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Como citar este artigo: Kojima Y., Sendo R., Okayama N. et al.(18 de maio de 2022) Proporção de oxigênio inalado em dispositivos de baixo e alto fluxo: um estudo de simulação.Cura 14(5): e25122.doi:10.7759/cureus.25122
Objetivo: A fração de oxigênio inalado deve ser medida quando o oxigênio é administrado ao paciente, pois representa a concentração alveolar de oxigênio, importante do ponto de vista da fisiologia respiratória.Portanto, o objetivo deste estudo foi comparar a proporção de oxigênio inalado obtida com diferentes dispositivos de fornecimento de oxigênio.
Métodos: Foi utilizado um modelo de simulação de respiração espontânea.Meça a proporção de oxigênio inalado recebido através de prongas nasais de baixo e alto fluxo e máscaras simples de oxigênio.Após 120 s de oxigênio, a fração de ar inalado foi medida a cada segundo durante 30 s.Foram realizadas três medições para cada condição.
RESULTADOS: O fluxo aéreo diminuiu a fração inspirada de oxigênio intratraqueal e a concentração extraoral de oxigênio ao usar uma cânula nasal de baixo fluxo, sugerindo que a respiração expiratória ocorreu durante a reinalação e pode estar associada a um aumento na fração inspirada de oxigênio intratraqueal.
Conclusão.A inalação de oxigênio durante a expiração pode levar a um aumento na concentração de oxigênio no espaço morto anatômico, o que pode estar associado a um aumento na proporção de oxigênio inalado.Usando uma cânula nasal de alto fluxo, uma alta porcentagem de oxigênio inalado pode ser obtida mesmo com uma vazão de 10 L/min.Ao determinar a quantidade ideal de oxigênio, é necessário definir a vazão adequada ao paciente e às condições específicas, independente do valor da fração de oxigênio inalado.Ao usar prongas nasais de baixo fluxo e máscaras de oxigênio simples em um ambiente clínico, pode ser difícil estimar a proporção de oxigênio inalado.
A administração de oxigênio durante as fases aguda e crônica da insuficiência respiratória é um procedimento comum na medicina clínica.Vários métodos de administração de oxigênio incluem cânula, cânula nasal, máscara de oxigênio, máscara de reservatório, máscara de Venturi e cânula nasal de alto fluxo (HFNC) [1-5].A porcentagem de oxigênio no ar inspirado (FiO2) é a porcentagem de oxigênio no ar inspirado que participa das trocas gasosas alveolares.O grau de oxigenação (relação P/F) é a relação entre a pressão parcial de oxigênio (PaO2) e FiO2 no sangue arterial.Embora o valor diagnóstico da relação P/F permaneça controverso, é um indicador de oxigenação amplamente utilizado na prática clínica [6-8].Portanto, é clinicamente importante conhecer o valor da FiO2 ao administrar oxigênio a um paciente.
Durante a intubação, a FiO2 pode ser medida com precisão com um monitor de oxigênio que inclui um circuito de ventilação, enquanto quando o oxigênio é administrado com uma cânula nasal e uma máscara de oxigênio, apenas uma “estimativa” da FiO2 com base no tempo inspiratório pode ser medida.Esta “pontuação” é a relação entre o suprimento de oxigênio e o volume corrente.Porém, isso não leva em consideração alguns fatores do ponto de vista da fisiologia da respiração.Estudos demonstraram que as medições de FiO2 podem ser influenciadas por vários fatores [2,3].Embora a administração de oxigênio durante a expiração possa levar ao aumento da concentração de oxigênio em espaços mortos anatômicos como cavidade oral, faringe e traqueia, não há relatos sobre esse assunto na literatura atual.Contudo, alguns médicos acreditam que na prática estes factores são menos importantes e que as “pontuações” são suficientes para superar os problemas clínicos.
Nos últimos anos, a CNAF tem atraído atenção especial na medicina de emergência e na terapia intensiva [9].A CNAF proporciona alta FiO2 e fluxo de oxigênio com dois benefícios principais – limpeza do espaço morto da faringe e redução da resistência nasofaríngea, que não deve ser negligenciada na prescrição de oxigênio [10,11].Além disso, pode ser necessário assumir que o valor medido de FiO2 representa a concentração de oxigênio nas vias aéreas ou nos alvéolos, uma vez que a concentração de oxigênio nos alvéolos durante a inspiração é importante em termos da relação P/F.
Outros métodos de fornecimento de oxigênio além da intubação são frequentemente usados ​​na prática clínica de rotina.Portanto, é importante coletar mais dados sobre a FiO2 medida com esses dispositivos de fornecimento de oxigênio, a fim de evitar a superoxigenação desnecessária e obter informações sobre a segurança da respiração durante a oxigenação.Contudo, a medição da FiO2 na traqueia humana é difícil.Alguns pesquisadores tentaram imitar a FiO2 usando modelos de respiração espontânea [4,12,13].Portanto, neste estudo, nosso objetivo foi medir a FiO2 utilizando um modelo simulado de respiração espontânea.
Este é um estudo piloto que não requer aprovação ética porque não envolve seres humanos.Para simular a respiração espontânea, preparamos um modelo de respiração espontânea tendo como referência o modelo desenvolvido por Hsu et al.(Fig. 1) [12].Ventiladores e pulmões de teste (Dual Adult TTL; Grand Rapids, MI: Michigan Instruments, Inc.) de equipamentos de anestesia (Fabius Plus; Lübeck, Alemanha: Draeger, Inc.) foram preparados para imitar a respiração espontânea.Os dois dispositivos são conectados manualmente por tiras metálicas rígidas.Um fole (lado da transmissão) do pulmão de teste está conectado ao ventilador.O outro fole (lado passivo) do pulmão de teste está conectado ao “Modelo de Gerenciamento de Oxigênio”.Assim que o ventilador fornece gás fresco para testar os pulmões (lado de acionamento), o fole é inflado puxando-se com força o outro fole (lado passivo).Este movimento inala gás através da traqueia do manequim, simulando assim a respiração espontânea.
(a) monitor de oxigênio, (b) manequim, (c) pulmão de teste, (d) dispositivo de anestesia, (e) monitor de oxigênio e (f) ventilador elétrico.
As configurações do ventilador foram as seguintes: volume corrente 500 ml, frequência respiratória 10 respirações/min, relação inspiração/expiração (relação inspiração/expiração) 1:2 (tempo respiratório = 1 s).Para os experimentos, a complacência do pulmão de teste foi definida como 0,5.
Um monitor de oxigênio (MiniOx 3000; Pittsburgh, PA: American Medical Services Corporation) e um manequim (MW13; Kyoto, Japão: Kyoto Kagaku Co., Ltd.) foram utilizados para o modelo de gerenciamento de oxigênio.Oxigênio puro foi injetado em taxas de 1, 2, 3, 4 e 5 L/min e a FiO2 foi medida para cada um.Para CNAF (MaxVenturi; Coleraine, Irlanda do Norte: Armstrong Medical), misturas de oxigênio-ar foram administradas em volumes de 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55 e 60 L, e a FiO2 foi avaliado em cada caso.Para CNAF, os experimentos foram realizados nas concentrações de oxigênio de 45%, 60% e 90%.
A concentração extraoral de oxigênio (BSM-6301; Tóquio, Japão: Nihon Kohden Co.) foi medida 3 cm acima dos incisivos superiores com oxigênio fornecido através de uma cânula nasal (Finefit; Osaka, Japão: Japan Medicalnext Co.) (Figura 1).) Intubação usando um ventilador elétrico (HEF-33YR; Tóquio, Japão: Hitachi) para soprar ar da cabeça do manequim para eliminar a contra-respiração expiratória, e a FiO2 foi medida 2 minutos depois.
Após 120 segundos de exposição ao oxigênio, a FiO2 foi medida a cada segundo durante 30 segundos.Ventile o manequim e o laboratório após cada medição.A FiO2 foi medida 3 vezes em cada condição.O experimento começou após a calibração de cada instrumento de medição.
Tradicionalmente, o oxigênio é avaliado através de cânulas nasais para que a FiO2 possa ser medida.O método de cálculo utilizado neste experimento variou dependendo do conteúdo da respiração espontânea (Tabela 1).As pontuações são calculadas com base nas condições respiratórias definidas no aparelho de anestesia (volume corrente: 500 ml, frequência respiratória: 10 respirações/min, relação inspiração/expiração {relação inspiração: expiração} = 1:2).
As “pontuações” são calculadas para cada taxa de fluxo de oxigênio.Uma cânula nasal foi usada para administrar oxigênio ao LFNC.
Todas as análises foram realizadas utilizando o software Origin (Northampton, MA: OriginLab Corporation).Os resultados são expressos como média ± desvio padrão (DP) do número de testes (N) [12].Arredondamos todos os resultados para duas casas decimais.
Para calcular a “pontuação”, a quantidade de oxigênio inalado nos pulmões em uma única respiração é igual à quantidade de oxigênio dentro da cânula nasal, e o restante é ar externo.Assim, com um tempo respiratório de 2 s, o oxigênio fornecido pela cânula nasal em 2 s é de 1000/30 ml.A dose de oxigênio obtida do ar externo foi de 21% do volume corrente (1000/30 ml).A FiO2 final é a quantidade de oxigênio fornecida ao volume corrente.Portanto, a “estimativa” da FiO2 pode ser calculada dividindo a quantidade total de oxigênio consumido pelo volume corrente.
Antes de cada medição, o monitor de oxigênio intratraqueal foi calibrado em 20,8% e o monitor de oxigênio extraoral foi calibrado em 21%.A Tabela 1 mostra os valores médios de FiO2 LFNC em cada vazão.Esses valores são 1,5-1,9 vezes superiores aos valores “calculados” (Tabela 1).A concentração de oxigênio fora da boca é maior do que no ar interno (21%).O valor médio diminuiu antes da introdução do fluxo de ar do ventilador elétrico.Esses valores são semelhantes aos “valores estimados”.Com o fluxo de ar, quando a concentração de oxigênio fora da boca está próxima do ar ambiente, o valor de FiO2 na traqueia é superior ao “valor calculado” de mais de 2 L/min.Com ou sem fluxo de ar, a diferença de FiO2 diminuiu à medida que a vazão aumentou (Figura 2).
A Tabela 2 mostra os valores médios de FiO2 em cada concentração de oxigênio para uma máscara de oxigênio simples (máscara de oxigênio Ecolite; Osaka, Japão: Japan Medicalnext Co., Ltd.).Esses valores aumentaram com o aumento da concentração de oxigênio (Tabela 2).Com o mesmo consumo de oxigênio, a FiO2 do LFNK é maior que a de uma simples máscara de oxigênio.A 1-5 L/min, a diferença na FiO2 é de cerca de 11-24%.
A Tabela 3 mostra os valores médios de FiO2 para CNAF em cada vazão e concentração de oxigênio.Esses valores estavam próximos da concentração alvo de oxigênio, independentemente de a vazão ser baixa ou alta (Tabela 3).
Os valores de FiO2 intratraqueal foram superiores aos valores ‘estimados’ e os valores de FiO2 extraoral foram superiores aos do ar ambiente quando se utilizou o LFNC.Descobriu-se que o fluxo de ar reduz a FiO2 intratraqueal e extraoral.Estes resultados sugerem que a respiração expiratória ocorreu durante a reinalação do LFNC.Com ou sem fluxo de ar, a diferença de FiO2 diminui à medida que a taxa de fluxo aumenta.Este resultado sugere que outro fator pode estar associado à FiO2 elevada na traqueia.Além disso, também indicaram que a oxigenação aumenta a concentração de oxigênio no espaço morto anatômico, o que pode ser devido ao aumento da FiO2 [2].É geralmente aceito que o LFNC não causa reinalação na expiração.Espera-se que isso possa afetar significativamente a diferença entre os valores medidos e “estimados” para cânulas nasais.
Em baixas taxas de fluxo de 1 a 5 L/min, a FiO2 da máscara simples foi menor que a da cânula nasal, provavelmente porque a concentração de oxigênio não aumenta facilmente quando parte da máscara se torna uma zona anatomicamente morta.O fluxo de oxigênio minimiza a diluição do ar ambiente e estabiliza a FiO2 acima de 5 L/min [12].Abaixo de 5 L/min, ocorrem valores baixos de FiO2 devido à diluição do ar ambiente e reinalação do espaço morto [12].Na verdade, a precisão dos medidores de fluxo de oxigênio pode variar muito.O MiniOx 3000 é usado para monitorar a concentração de oxigênio, porém o dispositivo não possui resolução temporal suficiente para medir alterações na concentração de oxigênio exalado (os fabricantes especificam 20 segundos para representar uma resposta de 90%).Isso requer um monitor de oxigênio com tempo de resposta mais rápido.
Na prática clínica real, a morfologia da cavidade nasal, cavidade oral e faringe varia de pessoa para pessoa, e o valor da FiO2 pode diferir dos resultados obtidos neste estudo.Além disso, o estado respiratório dos pacientes difere e o maior consumo de oxigênio leva a menor conteúdo de oxigênio nas respirações expiratórias.Estas condições podem levar a valores mais baixos de FiO2.Portanto, é difícil avaliar a FiO2 confiável ao usar LFNK e máscaras simples de oxigênio em situações clínicas reais.No entanto, este experimento sugere que os conceitos de espaço morto anatômico e respiração expiratória recorrente podem influenciar a FiO2.Dada esta descoberta, a FiO2 pode aumentar significativamente mesmo em taxas de fluxo baixas, dependendo das condições e não das “estimativas”.
A British Thoracic Society recomenda que os médicos prescrevam oxigênio de acordo com a faixa de saturação alvo e monitorem o paciente para manter a faixa de saturação alvo [14].Embora o “valor calculado” da FiO2 neste estudo tenha sido muito baixo, é possível atingir uma FiO2 real superior ao “valor calculado” dependendo da condição do paciente.
Ao usar CNAF, o valor de FiO2 está próximo da concentração de oxigênio definida, independentemente da taxa de fluxo.Os resultados deste estudo sugerem que níveis elevados de FiO2 podem ser alcançados mesmo com uma vazão de 10 L/min.Estudos semelhantes não mostraram alteração na FiO2 entre 10 e 30 L [12,15].É relatado que a alta taxa de fluxo da CNAF elimina a necessidade de considerar o espaço morto anatômico [2,16].O espaço morto anatômico pode potencialmente ser eliminado com uma taxa de fluxo de oxigênio superior a 10 L/min.Dysart et al.Supõe-se que o principal mecanismo de ação do TVP possa ser a lavagem do espaço morto da cavidade nasofaríngea, reduzindo assim o espaço morto total e aumentando a proporção de ventilação minuto (isto é, ventilação alveolar) [17].
Um estudo anterior de CNAF utilizou um cateter para medir a FiO2 na nasofaringe, mas a FiO2 foi menor do que neste experimento [15,18-20].Ritchie et al.Foi relatado que o valor calculado da FiO2 se aproxima de 0,60 à medida que a taxa de fluxo de gás aumenta acima de 30 L/min durante a respiração nasal [15].Na prática, as CNAF requerem taxas de fluxo de 10-30 L/min ou superiores.Devido às propriedades da CNAF, as condições na cavidade nasal têm um efeito significativo, e a CNAF é frequentemente ativada em altas taxas de fluxo.Se a respiração melhorar, também pode ser necessária uma diminuição na taxa de fluxo, pois a FiO2 pode ser suficiente.
Estes resultados são baseados em simulações e não sugerem que os resultados da FiO2 possam ser aplicados diretamente a pacientes reais.No entanto, com base nesses resultados, no caso de intubação ou dispositivos diferentes da CNAF, pode-se esperar que os valores de FiO2 variem significativamente dependendo das condições.Ao administrar oxigênio com LFNC ou uma máscara de oxigênio simples no ambiente clínico, o tratamento geralmente é avaliado apenas pelo valor da “saturação arterial periférica de oxigênio” (SpO2) usando um oxímetro de pulso.Com o desenvolvimento da anemia, recomenda-se o manejo rigoroso do paciente, independentemente da SpO2, PaO2 e do teor de oxigênio no sangue arterial.Além disso, Downes et al.e Beasley et al.Foi sugerido que pacientes instáveis ​​podem de fato estar em risco devido ao uso profilático de oxigenoterapia altamente concentrada [21-24].Durante períodos de deterioração física, os pacientes que recebem oxigenoterapia altamente concentrada terão leituras elevadas do oxímetro de pulso, o que pode mascarar uma diminuição gradual na relação P/F e, portanto, pode não alertar a equipe no momento certo, levando a uma deterioração iminente que requer intervenção mecânica.apoiar.Anteriormente, pensava-se que FiO2 elevado proporcionava proteção e segurança aos pacientes, mas esta teoria não é aplicável ao ambiente clínico [14].
Portanto, deve-se ter cuidado mesmo na prescrição de oxigênio no período perioperatório ou nos estágios iniciais da insuficiência respiratória.Os resultados do estudo mostram que medições precisas de FiO2 só podem ser obtidas com intubação ou CNAF.Ao usar uma LFNC ou uma máscara de oxigênio simples, deve-se fornecer oxigênio profilático para prevenir desconforto respiratório leve.Estes dispositivos podem não ser adequados quando é necessária uma avaliação crítica do estado respiratório, especialmente quando os resultados da FiO2 são críticos.Mesmo com taxas de fluxo baixas, a FiO2 aumenta com o fluxo de oxigênio e pode mascarar a insuficiência respiratória.Além disso, mesmo quando se utiliza SpO2 para tratamento pós-operatório, é desejável ter uma taxa de fluxo tão baixa quanto possível.Isto é necessário para a detecção precoce de insuficiência respiratória.O alto fluxo de oxigênio aumenta o risco de falha na detecção precoce.A dosagem de oxigênio deve ser determinada após determinar quais sinais vitais melhoram com a administração de oxigênio.Com base apenas nos resultados deste estudo, não é recomendado alterar o conceito de gerenciamento de oxigênio.Contudo, acreditamos que as novas ideias apresentadas neste estudo devem ser consideradas em termos de métodos utilizados na prática clínica.Além disso, ao determinar a quantidade de oxigênio recomendada pelas diretrizes, é necessário definir o fluxo adequado para o paciente, independentemente do valor de FiO2 para medições rotineiras de fluxo inspiratório.
Propomos reconsiderar o conceito de FiO2, levando em consideração o escopo da oxigenoterapia e das condições clínicas, uma vez que a FiO2 é um parâmetro indispensável para o gerenciamento da administração de oxigênio.No entanto, este estudo tem várias limitações.Se a FiO2 puder ser medida na traqueia humana, um valor mais preciso poderá ser obtido.No entanto, atualmente é difícil realizar tais medições sem ser invasivo.Mais pesquisas utilizando dispositivos de medição não invasivos deverão ser realizadas no futuro.
Neste estudo, medimos a FiO2 intratraqueal usando o modelo de simulação de respiração espontânea LFNC, máscara de oxigênio simples e CNAF.O manejo do oxigênio durante a expiração pode levar a um aumento na concentração de oxigênio no espaço morto anatômico, o que pode estar associado a um aumento na proporção de oxigênio inalado.Com a CNAF, uma alta proporção de oxigênio inalado pode ser obtida mesmo com uma vazão de 10 l/min.Ao determinar a quantidade ideal de oxigênio, é necessário estabelecer a vazão adequada ao paciente e às condições específicas, não dependendo apenas dos valores da fração de oxigênio inalado.Estimar a porcentagem de oxigênio inalado ao usar um LFNC e uma máscara de oxigênio simples em um ambiente clínico pode ser um desafio.
Os dados obtidos indicam que a respiração expiratória está associada ao aumento da FiO2 na traqueia do LFNC.Ao determinar a quantidade de oxigênio recomendada pelas diretrizes, é necessário definir o fluxo adequado ao paciente, independente do valor de FiO2 medido pelo fluxo inspiratório tradicional.
Seres Humanos: Todos os autores confirmaram que nenhum ser humano ou tecido esteve envolvido neste estudo.Sujeitos Animais: Todos os autores confirmaram que nenhum animal ou tecido estava envolvido neste estudo.Conflitos de interesse: De acordo com o Formulário Uniforme de Divulgação do ICMJE, todos os autores declaram o seguinte: Informações sobre pagamento/serviço: Todos os autores declaram que não receberam apoio financeiro de nenhuma organização para o trabalho submetido.Relações Financeiras: Todos os autores declaram que não possuem atualmente ou nos últimos três anos relações financeiras com qualquer organização que possa estar interessada no trabalho submetido.Outras Relações: Todos os autores declaram que não existem outras relações ou atividades que possam afetar o trabalho submetido.
Gostaríamos de agradecer ao Sr. Toru Shida (IMI Co., Ltd, Kumamoto Customer Service Center, Japão) por sua assistência neste estudo.
Kojima Y., Sendo R., Okayama N. et al.(18 de maio de 2022) Proporção de oxigênio inalado em dispositivos de baixo e alto fluxo: um estudo de simulação.Cura 14(5): e25122.doi:10.7759/cureus.25122
© Copyright 2022 Kojima et al.Este é um artigo de acesso aberto distribuído sob os termos da Licença Creative Commons Attribution CC-BY 4.0.O uso, distribuição e reprodução ilimitados em qualquer meio são permitidos, desde que o autor e a fonte originais sejam creditados.
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(a) monitor de oxigênio, (b) manequim, (c) pulmão de teste, (d) dispositivo de anestesia, (e) monitor de oxigênio e (f) ventilador elétrico.
As configurações do ventilador foram as seguintes: volume corrente 500 ml, frequência respiratória 10 respirações/min, relação inspiração/expiração (relação inspiração/expiração) 1:2 (tempo respiratório = 1 s).Para os experimentos, a complacência do pulmão de teste foi definida como 0,5.
As “pontuações” são calculadas para cada taxa de fluxo de oxigênio.Uma cânula nasal foi usada para administrar oxigênio ao LFNC.
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