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1第76章呼吸机的结构和机械通气模式呼吸机是实施机械通气的工具,临床上已广泛应用于麻醉和ICU中,改善病人的氧合和通气,减少呼吸作功,支持呼吸和循环功能,以及进行呼吸衰竭的治疗,早在1796年,Herholar和Rafn专题报道了应用人工呼吸方法使溺水患者获救,1929年Drinker和Shaw研制成功自动铁肺。直到第二次世界大战前后才逐渐了解了机械通气的原理，并用于心胸外科手术后呼吸支持。1952年斯堪的纳维亚半岛脊髓灰质炎流行，在4个多月内哥本哈根医院收治了2722例，其中315例需用呼吸支持，Ibson强调呼吸支持和气道管理，总死亡率从87%降到30%。从此人们认识到机械通气的重要性。各种类型的呼吸机逐渐诞生，曾先后有三十多家厂商研制和生产过数百种类型的呼吸机，尤其是近年来，随着微电脑技术在呼吸机领域中的应用，使呼吸机技术得到迅速发展，性能渐趋完善。目前，呼吸机的种类和型号繁多，使用方法各异。但无论呼吸机产品种类和型号如何改进或更新，原理和结构大致相同。了解呼吸机的基本结构有助于合理地应用呼吸机，并及时发现呼吸机使用过程中出现的问题，以便及时处理，使机器故障给病人造成的危害降至最低水平。第1节呼吸机的分类一、按控制方式分类（一）电动电控型呼吸机驱动和参数调节均由电源控制，如SC5及EV800电动电控呼吸机等，其吸入氧浓度（FIO2）由氧流量调节，缺少精确数字显示，最好另装氧浓度分析仪。（二）气动气控型呼吸机需4kg/cm2以上氧源和空气源，由逻辑元件控制和调节呼吸机参数。（三）气动电控型呼吸机是多数现代化呼吸机的驱动和调节方式，如Evita、Servo900C、Bennett7200、Adultstar、鸟牌8400及纽邦E-200等。二、按用途分类（一）成人呼吸机。（二）婴儿和新生儿呼吸机。（三）辅助呼吸或治疗用呼吸机。（四）麻醉呼吸机。（五）携带式急救呼吸机。（六）高频正压呼吸机。三、对呼吸机功能的要求（一）工作特点1.容量、压力及时间转换①潮气量=10~20ml，用于婴儿。②50~500ml，用于儿2童。③200~2000ml，用于成人。2.可调的吸气流速成人最高达150L/min。3.可调的吸/呼比率吸/呼比率=1：1~1：4，吸气峰压的限制；婴儿60cmH2O,儿童及成人100cmH2O。4.频率0~60bpm。5.有吸气平台2s和呼气滞后。6.具有常用的通气方式辅助/控制、指令通气、呼气末正压及持续气道正压呼吸（CPAP最高到50cmH2O）。（二）监测气道压力、频率、潮气量、通气量、吸入氧浓度及吸入气温度。（三）报警1.气道高低压。2.吸入氧浓度。3.湿化和雾化液平面。4.吸气温度。5.断电或断气报警。第2节呼吸机的基本结构不管是何种类型的呼吸机，其基本结构是相似的，应包括：①气源。②供气和驱动装置。③空氧混合器。④控制部分。⑤呼气部分。⑥监测报警系统。⑦呼吸回路。⑧湿化和雾化装置。一、气源绝大多数呼吸机需高压氧和高压空气。氧气源可来自中心供氧系统，也可用氧气钢筒。高压空气可来自中心供气系统，或使用医用空气压缩机。氧气和压缩空气的输出压力不应大于5kg/cm2，因此，使用中心供氧、中心供气，或高压氧气钢筒，均应装配减压和调压装置。医用空气压缩机可提供干燥和清洁的冷空气；供气量为55~64L/min的连续气流，最大输出连续气流120L/1.5s,工作压力50PSI（3.4kg/cm2）,露点下降5~10F（-2.8~-5.6℃），噪音小于60dB（1m之内），并有低压报警（30PSI或2.04kg/cm2）,高温报警（150F或70℃）及断电报警。滤过器可消除90%以上的污染。使用时应注意每天清洗进气口的海绵及排除贮水器的积水。并观察计时器工作，一般满2000~3000h应检修一次。电动型呼吸机不需高压空气，其中部分需高压氧，部分不需高压氧，经氧流量计供氧。二、供气和驱动装置呼吸机供气部分的主要作用是提供吸气压力，让病人吸入一定量的吸气潮气量，并3提供不同吸入氧浓度的新鲜气体。（一）供气装置大多数呼吸机供气装置采用橡胶折叠气囊或气缸，在其外部有驱动装置。当采用橡胶折叠气囊时，呼吸机的自身顺应性较大，除本身的弹性原因外，还不能完全使折叠囊中的气体压出。但折叠囊更换容易，成本低，无泄漏，当作为麻醉呼吸机时有独特的优越性。采用气缸作为供气装置时，呼吸机自身顺应性小，可使气缸内的气体绝大部分被压出，但密封环处可能有少量泄漏。近来有采用滚膜式气缸作为供气装置，兼有上述二种优点，且无泄漏，顺应性小。（二）驱动装置驱动装置的作用是提供通气驱动力，使呼吸机产生吸气压力。在呼吸机发展史上曾有7种驱动装置：①重力风箱。②负荷弹簧风箱。③线性驱动活塞。④非线性驱动装置。⑤吹风机。⑥喷射器。⑦可调式减压阀。可调式减压阀为目前应用较多的一种驱动方式。它是指通过减压通气阀装置将来源于贮气钢筒、中心气站或压缩泵中的高压气体转化成供呼吸机通气用的压力较低的驱动气。使用该驱动装置的呼吸机常称为气动呼吸机。吹风机、线性驱动装置、非线性驱动活塞均需使用电动机作为动力。如吹风机是通过电动马达快速恒定旋转，带动横杆向前运动，推动活塞腔中的气体排出，产生一个恒定恒速驱动气流；非线性驱动活塞是电动马达使轮盘旋转，带动连杆运动而推动活塞。采用这些驱动装置的呼吸机常称为电动呼吸机。电动呼吸机的优点是不需要压缩气源作为动力；故一般结构小巧。（三）直接驱动和间接驱动按驱动装置产生的驱动气流进入病人肺内的方式不同，可分为间接驱动和直接驱动。如果从驱动装置产生的驱动气流不直接进入病人肺内，而是作用于另一个风箱、皮囊或气缸，使风箱、皮囊或气缸中的气体进入病人肺内，称为间接驱动。间接驱动类呼吸机称为双回路呼吸机。间接驱动型耗气大，一般耗气量大于分钟通气量，最大可达二倍的分钟通气量。如果从驱动装置产生的驱动气流直接进入病人肺内，称为直接驱动。直接驱动类呼吸机称为单回路呼吸机。直接驱动主要适用于可调式减压阀和喷射器这两种驱动装置。就喷射器而言，其采用Venturi原理，高压氧气通过一个细的喷射头射出，有一部分空气被吸入。FIO2随吸气压力、氧气压力变化而变化，且变化幅度较大。FIO2不小于37%常为急救型呼吸机采用。可调式减压阀驱动装置直接驱动时，常有性能良好的空氧混合器，有伺服性能良好的吸气伺服阀，甚至可直接用两个吸气伺服阀，一个伺服压缩空气，另一个伺服氧气，这种类型的装置可以使病人得到各种不同的吸入氧浓度。伺服阀既可伺服流量，也可伺服压力，阀身小，反应时间快，用这种结构的呼吸机，可以有很多种通气功能，故为多功能呼吸机的首选方案。4三、空氧混合器空氧混合器是呼吸机的一个重要部件，其输出气体的氧浓度可调范围应在21%~100%。空氧混合器分简单和复杂两种。（一）空氧混合装置以贮气囊作供气装置的呼吸机，常配置空氧混合装置，其结构比较简单，混合度不可能很精确，氧浓度是可调的，由单向阀和贮气囊组成。工作原理是：一定流量的氧气经入口先进贮气囊内，当贮气囊被定向抽气时，空气也从入口经管道抽入贮气囊内，从而实现空氧的混合。要达到预定的氧浓度，则通过调节氧输入量来取得。氧流量通过计算：气流量=每分钟通气量×（混合气氧浓度－20%）/80%。例如要求混合气氧浓度达到40%，当分钟通气量为10L时，其输入氧浓度的计算方式，即为：氧流量=10×（40%－20%）/80%=2.5L/min。上述计算表明，当分钟通气量为10L时以2.5L/min的纯氧流量，即可获得含40%氧混合气（FIO2=0.4）。（二）空氧混合器结构精密、复杂，必须耐受输入压力的波动和输出气流量的大范围变化，以保证原定氧浓度不变。通常由一级或二级压力平衡阀、配比阀及完全装置组成（图76-1）。当压缩空气和氧气输入第一级平衡阀时，由于这两种输入气体的压力不可能相等，所以同轴阀蕊将向压力低的一方偏移，造成压力低的一端气阻小，降压也小。而压力高的一端气阻大，降压也大。因而在第一级平衡阀的两端阀，作进一步压力平衡。其工作原理同第一级一样，这次的输出压力已相当均等了。图76-1配比阀实际上是同一轴上的两只可变气阻，当一只气阻减小时，另一只气阻增大。来自前级的等压力进入配比阀后由于受到的气阻不同，所以流入贮气罐的流量也不同（流量=压力/气阻）。如果流入贮气罐的空气流量为7.5L/min，流入的氧流量是2.5L/min，则混合后的氧浓度=（2.5+7.5×20%）/(7.5+2.5)=40%。如果调节配比阀在中间位置，则配比阀两边气阻相同，流入贮气囊的两股气流量也相同。若氧和空气的流入量都是5L/min，则混合后得到氧浓度=（5+5×20%）/（5+5）=60%。根据上述情况可知，尽管输入的两种压缩气体的压力会有波动，但经过二级平衡之后输出压力是相当均等的，并且不会影响已调定的氧浓度。唯有调节配比阀后，氧浓度才会改变。为了贮气罐内压力不致升得太高，可安置压力开关，当气罐内压力升至预置值时，压力开关使第二级平衡阀产生压力泄漏而关闭，致使贮气罐因得不到气流补充而压力下降。当压力下降至预置时，压力开关使平衡阀重新启动。安全装置的作用是当两种压缩的气体中的任何一种发生耗竭，或已不符合使用要求时，则另一种气体能立刻自动转换以维持供气；同时能发出声光报警。四、控制部分5控制部分是呼吸机的关键组成部分。根据控制所采用的原理不同，可将控制部件分为三种：气控、电控和微处理机控制。控制部分使呼吸机在吸气相和呼气相两者之间切换。（一）控制原理1.气控呼吸机无需电源，在某种特定的环境很有必要。如急救呼吸机在担架上、矿井内、转运过程中等。它的特点是精度不够高，难以实现较复杂的功能，一般可作一些简单控制。随着器件的低功耗化，以及高性能蓄电池的出现，气控方式有被逐渐淘汰的可能。2.电控是用模拟电路和逻辑电路构成的控制电路来驱动和控制电动机、电磁阀等电子装置的呼吸机，称为电控型呼吸机。电控型呼吸机控制的参数精度高，可实现各种通气方式。电控型呼吸频率误差一般为5%~10%，气控型为15%~20%，吸呼比由气控呼吸机较难实现，而电控型十分容易，还有同步、压力报警功能等均是如此，故电控型呼吸机有很大的优越性。3.微处理机控制仍属电控型。由于近年计算机技术的迅速发展，这种控制型呼吸机也日趋成熟。呼吸机控制精度高，功能多，越来越多的呼吸机均采用此种方法。目前，呼吸机已可以不改变硬件和呼吸机的结构件，而只需改变控制系统的软件部分，即可修改呼吸机的性能、发展呼吸机的功能。所以，利用微电脑作为呼吸机的控制部分，是呼吸机发展和更新的总趋势。（二）控制方式1.起动（initiating）是指使呼吸机开始送气的驱动方式。起动有3种方式：时间起动、压力起动和流量起动。（1）时间起动用于控制通气。它是指呼吸机按固定频率进行通气。当呼气期达到预定的时间后，呼吸机开始送气，即进入吸气期，不受病人吸气的影响。（2）压力起动用于辅助呼吸。压力起动指当病人存在微弱的自主呼吸时，吸气时气道内压降低为负压，触发（trigger）呼吸机送气，而完成同步吸气。呼吸机的负压触发范围（灵敏度，sensitivity）为-1~-5cmH2O,一般成人设置在-1cmH2O以上，小儿在-0.5cmH2O以上。辅助呼吸使用压力触发时，能保持呼吸机工作与病人吸气同步，以利撤离呼吸机，但当病人吸气用力强弱不等时，传感器装置的灵敏度调节困难，易发生过度通气或通气不足。此外，由于同步装置的限制，病人开始吸气时，呼吸机要迟20ms左右才能同步，这称为呼吸滞后（lagtime）。病人呼吸频率越快，呼吸机滞后时间越长，病人呼吸作功越多。(3)流量起动用于辅助呼吸。流量起动指在病人吸气开始前，呼吸机输送慢而恒定的持续气流，并在呼吸回路入口和出口装有流速传感器，由微机测量两端的流速差值。若差值达到预定水平，即触发呼吸机送气。持续气流流速一般设定为10L/min，预定触发流速为3L/min。流量触发较压力触发灵敏度高，病人呼吸作功较小。6理想的呼吸机触发机制应十分灵敏，可通过两个参数来评价，即灵敏度和反应时间（response