تطوير وتطبيق نظام إمداد الأكسجين المركزي الطبي

مع التطور المستمر لتكنولوجيا إنتاج الأكسجين، تطور الأكسجين الطبي من الأكسجين الصناعي الأولي إلى الأكسجين السائل، ثم إلى إنتاج الأكسجين بتقنية امتزاز تأرجح الضغط (PSA) الحالية. كما تطورت طريقة إمداد الأكسجين من الإمداد المباشر من أسطوانة واحدة إلى نظام إمداد مركزي. حاليًا، أصبحت أنظمة الإمداد المركزية للأكسجين، وأنظمة الشفط المركزية، وأنظمة الهواء المضغوط، الأنظمة الثلاثة الأساسية لإمداد الغازات الطبية في المستشفيات والعيادات الحديثة.

يُعدّ الأكسجين عنصراً أساسياً لعمليات الأيض في جسم الإنسان، وهو شرطٌ لاستمرار الحياة. ويمكن أن يُحسّن تزويد الجسم بالأكسجين البيئة الداخلية الفيزيولوجية والكيميائية الحيوية، ويعزز دورة عمليات الأيض السليمة، مما يُسهم في علاج الأمراض، وتخفيف الأعراض، وتسريع الشفاء، والوقاية من الإصابات، وتحسين الصحة.

لذلك، يلعب الأكسجين دورًا مهمًا في المجال الطبي، وخاصة في الإسعافات الأولية للمرضى المصابين بأمراض خطيرة والذين يعانون من إصابات عرضية، وأصبح توفير الأكسجين أحد الشروط الضرورية للمؤسسات الطبية.

تاريخ تطور نظام إمداد الأكسجين في المستشفيات

إمداد مباشر بالأكسجين من زجاجة واحدة

يُعدّ التزويد المباشر بالأكسجين من أسطوانة واحدة الطريقة التقليدية لتزويد المستشفيات بالأكسجين، وقد استُخدمت هذه الطريقة دائمًا لتزويد المصانع بالأكسجين. ونظرًا لاحتواء الأكسجين الصناعي غالبًا على غازات ضارة، ولأن الجدار الداخلي للأسطوانة يصدأ، فإنّ الأكسجين يُصدر رائحة كريهة. وعند استخدامه سريريًا، يُسبّب السعال للمرضى ويُفاقم أعراض الجهاز التنفسي.

لذلك، ولضمان صحة الشعب، قامت الصين بمراجعة معايير الأكسجين الطبي.

إمداد مركزي بالأكسجين

يُعدّ نظام تزويد الأكسجين، المعروف أيضًا بنظام التزويد المركزي بالأكسجين، أسلوبًا حديثًا لتزويد الأكسجين يُستخدم على نطاق واسع دوليًا. طوّرت الصين أول نظام مركزي لتزويد الأكسجين عام ١٩٨٣، ومنذ ذلك الحين، انتشر استخدامه على نطاق واسع في المدن الكبيرة والمتوسطة. حاليًا، تعتمد جميع المستشفيات ذات الحجم المعيّن أنظمة التزويد المركزي بالأكسجين. علاوة على ذلك، أصبح نظام تزويد الغازات الطبية، الذي يتألف من نظام التزويد المركزي بالأكسجين، ونظام الشفط المركزي، ونظام الهواء المضغوط، مشروعًا أساسيًا عند إنشاء وتجديد مباني الأجنحة في المستشفيات، وضروريًا لتحديثها.

تساهم تقنية التزويد المركزي بالأكسجين في تحسين المستوى الطبي للمستشفيات، وتمكين المرضى من تلقي العلاج أو الإنقاذ في الوقت المناسب، وبالتالي إنقاذ العديد من الأرواح. كما أن تركيز معدات هذه التقنية نسبياً يُسهّل الإدارة الحديثة للمستشفيات.

وعلى وجه التحديد، تنعكس الجوانب التالية:

• يتميز خط أنابيب إمداد الأكسجين المركزي بضغط منخفض وهو مزود بأجهزة أمان متعددة، مما يجعله أكثر أمانًا وموثوقية.
• لا يتطلب نظام الإمداد المركزي بالأكسجين نقل أسطوانات الأكسجين إلى الجناح، مما يجعل التخزين والنقل أسهل.
• يتميز نظام إمداد الأكسجين المركزي بقدرة إمداد قوية بالأكسجين، وسعة كبيرة، وضغط مستقر، ويمكنه توفير إمداد مستمر بالأكسجين بتدفق كبير
• يتم تركيب وحدة استنشاق الأكسجين لتزويد الأكسجين المركزي مباشرة في غرفة العمليات وغرفة الطوارئ وأجنحة كل جناح، مما يجعل استنشاق الأكسجين بسيطًا وسهلاً وآمنًا وموثوقًا به
• يمكن أن يؤدي توفير الأكسجين مركزياً إلى تحسين استخدام الأكسجين بشكل كبير، وتقليل عدد موظفي إدارة الأكسجين، وبالتالي تحسين الفوائد الاقتصادية.

يتكون نظام إمداد الأكسجين المركزي في المستشفى من مصدر للأكسجين، وأنابيب أكسجين، وصمام، ومعدات مزودة بوحدة طرفية. ويُستخدم حاليًا كل من قضيب التوصيل، والأكسجين السائل، ومكثف الأكسجين بتقنية امتزاز الضغط المتأرجح (PSA) كمصادر للأكسجين في أنظمة الإمداد بالأكسجين محليًا ودوليًا.

قضيب التوصيل

يتكون نظام إمداد الأكسجين عبر قضيب التوزيع بشكل أساسي من مجموعتين من أسطوانات الأكسجين عالية الضغط (واحدة للإمداد الأساسي والأخرى احتياطية). ويتألف من قضيب توزيع، ومجموعة من أجهزة التحكم الآلية/اليدوية، وأجهزة إنذار صوتية وضوئية، وأجهزة لخفض الضغط وتثبيته، وأنابيب وملحقات. وعندما يوشك مخزون الأكسجين على النفاد، يتحول قضيب التوزيع تلقائيًا إلى مصدر الأكسجين الاحتياطي.

يحتوي جهاز التحكم على مقياس ضغط، ووحدة تحكم للمراقبة، ونظام إنذار، ومؤشرات ضوئية لعرض ظروف التشغيل وتنبيه المستخدم لاستبدال أسطوانة الأكسجين المستنفدة. في حال تعطل جهاز التحكم الآلي، سيتم تشغيل جهاز خفض الضغط الاحتياطي وجهاز تثبيت الضغط لضمان استقرار ضغط إمداد الأكسجين.

الأكسجين السائل

يتكون نظام تزويد الأكسجين السائل بشكل أساسي من خزان أكسجين سائل، ومبخر، وجهاز لخفض الضغط، وجهاز إنذار. يُضاف الأكسجين السائل من خزان الأكسجين السائل في مركبة النقل إلى خزان الأكسجين السائل في نظام التزويد المركزي، وذلك بالاستفادة من فرق الضغط بين داخل وخارج خزان الأكسجين السائل. ويحتوي خزان الأكسجين السائل على طبقة عازلة عالية الضغط لضمان الحفاظ على درجة الحرارة المنخفضة المطلوبة للأكسجين السائل.

ترتفع درجة حرارة الأكسجين السائل بشكل حاد عند مروره عبر المبخر، مما يؤدي إلى تبخره. يُخفَّض ضغط الأكسجين المُبخَّر عالي الضغط بواسطة جهاز تخفيض الضغط، ثم يُضخ بعد استقرار الضغط. عادةً ما يحتوي النظام على خزانين للأكسجين السائل، أحدهما لتزويد النظام بالأكسجين والآخر كاحتياطي. كما يمكن استخدام خزان الأكسجين السائل وقضيب التوزيع معًا، حيث يُزوِّد خزان الأكسجين السائل النظام بالأكسجين، بينما يُستخدم قضيب التوزيع كاحتياطي.

جهاز تكثيف الأكسجين الطبي PSA لتزويد الأكسجين

يتكون نظام إمداد الأكسجين في جهاز تركيز الأكسجين الطبي بتقنية امتزاز الضغط المتأرجح (PSA) بشكل أساسي من ضاغط هواء ومجفف، وفلتر، وجهاز تركيز أكسجين، وخزان تخزين أكسجين، وأنابيب وملحقات. ويمكن تركيب ضاغط أكسجين ومحطة تعبئة في حال الحاجة إلى تعبئة أسطوانات الأكسجين. يستخدم مولد الأكسجين بتقنية امتزاز الضغط المتأرجح (PSA) تقنية إنتاج الأكسجين بنقاوة ≥ 90%، ما يفي بمعايير الأكسجين الطبي.

تعتمد تقنية إنتاج الأكسجين بالامتزاز المتأرجح الضغطي على الامتزاز الانتقائي للأكسجين والنيتروجين بواسطة المناخل الجزيئية الزيوليتية، وتتميز هذه التقنية بأن قدرة الامتزاز تزداد مع زيادة ضغط الامتزاز وتقل مع انخفاضه. يتم امتزاز النيتروجين تحت ضغط عالٍ لإثراء الأكسجين، ثم يُزال النيتروجين الممتز تحت ضغط منخفض، مع إعادة تنشيط المنخل الجزيئي في الوقت نفسه. تُحقق هذه الدورة التبادلية فصل الأكسجين عن النيتروجين وإنتاج الأكسجين.

يمكن تهيئة مولدات الأكسجين الطبية بتقنية امتزاز الضغط المتأرجح (PSA) كوحدة واحدة أو وحدتين. في حالة الوحدة الواحدة، تُستخدم مجموعة واحدة من معدات مولد الأكسجين، ويُستخدم قضيب توصيل أسطوانة الأكسجين كاحتياطي. خلال ذروة الطلب على الأكسجين، يتم تزويد أسطوانة الأكسجين عبر قضيب التوصيل، مما يوفر حلاً اقتصادياً وآمناً وموثوقاً. أما في حالة الوحدتين، فتُستخدم مجموعتان من معدات مولد الأكسجين، مما يُسهّل عملية التخزين والصيانة، مع وجود قضيب توصيل احتياطي للأكسجين كضمان، مما يجعله أكثر أماناً وعملية.

مقارنة البساطة

يتطلب إمداد الأكسجين عبر قضبان التوزيع شراء أسطوانات الأكسجين الطبية بشكل منتظم، وهي معقدة في النقل والتعامل والإدارة، كما تحتاج الأسطوانات إلى صيانة دورية.

يُعدّ الأكسجين السائل تحسينًا كبيرًا مقارنةً بقضبان التوصيل، لما يتميّز به من سعة نقل كبيرة، وكفاءة نقل عالية، وتقليل وقت التشغيل، وانخفاض تكلفة الأكسجين. ويمكن لخزان تخزين أكسجين سائل سعته 3.65 متر مكعب، بعد ملئه بالأكسجين السائل وتحويله إلى غاز بالكامل، أن ينتج 3000 متر مكعب من الأكسجين، وهو ما يتطلب 500 أسطوانة فولاذية، ويبلغ وزن الأسطوانات الفولاذية وحدها حوالي 30 طنًا.

لا تحتاج خزانات تخزين الأكسجين السائل إلى التعبئة إلا مرة أو مرتين شهريًا، إلا أن متطلبات التشغيل أثناء التعبئة عالية جدًا، ويجب أن يكون المشغلون حاصلين على شهادات معتمدة للعمل، وأن يفحصوا ضغط الخرج يوميًا، وأن يقوموا بفحص وصيانة المعدات بانتظام. كما أن إجراءات استخدام الأكسجين معقدة نسبيًا.

يُتيح مولد الأكسجين الطبي بتقنية امتزاز الضغط المتأرجح (PSA) إنتاج الأكسجين في الموقع، ويُنشئ محطة إنتاج أكسجين مستقلة خاصة به. فهو لا يتطلب نقل الأكسجين ولا يعتمد على مصدر أكسجين إضافي. يمكن تشغيل الجهاز تلقائيًا دون الحاجة إلى تعديلات أو معايرة متكررة. يتميز الجهاز بالأمان والبساطة وسهولة الاستخدام. لا يتطلب أي معدات مساعدة أخرى، ويمكن للأكسجين الطبي عالي الجودة أن يدخل مباشرة إلى نظام الأنابيب، مما يجعل إدارة المستشفى أكثر علمية وحداثة.

مقارنة أمنية

يكون ضغط الأكسجين في أسطوانة الأكسجين المستخدمة لتزويد قضبان التوزيع بالأكسجين مرتفعًا نسبيًا، ويبلغ عادةً 15 ميجا باسكال (150 ضغطًا جويًا)، مما قد يتسبب في انفجار محتمل في حال تعرضها لاهتزازات قوية أو اصطدام. ولا يتحكم المستخدم في جودة ونقاء الأكسجين الموجود في الأسطوانة.

يُعدّ الأكسجين السائل أهمّ عنصرٍ يُؤخذ في الاعتبار عند السلامة. تُخزّن كمية كبيرة منه في خزان التخزين. يتميّز الأكسجين السائل بدرجة حرارة منخفضة للغاية (-183 درجة مئوية)، وهو عامل اشتعال قوي. في حال حدوث أيّ تسريب، ستكون العواقب وخيمة. لذلك، يحتاج نظام الأكسجين السائل إلى فحوصات دورية. إذا انفجر القرص المقاوم للانفجار الموجود على خزان الأكسجين السائل، أو إذا اندفع صمام العادم للخارج، فهذا يعني تلف طبقة الفراغ الداخلية للخزان، ويجب إصلاحها وإعادة تفريغها.

يُعدّ وضع خزانات الأكسجين السائل في المستشفيات المكتظة بالسكان أمراً خطيراً. فالأكسجين السائل عرضة للتسرب أثناء النقل والتعبئة، وحتى كمية صغيرة من الشحوم قد تتسبب في نشوب حريق، مما يشكل خطراً على السلامة.

تعمل مولدات الأكسجين الطبية بتقنية امتزاز الضغط المتأرجح (PSA) في درجة حرارة عادية وضغط منخفض (20-40 درجة مئوية، 6-8 ضغط جوي). وهي من حيث المبدأ آمنة تمامًا، وتُعدّ الطريقة الأكثر أمانًا من بين طرق إمداد الأكسجين الثلاث. تُجهّز أجهزة تركيز الأكسجين عادةً بمصدر أكسجين احتياطي لضمان استمرار إمداد الأكسجين في حالة انقطاع التيار الكهربائي، أو إيقاف التشغيل، أو عند زيادة استهلاك الأكسجين فجأة لفترة من الزمن وتجاوزه إنتاج الأكسجين المُصنّف لجهاز تركيز الأكسجين.

مقارنة اقتصادية

يستخدم نظام قضبان التوصيل أسطوانات الأكسجين، المتوفرة عادةً في المستشفيات. كل ما يتطلبه الأمر هو معالجة الأسطوانات ثم تجميعها، مما يوفر تكاليف الاستثمار الأولية.

اختيار طريقة إمداد الأكسجين

نظرًا لأن نظام إمداد الأكسجين عبر قضبان التوزيع يتطلب أقل استثمار أولي، فإنه يُعدّ الخيار الأمثل والأكثر اقتصادية لبعض المستشفيات الصغيرة والمتوسطة الحجم ذات القدرة الاستيعابية المحدودة للمرضى ونقص التمويل. ومن منظور التشغيل الاقتصادي طويل الأجل، يُعتبر مولد الأكسجين بتقنية امتزاز الضغط المتأرجح (PSA) الطريقة الأكثر اقتصادية لإمداد الأكسجين. يتميز هذا النظام بمعامل أمان عالٍ، ويمكن تشغيله وإدارته آليًا وبأسلوب عصري، مما يجعله الخيار الأمثل للمستشفيات الحديثة.

لذا، ينبغي حاليًا أن تستخدم المستشفيات الكبيرة أجهزة تركيز الأكسجين بتقنية امتزاز الضغط المتأرجح (PSA) لتوفير الأكسجين. وفي الوقت نفسه، نظرًا لأن هذه الأجهزة لا تتطلب مصدرًا ثانيًا للأكسجين، ويمكنها توفير الأكسجين بشكل طبيعي باستخدام الكهرباء فقط، فإنها تُعدّ مناسبة أيضًا لبعض المناطق النائية والمناطق التي يصعب الوصول إليها.

أنابيب النظام ومحطات التوصيل

يُنقل الأكسجين من محطة الأكسجين إلى كل طابق (الجناح، غرفة العمليات، مركز الإنقاذ، العيادة الخارجية، إلخ). بعد استقرار الضغط الثانوي، يكون ضغط الأكسجين الخارج 0.1-0.4 ميجا باسكال (قابل للتعديل). يجب ألا تتجاوز درجة الحرارة المحيطة بخط أنابيب الأكسجين 70 درجة مئوية.

يُمنع منعاً باتاً استخدام اللهب المكشوف أو وجود بقع زيتية بالقرب من الأنابيب أو الصمامات. يمكن تصنيع أنابيب توصيل الأكسجين من أنابيب نحاسية أو أنابيب من الفولاذ المقاوم للصدأ. يُعدّ النوع النحاسي أكثر اقتصادية وهو المادة المفضلة وفقاً للمعايير الوطنية.

بعد دخول أنبوب الأكسجين إلى الجناح، يتم توصيله بلوحة التوصيل (وتسمى أيضاً حزام العلاج). لوحة التوصيل عبارة عن مجرى توجيه لمختلف الأسلاك ومجموعة من مكونات طرفية مختلفة للأنابيب.