呼吸生理及呼吸机工作原理

呼吸生理及呼吸机工作原理第一章呼吸系统解剖与生理第一节呼吸系统解剖学•上呼吸道•下呼吸道•肺第一章呼吸系统解剖与生理上呼吸道功能：传递气体作用：鼻腔起过滤，湿化及加热吸入气体，从而维持呼吸道及全身温度的作用。构成：口腔、鼻腔、咽和喉上呼吸道－鼻腔功能：－鼻毛清除空气中的尘埃－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，也湿化了吸入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32ºC。粘液腺－湿润毛细血管－加温纤毛－除尘上呼吸道－咽、喉会厌软腭功能－运输食物和空气。－吞咽时口腔顶部软颚向上移动封闭鼻腔，会厌向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。下呼吸道功能：传递气体作用：逐级将新鲜气体传送至肺泡。构成：气管、支气管、细支气管和终末细支气管下呼吸道－总气管总气管－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)。下呼吸道－气管树•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、亚段等细支气管最后到达肺泡。•细支气管管壁缺少软骨，成人平卧或发生炎症时，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。肺功能：气体交换作用：肺泡周围环绕毛细血管。新鲜空气抵达肺泡提供O2给毛细血管中的红细胞，而CO2则从毛细血管中排至肺泡(即气体交换)。构成：肺分为左、右两肺；左肺有两叶、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－气体交换基本单位－人体左、右两肺的肺泡的表面面积共约70-100平方米。在静息情况下为身体摄取250毫升的氧,並排出200毫升的二氧化碳.(R.Q=0.8)肺－肺泡第二节呼吸生理呼吸过程第一章呼吸系统解剖与生理呼吸生理目录外、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布弥散功能通气/血流比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。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.下呼吸道往返于肺为人体提供氧和排出二氧化碳。呼吸生理引言呼吸生理引言呼吸系统和循环系统互相配合，将全身静脉血(含较多的CO2)送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O2)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→气体交換是呼吸的整个过程。呼吸产生的机制化学感应器呼吸中枢呼吸肌肉通气动脉PCO2,PO2,pH呼吸的过程呼吸机起作用细胞通气分布弥散运输缓冲作用运输氧合作用血液运输CO2产生弥散氧利用CO2O2外呼吸内呼吸外呼吸：呼吸肌－横膈横膈•一层平坦的肌肉•将胸腹腔分开•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厘米吸气呼气横膈收缩吸气横膈松弛呼气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。呼气时因胸廓收缩和横膈上升，气管长度及内径均缩小，肺泡排气。休息时呼吸做功很小，病理条件下做功增加，呼吸肌本身氧耗也增加。机械控制呼吸时呼吸做功由呼吸机承担。外呼吸：呼吸肌群－胸廓运动胸廓张开吸气胸廓收缩呼气外呼吸：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而使空气进入肺泡。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。肺弹性﹣2呼吸肌用力产生负压－吸气弹性回缩力产生正压－呼气外呼吸：血液运输循环系统-将来自肺部富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%，剩余的是血浆占55%。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（肺泡。外呼吸：血液运输－血管系统气体交换全过程在肺内氧气弥散入肺毛细管血液中，CO2反之。心脏和动脉将氧合的动脉血输送至全身。在组织毛细血管处提供给细胞O2並帶走CO2.循环系统的静脉主要是将脱氧的血液返回心脏並再输送回肺，使红血球氧合並排出CO2。肺循环肺泡动脉细胞肺泡静脉肺循环毛细血管第三节通气功能第一章呼吸系统解剖与生理肺容量定义（一）功能残气量(FRC):平静呼气未残留在肺内的气体量。RVVtFRC潮气量(Vt):一次呼吸的吸入气体量或呼出量。残气量(RV):最大呼气后残留在肺内的气体量。VC肺活量(VC):一次最大吸气后完全呼出气量。肺容量定义（二）肺容量定义（三）某个解剖位置所测的容量(静态)称为肺容量，若加上时间因素(动态)即为通气量。•分钟通气量=Vt潮气量×RR呼吸频率(次/分)•分钟肺泡通气量=(Vt-解剖死腔量)×RR（次/分）解剖死腔量：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：肺泡通气不足或肺泡周围毛细血管，血流灌注不足所造成的无效通气量。生理死腔量=解剖死腔+肺泡死腔影响通气的指标－顺应性顺应性：弹性高顺应性低顺应性影响通气的指标－顺应性肺顺应性－代表肺的扩张性－肺容量改变随肺泡压力改变而变化。CL=肺容量变化量肺压力变化量(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概念：气体在气道内流动时所受到的阻力机械通气过程中其阻力主要取决于：气道的长度、直径、气道的弹性、气管插管及呼吸管路。影响气道阻力的主要因素：气道内原因(分泌物、肿瘤、异物等)气道壁增厚气道外原因(肿瘤，脏器等)影响通气的指标－呼吸阻力呼吸阻力－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需的压力,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。－阻力决定于流速大小呈正相关。层流↑湍流↑影响通气的指标－呼吸阻力分泌物过多痉挛粘膜水肿分泌物过多花生米→肺气肿肺泡挤压影响通气的指标－呼吸阻力的几种表现临床上增加气道阻力的常见因素COPD慢性支气管炎支气管哮喘慢性阻塞性肺气肿炎症喉气管支气管炎会厌炎支气管炎机械性原因异物肿瘤出血气管插管呼吸管路扭曲或积水气道阻力正常值气道阻力正常值：在流速(V)=30L/min时，气道阻力(Raw)=0.6~2.4cmH2O/L/sec对于气管插管的病人，影响气道阻力的原因：可能是：插管的长度及直径呼吸作功呼吸作功：呼吸肌活动，消耗能量克服呼吸器官的弹性和非弹性阻力。正常限制阻塞上图:正常的平静呼吸。中图:呼吸道有阻塞情况下的呼吸；吸气和呼气均作了较大的功。下图:肺或胸廓扩张受限制时吸气作功小而呼气作功大。气道阻力及呼吸功气道阻力(Raw)与呼吸功(WOB)的关系:Raw=△P/fRaw↑→→WOB↑(气道阻力增加是导致呼吸功增↓加的最主要原因)↓肺通气不足→→CO2不能充分排出体外阻塞性疾病：肺顺应性高→→呼吸幅度深、节奏慢限制性疾病→→呼吸幅度浅、节奏快气道阻力是影响通气及氧合的因素：Raw↑→→WOB↑→→病人通气及氧合发生变化如果气道高阻力长时间得不到解决则导致呼吸肌肉疲劳；最终通气衰竭、氧合衰竭。呼吸生理总结•呼吸的过程是肺通气→分佈→弥散(气体交换)→血气，正常吸气是主动的呈负压，呼气是被动的。吸、呼气结束时压力均为零。•顺应性代表肺的扩张性；阻力代表气道对气体流速的阻力，气流分为层流和湍流；吸气作功代表吸气肌用力情况。•V/Q比失調会引起低氧血症(PaO260mmHg)。•血气分析是对整个呼吸生理过程的结論。•呼吸机是通气机只能起肺的通气功能的作用；间接对換气功能有帮助。第二章机械通气原理第一节机械通气的基本概念第二章机械通气原理机械通气定义概念：对于病人自己不能维持机体生理机能所必需的气体交换功能，机械通气是一种能够有效地替代病人所丧失通气功能的方式。机械通气适用范围适用范围：机械通气适用于短期及长期在医院接受治疗的危重病人、慢性呼吸系统疾病的病人、呼吸衰竭病人、各种外伤及重大手术后的病人、以及神经系统疾病、营养衰竭等各种原因导致的通气、氧合衰竭的病人。适应症的生理及病理原因无法维持正常的通气、氧合的原因：1.气道阻力过高2.肺顺应性过差3.通气量不足4.通气/血流比例失调5.肺内分流6.渗透压及毛细血管/淋巴管通透性发生变化机械通气涉及的物理量压力峰压、平台压、平均压、呼气末正压容量潮气量、分钟通气量时间呼吸频率、吸气时间流速峰流速Paw(PIP)PResistancePplat.PEEPA峰压B平台压C呼末正压0Time(sec)机械通气物理量定义－压力VtPF峰流速潮气量机械通气物理量定义－流量、容量TiTe吸气时间呼气时间机械通气本身的四个物理量相互影响压力－时间、流速－时间、容量－时间压力－容量、流速－容量、压力－流速来自病人的两个呼吸生理的指标参与物理量的变化气道阻力、肺顺应性机械通气物理量间的关系肺顺应性的计算概念：单位压力下肺容量的变化：C=△V/△PC—肺顺应性△V—肺容量变化△P—压力变化分类：静态顺应性动态顺应性Cs=VT/(Plateau-PEEP)CD=VT/(PIP-PEEP)plateau---平台压PIP--------峰压PEEP-----呼气末正压正常值：CD=30~40L/cmH2OCs=40~60L/cmH2O临床上降低肺顺应性的常见因素静态顺应性：肥胖痰液滞留肺不张ARDS张力性气胸动态顺应性：支气管痉挛气道阻塞气管插管扭曲第二节机械通气的实现第二章机械通气与呼吸机机械通气实现机械通气的实现是通过呼吸机来达到的。呼吸机定义呼吸机(Ventilator)是人工通气机械装置。它不能代替完整的呼吸功能。呼吸机只是外呼吸的驱动功能的替代设备。呼吸机分类呼吸机(Ventilator)按照其工作原理及供气方式主要分成负压、正压呼吸机两个大类。按照其工作动力又分为气动与电动呼吸机。负压呼吸机概念：在机械通气过程中，呼吸机提供的通气压力低于大气压。典型代表是铁肺和胸甲。铁肺(IronLung)：将人体除头部外的其余部分置于密闭的铁容器中，通气时使容器内形成负压迫使胸扩运动。缺点：负压使血液集中于腹腔，回心血量过少，形成“腹腔休克”；因病人处于密闭容器内使得护理困难。负压呼吸机胸甲(ChestCuirass):此设备放置于接受治疗病人的胸部，以外部动力带动胸扩运动。对护理工作有所改进，同时减少“腹腔休克”的发生。缺点：气体泄漏。负压通气符合生理情况，但由于负作用较大现今临床上应用已很少。正压呼吸机概念：在机械通气过程中呼吸机提供的通气压力高于大气压。目前，临床使用的绝大部分是正压通气式呼吸肌。正压通气改变了机体的正常生理状况，因此应用时必须对生命体征进行监测以保证安全。机械通气历史与发展（一）19世纪初，欧洲风箱技术用于溺水急救与复苏1928年10月Drinker和Shaw发明“铁肺”--箱式体外负压通气机成功地使因脊髓灰质炎呼吸衰竭而昏迷的病人神志恢复机械通气历史与发展（二）1934年Guedel首先提到间隙正压通气1939年Drinker和Collins发明盾状胸负压通气机，以解决铁肺造成腹部血液滞留的问题。机械通气历史与发展（三）本世纪40年代末和50年代初，脊髓灰质炎大流行，促进了机械通气技术向正压通气过渡。美国和斯堪的那维亚地区因深受危害最深而分别成为新型正压通气设备的中心。机械通气历史与