医療用空気は、通常シリンダーで病院に供給される他のパイプライン医療用ガスとは異なり、ほとんどの場合現場で製造されます。 これは、施設に供給する配管システムに接続された医療用エアコンプレッサーに外気を取り込むことで実現されます。 まれに、周囲の空気の質が悪いために、圧縮したシリンダー窒素と酸素を混合して医療用空気を製造することがあります。 病院では大量の空気を消費するため、現場での製造が最も実用的で経済的な供給方法となります。 しかし、患者の使用に適した医療用空気を製造するために必要な機器は非常に複雑であるため、汚染や故障のリスクを最小限に抑えるために慎重に設置し、維持しなければならないというマイナス面もあります
ほとんどの麻酔科医は、使用する医療用空気を製造するために使用されるシステムの複雑さに気づいていません。 医療用空気は米国薬局方で製造された医薬品とみなされているため、麻酔科医は自分の施設で製造され患者に届けられる医療用空気の品質に注意する必要があります。 この記事は、典型的な医療用空気システムについての基本的な理解を提供することを目的としており、主要な構成要素の目的や操作などを説明しています。
医療用空気は、さまざまな患者の用途に使用されています。 酸素毒性に敏感な多くの患者は、酸素への曝露を減らすために空気を供給されます。 これらの患者の多くは、非常に繊細な呼吸器系や、純粋で正確な濃度の医療用空気に依存するプロセスを持っています。 信頼できる高品質の空気の供給に依存している患者の例としては、新生児や成人呼吸抑制症候群に罹患している患者が挙げられる。 また、医療用空気は、麻酔の際、高濃度の酸素への曝露を減らすために亜酸化窒素の代用として使用されます。 医療用空気の供給源は、圧縮空気ボンベのバンクを持つマニホールドである場合もあるが、ほとんどの病院ではコンプレッサーシステムを使用している。 この記事では、エアコンプレッサーを使用した設備について言及します。 この記事では、典型的な医療用エアプラントの図解を提供し、この記事の議論を通して参考とする。
Start at the Source
医療用空気システムについて学ぶために論理的に開始する場所は、コンプレッサの吸気管です。 吸気口は通常、施設の屋根の上に設置されています。 吸気口の位置は、生成される医療用空気の品質に大きな影響を与える可能性があります。 吸気口の位置、設計、および構成部品は、全米防火協会（NFPA）コードに記載されています。 NFPA 99, Standard for Health Care Facilities, は、医療用ガスシステムの設計に関する勧告で、米国全土で遵守されており、この記事でも頻繁に参照することになります。 しかし、地域の法令がNFPAの法令より優先される場合があることを認識しておく必要があります。 NFPA 99 Sec. 4-3.1.9.2 は、吸気口は屋外の屋根面より上に、ドア、窓、他の吸気口、または建物の開口部から最低10フィート（3m）の距離、および地面から最低20フィートの距離で設置するものと定めています。 吸気口は、下向きにして、害虫または水の侵入を防ぐために、ステンレス鋼またはその他の適切な材質の非腐食性材料で作製または 構成される遮蔽物を用いて、遮蔽またはその他の方法で保護するものとする。 NFPAは、屋根の高さをずらす場合の柔軟性を認め、屋根の大きさ、最も近いドアや窓までの距離、および他の屋根設備の存在などの要因が、最終的な位置に影響を与える可能性があることを示唆している。
病院内に複数のコンプレッサーシステムがある場合、別々のコンプレッサーからの配管を1つの吸気管に接続することは許されるが、適切なサイズを設定しなければならない。 ただし、コンプレッサーを使用停止にする場合は、逆止弁、ブラインドフランジ、チューブキャップなどで各コンプレッサーの吸入口を閉鎖できるように設計しなければならない。 これは、機械室の空気が開放管からシステムに吸い込まれるのを防ぐためである。
吸気口には、医療用空気の供給源であることを表示しなければならない。 医療用空気の吸気口が施設の暖房換気空調（HVAC）システムに設置されていた事例がある。 HVACシステムのコイルは、清掃とメンテナンスのために酸性の溶液で洗浄されていました。 その結果、ガスが知らず知らずのうちに医療用空気システムに取り込まれ、患者にかかることになりました。
空気の質は地域によって、さらには施設の近辺によっても異なります。 たとえば、大都市内にある病院の屋上の空気は、地方の病院の空気ほど純粋ではないでしょう。 しかし、地方の施設では、幹線道路に近かったり、吸気口が医療用真空システムの排気口に近すぎたりして、空気が汚染されることがあります。 後者は、文字通り下水のような真空システムからのガスが、医療用空気の吸気管に吸い込まれ、細菌汚染の原因となることが少なくない。 古い施設では吸気口が適切に設置され認定を受けている場合もありますが、施設の拡張に伴う吸気口周辺の環境変化に伴い、吸気口が不適切な位置に設置されるケースもあります。
APSFの科学展示「壁の向こうを見る」で悪名高い「ツイーティ・バード」は、医療用空気供給の重大な粒子汚染の一例です。 このケースでは、鳥が病院の医療用空気圧縮機に吸引され、システムを閉塞していた。 この鳥の腐敗による悪臭が患者からの苦情となり、当委員会のメンバーであるフレッド・エヴァンス氏がシステムの点検を行うことになったのです。 医療用エア・システムの悪臭は、どんな種類のものでも調査しなければならない。 もし鳥が遮蔽されていない屋根の吸気口からシステムに侵入したのなら、病院はNFPAコードに違反していることになります。 しかし、鳥が侵入したのは、屋根の吸気口からコンプレッサーまでの経路で、倉庫の屋根に沿って走っていた吸気パイプの破損からであった可能性が高い。
興味深いことに、NFPAは、空気源が外気と同等かそれ以上の場合、手術室の換気システムに使用するフィルターとして、建物内に吸気口を設けることを認めている。 それは1日24時間、週7日利用可能で、定期的に純度をチェックしなければならない。 時々、内気と外気の両方をテストして、内気が同等以上の品質であるかどうかを判断するのは良い方法です。 スクラバーや特殊なフィルターを使って除去しない限り、吸気管がある場所の大気に含まれる好ましくないガスは圧縮されて医療用空気システムを通じて供給されます。 この例については、記事の冒頭で取り上げました。
Air Compressor and Its System
空気圧縮機プロセスは、8立方フィートの周囲空気を取り、1立方フィートの圧縮空気にそれを圧縮する。 その結果、粒子状物質、花粉、水、一酸化炭素、内燃機関の分解物質などの格納容器が濃縮される。 そのため、製造工程で汚染物質を除去する方法が必要である。 吸入フィルタ／マフラーは、エアコンプレッサの吸入側に設置する必要があり、一部の工場出荷時のコンプレッサパッケージに含まれることがある。 NFPAが標準として認めていないため、このフィルターがないシステムも珍しくはない。 このフィルターの主な役割は、通常ルーフにあるスクリーン付き吸気口から吸引される周囲の空気から、粗大粒子状の物質をろ過することです。
Air Compressor:
空気は、通常大気から、医療用空気システムの「心臓」である多重化医療用空気コンプレッサーによって圧縮されます。 医療用空気のサポートには、2台以上のコンプレッサー（通常は2台）を使用する必要があります。 より大きな需要を必要とする施設では、3重、4重のシステムも利用可能です。 シンプレックスシステムのコンポーネントはNFPA 99では認められていない。 医療用エアシステムの多くを二重化することで、1台が故障したり修理が必要な場合のバックアップシステムを提供する。 交互に配置されたユニットによる多重化は、ユニットの寿命を延ばし、需要の過負荷時にバックアップを提供する。 NFPA 99は、各ユニットが別々に、ピーク時の空気供給を維持する能力がなければならないことを要求している（NFPA 99 Sec.4-3.9.1.2）。 各コンプレッサーの吐出ラインには、隔離弁、圧力開放弁、および逆止弁を設けること。 各コンプレッサーは、整備するために、その吐出ラインにある隔離（遮断）バルブを通してシステムから隔離されるべきである。 NFPA 99 Sec. 4-3.1.9.1 に記載されているように、「医療用エアコンプレッサは、以下の方法で汚染物質または液体がパイプラインに混入するのを防ぐように設計されなければならない」。 (a)コンプレッサ内のオイルを除去する、または(b)オイルを含む部分を大気に開放し、相互接続シャフトを連続的に目視検査できるようにする。」医療グレードではないコンプレッサが病院に設置された場合、オイル、水、有毒オイル分解生成物が生じ、医療用空気と混じることがあります。
医療用空気システムは、流量計、混合器、麻酔器、重症患者用人工呼吸器などの機器を通して患者に供給される呼吸用空気専用に使用されるガスを生成することを目的としています。 また、歯科用器具や空気圧で動く手術用器具など、咽頭へ排気する器具も含まれます。 医療用空気は、空気圧で作動するドア、エンジニアリング、メンテナンスなど、医療以外の用途には使用しないでください。 NFPA 99 に記載されているように、「圧縮空気供給源として、医療用エアコンプレッサーは、他の目的のために空気を供給するために使用されるべきではない。 圧縮プロセスを通じて空気は加熱され、より暖かい空気はより多くの水分を保持します。 アフタークーラーは圧縮工程後の空気の温度を下げるために使用され、その結果、水が析出する。 この水を排出するのがアフタークーラーである。 アフタークーラーは、1台で100％の負荷に対応できるように二重化する必要がある。 また、水を排出するための自動排水装置や、システムを停止することなく修理ができるように隔離弁を備えたウォータートラップが必要である。
Receiver:
レシーバは、使用する圧縮空気の予備量を保存する大きな円筒形のリザーバです。 このレシーバーにより、コンプレッサーのオン・オフを効率的に行うことができる。 レシーバーは通常鉄で構成されており、錆の微粒子の発生源となる可能性があります。 鉄製レシーバーはNFPA基準を満たしていますが、この材料は湿気にさらされると酸化し、剥がれやすくなります。 ステンレス製のレシーバーもあり、NFPAの最低基準にもかかわらず、新築、修理、拡張の際には設置する必要があります。 レシーバーには、圧力逃し弁、サイトグラス、圧力計、自動ドレン付きウォータートラップが装備されていることが望ましい。
Air Dryers:
ドライヤは、湿度の高い周囲の空気を圧縮して、製造工程で発生する水分を除去するためのシステムの重要な部分である。 エアドライヤは通常、冷媒またはデシカントタイプの技術です。 冷媒式ドライヤーは、空気対空気冷媒熱交換器、機械式凝縮水分離器、および自動ドレントラップから構成されています。 乾燥剤式ドライヤーは吸着プロセスで水分を除去しますが、乾燥剤の微粒子は、適切に維持管理またはフィルタリングされないと医療用空気を汚染する可能性があります。 ドライヤーは二重構造にして、一度に1台のドライヤーのみを使用するようにする必要があります。 したがって、各ドライヤーは、負荷の100%を処理できる必要があります。 また、保守点検の際には、バイパスバルブを使用して隔離する必要があります。
最終ラインフィルタ：
医療用空気システムの重要なコンポーネントは、医療用空気供給からの粒子、オイル、および臭気の侵入を防ぐために使用される最終ライン・フィルタです。 汚染物質の中には、オイルシールの漏れによる炭化水素、過負荷のフィルターからの流出、レシーバーからの錆の剥離などとして侵入するものもあります。 NFPA 99は、「各フィルターは、設計条件におけるシステムのピーク計算需要の100％に対応する大きさとし、1ミクロンで最低98％の効率を評価するものとする」と述べている。 これらのフィルターは、フィルターエレメントの寿命の状態を示す連続的な視覚インジケータを備えていなければならない。 視覚的表示の必要性は、1993年にNFPAによって追加された。 また、フィルターは、システムを完全に停止させることなく、点検のために分離してシャットダウンできるように二重構造になっていなければならない。 NFPA 99は、四半期ごとのフィルターの点検を推奨している。 メーカーによっては、0.1ミクロンレベルまでのろ過能力を備えているものもある。
Final Line Regulators:
Final Line Regulatorsは、施設全体の医療用空気の作動圧力を50～55 psigで提供する必要があります。 一方、エアコンプレッサ工場では、ドライヤの効率を高めるために80～100 psigの動作圧を発生させます。 レギュレーターは、システムを停止させることなく保守点検ができるよう、隔離弁付きの二重構造であるべきです。 1993年版の空気品質監視では、NFPA99は、新築の場合、ドライヤの下流と配管システムの上流で、露点と一酸化炭素の汚染物質の中央アラーム機能付き連続監視を行うことを義務付けています。 これらの要件は、いくつかの医療用ガスシステムで発見された水と一酸化炭素レベルの上昇によって主に推進されています。
シャットオフバルブ：
ソースシャットオフバルブは、供給源全体を配管システムから分離できるよう配置する必要があります。 このバルブは、最終ラインのレギュレーターの下流にあるエアコンプレッサーとその付属品に設置されています。 すべてのシャットオフバルブは、医療用ガス用途に適した、1/4回転、特別に洗浄されたボールバルブである必要があります。 主供給シャットオフバルブは、ソースバルブの下流側で、エンクロージャ、ソースルーム、またはメインラインのソースが最初に建物に入る場所の外側に設置する必要があります。 このバルブの目的は、緊急の場合、またはソースバルブにアクセスできない場合に、供給を遮断することである。 上記の階にガスを分配する各ライザーには、ライザー接続部に隣接してシャットオフバルブを設置すること。 各横方向分岐またはゾーンには、その分岐上の病室へのガスの流れを制御する遮断弁を備えるものとする。 分岐／ゾーンバルブは、その特定のエリアへのガスの制御を可能にし、システ ムの他の場所でのガスの流れに影響を与えないようにする必要があります。 圧力計は、各横方向分岐シャットオフバルブの下流側に設置する必要があります。 NFPA99は、次のようにも述べています。 「麻酔をかける場所や、麻酔後の回復、集中治療室、冠動脈治療室などの生命維持に不可欠な重要エリアには、バルブを介さずにライザーから直接供給すること…」「遮断バルブは、緊急時に使用できるようにいつでも容易にアクセスできるような位置で、それぞれの医療ガスラインの各麻酔場所の外側に設置すること」。 すべての遮断弁には、注意書き、ガスの名称、遮断弁が制御する場所などを表示することが重要です。 バルブとそれが供給する場所のラベル付けが不十分なために医療用ガスが遮断される事故が多数発生している。
アラーム：
自動圧力スイッチは、主供給ライン遮断バルブの下流に設置すること。 主ラインの圧力が公称ライン圧力より高いか低いかを視覚的および聴覚的なアラームで示す必要がある。 警報は、施設の稼動時間を通して継続的に監視される場所に設置されること。 NFPA 99は、「エリアアラームは、麻酔をかける場所や重要な治療エリアに対して提供されるものとする」と述べている。 これらの区域に供給するすべての医療用ガス配管システムには、警告信号を提供しなければならない…」とあります。
配管：
源泉遮断弁より下流のシステムに使用される配管は、銅で構成されていること。 NFPAの記載。 「配管は、ハードドローンシームレス医療用ガス管タイプKまたはL（ASTM B819）で、次のいずれかの表示があること。 OXY、MED、OXY/MED、ACR/OXY、ACR/MEDのいずれかの表示があること。 医療用空気配管は酸素配管と同じ材質、品質であること。
コンプレッサーや配管系に使用する材料の種類は非腐食性であること。 銅や真鍮が最も一般的に使用されています。 外部の吸気口からコンプレッサーに空気を送る配管は、湿気や大気の汚染にさらされるため、非腐食性であることが望ましい。 NFPAは、コンプレッサーと下流のパイプラインのように、吸気管の具体的な組成を明記していませんが、吸気管は鉄であってはなりません。 医療用配管の施工を請け負った配管業者が、通常の上水道や下水道の配管と同じ扱いをすることも珍しくありません。 亜鉛メッキ鋼板も、ガスの圧力や流れによって亜鉛メッキがはがれる可能性があるため、受け入れられません。
最近（1995年）のある大病院の検査では、医療用空気圧縮機、ドライヤー、レシーバー、アフタークーラー間の配管が鉄であることが判明しました。 このシステムは7年前にNFPAの規定に適合していると認定されていた。 このような設計上のミスを修正するには、高額な費用がかかる場合があります。 麻酔科医が基本的な建設法規を理解し、最初から適切な設置について発言する方がはるかに合理的である。 鉄や亜鉛メッキのパイプは酸化して、圧力や流れによって粒子状物質が剥がれ落ち、ガスの流れやステーションアウトレット、ベンチレーター、ブレンダー、麻酔システム、またはその他の二次機器の適切な動作を妨げる可能性がある下流に運ばれる結果になります。
Station Patient/Outlets:
ステーションアウトレットは、医療ガスラインに取り付ける二次機器の一部を可能にする一次および二次チェックバルブで構成されています。 ステーションアウトレットは、医療用ガスの配送にのみ使用されるべきです。 また、アウトレットは、個々のガスに特化したサイズまたはキー付きの異種接続を使用することにより、ガスに特化して設計されていなければならない。
More on Contaminants and Particulates:
Water is the most common contaminant found in medical air line and is perhaps the most insidious of the contaminants found. また、二次的な機器に最もコストのかかる損傷を与える可能性があります。 水は粒子状物質とは異なり、粒子状物質のフィルターを通過し、麻酔器、人工呼吸器、その他一般的に使用される二次的な機器、そして患者にも入り込む可能性があります。 オメダ社の麻酔用気化器修理センターのマネージャーであるジェリー・ラベーン氏は、「再製造のために気化器を分解する際に最もよく見つかる汚染物質は、水分です」と述べています。 湿気、または湿気と麻酔薬の複合作用により、ヴェポライザーの内部機構に問題が生じる可能性があります。 水で飽和した重症患者用人工呼吸器の一部は修理不能で、ある施設では削り取らなければなりませんでした。 麻酔器は、使用可能な状態に戻すために完全なオーバーホールが必要でした。 水の存在は、細菌の増殖のための媒体にもなり得ます。 低温にさらされる医療用空気ラインに水があると、凍結してガスの流れが妨げられることがあります。
水はさまざまな方法で混入する可能性があります。 サイズが小さい、飽和している、または適切なエアドライヤがないなど、水分の除去が不十分な場合がよくあります。 液封式エアコンプレッサーの部品が故障して水が混入することがあります。 アフタークーラー、レシーバー、ドライヤー、または医療用空気装置の他のコンポーネントの自動排水装置の故障は、システムに不要な水を入れることになる故障の多い分野です。
油は、医療グレード以外のエアコンプレッサーが設置されている場合に混入することがあります。 これは、不適切な機器の仕様や購入によって発生する可能性があります。 医療グレードのコンプレッサーは、故障してシステムにオイルを混入させることが知られています。 現在では、この可能性を防ぐため、完全オイルレスコンプレッサー技術を採用した医療用エアコンプレッサーも販売されています。 医療用エアコンプレッサーが医療用エアに適しているとは思わないでください。
建設過程での技術の低さにより、砂、はんだ、フラックス、汚れ、害虫などの建設残渣が医療用空気ラインから発見されています。 これらの微粒子は、医療用空気工場に設置された濾過装置の下流に入り込む可能性がある。 これは、適切な設計、設置手順と技術、および新しいシステムや追加の最終テスト（認証）によって回避することができます。 既存のシステムで見つかったこれらの汚染物質を除去するためのプロセスもあります。 医療用空気は、私たちの施設で一般的に使用されている生命を維持するための重要なガスです。 麻酔科医は、医療用空気システムを監督する責任者とその資格について知っておく必要があります。 建設中は、設計と設置の仕様に注意する必要があります。 予防保守プログラムを実施し、必要な間隔で行われる17ものテストの結果を検討し評価する必要があります。
ニュージャージー州麻酔科医会のエグゼクティブ・メディカル・ディレクターであるMoss博士は、APSFの理事会のメンバーであり、医療ガスの安全性に関するワーキンググループの議長です。
Nagle氏は、配管医療ガス供給システムのフィールドテストサービスを提供するオーメダ（ワシントン州マジソン）のサービスマーケティングマネージャーです。