麻醉机的原理及类型

麻醉机的原理及类型自1846年朗宁首先应用乙醚麻醉以来，吸入麻醉已日臻完善。现代药理学的发展，科学技术的进步，特别是电子计算机技术的应用，更使现代吸入麻醉的水平大大提高。吸入麻醉易于控制、安全、有效。是当前医院进行手术时的首选。所谓麻醉是指使有机体全部或局部暂失去知觉，以便进行外科手术治疗的方法。麻醉的方法有多种，如针刺麻醉、注射麻醉及吸入麻醉等。目前医院使用全身麻醉的方法仍是以吸入麻醉为主。麻醉机就是利用吸入麻醉方法进行全身麻醉的仪器。一、吸入麻醉机的原理吸入麻醉是通过机械回路将麻醉药（剂）送入患者的肺泡，形成麻醉药气体分压，弥散到血液后，对中枢神经系统直接发生抑制作用，从而产生全身麻醉的效果。二、吸入麻醉机的类型（一）空气麻醉机空气麻醉机属于半开放式麻醉装置。它主要有药液罐、乙醚调节开关、折叠式风箱及吸、呼气单向活瓣和波纹管组成。如图2-1-1所示。该装置轻便适用，可直接利用空气和氧气作为载气，能进行辅助呼吸和控制呼吸，满足各种手术要求。其工作原理是：病人在完成麻醉诱导后，将空气麻醉机与密闭式面罩或气管导管连接。吸气时，麻醉混合气体经开启的吸气活瓣进入病人体内；呼气时，呼气活瓣开启，同时吸气活瓣关闭，排出呼出的气体。当使用辅助或控制呼吸时，可利用折叠式风箱。吸气时压下，呼气时拉起，保证病人有足够的通气量。同时根据实际需要，调整乙醚开关以维持稳定的麻醉水平。这种装置的不足之处是乙醚浓度较低，只能作为麻醉的维持，而且乙醚的消耗量较大，易造成环境污染。（二）直流式麻醉机直流式麻醉机由高压氧气、减压器、流量计、麻醉药液蒸发器组成。如图2-1-2所示。该议器仅能提供氧气和调节吸入气体的麻醉药浓度，必须有其它装置与输出部位串联才能进行麻醉。（三）循环紧闭式麻醉机该装置以低流量的麻醉混合气体，经逸气活瓣（门）单向流动供给病人。呼出的气体经呼气活瓣进入CO2吸收器重复使用。其结构主要由供氧和氧化亚氮装置、气体流量计、蒸发器、CO2吸收器；单向活瓣、呼吸管路、逸气活瓣、储气囊等组成，如图2-1-3所示。现代的麻醉机还配备有通气机气道内压、呼气流量、呼气末CO2浓度，吸入麻醉药浓度、氧浓度监视仪、低氧报警及低氧-氧化亚氮自动保护装置。图2-1-4是一个实际的麻醉气路图。这是一个循环紧闭式麻醉回路。在进行麻醉之前，首先要给病人通一定量（一般为3～5min）的纯氧气，然后再进行麻醉操作。1.麻醉药液蒸发器2.氧气流量计3.氧化亚氮流量计4.氧化亚氮进口5.氧气进口6.纯氧供给按钮7.混合麻醉气体输送管8.氧压表9.氧化亚氮压力表10.氧失效保护装置11.麻醉气体输出口12.吸气活辨13.呼气波纹管14.三通接头15.面罩16.呼气活辨17.CO2吸收器18.逸气活辨19.多余气体逸出口20.波纹管21.贮气皮囊22.成人-儿童切换开关理想的吸入麻醉药应具有如下性质：具有固定的分子结构，在与光、碱或纳石灰同伍时不分解，能适用于各种气候环境和紧闭式麻醉回路系统。强效，可用高浓度的氧通气。与空气、氧气或氧化亚氮混用时，任何浓度下不燃不爆。应具备有低血／气压分配系数，诱导和清醒快，可灵活调整麻醉深度。吸入无刺激性，麻醉诱导平顺。在体内无代谢，不对各器官产生特异性毒性，即使低浓度长期接触，也不能发生特异性器官中毒。对心血管和呼吸系统的副作用减到最低。对中枢神经系统的作用易于控制和逆转无刺激物活性，能提供一定程度的止痛作用。完全能满足上述要求的麻醉药很难找到。目前常用的几种麻醉药有以下几种：一、氧化亚氮（N2O）氧化亚氮又被称作笑气，是麻醉机应用最早的一种麻醉药。氧化亚氮是一种无色、无刺激性、具有甘甜味道的液态气体。其化学结构稳定，通过钠石灰时极难分解，不与麻醉回路中的金属和橡胶起反应，不燃、不爆，病人易于接受。由于氧化亚氮是一种惰性气体，对机体心血管的影响很小，且因其最低肺泡浓度值超过100，麻醉效能低，故常将它作为一种载体气体与其它吸入麻醉药混用，以达到满意的麻醉效果。二、氟烷氟烷不燃、不爆，但化学性质不稳定，在阳光和紫外线照射下易变质。在与钠石灰接触时，可小部分发生化学反应；在有水蒸汽存在的条件下，可对铝、铅、黄铜形成腐蚀。因此，应将其贮存于琥珀色瓶中，且要加稳定剂。三、安氟醚安氟醚为无色挥发性液体，具有水果芳香气味、不燃、不爆。其化学性质稳定，不与紫外线、金属和钠石灰起反应，易于保存。其麻醉诱导平顺、迅速和舒适，麻醉后恢复迅速，反复使用无明显副作用。四、异氟醚这是一种新型的吸入麻醉药。引入临床后，使吸入麻醉进入了一个新的阶段。它麻醉诱导和苏醒极为迅速，对肝肾功能及心肌收缩力影响小，肌肉松弛良好，可重复使用，是一种比较接近的理想吸入麻醉药。它是安氟醚的同分异构体，分子结构稳定，与紫外线、金属及钠石灰不起反应，但有（病人可耐受的）轻度刺激性溴味。五、七氟醚七氟醚分子结构稳定性差，在湿性钠石灰中易分解，在血中的溶解度几乎接近于氧化亚氮（分别为0.6和0.47）。其摄取和排除的速率极高。这种麻醉药于70年代初期合成，投入临床后不久即提出其体内代谢和毒性问题，几乎被废弃。近年，麻醉学界经过深入研究后认为其效果较好，可与异氟醚相匹敌，临床应用普遍。但麻醉学界对此仍有异议。六、脱氟醚脱氟醚是近年推出的一种新型吸入麻醉药，以其优良的理化性质和药物代谢动力学特征深受麻醉师的重视。1987年埃格尔率先公布了脱氟醚临床试验的情况。动物和人类的实验研究表明，与其它麻醉药相比，该麻醉药的化学性质稳定，抗分解代谢强，诱导快，苏醒早，对循环功能影响小，是一种有发展前途的麻醉药。在存放时，由于其化学性质稳定，不需加稳定剂，适合于循环紧闭麻醉，且在钠石灰中相当稳定。一、麻醉回路麻醉回路根据有无储气囊、有无呼出气体的重复性吸入、有无CO2吸收装置和有无单向活瓣等因素可分为以下四类。（一）开放回路该系统无贮气囊和呼出气体的重复性吸入，结构简单，造价低廉。开放回路与病人呼吸道之间无机械连接，不增加呼吸阻力。但是由于大量的麻醉药弥散在手术室内，会对环境造成很大的污染。如使用可燃麻醉药，不控制通气，还可能引起燃烧、爆炸等危险。该系统最大的缺点就是麻醉深度不易掌握，且不稳定。（二）无重复吸入的半开放系统半开放系统也不存在重复性吸入，呼出的气体全部排到系统外。在吸气过程中，病人吸入是纯新鲜气体，这样所使用的新鲜气体的流量至少要等于甚至要高于病人的分钟通气量。这种回路的特点是由于病人吸入的是纯新鲜气体，因此能够迅速改变吸入麻醉药的浓度，易于维持稳定的麻醉，储气囊还能辅助或控制呼吸。无重复吸入活瓣也有许多不利因素：由于活瓣本身有重量，而且距离病人呼吸道又近，很不方便。这样容易增加病人的呼吸阻力。再则，有的病人呼出的气体中的水分凝结后会使活瓣的活动受限，且有将呼出气口堵塞的危险。（三）半紧闭系统半紧闭系统是常用的一种麻醉回路。该系统有储气囊和部分重复性吸入装置。在系统中，由于设置有重复吸收装置，可使病人在呼吸过程中的水分和体热丢失减少。这种系统的供气量较大，呼出的气体中的大部分CO2经回路中的逸气活瓣排到系统外，CO2的重复性吸入不到l％。重复性吸入的大小取决于供气量的大小。气流量越大，重复性吸入越小。反之亦然。（四）紧闭式回路在半紧闭式回路中，当新鲜气体的流量降低到一定程度时，逸气活瓣呈关闭状态，即为紧闭式麻醉回路。在紧闭式回路中，以（0.3～2）L/min的麻醉混合气体给病人通气，病人呼出的全部气体被CO2吸收器吸收后重复吸入，不与外界相通，循环往复，达到全身麻醉。紧闭式循环又分为来回式紧闭法和循环式紧闭法。1、来回式紧闭法如图2-3-1所示。该装置由蒸发器，C02吸收器和储气囊组成，并装有可调节储气囊容量的活门。使用该装置时，病人呼出的气体中的CO2通过吸收器进入气囊。吸气时，气囊中的气体伴随着新鲜气流经CO2吸收器一起吸入。因此，吸入到病人体内的气体中的CO2在吸收器中得到来回吸收，使其吸收的更加充分。该装置无活瓣无效腔，因此呼吸阻力小。但吸收罐（器）离病人太近，若吸入了钠石灰，易引起剧咳和支气管痉挛。2、循环式紧闭法其基本结构如图2-3-2所示。主要部件有蒸发器、CO2吸收器、储气囊，吸气波纹管和呼气波纹管等。带有吸气活瓣的吸气波纹管和呼气活瓣的呼气波纹管，通过三通管与病人相联接。该装置主要用于经过诱导麻醉后的麻醉维持。吸气时，混合气体经过吸气活瓣进入病人体内；呼气时，吸气活瓣关闭，呼气活瓣打开，呼出的气体经CO2吸收器到达储气囊。由于气流作圆周式单向流动，因此它要求的气体流量小，药液用量少，而且麻醉气体浓度较易控制。整个系统不与外界相通，易于保持呼吸道的湿润，体热损失少。该装置的不足之处是，呼吸阻力较大，不宜于儿童使用。钠石灰吸收CO2的效能降低，容易导致CO2在人体内的蓄积，应及时更换。一）蒸发器绝大部分吸入性全身麻醉药物都是常温、常压下的可挥发性液体。这类液体药物必须转变成气体后才能在临床上应用。这就需要用蒸发器将液体药物进行蒸发，使其变成可使用的气体麻醉药。气体麻醉药便于随着呼吸而进入到人体内，实现全身麻醉的目的和效果。根据物质运动的原理，构成液态物质的分子由于内能的存在，每时每刻作无规则的相互碰撞运动。随着温度的升高，分子内能增加，碰撞的次数和分子的运动速度都会增加。当某些分子的内能增加到足以克服分子间的相互引力时，构成液态物质的分子就会脱离液态物质的约束而形成气态物质。这种过程被称为液体的汽化过程。在密闭的容器内，液体物质的汽化并不是无限制的进行下去的。它要受到容器内的压力和温度的双重影响和制约。当温度一定时，随着液体物质的不断汽化，气体分子数的不断增多，在容器内就会产生一个随分子数目增多而增加的压力。当液体内的分子在容器内压力的作用下，它的内能不足以克服这个压力时，液体内的液态分子就不能变成气体分子，从而达到相对平衡状态。即气体分子浓度相对平衡。这时的温度叫做饱和蒸发温度；压力叫饱和蒸汽压力。当压力一定时，随着液体物质的不断汽化，药液的温度会逐渐降低，蒸发速度变慢。当降到一定程度时，温度也会不足以支持液体的汽化。使气体分子浓度相对平衡。当压力和温度这两个条件中任一条件改变时，其蒸发过程又会进行，直到达到新的平衡。蒸发器一般分为两大类；一类叫做液面蒸发器；另一类叫做特定药物用蒸发器。液面蒸发器是在盛有挥发性麻醉药的容器上方空间到蒸发室通过一定量的气体，一般是氧气和笑气的混合体，也叫载体。当这部分气体流过蒸发室时，就会变成含有饱和麻醉药蒸汽的气体，形成临床上所需要的安全浓度的麻醉气体。液面蒸发器又分下面几种：1、鼓泡型蒸发器这种蒸发器是通过一个浓度调整旋钮改变麻醉气体的浓度。其工作原理是：气体通过导管3达到铜盘4，铜盘上有许多小孔，当气体从小孔冒出时，就使药液产生大量的气泡，从而将饱和麻醉气体带出。随着麻醉药液的不断蒸发，液体温度会随之降低，使蒸发速度变慢。即鼓泡型蒸发器的麻醉气体浓度不易控制（图2-3-3）。这种蒸发器是通过一个浓度调整旋钮改变麻醉气体的浓度。其工作原理是：气体通过导管3达到铜盘4，铜盘上有许多小孔，当气体从小孔冒出时，就使药液产生大量的气泡，从而将饱和麻醉气体带出。随着麻醉药液的不断蒸发，液体温度会随之降低，使蒸发速度变慢。即鼓泡型蒸发器的麻醉气体浓度不易控制（图2-3-3）。2、抽吸型蒸发器抽吸型蒸发器是乙醚蒸发器，它是将棉纱线制成的芯子浸泡在乙醚液中，通过棉芯的虹吸原理，使麻醉液面上方保持一定浓度的蒸汽。开启调节开关，通过很小的气体，就能将乙醚蒸汽带给病人。棉芯的面积越大其蒸发越好，通过气体带出的蒸汽浓度就越高。它和鼓泡型蒸发器一样，随着药液的不断蒸发，周围温度降低，麻醉气体浓度较难控制（图2-3-4）。3、间接热源型蒸发器这种蒸发器是利用铜的高比热和良好的传热特性，吸收环境中的热量来供给药液进行蒸发。目前应用较为普遍的是温度-气流量补偿型蒸发器，如图2-3-5所示。它的工作原理是：载气流3通过由青铜制成的细孔圆盘1时喷出汽泡，在液面上形成大量的麻醉蒸汽，经导气管4导出，与主气流混合形成稳定浓度的麻醉气体送给病人。由于药液的不断蒸发使环境温度