1 引言

气管导管（ETT）的设计核心是为无法维持正常通气的患者保持气道通畅以维持生命。历史上，气管导管的设计决策主要基于成人气道解剖结构和通气需求，以及成人患者的气道数据支持。然而，这并未涵盖新生儿和儿童等具有小气道患者的独特且复杂的需求。早产儿往往需要大量干预措施，包括手术和有创机械通气，这加增加了他们的特殊需求。随着医疗的进步，早产儿存活率提高，预计这一类人群在未来会不断增长。鉴于此，需要持续改进针对小气道所需的气管导管的设计，确保其设计充分考虑这些患者的需求。

已有研究报道了儿童气管导管的设计局限性，包括将导管设计与儿童气道解剖结构进行对比评估。一项对30名白人儿童的喉和气管尸检标本的分析显示，传统设计的气管导管与儿童气道解剖结构不匹配，结论是儿童用气管导管设计欠佳。过去 20 年中，对儿童气道解剖结构的进一步研究使医护人员开始使用带套囊气管导管，但也注意到更小尺寸带套囊气管导管的设计存在局限性。对儿童气道的持续关注推动了创新和设计改进，从而改善患者的气道管理。对儿童专用气管导管设计要求的认识提高，促使国际标准化组织（ISO）修订了规范气管导管设计要求的《气管导管和连接器》标准（ISO 5361）。本文旨在探讨适用于小气道的带套囊气管导管的某些设计特征。

2  儿童用气管导管的设计考量

婴幼儿和儿童的小气道具有与成人较大气道不同的特征。为这一患者群体设计气管导管需要了解限制此类导管设计的独特解剖特征和限制条件。

2.1  气管导管长度

儿童气管长度有限是气管导管设计的关键考量因素。小气道的气管长度以及隆突与环状软骨之间的距离是根据先前发表的研究数据确定的，汇总于表1。这些数据对于气管导管的设计决策至关重要，如斜口角度、墨菲孔的存在及尺寸、套囊长度和位置等。

表1基于回归分析的气管长度测量值及建议的气管导管尺寸

a 气管长度为从声带到隆突的测量值。

b 所有年龄组的声门下长度均采用回归方程 7.8 + 0.03 * 年龄（月）计算得出。

c 通过上述分析数据计算得出的 “C” 维度，对于 7.5 号和 8.0 号气管导管而言数值更大。这些尺寸导管的原始 “C” 维度保持不变。

2.2  套囊位置

确定了环状软骨和隆突之间的可用长度后，即可确定套囊充气后的可用气管长度。多项研究指出，许多带套囊气管导管的主要缺陷是套囊的位置和长度。当气管导管尖端置于气管中部且套囊充气时，充气的套囊部分可能接触患者的声带，增加损伤风险。理想情况下，套囊不应充气至环状软骨水平以上。为避免套囊在环状软骨处充气，我们测量了声带至环状软骨末端的距离。如图 1 所示，我们使用了先前研究中包含婴幼儿的解剖学测量数据。数据适用于 60 个月及以下的儿童。由于缺乏 60 个月以上儿童的解剖数据，我们通过回归方程来预测计算所有年龄组儿童的声带至环状软骨末端（声门下）的长度。图2显示了按年龄计算的气管长度测量结果，图3显示了从环状软骨末端到隆突的可用长度。

图1 利用既往文献中的测量数据计算得出的不同年龄组从声带到环状软骨末端的长度。带三角形标记的黑色实线代表 Sirisopana 等人研究中从声带到环状软骨末端的气管长度；带正方形标记的黑色实线代表 Eckel 等人研究中从声带到环状软骨末端的气管长度；黑色实线代表 0-36 月龄从声带到环状软骨末端的平均气管长度；黑色虚线代表不同年龄组从声带到环状软骨末端再到隆突的气管长度回归线。CC，环状软骨；VC，声带。

图2利用既往文献中的测量数据计算得出的不同年龄组的气管长度。带三角形标记的黑色实线代表不同年龄组的最大气管长度；带正方形标记的黑色实线代表不同年龄组的最小气管长度；黑色实线代表不同年龄组的平均气管长度；黑色虚线代表不同年龄组气管长度的回归线。

图3从环状软骨末端到隆突可用于套囊充气的气管长度。从环状软骨末端到隆突的气管长度是通过总气管长度减去声带到环状软骨末端的长度（该部分被视为不适合放置气管导管的空间）得出的。这一数值代表可用于放置气管导管的气管长度。黑色实线代表不同年龄组从环状软骨末端到隆突的气管长度；黑色虚线代表不同年龄组从环状软骨末端到隆突的气管长度回归线。

2.3 墨菲孔

墨菲孔是气管导管的传统特征，作为安全装置，在导管完全阻塞时提供次级通气通道。基于成人气道解剖结构，环状软骨与隆突之间的距离足够长，使导管能够同时容纳位置适当的套囊和墨菲孔设计。而在小气道中，环状软骨与隆突之间的距离短得多，导致导管长度无法同时设计位置适当的套囊和墨菲孔，如图4所示。因此，针对小气道设计气管导管时，需要考虑如何解决气管导管空间有限这一问题。

尽管作者未发现大型观察性研究或随机对照试验有报道，但一些病例报告详细描述了在成人和儿童中使用无墨菲孔气管导管时发生导管阻塞的情况。导管阻塞可能导致气体交换中断、再插管以及并发症或其他不良事件。这些观察结果使一些人认为，无墨菲孔气管导管可能不适用于所有情况，例如较长时间的手术。设计不佳和/或导管放置不当导致套囊在声带处充气，可能引发气管损伤，有证据表明套囊位置更靠近尖端的导管发生损伤的几率更大。鉴于此，作者认为应优先将套囊放置在更靠远端的位置，即使这意味着牺牲墨菲孔。

2.4  气管导管插入深度

为确定设计气管导管的长度尺寸，需要确定导管的插入深度（在气管内的位置）。具体而言，需考虑导管超出声带且放置后无法可视化的长度。假设导管插入气管至尖端位于隆突与环状软骨总可用长度的 2/3 处，则可确定从导管尖端到环状软骨的最大距离。这一距离即为气管导管套囊可充气部分与导管尖端的最大距离，在图4中以“6”表示。

需要注意的是，声门深度标记是临床医生判断导管尖端是否超出声带的指标。声门深度标记位置过远（离导管尖端太近）可能导致导管尖端插入未足够超出声带。对于带套囊导管，这可能导致套囊在气道最狭窄部分充气，甚至部分位于声带内。为计算气管长度并确定导管体上声门深度标记的位置，使用了Sirisopana 回归方程（声门下气道长度（mm）=7.8 + 0.03×月龄）来确定声门下气道长度，并将其分解为图4所示的各段。

患者活动（尤其是头部伸展）可能增加意外拔管的风险。相反，声门深度标记位置过近（离尖端太远）可能导致导管尖端插入过于靠近隆突。因此，声门深度标记必须基于解剖学数据，以帮助医护人员安全地将导管定位在气管内。

2.5  套囊形状

若决定在小气道中使用带套囊气管导管，套囊的设计是重要考量因素。充气时，套囊应与气管形状贴合，以密封气道，帮助防止误吸、优化正压通气气体输送，并减少吸入麻醉剂泄漏以降低空气污染和麻醉剂使用量。

传统的套囊主要分为两类：紧贴导管体（TTS）套囊和高容量低压（HVLP）套囊。TTS套囊由高弹性聚合物制成，可膨胀以充满气道。其优点是在气管内形成密封时，套囊与气管壁交界处无褶皱或折痕。但一个明显的缺点是，为克服弹性材料的张力使其膨胀，需要较高的套囊内压。由于材料拉伸会消耗能量，临床医生可监测的套囊内压与施加于气管壁的力之间无相关性。传统HVLP套囊由相对非弹性材料制成，在静息状态下的直径大于患者气管直径。HVLP套囊的优点是可在低压下充气以在气管内形成密封。无需能量克服套囊材料的张力，因此套囊内压与施加于气管壁的力直接相关。正是由于能够推断气管壁所受的力，HVLP 套囊成为临床中主要使用的类型。HVLP套囊的缺点是，由于其直径大于患者气管直径，套囊与气管壁交界处会出现褶皱或折痕。这些褶皱或折痕被认为会导致微量误吸。HVLP套囊在设计和制造方面的持续改进旨在优化其优点，同时减少缺点。

其中一项优化是引入了低容量低压（LVLP）套囊。目前使用的气管导管套囊主要有两种形状：圆柱形HVLP套囊和锥形（图5）LVLP套囊。有证据表明，与圆柱形套囊相比，锥形套囊设计可减少对气管壁的压力，这可能是由于其接触面积更小且传递的压力更均匀。一项在猪模型中比较传统HVLP圆柱形套囊与LVLP锥形套囊的研究发现，锥形套囊导致的气管损伤少于圆柱形套囊。气管组织的浅表损伤会增加患者对病原体的易感性，并可能引发管壁溃疡和纤维化。

图4 带套囊气管导管在气管中的示意图

图5（A）圆柱形（左）和锥形（右）气管导管套囊的设计特征。柱形套囊（左）和锥形套囊（右）的压力分布。（B）柱形套囊与管壁的接触面积更大，压力范围更广，且低压区和高压区的出现频率更高。

2.6  套囊静息直径

Fischer 等人提出，气管导管的理想套囊静息直径应约为相应年龄气管最大横截面积的 120%。该研究报告称，不同制造商的套囊静息直径存在显著差异，一些套囊静息直径小于根据 Motoyama 和 Khine 的研究中导管尺寸选择建议所确定的对应年龄组的气管中段最大横向直径。研究还指出，部分套囊静息直径大于预期。套囊静息直径不足可能导致漏气和需使用过高套囊内压的危险情况，而套囊静息直径过大可能导致气管损伤、插管困难，以及套囊放气时无法测试漏气（尤其在小气道患者中）。这些研究认为，套囊静息直径需参考儿童解剖结构，同时选择适合患者年龄范围的导管大小也至关重要。

2.7  材料

气管导管由含多种化学物质的聚合物制成。使用过程中，这些化学物质可能被患者吸收。鉴于新生儿和儿童的生长发育过程及较低的体重，需仔细评估患者的暴露剂量，并应从聚合物中去除潜在有害物质。邻苯二甲酸二（2 - 乙基己基）酯（DEHP）就是这样一种化学物质，用于增加塑料（包括气管导管所用塑料）的柔韧性。DEHP是一种已知的内分泌干扰物，被认为对人体有毒。重要的是，已有研究表明儿童在临床环境中会吸收、代谢并留存DEHP。因此，不含DEHP的气管导管更为理想。

目前，气管导管套囊的主要制造材料是聚氯乙烯（PVC）和聚氨酯（PU）。PU明显比PVC 薄，因此可制成较薄的套囊壁，在保持套囊完整性的同时，减少因套囊折叠形成的通道。因此，在体外试验中PU套囊比PVC套囊能更好地密封气道，防止气体泄漏。多项研究发现，使用PU套囊与较低的微量误吸率和呼吸机相关性肺炎（VAP）发生率相关。

套囊压力建议维持在20-30 cm H₂O 的范围内，因为套囊充气不足可能导致微量误吸，而充气过度可能导致气管壁组织损伤。因此，使用带套囊气管导管时，准确测量套囊压力是有效且安全进行气道管理的关键。PU套囊的薄壁及其固有的物理和化学特性会导致套囊内湿化空气凝结，这可能干扰套囊压力的准确测量，进而可能造成意外损伤，尤其在小气道患者和长期插管患者中。此外，PU的聚合物成本高于PVC，且制造过程更复杂。因此，使用PU会显著增加最终产品的成本。这一经济因素可能成为制造商和临床医生使用PU套囊气管导管的障碍。

3  结论

医疗的进步使更多早产儿得以存活且出生时间更早，最年幼和最小患者的需求也在持续扩大。文献中已充分描述了儿童用气管导管的设计局限性，包括将导管设计与儿童气道解剖结构进行对比评估。对儿童气道解剖结构的新见解，结合制造技术的进步，推动了专为新生儿和儿童患者优化的气管导管设计与制造。

参考文献

Maguire S, Wade D, Curley J, Morris S. Design considerations for development of cuffed endotracheal tube for small airways. Paediatr Anaesth. 2025 Feb;35(2):91-98.doi: 10.1111/pan.15033.

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