急救医疗设备----呼吸机

        正常人的呼吸是由呼吸中枢支配呼吸肌有节奏地张弛，造成肺内压力变化来完成的。 当肺内压力大于外部大气压时呼气；当肺内压力低于外部大气压时吸气。吸人的气体与血液中的气体进行交换，结合氧气，排出二氧化碳，进而血液中被结合的氧气又与组织中气体 进行交换，这就是呼吸的完整过程。在通常情况下，正常人主要通过自己的呼吸摄取空气中的氧气来满足各器官组织的氧化代谢需要。如果呼吸系统受到损伤，如药物中毒、溺水、休克，或由于其他生理功能的紊乱引起呼吸衰竭，单靠患者不健全的呼吸功能已不能够或根本不能满足各器官对氧气的需求，这时就需要借助呼吸机对患者进行抢救治疗。呼吸机是可以代替人或辅助人的呼吸功能的仪器，能增加肺通气量，改善呼吸功能，减轻呼吸功消耗，节 约心脏储备能力。它能帮助患者吸收氧气、排山二氧化碳，是挽救某些危重患者生命的重要工具。利用呼吸机，可帮助患者提高肺通气量，以解除患者缺氧和二氧化碳在患者体内的滞 留，改善患者的换气功能。 呼吸机从用途上可分为婴儿型、儿童型和成人型三种。根据动力来源可分为气动机械呼 吸机、电动机械呼吸机、电控气动机械呼吸机。根据呼吸切换方式又可分为定压型呼吸机、定容到呼吸机和定时型呼吸机等。按照与患者的连接方式分为：无刨呼吸机和有创呼吸机。

        一、呼吸机基本原理
        由于人类肺泡的膨胀和收缩与大气压之间的压力差形成了呼吸功能。呼吸机的基本原理就是用机械的办法建立这一压力差，从而实现强制的人工呼吸过程。呼吸机工作原理如 图9—l所示，“l”为呼气单向阀，“2”为空气进入单向阀，“3”为吸气单向阀。 

        呼吸机丁作原理就是从呼吸道开口处，如口 腔、鼻腔或气管插管、套管，用机械方法直接施压，压力超过肺泡压时，空气即自体外通过管道流向肺 泡，产生通气；除去呼吸道开口的压力，并依靠胸廓及肺的弹性回缩力，肺泡压大于大气压，肺泡里气体从肺泡排出，产生呼气；待肺泡压降至等于大气压时，呼吸停止。呼吸机控制过程为：①吸气过程：风箱压缩风箱内气压增大单向阀“1”关闭（橡 皮瓣膜向外鼓起）单向阀“2”关闭单向阀“3”打开吸气通道打开空气经面罩进人患者呼吸道到达肺部；②呼气过程：风箱伸展风箱内气压减小橡皮瓣膜复位单向阀“l”打开（呼气通道打开）单向阀“3”关闭（吸气通道阻 断）肺部气体经呼吸道、面罩和阀门“l”向外排出气体；同时．单向阀“2”打开，空气进入风箱，为下一次吸气过程作好准备。呼吸机就是如此往复循环工作，从而建立起人工模拟的肺脏呼吸功能。

        二、呼吸机组成结构
        呼吸机主要由电子控制系统和气路系统两大部分组成。气路系统部分是一个气体传送 系统，包括气体供应（气体储存、压力支持）、气体传输、压力流量监测和校正。压缩空气、氧气按所需的比例混合后，通过管道及相关伺服阀门以设定的气压、流速送到患者端。流量传感器将测量到的实际值反馈回电子控制部分，并与面板设置进行值比较，通过控制伺服阀门 来调节吸人和呼出气体。电子控制部分的主要功能是控制呼吸机以一定的频率、潮气量进 行通气，同时监测相应传感器的反馈数据，超过限定范围时报警提示。 呼吸机在动力系统的作用下．使一定比例的空气和氧气通过吸气模块、湿化器和吸气管道进入患者的呼吸道．呼出气体则经过呼气管道和呼气模块呼出（图9-2）。由于呼吸机有 很多参数需要调节，通常有一个很复杂的操作面板，新型的主机都带有较大的显示屏幕，不 仅可通过图形界面以菜单选择的方式选择呼吸参数，而且能够动态显示通气参数和波形，从 而使机械通气治疗更加直观和安全。下面重点介绍呼吸机的几个核心部件：

        （一）机械呼吸机的动力 机械呼吸机的动力来源于电力、压缩气体，或二者的结合。压缩气体由中心供气管道系 统提供或由呼吸机可配备的专用空气压缩机产生。

        1.气动机械呼吸机气动机械呼吸机完全以压缩气体为动力来源。由高压压缩气体所产生的压力，通过机械呼吸机内部的减压阀、高阻力活瓣，或通过射流原理等方式调节，形 成稳定的气压源，为机械通气和各种气动控制部件提供驱动压力。目前，这种完全气控气动的呼吸机已很少见。

        2．电动机械呼吸机单靠电力来驱动并控制通气的呼吸机称为电动机械呼吸机。电动呼吸机通过电动机带动活塞往复运动的方式来产生机械通气，或通过涡轮泵产生压缩气体作为机械通气的动力。电动机械呼吸机也需要应用压缩氧气，但其目的只足为了调节吸 人气的氧浓度，而不是作为动力来源。 3电控气动机械呼吸机电控气动机械呼吸机需要压缩气体及电力二者同时提供动力。压缩空气及压缩氧气按不同比例混合形成的压缩混合气体，既提供适当氧浓度的吸人气体，也供给了产生机械通气的动力。与气动机械呼吸机不同的是，通气的控制、调节及各 种监测、警报系统是电力驱动的。

        （二）呼吸机的调控系统 早期呼吸机的调控方式有两种形式：一种是直流电机驱动的呼吸机，通过电压的变化，使 其转速发生改变，来控制VT、I：E（吸呼比）等参数；另一种是用压缩气体作为动力的呼吸机，通过针形阀作为可变气阻，来控制吸气和呼气过程及其转换。现代呼吸机大多数是电子控制的机械呼吸机，它采用各种传感器，来“感知”呼吸力学等情况的变化，并经过微电脑分析处理后，发出指令来自动调节VT、Paw(气道压)、I:E等参数。另外，呼吸机还装备各种监测和报警系统，不但能实时显示呼吸参数值，显示呼吸机当前状态和调整参数情况，当误差超过一定 范围时，呼吸机报警，并通过安全阔等装置来保证其处于安全范围之内。呼吸机可对吸气通 道的氧气压力，吸人气道中的氧分压、气道压力、温度和湿化器中的液平面等进行监测，对呼出道中的压力和流量进行监测，对任何异常，控制系统都将报警和采取相应的措施。

        （三）气体模块 呼吸机的气体模块是指吸气模块和呼气模块。其中在吸气模块中的关键部件是空氧混合器。现代呼吸机都采用精密的空氧混合器，它可以精确地向患者提供不同氧浓度的 气体，可调范围为21%-，空氧混合器一般由三部分构成：平衡阀、配比阀、安全装置。当压缩空气和氧气进入平衡闽后，经一级和二级平衡后，气体压力均等，经过配比阀后 可形成不同氧浓度的混合气体输出。用9-3(1)中①和②分别是O2和空气人口；③是配比阀；④是吸气混合区混合，空气和氧气在此处混合；⑤是氧气浓度传感器，由滤菌器加以保 护；⑥是吸气压力传感器，测量至患者的混合气体压力，也用滤菌器加以保护；⑦是吸气通 道，将混合气体输送至患者系统的吸气导管，吸气通道上配有一个安全阀。 

        吸气模块的工作情况如下：呼吸机根据设置的潮气量、压力水平和氧浓度计算所需的空气、氧气后，送空气和氧气按比例至空氧混合器。气流的控制由带有光电传感器的配比阀执 行，光电传感器监测配比阀的位置以控制阀门杆的位置，阀门杆可顶起喷嘴内的膜片，改变膜片与阀门之间的间隙，从而实现控制进气量。温度传感器监测供气的温度，以补偿因气体密度变化（由温度改变引起的）而导致的进气量的变化。精确控制的空气和氧气进入空氧混合腔，混合腔内有混合瓣搅动气流，使空气和氧气充分混合，经氧气浓度传感器监测实际氧浓度后进出。 呼气模块如图9-3(2)所示。患者系统的呼气导管连接至⑧呼气人口，呼气人口处配有一个除湿器，经过呼气通道的气流量由⑨流量传感器测量。流量传感器可以是热丝式（或热 膜式），也有采用超声式或风扇式的。患者的潮气量通常是在呼出道中测量，由于该处的气 体没有压缩，更能准确反映实际吸人肺的气体量（潮气量）。⑩是呼气压力传感器，用以测量 呼气压力（位于呼吸机内部），传感器同样也要有滤菌器加以保护；⑩是用于调节呼气末压力 的调节阀（PEEP阀）。@为呼气出口，通常在出口处配有一个单向阀。

        （四）湿化器湿化器用于增加吸人气体的湿度。各种类型湿化器的比较及使用如下。

        1.冷水湿化冷水湿化指在不给水加热的情况下吸八气体直接通过有水的容器，在室温下达到湿化的目的。这种湿化器的相对湿度受到气／水接触面积及水温的限制，因而相对 湿度较低，为了提高相对湿度乜可采用机械的方式将水雾化。冷水湿化的优点是容易使用，有较低的内部顺应性，缺点是由于吸八温度过低，患者有不适感。

        2.加热湿化加热湿化是在水容器中放置加热板或加热丝加热产生水蒸气，调节加热 温度使湿度改变。这种湿化方法较为常用，因为患者吸人舒适，能保持患者体温。加热湿化 目前有两种形式：一种是单伺服加热，即只有一个加热元件在容器中；另一种是双伺服加热，湿化器不但在容器中加热，而目在患者吸人管道中放置加热丝加热并0用容器和管道的温差 来控制加热温度。双伺服型加湿器改进了单伺服型容易在管道中凝水的缺点，但这种方法只增加r湿度，并不增加相对湿度。

        3.雾化湿化雾化湿化是用超声晶体振动产生很细的水雾，加湿器效果好，但这种加 湿器出来的水气温度接近室温，因而不能在呼吸机上长期使用，否则可能降低患者的体温。

        4.热湿交换器该交换器是一次性使用的，仿生骆驼鼻子制作而成。其内部有化学吸附剂，当患者呼出气体时能保持水分，吸人气体时则通过交换器进行湿化。这种交换器具备以上各类加湿器的优点，能保持体温，较小的内部顺应性，容易使用．且是一次性的，没有细菌生长的危险，其缺点是有一定的阻力。

        （五）安全阀
        安全阀有两种：一种为压力安垒阀，另一种为旁路吸入阀。 压力安全阀的结构大多采用直动式溢流阀，其工作原理是将溢流阀与气道系统相连接，当后者的压力在规定范围内时，作用于阀板上的力小于弹簧的压力，阀门处于关闭状态。当气道系统的压力升高，作用于阀板上的压力大于弹簧上的压力时，阀门开启，排出气体，直至气道压降至规定范围之内，阀门重新关闭。因此，这种安全阀能保证患者气道压在一个安全范围之内。气压超过安全界线时，呼吸机发出声光报警，同时安全阀打开，中断进一步正压送气并改变到比较安全的送气模式。一般认为，正常肺在开胸条件下司耐受16. 7kPa的压力，非开胸时可耐受13. 7kPa的压力。但当患某些疾病，如肺气肿时4 9kPa或更低的压力即可产生气胸、 纵隔气肿等并发症。所以定容模式呼吸时，压力安全阀的装置及闽值的调整是十分重要的。 另一种安全阀为旁路吸入阀。在呼吸机正常工作时，该阀关闭。一旦供气中断，随患者 吸气造成的管道负压可推动阀板，使空气进人管道系统，保证患者供气，避免窒息。

        （六）呼气阀
        呼气阀在吸气相时关闭，在呼气相时开启，阻力较小，为患者提供通畅的呼气通道。目前较常用的呼气阅装置有三种：活瓣式呼气阀、电磁比例阀和先导式呼气脚。活瓣式呼气阀为轻质材料制成的鸭嘴状单向活瓣。电磁比例阀通过通电导线在磁场中产生电磁力来控制闷板的开启和关闭，该阀阻力很小，应用较广。先导式呼气阀采用顼置压来调节呼气阀的开启和关闭。

        四、呼吸机工作模式
        呼吸机工作模式，是指呼吸机以什么样的方式向患者进行送气，来达到好的通气治疗效果。

        1.强制性通气强制性通气( CMV)是在患者没有任何呼吸能力的情况下采用的通气方式。呼吸机将会按照医生所设置的潮气量、呼吸频率、吸呼比以及气体流量等，将正压气体输送给患者。它挺供给患者的呼吸曲线如同9- 4所示。

        图9-4中，P。是呼吸机设定潮气量、呼吸 频率、吸呼比、气体流速后，送给患者的吸气压力；Pa为消耗在气道阻力的压力；P-，为消 耗在弹性阻力的压力；t1为呼吸机的注气时间；t2为吸气末正压时间．叫做平原期。它在 临床上的实际意义是：当呼吸机给患者按照 预先给定的量进行送气停止后的一段时间 内，呼气阀不立即打开，而是继续保持关闭状态，使吸人的气体在患者肺内停留，同时维持气道内正压的继续存在。其目的主要是改善 气体在肺内的分布，促进肺泡中氧向血液弥散，减少无效腔通气。如果吸气末正压时间过 长，会使平均气道内压增加，加重心脏循环负担。所以，t2长不应超过呼吸周期的20%。 t3为呼气时间，它取决于所设定的吸呼比；t为呼吸周期；t的倒数f为呼吸频率。

        2.强制性深呼吸强制性深呼吸(CMV SIGH)-般是经过30-40次呼吸之后加入一个深吸气过程，波形如图9-5所示。

        图中右边的波形就是经过几十次呼 吸后，呼吸机产生一个深呼吸通气，其通 气量约为正常通气量的2倍。此过程用 以解除患者长时间的通气而产生的疲劳。

        3.辅助强制性通气 在图9 -6辅助强制性呼吸(assised CMV)过程中，患者 可以自己引发一个机械性通气。患者只需要有一点小的呼吸，就能使呼吸机按照医生设定的潮气量给患者通气。此时，呼吸机的频 率不再按照所殴定的固有频率，而是根据患者的实际需要，呼吸机自动跟踪。只要患者有自 主呼吸，就触发呼吸机产生一个送气过程。如果患者没有自主呼吸能力，呼吸机仍然工作在强制性通气方式。

        4.间歇性同步间歇强制呼吸( SIMV)缝过长时间治疗，患者开始有自己的呼吸，能够不 完全依靠呼吸机时，可使用这种通气方式，其目的是为了让患者逐渐地脱离呼吸机，逐渐降低强 制性通气的密度，更多地进行自主呼吸。在强制性通气的过程中，一旦患者有一个自主呼吸，且 只需每秒吸入0.1L的气体，就能触发呼吸机按医生设定的潮气量及气体流速向患者送气。患者每触发一个机械通气，呼吸机将按提前所设定的呼吸频率的25%给患者通气(图9-7)。 
        5．延长指令通气( EMMV)这是一种新型的通气方式。它主要是能依照患者自主呼吸的强弱，而随时自动调节强制性机械通气。这种呼吸方式使患者总能得到所设置的每分 通气量。它适合于任何类型的患者。可以说EMMV是一种的辅助性通气。由于这种 呼吸方式能按患者的实际需要，使患者吸人的气体超出了设定值，故叫做延长指令通气。 基本原理是：假设有一个气缸被一定量的稳定气体充满，如果没有自主呼吸，流人气缸 的气体会将活塞逐渐地推到所设置的潮气量，然后被压下来，使这一部分气体作为强制性通 气输送给患者。但是如果患者有一次自主呼吸将气缸内的气体吸人，那么活塞将需要更长 的时问达到强制性通气的水平。如果患者完全能自主呼嗳，那么活塞将永远达不到触发水平，也就不会有强制性通气。呼吸模式如同9-8所示。

        6．呼气末正压(PEEP)无论是自然呼吸或普通机械通气，当呼气终了时气流停止，肺 泡内压等于大气压。呼气末正压就是人为地在呼气末气道内及肺泡内施加一个高于大气压的压力，这样可以防止肺泡陷闭的发生，增加功能残气容积。冈肺泡压力升高，在吸氧浓度不变的前提下，肺泡动脉血氧分压差增高，有利于氧向血液弥散。同时由于肺泡充气的改 善，可使肺顺应性增加，减少呼吸功。也有人认为，呼气末正压能促进肺泡表面活性物质的生成。但其应用也可能对机体造成不良影响，主要为各种气压损伤以及因平均气道内压升高而致使胸内压上升，导致静脉回流障碍。也可能产生或加重机械通气的其他综合病，如颅 内压升高、肾功能减退、肝淤血等。

        7.持续气道内正压(CPAP) CPAP有人称之为自主呼吸条件下的呼气末正压。 CPAP是在自主呼吸条件下，在整个呼吸周期内，人为地施加一定量的气道内正压。它与呼气末正压相比，能更好地达到防止气道萎陷，增加功能残气量，改善顺应性及扩张上气道的作用。

        如图9-9所示，图9-9a当PEEP/CPAP-O的条件下，即没有设定气道内正压时的通 气波形。这时P0=0。图9-9b是在设定有气道内正压时的通气波形，即有一个P0 >0的压力维持在气道内。 
        五、呼吸机的技术参数

        1.呼吸频率呼吸频率为每分钟呼吸次数，一般为6-20次／分，要视病情需要适当调节。

        2.呼吸周期呼吸周期(T)为呼吸频率(f)的倒数。呼吸周期由吸气时间(T1)和呼气 时间(T2)组成，T=T1+T2。一般呼气时间要比吸气时间长。

        3．吸呼比吸气时间与呼气时间之比。可表示成：吸呼比R=T1/T2。通常吸呼比可取1:l. 5、1:2、1:2.5、1:3.
        4．一次通气量（又叫潮气量） 即每次吸气时进入肺腔的空气量。一般在100~1200ml范围内可调。

        5.每分通气量（叉称流率）每分钟吸入气体的总量。一般在0-200L/min之间可渊。

        6.供气压力呼吸机在吸气相产生正压•将气体压人肺部。供气压力范围一般为196-588Pa。供气装置可以是空气压缩机、中心供氧或氧气瓶或空氧混合器。

        7.氧浓度提供给患者吸人的氧浓度在21%~可调的高含氧气体。

        8.呼吸模式控制呼吸模式和辅助呼吸模式。

        9.输入气体的湿化为了保护患者的气管、支气管的黏膜，呼吸机向患者供气必须先经过湿化处理，使输入气体含有一定的水蒸气或水的雾粒。

        10.报警呼吸机一般都装有漏气、停电、管道压上下限报警、潮气量上下限报警、呼吸 暂停间隔时间报警、每分通气量上下限报警和呼吸频率上下限报警等装置。