呼吸生理及呼吸机原理-汪均陶

呼吸机培训教材TMHealForceDevelopmentLtd.ShanghaiNisonIndustrialLtd.力康发展有限公司上海力新实业有限公司呼吸科汪均陶作者:上海力新实业有限公司技术部上海市第一人民医院目彔•呼吸器官的解剖•心脏循环•呼吸生理•呼吸机的构成•呼吸机的设置•PB-呼吸机系列产品介绍•其他品牌的产品第一章呼吸、循环解剖学呼吸器官可分为1.上呼吸道2.下呼吸道.3.肺脏.肺功能分为通气和换气.通气即空气靠胸廓和横膈运动使空气经气管吸入和呼出肺脏.而换气是空气中氧气从肺泡进入肺毛细血管血液中,二氧化碳正好相反.上述的气体交换即弥散:即气体分压从高的一侧透过“肺泡-毛细血管壁”膜向分压较低的一侧扩散.呼吸气体经上.下呼吸道往返于肺脏为人体提供氧和排出二氧化碳.1.呼吸器官←上呼吸道↓肺泡肺泡是气体交换基本单位(场所).人体左.右两肺的肺泡其表面面积共约70-100平方米.在静息情况下为身体摄取约250毫升的氧,並排出200毫升的二氧化碳.(R.Q=0.8)1-1.肺泡上呼吸道由鼻腔和咽喉所组成.鼻腔除嗅觉外,对吸入的空气尚具有清洗.加温.和湿化的作用.气管插管由鼻孔或口腔均需经上呼吸道插入总气管内.1-2.上呼吸道鼻腔咽喉*鼻腔功能其鼻毛清除空气中的塵埃.*鼻腔表面存在大量血管散发热量加温吸入空气.*其腺体分泌物使鼻腔湿润也湿化了空气.*不论外界温度是多少?吸入的空气经鼻腔湿化且加温至32度C.1-2-1.鼻腔纤毛毛细血管粘液腺呼吸机吸入气过滤器有似鼻纤毛作用↓加温↓湿润咽喉功能是运输食物和空气.吞咽时口腔顶部软颚向上移动封闭鼻腔,会厌问下盖住总气管口食物能顺利进入食管中.呼吸时软颚和会厌相反动作,使空气进入下呼吸道和肺.1-2-2.咽喉↙软腭↖会厭喉部被会厌所覆盖,吞嚥时盖住喉上部的开口吞咽过程中声带完全关闭.总气管最狭窄处在声带,经声带空气进入气管.总气管长约10-12公分内径为2-2.5公分.气管粘膜覆盖着纤毛,纤毛将粘液和外来物向上运动输送至喉部经咳嗽咳出或吞入食管内(食管在气管壁的后侧).1-2-3.喉部和总气管喉部总气管1-2-4.纤支镜下的咽喉部会厭咽喉右角狀小节1-2-5.纤支镜下声门左声带声帶皺襞声门下呼吸道由喉,总气管和气管树所组成.气管树分叉到两肺再各自分叉到肺叶,段,亜段支气管等共有二十三代.1-3.下呼吸道←下呼吸道1-3-1.纤支镜下的总气管隆突软骨环左总支右总支气管膜部1-3-2.纤支镜下的隆突隆突:即左、右总支气管分叉处称隆突.隆突左总支右总支膜部1-3-3.纤支镜下左总支气管左总支:左上角为左上叶开口,中心处为下叶开口.↑左总支气管膜部左上叶开口左下叶开口1-3-4.纤支镜下右上叶开口右上叶开口再分叉成三个“段支气管”.↙分嵴↘胸廓内总气管分为左右总支气管各自进入左右两肺.总支气管分叉为较细的叶.段.亜段等细支气管最后为肺泡(气体交换场所).细支气管管壁缺少软骨,成人平卧或发炎在呼气末易导致细小支气管闭合而产生内源性呼气末正压(即PEEPi或Auto-PEEP).正常约3cmH2O.1-4.气管树1-4-1.气管树的分叉(共23代)↓右侧↓左侧纤支镜仅能見及第五、六级支气管*23岁健康人车禍死亡,生前肺部无任何疾病.*圖中可見及覆蓋在支气管粘膜的纤毛向上擺动以清除分泌液、或痰液、吸入的异物分子.*园颗粒为细菌.1-4-2电镜下支气管粘膜的纤毛细胞48岁重度吸烟,30支/天,慢性支气管炎.右上角及左下侧尚可見为正常的纤毛.被损坏的纤毛似班秃样其上有红细胞和稍大的杯狀细胞.1-4-2a.电镜下所見被损坏的纤毛细胞重度吸烟者:40支/天.圖中右侧为正常的纤毛细胞,其上小园点为细菌.左侧覆蓋一层粘液痰其上也有细菌.←痰液→1-4-2b.纤毛上的痰液肺分为左、右两肺,左肺有两叶肺,右肺有三叶.叶分为段段再分为小叶,与末梢支气管相连的是肺泡.肺泡周圍环繞毛细血管.空气抵达肺泡提供氧气给毛细血管中的红细胞,而二氧化碳则从毛细血管中排至肺泡(即气体交换).1-5.肺及肺泡右上叶中叶下叶1-5-1.右肺标本•兒童的右肺,标本取自一岁孩子死于車禍.•正常人:右肺有三叶肺,左肺有二叶,左、右两肺共五叶.•肺表面色泽完全正常充满生命活力,此由于吸入被污染的空气为时不长.在呼气过程中肺内压稍高于大气压,肺内压和胸腔内压均比自发呼吸时的压力稍高一些.1-5-1a.肺泡标本•21岁年青人:开鎗自刹.•肺表面色泽红润有光泽充满活力.•此系正常肺,无煤灰或肺气肿的痕跡.•剖面后的小囊即是肺泡.1-5-1b.电镜下的肺泡*健康年青人死因车禍.*圖片中心和边缘部份是肺泡之间的间隔.*圖片中深暗部即肺泡.1-5-2.老年人肺标本•此系65岁老年人的肺,死于心肌梗塞.•肺表面色泽无光泽不光滑,黑点由于长年累月吸入污染的空气,塵埃中含煤灰所致.•此为左肺看似三叶实质是二叶只是左上叶包含了称之谓舌叶所致.自发呼吸:休息时吸气肺内压和胸腔内压差为8cmH2O.1-5-2a.肺气肿的肺表面老年人的肺表面,死于II型呼吸衰竭.肺表面呈扩大的气肿样,其黑点系吸入含煤塵所致.此为嚴重肺气肿.其他吸气肌是连结肋骨外部的外肋间肌,其向上向外提起胸廓完成吸气.呼气是被动的因肺和胸廓的弹性回缩力所致.1-5-2b.老年人的肺泡•65岁的老人死于II型呼吸衰竭.•肺的剖面可見及肺泡和沉积大量黑色煤塵.•有的肺泡呈大泡狀此即肺气肿.气管一般衍生至二十三代,从第十代开始细小支气管的内径小于1m.m.在第16代前的支气管(解剖死腔)仅是运输气体的区域.从16代至23代呼吸支气管及肺泡才是气体交换场所.1-5-2c.气体交换场所解剖死腔气体交换区两肺均有胸膜所包裹分脏层和壁层,两层之间有微量液体,脏层包裹着肺,壁层覆盖在胸壁侧,这两层之间是胸腔存在着恒定的负压.吸气时因胸廓扩张产生较大的负压使肺扩张导致空气吸入肺内,至吸气末肺内压与大气压平衡压力为零,呼气末也如此(即正常时吸气为负压)而呼气开始时稍正压,呼气末恢复为零.1-6.胸膜腔脏层壁层肺内压胸内压肋骨1-6-1.肺内压和胸腔内的压力变化休息时自主呼吸的肺内压与胸内压之差为8cmH2O.机械通气时,肺内压高于大气压,肺内压和胸内压均比自主呼吸时稍高一些.↓肺内压↑胸内压机械通气↙肺内压↑胸内压自主呼吸↑吸气↓呼气1-6-2.横膈横膈是一层平坦的肌肉片附在下部肌骨将胸腹腔分开.它是主要的呼吸肌肉.吸气时横膈向下移动,呼气时回复原来位置,上下移动范圍为7-10公分.吸气呼气1-6-3.吸气力和弹性回缩力吸气时因横膈下降和胸廓扩张导致肺泡呈负压两使空气进入肺泡.呼气时因肺和胸廓弹性回缩力使肺泡压大于大气压使气体排出肺外.若气道阻塞腹部肌肉和内、外肋间肌协助胸廓向内向下移动而排出气体.吸气肌力吸气呼气肺弹性﹣2﹢21-6-4.呼吸时气管内径的变化吸气时因胸廓扩张和横膈下降,气管长度及内径均增大,肺泡充气.呼气时则相反.休息时呼吸作功很小,病理条件下作功增加,呼吸肌本身氧耗也增加.机械控制呼吸时呼吸作功由呼吸机承担.←气管内径→吸气呼气1-7.循环系统循环系统由心脏、动脉、静脉、毛细血管和它们中间所含血液所组成.循环系统将来自肺部带氧的动脉血运输至细胞,同时将携满二氧化碳但缺少氧气的静脉血运输至肺部吸收氧气排出二氧化碳.血液占人体重8%,血液分为两部份其中红血球、白血球和血小板占血液总量45%,(即血球压积)剩余的是血浆占55%.1-7-1.心脏剖面圖412213561.右和左心房2.右和左心室3.下腔静脉腔4.肺动脉5.肺静脉6.主动脉7.上腔静脉71-7-2.动、静脉血管系统全身的动脉由主动脉分支出来将含有丰富氧气和养料输送至各脏器.全身的静脉将血液(含较多的二氧化碳)经上、下腔静脉返回心脏.全身的毛细血管网是氧气、二氧化碳和其他养料在血液和细胞之间交換的场所.呼吸、循环系统的总结呼吸系统功能是提供细胞所需的氧气並将代谢产生的二氧化碳排出肺外,循环系统为上述过程提供运输的支持.呼吸系统由鼻、咽喉、胸廓、气管、支气管、肺、肺泡所组成.鼻腔有加温、湿润和清洁空气作用.气管、支气管为空气进入肺泡提供了通道.肺泡是气体交換的场所.循环系统包含心脏、血管和血液,红血球是血液中氧和二氧化碳的携带者.心脏作用是将血液泵入血管运输至全身各脏器.血管分为动、静脉,动脉将血液带离心脏,静脉将血液带回心脏.毛细血管是血液中的气体、养料和代谢产物的交换场所.第二章呼吸生理呼吸生理目彔外、内呼吸过程呼吸生理引言肺容量肺顺应性呼吸阻力呼吸作功通气功能气体分佈弥散功能通气/血流比2-1.外、内呼吸的过程呼吸机的作用I-STAT细胞2-2.呼吸生理引言呼吸系统和循环系统互相配合,从全身静脉血(含较多的CO2)返回至右心室经肺部摄取氧並排出CO2.左心室将动脉血(含较多的氧)经动脉、毛细血管将O2运输至各脏器(细胞)供代謝之用,並帶走CO2(即静脉血).通气→分佈→弥散→气体交換.(血气分析是结論).2-3.肺容量•潮气量(Vt):一次呼吸的吸入气体量或呼出量.•肺活量(VC):一次最大吸气后完全呼出气量.•残气量(RV):最大呼气后残留在肺内的气体量.•功能残气量(FRC):平静呼气未残留在肺内的气体量.←呼气基线(呼气末压力为零)VtFRCRV2-4.肺顺应性•肺顺应性代表肺的扩张性,它是肺容量改变随肺泡压力改变而变化.•CL=肺容量改变/肺压力改变.(ml/cmH2O).•CL与压力呈负相关,与容量呈正相关.•静态CL反映肺组织弹性阻力.•动态CL兼受气道阻力影响.高顺应性低顺应性2-5.呼吸阻力气道对气体流速(量)所存在的阻力,(cmH2O/L/S)呼吸机输送气体到肺泡所须的压力,以克服此阻力.阻力决定于气道的长度、内径、分叉和内壁情况,及气体流速的形态.形态呈层流即阻力低.湍流产生漩涡而阻力高.阻力尚决定于流速大小呈正相关.层流↑湍流↑2-5-1.呼吸阻力举例分泌物过多痉挛粘膜水肿分泌物过多花生米→肺气肿肺泡挤压2-6.呼吸作功呼吸肌活动消耗能量克服呼吸器官的弹性和非弹性阻力即呼吸作功.上圖:正常的平静呼吸.中圖:呼吸道有阻塞情况下的呼吸,吸气和呼气均作了较大的功.下圖:肺或胸廓扩张受限制时吸气作功大而呼气作功小.兰色＋橙色﹦呼吸所作的功正常阻塞限制PEEPi2-7.通气功能肺容量是某个解剖位置所测的容量(静态),若加上时间因素即为通气.(动态)每分钟通气量=潮气量×呼吸频率(次/每分钟)每分钟肺泡通气量=(Vt-解剖死腔量)×次/分解剖死腔量:即上、下呼吸道的本身的容积(量)它们不參与气体交换.肺泡死腔量:即肺泡通气不足或肺泡周圍毛细血管血流灌注不足所造成的无效通气量.生理死腔=解剖死腔+肺泡死腔.2-8.气体分佈吸入气体理論上应均匀分佈于每一个肺泡,事实上仅相对均匀,但不影响换气功能.1.分佈不匀原因:解剖位置、肺部重力梯度改变、肺扩张的程度、气道阻力和肺顺应性等各因素.2.分佈不匀的结果:a影响进入肺泡气体量即肺泡通气量.b使肺泡通气量/肺血流量的比例失调,正常为4/5=0.8,大于0.8或小于0.8均不利于气体交換.c.最后导致PaO2的降低2-9.弥散弥散:是O2从肺泡扩散至肺毛细血管血液中和红血球结合,而CO2从血液中扩散至肺泡排出体外.CO2的弥散率O220倍.弥散障碍以肺泡面积减少为主要因素,以通气/血流的比例失調为常見因素.肺泡肺毛细血管红血球血浆2-9-1.弥散在肺泡在肺泡空气中氧经弥散通过肺泡-毛细血管膜与血液中红血球结合,氧弥散能力稍差,提高氧浓度有利于弥散(呼吸机氧浓度可调源于此.)在肺毛细血管中的CO2经弥散进入肺泡随呼气排出体外.CO2弥散能力强PA-vDCO2约6mmHg.在细胞处毛细血管血中的氧直接弥散供细胞用.肺泡肺毛细血管细胞吸入气静脉血动脉血PO22-9-2.弥散在细胞在细胞毛细血管动脉端提供氧气给细胞.在细胞毛细血管静脉端细胞新陈代謝产物之一CO2弥散进毛细血管.肺泡-毛细血管壁膜增厚、损害即影响氧的弥散而CO2受影响很小.