麻醉机的发展趋势

麻醉机的发展趋势现代麻醉学经过150余年的发展，目前已成为临床医学的重要组成部分。麻醉机也随着麻醉学和电子技术的发展而不断发展，现今已成为麻醉医师施行麻醉的必备工具。自1901年，德国人Johann-Heinrichger及他的儿子制成世界上第一台简单的麻醉机,以后经科技和医务人员的共同努力,麻醉机的功能不断完善,技术含量不断提高,从较简单的麻醉机到现代麻醉机,直至目前的麻醉工作站。麻醉机的基本组成包括：气体流量计，吸入和呼出阀门，报警装置以及麻醉残气清除系统等。其中麻醉呼吸机，挥发罐，呼吸功能监测装置为其核心组成部分，在任何一种麻醉机上都是必不可少的，本文就此介绍一下它们的发展及趋势。一、麻醉呼吸机从手动到电动电控活塞，涡轮式呼吸机的发展麻醉呼吸机俗称“麻醉机的心脏”，由此可见它在麻醉机中的重要性。但是之前进行吸入麻醉时都是通过减压阀对高压气体（氧气）进行减压以后直接输送给患者的，当时只是考虑将氧气简单地提供给患者以便维持其生命，后来发现利用这种方法给患者输送气体一方面输送量控制不准确，另一方面还存在压力不够的情况。所以在第一台麻醉机上采用了手动皮囊的方法，就是通过医生用手在麻醉过程中挤压皮囊来输送气体给患者，这就是最初意义上的“麻醉呼吸机”，准确的说法应该是“人力麻醉呼吸机”。随着麻醉机在临床上的应用的不断推广，医生们发现通过手动皮囊给患者输送气体虽然通过不断的使用和经验的积累，医生能通过手动挤压给患者输送较准确的潮气量，但同时也发现由于需要在麻醉过程中不停地挤压，所以不能很好地观察患者的情况或者需要多位医生同时工作才能保证麻醉的实施，这样的效率实在太低。1911年出现了世界上第一台具有机械通气功能的麻醉机，随着它的问世，医生们就可以从单调乏力的劳动中解脱出来，有更多时间关注患者。尽管这样，但此时的机械通气功能在准确度和使用的简便方面还是不够的，因此在1946年研发出了Model“D”麻醉机，它带有控制面板，可用以控制所有功能部件，这样大大提高了麻醉机的操作方便程度；之后在1952发布了全球第一台自动控制，容量控制的呼吸机“Pulmomat”并在1959年生产出了第一台电动压缩机驱动的呼吸机Spiromat5000实现了对潮气量，呼吸频率以及吸呼比的准确自动控制，初步完成了麻醉呼吸机的自动化，大大提高了医生的工作效率和患者的安全性。随着麻醉学的不断发展，麻醉呼吸机也不断发展成熟，逐渐形成了有气动、气动电控和电动电控三种类型，当前主要以气动电控和电动电控为主导。气动电控麻醉呼吸机是最传统的，常使用密闭室中的风箱作为呼吸机的储气部件，呼吸风箱有上升型和下降型。由于下降型风箱在管道脱开时，风箱的上下活动无异常表现，甚至容量监测装置亦无异常表现，因此目前已较少使用；而上升型风箱在管道发生脱开时，将不再充盈并容易被发现，所以目前得到了广泛的应用。随着临床上对于通气精确度要求的不断提高，1988年出现了第一台电动电控的麻醉呼吸机DIVAN，它使用活塞作为储气部件，活塞由高精度的机械装置驱动，因此开创了“潮气量精确输送”的里程碑，同时由于电动电控的麻醉呼吸机无需高压氧气作为驱动气体，所以大大节约了高压气体的使用量；还有就是电动活塞可在气源失供的情况下抽吸周围空气加压输送给患者，一改传统麻醉呼吸机在无高压气体的情况下就不能正常工作的先河，在麻醉机领域独树一帜，为患者的安全提供了更多的保证。随着小儿麻醉的不断发展，压力控制通气在临床上的应用越来越普遍，麻醉呼吸机也研发出了压力控制通气模式（PCV），这样对于如何精确控制麻醉呼吸机提出了更高的要求。临床上的需求是不断发展的，现在已经把持续通气治疗的概念引入了麻醉过程，因此必须面对在传统麻醉中不会遇到的如何处理患者的自主呼吸的问题。为了满足日益增长的临床需求，麻醉呼吸机可需要更上一层楼。通过不断的研发和投入，已经开发出了最新一代的涡轮式麻醉呼吸机，由于它是一种纯压力源的驱动装置，所以以此为基础可开发出更加先进的通气模式，如Autoflow，BIPAP，APRV等多种能兼容患者自主呼吸并能在术中进行肺保护的高级通气模式，使麻醉机的实际应用范围不断扩大，能适用于原来不能涉足或控制欠佳的麻醉领域。这是麻醉界公认的发展趋势，就是使麻醉机尽可能地应用于包括新生儿甚至早产儿在内的所有患者，还有就是尽可能地应用于所有需要全麻的手术。二、麻药输送从滴麻药，挥发罐，以至革命性电子喷射麻药的发展1842年美国乡村医生Long使用乙醚吸入麻醉给病人做颈部肿物手术成功，这标志着麻药第一次真正用临床实践。之后，1831年分别由Vonliebig、Guthrie和Sanbeiren发现了氯仿；1844年Wells在自己拔牙时吸入氧化亚氮获得成功；1846年麻省总医院成功地为一例大手术施用乙醚麻醉成功；1960年出现氟烷，乙醚结束其100年历史；1963年Terrell合成异氟醚后经Krantz和Dobking等动物实验后于1966年应用于临床；1968年Regan合成七氟醚后经临床实验观察后用于临床；1990年Jones首先在临床上应用地氟醚。随着麻醉药物的不断被发现和应用于临床，麻醉机在麻药的存储和输送上也是在逐渐发展的。1902年，出现了第一个用于氧－氯仿麻醉的氯仿滴注器Reich，它通过调节刻度盘来控制氯仿的每分钟的滴数以达到控制麻药输送量的目的，第一次建立了“定量麻醉”的概念，为现代挥发罐的发展奠定了基础。随着乙醚在临床上应用的不断普遍，1934年诞生了全球第一个麻醉挥发罐“ether”。但既氟烷出现后，乙醚退出了历史舞台，1960年研发出了高精度的氟烷挥发罐Vapor，并用于麻醉机。它的使用是首先人为观察检测到的温度，再对照麻药的浓度-温度曲线，之后通过准确地调节气体流量，来维持相对稳定的麻药输出浓度。虽然操作必须经多步的人为操作且很复杂，但Vapor是真正意义上高精度的（温度代偿）挥发性麻药挥发罐。为了进一步保持恒定的输出麻醉药浓度以及更便于使用，通过在挥发罐的设计、制作材料以及标定方面的持续研究和改进，使之渐渐都具有了完善的温度补偿、压力补偿和流量控制等装置，在操作上也只需简单地通过调节刻度手轮就能准确地设置麻药输出浓度。这样使麻药在临床上的应用更加精确且方便。针对一些特殊的麻药的特点，如地氟醚，专门开发出了带加热功能的挥发罐。上述传统的挥发罐仅能保证麻药在输出挥发罐时的浓度是实际设置的浓度，但不能保证患者肺内的实际效应浓度是医生所设的浓度，也就是经常手的时间延迟现象。还有就是，挥发罐只用通过持续有新鲜气体流过才能带出相应量的麻药，这样使麻药浓度的调节必须依赖于新鲜气体且必须持续输送才能保证整个系统内的麻药浓度，造成的结果是麻药的浪费和起效时间的延长。当前电子工业的发展为挥发罐的进一步研发提供了机会，为了解决上述提到的传统挥发罐的局限性，目前又开发出了新型的电子直接喷射式的挥发罐。这种挥发罐借鉴了汽车工业的设计概念，把麻药的输送技术提高到了一个全新的境界。它的主要原理是新鲜气体和麻药的输送完全分离，这就意味着麻药浓度的调节再也无需依赖于新鲜气体的流量而完全独立出来。通过对系统内和患者吸入呼出麻药浓度的监测和反馈，挥发罐能根据实际需要的或患者实际消耗的麻药量来输送麻药。这样就能在初期进行大量麻药的输送以快速达到所需的设置麻药浓度，在麻醉维持期能根据患者实际消耗的麻药量间断性地补充麻药以维持设置的麻药浓度，在复苏阶段及时关闭挥发罐的麻药输出以缩短患者的苏醒时间。通过上述挥发罐全新技术在临床上的实际应用确实证明了，这样的创新技术不仅在麻药的消耗量上比使用传统的挥发罐有了显著的下降，还在快速达到效应浓度方面大大缩短了延迟时间。这种解决了在麻药输送方面历经百年所困惑的问题的先进技术应该会是将来挥发罐进一步发展的方向。在挥发罐的结构和功能上所作的革新只是挥发罐发展的一个方面，由于计算机技术的层出不穷，软件的革新是一个新的发展趋势。通过软件和硬件巧妙的结合，当今的挥发罐已能与麻醉机进行信息的相互传输，通过采集挥发罐上的信息，如设置值等；然后运用安装在麻醉机上的软件进行进一步的分析和计算后再为麻醉医生提供进一步的参考信息，例如，通过获取挥发罐的设置信息，麻醉机可提供20分钟的麻药浓度变化趋势图，这样就能帮助麻醉医生更安全和自信地驾驭麻醉的整个过程。三、麻醉机功能的系统集成-麻醉工作站大家都知道麻醉界著名的“免费打一针”的故事，通过这个故事我们应该明确地认识到麻醉医生在整个麻醉过程中扮演的重要角色。当然，这个角色的转变是经历了一个被认识的过程的。原来大家都认为手术的成功都是手术医生的功劳，麻醉医生只不过是把患者“麻倒”就可以了，所以对麻醉医生的重要性没有正确的认识。随着社会的不断开放，以及与国际上交流的日益频繁，对于麻醉医生的重要性的认识也愈加明确。现在大家都已经知道，麻醉医生不仅要对患者进行麻醉，这只不过是万里长征的第一步，更重要的是还要持续观察患者的状况是否平稳，维持适量的麻醉深度和镇痛，及时发现可能出现的甚至威胁患者生命的危险，只有在所有状况都处于掌握之中时才能保证手术的圆满成功。麻醉医生的责任如此繁重，如何才能游刃有余呢？既然麻醉机是麻醉医生的必备工具，那它就应该为麻醉医生承担它所应承担的责任，这又对麻醉机提出了进一步的要求。为了满足上述要求，“麻醉工作站”这一新的概念逐渐清晰起来。麻醉工作站的主要部分应包括：一体化的麻醉机和操作界面，高质量的挥发罐，集成化的呼吸回路，功能齐全的麻醉呼吸机，完善的监测、报警及信息管理系统。其中尤其突出的是麻醉机需要完善的监测系统。原来都是把麻醉机看作为一个独立的设备，所以它的基本监测功能会包括气道压力，潮气量和吸入氧浓度，也认为麻醉机的监测就是这些了。但是，随着医疗的复杂程度不断地上升，医疗资源的进一步紧缺，更少的麻醉医生需要关注更多的信息以及面对更复杂的局面。麻醉医生不仅要了解患者气道压力和潮气量的情况，还要了解输送气体内各种成分的浓度情况，除此之外了解患者实时的血液动力学状态也是至关重要的。因此“麻醉工作站”这一新的概念正好符合当前麻醉医生的迫切需求。1988年，华盛顿世界麻醉大会上发布了全球第一台麻醉工作站Cicero。它第一次提出了“综合性操作”的概念，第一次具有了自动自检的功能，第一次使用了可拆卸的集成呼吸回路系统，第一次整合了血液动力学监测系统。至此麻醉机进入了“麻醉工作站”时代，麻醉机的发展也达到了一个新的顶峰！“长江后浪推前浪，一代更比一代强”，计算以技术的日新月异再次为麻醉工作站的进步打开了一个窗口。目前已经出现了通过监测患者的呼末麻药和氧浓度，在计算机的控制下进行自动反馈控制的麻醉工作站。这可能就是未来智能麻醉机的雏形，为将来麻醉机的进一步发展掀开了崭新的一页。四、麻醉监测的发展方向-智能麻醉导航技术麻醉监测的概念在当今麻醉实践领域不断地被延伸，因此不断会有新的技术的涌现。例如在麻醉深度的判断方面，最原始的是通过对患者的一些生理反应来作出大概的判断；后来由于血液动力学监测的不断发展和普遍应用，通过血液动力学参数对患者的麻醉深度有了一个更加准确的间接判断；再进一步通过脑电图的监测获得了更加直观的参考，但是由于脑电图的复杂性使其利用率不能满足临床上简便直观地要求，于是出现了BIS指标，通过对脑电的“翻译”直接呈现给医生患者实时的麻醉深度状况，由于其简单易懂和操作简单，在临床上得到了广泛的应用；当前又出现了智能麻醉导航技术（Smartpilotview），它利用各种麻醉药物和镇痛药物的药代动力学和药效动力学模型以及它们之间的交互作用模型来计算单独或联合用药时患者的实际麻醉深度和预测的麻醉深度趋势，并把结果更形象地显示为类似导航仪的图形，弥补了其他技术的不足，同时使麻醉医生对患者的当前以及将来的麻醉深度一目了然，这样在麻药的使用及联合使用上更加胸有成竹。“山外青山，楼外楼”这句话告诉我们发展是无穷尽的，当然这也适用于现代麻醉学的发展。随着现代麻醉学的持续发展，应该相信麻醉机技术也会随之有进一步的发展和突破以满足未来临床的更进一步的需求