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Citar este artigo como: Kojima Y., Sendo R., Okayama N. et al.(18 de maio de 2022) Taxa 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 paciente recebe oxigênio, pois representa a concentração de oxigênio alveolar, importante do ponto de vista da fisiologia respiratória.Portanto, o objetivo deste estudo foi comparar a proporção de oxigênio inalado obtido com diferentes dispositivos de fornecimento de oxigênio.
Métodos: Foi utilizado um modelo de simulação de respiração espontânea.Meça a proporção de oxigênio inalado recebido por meio de sondas nasais de baixo e alto fluxo e máscaras de oxigênio simples.Após 120 s de oxigênio, a fração de ar inspirado foi medida a cada segundo durante 30 s.Três medições foram feitas para cada condição.
RESULTADOS: O fluxo de ar diminuiu a fração inspirada de oxigênio intratraqueal e a concentração de oxigênio extraoral 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 exalação pode levar a um aumento da 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 taxa de fluxo de 10 L/min.Ao determinar a quantidade ideal de oxigênio, é necessário definir a taxa de fluxo adequada para o paciente e condições específicas, independentemente 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 clínica médica.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 da troca gasosa alveolar.O grau de oxigenação (relação P/F) é a relação entre a pressão parcial de oxigênio (PaO2) e a 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.Essa “pontuação” é a relação entre o suprimento de oxigênio e o volume corrente.No entanto, isso não leva em consideração alguns fatores do ponto de vista da fisiologia da respiração.Estudos têm mostrado que as medidas de FiO2 podem ser influenciadas por vários fatores [2,3].Embora a administração de oxigênio durante a expiração possa levar a um aumento da concentração de oxigênio em espaços mortos anatômicos como cavidade oral, faringe e traqueia, não há relatos a esse respeito na literatura atual.No entanto, alguns clínicos acreditam que na prática esses fatores são menos importantes e que as “pontuações” são suficientes para superar os problemas clínicos.
Nos últimos anos, o CNAF atraiu atenção particular na medicina de emergência e nos cuidados intensivos [9].A CNAF fornece 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 ao prescrever oxigênio [10,11].Além disso, pode ser necessário assumir que o valor de FiO2 medido representa a concentração de oxigênio nas vias aéreas ou alvéolos, uma vez que a concentração de oxigênio nos alvéolos durante a inspiração é importante em termos da relação P/F.
Métodos de administração 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 para evitar a superoxigenação desnecessária e obter informações sobre a segurança da respiração durante a oxigenação.No entanto, a medição da FiO2 na traquéia humana é difícil.Alguns pesquisadores tentaram imitar a FiO2 usando modelos de respiração espontânea [4,12,13].Portanto, neste estudo, objetivamos medir a FiO2 usando 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 com referência ao 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, Germany: Draeger, Inc.) foram preparados para simular a respiração espontânea.Os dois dispositivos são conectados manualmente por cintas metálicas rígidas.Um fole (lado acionador) do pulmão de teste é conectado ao ventilador.O outro fole (lado passivo) do pulmão de teste é conectado ao “Modelo de Gerenciamento de Oxigênio”.Assim que o ventilador fornece gás fresco para testar os pulmões (lado acionado), o fole é inflado puxando-se à força o outro fole (lado passivo).Esse movimento inala o gás pela traqueia do manequim, simulando a respiração espontânea.
(a) monitor de oxigênio, (b) manequim, (c) pulmão de teste, (d) aparelho 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 inspiratória para expiratória (relação inspiração/expiração) 1:2 (tempo respiratório = 1 s).Para os experimentos, a complacência do pulmão de teste foi ajustada para 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 usados ​​para o modelo de gerenciamento de oxigênio.O oxigênio puro foi injetado em taxas de 1, 2, 3, 4 e 5 L/min e a FiO2 foi medida para cada uma.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 avaliados em cada caso.Para HFNC, experimentos foram realizados em concentrações de 45%, 60% e 90% de oxigênio.
A concentração de oxigênio extraoral (BSM-6301; Tóquio, Japão: Nihon Kohden Co.) foi medida 3 cm acima dos incisivos superiores com oxigênio fornecido por uma cânula nasal (Finefit; Osaka, Japão: Japan Medicalnext Co.) (Figura 1).) A intubação usando um ventilador elétrico (HEF-33YR; Tóquio, Japão: Hitachi) para soprar o ar para fora da cabeça do manequim para eliminar a respiração expiratória posterior, 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 medida.
Tradicionalmente, o oxigênio é medido por meio 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, razão inspiratória para expiratória {razão inspiração: expiração} = 1:2).
“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 usando 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 inalada 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 1.000/30 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 entregue ao volume corrente.Portanto, a “estimativa” da FiO2 pode ser calculada dividindo-se 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 taxa de fluxo.Esses valores são 1,5-1,9 vezes maiores que os 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 fluxo de ar, quando a concentração de oxigênio fora da boca está próxima do ar ambiente, o valor de FiO2 na traqueia é maior que o “valor calculado” de mais de 2 L/min.Com ou sem fluxo de ar, a diferença de FiO2 diminui com o aumento do fluxo (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 ficaram próximos da concentração de oxigênio alvo, independentemente de a vazão ser baixa ou alta (Tabela 3).
Os valores de FiO2 intratraqueal foram maiores que os valores 'estimados' e os valores de FiO2 extraoral foram maiores que o ar ambiente ao usar o LFNC.Verificou-se que o fluxo de ar reduz a FiO2 intratraqueal e extraoral.Esses resultados sugerem que a respiração expiratória ocorreu durante a reinalação LFNC.Com ou sem fluxo de ar, a diferença de FiO2 diminui à medida que a taxa de fluxo aumenta.Esse resultado sugere que outro fator pode estar associado à elevação da FiO2 na traqueia.Além disso, eles 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 1–5 L/min, a FiO2 da máscara simples foi menor do 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 mudanças na concentração de oxigênio exalado (os fabricantes especificam 20 segundos para representar uma resposta de 90%).Isso requer um monitor de oxigênio com um 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 é diferente e o maior consumo de oxigênio leva a um menor conteúdo de oxigênio nas respirações expiratórias.Essas condições podem levar a valores mais baixos de FiO2.Portanto, é difícil avaliar FiO2 confiável ao usar LFNK e máscaras de oxigênio simples em situações clínicas reais.No entanto, este experimento sugere que os conceitos de espaço morto anatômico e respiração expiratória recorrente podem influenciar a FiO2.Diante dessa descoberta, a FiO2 pode aumentar significativamente mesmo em baixas taxas de fluxo, dependendo das condições e não de “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 maior que o “valor calculado” dependendo da condição do paciente.
Ao usar HFNC, o valor de FiO2 está próximo da concentração de oxigênio definida, independentemente da taxa de fluxo.Os resultados deste estudo sugerem que altos níveis 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].A alta taxa de fluxo de CNAF elimina a necessidade de considerar o espaço morto anatômico [2,16].O espaço morto anatômico pode potencialmente ser eliminado a uma taxa de fluxo de oxigênio superior a 10 L/min.Dysart et ai.Supõe-se que o principal mecanismo de ação do VPT pode ser a liberação 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 usou um cateter para medir a FiO2 na nasofaringe, mas a FiO2 foi menor do que neste experimento [15,18-20].Ritchie e outros.Foi relatado que o valor calculado de FiO2 se aproxima de 0,60 conforme a taxa de fluxo de gás aumenta acima de 30 L/min durante a respiração nasal [15].Na prática, os HFNCs requerem taxas de fluxo de 10-30 L/min ou mais.Devido às propriedades do HFNC, as condições na cavidade nasal têm um efeito significativo e o HFNC é frequentemente ativado 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.
Esses resultados são baseados em simulações e não sugerem que os resultados de FiO2 possam ser aplicados diretamente a pacientes reais.No entanto, com base nesses resultados, no caso de intubação ou outros dispositivos que não o CNAF, pode-se esperar que os valores de FiO2 variem significativamente dependendo das condições.Ao administrar oxigênio com um 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 de anemia, recomenda-se o manejo rigoroso do paciente, independentemente da SpO2, PaO2 e teor de oxigênio no sangue arterial.Além disso, Downes et al.e Beasley et ai.Tem sido sugerido que pacientes instáveis ​​podem realmente estar em risco devido ao uso profilático de oxigenoterapia altamente concentrada [21-24].Durante os períodos de deterioração física, os pacientes que recebem oxigenoterapia altamente concentrada terão leituras altas 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.Apoio, suporte.Anteriormente, pensava-se que a alta FiO2 fornece proteção e segurança para os pacientes, mas essa teoria não é aplicável ao ambiente clínico [14].
Portanto, cuidados devem ser tomados mesmo na prescrição de oxigênio no período perioperatório ou nas fases iniciais da insuficiência respiratória.Os resultados do estudo mostram que medições precisas de FiO2 só podem ser obtidas com intubação ou CNAF.Ao usar um LFNC ou uma máscara de oxigênio simples, o oxigênio profilático deve ser fornecido para evitar dificuldade respiratória leve.Esses dispositivos podem não ser adequados quando uma avaliação crítica do estado respiratório é necessária, especialmente quando os resultados de FiO2 são críticos.Mesmo em baixas taxas de fluxo, a FiO2 aumenta com o fluxo de oxigênio e pode mascarar a insuficiência respiratória.Além disso, mesmo ao usar SpO2 para tratamento pós-operatório, é desejável ter uma taxa de fluxo o mais baixa possível.Isso 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 melhoraram com a administração de oxigênio.Com base apenas nos resultados deste estudo, não é recomendável alterar o conceito de gerenciamento de oxigênio.No entanto, 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 de fluxo inspiratório de rotina.
Propomos reconsiderar o conceito de FiO2, levando em consideração o escopo da oxigenoterapia e as 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 pode ser obtido.No entanto, atualmente é difícil realizar tais medições sem ser invasivo.Mais pesquisas usando dispositivos de medição não invasivos devem 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 da concentração de oxigênio no espaço morto anatômico, o que pode estar associado a um aumento na proporção de oxigênio inspirado.Com o HFNC, uma alta proporção de oxigênio inalado pode ser obtida mesmo com uma taxa de fluxo de 10 l/min.Ao determinar a quantidade ideal de oxigênio, é necessário estabelecer a taxa de fluxo adequada para o paciente e 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 a um aumento da FiO2 na traquéia do LFNC.Ao determinar a quantidade de oxigênio recomendada pelas diretrizes, é necessário definir o fluxo adequado para o paciente, independentemente do valor de FiO2 medido pelo fluxo inspiratório tradicional.
Sujeitos humanos: Todos os autores confirmaram que nenhum humano ou tecido esteve envolvido neste estudo.Sujeitos Animais: Todos os autores confirmaram que nenhum animal ou tecido esteve envolvido neste estudo.Conflitos de Interesse: De acordo com o Formulário de Divulgação Uniforme do ICMJE, todos os autores declaram o seguinte: Informações de 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 mantêm atualmente ou nos últimos três anos relações financeiras com nenhuma organização que possa estar interessada no trabalho submetido.Outros Relacionamentos: Todos os autores declaram que não existem outros relacionamentos 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 com este estudo.
Kojima Y., Sendo R., Okayama N. et al.(18 de maio de 2022) Taxa de oxigênio inalado em dispositivos de baixo e alto fluxo: um estudo de simulação.Cura 14(5): e25122.doi:10.7759/cureus.25122
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(a) monitor de oxigênio, (b) manequim, (c) pulmão de teste, (d) aparelho 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 inspiratória para expiratória (relação inspiração/expiração) 1:2 (tempo respiratório = 1 s).Para os experimentos, a complacência do pulmão de teste foi ajustada para 0,5.
“Pontuações” são calculadas para cada taxa de fluxo de oxigênio.Uma cânula nasal foi usada para administrar oxigênio ao LFNC.
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