吸氧浓度可实现自动调节？快来看看吧！ / 开普饭

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氧疗被广泛用于早产儿和成人呼吸功能不全。早产儿在人工控制血氧饱和度的过程中，目标是保持足够的氧合，尽量减少暴露在低氧血症、高氧血症和氧气中。然而，这在常规护理中往往无法实现，这增加了影响眼睛、肺部和中枢神经系统的相关副作用的风险。成人的主要目标是避免低氧血症，但传统的氧气补充方法在需求增加的时期可能达不到要求。另一方面，人们越来越担心，在资源有限的环境中，不必要的高FiO2水平会增加暴露在高氧血症和过度氧气使用中的风险。用于新生儿和成人的FIO2自动闭环控制系统已经开发出来。本文将概述开发这些系统的理论基础，提出证据，并讨论重要的优点和局限性。

介绍

氧疗广泛应用于新生儿和成人重症监护、院前转运和慢性呼吸功能不全患者的家中。在新生儿群体中，补充氧气对呼吸衰竭新生儿的生存至关重要，早产儿对补充氧气的需求尤其频繁和持久。在这个人群中，对补充氧气的需求可以从呼吸衰竭和恢复期的初始阶段扩展到更慢性的依赖。在早产儿中，过量和长期的氧气补充与全身氧化损伤和影响眼睛、肺和中枢神经系统的长期并发症有关系统。打开另一方面，氧合不足也会对大脑、肺血管系统产生不利影响，动脉导管及其他器官和器官的通畅组织。更令人关注的是低氧血症对死亡率的可能影响，多年前减少吸氧后死亡率的增加就表明了这一点，最近的一些试验表明，降低氧合以预防早产儿视网膜病变和支气管肺发育不良的发生，死亡率会增加。

为了减少并发症的风险，在对早产儿进行人工控制FIO2的过程中，目标是保持充足的氧合，最大限度地减少低氧血症、高氧血症和氧气的暴露。为此，通常通过脉搏血氧饱和度(SpO2)监测动脉血氧饱和度，并滴定FiO2以将SpO2维持在临床预期范围内。然而，研究表明，早产儿大约有一半的时间在临床预定的SpO2范围内，在常规的新生儿重症监护期间，超过三分之一的时间在该范围以上。维持在预期范围内的SpO2受到婴儿呼吸不稳定的影响，导致SpO2的频繁波动，限制了工作人员对SpO2的反应能力，以及临床工作人员对高SpO2水平的耐受性。为了克服这些限制，改善SpO2的目标范围的维持，并将高氧降至最低。

氧气补充广泛应用于成人重症监护病人和院前转运。在这些患者中，氧疗的主要目标是避免低氧血症，并且氧气的使用是相当自由的，因为与高氧血症或暴露在高FIO2下相关的副作用的风险通常被认为是很小的。然而，也出现了一些新的担忧，包括高氧血症和低氧血症之间的联系，与心脏骤停后死亡风险的增加和严重颅脑创伤中死亡或更糟糕结果的增加有关。临床医生认为，无论动脉血氧水平如何，FIO2滴定都有潜在的好处，而不是持续的高FiO2，以及由于高氧血症掩盖肺功能恶化的潜在风险。此外，在院前空运或陆运期间，氧气的最佳使用也很重要，因为氧气资源可能有限。

在成年COPD患者中，长时间的氧气补充是很常见的。在这些患者中，补充氧气被调整以维持充足的氧合，但当患者活动增加时，传统的氧气输送方法在需求增加的时期可能会出现不足。氧气资源的消耗在这些患者中是一个令人担忧的问题，因为氧气输送方法的设计是为了促进患者的行动能力。

基于这些担忧，并以平衡维持充足氧合和合理使用资源为目标，最近开发了成人患者的FIO2自动闭环控制系统。

闭环FIO2控制系统

可用于临床或实验的闭环FIO2控制系统通常由氧合监测装置(如脉搏血氧计)、气体输送装置(如呼吸机或套管)以及确定FIO2调节时间和大小的算法组成。

氧合监测

多年来，用于新生儿和成人的闭环FIO2系统采用了各种方法，包括留置PaO2电极、经皮PO2电极(PtcO2)或通过脉搏血氧饱和度(SpO2)测定动脉血氧饱和度。闭环FIO2系统中使用的监测方法的关键要求是在整个补氧期间连续提供氧合状态信息的能力。

使用留置式PaO2电极进行闭环FIO2控制，由于需要植入有创导管而受到限制。在新生儿中，有创导管在呼吸衰竭的急性期使用，但过了这个阶段，其使用就会减少。PtcO2电极需要经常校准，其准确性取决于电极温度和灌注情况。因此，需要经常更换应用部位，以避免早产儿的皮肤热损伤。最近，SpO2已成为新生儿和成人重症监护中持续氧合监测的首选方法。这主要是由于它的无创性和简单、免校准的设置。SpO2的连续可用性使这种方法适合用于闭环 FIO2控制系统。

控制算法与氧气输送装置

闭环FIO2控制系统基于算法，确定每次调整的时间、幅度和频率，以使SpO2保持在临床医生设定的目标水平或范围。测量的SpO2与设置的目标相比是连续的或间歇性的，算法进行的FIO2调整与其差异呈负相关。这些算法还可以结合基于趋势数据或SpO2超出范围波动持续时间的FIO2调整。

调整的时间、幅度和频率决定了对SpO2变化的反应类型。算法中的这些特征被调整以满足系统开发的预期目标，因此定义了对不同患者群体的适用性以及它能够响应的波动类型。例如，一个设计成只对SpO2缓慢变化的波动做出反应的系统，不太可能在SpO2的急剧和快速变化期间提供及时的反应。

对低氧血症发作的反应必须足以帮助恢复，但不会产生反跳性高氧血症或过量。为此，优化检测到低氧血症时FIO2自动升高的时机，以及低氧血症解决后FIO2恢复到基线水平的时机都很重要。当SpO2呈上升趋势时，FIO2的延迟升高可能会导致超调进入高氧血症，而FIO2延迟恢复到基线水平可能会延长其持续时间。

逐拍血氧饱和度值通常在运行窗口上取平均值，然后再由闭环算法读取。长平均窗减弱了SpO2短波动的影响，但也影响了系统的响应。一方面，避免对短暂波动的反应是可取的，但由于长平均窗（不能反映SpO2的真实变化率）导致的延迟或异相反应也可能适得其反。由于检测延迟导致的FIO2延迟增加可能延长低氧血症，而在低氧血症实际解决后，FIO2延迟恢复到基线可能导致高氧血症。

闭环FIO2系统中使用的气体输送装置包括机械呼吸机、鼻塞式CPAP装置、鼻插管装置和头箱（也称为通气柜）。在呼吸机和头箱中，用搅拌器完成空气-氧气混合，搅拌器应足够精确和坚固，以承受自动系统所需的更多微小变化。在鼻插管系统中，气体的混合可以通过空气-氧气混合器或通过调节吸入气体供应的氧气输注来实现。根据预期目标和患者类型，闭环FIO2系统可能需要一定的流速，以在预定时间内产生吸入气体的变化，以达到预期效果。气体混合延迟可能在测得的SpO2变化和患者接受的FIO2实际变化之间产生异相反应。

当SpO2测量的低氧血症与运动伪影或信号质量差相关联时，旨在响应低氧血症事件的闭环FIO2系统的设计在确定最适当的响应时遇到了一个难题。这涉及到如果所测得的低氧血症是由于伪影引起的不必要的氧暴露的风险，与如果这是一个真正的低氧血症事件，伴随着或由患者活动引发的低氧血症暴露的风险。避免不必要的氧气暴露是可取的，但在真正的低氧血症事件期间缺乏反应可能有严重后果。在自动FIO2控制期间，一个安全的方法是对低氧血症作出反应，即使怀疑是假象，并提醒护理人员进行评估。

由于极低的信号质量或“脱落”导致的SpO2测量缺失期可能发生在患者活动、灌注减少或探头断开期间。闭环FIO2系统采用回退状态的标准和要设置的FIO2非常重要。FIO2下降可以由临床医生或基于最近提供的FIO2水平的算法设置。选择回退FIO2应考虑低氧血症是否与患者活动存在时间相关性，因此在运动伪影引起的“脱落”期间无法检测到。

闭环FIO2对氧合、氧暴露和资源利用的影响

在新生儿中

多项研究比较了闭环FIO2系统与人工调节FIO2维持氧合目标的效果。26-35这些研究利用不同的手动FIO2调节模式进行比较，包括传统的常规护理和更理想的模式，包括完全致力于FiO2滴定的护理员。在这些研究中，在日常护理过程中，自动FIO2控制系统在维持氧合目标方面始终比人工FIO2控制系统更有效，并且与完全专注的照顾者相似或更好(表1)。

值得注意的是，在这些研究中，闭环FIO2系统在不同的婴儿组中进行了评估：接受有创机械通气、鼻腔CPAP或头罩吸氧的婴儿。研究人群在氧合波动的频率和严重程度方面也各不相同。对于临床工作人员和自动化系统来说，频繁出现低氧血症的婴儿是最具挑战性的一组婴儿。图1显示了一个示例，其中SpO2和FiO2的记录说明了自动系统的响应和手动滴定FiO2所涉及的大量工作负荷。在这些不同的患者群体中，改善氧合目标维持的研究结果的一致性提供了原则证据，并证明了这种方法在照护普通早产儿人群中的可行性。

表1 新生儿氧合目标的维持

图1.在4小时自动和手动调整FIO2的过程中，频繁出现低氧血症的婴儿的spo2和FIO2记录说明了自动系统将spo2维持在目标范围（虚线）内的反应以及手动滴定FIO2的努力。

氧合目标的改善在很大程度上是由于高氧血症时间的减少(表2)，这在比较常规护理期间闭环FO2和手动调整的研究中更为明显。这些发现也反映了临床人员在常规护理期间对高SpO2水平的耐受性。相反，在比较闭环FIO2和专心避免高氧血症的全职护士的研究中，氧合目标的改善维护是SpO2在目标范围以上和之下所花费的时间共同减少的结果。表2中还显示了闭环FIO2系统实现的FIO2的降低。对有氧化肺损伤风险的早产儿来说，更有效和持续的降低FIO2可能是有益的。图2用Claure等人的24小时数据说明了临床工作人员如何将SpO2维持在目标范围的上限附近，而自动系统随着时间的推移将SpO2移向目标范围的中心。在婴儿切换到自动系统后不久，伴随而来的是持续的FIO2下降。

在不同的研究中，婴儿在氧合水平低于目标值的时间比例，用闭环FIO2治疗并不像降低高氧血症那样持续减少(表3)。虽然这些观察结果乍一看似乎有违直觉，但它们强调了这样一个事实，即闭环系统可以对SpO2下降的发作做出反应，但它们在预防方面无效。此外，由于早产儿的低氧血症主要是由通气和肺容量的变化引发的，自动增加血氧饱和度可以减轻发作的严重程度或持续时间，但不太可能立即解决低氧血症的发作。在专注于出现频繁低氧发作的早产儿的研究中，与常规护理期间的手动调整相比，在闭环FiO2控制下轻度发作的数量增加。这种差异在很大程度上与试图预防低氧血症的工作人员维持相对较高的基础SpO2水平有关。这一预防策略在预防低氧血症方面只起到了部分作用，但增加了暴露在氧气中的几率。相反，闭环FIO2控制在减少更严重和更长时间的低氧血症发作方面更有效。

表2.新生儿氧合高于氧合目标和FIO2

图2.Claure等人的24小时数据中的每小时SpO2和FIO2值说明临床工作人员将SpO2维持在目标范围的上限附近，而自动系统随着时间的推移将SpO2移向范围的中心。在婴儿切换到自动系统后不久，FIO2就降低了，并一直低于临床工作人员提供的水平。

尽管临床工作人员付出了相当大的努力，但通过自动FIO2控制改善了spo2靶标的维持。工作人员在白天平均每小时调整FIO2 8.5次，在24小时内调整113次。这些发现表明，工作负荷可能会减少，这也可能使照顾者在改善其他护理领域的努力得到更有效的利用。

在成人中

研究比较了机械通气创伤重症监护患者、COPD患者在运动和正常活动期间以及在成人志愿者诱导低氧血症期间接受长期氧疗的多个自动控制FiO2的系统与常规给氧模式。在这些研究(表4)中，将SpO2维持在90%到96%之间的闭环FIO2系统与由手动滴定或恒定供氧组成的传统护理相比，持续改善了这种范围的维持。更重要的是，这些研究证明，对FiO2进行自动闭环控制在减少低氧血症方面更有效，这是这些患者最关心的问题(表5)。这些发现表明，闭环FIO2的最终益处可能不仅与较少的低氧血症有关，而且还与促进慢性患者活动水平的提高有关，这些患者如果没有手动滴定补充氧气，就会变成低氧血症。

表4.成人氧合指标的维持

表5.成年人的氧合低于目标水平

这些数据证实，高SPO2水平很常见且持续时间较长，涉及相当大的氧利用（表6）。与常规治疗相比，闭环FIO2持续缩短了高SPO花费的时间，而未导致有害影响。这些发现不仅记录了闭环FIO2在这些人群中的疗效，而且表明高氧血症在这些患者中没有带来明显的优势。观察到的氧气资源节约可能对运输或远程设施等应用有吸引力，其中闭环FIO2系统可能导致更有效的氧气利用。同样重要的是，人工调整吸入的氧气和更好地利用工作人员所需的工作量可能会减少。

表6.成人超标氧合和氧源消耗

新的系统结合了呼吸机参数的自动调整，如分钟通气量和最大吸气压，同时自动调整血氧饱和度和呼气末正压，最近已经面世。关于这些系统在成人机械通气患者急性肺损伤和心脏手术后使用的报告表明，这些系统更好地维持了氧合和其他生理指标的目标范围，减少了高氧血症，减少了血氧饱和度。这些更复杂的系统也减少了临床团队调整呼吸机设置的人工干预。

重要考虑事项和可能的缺点

在新生儿和成年人群中，临床医生在确定使用闭环FIO2时要考虑的最重要方面是SpO2的目标范围。在这两个人群中，尚未明确定义SpO2的最佳范围，大多数当前推荐范围可能无法真实代表SpO2的实际水平。尽管闭环系统的主要受益可通过避免SpO2的极端范围来实现，但特定目标范围可能存在尚未确定的重要生理和临床效应。通过自动化系统更一致地维持特定目标范围可能会发现之前未记录的影响。因此，需要谨慎选择目标范围，因为任何不良或有益作用可能不能归因于自动方法，而是归因于更好地维持该范围。

闭环FIO2系统取决于脉搏血氧测量的可靠性和准确性。尽管闭环算法可以验证SPO2的可靠性并进入回退状态，但临床医生确定在个体患者中使用闭环FIO2时应采用与常规使用相同甚至更严格的标准来监测并确保每名患者脉搏血氧测量的可靠性。

FIO2的自动控制提供了对低氧血症的单一参数反应，而护理人员的反应（如适用）将确定产生低氧血症的机制，然后进行适当的干预。例如，当低氧血症是由于通气不足时，FIO2增加可能不是最充分的反应。然而，需要注意的是，临床工作人员经常首先通过增加FIO2来减轻低氧血症，然后调查原因。可能较早的自动反应可进一步减弱低氧血症，直至完成纠正干预。通气监测、评估和识别产生低氧血症的机制（应作为标准治疗的一部分）也必须作为FIO2自动控制期间护理的一部分。这一点很重要，因为使用自动FIO2控制系统的一个可能缺点是它们可能无意中降低护理人员的注意力，延迟识别呼吸功能的变化。为了最大限度地降低通过FIO2自动增加掩盖呼吸功能持续恶化的风险，闭环FIO2系统应警告FIO2持续增加，即使SPO2在目标范围内，以便临床医生及时评估。尚未显示这些不良反应的发生率，但仍需要对这些系统进行充分培训和谨慎使用。

总结

在早产儿中，重要的有害影响与氧合不足、高氧血症和过度暴露于高FIO2水平有关。由于婴儿的呼吸不稳定和传统护理在维持目标氧合范围方面的局限性，这些风险增加了。现有数据表明，在这一人群中自动闭环控制FIO2是可行的，并建议在限制氧气暴露的同时实现更好的氧合控制，从而带来潜在的好处。这种方法在这些人群中的长期影响仍然需要评估。

在成人中，氧气补充主要用于避免低氧血症，一般很少考虑高氧血症。然而，由于对高氧血症可能产生的有害影响的担忧，这一点正受到越来越多的挑战。这些担忧，加上更好的氧气利用率和更少的员工工作量可能带来的好处，刺激了自动化FIO2控制系统的发展，并显示出令人振奋的结果。这些措施包括更好地维持氧合目标，减少低氧血症和高氧血症，以及减少氧气使用。这种方法在成年人群中的长期益处也需要进一步探讨。

对FIO2自动控制的研究也证明了大幅减少工作量的潜力。因此，使用这些系统可能会通过将工作人员的工作转移到其他患者护理功能来间接改善护理。