13通气机_麻醉设备学

第十三章通气机麻醉设备学安医大二附院李加荣2Abstract呼吸机是临床使用的肺通气装置。它只能起到将气体送到肺内和排出肺外的作用，并没有参与呼吸的全过程，并不能代替肺的全部功能（指换气功能）。所以有人认为将其称之为通气机更为确切。我们所谈到的呼吸机的功能实际上是指它的通气功能。3机械通气作用：替代和改善外呼吸，降低呼吸做功适应症：1.严重通气不良；2.严重换气障碍；3.神经肌肉麻痹；4.心脏手术后；5.颅内压增高；6.新生儿破伤风使用大剂量镇静剂需呼吸支持时；7.窒息、心肺复苏；9.任何原因的呼吸停止或将要停止。禁忌症：没有绝对禁忌症。肺大泡、气胸、低血容量性休克、心肌梗塞等疾病应用时应减少通气压力而增加频率。4机械通气机械通气的四类基本通气模式：1．体外间歇负压通气(IntervalNegativePressureVentilation，INPV)体外通气机将患者躯干置于铁肺密闭箱内，患者头部置于箱外，通过箱内负压扩张胸廓使气道压低于大气压，形成人工吸气；呼气期箱内负压解除，胸廓弹性回缩自然呼气。2．正负压通气(Positive．NegativePressureVentilation，PNPV)吸气期气道压高于大气压，气体压入肺内；呼气期气道压低于大气压吸出肺内气体。5机械通气机械通气的四类基本通气模式：3．间歇正压通气(IntervalPositivePressureVentilation，IPPV)。吸气期气道压高于大气压，气体压入肺内；呼气期气道压与大气压平衡，胸肺弹性复位，驱使肺内气体呼出。IPPV是目前应用最广的基本通气模式，附加特定功能可以衍生出多种通气模式。4．持续气道正压(ContinuousPositiveAirwayPressure，CPAP)呼吸气路内提供持续气流经限压阀排出，吸气期和呼气期气道压始终高于大气压。6铁肺--1黛安妮奥德尔在3岁时患上严重的小儿麻痹症，从此她的人生就只能被限制在一个7英尺长、750磅重的金属箱子(人工呼吸机)里。6岁的时候，医学界研制出了小儿麻痹症疫苗。但是对于奥德尔来说，疫苗已经问世得太晚。58年来，奥德尔一直在这个厚重的金属箱子里度过，由她的父母以及其他家人照顾，后来又有好心人为她建立了一个非营利性的基金会，出资聘请助手专门照料她。7铁肺--2在人工呼吸机里，奥德尔只有颈和头部露在机器外面，她只能通过镜子与来访者进行眼神交流。此外，奥德尔还学会了如何用一个细小的吹气管控制电视开关，并且通过有语音识别功能的电脑进行写作。由于奥德尔脊柱畸形，因此只能一直使用老式的人工呼吸机。她顽强地拿下了高中毕业证，参加了大学的课程，还被授予荣誉学位，她甚至还利用一部可以进行语音识别的电脑写了一部儿童读物。8铁肺--32008年5月28日凌晨，暴风雨袭击了整个田纳西州，顷刻间狂风大作、暴雨倾盆。突然，整个杰克逊镇的电路中断了！警觉的弗里曼立刻冲到客厅，开启自备发电机，然而紧急关头，自备发电机竟然无法启动。弗里曼情急之下，试图用手动方式去开动“铁肺”，过去他曾数次用同样的方法挽救回女儿，然而这一次，“铁肺”却没有恢复工作。弗里曼不停地为女儿施行人工呼吸，然而这一切已经迟了，凌晨3点，和生命赛跑了61年的黛安妮离开了这个世界……9Phylogeny--11543年，Vesalius首次对猪进行气管切开并置入气管导管成功，证实通过气管导管施以正压能使肺膨胀。1667年，Hooke在狗身上成功重复了这一实验并首次应用风箱技术成功地进行了正压通气。1792年，Curry首次在人身上成功进行了气管插管。此后这种简单的由手动进行人工通气的风箱技术在欧洲较广泛地被用于溺水者的复苏。1832年Dalziel设计出一个箱式负压装置，通过箱内的压力变化而进行通气，但是它需要人工提供动力。1928年10月，Drinker和Shaw用他们研制的一台被世人称为铁肺的箱式体外负压通气机治疗一个因脊髓灰质炎呼吸衷竭而昏迷的8岁女孩获得成功，从而开创了机械通气史上的一个里程碑。10Phylogeny--2在30至40年代欧美脊髓灰质炎大流行时，铁肺、双人铁肺、胸甲式和带式等体外负压通气机大量应用于临床，尽管取得了一些效果，但其固有的缺陷暴露无遗：一是疗效极低，其治疗呼吸衷竭的总死亡率高达80%，对战伤所致的急性呼吸窘迫综合征（ARDS）的治疗未获成功；二是气道管理困难，气道分泌物难以排出；三是不能应用于外科手术麻醉中。19世纪末20世纪初，由于人工气道技术的完善和喉镜直视下气管插管方法的建立，正压通气方法在外科和麻醉学科领域得到较为迅猛的发展。1940年第一台间歇正压通气(IPPV)麻醉机发明成功并应用于胸外科手术患者和战伤ARDS的抢救中，获得成功。11Phylogeny--31946年，美国Bennett公司研制出第一台初具现代呼吸机基本结构的间歇正压呼吸机并应用于临床。自此气控-气动压力限制型呼吸机一度成为正压通气机的主流形式。这一时期的主要代表机型为BennetPR-1A和BirdmarkVII等，属于现代第一代呼吸机。但在临床实践中发现这类正压呼吸机常常不能保证有效的潮气量。为弥补这一不足，设计者们首先开发了容量监测功能装置，然后开始探索研制容量限制型呼吸机。1950年，瑞典的Engstrom研制出世界上第一台容量转换型呼吸机，标志着第二代呼吸机的诞生。自此，正压通气技术达到了一个新的水平。12Phylogeny--4这些早期的现代呼吸机采用的是活塞、风箱等气控、气动机械性技术，灵敏性不高，监测功能不完善。至60至70年代，随着物理学的发展，电子技术被引进到呼吸机的设计中，气动能源实现了电子设备控制；由电位计所控制的容量压力监测系统和报警系统亦开发出来，这些都大大方便了临床实践。这一时期，随着大量临床经验的积累和研究，一些新的机械通气观念和技术得以发展和应用，如呼气末正压(PEEP)、持续气道正压(CPAP)、间歇指令通气(IMV)、同步间歇指令通气(SIMV)和T型管技术。13Phylogeny--5自80年代以后，第三代呼吸机开始广泛应用于临床。它们功能齐全、性能先进、可靠耐用，集定压、定容于一体，兼容多种新的通气模式，部分机型还具备智能化功能。其特点具体表现在：A.活塞风箱和机械性活瓣应用减少，代之以电子模拟装置，重要部件具有双重性结构，故障发生率低，安全可靠。B.附属加温加湿功能更加充分，部分机型还带有气道雾化给药装置。C.吸入氧浓度的调节更加灵活，随意性更大。D.辅助通气的功能元件灵敏度提高，反应时间缩短，多不超过150ms；开发出流速触发时的阻力和呼吸功消耗，使自主呼吸更易与呼吸机协调同步。E.增加了吸气流速波型变化、吸气暂停、深吸气等有益的特殊功能。14Phylogeny--6F.开发出多种新的通气模式，其中部分模式具有智能化功能，如压力支持通气(PSV)、压力调节容积控制通气(PRVCV)、容积支持通气(VSV)、压力释放通气(PRV)、双相气道正压通气(BiPAP)、适应性支持通气(ASV)、适应性压力通气(APV)和容积保障压力支持通气(VAPSV)等，其共同特点是较以往辅助通气模式更加接近生理状态。G.监测、警报系统更加完善，应用了自动反馈调节系统和自动较正系统，使调节更加简单，增加了安全性。部分机型还具有相应的通讯接口，可连接计算机和监护仪，为临床提供更多的资料和数据。H.一机多能，同一型号呼吸机既适用于成人又可用于儿童，集压力、容积、时间及流速切换于一身，扩大了应用者的选择范围。15呼吸机的分类压力方式：体外式负压呼吸机：早期的铁肺、胸甲式呼吸机作用于气道的正压呼吸机：现代呼吸机均为此类型(吸气→呼气)切换方式：压力切换型容积切换型时间切换型流速切换型联合切换型通气频率：常规频率呼吸机高频喷射呼吸机：可控制在1～20Hz高频振荡呼吸机：频率在50Hz以上16间歇正压通气周期间歇正压通气机工作周期由吸气期和呼气期两个时相构成。每个通气周期都要经过吸气启动、肺充气、呼气切换和肺排气四个物理过程，其中吸气启动和肺充气构成通气机的吸气期，呼气切换和肺排气构成通气机的呼气期。每一步过程通气机都要完成一定的机械操作。工作周期17间歇正压通气周期吸气启动：通气机由呼气期或静息状态转为吸气期的机械转换过程称。在辅助通气(同步呼吸)时又称为触发(Triggering)。吸气启动时，通气机要完成的机械操作包括：①开放输气系统输出气体；②关闭呼气阀。肺充气：通气机向肺内输送气体的过程。压力输气系统以压缩气体释放气体的形式向肺内输送气体；容量输气系统以容积转移的形式向肺内输送气体。此期间通气机需要完成的机械操作包括：①保持呼气阀关闭状态；②输气系统持续输出气体；③限定输出气体的流率、时问、容量、压力等物理参数。18间歇正压通气周期呼气切换：通气机由吸气期转为呼气期的机械转换称为呼气切换。有时又称为预调，通气机呼气切换要完成的机械操作包括：①输气系统停止输出气体；②开放呼气阀。肺排气：通气机停止送气，肺内气体排出体外的过程。此期间通气机需要完成的机械操作包括：①输气系统持续关闭状态；②呼气阀保持开放状态，肺内气体在肺泡回缩力驱动下经呼气阀排出呼吸气路；③限定呼气时间、呼气末气道压，特殊情况下还要限定呼气流率。19呼吸机基本结构主机(ventilator)：正压呼吸控制器、通气模式控制器、持续气流控制器、空氧混合器、压力感受器、流量感受器、呼气末正压发生器、触发装置、阀门系统、报警及监测装置等(由微电脑及电路等控制)。空气压缩机(compressor)：中心供空气时不需要工作。外部管道系统：吸气管道(inspiratorytube)、气体加温湿化装置(humidifier)、呼气管道(expiratorytube)、集水杯。20呼吸机的组成动力系统：将高压气源或电源转换成为安全能源，提供通气机运行动力。控制系统：调控通气频率、呼气和吸气时间比例等时相参数，使通气机能够自动运行。输气系统：调控流率、潮气量、气道压等气量参数，输送吸入气体呼吸气路：通气机与患者之间的连接管道。安全监控系统：监测通气力学指标判定异常情况，发出声光报警，保证使用安全。21呼吸机的组成--动力系统医用氧气源是通气机的主要动力气源，也是通气对象的主要吸入气体。相关部件的原理和安全要求与麻醉机供气系统相同。压缩空气源可来自高压储气钢瓶或中心供气系统，也可由医用空气压缩机供应。22呼吸机的组成--动力系统空氧混合器，是调节吸入氧浓度的气路组件。减压后的压缩氧气和压缩空气，先经两级压力平衡，再由空氧配比阀调节混合输出。气压平衡器同轴阀在传感皮膜的连带下总是向压强较低的一侧偏移，低压气源的阀间隙扩大，通过流量增加；而高压气源的流量减小，使得进入配比阀的两路气源压力相等。配比阀的阀芯由手动调节，调节输出气体氧气含量，输出气体最低氧浓度为21％。23呼吸机的组成--动力系统气源安全切换阀气压平衡阀在一种气源气压过低或丧失的情况下，会切断气源。为保证气源供应，设置气源安全切换装置。在正常情况下，两个气源互相连锁，均无输出，通气机由空氧混合器配比阀供气。如果氧气意外中断，氧气皮鼓复位，空气气源通道开放，压缩空气输出，维持通气机的动力。反之，空气中断，氧气输出维持动力供应。24呼吸机的组成--控制系统--机械控制1.机械容量控制原理25呼吸机的组成--控制系统--机械控制双稳态触发器机械容量切换控制原理适用于具有风箱的通气机，关键部件是机械双稳态触发器。下触点受压使阀块上移封闭控制气流的出口，控制气流的气压使其停留在上位，触发器处于关闭位。上触点受压使阀块下落，触发器处于开位，控制气流放空。26呼吸机的组成--控制系统--机械控制触发器（R）设在风箱底部，接通气源后控制气路中输入恒定控制气流。呼气末触发器下触点受压关闭，控制气路内处于高压状态，通气阀关闭。输入气体驱动风箱慢慢扩张压缩弹簧。当触发器上触点碰到潮气量调节限位器时，触发器上触点受压切换为开位，控制气流放空，控制气路压力消失，通气阀开放。风箱在弹簧作用下输出气体，开始吸气期。当风箱复