氧氣濕化裝置的設計改進及預防氣溶膠傳播的研究

陳森彬，曹陽，王子軍，李小娟

（海軍總醫院 a.醫學影像科；b.醫學工程科，北京100037）

氧氣濕化裝置的設計改進及預防氣溶膠傳播的研究

陳森彬a，曹陽b，王子軍a，李小娟a

（海軍總醫院 a.醫學影像科；b.醫學工程科，北京100037）

目的 研究常規氧療時氧氣加濕過程中氣溶膠產生和輸送的變化，尋找解決氣溶膠產生和微生物傳播的方法，探討解決吸氧相關醫院肺炎的方案。方法 應用常規入水濕化和仿生學表面濕化兩種裝置，在吸氧管終端，通過激光粒子計數儀進行氣溶膠計數；改變仿生學表面濕化器的結構后，按相同方式進行氣溶膠計數，觀察氣溶膠數量和粒徑的變化。濕源物質中添加三氯化鐵和可溶性淀粉后，觀察是否分別與吸氧管終端硫氰酸銨和碘制劑發生顯色反應，來進行氣溶膠輸送的定性研究。結果 氧氣入水濕化后產生大量0.3～3μm的氣溶膠，相同流量下，氣泡產生越多越細，氣溶膠數量越多。而經過表面濕化后，終端氧氣中的氣溶膠顯著減少，氣溶膠數量和粒徑與所用濕源物質的性質以及表面結構無關。表面濕化不能將濕源物質中的溶質輸送到終端，進而有效解決了傳統入水濕化過程中氣溶膠攜帶濕化液污染與有害溶質的潛在危害，對預防吸氧相關醫院肺炎具有重大意義。

氧氣濕化裝置；濕化瓶；氣溶膠；氧療

Abstract:Objective In order to study the change of aerosol during oxygen humidifying,and to find the method of solving the problem of aerosol generation and microorganism propagation,also to discuss the plan of solving pneumonia related to oxygen uptake. Methods Applied two types of humidifier. One is unique bionic humidifier through surface of humidification material , the other is conventional bubble humidifier. The amount of aerosol in oxygen samples are counted by laser particle counter at the end of oxygen cannula. 0.3,0.5,1, 3, 5μm aerosol is generated and transmitted obviously by bubble humidifiers and solute in bubble humidifiers reservoir can be delivered to the end of oxygen cannula. Results The more fine bubble generated in bubble humidifier, the more aerosol transmitted to the end of cannula. However, aerosol is significantly decreased at the end of bionic humidifiers, and solute in bionic humidifier is not delivered to the end of oxygen cannula. So it is justified to say that aerosol is less likely to be carried through bionic humidification mimicking nose and respiratory membrane. The amount of aerosol is not statistically correlated to surface structure and humidification material in bionic humidifier group. If transmission route is broken, in which the aerosol, as media to transmit microorganism, is eliminated, it would be impossible for patient to be infected nosocomial pneumonia related to oxygen therapy. Bionic humidifier will play important role in preventing nosocomial pneumonia.

Key words:oxygen humidification device;humidification bottle;aerosol;oxygen treatment

氧是生命賴以維系的物質基礎，許多疾病會造成氧供給的缺乏，因此輸氧在臨床醫學是必不可少的。氧氣濕化液污染有大量的報道，濕化液污染的微生物與醫院肺炎痰培養中的微生物高度一致，但是微生物通過何種媒介進入肺內，通過什么辦法可以杜絕氣溶膠傳播微生物等問題一直沒有很好的研究報導。

1 材料與方法

本文作者：陳森彬，高級工程師，碩士研究生。

作者郵箱：chensenbing@hotmail.com

1.1 材料

(1)醫院氧氣和經過EO滅菌的吸氧管。

(2)不同的濕化裝置：①入水濕化裝置-常見的反復使用濕化瓶，簡稱為BUBBLE。②表面濕化裝置-仿生學表面濕化裝置- OT-M吸氧管，簡稱為OT-M，結構示意圖如圖1所示。

圖 1 仿生學表面濕化裝置結構示意圖

圖1說明：由醫用聚丙乙烯材質注塑成型的盒體，頂面有兩個突起，一為進氣口、一為出氣口，頂面部分向內凹成飛機翼狀結構（有利于延長氧氣在盒體內流經的距離），表面積不低于120cm2，盒體內部裝有濕源物質后用密封膜與底面密封；氧氣通過連接管路（圖略）從進氣口進入流經濕源物質表面經不低于20cm的距離濕化后經出氣口流出。

(3)濕源物質配方組成(見表1)。

表 1 仿生學表面濕化裝置中濕源物質配方組成

說明：水凝膠通過混勻、加熱沸騰、過濾、冷卻、塑形等步驟制成，放入盒體內密封。

1.2 方法

1.2.1 表面濕化裝置的表面設計

表面濕化裝置的表面設計氣溶膠的產生與表面濕化裝置的表面結構有關，本實驗將兩種表面濕化裝置的表面結構分別制成普通水平面和規則V形突起結構。

1.2.2 氣溶膠測定

室溫條件下（20℃，45% RH），墻壁氧以2.83L/min的流量經過多種濕化裝置進行輸送，應用CLJ-E型激光粒子計數器對2m長吸氧管終端的氣溶膠顆粒進行檢測，同一時段內，分別檢測3次，取算術平均數為結果，以個/m3為單位。

1.3 實驗分組

1.3.1 BLANK組

空白對照組-簡稱BLANK，氧氣直接通過無菌吸氧管而不經過濕源物質。

1.3.2 BUBBLE組

BUBBLE-反復使用的濕化瓶，經過清洗、含氯消毒液消毒后干燥使用，無菌生理水作為濕源物質。在濕化瓶內管芯上做改進，使內芯管出口空隙的大小不同，分成以下兩種入水濕化瓶bubble1 、bubble2：

(1) bubble1-通入氧氣后產生的氣泡多又細，見圖2。

圖 2 bubble1產生氣泡多又細的濕化瓶

(2) bubble2-通入氧氣后產生的氣泡少而大，見圖3。

圖 3 bubble2產生氣泡少而大的濕化瓶

1.3.3 OT-M-仿生學表面濕化的吸氧濕化裝置

因使用濕源物質的不同，分成以下兩種表面濕化裝置OT-MⅠ、OT-MⅡ，并對水凝膠的表面進行面積擴大處理：

(1) OT-MⅠ-濕源性物質為無菌生理鹽水，表面為水平面結構。

(2) OT-MⅡ-濕源性物質為無菌水凝膠。將水凝膠表面塑形成規則的V形突起結構，見圖4。

圖 4 放入盒體內、表面具有凹凸結構的水凝膠濕源物質

對實驗中的計量資料采用student t-檢驗進行處理，統計學處理結果如下。

2 結果

2.1 不同濕化方式終端氧氣內氣溶膠微粒的比較

氧氣直接輸送組的氣溶膠微粒很少，入水濕化組的氣溶膠微粒激增，表面濕化組的氣溶膠微粒較少，且未檢測到3μm以上的微粒。不同濕化方式氧氣終端氣溶膠檢測情況的比較，見表2。

2.2 兩種不同入水濕化方式終端氧氣內氣溶膠的比較和相關性

氧氣經過兩種入水濕化后，終端氧氣中0.3、0.5、1.0、3.0μm粒徑的氣溶膠數量，Bubble1型比Bubble2型明顯增多，相同粒徑的二者之間有顯著差異(P<0.01)，見表2和圖5。

表 2 氧氣經過不同濕化方式后終端氣溶膠粒徑和數量的比較(微粒/m3)

圖 5 兩種入水濕化氧氣終端各種粒徑的氣溶膠數量差異顯著(微粒/m3)

綜上結果顯示：醫用氧氣經過一次性無菌吸氧管單獨輸送到終端是非常潔凈的，氣溶膠數量極少，經過兩種表面濕化后，氣溶膠數量也很少，OT-M Ⅰ和OT-M Ⅱ這兩種表面濕化的終端氣溶膠，各粒徑的氣溶膠數量之間無顯著差異（P>0.05）。即表面濕化的表面設計對氣溶膠數量和粒徑沒有明顯影響。氧氣經過入水濕化后，氣溶膠數量激增。Bubble1終端氧氣中0.3、0.5、1.0、3.0μm粒徑的氣溶膠比Bubble2的明顯增多，相同粒徑的二者之間均有顯著差異(P<0.01)。即入水濕化過程中，產生的氣泡愈多越細，氣溶膠產生的數量愈多，各粒徑數量之間有一定相關性。表面濕化及入水濕化相比，0.3、0.5、1、3、5μm粒徑的氣溶膠之間均有顯著差異(P<0.01)。

3 討論

氣溶膠是懸浮于氣體中固體和液體微粒共同組成的多相體系，含有微生物或生物大分子等生命活性物質的微粒稱之為生物氣溶膠。生物氣溶膠種類很多，包括空氣中的細菌、真菌、病毒、塵螨、花粉、孢子，動植物碎裂分解體等具有生命活性的微小粒子。這些有生命活性的物質通常附著在氣體中的非生物顆粒上，也有一些可以單獨懸浮于大氣中，如粒徑很大的花粉顆粒。生物氣溶膠粒子的粒徑范圍很寬，粒徑可以從10-3～102μm不等。醫院病室內的生物氣溶膠與人類健康密切相關，其中，氧療作為最為常規的治療手段之一，吸氧加濕過程中產生的氣溶膠值得關注。Rhame等人的研究證明，入水濕化方式可以產生微生物氣溶膠，但是沒有很好的辦法來解決。因氧氣源的相對濕度僅為3%左右，接入終端時須進行濕化處理，幾十年來傳統濕化方式一直沿用的是以蒸餾水或生理鹽水為濕源物質，高速氧氣流進入液態水中劇烈撞擊產生大量氣泡，氣泡上升過程中表面接觸液態水而使氧氣連同微小的液滴一起輸送到終端而將氧氣進行濕化，而這種微小液滴就是氣溶膠的核心。

中心供氧設備所提供的氧氣理論上是無菌的，如實驗結果所示，經過中心輸氧管道和一次性無菌吸氧管到達終端的氧氣也是非常潔凈的，微粒氣溶膠數量極其少，但是如果濕化液出現污染，氣-液摩擦撞擊會產生大量直徑小于5μm的微粒氣溶膠直接進入肺泡。事實上，傳統濕源物質的濕化液污染極為嚴重，濕化液帶菌造成院內感染已被臨床所證實，從而引起了醫院感染管理人員及護理專家的重視，如對氧療器具加強消毒力度及縮短消毒周期，縮短更換濕化液時間，或在濕化液內加入抗菌物質等很多應對方法不斷推出。盡管如此，仍有一些濕化液帶菌，其中主要為革蘭氏陰性桿菌，如綠膿桿菌及其他假單胞桿菌、不動桿菌沙雷氏菌、克雷伯氏菌、無色桿菌、大腸桿菌等，某些細菌能在水中存活繁殖，可產生生物被膜而保護自身。高速氧氣流以入水濕化的方式進入濕化液中劇烈撞擊產生的大量氣泡，在加濕氧氣的同時，也可能將細菌以微生物氣溶膠的方式輸送到肺內，由于輸氧裝置污染引起的醫院感染中呼吸道占據82.4%，以腦梗塞、心臟病為基礎疾病入院的患者發生醫院感染率也排在前三位，因此，醫源性氣溶膠感染引發呼吸道感染已被廣泛重視。眾所周知，與吸氧相關的潛在風險主要是醫院肺炎（nosocomial pneumonia，NP），NP的特殊性在于其發病率高、病死率高、住院費用高的“三高”表現，2005～2007年間，北京某三甲醫院的下呼吸道醫院感染比例為首位，達到38.97%。因此，各個國家對處理濕化瓶和濕化液為代表的濕源性物質的要求也很嚴格，如美國CDC的《預防醫院肺炎指南》中規定，入水濕化式濕化器需用無菌水、蒸餾水或煮沸后的自來水作為濕源物質。世界感染控制聯盟（ IFIC ）也提供了很多預防醫院下呼吸道感染的方法，如注意手衛生，加強氧療器材的清洗、消毒，提高侵襲性操作時的無菌意識；使用一次性器材而盡量減少任何污染的機會。中國衛生部在《醫院感染管理規范》第四十一條中規定：連續使用的氧氣濕化瓶、霧化器、呼吸機的管道、早產兒暖箱的濕化器等器材，必須每日消毒，用畢終末消毒，干燥保存，濕化液應用滅菌水等。事實上，在繁雜的日常護理工作中嚴格按照要求操作的可行性較低。另外，傳統濕化噪音又對患者睡眠及內分泌應激系統產生顯著影響。如果將傳統的入水濕化方式改變為表面濕化方式，將解決氣溶膠和噪音產生的問題。

本研究中，仿生學表面濕化方式未檢測到大于3μm的氣溶膠，有理由相信，如果解決了濕化液微生物污染的問題，再切斷氣溶膠這種傳播微生物的途徑，將杜絕因吸氧可能引發的醫院肺炎問題，對控制醫院肺炎這一最主要的醫院感染具有重要意義，這也是本研究的目的。

盡管近百年來最廣泛使用的氧療歷史有很多進步，但很多方面仍采用傳統的落后技術，如氣泡式氧氣加濕器的噪音影響、傳統氧氣濃度控制不能精確定量控制氧氣的比例含量和實際氣體流量等。OT-M一次性使用吸氧加濕裝置的無噪音濕化特征還可使住院患者免受傳統入水濕化氣泡噪音的侵擾，有利于疾病的順利康復。

控制醫院感染是現代化醫院質量管理的重要目標之一，需要醫護人員、患者、管理人員等多方努力，而醫院肺炎作為國內最常見的醫院感染，如何預防醫院肺炎發生、保護患者安全值得護理工作者思考和探索。我們在現有觀察研究的基礎上，選擇使用金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌、大腸桿菌、超級耐藥菌、曲霉等微生物，觀察不同吸氧加濕裝置產生微生物氣溶膠的研究在進行中。

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Design Improvement of Oxygen Humidification Device and Research about Prevention of Aerosol Transmission

CHEN Sen-bina, CAO Yangb, WANG Zi-juna, LI Xiao-juana
(a.Medical Imaging Department; b.Medical Engineering Department,Navy General Hospital, Beijing 100037, China)

TH789

A

1674-1633(2010)01-0026-04

2009-09-24

2009-11-05