用于战现场气道损伤救治的新型紧急气管切开装置

周 正，臧小漪，孟凡皓，邢乐君，靳能皓，乔 波，田 瑜，于文俊，胡随馨，张海钟

1 解放军总医院第一医学中心 口腔科，北京 100853；2 解放军总医院研究生院，北京 100853；3 解放军联勤保障部队第九八〇医院 口腔科，河北石家庄 050081

目前气管插管是临床中首选的气道控制方法。在复杂情况下无法进行气管插管时，应急开放气道的最有效外科治疗措施是气管切开术[1]。但气管切开术操作步骤相对较多，花费时间较长，对于分秒必争的战现场急救来说不具备良好的时效性。虽然国内外学者对新型气管切开装置和方法进行了许多积极的研究，以期简化气管切开步骤，缩短操作时间。但这些研究成果的应用场景多为重症监护或手术室环境，很少能应用于野外环境中，并不符合战现场急救的要求[2-5]。因此，2005年起解放军总医院第一医学中心口腔科设计开发了一种新型紧急气管切开装置——刻度式气管切开撑开一体钳，在战现场急救中可以简单快速地进行气管切开，并已取得国家发明专利(专利号：ZL200510116861.7)。目前国内外尚未见类似装置的相关报道，现将我们的初步研究成果报道如下。

材料和方法

1 实验器材 刻度式气管切开撑开一体钳(北京华康中健科技有限公司生产，专利号：ZL2005 10116861.7)(图1)。该装置为不锈钢材质，包括钳口和钳柄，钳口尖端尖锐，钳口一侧为锋利的切开刃，从钳口尖端至钳身侧面标有刻度；气管切开插管及附件(型号规格：100/810/080，史密斯医疗捷克共和国有限公司)(图2)；便携式超声诊断仪(型号规格：Uprobe全数字超声显像诊断仪，广州索诺星信息科技有限公司)(图3)。

图1 刻度式气管切开撑开一体钳(A)，一侧为锋利的切开刃，从钳口尖端至钳身侧面标有刻度(B)Fig.1 Scale-type tracheotomy and expansion forceps (A), with a sharp cutting edge on one side, marked with a scale (B) from the tip of the jaw to the side of the body

图2 气管切开插管Fig.2 Tracheostomy cannula

图3 便携式超声诊断仪Fig.3 Portable ultrasonic diagnostic apparatus

2 实验动物及分组 18只成年小型猪(解放军总医院实验动物中心)，雌雄不限，体质量25～30 kg。将18只小型猪随机分为3组，每组6只，分别进行环甲膜切开术(SC组)、外科气管切开术(ST组)和使用刻度式气管切开撑开一体钳快速气管切开术(STEF组)。

3 实验方法 诱导麻醉使用速眠新Ⅱ 25 mg/kg，咪达唑仑注射液2.0 mg/kg进行肌内注射。维持麻醉使用2.5%七氟烷进行吸入麻醉。备皮。当小型猪麻醉完成，血氧饱和度稳定在95%左右后，将气管插管拔出至甲状软骨水平，并停止供氧，当血氧饱和度降至80%时，开始进行外科操作。本实验的麻醉由同一名麻醉医师实施，手术由本文作者完成。麻醉完成后，按照已公开发表并得到广泛应用的术式对SC组和ST组小型猪分别进行环甲膜切开术和标准气管切开术[6-8]，记录操作用时及血氧饱和度变化情况。STEF组操作步骤如下：1)使用超声诊断仪探测小型猪颈部结构，确定颈部皮肤至气管前壁的距离，以及各气管环的位置(图4，图5)。2)操作者一只手固定气管并拉紧皮肤，另一只手使用刻度式气管切开撑开一体钳，钳口刃方朝向躯干，刺破皮肤及皮下组织，根据钳身侧面刻度确定刺入深度与超声确定的气管深度相符，使用钳口内侧切开刃纵行切开软组织并撑开，暴露气管。用钳口刺破气管环间韧带，将钳口撑开，挑开2～3节气管环(以能够顺利插入气管切开插管为衡量标准)。然后将气管切开插管沿钳口送入气管，小心退出切开钳以免钳口划破气囊。气囊充气，固定气管切开插管，连接呼吸机(图6)。3)记录每次实验从钳口刺破皮肤到完成气管插管的时间、超声探测所用时间以及血氧饱和度变化情况。

图4 使用超声诊断仪探测小型猪颈部结构Fig.4 Detecting the neck structure of miniature pigs with portable ultrasonic diagnostic apparatus

图5 小型猪颈部超声探测图像，可显示皮肤至气管前壁距离及预期穿刺深度Fig.5 Ultrasonic detection image of the neck of a miniature pig,which can show the distance from the skin to the front wall of the trachea and the expected penetration depth

图6 使用刻度式气管切开撑开一体钳进行气管切开 A：钳口尖端刺破皮肤；B：切开气管前软组织；C：按照术前超声探测深度刺入气管；D：撑开钳口扩大软组织及气管造口；E：将气管切开插管顺钳口送入气管；F：固定气管切开插管Fig.6 The procedure of STEF on miniature pigs A: Use scaletype tracheotomy and expansion forceps to pierce the skin and subcutaneous tissues; B: Cut the soft tissue before trachea; C: Determine the penetration depth according to the scale on the side of the forceps body to match the depth of the trachea determined by ultrasound; D: The soft tissue was cut longitudinally and opened with a blade to expose the trachea;E: Open the jaws, and then feed the tube into the trachea along the arc of the jaws; F: Fix the tracheostomy cannula

4 评价指标 1)手术时间：记录三组从切开皮肤到完成气管切开插管所用时间。2)通气效果：通过血氧饱和度反映，记录三组从血氧饱和度降至80%(手术开始时)到血氧饱和度恢复至90%以上的全过程血氧饱和度变化情况。

5 统计学分析 使用SPSS24.0对数据进行统计分析。计量数据以表示，两组间比较采用两独立样本t检验。检验水准为双侧α=0.05。

结 果

1 三组手术时间比较 所有18只小型猪均成功完成气道开放。SC组手术用时(60.0±4.8) s，ST组手术用时(117.5±5.7) s，STEF组手术用时(28.3±2.8) s (图7)，STEF组手术用时少于SC组和ST组(P＜0.000 1)。STEF组外科操作前使用超声诊断仪探测用时(13.67±1.03) s，从使用超声诊断仪到完成气管插管的时间为(44.0±5.2) s。

图7 三组建立气道时间比较(aP＜0.001, vs STEF)Fig.7 Comparison of airway establishment time between the three groups (aP＜0.001, vs STEF)

2 三组通气效果比较 三组均建立了通畅的呼吸通道，最终血氧饱和度均达到90%以上。三组折线拐点即表示气道成功开放，血氧饱和度从下降转为上升，STEF组到达拐点用时最少，ST组用时最多。三组折线在血氧饱和度上升阶段斜率分别为kSC=1.56、kST=1.46、kSTEF=1.54，STEF组斜率与SC组、ST组无统计学差异(P ＞ 0.05)，表明STEF组建立的气道通气效率与另外两组基本相同(图8)。

图8 三组血氧饱和度变化情况Fig.8 Changes in blood oxygen saturation in three groups

讨 论

在战争中，头部和颈部创伤可以造成口腔、颈部出血或鼻咽腔塌陷从而引起气道阻塞[9]。此外，爆炸产生的高温气体会引起吸入性气道损伤，呼吸道黏膜被高温灼伤后出现水肿，造成气道狭窄或梗阻[10]。急性上呼吸道阻塞使伤员无法呼吸到足够的空气，必须尽快建立通畅的气道，否则伤员会遭受缺氧性脑损伤甚至心脏骤停直至死亡，而建立通畅气道的时间越长，风险就越大[11-12]。

在战现场环境中，常应用环甲膜切开术作为紧急气道开放手段，因为环甲膜切开术较气管切开术操作更简单、更安全、更快捷，出血更少[13-15]。然而近期有文献系统回顾分析表明，环甲膜切开术并不比紧急气管切开术更安全[16]。同时，环甲膜切开术无法为气道损伤患者提供长期稳定的气道通路，应在48 h内转换为气管切开术，否则术后并发症发生概率较大[17]。鉴于以上因素，环甲膜切开术相较于气管切开术的优势仅体现在开放气道的速度上。

我们研发的刻度式气管切开撑开一体钳可轻松刺破颈部皮肤及肌肉组织，甚至可以直接刺入气管。撑开钳口可以直接扩大软组织切口及气管造口，同时可以将气管切开插管从钳口之间插入气管。如果未能直接刺入气管，也可以先将软组织撑开，暴露气管前壁，然后再使用钳口刺入气管、挑断气管环。整个过程步骤非常简便，大大节约了操作时间。实验结果显示，使用刻度式气管切开撑开一体钳进行的紧急气管切开术与其他气管切开方法相比，在操作时间上具有明显的优势，甚至优于环甲膜切开术，并且器械数量少、重量轻、成本低，便于携带，适合单人操作。本研究使用小型猪作为实验对象，其皮肤厚度和韧性远超过人类皮肤，皮肤距气管前壁的深度也大于人类，所以我们推断使用刻度式气管切开撑开一体钳对人体进行紧急气管切开术将更加容易，用时更短。

为了提高安全性和精确性，我们认为可以配合使用便携式超声诊断仪在术前对患者颈部结构进行快速检测。使用超声可以避开较为粗大的血管以及甲状腺，从而减少出血。另外，使用超声可以明确皮肤至气管前壁的距离，从而确定穿刺深度，结合刻度式气管切开撑开一体钳的刻度，可以做到精准穿刺，降低了气管后壁损伤的概率。许多研究也证实了超声引导下气管切开更加快速、安全，并发症更少[18-21]。目前，便携式超声仪器已经做到了掌上化，多国军队及民用救援力量已经装备，主要用于胸、腹等部位的诊断，将其用于紧急气道开放并没有技术和成本方面的困难。下一步我们将在尸体模型上进行气管切开实验，进一步验证我们的新型气管切开装置的优势，并根据实验数据对装置进行调整和改进。