呼吸机的基本原理与通气模式.

呼吸机的基本原理与通气模式的发展机械通气的发展历程口对口人工呼吸1800年前，金匮要略、华佗医方中有类似体外按压人工呼吸的记载1300年前，圣经上有“口对口”描述无创正压机械通气有创1792年，首次在人身上实施气管切开、插管及风箱式正压通气技术。负压机械通气无创1928年，“铁肺”箱式负压治疗机。人力作动力电力机械作为动力正压机械通气1950’让位于技术上得到很大改进的有创无创呼吸机多功能呼吸机1981年Sullivan无创口鼻面罩。人工智能呼吸机人工智能无创呼吸机并存时代20世纪初，随着人工气道技术和喉镜直视气管插管技术的成熟，正压机械通气在麻醉和外科领域得以迅速发展。1940年，第一台间歇正压通气（IPPV）麻醉呼吸机被发明，用于胸科手术和ARDS。1946年，Bennet公司研制出世界第一台初具现代呼吸机基本结构的间歇正压呼吸机PR-1A（气动气控压力限制型）。呼吸机的起源与发展呼吸机的起源与发展回顾正压机械通气60多年的发展历史，我们认为它较好地体现了临床医学与电子技术、机械工程相互交叉和渗透，彼此促进和提高的一个发展过程，是“医学科学与工程技术完美结合”的典范（BME）。呼吸机的组成可分为两大部分或三部分：主机(气路单元+监控单元)湿化器(温控+湿化灌)空、氧气源提供装置—床边压缩机+O2气源—中心气源(Air、O2)(2.5~5.5)kg/cm2呼吸机各部分主要功能主机——气源处理、吸呼控制、监测报警混合器——外置或内置机械式，比例阀混合。湿化器——病人吸入气体的加温、加湿病人管路——5-6根螺纹管、接湿化器或雾化吸入器，病人吸入和呼出气体的传输。气源——以适当方式提供压缩空气和氧气）其它——主机和病人管路的固定或支撑装置空氧配比方式机械配比电子配比有创正压通气的人机系统工程输入主机的气体为高压，要求干燥、洁净；输出给病人的混合气体为低压，要求温暖、湿润并达到有效的肺泡通气量。主机工作原理①压缩气源的处理：减压、过滤；②空气、氧气配比混合，稳压，送到吸气阀；③在吸气相按约定通气模式和参数向病人送气；④同时监控参数、满足条件,“切换”到呼气相；⑤打开或不完全打开呼气阀完成呼气过程；⑥检测病人的状态，进入下一个呼吸周期（下一个吸气相的开始）。基本原理示意图通气控制流程空气、氧气配比混合(干燥的气体)；细菌过滤（减少感染）；降至低压、稳定压力、缓存一定量气体；吸气回路PID控制（实现各种通气模式）；经湿化器加温、加湿（雾化）到病人；呼气回路PID控制（实现PEEP等），呼出气体排到大气中。呼吸机的分类目前没有统一分类标准，可按习惯分为：按使用对象成人型、婴幼儿型、通用型多功能呼吸机；按工作原理气控气动、电控气动、电控电动呼吸机；按人机接口方式有创或无创正压通气呼吸机；按机器的功能急救、麻醉、治疗、家用、高频振荡、喷射。通气模式的定义及特点——临床常用的基本通气模式机械通气吸、呼切换状态分析两个“开始、转换或切换”两个“相或过程内含保持”正压通气和生理性呼吸的区别与联系主要物理量和参数时间量及参数气体流量及参数气道压力及参数温度、湿度参数需要非常清楚地了解各参数的物理涵义及其作用或影响。时间参数及其符号(1)通气频率(f：0～120)bpm(2)吸呼比(I:E=Ti:Te)(3)吸气时间Ti(s)、Trise(s)(4)呼气时间Te(s)(5)屏气时间TP(s)是吸气时间的一部份，通常设定为T的10%，临床根据病情和呼吸习惯适当增加或减少。周期：T=Ti+Te，f=60s/(Ti+Te)bpm容量和流量参数及其符号(1)分钟通气量(MV，L/min)=VT×f(2)潮气量(TV/VT，ml)=VTI=VTE=∫F.dt(3)吸气流量(F，l/s)，是一个动态参数，峰值流速Fpeak：影响吸呼比和吸气波形(4)叹气/深吸气Sign：1.5或2倍的VT/100次(5)流量触发灵敏度(FT，L/min)，包括吸气和呼气触发灵敏度（需高速动态阀）吸气流量触发灵敏度压力参数及其符号(1)气道压力(AirwayPressure，Pair/Plung不一致)是一个动态物理参数，波形、光柱：Ppeak,Pplateau,Pmean（cmH2O或kPa）(2)吸气压力水平(Pi-Level：0～10kPa)？(3)呼气末正压(PEEP：0.1kPa～3kPa)(4)吸、呼压力触发灵敏度(PT:-2kPa～+2kPa)(5)呼吸机的工作压力、气源压力。低压：(60~70)cmH2O，高压：＞120kPa压力参数及压力触发灵敏度触发压力P=PEEP-PT呼吸做功W=ΔS+SC气道阻力和顺应性静态气道阻力RL=(Ppeak–Pplateau)/flowcmH2O/L/s静态顺应性CL=VT/(Pplateau–PEEP)L/cmH2O常见通气模式解析（处方）用呼吸机的目的就是以一种适宜的方式对病人的肺进行有效通气，既保障病人生命需要，又要尽可能地减少并发症，而且还要安全、舒适。重复进行机械通气的时间间隔叫机械通气周期,T。一次吸气开始到下一次吸气开始的时间间隔为一个机械通气周期。一个机械通气周期又可分解为四个状态或四个相，即：呼切换到吸、吸气相、吸切换到呼和呼气相。机械通气的四个相（状态）第一相——呼气切换到吸气基于第一相定义和设计通气模式，根据吸气初始化条件或人机关系的不同，可分为：控制模式ControlModeVentilation,CMV/VCV/PCV辅助控制模式(Assist-ControlMode,A/C)同步间歇指令通气(SynchronizedIntermittentMandatoryVentilation,SIMV)第一相——呼气切换到吸气压力支持(PressureSupportVentilator,PSV)持续气道正压(ContinuousPositiveAirwayPressure,CPAP)在呼气切换到吸气时，如果切换或触发的条件是流量就叫流量触发，是压力就叫压力触发，控制通气可以看作时间触发。容量控制VCVF—t和P—t曲线：VCV设定定容：VT/MV=？时间：f、Ti、TeTrise、Tp、I:E=?压力：Pmax=?PT/FT=?压力控制PCVF—t和P—t曲线：PCV设定定压：Pi-Level=？时间：f、Ti、Prise、Tp、I:E=?压力：Pmax=?PT/FT=?同步间歇指令通气SIMVF—t和P—t曲线：VCV/PCV间歇+自主VT/MV=？Pi-Level=？时间：f/RR、Ti、Trise、Tp、I:E=?压力：Pmax=?PT/FT=?fsimv=(0~f)?，f总=fsimv+f自主压力支持PSVF—t和P—t曲线：半自主通气模式PSV设定压力：Pi-Level=？压力：Pmax=?PT/FT=?VAPSV?SIMV+PSV?持续气道正压CPAPF—t和P—t曲线：自主通气模式压力：PEEP、PT吸/FT吸=?或PT呼/FT呼=?第三相——吸气转换到呼气基于第三相定义和设计通气模式依据容量、压力和时间三个参数在切换时起作用的主次关系，其主和次关系用两个形容词周期的(cycled)和限制的(limited)来表示。容量周期(VolumeCycled)也叫定容通气或容量切换(容量开关)。第三相——吸气转换到呼气容量限制(VolumeLimited)在设定的时间内达到设定的潮气量，吸气停止(相当于VCV)。时间周期容量限制(TimeCycled,VolumeLimited)按一定流量为病人送气，时间到，吸气停，潮气量大小取决于流量(定时开关流量)。第三相——吸气转换到呼气压力周期(PressureCycled)也叫压力切换，当达到设定的气道压力水平(Insp.Press.Level)时，吸气停止(压力开关，漏气时无法切换)。时间周期压力限制(TimeCycled,PressureLimited)按能维持设定的气道压力水平所必需的流速为患者送气，当达到设定的吸气时间时，吸气停止(相当于PCV)。第三相——吸气转换到呼气时间限制压力周期(TimeLimited,PressureCycled)：按设定的吸气时间和吸气流量为患者送气，当达到设定的吸气压力水平时，吸气停止（漏气的时候，为时间切换）。可见，在第三相时，如果切换的主要物理参数是容量、流量、压力或时间就分别叫容量切换、流量切换、压力切换或时间切换。第二相——吸气相方波(SquareWaveFlowPattern)可快速建立起通气和在有效的时间内维持恒定的气流。加速波(AcceleratingFlowPattern)减速波(DeceleratingFlowPattern)气流迅速上升到峰值，紧接着减速。正弦波(SineWaveFlowPattern)兼加速和减速波通气的特点。SIGN,潮气量加倍（延长吸气时间）。第四相——呼气相实现PositiveEndExpiratoryPressure,PEEP增加功能残气量(FunctionalResidualCapcity,FRC)。对于一些限制性病变(ARDS)，呼末维持一定的正压有利于肺泡气体交换，但使用PEEP要慎重，不能随意增减。电子PEEP、机械PEEP或文丘里PEEP。通气模式的发展演化通气模式的数学表达假设病人吸气做功W吸，自己吸到的容量V吸那么：——控制W吸=0时，为控制模式(CMV/IPPV/VCV/PCV)W吸0但V吸=0，辅助控制模式(A/C、病人触发的)——辅助100%W吸0，100%V吸0时，为辅助模式(Assist-Mode)同步间歇控制：SIMV+CPAP/SIMVVC+PSV/SIMVPC+PSV吸气支持：PSV/VAPSV和VSV/MMV/EMMV——自主W吸=100%，V吸=100%时，为自主模式(Spontaneous，CPAP)通气模式的转化呼吸机的质量保障——一个需要思考和关注的问题呼吸机临床风险根据“ISO14971医用装置风险管理——第1部分：风险分析应用”推荐的方法进行风险分析：呼吸机12分，麻醉机、除颤器、高频电刀6分，其它医疗设备都在6分以下；呼吸机是临床风险值最高的设备，其性能稳定和参数可靠与否对病人生死悠关；性能好、使用好、护理好，对病人生命起支持作用；反之，则影响疗效甚至成为杀手。需要全程质量保障以临床培训为基础的人员保障：培训医、护人员（考核合格、持证上岗）；以使用前例行检查为基础的制度保障：建立制度，基本质量确认；以性能测试为基础的质量保障：(1-2)月测一次，临床技师或工程师；以计量检定校准为基础的法律保障，由国家授权建立测量标准，进行量值传递或校准，在法律上得到认可，每年一次。呼吸机使用前的例行检查(OVP)消除一部分潜在风险？①电源气源检查：风险较多、断气断电？②气密性检查：内、外气路和插管漏气？③压力上限：不准或失灵，机械的？④呼气分钟通气量上、下限:漏气/自主？⑤窒息报警：脱管、病人没有呼吸响应？⑥触发灵敏度：不准或误触发？呼吸机使用前的例行检查⑦吸气压力水平：平稳、准确？⑧吸入氧浓度：准确度高于5%，阀、混合器故障、氧电池监测？⑨吸、呼流量：准确度优于5%、线性好？上述检查通过后，将湿化器（故障源？影响机械通气效果）预设在（32～37）℃，然后等待或用于病人，急救时可以只进行第①、②步检查。呼吸机系统故障分布1999年呼吸机主机混合器湿化器压缩机27%12%36%25%使用问题预修保养故障修复更换新品故障修复使用维护故障修复使用维护故障修复6%11%10%2%10%25%11%9%16%加热湿化器工作原理出气口进气口接在吸气回路对病人吸入的气体加温加湿36℃湿化罐内放置一个卷曲的铝筒内衬湿化滤纸形成一个温湿通道接呼气回路图-1加热湿化器应用示意图气管插管病人远端Y-型头加温、加湿要求到达病