急救醫(yī)療設(shè)備----呼吸機

        正常人的呼吸是由呼吸中樞支配呼吸肌有節(jié)奏地張弛，造成肺內(nèi)壓力變化來完成的。 當(dāng)肺內(nèi)壓力大于外部大氣壓時呼氣；當(dāng)肺內(nèi)壓力低于外部大氣壓時吸氣。吸人的氣體與血液中的氣體進行交換，結(jié)合氧氣，排出二氧化碳，進而血液中被結(jié)合的氧氣又與組織中氣體 進行交換，這就是呼吸的完整過程。在通常情況下，正常人主要通過自己的呼吸攝取空氣中的氧氣來滿足各器官組織的氧化代謝需要。如果呼吸系統(tǒng)受到損傷，如藥物中毒、溺水、休克，或由于其他生理功能的紊亂引起呼吸衰竭，單靠患者不健全的呼吸功能已不能夠或根本不能滿足各器官對氧氣的需求，這時就需要借助呼吸機對患者進行搶救治療。呼吸機是可以代替人或輔助人的呼吸功能的儀器，能增加肺通氣量，改善呼吸功能，減輕呼吸功消耗，節(jié) 約心臟儲備能力。它能幫助患者吸收氧氣、排山二氧化碳，是挽救某些危重患者生命的重要工具。利用呼吸機，可幫助患者提高肺通氣量，以解除患者缺氧和二氧化碳在患者體內(nèi)的滯 留，改善患者的換氣功能。 呼吸機從用途上可分為嬰兒型、兒童型和成人型三種。根據(jù)動力來源可分為氣動機械呼 吸機、電動機械呼吸機、電控氣動機械呼吸機。根據(jù)呼吸切換方式又可分為定壓型呼吸機、定容到呼吸機和定時型呼吸機等。按照與患者的連接方式分為：無刨呼吸機和有創(chuàng)呼吸機。

        一、呼吸機基本原理
        由于人類肺泡的膨脹和收縮與大氣壓之間的壓力差形成了呼吸功能。呼吸機的基本原理就是用機械的辦法建立這一壓力差，從而實現(xiàn)強制的人工呼吸過程。呼吸機工作原理如 圖9—l所示，“l”為呼氣單向閥，“2”為空氣進入單向閥，“3”為吸氣單向閥。 

        呼吸機丁作原理就是從呼吸道開口處，如口 腔、鼻腔或氣管插管、套管，用機械方法直接施壓，壓力超過肺泡壓時，空氣即自體外通過管道流向肺 泡，產(chǎn)生通氣；除去呼吸道開口的壓力，并依靠胸廓及肺的彈性回縮力，肺泡壓大于大氣壓，肺泡里氣體從肺泡排出，產(chǎn)生呼氣；待肺泡壓降至等于大氣壓時，呼吸停止。呼吸機控制過程為：①吸氣過程：風(fēng)箱壓縮風(fēng)箱內(nèi)氣壓增大單向閥“1”關(guān)閉（橡 皮瓣膜向外鼓起）單向閥“2”關(guān)閉單向閥“3”打開吸氣通道打開空氣經(jīng)面罩進人患者呼吸道到達(dá)肺部；②呼氣過程：風(fēng)箱伸展風(fēng)箱內(nèi)氣壓減小橡皮瓣膜復(fù)位單向閥“l”打開（呼氣通道打開）單向閥“3”關(guān)閉（吸氣通道阻 斷）肺部氣體經(jīng)呼吸道、面罩和閥門“l”向外排出氣體；同時．單向閥“2”打開，空氣進入風(fēng)箱，為下一次吸氣過程作好準(zhǔn)備。呼吸機就是如此往復(fù)循環(huán)工作，從而建立起人工模擬的肺臟呼吸功能。

        二、呼吸機組成結(jié)構(gòu)
        呼吸機主要由電子控制系統(tǒng)和氣路系統(tǒng)兩大部分組成。氣路系統(tǒng)部分是一個氣體傳送 系統(tǒng)，包括氣體供應(yīng)（氣體儲存、壓力支持）、氣體傳輸、壓力流量監(jiān)測和校正。壓縮空氣、氧氣按所需的比例混合后，通過管道及相關(guān)伺服閥門以設(shè)定的氣壓、流速送到患者端。流量傳感器將測量到的實際值反饋回電子控制部分，并與面板設(shè)置進行值比較，通過控制伺服閥門 來調(diào)節(jié)吸人和呼出氣體。電子控制部分的主要功能是控制呼吸機以一定的頻率、潮氣量進 行通氣，同時監(jiān)測相應(yīng)傳感器的反饋數(shù)據(jù)，超過限定范圍時報警提示。 呼吸機在動力系統(tǒng)的作用下．使一定比例的空氣和氧氣通過吸氣模塊、濕化器和吸氣管道進入患者的呼吸道．呼出氣體則經(jīng)過呼氣管道和呼氣模塊呼出（圖9-2）。由于呼吸機有 很多參數(shù)需要調(diào)節(jié)，通常有一個很復(fù)雜的操作面板，新型的主機都帶有較大的顯示屏幕，不 僅可通過圖形界面以菜單選擇的方式選擇呼吸參數(shù)，而且能夠動態(tài)顯示通氣參數(shù)和波形，從 而使機械通氣治療更加直觀和安全。下面重點介紹呼吸機的幾個核心部件：

        （一）機械呼吸機的動力 機械呼吸機的動力來源于電力、壓縮氣體，或二者的結(jié)合。壓縮氣體由中心供氣管道系 統(tǒng)提供或由呼吸機可配備的專用空氣壓縮機產(chǎn)生。

        1.氣動機械呼吸機氣動機械呼吸機完全以壓縮氣體為動力來源。由高壓壓縮氣體所產(chǎn)生的壓力，通過機械呼吸機內(nèi)部的減壓閥、高阻力活瓣，或通過射流原理等方式調(diào)節(jié)，形 成穩(wěn)定的氣壓源，為機械通氣和各種氣動控制部件提供驅(qū)動壓力。目前，這種完全氣控氣動的呼吸機已很少見。

        2．電動機械呼吸機單靠電力來驅(qū)動并控制通氣的呼吸機稱為電動機械呼吸機。電動呼吸機通過電動機帶動活塞往復(fù)運動的方式來產(chǎn)生機械通氣，或通過渦輪泵產(chǎn)生壓縮氣體作為機械通氣的動力。電動機械呼吸機也需要應(yīng)用壓縮氧氣，但其目的只足為了調(diào)節(jié)吸 人氣的氧濃度，而不是作為動力來源。 3電控氣動機械呼吸機電控氣動機械呼吸機需要壓縮氣體及電力二者同時提供動力。壓縮空氣及壓縮氧氣按不同比例混合形成的壓縮混合氣體，既提供適當(dāng)氧濃度的吸人氣體，也供給了產(chǎn)生機械通氣的動力。與氣動機械呼吸機不同的是，通氣的控制、調(diào)節(jié)及各 種監(jiān)測、警報系統(tǒng)是電力驅(qū)動的。

        （二）呼吸機的調(diào)控系統(tǒng) 早期呼吸機的調(diào)控方式有兩種形式：一種是直流電機驅(qū)動的呼吸機，通過電壓的變化，使 其轉(zhuǎn)速發(fā)生改變，來控制VT、I：E（吸呼比）等參數(shù)；另一種是用壓縮氣體作為動力的呼吸機，通過針形閥作為可變氣阻，來控制吸氣和呼氣過程及其轉(zhuǎn)換。現(xiàn)代呼吸機大多數(shù)是電子控制的機械呼吸機，它采用各種傳感器，來“感知”呼吸力學(xué)等情況的變化，并經(jīng)過微電腦分析處理后，發(fā)出指令來自動調(diào)節(jié)VT、Paw(氣道壓)、I:E等參數(shù)。另外，呼吸機還裝備各種監(jiān)測和報警系統(tǒng)，不但能實時顯示呼吸參數(shù)值，顯示呼吸機當(dāng)前狀態(tài)和調(diào)整參數(shù)情況，當(dāng)誤差超過一定 范圍時，呼吸機報警，并通過安全闊等裝置來保證其處于安全范圍之內(nèi)。呼吸機可對吸氣通 道的氧氣壓力，吸人氣道中的氧分壓、氣道壓力、溫度和濕化器中的液平面等進行監(jiān)測，對呼出道中的壓力和流量進行監(jiān)測，對任何異常，控制系統(tǒng)都將報警和采取相應(yīng)的措施。

        （三）氣體模塊 呼吸機的氣體模塊是指吸氣模塊和呼氣模塊。其中在吸氣模塊中的關(guān)鍵部件是空氧混合器?，F(xiàn)代呼吸機都采用精密的空氧混合器，它可以精確地向患者提供不同氧濃度的 氣體，可調(diào)范圍為21%-，空氧混合器一般由三部分構(gòu)成：平衡閥、配比閥、安全裝置。當(dāng)壓縮空氣和氧氣進入平衡閩后，經(jīng)一級和二級平衡后，氣體壓力均等，經(jīng)過配比閥后 可形成不同氧濃度的混合氣體輸出。用9-3(1)中①和②分別是O2和空氣人口；③是配比閥；④是吸氣混合區(qū)混合，空氣和氧氣在此處混合；⑤是氧氣濃度傳感器，由濾菌器加以保 護；⑥是吸氣壓力傳感器，測量至患者的混合氣體壓力，也用濾菌器加以保護；⑦是吸氣通 道，將混合氣體輸送至患者系統(tǒng)的吸氣導(dǎo)管，吸氣通道上配有一個安全閥。 

        吸氣模塊的工作情況如下：呼吸機根據(jù)設(shè)置的潮氣量、壓力水平和氧濃度計算所需的空氣、氧氣后，送空氣和氧氣按比例至空氧混合器。氣流的控制由帶有光電傳感器的配比閥執(zhí) 行，光電傳感器監(jiān)測配比閥的位置以控制閥門桿的位置，閥門桿可頂起噴嘴內(nèi)的膜片，改變膜片與閥門之間的間隙，從而實現(xiàn)控制進氣量。溫度傳感器監(jiān)測供氣的溫度，以補償因氣體密度變化（由溫度改變引起的）而導(dǎo)致的進氣量的變化。精確控制的空氣和氧氣進入空氧混合腔，混合腔內(nèi)有混合瓣攪動氣流，使空氣和氧氣充分混合，經(jīng)氧氣濃度傳感器監(jiān)測實際氧濃度后進出。 呼氣模塊如圖9-3(2)所示?；颊呦到y(tǒng)的呼氣導(dǎo)管連接至⑧呼氣人口，呼氣人口處配有一個除濕器，經(jīng)過呼氣通道的氣流量由⑨流量傳感器測量。流量傳感器可以是熱絲式（或熱 膜式），也有采用超聲式或風(fēng)扇式的?；颊叩某睔饬客ǔＪ窃诤舫龅乐袦y量，由于該處的氣 體沒有壓縮，更能準(zhǔn)確反映實際吸人肺的氣體量（潮氣量）。⑩是呼氣壓力傳感器，用以測量 呼氣壓力（位于呼吸機內(nèi)部），傳感器同樣也要有濾菌器加以保護；⑩是用于調(diào)節(jié)呼氣末壓力 的調(diào)節(jié)閥（PEEP閥）。@為呼氣出口，通常在出口處配有一個單向閥。

        （四）濕化器濕化器用于增加吸人氣體的濕度。各種類型濕化器的比較及使用如下。

        1.冷水濕化冷水濕化指在不給水加熱的情況下吸八氣體直接通過有水的容器，在室溫下達(dá)到濕化的目的。這種濕化器的相對濕度受到氣／水接觸面積及水溫的限制，因而相對 濕度較低，為了提高相對濕度乜可采用機械的方式將水霧化。冷水濕化的優(yōu)點是容易使用，有較低的內(nèi)部順應(yīng)性，缺點是由于吸八溫度過低，患者有不適感。

        2.加熱濕化加熱濕化是在水容器中放置加熱板或加熱絲加熱產(chǎn)生水蒸氣，調(diào)節(jié)加熱 溫度使?jié)穸雀淖?。這種濕化方法較為常用，因為患者吸人舒適，能保持患者體溫。加熱濕化 目前有兩種形式：一種是單伺服加熱，即只有一個加熱元件在容器中；另一種是雙伺服加熱，濕化器不但在容器中加熱，而目在患者吸人管道中放置加熱絲加熱并0用容器和管道的溫差 來控制加熱溫度。雙伺服型加濕器改進了單伺服型容易在管道中凝水的缺點，但這種方法只增加r濕度，并不增加相對濕度。

        3.霧化濕化霧化濕化是用超聲晶體振動產(chǎn)生很細(xì)的水霧，加濕器效果好，但這種加 濕器出來的水氣溫度接近室溫，因而不能在呼吸機上長期使用，否則可能降低患者的體溫。

        4.熱濕交換器該交換器是一次性使用的，仿生駱駝鼻子制作而成。其內(nèi)部有化學(xué)吸附劑，當(dāng)患者呼出氣體時能保持水分，吸人氣體時則通過交換器進行濕化。這種交換器具備以上各類加濕器的優(yōu)點，能保持體溫，較小的內(nèi)部順應(yīng)性，容易使用．且是一次性的，沒有細(xì)菌生長的危險，其缺點是有一定的阻力。

        （五）安全閥
        安全閥有兩種：一種為壓力安壘閥，另一種為旁路吸入閥。 壓力安全閥的結(jié)構(gòu)大多采用直動式溢流閥，其工作原理是將溢流閥與氣道系統(tǒng)相連接，當(dāng)后者的壓力在規(guī)定范圍內(nèi)時，作用于閥板上的力小于彈簧的壓力，閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)氣道系統(tǒng)的壓力升高，作用于閥板上的壓力大于彈簧上的壓力時，閥門開啟，排出氣體，直至氣道壓降至規(guī)定范圍之內(nèi)，閥門重新關(guān)閉。因此，這種安全閥能保證患者氣道壓在一個安全范圍之內(nèi)。氣壓超過安全界線時，呼吸機發(fā)出聲光報警，同時安全閥打開，中斷進一步正壓送氣并改變到比較安全的送氣模式。一般認(rèn)為，正常肺在開胸條件下司耐受16. 7kPa的壓力，非開胸時可耐受13. 7kPa的壓力。但當(dāng)患某些疾病，如肺氣腫時4 9kPa或更低的壓力即可產(chǎn)生氣胸、 縱隔氣腫等并發(fā)癥。所以定容模式呼吸時，壓力安全閥的裝置及閩值的調(diào)整是十分重要的。 另一種安全閥為旁路吸入閥。在呼吸機正常工作時，該閥關(guān)閉。一旦供氣中斷，隨患者 吸氣造成的管道負(fù)壓可推動閥板，使空氣進人管道系統(tǒng)，保證患者供氣，避免窒息。

        （六）呼氣閥
        呼氣閥在吸氣相時關(guān)閉，在呼氣相時開啟，阻力較小，為患者提供通暢的呼氣通道。目前較常用的呼氣閱裝置有三種：活瓣式呼氣閥、電磁比例閥和先導(dǎo)式呼氣腳?；畎晔胶魵忾y為輕質(zhì)材料制成的鴨嘴狀單向活瓣。電磁比例閥通過通電導(dǎo)線在磁場中產(chǎn)生電磁力來控制悶板的開啟和關(guān)閉，該閥阻力很小，應(yīng)用較廣。先導(dǎo)式呼氣閥采用頊置壓來調(diào)節(jié)呼氣閥的開啟和關(guān)閉。

        四、呼吸機工作模式
        呼吸機工作模式，是指呼吸機以什么樣的方式向患者進行送氣，來達(dá)到好的通氣治療效果。

        1.強制性通氣強制性通氣( CMV)是在患者沒有任何呼吸能力的情況下采用的通氣方式。呼吸機將會按照醫(yī)生所設(shè)置的潮氣量、呼吸頻率、吸呼比以及氣體流量等，將正壓氣體輸送給患者。它挺供給患者的呼吸曲線如同9- 4所示。

        圖9-4中，P。是呼吸機設(shè)定潮氣量、呼吸 頻率、吸呼比、氣體流速后，送給患者的吸氣壓力；Pa為消耗在氣道阻力的壓力；P-，為消 耗在彈性阻力的壓力；t1為呼吸機的注氣時間；t2為吸氣末正壓時間．叫做平原期。它在 臨床上的實際意義是：當(dāng)呼吸機給患者按照 預(yù)先給定的量進行送氣停止后的一段時間 內(nèi)，呼氣閥不立即打開，而是繼續(xù)保持關(guān)閉狀態(tài)，使吸人的氣體在患者肺內(nèi)停留，同時維持氣道內(nèi)正壓的繼續(xù)存在。其目的主要是改善 氣體在肺內(nèi)的分布，促進肺泡中氧向血液彌散，減少無效腔通氣。如果吸氣末正壓時間過 長，會使平均氣道內(nèi)壓增加，加重心臟循環(huán)負(fù)擔(dān)。所以，t2長不應(yīng)超過呼吸周期的20%。 t3為呼氣時間，它取決于所設(shè)定的吸呼比；t為呼吸周期；t的倒數(shù)f為呼吸頻率。

        2.強制性深呼吸強制性深呼吸(CMV SIGH)-般是經(jīng)過30-40次呼吸之后加入一個深吸氣過程，波形如圖9-5所示。

        圖中右邊的波形就是經(jīng)過幾十次呼 吸后，呼吸機產(chǎn)生一個深呼吸通氣，其通 氣量約為正常通氣量的2倍。此過程用 以解除患者長時間的通氣而產(chǎn)生的疲勞。

        3.輔助強制性通氣 在圖9 -6輔助強制性呼吸(assised CMV)過程中，患者 可以自己引發(fā)一個機械性通氣。患者只需要有一點小的呼吸，就能使呼吸機按照醫(yī)生設(shè)定的潮氣量給患者通氣。此時，呼吸機的頻 率不再按照所毆定的固有頻率，而是根據(jù)患者的實際需要，呼吸機自動跟蹤。只要患者有自 主呼吸，就觸發(fā)呼吸機產(chǎn)生一個送氣過程。如果患者沒有自主呼吸能力，呼吸機仍然工作在強制性通氣方式。

        4.間歇性同步間歇強制呼吸( SIMV)縫過長時間治療，患者開始有自己的呼吸，能夠不 完全依靠呼吸機時，可使用這種通氣方式，其目的是為了讓患者逐漸地脫離呼吸機，逐漸降低強 制性通氣的密度，更多地進行自主呼吸。在強制性通氣的過程中，一旦患者有一個自主呼吸，且 只需每秒吸入0.1L的氣體，就能觸發(fā)呼吸機按醫(yī)生設(shè)定的潮氣量及氣體流速向患者送氣。患者每觸發(fā)一個機械通氣，呼吸機將按提前所設(shè)定的呼吸頻率的25%給患者通氣(圖9-7)。 
        5．延長指令通氣( EMMV)這是一種新型的通氣方式。它主要是能依照患者自主呼吸的強弱，而隨時自動調(diào)節(jié)強制性機械通氣。這種呼吸方式使患者總能得到所設(shè)置的每分 通氣量。它適合于任何類型的患者?？梢哉fEMMV是一種的輔助性通氣。由于這種 呼吸方式能按患者的實際需要，使患者吸人的氣體超出了設(shè)定值，故叫做延長指令通氣。 基本原理是：假設(shè)有一個氣缸被一定量的穩(wěn)定氣體充滿，如果沒有自主呼吸，流人氣缸 的氣體會將活塞逐漸地推到所設(shè)置的潮氣量，然后被壓下來，使這一部分氣體作為強制性通 氣輸送給患者。但是如果患者有一次自主呼吸將氣缸內(nèi)的氣體吸人，那么活塞將需要更長 的時問達(dá)到強制性通氣的水平。如果患者完全能自主呼噯，那么活塞將永遠(yuǎn)達(dá)不到觸發(fā)水平，也就不會有強制性通氣。呼吸模式如同9-8所示。

        6．呼氣末正壓(PEEP)無論是自然呼吸或普通機械通氣，當(dāng)呼氣終了時氣流停止，肺 泡內(nèi)壓等于大氣壓。呼氣末正壓就是人為地在呼氣末氣道內(nèi)及肺泡內(nèi)施加一個高于大氣壓的壓力，這樣可以防止肺泡陷閉的發(fā)生，增加功能殘氣容積。岡肺泡壓力升高，在吸氧濃度不變的前提下，肺泡動脈血氧分壓差增高，有利于氧向血液彌散。同時由于肺泡充氣的改 善，可使肺順應(yīng)性增加，減少呼吸功。也有人認(rèn)為，呼氣末正壓能促進肺泡表面活性物質(zhì)的生成。但其應(yīng)用也可能對機體造成不良影響，主要為各種氣壓損傷以及因平均氣道內(nèi)壓升高而致使胸內(nèi)壓上升，導(dǎo)致靜脈回流障礙。也可能產(chǎn)生或加重機械通氣的其他綜合病，如顱 內(nèi)壓升高、腎功能減退、肝淤血等。

        7.持續(xù)氣道內(nèi)正壓(CPAP) CPAP有人稱之為自主呼吸條件下的呼氣末正壓。 CPAP是在自主呼吸條件下，在整個呼吸周期內(nèi)，人為地施加一定量的氣道內(nèi)正壓。它與呼氣末正壓相比，能更好地達(dá)到防止氣道萎陷，增加功能殘氣量，改善順應(yīng)性及擴張上氣道的作用。

        如圖9-9所示，圖9-9a當(dāng)PEEP/CPAP-O的條件下，即沒有設(shè)定氣道內(nèi)正壓時的通 氣波形。這時P0=0。圖9-9b是在設(shè)定有氣道內(nèi)正壓時的通氣波形，即有一個P0 >0的壓力維持在氣道內(nèi)。 
        五、呼吸機的技術(shù)參數(shù)

        1.呼吸頻率呼吸頻率為每分鐘呼吸次數(shù)，一般為6-20次／分，要視病情需要適當(dāng)調(diào)節(jié)。

        2.呼吸周期呼吸周期(T)為呼吸頻率(f)的倒數(shù)。呼吸周期由吸氣時間(T1)和呼氣 時間(T2)組成，T=T1+T2。一般呼氣時間要比吸氣時間長。

        3．吸呼比吸氣時間與呼氣時間之比?？杀硎境桑何舯萊=T1/T2。通常吸呼比可取1:l. 5、1:2、1:2.5、1:3.
        4．一次通氣量（又叫潮氣量） 即每次吸氣時進入肺腔的空氣量。一般在100~1200ml范圍內(nèi)可調(diào)。

        5.每分通氣量（叉稱流率）每分鐘吸入氣體的總量。一般在0-200L/min之間可淵。

        6.供氣壓力呼吸機在吸氣相產(chǎn)生正壓•將氣體壓人肺部。供氣壓力范圍一般為196-588Pa。供氣裝置可以是空氣壓縮機、中心供氧或氧氣瓶或空氧混合器。

        7.氧濃度提供給患者吸人的氧濃度在21%~可調(diào)的高含氧氣體。

        8.呼吸模式控制呼吸模式和輔助呼吸模式。

        9.輸入氣體的濕化為了保護患者的氣管、支氣管的黏膜，呼吸機向患者供氣必須先經(jīng)過濕化處理，使輸入氣體含有一定的水蒸氣或水的霧粒。

        10.報警呼吸機一般都裝有漏氣、停電、管道壓上下限報警、潮氣量上下限報警、呼吸 暫停間隔時間報警、每分通氣量上下限報警和呼吸頻率上下限報警等裝置。