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在有创通气和无创通气中，吸入气体的湿化起着至关重要的作用，它可以减少支气管干燥引起的并发症。虽然被动湿化系统（HME）和主动湿化系统在日常临床实践中普遍存在，但对其重要性的进一步评估是迫切需要的。此外，人们对这些设备的操作机制常常缺乏正确的理解。现有的综述探讨了气体调节在临床实践中的历史演变，从早期原型到当代主动和被动湿化系统。它还讨论了湿度调节的生理原理，并提供了优化有创和无创通气模式下湿化参数的实用指南。本综述旨在阐明温度、湿度和患者舒适度之间的复杂相互作用，强调个性化气体调节方法的重要性。关键词：主动湿化、加热湿化器、旁路湿化器、被动湿化、HME、ICU自机械通气在临床实践中早期采用以来，吸入医疗气体的加热和湿化已经成为标准管理。在早期的正压呼吸机原型之一，如Morch’s呼吸机（1954年），已经包含了一个湿化器装置。由于观察到在有创机械通气期间，由干燥的吸入气体引起的相关损伤现象，因此对吸入气体进行加温加湿是非常必要的。气体加温和湿化的需求最开始源于使用气管插管、气管切开术等有创气道管理设备。这些设备绕过了鼻腔部分，破坏了鼻腔内气体加热和湿化的自然生理过程。这使得额外的湿化和加温是非常重要的，因为呼吸机输出的医疗气体是低温（室温）和无湿度的。如果没有对吸入气体适当的湿化和加热，与支气管干燥相关的并发症会迅速出现，如粘膜损伤、粘液纤毛清除减少，导致分泌物滞留、感染和通气设备的阻塞。此外，肺表面活性物质的产生也会受到不利影响。这种情况会导致功能残气量（FRC）和肺顺应性的减少，特征是肺泡直径和肺顺应性的减少。在通气期间长时间暴露于冷气体还会导致患者体温过低。相反，需要注意的是，湿化器配置不当，温度和湿度过高，会导致粘膜热损伤、粘液流变性恶化和粘液纤毛清除功能障碍。过度湿化还会影响表面活性物质的功能，导致微小肺不张，伴随FRC和肺顺应性的减少。
在重症监护病房（ICU）中，通气过程中湿化吸入气体的重要性已得到充分认可。过去，常用基于气动雾化的设备。现如今的趋势是在ICU中使用主动或被动湿化系统。主动系统包括可调节的湿化器，而被动系统包括能够在呼气阶段捕捉热量和湿度并在吸气阶段重新分配的人工鼻。多年来，人们已经知道上呼吸道和下呼吸道对吸入空气进行调节，使其达到肺内之前达到37°C的温度。尽管有这一认识，确定接受有创通气患者的正确湿化器设置一直是一个争议话题。最初的建议范围在25至30°C之间，但随后的科学研究推荐温度目标转变为36–37°C，这也得到了当前通气指南的支持。尽管在有创通气中有这一共识，但湿化的影响仍然被低估。这种低估在无创通气中变得更加明显。尽管有时理论认为在无创通气中不需要湿化，但实际工作中仍然建议湿化。目标是使吸入气体的绝对湿度达到10 mg/L。然而，在无创通气中使用医疗气体实现这一目标并不总是那么简单。临床操作人员往往低估了湿化过程的复杂性。本综述的目的是提供技术和实践指导，以优化有创和无创通气期间吸入医疗气体的加热和湿化管理。绝对湿度衡量特定体积气体中实际存在的水蒸气含量。在ICU背景下（图1 A），它通常以每立方米空气含有多少千克水（Kg/m³）或每毫升空气含有多少毫克水（mg/mL）来表示。另一方面，相对湿度是气体绝对湿度与相同体积可以容纳的最大水蒸气含量之比。此外，绝对湿度会受到温度和压力的影响。温度逐渐降低会增加相对湿度，直到达到‘饱和水蒸气’（100%相对湿度），此时空气达到了该温度下，其最大的水蒸气携带能力。进一步的温度下降会导致出现冷凝水，并引起绝对湿度的下降。而当气体处在‘水蒸气冷凝点’以下时，温度下降则不会影响绝对湿度。在温度不变的情况下，绝对湿度的增加与相对湿度的增加成正比。图1.温度对空气携带水蒸气能力的直接影响。AH，绝对湿度；RH，相对湿度；T，温度。在图1 A中，展示了湿度与温度之间的关系。随着温度的升高，空气中携带水蒸气的能力增加（绝对湿度），从而降低了相对湿度。特别是在这个例子中，在20°C时，室内空气饱和水蒸气状态（RH 100%），含有18 mg/L的水蒸气。然而，当温度升高到30°C时，保持相同的18 mg/L水蒸气，相对湿度下降到50%。图1B考虑了一个假设的孤立系统，绝对湿度为10 mg/L。在30°C时，气体的相对湿度为50%。降至20°C时，相对湿度增加到75%，绝对湿度保持在10 mg/L。进一步降至10°C时，相对湿度达到100%，标志着达到饱和点，绝对湿度恒定在10 mg/L。将温度降低到4°C时达到露点，导致水蒸气开始出现凝结。尽管此时相对湿度仍然保持在100%，但绝对湿度下降到5 mg/L。温度继续下降到0°C，导致完全的水蒸气凝结，绝对湿度为0 mg/L，相对湿度为0%。在有创通气的背景下，国际文献通常建议保持相对湿度为100%。这相当于确保输送给患者的气体（通常在呼吸回路的Y型口处）在37°C时含有44 mg/L的水蒸气。这是为了更加接近自然呼吸生理状态，确保适当的湿度水平，防止干燥气道相关的并发症。虽然在有创通气中湿化的重要性得到了充分认可，但在无创通气中的应用常被忽视。在无创通气中，鼻腔部未被人工气道绕过，自然的气体加热和湿化的生理功能得以保留。然而，我们需要仔细考虑气体的特性（干燥的医疗气体与室内空气混合）和治疗持续时间。长时间缺乏或提供不充分的湿化可能导致粘膜损伤、吞咽痛、结膜炎和脱水等并发症。特别是，使用医院加压气体系统中的氧气和空气的设备，更加需要湿化，而那些与室内空气混合使用加压氧气的设备部分依赖于室内空气的湿度。这些考虑必须在理想的人类呼吸环境条件下进行，即开放空气环境、大气压和20°C的温度（40%的相对湿度）。无创通气的良好实践建议主动湿化气体，特别是当吸入氧浓度（FiO2）超过60%时。然而，由于医院病房中室内空气湿度的变化，建立标准的FiO2阈值是具有挑战性的。指南建议无创通气提供的主动湿化条件为28°C时，相对湿度为40%，相当于绝对湿度为10 mg/L。被动湿化通过使用热湿交换器（HME，即人工鼻）设备实现。这些设备在呼气阶段会吸收从肺部呼出气体中的水蒸气，并在随后的吸气过程中重新引入热量和湿度，随着吸入气体进入人体。此外，这些过滤器还具有过滤功能，并为呼吸回路提供物理隔离部分病原微生物。人工鼻的性能根据型号品牌的不同而有所不同，在温度范围为27-30°C和相对湿度为90-95%的条件下，过滤器内的最大绝对湿度值约为30-32 mg/L。HME设备可分为疏水型和吸湿型。疏水型HME设备具有直径为0.2 μm的孔膜。这些孔允许气体和水蒸气通过，同时阻止悬浮水滴的通过。在HME内部，多孔膜位于呼吸机回路一侧，多孔膜位于整个HME设备的横截面上。这种冷凝HME类似于初始气道，可以捕捉部分呼出的水蒸气。其性能随着患者侧和呼吸机侧之间的温差增加而提高。在标准温度条件下，患者呼出的气体温度约为33°C，绝对湿度为36 mg/L，相对湿度为100%。通过过滤器后，气体温度降至20°C，绝对湿度为18 mg/L。因此，过滤器捕捉并返回18 mg/L的水和热量。在随后的吸气过程中，HME中包含的温度和湿度加上来自呼吸机医疗气体的（22°C的温度和0 mg/L的绝对湿度）和后过滤管中蒸发的额外8 mg/L。这种累积效应导致达到35°C的温度和26 mg/L的绝对湿度，相当于在气管隆突处所需的条件。此时，下呼吸道将肺泡空气调节至约37°C的生理温度，绝对湿度为44 mg/L，达到100%的相对湿度（图2）。图2.疏水型HME（图A）和吸湿型HME（图B）。HME，热湿交换器。吸湿型HME（也叫亲水型HME）的工作方式与疏水型相似，但它们包括一层额外的吸湿材料，通常是钙或锂基材料。这层额外的材料增强了对水和热量的存储能力。这些过滤器在被动湿化系统中最为有效，可以保留约28 mg/L的绝对湿度，比疏水型多10 mg/L。这种能力使在气管隆突处的值达到约35°C和36 mg/L的水蒸气（图2）。许多HME还具有隔绝细菌和病毒的功能，使其成为HME+细菌过滤器二合一，过滤效率约为99.9%。相反，某些过滤器专为抗菌和抗病毒活性而设计，不提供热和湿交换功能。因此，在选择过滤器时必须仔细阅读说明书，注意其预期用途和在回路中的放置位置。最后，主动HME是放置在HME过滤器和气管插管之间的湿化器，包含一个蒸发气道中水分的电加热陶瓷元件。这些系统提供的绝对湿度比被动HME高约3-4 mg/L，但其实际临床益处尚未完全证明。HMEs必须每24小时更换一次，或根据制造商的说明进行更换，否则其特定性能可能会下降，导致通气流量阻力增加。需要注意的是，所有认证的HMEs必须遵守国际性能推荐标准，例如欧洲推荐标准（ISO 9360/1992(E)）。这些指南涵盖了诸如限制阻力（在30 cmH2O压力下吸气流量下降低于25 L/min，在60 L/min流量下压力下降小于5 cmH2O）、体积小于50 mL，以及在潮气量范围200至1000 mL内适当湿化等标准。主动湿化通过专门设计的设备来实现，旨在主动为医疗气体提供热量和湿度。多年来，已经开发和商业化了各种主动湿化系统，也称为湿化器（HHs）。湿化器目前主要分为四种类型：气泡湿化器：气体通过一个加热的储水罐，从而完成气体湿化。旁路湿化器（我们工作中最常见的湿化器）：气体通过配备有可渗透膜或无渗透膜的湿化水罐，进行湿化。逆流湿化器：水在系统外部加热，然后在通气回路内与气体流动方向相反的方向流动，提供湿化。在线蒸发湿化器：气体通过通气回路内的直接水蒸发过程进行湿化。旁路湿化器（HHs）是ICU中最常使用的设备，主要由于其性能与成本比优越。旁路湿化器的工作原理是调节呼吸回路内的温度梯度。有两种不同的类型：“膜”型和“自由水”型（译者注：自由水型，即图4，为我们最常见的主动湿化器），其原理不同，分别如图3和图4所示。两个系统都是封闭系统，通过专用回路连接到呼吸机。这些回路的基本特征是具有加热功能的吸气管路。图3.通过膜湿化器集成在一个旧的通气回路中，冷凝物收集在两个通气支路上。这种配置允许在35°C的湿化器设置下，温度梯度为零。图4.通过自由水湿化器集成在一个没有冷凝物收集的呼吸回路中。由于高性能的加热吸气和呼气管，使得不使用集水杯成为可能。在这种配置下，需要在37°C的湿化器设置下，具有负温度梯度。旁路湿化器包括一个金属圆筒，该金属圆筒配备有一个可渗透的多孔膜，多孔膜能够连续吸收水分。另一方面，自由水湿化器由一个底部带有金属板的钟形装置组成。在这种情况下，水滴被动地流入湿化罐内。在两个系统中，加热由直接与金属部件接触的电阻提供。调节气体湿化过程的变量包括水/空气接触面、气体流速和温度。在这些变量中，只有温度调节成为可操纵的参数。较高的水温导致蒸发和绝对湿度的比例增加。因此，这个参数决定了进入系统的实际水量。实现这一点后，确保蒸发的水在没有冷凝的情况下到达患者是至关重要的。这通过可加热的吸气管路来实现。这个特征很重要，可以防止湿度在呼吸管路中冷凝。有创模式和无创模式：此参数允许根据是否绕过上气道来调整工作温度范围和气体绝对湿度。作为参考，根据不同的湿化器型号，有创模式下允许的温度范围通常为33°C到39°C，而无创模式下的温度范围为28°C到37°C。患者温度：此参数允许在回路的“Y”点（吸气支路和呼气支路的回合点）设置所需的气体温度。温度梯度：在具有两个温度传感器的情况下（多数是湿化罐处和Y型口处各有一个），带加热功能的吸气管路可以设置患者温度和湿化罐出口之间的温度差。温度差通常范围为-3到+3°C。因此，此参数间接地允许设置湿化罐中的温度，其中较高的湿化罐温度将产生较高的水蒸发量（绝对湿度）（图5）。图5.呼吸管路中的绝对湿度（mg/L）、温度（°C）和相对湿度（%）。加热的吸气管路在保持绝对湿度的同时降低相对湿度。这样可进一步增加患者自然气道的湿度。因此，这些设置会影响绝对湿度（进入呼吸管路内的水蒸汽含量）和气体保持水蒸气的能力（实际到达患者的水蒸气含量）。例如，如果患者端温度设置为35°C，梯度设置为+2（正梯度），这将导致湿化罐温度（37°C）高于患者端的温度，由于湿化罐这端温度更高，因此水蒸气的蒸发量会增加，使得管路内的导致绝对湿度增加。然而，由于沿吸气管的气体逐渐冷却（正梯度设置时患者端温度低于湿化罐），这种设置将导致患者的绝对湿度递减，因为会有冷凝水在吸气肢管路中凝结。然而，管路中冷凝水分越多，到达患者的实际湿度就越低。相反，负梯度设置是指湿化罐温度低于患者端的问题，这会导致湿化罐处的蒸发水蒸气减少，从而降低绝对湿度。但是，由于这种设置下，湿化罐到患者端的温度是逐渐增加的，这使得水蒸气含量能够得到保障，不被冷凝，从而确保患者的获得水蒸气的量不会损失，因为温度的升高导致相对湿度的下降，意味着气体携带水蒸气的能力更强。综上所述，通过加热湿化器的关键特征应包括：广泛的可选温度设置范围，可通过各种通气模式轻松调整；即使在高流量下也能保持一致的性能；有效的蒸发系统；以及提供患者温度和蒸发状态反馈监测的显示器。2）将患者温度设置为37°C（±2）：此设置可使气体在到达肺泡前达到合适的生理温度，绝对湿度为44 mg/L，相对湿度为100%。3.1)零梯度：目标是实现湿度关系的平衡。尽管理论上保持恒定湿度，但需要注意管道性能不佳和环境温度的影响。此设置建议在吸气支路具有冷凝集水杯时使用。3.2)负梯度（-1或-2）：此设置可最大限度地减少冷凝风险，尽管湿化水平略低，符合预防呼吸机相关性肺炎的要求。此设置建议在吸气支路缺少冷凝集水杯时使用。4）ICU患者的最佳设置：通过调节温度而不是更改梯度来调整患者的湿化。确保患者温度在37°C±2（35°C到39°C）范围内，以获得正确的绝对湿度。5）温度调节注意事项：在考虑通过调整湿化器温度来极端降低患者体温时需谨慎。相反，建议通过加热吸入气体来处理低体温，以配合物理治疗。2）将患者温度设置为28°C：此温度有助于达到10 mg/L的蒸发量，相对湿度为40%。3）温度差梯度设置：零梯度。此设置确保提供的湿度与到达患者的湿度之间的最佳平衡。由于在28°C时产生的湿度减少，此设置可防止管道或通气设备中的冷凝。4.1）在高流量氧疗期间，由于进入患者上呼吸道的气体流量较高，需要比无创模式更高的湿化温度。4.2）将患者目标温度设置为32°C。根据患者的舒适度，温度设置可在30-34°C范围内进行调整。吸入医疗气体的最佳加热和湿化是呼吸护理的重要方面，尤其是在机械通气期间。如前所述，气体调节不足可能导致一系列并发症，从粘膜损伤到表面活性物质功能受损。实现提供足够湿度和防止热损伤之间的微妙平衡仍然是临床挑战。湿化技术的进步显著影响了当代临床实践。从基于气溶胶的设备向主动和被动湿化系统的转变反映了增强患者结果和简化呼吸治疗协议的持续努力。被动湿化设备的出现，如热湿交换器（HME），强调了在维持湿度水平的同时，尽量减少与管路相关的并发症的重要性。此外，区分有创通气和无创通气模式在配置湿化参数时尤为重要。尽管有创通气需要对温度和湿度进行细致控制以减轻气道并发症，但无创通气由于气源和治疗时间的变化提出了独特的挑战。绝对湿度的推荐目标值作为优化不同通气模式下气体调节的指导原则。理解温度、湿度和患者舒适度之间的相互作用对于在临床环境中完善湿化方案至关重要。需要进行持续的研究探索新的方法，如主动湿化系统，并阐明其临床疗效和成本效益。临床医生、工程师和研究人员之间的协作努力将推动创新，促进定制解决方案的开发，以满足通气患者不断变化的需求。湿化策略的局限性体现在患者生理、环境条件和设备性能的变异性上，这强调了对气体调节采取个性化方法的必要性。尽管湿化技术已经取得了进展，但仍有几个领域需要进一步研究。未来的研究工作应集中于优化特定患者群体的湿化策略，评估湿化对气道完整性和呼吸结果的长期影响，并开发提高湿化效率和患者舒适度的创新方法。涉及临床医生、研究人员和行业利益相关者的合作倡议对于推动呼吸护理领域的发展和改善通气患者的结果至关重要。总之，医疗气体管理中的加热和湿化集成是现代呼吸护理的基石。展望未来，持续的研究努力和技术创新将进一步完善我们对最佳气体调节策略的理解和实施，最终提高患者的治疗效果和护理质量。作者：Riccardo Re,1 Sergio Lassola,1,* Silvia De Rosa,2 and Giacomo Bellani2Jacobo Sellarés, Academic Editor出处：Re R, Lassola S, De Rosa S, Bellani G. Humidification during Invasive and Non-Invasive Ventilation: A Starting Tool Kit for Correct Setting. Medical Sciences. 2024; 12(2):26.注：本译文仅供学习交流使用，受到译者水平的限制，译文难免有出入，请以原文内容为准。
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