呼吸机品牌而非通气模式决定电力消耗与预估碳排放：九台重症监护呼吸机的台架研究

《Frontiers in Medicine》：Ventilator brand, not ventilation mode, determines electricity consumption and estimated carbon emissions: a bench study of nine intensive care ventilators

　　

专业术语翻译： 背景： 医疗保健占全球温室气体排放量的4%-5%，而重症监护室（ICU）是其能源最密集的环境之一，其中能源而非耗材主导碳足迹。呼吸机持续运行，但其电力消耗很少被直接测量，也从未在不同品牌间进行比较。 方法： 研究人员使用单个插电式数字功率计，对三个品牌的各三台设备，在所有可用的通气模式及待机模式下测量有功功率（共90次测量）。设备作为独立实验单元，有效样本量为九台呼吸机。所有设备均使用集成内部气体输送系统，并在标准化设置下共用回路和测试气囊。每种模式下每60秒读取一次功率，持续10分钟，取平均值，然后通过线性混合效应模型（品牌和统一通气模式作为固定效应，品牌内设备的随机截距，品牌特定的残差方差）进行建模。品牌效应通过参数自助法证实，模式效应通过等效性检验评估；同时拟合了品牌与模式的交互作用。排放量根据多种使用率和电网情景进行预测。 结果： 估计边际均值分别为品牌A 64.9 W、品牌B 95.4 W和品牌C 56.3 W。品牌产生强效应（自助法p=0.003）；在测试条件下未检测到模式的可检测效应（自助法p=0.51），在预设的±10 W范围内，每种模式均与参考模式等效，并且未检测到品牌-模式交互作用（p=0.27，统计功效有限）。品牌B超过品牌C 39.1 W（95% CI 17.0-61.2）：在土耳其电网因子和连续运行条件下，预计每台呼吸机每年产生161 kg CO2当量（95% CI 70-252），在不同情景下范围为17至161 kg。在一个品牌中，待机能耗达到主动消耗的92.6%；主动与待机之差（4.8、28.7和15.2 W）表明，品牌间的大部分差异在于空闲基线而非通气本身。 结论： 在所测试的设备中，品牌而非通气模式主导了电力消耗。研究结果支持将实测功率作为标准化标准在呼吸机招标中进行申报和评估；由于所有设备均已使用约十年，因此这些发现并未指明哪种当前市售平台更优。

论文解读文章

一、研究背景与现存问题

气候变化是本世纪决定性的公共卫生挑战，而医疗保健行业不仅是旁观者，更是加剧这场危机的重要推手。一项里程碑式的评估显示，医疗保健约占全球净温室气体（GHG）排放量的4.4%，若将其视为一个国家，其排放量将位居世界第五。重症监护室（ICU）集中了这一负担。在对脓毒性休克的生命周期评估中，研究人员发现美国ICU每位患者每日的二氧化碳当量（CO₂-eq）排放量为178 kg，澳大利亚ICU为88 kg，并且决定性的是，用于供暖、通风和空调的能源贡献了87%和76%的足迹，而耗材的影响相对较小。一项关于重症监护碳足迹的系统评价确认了每日每患者88至178 kg CO₂-eq的范围，并再次指出能源使用是主要贡献者。欧洲重症监护医学会（ESICM）绿皮书已将这一证据转化为行动号召，将能效和可持续采购列为优先领域。

机械通气呼吸机是此类设备的典型代表：不可或缺、近乎持续使用，并且在患者接受呼吸支持的整个过程中不间断供电，通常持续数天或数周。尽管其重要性不言而喻，但呼吸机的电力消耗却鲜少被直接测量。现有研究量化了ICU设备作为一个类别的能耗，但从未探究过执行相同临床任务的两台设备在所需电力和排放方面是否存在差异。此外，现有的少数测量工作也未涉及最能直接影响采购政策的问题：呼吸机品牌的选择本身是否会显著影响能耗，进而影响排放。

二、研究目的与设计

为填补上述空白，本研究旨在比较三个品牌的ICU机械呼吸机的瞬时功率消耗，每个品牌使用多台设备，并测量每台设备提供的所有模式，以确定品牌或通气模式哪个是电力使用的更强驱动因素，并将任何差异表示为与采购相关的年度CO₂排放估算值。

三、关键技术方法

这是一项前瞻性观察性台架研究，在土耳其伊兹密尔巴克赛大学奇利培训研究医院进行。研究使用了九台ICU机械呼吸机，包括来自三个商业品牌的各三台独立设备。所有设备均为医院型ICU级呼吸机，采用集成内部气体输送机制。使用单个插入式数字功率计（KTEM02-1，KETOTEK）测量瞬时有功功率（W），该功率计报告有功功率，显示分辨率为0.1 W，精度为±2%。每次测量前确保设备内部电池充满电，以避免充电电流造成的变异。对于每台设备，在其所有可用通气模式及待机模式下测量功率。每种模式下让呼吸机运行10分钟以达到稳定状态，期间每60秒读取一次显示的有功功率，取十次读数的平均值用于分析。使用一个共享的呼吸回路和橡胶测试气球作为负载，以确保机械负载在各品牌间一致。通气设置在所有设备上进行标准化。由于不同制造商提供的通气模式命名和数量不同，每种专有模式被映射到一个统一的模式类别。统计分析采用线性混合效应模型，以设备和模式为变量，并通过参数自助法和等效性检验验证结果。

四、研究结果

描述性发现： 在主动通气模式下，品牌A的平均功率为64.9 ± 6.3 W，品牌B为95.7 ± 14.1 W，品牌C为55.9 ± 2.9 W。品牌B表现出最高的均值和最大的品牌内离散度，主要是因为其三台设备中的一台功耗明显高于其他两台。

待机能耗： 待机功率在各品牌间差异显著，平均值为品牌A 60.1 ± 5.1 W，品牌B 67.0 ± 1.0 W，品牌C 40.7 ± 1.6 W。品牌A的待机能耗占其主动消耗的92.6%，几乎与满负荷运行时相当。品牌B在待机状态下的功耗（67.0 W）甚至高于品牌C在主动通气时的功耗（55.9 W）。主动与待机之间的差值（即归因于通气本身的增量）分别为品牌A 4.8 W，品牌B 28.7 W，品牌C 15.2 W，这表明品牌间的大部分差异存在于空闲基线而非通气本身。

主要分析： 允许残差方差因品牌而异的线性混合效应模型显示，品牌对主动功率有强烈效应（F(2,6)=18.4，p=0.003；参数自助法p=0.003）。品牌A、B和C的估计边际均值分别为64.9 W、95.4 W和56.3 W。经Bonferroni校正的比较显示，品牌B的功耗显著高于品牌A（差异30.5 W，95% CI 8.2-52.9，p=0.012）和品牌C（差异39.1 W，95% CI 17.0-61.2，p=0.003），而品牌A和C之间无显著差异（8.6 W，95% CI -13.3至30.4，p=0.73）。在测试条件下，未观察到统一模式类别对功率消耗有统计学上可检测的效应（F(5,67)=0.95，p=0.46；参数自助法p=0.51）。等效性检验证实，在预设的±10 W范围内，每种模式均与参考模式等效。品牌与模式的交互作用未被检测到（p=0.27）。

五、讨论与结论

讨论部分总结： 本研究的主要发现是，在所测试的设备中，品牌而非通气模式主导了电力消耗。品牌间的差异很大，品牌B比品牌C高出39.1 W，这意味着在土耳其电网因子下连续运行时，每台呼吸机每年可产生高达161 kg CO₂-eq的额外排放。值得注意的是，大部分品牌间差异源于空闲基线功耗（待机状态），而非通气本身的工作。这暗示了电源设计、内部电子元件效率等基础性工程差异的重要性。待机能耗极高，特别是品牌A，其待机功耗达到了主动通气的92.6%，这与先前的研究结果一致，强调了在不使用时关闭呼吸机电源而非让其闲置的实用价值。

研究结论： 在所测试的设备中，品牌而非通气模式主导了电力消耗。研究结果支持将实测功率作为标准化标准在呼吸机招标中进行申报和评估；由于所有设备均已使用约十年，因此这些发现并未指明哪种当前市售平台更优。