1、R.M. Hedley,* MB, BS, FRCAnaes, 专科住院医师， J. Allt-Graham BSc, FFARACS, 圣乔治医院麻醉科麻醉咨询师（Blackshaw Road, London SW17 OQT）* 现任职衔： 爱金森莫利医院专科住院医师（Copse Hill, Wimbledon, London SW20 ONE）信函请致于 Dr J. Alit-Graham 博士1991 年 11 月 6 日接收0003-2409/92/050414+07 $03.00/0 1992 大不列颠爱尔兰麻醉学会 414麻醉学 ，1992 年，第 47 期，414-420 页设
2、备几种热湿交换过滤器过滤效果比较R. M. HEDLEY 和 J. ALL T-GRAHAM 著摘要如今 ， 临床治疗中越来越多地使用热湿交换器作为过滤器 ， 防止呼吸设备污染 ， 限制交叉感染。 研究人员同时开发了一系列实验室试验， 评估这些设备的微生物过滤和气流阻力特性。这些试验设计旨在模拟临床情况，因此可在干燥和加湿条件下评估设备。受测设备(Engstrom Edith、 Pall BB50T、 Dar Hygrobac、 Intersurgical Filtatherm 和 Intersurgical Filtaguard) 分别代表一类过滤器类型。简易吸湿过滤器 (Engstrom
3、Edith)过滤空气细菌和液体细菌的效率较差，但在所有条件下的空气阻力都相对较低。复合式过滤器 (Dar Hygrobac、 Intersurgical Filtatherm 和 Intersurgical Filtaguard)的过滤材料孔隙较大，空气细菌过滤效率良好，但液体细菌过滤效率交叉且可能出现气流阻力大幅升高的情况。折叠膜过滤器 (Pall BB50T)的过滤材料孔隙较小，过滤空气细菌的效率良好，能防止液体渗透。得益于防止液体渗透的特性，折叠膜过滤器可有效防止液体污染，并在加湿条件下维持较低的气流阻力。因此，从感染控制和气流阻力角度来说，折叠薄膜过滤器的安全性比吸湿热湿交换器或复合式
4、过滤器高得多。关键词：设备、热湿交换器、细菌过滤器一次性热湿交换器(HMEs)可湿化气管插管病人的上呼吸道1-8 ，可谓方便高效的设备。临床治疗中越来越多地将一次性热湿交换器用作过滤器，防止病患（尤其是重症监护病患10-12）的呼吸设备9污染，控制交叉感染。目前并无针对“病患端”过滤设备的标准，且有关设备选择依据的信息也很少。脓毒症、多器官功能衰竭和病毒感染的发病率和死亡率很高，因此确定病患过滤设备标准至关重要。重症监护病房和手术室中使用的过滤器应防止设备污染空气中的细菌和病毒，且有效阻隔感染性唾液或肺水肿体液。这类过滤器应性能可靠且使命寿命长。此外，过滤器还应避免雾状药水的影响。现在市面上的
5、过滤器设备设计各不相同，但都缺乏相关信息指导医师如何根据不同的临床环境选择合适的过滤设备。吸湿热湿交换器的过滤材料一般由羊毛、泡沫或纸质材料制成，且通常涂有氯化钙或氯化锂等保湿性化学物质。这些材料孔隙较大，无法阻挡气流，也限制了吸湿热湿交换器的过滤特性。过度的保水性还可能导致热湿交换器的气流阻力增加。复合过滤器的过滤材料包括吸湿层和大孔隙毡滤层。部分情况下，可对毡滤层叠加电子场，增加极性（驻极体毡滤） 。这一做法可提高热湿交换器对干燥气体的过滤效率和水的相斥性（疏水性） 。折叠膜过滤器的过滤材料主要由折叠式疏水膜组成。水膜表面积大、孔隙小，可防止水滴渗入和体液穿过，确保在潮湿条件下仍保持较低的
6、气流阻力。热湿交换器的过滤特性 415图 1 受测设备：后排（从左到右）：Dar Hygrobac、Pall BB50TIntersurgical Filtatherm 和Intersurgical Filtaguard前排： Engstrom Edith随着新材料的开发，新一代的热湿交换器应运而生，多样化的过滤性能12影响了热湿交换器在临床实践中的作用。研究人员同时开发了一系列简易实验室试验，测定热湿交换器的抵抗性、疏水性（包括保留人工唾液） 、体液和空气细菌的过滤效率，以及雾化药水对气体流通特性的影响。受测过滤器设备型号包括：Dar Hygrobac、Pall BB50T、Intersur
7、gical Filtatherm、Intersurgical Filtaguard 和 Engstrom Edith（图 1）这些设备各代表一类设备类型：简易吸湿热湿交换器(Engstrom Edith)、复合过滤器 (Filtatherm 和 Hygrobac)和折叠膜过滤器（Pall BB50T） 。Filtaguard 仅作为过滤器，Engstrom Edith 仅用作热湿交换器，而复合型设备主要作为复合热湿交换过滤器在市场上销售。颇尔过滤器可作为“病患端”呼吸通路热湿交换过滤器或“机器端”/通路的过滤器。Filtaguard 仅可作为过滤器，无其他功能（热湿交换过滤器） 。本次研究涉及
8、 Filtaguard 主要是为了参考不同设备结构，讨论热湿交换过滤器的特性。疏水性和气流阻力本试验的目的在于对比各设备的疏水性，测定干湿条件下设备的气流阻力。 试验还针对空气阻力评估模拟呼气效果，确定设备加湿的效果是暂时性的还是长期性的。试验将各受测设备与压缩空气源连接，并使用校准器确保气体流量为 60L/min ，测定各设备的气流阻力。设备间的压力差主要通过 Poddy 公司的水柱压力计测定。试验时，将 15ml的水灌入立式设备中。若水通过设备，记录具体情况，并测定气流阻力。然后将自充气式贮气囊（挪威挪度公司的呼吸球）与设备病患端相连接，手动按压贮气囊，从而通过设备提供人工呼吸（3 秒钟
9、800 ml ） 。安装于贮气囊和设备之间的呼吸量计（微型医疗器械公司提供）确保恒定的呼吸容量。按照上述方式提供一次“呼吸”后测定气流阻力，然后在十五次“呼吸”后重复测定气流阻力。采用人工唾液模拟测定设备的临床疏水性唾液的表面张力为水表面张力的三分之二，采用人工唾液不仅能够确保疏水性试验时设备运转良好，且无需对设备实施充分保护，防止唾液分泌物污染。将容量为 2L 的橡胶贮气囊（沃特世公司）与 Bennett Cascade Mk（普瑞坦-贝内特公司）二代加湿器（图 2）相连接，充当病患。采用 900C 型呼吸机（德国西门子公司）给贮气囊换气。试验设备应安装于病患和导管接合器间的“病患端”系统上
10、。在设备病患端储存六毫升的人工唾液（英国国家药典(British National Formulary)） 。在仪器运转过程中，重新连接设备并仔细观察。若人工唾液在 24 小时内渗透穿过设备，则记录具体的时间并停止运转呼吸机。416 R.M. Hedley 和 J. A/It-GrahamTubing 导管Temperature control box 温控箱2L rubber lung 橡胶呼吸器（容量 2L）Female/female connector 雌性接口/接套Sparger 起泡装置Catheter mount 导管接合器Test device 受测设备T piece all m
11、ale connectors “T”型插头Y piece all male connectors “Y”型插头Ventilator tubing 呼吸机导管ventilator 呼吸机图 2 为采用人工唾液评估设备临床疏水性的人工病患试验台。在试验设备和导管接合器间安装药品雾化器，形成相同的试验装置模拟药品雾化过程，评估设备在该条件下的过滤阻力。液体细菌阻隔本项实验的目的在于研究设备去除液体生细菌的特性。首先准备含缺陷假单胞菌(NCIB 109)的细菌悬液（每毫升水中的菌落形成单位为 106 个） 。然后，将 100 ml 的缺陷假单胞菌悬液注入长 15 cm、直径为 22 mm 的无菌呼吸器
12、导管中，导管直立连接试验设备。设备连接的无菌玻璃烧杯将收集通过设备的悬液。计数玻璃烧杯收集废液的活菌数。24 小时和48 小时后采用胰蛋白胨大豆琼脂板对菌落形成单位进行计数，并分别计算细菌悬液在通过试验设备前后每毫升液体内的菌落形成单位数。根据下列公司计算各设备的细菌滴定度减少量。空气细菌阻隔本方法旨在通过单分散空气细菌测定设备的过滤效果。本试验主要采取性质稳定且体积极小（0.3-2.0 m）的缺陷假单胞菌(NCIB 109)。由于缺陷假单胞菌的体积比多数普通细菌性病原体小，因此采用其进行设备过滤效果试验可确保试验的严谨性。浮质阻隔装置11主要使雾化器喷出的大水滴（通常为 2 m）到达受测设备
13、前蒸干，从而确保采用干燥单分热湿交换器的过滤特性 417散悬浮细菌测定设备的过滤效果。下图 3 的装置包括德百世医疗公司出产的 40 型雾化器，雾化器连接经高压灭菌法除菌的不锈钢试验装置。受测设备应无菌连接至试验台的另一端。采用含无菌水的全玻璃液体冲击采样器（A.W. Dixon 公司）收集通过受测设备的细菌。在容量为 300L 的无菌纤维增强塑料过滤器（颇尔过滤器有限公司）下游安装真空泵，将空气吸入装置。通过装置的气流速率应保持在 28L/min。各设备分别选取五个样本进行实验，实验时间为 15 分钟。15 分钟后，测定雾化器中液体的容量，连续稀释上述液体，然后将液体置于胰蛋白胨大豆琼脂板进
14、行培养。在冲击采样过程中，对上述液体重复上述流程。初始细菌量（过滤量*菌落形成单位/ml ）滴定度减少量(TR)=细菌回收量（排放量*菌落形成单位/ml）采用下列公式计算各设备的过滤效果：细菌回收量（排放量*菌落形成单位/ml）效率%=100-初始细菌量（过滤量*菌落形成单位/ml ） 100图 3 空气细菌测试用试验台Vacuum (15 in mmHg) 真空泵 (15 in mmHg)DFA 3OOI FRP DFA 菌纤维增强塑料过滤器（300L）418 R.M. Hedley 和 J. A/It-GrahamVacuum guage 真空计Test filter 受测过滤器All g
15、lass liquid impingement sampler 全玻璃液体冲击采样器Drain tap 排气阀门De Viibiss model 40 nebulizer 德百世 40 型雾化器DFA 3OOI FRP DFA 菌纤维增强塑料过滤器（300L）Control valves 控制阀Air 空气在无受测设备的情况下进行控制实验，并确定液体通过装置后剩余的活菌数，从而确定热湿交换过滤系统的效率。这表明了受测设备可有效阻隔浮质。采用下列等式计算装置的过滤效率：对雾化药品后注入气流的阻抗能力此前试验已表明雾化药品可改变设备的特性。药品可能改变设备媒介，使水渗进设备，导致设备对气流的阻抗能
16、力提高。本次研究中采用应用范围广泛的沙丁胺醇。本试验将采用模拟临床疏水性试验中所使用的仿生病患装置。受测设备应安装于“病患端”系统上，雾化器安装于导管接合器和手册设备之间。受测设备间（气流速率为 60L/ min）的压差应在试验开始前测定。将受测设备置于 2 ml 的沙丁胺醇（爱兰汉百利有限公司的 5 mg/ml-1 溶剂与 2 ml、浓度为 0.9%的盐泻剂混合形成） ，重新测定压差。各设备每隔两小时进行药品雾化阻抗能力的测试。结果表 1 表明各设备的气流阻抗能力和疏水性。Pall BB50T 过滤器是唯一可阻挡水渗入设备媒介的设备。水在注入 Engstrom Edith 过滤器的瞬间即通过
17、设备。首次人工呼吸后，水开始注入 Hygrobac、Filtatherm 和 Filtaguard devices 设备，与阻抗能力大幅增加有关。阻抗能力的增加未受通过设备的人工呼吸影响。热湿交换器国际标准草案(ISO/DIS 9360.2)要求，当气流速率为 1L/s 时，热湿交换器的压力损失不得超过 5 cm 的水压。Hygrobac、Filtatherm和 Filtaguard 的阻抗能力（湿）增加超过了国际标准草案的要求。回收细菌总数效率%= 最终雾化滴定度（菌落形成单位/ml*雾化容量ml）采用下列公式计算各设备的细菌过滤效果：热湿交换器的过滤特性 419总阻抗量=雾化量 ml*雾化
18、器过滤滴定度*装置效率 采用下列公式计算各设备的过滤器滴定度减少量(TR):总阻抗量TR=回收细菌总数因此，采用下列公式计算各受测设备的过滤效率百分比：过滤效率(%)=1-1/TR100表 2 表明模拟临床疏水性试验的结果。人工唾液未通过 Pall BBSOT 和 Hygrobac，但渗入Hygrobac 的海绵之中。人工唾液通过下列受测设备剩余部分的平均时间分别:Edith-38 分钟，Filtatherm37 分钟，Filtaguard 分钟。表 3 表明各设备过滤液体细菌效果的试验结果。Pall BB50T 设备中水无法通过，因此阻抗效率为 100%。其他受测设备中水可自由通过。水在注入
19、 Edith 立即通过，在注入Filtaguard 后 5 秒通过设备，在注入 Hygrobac 设备 10 秒后通过设备。Hygrobac、Filtatherm 、Filtaguard 和 Edith 设备表明了不同的过滤效率。 但是，从各设备允许通过的细菌量来看，所有设备均无有效的细菌保留特性。表 1 经过 15 次人工呼吸和 15 ml 的水处理后各设备（气流速率为 60l/min）的压差(mmH 2O)Edith Pall BB50T Hygrobac Filtatherm Filtaguard试验前 17.0 11.0 13.5 22.0 16.515 ml 水处理后 21.0 21
20、.0 52.0 60.0 60.0一次人工呼气后 17.5 21.0 51.0 60.0 60.0十五次人工呼气后 21.5 23.0 60.0 60.0 60.0渗透情况 是* 否 否 是 是*水在注入设备后立即渗透。水在注入设备后立即渗入海绵材料。水在首次人工呼气后渗入设备媒介。表 2 人工唾液(6 ml)在模拟呼吸病患模型 （V r666 ml，频率 15 次/分钟）中渗入设备的时间(分钟)实验序号 Edith Pall BBSOT Hygrobac Filtatherm Filtaguard41 30 312 37 否 否* 32 263 33 通过 通过 28 174 40 27 1
21、45 21 14*人工唾液渗入海绵材料。表 3 表明设备对液体细菌（100 ml 水中含 108 缺陷假单胞菌 ）的过滤效率 (%) 。420 R.M. Hedley 和 J. A/It-Graham实验序号 Edith Pall BBSOT Hygrobac Filtatherm Filtaguard1 0 100* 59 54 02 2.1 100* 47 52 613 42 100* 53 75 654 65 100* 15 63 405 68 100* 21 66 0*液体未通过设备。表 4 表明设备对空气细菌（10 8 单分散缺陷假单胞菌）的过滤效率 (%)。实验序号 Edith P
22、all BB50T Hygrobac Filtatherm Filtaguard1 6.8 99.9999 99.98 99.9999 99.99982 35 99.9996 99.95 99.9993 99.9943 63 99.9999 99.987 99.9999 99.99974 6 99.9991 99.96 99.9997 99.99935 40 99.9995 99.98 99.98 99.9986表 5 设备 （气流速率为 60L/min）经沙丁胺醇（10 mg/4 ml）连续雾化实验后在模拟病患模型中测定的压差(mmH 2O)。雾化 Pall BB50T Hygrobac F
23、iltatherm Filtaguard0 10.0 9.5 16.15 14.0I 13.25 12.25 31.0 18.02 14.0 12.5 26.5 18.253 15.5 13.0 21.75 17.54 !6.5 13.25 20.75 18.75表 4 为设备对空气细菌的过滤实验结果。Edith 热湿交换器在本试验中性能较差，不可作为过滤器贩售。Pall BBSOT、Filtatherm 和 Filtaguard 的过滤性能良好，过滤效率分别为99.9996%、 99.9977%和 99.9984%。Hygrobac 设备的过滤性能中等，平均过滤效率为99.97%。表 5 为
24、各设备经药品雾化处理后的气流阻抗能力。所有设备的阻抗能力均未大幅增加。讨论上述实验侧重对比影响过滤性能的设备特点。这些特点包括孔隙大小、疏水性、膜厚度、表面面积和几何结构。简易热湿交换器(Engstrom Edith)无法阻拦污染物质。复杂过滤器阻挡有机物的能力主要是通过紧密的纤维结构网实现的，这点可由空气细菌过滤实验说明。复合过滤器和折叠膜过滤器可很好阻隔干式单分散空气细菌。由于病毒和更小的细菌进行布朗运动，所以单个微生物所占的空间比微生物本身体积大得多。因此，有效的微生物气体过滤器的孔隙不可小于病毒的体积，否则随机扩散的颗粒很容易陷入厚的交织网格中。产品信息一般来自于各浮质实验结果的细菌和
25、病毒去除效率。但是，产品过滤效率在潮湿条件下可能不同。疏水性试验表明复合式过滤器和折叠膜过滤器的巨大差异。这些结果是对此前研究的补充。热湿交换器的过滤特性 421图 4 设备媒介的电子显微图(a) Engstrom Edith。(b) PallBB50T。(c) Dar Hygrobac 和(d) lntersurgical Filtatherm。注：图片放大率相同。previous studies 12.13.允许水通过的过滤器同时允许微生物通过。换而言之，相较于空气细菌试验，水是作为细菌的运输介质通过过滤物质，因此需对“疏水性”这一术语作进一步说明。折叠膜过滤器可防水和人工唾液，而复合式过
26、滤器的疏水性适中。上述结果差异可以通过不同设备过滤物质的孔隙大小加以解释。图 4 表明，简易吸湿热湿交换器和复合式过滤器的过滤物质孔隙较大，而折叠膜过滤器的过滤物质孔隙较小。尽管复合式过滤器的过滤材料具有疏水性，但由于过滤材料孔隙过大无法阻止水渗入或通过过滤材料，因此复合式过滤器不可防水。若过滤器能够有效阻隔受感染的分泌物，则这一液体保留特性对过滤器将十分重要。过滤设备材料的疏水性不仅暗示设备的污染控制，还与设备的安全性有关。最新报告14指出吸湿热湿交换器因血液渗透，导致呼吸道阻力增加，肺部呼吸困难。复合式过滤器的气流阻力程度颇有些令人担忧。有人这样认为，若复合式过滤器的大孔隙过滤物质允许水通
27、过，则过滤器不可能阻塞。这一看法适用于 Edith 热湿交换器，却不适用于复合式过滤器。当设备加湿后，气流阻力大幅度增加且超过国际标准草案要求，表明上述设备在加湿条件下不安全。相反地，薄膜过滤器因过滤材料孔隙小且不可加湿而确保过滤材料的表面张力效应，防止水通过该类设备的孔隙并保持较低的气流阻力。药品雾化实验的结果则难以解释。最初，药品监督管理局指出设备气流阻力的增加与异丙托溴铵有关；然而人们后来发现配方药品中的防腐剂氯化苯甲烃铵会改变过滤材料表面，损害过滤材料的疏水性。但这一理论仅适用于加热水槽加湿器使用时安装于呼吸机出气口的过滤器。研究人员重新论证了异丙托铵，且沙丁胺醇试验中并未出现相同问题
28、。近来，报道IS指出对插入复合式过滤器 (Hygrobae) 的患者使用雾化药品时，复合式过滤器出现突发性阻塞。最新研究指出，气体阻力受雾化药品影响最大的过滤设备为 Filtatherm和 Hygrobae。这是由于过滤材料疏水单元中水大量累积导致的：这也说明了为何 Filtaguard 所受的影响较小。本研究中并未评估雾化药品对过滤效率的影响。由于雾化药品422 R.M. Hedley 和 J. A/It-Graham输送时常使用过滤器，保护呼吸机呼吸单元的敏感压力传感器，因此雾化药品对过滤效率的影响因素相当重要。设备形状受过滤媒介孔隙大小的影响很大。干燥条件下，大孔隙过滤材料的气流阻力相对
29、较低。但为确保充足的空气过滤效率，过滤材料必须具有较大的孔隙深度。因此，过滤材料通常为厚且扁平的层状物。相对而言，小孔隙膜在孔隙深度较小的情况下即可实现高过滤效率。为确保较低的气流阻力，过滤膜的表面面积通常很大。此外，通常对过滤膜进行折叠，以便将其置于容积较小的外壳中。小孔隙过滤设备和大孔隙过滤设备的形状差异导致其在液体过滤情况下气流阻力各不相同。大孔隙过滤设备的过滤层厚且扁平，允许液体随气流分散于材料表面：过滤材料孔隙大，气流迫使液体渗入过滤材料，从而阻隔气流通过。相反地，折叠膜过滤材料孔隙较小，防止水渗入；于是水流过过滤材料表面，使孔隙张开。由于折叠膜的巨大面积，过滤材料抑制水通过，维持气流通路。复合式过滤器则说明了为何过滤材料孔隙较大，阻塞可能性更大。这一点与过滤器的安全性有关。例如，若这类过滤器悬挂放置收集分泌物，则卧姿进行手术的病患可能面临风险。因此，从感染控制和气流阻力角度来说，折叠薄膜过滤器的安全性比吸湿热湿交换器或复合式过滤器高得多。致谢诚挚感谢颇尔过滤器有限公司(Pall Europe Limited)科学实验服务部门的技术支持。此外，特别感谢 K. Wilkins 博士。
