氧气湿化装置的设计改进及预防气溶胶传播的研究

陈森彬，曹阳，王子军，李小娟

（海军总医院 a.医学影像科；b.医学工程科，北京100037）

氧气湿化装置的设计改进及预防气溶胶传播的研究

陈森彬a，曹阳b，王子军a，李小娟a

（海军总医院 a.医学影像科；b.医学工程科，北京100037）

目的 研究常规氧疗时氧气加湿过程中气溶胶产生和输送的变化，寻找解决气溶胶产生和微生物传播的方法，探讨解决吸氧相关医院肺炎的方案。方法 应用常规入水湿化和仿生学表面湿化两种装置，在吸氧管终端，通过激光粒子计数仪进行气溶胶计数；改变仿生学表面湿化器的结构后，按相同方式进行气溶胶计数，观察气溶胶数量和粒径的变化。湿源物质中添加三氯化铁和可溶性淀粉后，观察是否分别与吸氧管终端硫氰酸铵和碘制剂发生显色反应，来进行气溶胶输送的定性研究。结果 氧气入水湿化后产生大量0.3～3μm的气溶胶，相同流量下，气泡产生越多越细，气溶胶数量越多。而经过表面湿化后，终端氧气中的气溶胶显著减少，气溶胶数量和粒径与所用湿源物质的性质以及表面结构无关。表面湿化不能将湿源物质中的溶质输送到终端，进而有效解决了传统入水湿化过程中气溶胶携带湿化液污染与有害溶质的潜在危害，对预防吸氧相关医院肺炎具有重大意义。

氧气湿化装置；湿化瓶；气溶胶；氧疗

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

氧是生命赖以维系的物质基础，许多疾病会造成氧供给的缺乏，因此输氧在临床医学是必不可少的。氧气湿化液污染有大量的报道，湿化液污染的微生物与医院肺炎痰培养中的微生物高度一致，但是微生物通过何种媒介进入肺内，通过什么办法可以杜绝气溶胶传播微生物等问题一直没有很好的研究报导。

1 材料与方法

本文作者：陈森彬，高级工程师，硕士研究生。

作者邮箱：chensenbing@hotmail.com

1.1 材料

(1)医院氧气和经过EO灭菌的吸氧管。

(2)不同的湿化装置：①入水湿化装置-常见的反复使用湿化瓶，简称为BUBBLE。②表面湿化装置-仿生学表面湿化装置- OT-M吸氧管，简称为OT-M，结构示意图如图1所示。

图 1 仿生学表面湿化装置结构示意图

图1说明：由医用聚丙乙烯材质注塑成型的盒体，顶面有两个突起，一为进气口、一为出气口，顶面部分向内凹成飞机翼状结构（有利于延长氧气在盒体内流经的距离），表面积不低于120cm2，盒体内部装有湿源物质后用密封膜与底面密封；氧气通过连接管路（图略）从进气口进入流经湿源物质表面经不低于20cm的距离湿化后经出气口流出。

(3)湿源物质配方组成(见表1)。

表 1 仿生学表面湿化装置中湿源物质配方组成

说明：水凝胶通过混匀、加热沸腾、过滤、冷却、塑形等步骤制成，放入盒体内密封。

1.2 方法

1.2.1 表面湿化装置的表面设计

表面湿化装置的表面设计气溶胶的产生与表面湿化装置的表面结构有关，本实验将两种表面湿化装置的表面结构分别制成普通水平面和规则V形突起结构。

1.2.2 气溶胶测定

室温条件下（20℃，45% RH），墙壁氧以2.83L/min的流量经过多种湿化装置进行输送，应用CLJ-E型激光粒子计数器对2m长吸氧管终端的气溶胶颗粒进行检测，同一时段内，分别检测3次，取算术平均数为结果，以个/m3为单位。

1.3 实验分组

1.3.1 BLANK组

空白对照组-简称BLANK，氧气直接通过无菌吸氧管而不经过湿源物质。

1.3.2 BUBBLE组

BUBBLE-反复使用的湿化瓶，经过清洗、含氯消毒液消毒后干燥使用，无菌生理水作为湿源物质。在湿化瓶内管芯上做改进，使内芯管出口空隙的大小不同，分成以下两种入水湿化瓶bubble1 、bubble2：

(1) bubble1-通入氧气后产生的气泡多又细，见图2。

图 2 bubble1产生气泡多又细的湿化瓶

(2) bubble2-通入氧气后产生的气泡少而大，见图3。

图 3 bubble2产生气泡少而大的湿化瓶

1.3.3 OT-M-仿生学表面湿化的吸氧湿化装置

因使用湿源物质的不同，分成以下两种表面湿化装置OT-MⅠ、OT-MⅡ，并对水凝胶的表面进行面积扩大处理：

(1) OT-MⅠ-湿源性物质为无菌生理盐水，表面为水平面结构。

(2) OT-MⅡ-湿源性物质为无菌水凝胶。将水凝胶表面塑形成规则的V形突起结构，见图4。

图 4 放入盒体内、表面具有凹凸结构的水凝胶湿源物质

对实验中的计量资料采用student t-检验进行处理，统计学处理结果如下。

2 结果

2.1 不同湿化方式终端氧气内气溶胶微粒的比较

氧气直接输送组的气溶胶微粒很少，入水湿化组的气溶胶微粒激增，表面湿化组的气溶胶微粒较少，且未检测到3μm以上的微粒。不同湿化方式氧气终端气溶胶检测情况的比较，见表2。

2.2 两种不同入水湿化方式终端氧气内气溶胶的比较和相关性

氧气经过两种入水湿化后，终端氧气中0.3、0.5、1.0、3.0μm粒径的气溶胶数量，Bubble1型比Bubble2型明显增多，相同粒径的二者之间有显著差异(P<0.01)，见表2和图5。

表 2 氧气经过不同湿化方式后终端气溶胶粒径和数量的比较(微粒/m3)

图 5 两种入水湿化氧气终端各种粒径的气溶胶数量差异显著(微粒/m3)

综上结果显示：医用氧气经过一次性无菌吸氧管单独输送到终端是非常洁净的，气溶胶数量极少，经过两种表面湿化后，气溶胶数量也很少，OT-M Ⅰ和OT-M Ⅱ这两种表面湿化的终端气溶胶，各粒径的气溶胶数量之间无显著差异（P>0.05）。即表面湿化的表面设计对气溶胶数量和粒径没有明显影响。氧气经过入水湿化后，气溶胶数量激增。Bubble1终端氧气中0.3、0.5、1.0、3.0μm粒径的气溶胶比Bubble2的明显增多，相同粒径的二者之间均有显著差异(P<0.01)。即入水湿化过程中，产生的气泡愈多越细，气溶胶产生的数量愈多，各粒径数量之间有一定相关性。表面湿化及入水湿化相比，0.3、0.5、1、3、5μm粒径的气溶胶之间均有显著差异(P<0.01)。

3 讨论

气溶胶是悬浮于气体中固体和液体微粒共同组成的多相体系，含有微生物或生物大分子等生命活性物质的微粒称之为生物气溶胶。生物气溶胶种类很多，包括空气中的细菌、真菌、病毒、尘螨、花粉、孢子，动植物碎裂分解体等具有生命活性的微小粒子。这些有生命活性的物质通常附着在气体中的非生物颗粒上，也有一些可以单独悬浮于大气中，如粒径很大的花粉颗粒。生物气溶胶粒子的粒径范围很宽，粒径可以从10-3～102μm不等。医院病室内的生物气溶胶与人类健康密切相关，其中，氧疗作为最为常规的治疗手段之一，吸氧加湿过程中产生的气溶胶值得关注。Rhame等人的研究证明，入水湿化方式可以产生微生物气溶胶，但是没有很好的办法来解决。因氧气源的相对湿度仅为3%左右，接入终端时须进行湿化处理，几十年来传统湿化方式一直沿用的是以蒸馏水或生理盐水为湿源物质，高速氧气流进入液态水中剧烈撞击产生大量气泡，气泡上升过程中表面接触液态水而使氧气连同微小的液滴一起输送到终端而将氧气进行湿化，而这种微小液滴就是气溶胶的核心。

中心供氧设备所提供的氧气理论上是无菌的，如实验结果所示，经过中心输氧管道和一次性无菌吸氧管到达终端的氧气也是非常洁净的，微粒气溶胶数量极其少，但是如果湿化液出现污染，气-液摩擦撞击会产生大量直径小于5μm的微粒气溶胶直接进入肺泡。事实上，传统湿源物质的湿化液污染极为严重，湿化液带菌造成院内感染已被临床所证实，从而引起了医院感染管理人员及护理专家的重视，如对氧疗器具加强消毒力度及缩短消毒周期，缩短更换湿化液时间，或在湿化液内加入抗菌物质等很多应对方法不断推出。尽管如此，仍有一些湿化液带菌，其中主要为革兰氏阴性杆菌，如绿脓杆菌及其他假单胞杆菌、不动杆菌沙雷氏菌、克雷伯氏菌、无色杆菌、大肠杆菌等，某些细菌能在水中存活繁殖，可产生生物被膜而保护自身。高速氧气流以入水湿化的方式进入湿化液中剧烈撞击产生的大量气泡，在加湿氧气的同时，也可能将细菌以微生物气溶胶的方式输送到肺内，由于输氧装置污染引起的医院感染中呼吸道占据82.4%，以脑梗塞、心脏病为基础疾病入院的患者发生医院感染率也排在前三位，因此，医源性气溶胶感染引发呼吸道感染已被广泛重视。众所周知，与吸氧相关的潜在风险主要是医院肺炎（nosocomial pneumonia，NP），NP的特殊性在于其发病率高、病死率高、住院费用高的“三高”表现，2005～2007年间，北京某三甲医院的下呼吸道医院感染比例为首位，达到38.97%。因此，各个国家对处理湿化瓶和湿化液为代表的湿源性物质的要求也很严格，如美国CDC的《预防医院肺炎指南》中规定，入水湿化式湿化器需用无菌水、蒸馏水或煮沸后的自来水作为湿源物质。世界感染控制联盟（ IFIC ）也提供了很多预防医院下呼吸道感染的方法，如注意手卫生，加强氧疗器材的清洗、消毒，提高侵袭性操作时的无菌意识；使用一次性器材而尽量减少任何污染的机会。中国卫生部在《医院感染管理规范》第四十一条中规定：连续使用的氧气湿化瓶、雾化器、呼吸机的管道、早产儿暖箱的湿化器等器材，必须每日消毒，用毕终末消毒，干燥保存，湿化液应用灭菌水等。事实上，在繁杂的日常护理工作中严格按照要求操作的可行性较低。另外，传统湿化噪音又对患者睡眠及内分泌应激系统产生显著影响。如果将传统的入水湿化方式改变为表面湿化方式，将解决气溶胶和噪音产生的问题。

本研究中，仿生学表面湿化方式未检测到大于3μm的气溶胶，有理由相信，如果解决了湿化液微生物污染的问题，再切断气溶胶这种传播微生物的途径，将杜绝因吸氧可能引发的医院肺炎问题，对控制医院肺炎这一最主要的医院感染具有重要意义，这也是本研究的目的。

尽管近百年来最广泛使用的氧疗历史有很多进步，但很多方面仍采用传统的落后技术，如气泡式氧气加湿器的噪音影响、传统氧气浓度控制不能精确定量控制氧气的比例含量和实际气体流量等。OT-M一次性使用吸氧加湿装置的无噪音湿化特征还可使住院患者免受传统入水湿化气泡噪音的侵扰，有利于疾病的顺利康复。

控制医院感染是现代化医院质量管理的重要目标之一，需要医护人员、患者、管理人员等多方努力，而医院肺炎作为国内最常见的医院感染，如何预防医院肺炎发生、保护患者安全值得护理工作者思考和探索。我们在现有观察研究的基础上，选择使用金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、大肠杆菌、超级耐药菌、曲霉等微生物，观察不同吸氧加湿装置产生微生物气溶胶的研究在进行中。

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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