa una zona anatomicamente morta.Il flusso di ossigeno riduce al minimo la diluizione dell'aria ambiente e stabilizza la FiO2 sopra i 5 L/min [12].Al di sotto di 5 L/min, bassi valori di FiO2 si verificano a causa della diluizione dell'aria ambiente e della respirazione dello spazio morto [12].In effetti, la precisione dei misuratori di flusso di ossigeno può variare notevolmente.Il MiniOx 3000 viene utilizzato per monitorare la concentrazione di ossigeno, tuttavia il dispositivo non ha una risoluzione temporale sufficiente per misurare i cambiamenti nella concentrazione di ossigeno espirato (i produttori specificano 20 secondi per rappresentare una risposta del 90%).Ciò richiede un monitor dell'ossigeno con una risposta temporale più rapida.
Nella pratica clinica reale, la morfologia della cavità nasale, della cavità orale e della faringe varia da persona a persona e il valore di FiO2 può differire dai risultati ottenuti in questo studio.Inoltre, lo stato respiratorio dei pazienti è diverso e un maggiore consumo di ossigeno porta a un contenuto di ossigeno inferiore negli atti espiratori.Queste condizioni possono portare a valori di FiO2 più bassi.Pertanto, è difficile valutare una FiO2 affidabile quando si utilizzano LFNK e semplici maschere di ossigeno in situazioni cliniche reali.Tuttavia, questo esperimento suggerisce che i concetti di spazio morto anatomico e respiro espiratorio ricorrente possono influenzare la FiO2.Alla luce di questa scoperta, la FiO2 può aumentare in modo significativo anche a basse portate, a seconda delle condizioni piuttosto che delle "stime".
La British Thoracic Society raccomanda ai medici di prescrivere l'ossigeno in base all'intervallo di saturazione target e monitorare il paziente per mantenere l'intervallo di saturazione target [14].Sebbene il "valore calcolato" di FiO2 in questo studio fosse molto basso, è possibile ottenere una FiO2 effettiva superiore al "valore calcolato" a seconda delle condizioni del paziente.
Quando si utilizza HFNC, il valore FiO2 è vicino alla concentrazione di ossigeno impostata indipendentemente dalla portata.I risultati di questo studio suggeriscono che è possibile raggiungere livelli elevati di FiO2 anche a una portata di 10 L/min.Studi simili non hanno mostrato alcun cambiamento nella FiO2 tra 10 e 30 L [12,15].Si dice che l'elevata portata di HFNC elimini la necessità di considerare lo spazio morto anatomico [2,16].Lo spazio morto anatomico può potenzialmente essere eliminato con un flusso di ossigeno superiore a 10 L/min.Disart et al.Si ipotizza che il meccanismo d'azione primario della VPT possa essere l'eliminazione dello spazio morto della cavità nasofaringea, riducendo così lo spazio morto totale e aumentando la percentuale di ventilazione minuto (ossia, ventilazione alveolare) [17].
Un precedente studio HFNC ha utilizzato un catetere per misurare la FiO2 nel rinofaringe, ma la FiO2 era inferiore rispetto a questo esperimento [15,18-20].Richie et al.È stato riportato che il valore calcolato di FiO2 si avvicina a 0,60 quando la portata del gas aumenta oltre i 30 L/min durante la respirazione nasale [15].In pratica, gli HFNC richiedono portate di 10-30 L/min o superiori.A causa delle proprietà dell'HFNC, le condizioni nella cavità nasale hanno un effetto significativo e l'HFNC viene spesso attivato a portate elevate.Se la respirazione migliora, potrebbe essere necessaria anche una diminuzione della portata, poiché la FiO2 potrebbe essere sufficiente.
Questi risultati si basano su simulazioni e non suggeriscono che i risultati della FiO2 possano essere applicati direttamente a pazienti reali.Tuttavia, sulla base di questi risultati, nel caso di intubazione o dispositivi diversi dall'HFNC, è prevedibile che i valori di FiO2 varino in modo significativo a seconda delle condizioni.Quando si somministra ossigeno con un LFNC o una semplice maschera di ossigeno in ambito clinico, il trattamento viene solitamente valutato solo dal valore di "saturazione arteriosa periferica dell'ossigeno" (SpO2) utilizzando un pulsossimetro.Con lo sviluppo dell'anemia, si raccomanda una gestione rigorosa del paziente, indipendentemente da SpO2, PaO2 e contenuto di ossigeno nel sangue arterioso.Inoltre, Downes et al.e Beasley et al.È stato suggerito che i pazienti instabili possono effettivamente essere a rischio a causa dell'uso profilattico di ossigenoterapia altamente concentrata [21-24].Durante i periodi di deterioramento fisico, i pazienti che ricevono ossigenoterapia altamente concentrata avranno letture elevate del pulsossimetro, che potrebbero mascherare una graduale diminuzione del rapporto P/F e quindi potrebbero non allertare il personale al momento giusto, portando a un deterioramento imminente che richiede un intervento meccanico.sostegno.In precedenza si pensava che un'elevata FiO2 fornisse protezione e sicurezza per i pazienti, ma questa teoria non è applicabile al contesto clinico [14].
Pertanto, occorre prestare attenzione anche quando si prescrive ossigeno nel periodo perioperatorio o nelle prime fasi dell'insufficienza respiratoria.I risultati dello studio mostrano che misurazioni accurate di FiO2 possono essere ottenute solo con intubazione o HFNC.Quando si utilizza un LFNC o una semplice maschera per l'ossigeno, è necessario fornire ossigeno profilattico per prevenire un lieve distress respiratorio.Questi dispositivi potrebbero non essere adatti quando è richiesta una valutazione critica dello stato respiratorio, in particolare quando i risultati di FiO2 sono critici.Anche a basse portate, la FiO2 aumenta con il flusso di ossigeno e può mascherare l'insufficienza respiratoria.Inoltre, anche quando si utilizza SpO2 per il trattamento postoperatorio, è desiderabile avere una portata il più bassa possibile.Ciò è necessario per la diagnosi precoce dell'insufficienza respiratoria.Un flusso di ossigeno elevato aumenta il rischio di fallimento del rilevamento precoce.Il dosaggio di ossigeno deve essere determinato dopo aver determinato quali segni vitali migliorano con la somministrazione di ossigeno.Basandosi solo sui risultati di questo studio, non è consigliabile modificare il concetto di gestione dell'ossigeno.Tuttavia, riteniamo che le nuove idee presentate in questo studio debbano essere considerate in termini di metodi utilizzati nella pratica clinica.Inoltre, quando si determina la quantità di ossigeno raccomandata dalle linee guida, è necessario impostare il flusso appropriato per il paziente, indipendentemente dal valore di FiO2 per le misurazioni di routine del flusso inspiratorio.
Proponiamo di riconsiderare il concetto di FiO2, tenendo conto della portata dell'ossigenoterapia e delle condizioni cliniche, poiché la FiO2 è un parametro indispensabile per la gestione della somministrazione di ossigeno.Tuttavia, questo studio presenta diversi limiti.Se la FiO2 può essere misurata nella trachea umana, è possibile ottenere un valore più accurato.Tuttavia, attualmente è difficile eseguire tali misurazioni senza essere invasive.Ulteriori ricerche utilizzando dispositivi di misurazione non invasivi dovrebbero essere condotte in futuro.
In questo studio, abbiamo misurato la FiO2 intratracheale utilizzando il modello di simulazione della respirazione spontanea LFNC, la semplice maschera per ossigeno e l'HFNC.La gestione dell'ossigeno durante l'espirazione può portare ad un aumento della concentrazione di ossigeno nello spazio morto anatomico, che può essere associato ad un aumento della percentuale di ossigeno inalato.Con HFNC è possibile ottenere un'elevata percentuale di ossigeno inalato anche a una portata di 10 l/min.Nel determinare la quantità ottimale di ossigeno, è necessario stabilire la portata appropriata per il paziente e condizioni specifiche, non dipendenti solo dai valori della frazione di ossigeno inalato.Stimare la percentuale di ossigeno inalato quando si utilizza un LFNC e una semplice maschera per ossigeno in un contesto clinico può essere difficile.
I dati ottenuti indicano che la respirazione espiratoria è associata ad un aumento della FiO2 nella trachea dell'LFNC.Nel determinare la quantità di ossigeno consigliata dalle linee guida, è necessario impostare il flusso appropriato per il paziente, indipendentemente dal valore di FiO2 misurato utilizzando il flusso inspiratorio tradizionale.
Soggetti umani: tutti gli autori hanno confermato che in questo studio non sono stati coinvolti esseri umani o tessuti.Soggetti animali: tutti gli autori hanno confermato che in questo studio non sono stati coinvolti animali o tessuti.Conflitti di interesse: In conformità con il Modulo di divulgazione uniforme dell'ICMJE, tutti gli autori dichiarano quanto segue: Informazioni sul pagamento/servizio: Tutti gli autori dichiarano di non aver ricevuto sostegno finanziario da alcuna organizzazione per il lavoro presentato.Rapporti finanziari: tutti gli autori dichiarano di non avere attualmente o negli ultimi tre anni rapporti finanziari con qualsiasi organizzazione che possa essere interessata al lavoro presentato.Altre relazioni: Tutti gli autori dichiarano che non ci sono altre relazioni o attività che possono influenzare il lavoro presentato.
Vorremmo ringraziare il signor Toru Shida (IMI Co., Ltd, Kumamoto Customer Service Center, Giappone) per la sua assistenza con questo studio.
Kojima Y., Sendo R., Okayama N. et al.(18 maggio 2022) Rapporto di ossigeno inalato in dispositivi a basso e alto flusso: uno studio di simulazione.Cura 14(5): e25122.doi:10.7759/cureus.25122
© Copyright 2022 Kojima et al.Questo è un articolo ad accesso aperto distribuito secondo i termini della licenza Creative Commons Attribution CC-BY 4.0.È consentito l'uso, la distribuzione e la riproduzione illimitati su qualsiasi supporto, a condizione che l'autore e la fonte originali siano citati.
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(a) monitor dell'ossigeno, (b) manichino, (c) polmone di prova, (d) dispositivo per anestesia, (e) monitor dell'ossigeno e (f) ventilatore elettrico.
Le impostazioni del ventilatore erano le seguenti: volume corrente 500 ml, frequenza respiratoria 10 respiri/min, rapporto inspirazione/espirazione (rapporto inalazione/espirazione) 1:2 (tempo di respirazione = 1 s).Per gli esperimenti, la conformità del polmone di prova è stata impostata su 0,5.
I "punteggi" sono calcolati per ogni portata di ossigeno.Una cannula nasale è stata utilizzata per somministrare ossigeno all'LFNC.
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Tempo di pubblicazione: 15 novembre 2022