“사려 깊고 헌신적인 소수의 시민들이 세상을 바꿀 수 있다는 것을 절대 의심하지 마십시오.사실, 거기에 유일한 사람입니다.”
Cureus의 임무는 연구 제출이 비용이 많이 들고 복잡하며 시간이 많이 소요될 수 있는 오랜 의학 출판 모델을 바꾸는 것입니다.
이 기사를 다음과 같이 인용하십시오: Kojima Y., Sendo R., Okayama N. et al.(2022년 5월 18일) 저유량 및 고유량 장치의 흡입 산소 비율: 시뮬레이션 연구.큐어 14(5): e25122.doi:10.7759/cureus.25122
목적: 호흡생리학적 관점에서 중요한 폐포산소농도를 나타내므로 환자에게 산소를 공급할 때 흡입산소분율을 측정하여야 한다.따라서 본 연구의 목적은 서로 다른 산소 전달 장치를 통해 얻은 흡입 산소의 비율을 비교하는 것이었습니다.
방법: 자발호흡 시뮬레이션 모델을 사용하였다.저유량 및 고유량 비강 프롱과 간단한 산소 마스크를 통해 흡입된 산소의 비율을 측정합니다.120초 동안 산소를 공급한 후 흡입된 공기의 비율을 30초 동안 매초 측정했습니다.각 조건에 대해 세 가지 측정을 수행했습니다.
결과: 기류는 저유량 비강 캐뉼라를 사용할 때 기관 내 흡기 산소 분율과 구강 외 산소 농도를 감소시켰으며, 이는 호기 호흡이 재호흡 중에 발생했으며 기관 내 흡기 산소 분율의 증가와 관련이 있을 수 있음을 시사합니다.
결론.호기 중 산소 흡입은 해부학적 사강의 산소 농도 증가로 이어질 수 있으며, 이는 흡입된 산소 비율의 증가와 관련될 수 있습니다.고유량 비강 캐뉼라를 사용하면 10L/min의 유속에서도 높은 비율의 산소를 흡입할 수 있습니다.최적의 산소량을 결정할 때 흡입 산소 분율 값과 관계없이 환자와 특정 조건에 적합한 유량을 설정해야 합니다.임상 환경에서 저유량 비강 프롱과 단순 산소 마스크를 사용할 때 흡입된 산소의 비율을 추정하기 어려울 수 있습니다.
호흡 부전의 급성 및 만성 단계 동안 산소 투여는 임상 의학에서 일반적인 절차입니다.산소 투여 방법에는 캐뉼라, 비강 캐뉼라, 산소 마스크, 리저버 마스크, 벤투리 마스크, 고유량 비강 캐뉼라(HFNC) 등이 있다[1-5].흡입 공기의 산소 비율(FiO2)은 폐포 가스 교환에 참여하는 흡입 공기의 산소 비율입니다.산소화 정도(P/F 비율)는 동맥혈의 FiO2에 대한 산소 분압(PaO2)의 비율입니다.P/F 비율의 진단적 가치는 여전히 논란의 여지가 있지만 임상 실습에서 널리 사용되는 산소화 지표입니다[6-8].따라서 환자에게 산소를 공급할 때 FiO2 값을 아는 것이 임상적으로 중요합니다.
삽관 중에 FiO2는 환기 회로가 포함된 산소 모니터로 정확하게 측정할 수 있는 반면, 비강 캐뉼라와 산소 마스크로 산소를 투여하는 경우에는 흡기 시간을 기준으로 한 FiO2의 "추정치"만 측정할 수 있습니다.이 "점수"는 일회 호흡량에 대한 산소 공급의 비율입니다.그러나 이것은 호흡 생리학의 관점에서 몇 가지 요인을 고려하지 않습니다.연구에 따르면 FiO2 측정은 다양한 요인에 의해 영향을 받을 수 있습니다[2,3].호기 중 산소 투여가 구강, 인두 및 기관과 같은 해부학적 사강에서 산소 농도를 증가시킬 수 있지만, 현재 문헌에는 이 문제에 대한 보고가 없습니다.그러나 일부 임상의는 실제로 이러한 요소가 덜 중요하며 "점수"가 임상 문제를 극복하기에 충분하다고 믿습니다.
최근 몇 년 동안 HFNC는 응급 의학 및 집중 치료 분야에서 특별한 관심을 끌었습니다[9].HFNC는 산소를 처방할 때 간과해서는 안 되는 두 가지 주요 이점인 인두의 사강 세척 및 비인두 저항 감소와 함께 높은 FiO2 및 산소 흐름을 제공합니다[10,11].또한 흡기 시 폐포의 산소 농도는 P/F 비율 측면에서 중요하므로 측정된 FiO2 값이 기도 또는 폐포의 산소 농도를 나타낸다고 가정할 필요가 있습니다.
삽관 이외의 산소 전달 방법은 일상적인 임상 실습에서 자주 사용됩니다.따라서 불필요한 과산소화를 방지하고 산소화 중 호흡의 안전성에 대한 통찰력을 얻기 위해서는 이러한 산소 전달 장치로 측정된 FiO2에 대한 더 많은 데이터를 수집하는 것이 중요합니다.그러나 사람의 기관에서 FiO2를 측정하는 것은 어렵습니다.일부 연구자들은 자발 호흡 모델을 사용하여 FiO2를 모방하려고 시도했습니다[4,12,13].따라서 본 연구에서는 모의 자발 호흡 모델을 이용하여 FiO2를 측정하고자 하였다.
이것은 인간을 포함하지 않기 때문에 윤리적 승인이 필요하지 않은 파일럿 연구입니다.자발 호흡을 시뮬레이션하기 위해 Hsu 등이 개발한 모델을 참조하여 자발 호흡 모델을 준비했습니다.(그림 1) [12].마취 장비(Fabius Plus; Lübeck, Germany: Draeger, Inc.)의 인공호흡기 및 테스트 폐(Dual Adult TTL; Grand Rapids, MI: Michigan Instruments, Inc.)를 준비하여 자발 호흡을 모방했습니다.두 장치는 견고한 금속 스트랩으로 수동으로 연결됩니다.테스트 폐의 하나의 벨로우즈(구동측)가 인공호흡기에 연결됩니다.테스트 폐의 다른 벨로우즈(수동측)는 "산소 관리 모델"에 연결됩니다.인공호흡기가 신선한 가스를 공급하여 폐(구동측)를 테스트하는 즉시 다른 벨로우즈(수동측)를 강제로 당겨 벨로우즈를 부풀립니다.이 움직임은 마네킹의 기관을 통해 가스를 흡입하여 자발 호흡을 시뮬레이션합니다.
(a) 산소 모니터, (b) 더미, (c) 테스트 폐, (d) 마취 장치, (e) 산소 모니터 및 (f) 전기 인공 호흡기.
인공호흡기 설정은 다음과 같습니다: 일회 호흡량 500 ml, 호흡수 10 호흡/분, 흡기 대 호기 비율(흡기/호기 비율) 1:2(호흡 시간 = 1초).실험을 위해 테스트 폐의 컴플라이언스를 0.5로 설정했습니다.
산소관리 모델은 산소모니터(MiniOx 3000; Pittsburgh, PA: American Medical Services Corporation)와 마네킹(MW13; Kyoto, Japan: Kyoto Kagaku Co., Ltd.)을 사용하였다.순수한 산소를 1, 2, 3, 4, 5 L/min의 속도로 주입하고 각각에 대해 FiO2를 측정했습니다.HFNC(MaxVenturi; Coleraine, Northern Ireland: Armstrong Medical)의 경우 산소-공기 혼합물을 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55 및 60L의 부피로 투여했고 FiO2는 각각의 경우에 대해 평가합니다.HFNC의 경우 45%, 60% 및 90% 산소 농도에서 실험을 수행했습니다.
구강 외 산소 농도(BSM-6301; Tokyo, Japan: Nihon Kohden Co.)는 비강 캐뉼라(Finefit; Osaka, Japan: Japan Medicalnext Co.)를 통해 산소를 전달하여 상악 절치 위 3 cm에서 측정되었습니다(그림 1).) 인공호흡기(HEF-33YR; Tokyo, Japan: Hitachi)를 사용하여 마네킹의 머리에서 공기를 불어내어 호기 역호흡을 제거하고 2분 후에 FiO2를 측정했습니다.
120초 동안 산소에 노출된 후 FiO2를 30초 동안 매초 측정했습니다.각 측정 후 마네킹과 실험실을 환기시키십시오.FiO2는 각 조건에서 3번 측정되었습니다.실험은 각 측정기의 보정 후 시작되었습니다.
전통적으로 FiO2를 측정할 수 있도록 비강 캐뉼라를 통해 산소를 평가합니다.본 실험에 사용된 계산 방법은 자발 호흡량에 따라 다양하였다(표 1).점수는 마취 장치에 설정된 호흡 조건(일회 호흡량: 500 ml, 호흡수: 10 호흡/분, 흡기 대 호기 비율{흡기: 호기 비율} = 1:2)에 따라 계산됩니다.
"점수"는 각 산소 유량에 대해 계산됩니다.비강 캐뉼라를 사용하여 LFNC에 산소를 공급했습니다.
모든 분석은 Origin 소프트웨어(Northampton, MA: OriginLab Corporation)를 사용하여 수행되었습니다.결과는 테스트 횟수(N)의 평균±표준편차(SD)로 표현된다[12].모든 결과는 소수점 둘째 자리까지 반올림했습니다.
"점수"를 계산하려면 한 번의 호흡으로 폐로 흡입되는 산소량은 비강 캐뉼라 내부의 산소량과 같고 나머지는 외부 공기입니다.따라서 2초의 호흡 시간에서 2초 동안 비강 캐뉼라에 의해 전달되는 산소는 1000/30ml입니다.외기로부터 얻은 산소량은 일회 호흡량의 21%(1000/30ml)였다.최종 FiO2는 일회 호흡량에 전달되는 산소의 양입니다.따라서 FiO2 "추정치"는 총 산소 소비량을 일회 호흡량으로 나누어 계산할 수 있습니다.
각 측정 전에 기관 내 산소 모니터는 20.8%로 보정되었고 구강 외 산소 모니터는 21%로 보정되었습니다.표 1은 각 유량에서 평균 FiO2 LFNC 값을 보여줍니다.이 값은 "계산된" 값보다 1.5-1.9배 높습니다(표 1).입 밖의 산소 농도는 실내 공기보다 높습니다(21%).평균값은 선풍기에서 공기 흐름이 도입되기 전에 감소했습니다.이러한 값은 "예상 값"과 유사합니다.기류가 있을 때 입 밖의 산소 농도가 실내 공기에 가까울 때 기관의 FiO2 값은 2L/min 이상의 "계산된 값"보다 높습니다.기류 유무에 관계없이 유량이 증가함에 따라 FiO2 차이가 감소했습니다(그림 2).
표 2는 단순 산소 마스크(Ecolite 산소 마스크; 일본 오사카: Japan Medicalnext Co., Ltd.)에 대한 각 산소 농도에서의 평균 FiO2 값을 나타낸다.이 값은 산소 농도가 증가함에 따라 증가했습니다(표 2).동일한 산소 소비량으로 LFNK의 FiO2는 단순 산소 마스크보다 높습니다.1-5 L/min에서 FiO2의 차이는 약 11-24%입니다.
표 3은 각 유속 및 산소 농도에서 HFNC에 대한 평균 FiO2 값을 보여줍니다.이들 값은 유속이 낮든 높든 관계없이 목표 산소 농도에 근접했다(표 3).
LFNC를 사용할 때 기관내 FiO2 값은 '예상' 값보다 높았고 구강외 FiO2 값은 실내 공기보다 높았다.기류는 기관내 및 구강외 FiO2를 감소시키는 것으로 밝혀졌습니다.이러한 결과는 LFNC 재호흡 중에 호기 호흡이 발생했음을 시사합니다.기류 유무에 관계없이 FiO2 차이는 유속이 증가함에 따라 감소합니다.이 결과는 다른 요인이 기관의 FiO2 상승과 관련이 있을 수 있음을 시사합니다.또한 산소화는 해부학적 사강의 산소 농도를 증가시키는 것으로 나타났으며 이는 FiO2 증가 때문일 수 있습니다[2].일반적으로 LFNC는 호기 시 재호흡을 일으키지 않는다는 것이 인정됩니다.이는 비강 캐뉼라에 대한 측정값과 "추정"값의 차이에 상당한 영향을 미칠 수 있을 것으로 예상됩니다.
1~5L/min의 낮은 유속에서 일반 마스크의 FiO2는 비강 캐뉼라보다 낮았는데, 아마도 마스크의 일부가 해부학적으로 데드존이 될 때 산소 농도가 쉽게 증가하지 않기 때문일 것입니다.산소 흐름은 실내 공기 희석을 최소화하고 FiO2를 5L/min 이상으로 안정화합니다[12].5L/min 미만에서는 실내 공기의 희석과 사강의 재호흡으로 인해 낮은 FiO2 값이 발생합니다[12].실제로 산소 유량계의 정확도는 크게 다를 수 있습니다.MiniOx 3000은 산소 농도를 모니터링하는 데 사용되지만 이 장치에는 호기된 산소 농도의 변화를 측정하기 위한 시간 해상도가 충분하지 않습니다(제조업체는 90% 응답을 나타내기 위해 20초를 지정함).이를 위해서는 응답 시간이 더 빠른 산소 모니터가 필요합니다.
실제 임상에서 비강, 구강, 인두의 형태는 사람마다 다르며, FiO2 값은 본 연구에서 얻은 결과와 다를 수 있습니다.또한 환자의 호흡 상태가 다르며 산소 소비량이 많으면 날숨의 산소 함량이 낮아집니다.이러한 조건은 FiO2 값을 낮출 수 있습니다.따라서 실제 임상 상황에서 LFNK와 단순 산소 마스크를 사용할 때 신뢰할 수 있는 FiO2를 평가하기는 어렵습니다.그러나 이 실험은 해부학적 사강과 반복 호기 호흡의 개념이 FiO2에 영향을 미칠 수 있음을 시사합니다.이러한 발견으로 인해 FiO2는 "추정치"가 아닌 조건에 따라 낮은 유량에서도 상당히 증가할 수 있습니다.
British Thoracic Society는 임상의가 목표 포화도 범위에 따라 산소를 처방하고 목표 포화도 범위를 유지하도록 환자를 모니터링할 것을 권장합니다[14].본 연구에서 FiO2의 "계산된 값"은 매우 낮았지만 환자의 상태에 따라 실제 FiO2는 "계산된 값"보다 높을 수 있습니다.
HFNC를 사용할 때 FiO2 값은 유량에 관계없이 설정된 산소 농도에 가깝습니다.이 연구의 결과는 10L/min의 유량에서도 높은 FiO2 수준을 달성할 수 있음을 시사합니다.유사한 연구에서는 10~30L 사이에 FiO2의 변화가 없음을 보여주었습니다[12,15].HFNC의 높은 유속은 해부학적 사강을 고려할 필요가 없는 것으로 보고되었습니다[2,16].해부학적 사강은 10L/min보다 큰 산소 유량에서 잠재적으로 씻어낼 수 있습니다.Dysartet al.VPT의 주요 작용 기전은 비인두강의 사강을 씻어내어 총 사강을 줄이고 미세 환기(즉, 폐포 환기)의 비율을 증가시키는 것이라고 가정합니다[17].
이전의 HFNC 연구에서는 비인두에서 FiO2를 측정하기 위해 카테터를 사용했으나 FiO2가 이 실험보다 낮았다[15,18-20].Ritchieet al.비강 호흡 시 가스 유량이 30 L/min 이상으로 증가함에 따라 계산된 FiO2 값은 0.60에 근접하는 것으로 보고되었다[15].실제로 HFNC는 10~30L/min 이상의 유속이 필요합니다.HFNC의 특성으로 인해 비강 내 상태는 상당한 영향을 미치며 HFNC는 종종 높은 유량에서 활성화됩니다.호흡이 개선되면 FiO2가 충분할 수 있으므로 유속을 줄여야 할 수도 있습니다.
이러한 결과는 시뮬레이션을 기반으로 하며 FiO2 결과를 실제 환자에게 직접 적용할 수 있음을 시사하지 않습니다.그러나 이러한 결과를 바탕으로 삽관이나 HFNC 이외의 장치의 경우 조건에 따라 FiO2 값이 크게 달라질 것으로 예상할 수 있습니다.임상 환경에서 LFNC 또는 단순 산소 마스크로 산소를 투여할 때 치료는 일반적으로 맥박 산소 측정기를 사용하는 "말초 동맥 산소 포화도"(SpO2) 값으로만 ​​평가됩니다.빈혈이 진행됨에 따라 동맥혈의 SpO2, PaO2 및 산소 함량에 관계없이 환자를 엄격하게 관리하는 것이 좋습니다.또한, Downes et al.및 Beasley et al.고농축 산소 요법의 예방적 사용으로 인해 불안정한 환자가 실제로 위험에 처할 수 있다고 제안되었습니다[21-24].신체적 악화 기간 동안 고농축 산소 요법을 받는 환자는 맥박 산소 측정기 수치가 높아 P/F 비율의 점진적인 감소를 숨길 수 있으므로 적시에 직원에게 경고하지 않아 기계적 개입이 필요한 임박한 악화로 이어질 수 있습니다.지원하다.이전에는 높은 FiO2가 환자에게 보호와 안전을 제공한다고 생각했지만 이 이론은 임상 환경에 적용할 수 없습니다[14].
따라서 수술 전후나 호흡부전 초기에 산소를 처방할 때에도 주의를 기울여야 한다.연구 결과에 따르면 정확한 FiO2 측정은 삽관 또는 HFNC를 통해서만 얻을 수 있습니다.LFNC나 단순산소마스크를 사용할 때는 경미한 호흡곤란을 예방하기 위해 예방적 산소를 공급해야 한다.이러한 장치는 호흡 상태에 대한 중요한 평가가 필요한 경우, 특히 FiO2 결과가 중요한 경우에는 적합하지 않을 수 있습니다.낮은 유량에서도 FiO2는 산소 흐름에 따라 증가하고 호흡 부전을 숨길 수 있습니다.또한 수술 후 치료를 위해 SpO2를 사용하는 경우에도 가능한 한 유속이 낮은 것이 바람직하다.이것은 호흡 부전의 조기 발견을 위해 필요합니다.높은 산소 흐름은 조기 발견 실패의 위험을 증가시킵니다.산소 투여량은 산소 투여로 어떤 활력 징후가 호전되는지 판단한 후 결정해야 합니다.이 연구 결과만으로 산소관리의 개념을 바꾸는 것은 권장되지 않는다.그러나 우리는 본 연구에서 제시된 새로운 아이디어가 임상 실습에서 사용되는 방법 측면에서 고려되어야 한다고 생각합니다.또한 가이드라인에서 권장하는 산소량을 결정할 때 일상적인 흡기 유량 측정을 위한 FiO2 값과 상관없이 환자에게 적절한 유량을 설정해야 합니다.
FiO2는 산소 관리를 관리하는 데 없어서는 안 될 매개변수이므로 산소 요법의 범위와 임상 조건을 고려하여 FiO2의 개념을 재고할 것을 제안합니다.그러나 본 연구는 몇 가지 제한점이 있다.사람의 기관에서 FiO2를 측정할 수 있다면 더 정확한 값을 얻을 수 있습니다.그러나 현재 침습적이지 않고 이러한 측정을 수행하는 것은 어렵습니다.향후 비침습적 측정 장치를 이용한 추가 연구가 수행되어야 한다.
본 연구에서는 LFNC 자발호흡 시뮬레이션 모델과 단순산소마스크, HFNC를 이용하여 기관내 FiO2를 측정하였다.호기 중 산소 관리는 해부학적 사강의 산소 농도 증가로 이어질 수 있으며, 이는 흡입되는 산소 비율의 증가와 관련될 수 있습니다.HFNC를 사용하면 10 l/min의 유량에서도 높은 비율의 흡입 산소를 얻을 수 있습니다.최적의 산소량을 결정할 때 흡입되는 산소의 비율 값에만 의존하지 않고 환자와 특정 조건에 적합한 유량을 설정해야 합니다.임상 환경에서 LFNC와 간단한 산소 마스크를 사용할 때 흡입된 산소의 백분율을 추정하는 것은 어려울 수 있습니다.
얻은 데이터는 호기 호흡이 LFNC 기관의 FiO2 증가와 관련이 있음을 나타냅니다.가이드라인에서 권장하는 산소량을 결정할 때 기존의 흡기 유량으로 측정한 FiO2 값과 상관없이 환자에게 적절한 유량을 설정해야 합니다.
인간 피험자: 모든 저자는 이 연구에 인간이나 조직이 관여하지 않았음을 확인했습니다.동물 피험자: 모든 저자는 이 연구에 동물이나 조직이 포함되지 않았음을 확인했습니다.이해 상충: ICMJE 통일 공개 양식에 따라 모든 저자는 다음을 선언합니다. 지불/서비스 정보: 모든 저자는 제출된 작업에 대해 어떤 조직으로부터도 재정 지원을 받지 않았음을 선언합니다.재정 관계: 모든 저자는 현재 또는 지난 3년 동안 제출된 작업에 관심이 있을 수 있는 조직과 재정 관계가 없음을 선언합니다.기타 관계: 모든 저자는 제출된 작업에 영향을 줄 수 있는 다른 관계나 활동이 없음을 선언합니다.
본 연구에 도움을 주신 Mr. Toru Shida(IMI Co., Ltd, Kumamoto 고객 서비스 센터, 일본)에게 감사드립니다.
코지마 Y., 센도 R., 오카야마 N. 외.(2022년 5월 18일) 저유량 및 고유량 장치의 흡입 산소 비율: 시뮬레이션 연구.큐어 14(5): e25122.doi:10.7759/cureus.25122
© Copyright 2022 Kojima et al.이것은 Creative Commons Attribution License CC-BY 4.0의 조건에 따라 배포되는 오픈 액세스 기사입니다.원본 저자와 출처를 밝히는 한 모든 매체에서 무제한 사용, 배포 및 복제가 허용됩니다.
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(a) 산소 모니터, (b) 더미, (c) 테스트 폐, (d) 마취 장치, (e) 산소 모니터 및 (f) 전기 인공 호흡기.
인공호흡기 설정은 다음과 같습니다: 일회 호흡량 500 ml, 호흡수 10 호흡/분, 흡기 대 호기 비율(흡기/호기 비율) 1:2(호흡 시간 = 1초).실험을 위해 테스트 폐의 컴플라이언스를 0.5로 설정했습니다.
"점수"는 각 산소 유량에 대해 계산됩니다.비강 캐뉼라를 사용하여 LFNC에 산소를 공급했습니다.
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