设备管理_麻醉设备学培训教材

第十三章通气机 麻醉设备学 安医大二附院李加荣 2 Abstract 呼吸机是临床使用的肺通气装置 它只能起到将气体送到肺内和排出肺外的作用 并没有参与呼吸的全过程 并不能代替肺的全部功能 指换气功能 所以有人认为将其称之为通气机更为确切 我们所谈到的呼吸机的功能实际上是指它的通气功能 3 机械通气 作用 替代和改善外呼吸 降低呼吸做功适应症 1 严重通气不良 2 严重换气障碍 3 神经肌肉麻痹 4 心脏手术后 5 颅内压增高 6 新生儿破伤风使用大剂量镇静剂需呼吸支持时 7 窒息 心肺复苏 9 任何原因的呼吸停止或将要停止 禁忌症 没有绝对禁忌症 肺大泡 气胸 低血容量性休克 心肌梗塞等疾病应用时应减少通气压力而增加频率 4 机械通气 机械通气的四类基本通气模式 1 体外间歇负压通气 IntervalNegativePressureVentilation INPV 体外通气机将患者躯干置于铁肺密闭箱内 患者头部置于箱外 通过箱内负压扩张胸廓使气道压低于大气压 形成人工吸气 呼气期箱内负压解除 胸廓弹性回缩自然呼气 2 正负压通气 Positive NegativePressureVentilation PNPV 吸气期气道压高于大气压 气体压入肺内 呼气期气道压低于大气压吸出肺内气体 5 机械通气 机械通气的四类基本通气模式 3 间歇正压通气 IntervalPositivePressureVentilation IPPV 吸气期气道压高于大气压 气体压入肺内 呼气期气道压与大气压平衡 胸肺弹性复位 驱使肺内气体呼出 IPPV是目前应用最广的基本通气模式 附加特定功能可以衍生出多种通气模式 4 持续气道正压 ContinuousPositiveAirwayPressure CPAP 呼吸气路内提供持续气流经限压阀排出 吸气期和呼气期气道压始终高于大气压 6 铁肺 1 黛安妮奥德尔在3岁时患上严重的小儿麻痹症 从此她的人生就只能被限制在一个7英尺长 750磅重的金属箱子 人工呼吸机 里 6岁的时候 医学界研制出了小儿麻痹症疫苗 但是对于奥德尔来说 疫苗已经问世得太晚 58年来 奥德尔一直在这个厚重的金属箱子里度过 由她的父母以及其他家人照顾 后来又有好心人为她建立了一个非营利性的基金会 出资聘请助手专门照料她 7 铁肺 2 在人工呼吸机里 奥德尔只有颈和头部露在机器外面 她只能通过镜子与来访者进行眼神交流 此外 奥德尔还学会了如何用一个细小的吹气管控制电视开关 并且通过有语音识别功能的电脑进行写作 由于奥德尔脊柱畸形 因此只能一直使用老式的人工呼吸机 她顽强地拿下了高中毕业证 参加了大学的课程 还被授予荣誉学位 她甚至还利用一部可以进行语音识别的电脑写了一部儿童读物 8 铁肺 3 2008年5月28日凌晨 暴风雨袭击了整个田纳西州 顷刻间狂风大作 暴雨倾盆 突然 整个杰克逊镇的电路中断了 警觉的弗里曼立刻冲到客厅 开启自备发电机 然而紧急关头 自备发电机竟然无法启动 弗里曼情急之下 试图用手动方式去开动 铁肺 过去他曾数次用同样的方法挽救回女儿 然而这一次 铁肺 却没有恢复工作 弗里曼不停地为女儿施行人工呼吸 然而这一切已经迟了 凌晨3点 和生命赛跑了61年的黛安妮离开了这个世界 9 Phylogeny 1 1543年 Vesalius首次对猪进行气管切开并置入气管导管成功 证实通过气管导管施以正压能使肺膨胀 1667年 Hooke在狗身上成功重复了这一实验并首次应用风箱技术成功地进行了正压通气 1792年 Curry首次在人身上成功进行了气管插管 此后这种简单的由手动进行人工通气的风箱技术在欧洲较广泛地被用于溺水者的复苏 1832年Dalziel设计出一个箱式负压装置 通过箱内的压力变化而进行通气 但是它需要人工提供动力 1928年10月 Drinker和Shaw用他们研制的一台被世人称为 铁肺 的箱式体外负压通气机治疗一个因脊髓灰质炎呼吸衷竭而昏迷的8岁女孩获得成功 从而开创了机械通气史上的一个里程碑 10 Phylogeny 2 在30至40年代欧美脊髓灰质炎大流行时 铁肺 双人铁肺 胸甲式和带式等体外负压通气机大量应用于临床 尽管取得了一些效果 但其固有的缺陷暴露无遗 一是疗效极低 其治疗呼吸衷竭的总死亡率高达80 对战伤所致的急性呼吸窘迫综合征 ARDS 的治疗未获成功 二是气道管理困难 气道分泌物难以排出 三是不能应用于外科手术麻醉中 19世纪末20世纪初 由于人工气道技术的完善和喉镜直视下气管插管方法的建立 正压通气方法在外科和麻醉学科领域得到较为迅猛的发展 1940年第一台间歇正压通气 IPPV 麻醉机发明成功并应用于胸外科手术患者和战伤ARDS的抢救中 获得成功 11 Phylogeny 3 1946年 美国Bennett公司研制出第一台初具现代呼吸机基本结构的间歇正压呼吸机并应用于临床 自此气控 气动压力限制型呼吸机一度成为正压通气机的主流形式 这一时期的主要代表机型为BennetPR 1A和BirdmarkVII等 属于现代第一代呼吸机 但在临床实践中发现这类正压呼吸机常常不能保证有效的潮气量 为弥补这一不足 设计者们首先开发了容量监测功能装置 然后开始探索研制容量限制型呼吸机 1950年 瑞典的Engstrom研制出世界上第一台容量转换型呼吸机 标志着第二代呼吸机的诞生 自此 正压通气技术达到了一个新的水平 12 Phylogeny 4 这些早期的现代呼吸机采用的是活塞 风箱等气控 气动机械性技术 灵敏性不高 监测功能不完善 至60至70年代 随着物理学的发展 电子技术被引进到呼吸机的设计中 气动能源实现了电子设备控制 由电位计所控制的容量压力监测系统和报警系统亦开发出来 这些都大大方便了临床实践 这一时期 随着大量临床经验的积累和研究 一些新的机械通气观念和技术得以发展和应用 如呼气末正压 PEEP 持续气道正压 CPAP 间歇指令通气 IMV 同步间歇指令通气 SIMV 和T型管技术 13 Phylogeny 5 自80年代以后 第三代呼吸机开始广泛应用于临床 它们功能齐全 性能先进 可靠耐用 集定压 定容于一体 兼容多种新的通气模式 部分机型还具备智能化功能 其特点具体表现在 A 活塞风箱和机械性活瓣应用减少 代之以电子模拟装置 重要部件具有双重性结构 故障发生率低 安全可靠 B 附属加温加湿功能更加充分 部分机型还带有气道雾化给药装置 C 吸入氧浓度的调节更加灵活 随意性更大 D 辅助通气的功能元件灵敏度提高 反应时间缩短 多不超过150ms 开发出流速触发时的阻力和呼吸功消耗 使自主呼吸更易与呼吸机协调同步 E 增加了吸气流速波型变化 吸气暂停 深吸气等有益的特殊功能 14 Phylogeny 6 F 开发出多种新的通气模式 其中部分模式具有智能化功能 如压力支持通气 PSV 压力调节容积控制通气 PRVCV 容积支持通气 VSV 压力释放通气 PRV 双相气道正压通气 BiPAP 适应性支持通气 ASV 适应性压力通气 APV 和容积保障压力支持通气 VAPSV 等 其共同特点是较以往辅助通气模式更加接近生理状态 G 监测 警报系统更加完善 应用了自动反馈调节系统和自动较正系统 使调节更加简单 增加了安全性 部分机型还具有相应的通讯接口 可连接计算机和监护仪 为临床提供更多的资料和数据 H 一机多能 同一型号呼吸机既适用于成人又可用于儿童 集压力 容积 时间及流速切换于一身 扩大了应用者的选择范围 15 呼吸机的分类 压力方式 体外式负压呼吸机 早期的铁肺 胸甲式呼吸机作用于气道的正压呼吸机 现代呼吸机均为此类型 吸气 呼气 切换方式 压力切换型容积切换型时间切换型流速切换型联合切换型通气频率 常规频率呼吸机高频喷射呼吸机 可控制在1 20Hz高频振荡呼吸机 频率在50Hz以上 16 间歇正压通气周期 间歇正压通气机工作周期由吸气期和呼气期两个时相构成 每个通气周期都要经过吸气启动 肺充气 呼气切换和肺排气四个物理过程 其中吸气启动和肺充气构成通气机的吸气期 呼气切换和肺排气构成通气机的呼气期 每一步过程通气机都要完成一定的机械操作 17 间歇正压通气周期 吸气启动 通气机由呼气期或静息状态转为吸气期的机械转换过程称 在辅助通气 同步呼吸 时又称为触发 Triggering 吸气启动时 通气机要完成的机械操作包括 开放输气系统输出气体 关闭呼气阀 肺充气 通气机向肺内输送气体的过程 压力输气系统以压缩气体释放气体的形式向肺内输送气体 容量输气系统以容积转移的形式向肺内输送气体 此期间通气机需要完成的机械操作包括 保持呼气阀关闭状态 输气系统持续输出气体 限定输出气体的流率 时问 容量 压力等物理参数 18 间歇正压通气周期 呼气切换 通气机由吸气期转为呼气期的机械转换称为呼气切换 有时又称为预调 通气机呼气切换要完成的机械操作包括 输气系统停止输出气体 开放呼气阀 肺排气 通气机停止送气 肺内气体排出体外的过程 此期间通气机需要完成的机械操作包括 输气系统持续关闭状态 呼气阀保持开放状态 肺内气体在肺泡回缩力驱动下经呼气阀排出呼吸气路 限定呼气时间 呼气末气道压 特殊情况下还要限定呼气流率 19 呼吸机基本结构 主机 ventilator 正压呼吸控制器 通气模式控制器 持续气流控制器 空氧混合器 压力感受器 流量感受器 呼气末正压发生器 触发装置 阀门系统 报警及监测装置等 由微电脑及电路等控制 空气压缩机 compressor 中心供空气时不需要工作 外部管道系统 吸气管道 inspiratorytube 气体加温湿化装置 humidifier 呼气管道 expiratorytube 集水杯 20 呼吸机的组成 动力系统 将高压气源或电源转换成为安全能源 提供通气机运行动力 控制系统 调控通气频率 呼气和吸气时间比例等时相参数 使通气机能够自动运行 输气系统 调控流率 潮气量 气道压等气量参数 输送吸入气体呼吸气路 通气机与患者之间的连接管道 安全监控系统 监测通气力学指标判定异常情况 发出声光报警 保证使用安全 21 呼吸机的组成 动力系统 医用氧气源是通气机的主要动力气源 也是通气对象的主要吸入气体 相关部件的原理和安全要求与麻醉机供气系统相同 压缩空气源可来自高压储气钢瓶或中心供气系统 也可由医用空气压缩机供应 22 呼吸机的组成 动力系统 空氧混合器 是调节吸入氧浓度的气路组件 减压后的压缩氧气和压缩空气 先经两级压力平衡 再由空氧配比阀调节混合输出 气压平衡器同轴阀在传感皮膜的连带下总是向压强较低的一侧偏移 低压气源的阀间隙扩大 通过流量增加 而高压气源的流量减小 使得进入配比阀的两路气源压力相等 配比阀的阀芯由手动调节 调节输出气体氧气含量 输出气体最低氧浓度为21 23 呼吸机的组成 动力系统 气源安全切换阀气压平衡阀在一种气源气压过低或丧失的情况下 会切断气源 为保证气源供应 设置气源安全切换装置 在正常情况下 两个气源互相连锁 均无输出 通气机由空氧混合器配比阀供气 如果氧气意外中断 氧气皮鼓复位 空气气源通道开放 压缩空气输出 维持通气机的动力 反之 空气中断 氧气输出维持动力供应 24 呼吸机的组成 控制系统 机械控制 1 机械容量控制原理 25 呼吸机的组成 控制系统 机械控制 双稳态触发器机械容量切换控制原理适用于具有风箱的通气机 关键部件是机械双稳态触发器 下触点受压使阀块上移封闭控制气流的出口 控制气流的气压使其停留在上位 触发器处于关闭位 上触点受压使阀块下落 触发器处于开位 控制气流放空 26 呼吸机的组成 控制系统 机械控制 触发器 R 设在风箱底部 接通气源后控制气路中输入恒定控制气流 呼气末触发器下触点受压关闭 控制气路内处于高压状态 通气阀关闭 输入气体驱动风箱慢慢扩张压缩弹簧 当触发器上触点碰到潮气量调节限位器时 触发器上触点受压切换为开位 控制气流放空 控制气路压力消失 通气阀开放 风箱在弹簧作用下输出气体 开始吸气期 当风箱复位使触发器再次处于闭位时 控制气路压力增高 通气阀关闭 转为下一个呼气期 呼气时间调节阀控制风箱进气流率 即风箱底部上升的速度 吸气时问调节阀控制风箱排气速率 即风箱底部复位的速度 两者配合间接调定呼吸频率和吸呼比 潮气量限位器控制风箱底部行程确定潮气量 机械定容型通气机只有控制通气模式 不能辅助通气 27 呼吸机的组成 控制系统 机械控制 2 机械压力切换控制原理静息状态下 左吸盘被呼气压力调节磁铁1吸引 滑阀处于关闭位 患者自主吸气产生气道负压使皮膜向右拉 当皮膜拉力与吸气压力调节磁铁2的吸力之和大于呼气压力调节磁铁1的吸力时 右吸盘被吸气压力调节磁铁2吸住 滑阀切换到开位 完成同步吸气触发 通气机开始输出气体 28 呼吸机的组成 控制系统 机械控制 随着气道压上升 皮膜隆起推压左吸盘 当推力与呼气压力调节磁铁1的吸力之和大于吸气压力调节磁铁2吸力时 左吸盘被呼气压力调节磁铁1吸住 滑阀转向闭位 停止供气 完成呼气压力切换 29 呼吸机的组成 控制系统 机械控制 3 机械时间切换控制原理气动通气阀输出气流分出一路经频率控制阀和气容到通气阀的控制腔 控制腔气压逐渐升高 由于活塞阀上端截面积大于下端 控制腔压强达到1 2气源压力即可向下推移活塞阀 直至关闭气源切换到呼气期 呼气期通气阀控制腔内气体经气容和频率控制阀逐排走 控制腔气压逐渐减低 在复位弹簧和气源压力的作用下活塞阀逐渐上移 直至完量开放 再次切换到吸气期 30 呼吸机的组成 控制系统的发展 呼吸机控制系统的发展历程 机械控制 电磁阀控制 电磁阀辅助 电动风箱控制 电动风机辅助 31 呼吸机的组成 控制系统的发展 电动风箱控制通气原理 32 呼吸机的组成 控制系统的发展 电动风机辅助通气原理 33 通气模式 常用模式 1 现代机型最常用的有三种模式 1 A C 辅助 控制通气 病人有自主呼吸时 机械随呼吸启动 一旦自发呼吸在一定时间内不发生时 机械通气自动由辅助转为控制型通气 它属于间歇正压通气 2 SIMV 同步间歇指令通气 呼吸机于一定的间歇时间接收自主呼吸导致气道内负压信号 同步送出气流 间歇进行辅助通气 3 SPONT 自主呼吸 呼吸机的工作都由病人自主呼吸来控制 34 通气模式 常用模式 2 在以上三种基本模式下 设计了针对各种疾病的呼吸功能 供使用时选择 例如 a PEEP 呼吸终末正压 在机械通气基础上 于呼气末期对气道施加一个阻力 使气道内压力维持在一定水平的方式 b CPAP 持续气道内正压通气 在自主呼吸的前提下 在整个呼吸周期内人为地施以一定程度的气道内正压 可防止气道内萎陷 35 通气模式 常用模式 3 c PSV 压力支持 在自主呼吸的条件下 每次吸气都接受一定程度的压力支持 d MMV 预定的每分钟通气量 如果SPONT的每分钟通气量低于限定量 不足的气量由呼吸机供给 SPONT的每分钟通气量大于限定量 呼吸机则自动停止供气 e BIPAP 双水平气道内正压 病人在不同高低的正压水平自主呼吸 可视为PSV CPAP PEEP f APRV 气道压力释放通气 在CPAP状态下开放低压活瓣暂时放气 降低气道压力而形成的通气 36 通气模式 控制通气和辅助通气 controlmode assistantmode 37 间歇强制通气 IMV 是控制呼吸与自主呼吸的结合 预先设定较低的强制通气频率 在强制呼吸的间隔时间内 患者可自由进行自主呼吸 同步间歇强制通气 SIMV 可以看成是自主呼吸与辅助呼吸的结合 有时也称作间歇辅助通气 IAV 通气模式 IMV与SIMV 38 通气模式 其他模式 1 双相气道正压通气 BIPAP 是一种压力 时间循环的通气模式 俗称 万能模式 它是通过软件程序设置两个不同水平的CPAP 即P1和P2及其执行时间Tl和T2 病人可在设置的时间内 在两个不同水平的CPAP上进行自主呼吸 应用BIPAP模式比应用PAP对增加患者的氧合具有更明显的作用 近年临床应用的经验表明 在疾病的各个阶段 均可用BIPAP模式作为患者自主呼吸的通气辅助 操作简单方便且无创伤性 但一般认为BIPAP和APRV仅适应用轻中度呼吸衰竭 因为它提供的机械辅助功并不是很高 代表的机型有DRAGEREVITA4 39 通气模式 其他模式 2 气道压力释放通气 APRV 让病人在持续气道内压力带短暂压力释放的情况下自主呼吸 在病人自主吸气的高压段 呼吸机提供呼吸环路高流量的气体以保持一个几乎恒定的CPAP水平 保持了较人体在大气压下自主呼吸时更高的肺容量 为了辅助呼吸 CPAP短暂的下降以允许功能残气量 FRC 有瞬间的降低 此时可以通过肺的自然顺应性使气体被动排出 清除二氧化碳 APRV方式下生理死腔减少 在延长的吸气相中气体在肺内分布较好 这种通气模式适用于气体交换很差的病人 由于加压时希望气体尽可能排出 故对气道阻塞的病人效果不佳 代表的机型有DRAGEREVITA4 40 通气模式 其他模式 3 按比例辅助通气 PAV 按比例辅助通气 PAV 又称为比例压力支持 ees 呼吸机根据病人吸气容量 吸气流量 按比例改变气道内压 传统的正压通气所提供的容量均是固定的 而PAV所提供的容量和气道压力按照病人瞬间的吸气努力成比例地增加 使吸气努力与通气之间趋于一致 由于PAV保护并加强病人自身控制机制 使通气时气道峰压降低 过度通气的可能性减少 避免机械损伤 大大降低呼吸功 因PAV需要有病人自主呼吸努力 故对中枢抑制和异常呼吸形式的病人 呼吸过快或过慢 效果不佳 代表的机型有PB840SERIES 41 通气模式 其他模式 4 反比通气 IRV IRV通过逐步延长吸气时间使吸呼比 I E 大于1 1的一种通气方式 IRV在吸气过程中提供一个时间较长的正压以进一步复张萎陷的肺泡 这种正压同时使肺泡缓慢充气 从而改善通气 较短的呼气时间不可避免地产生PEEP 从而防止肺泡萎陷并提高肺泡稳定性 IRV主要用于对PEEP治疗无效的急性呼吸衰竭 如严重的ARDS 由于IRV给病人强加了一个非自然的呼吸模式 引起病人不适 多需给予镇静药或肌松药 避免病人与呼吸机对抗 对严重气道阻塞性肺疾病和心功能不全的病人要慎用 代表的机型有DRAGEREVI TA4 BEAR1000 42 通气模式 其他模式 5 容量保障压力支持通气 VAPS VAPS是一种不仅可提供与病人同步的压力支持通气 同时也能提供有容量保证作用的容量支持通气的机械呼吸模式 该模式在保持最低水平潮气量的同时 又有很好的同步辅助作用 呼吸机提供的流量与病人所需的流量一致 从而减小呼吸肌负荷 降低呼吸功并避免过度通气 该模式可于多种通气模式联合使用 代表的机型有BIRD8400STI 类似的通气模式还有BERR1000呼吸机中的压力扩增 PA 43 通气模式 其他模式 6 每分钟指令通气 MMV MMV只有在病人自主呼吸不够且低于预设的最小分钟通气量时会自动增加机械通气 相反 恢复自主呼吸能力的病人在没有改变呼吸机参数情况下 会自动将通气水平降低 MMV特别适用于那些神志紊乱而导致的自主呼吸不稳定的病人 如脑炎 镇静药过量 全身麻醉 急性脑损伤等 而对于那些浅快呼吸而导致肺泡通气不足的病人要慎用MMV 代表的机型有DRAGEREVITA4 BEAR1000 44 通气模式 其他模式 7 压力调节容量控制 PRVC PRVC实际是一种压力控制通气 呼吸机连续测定病人的顺应性 在病人当前的肺顺应性条件下以最小的气道压力 达到选定的潮气量VT并避免出现峰压 该模式下人机协调好 潮气量恒定 可保障自主呼吸力学不稳定患者的通气安全 代表的机型有SIMENSSERVO 类似的技术有Hamitton 伽利略呼吸机中的适应性压力通气 APV DRAGEREVlTA4呼吸机中的自动流量 AUTO FLOW 及美国PB 840呼吸机中的容量控制 VC 45 通气模式 其他模式 8 自主呼吸与目标容量通气 VV 包括VC 和VSVC 是由医生设定吸气时间和目标潮气量 呼吸机在开始时先以减速波和吸气平台压给予一次常规容量测试呼吸 来确定肺的相关顺应性 计算出输送设定潮气量所需要的相关压力 当达到平台压时 呼吸机转换为压力控制呼吸 如果输送的潮气量比预设的值少或多 后面呼吸的目标压力将进行调整 以纠正两者之间的差异 VS的送气控制与VC 相似 但VS是用PS来调节吸气流量而不是PC 如果病人呼吸超过设定容量 VC 和VS都会使呼吸机减少支持以控制潮气量 目标容量呼吸方式可降低通气需求高病人的呼吸功 增加病人的舒适度 减少流量不足的风险 提高了人机同步性 代表的机型有SIMENS300 300A PB840SERIES 46 通气模式 其他模式 9 适应性支持通气 ASV ASV是医生根据体重和临床情况 设置每分钟通气量 呼吸机先提供试验通气 自动测出患者的动态顺应性 CDYN 和呼气时间常数 RCEXP 然后根据计算 最小呼吸功 的O TIS公式 算出理想频率 F 和理想潮气量 VT 再用P SIMV 无自主呼吸时 或PSV 自主呼吸时 来实施 ASV通气尽量简化了参数的设置和通气过程中的调试 避免过高气道压和过大潮气量 增加人机协调性以减少机械通气并发症 能适应各种患者和不同临床情况 代表的机型有HAMITTON伽利略 还有一些新型的通气模式如负压通气 高频通气 分肺通气等特殊的通气模式 虽然临床应用不广 但对特定的患者也有一定范围的应用 47 呼吸参数设置 1 潮气量潮气量的设定是机械通气时首先要考虑的问题 容量控制通气时 潮气量设置的目标是保证足够的通气 并使患者较为舒适 成人潮气量一般为5 15mL kg 8 12mL kg是最常用的范围 潮气量大小的设定应考虑以下因素 胸肺顺应性 气道阻力 呼吸机管道的可压缩容积 氧合状态 通气功能和发生气压伤的危险性 气压伤等呼吸机相关的损伤是机械通气应用不当引起的 潮气量设置过程中 为防止发生气压伤 一般要求气道平台压力不超过35 40cmH2O 对于压力控制通气 潮气量的大小主要决定于预设的压力水平 病人的吸气力量及气道阻力 48 呼吸参数设置 2 通气频率设定呼吸机的机械通气频率应考虑通气模式 潮气量的大小 死腔率 代谢率 动脉血二氧化碳分压目标水平和患者自主呼吸能力等因素 对于成人 机械通气频率可设置到8 20次 分 对于急慢性限制性通气功能障碍患者 应设定较高的机械通气频率 20次 分或更高 机械通气15 30分钟后 应根据动脉血氧分压 二氧化碳分压和pH值 进一部调整机械通气频率 另外 机械通气频率的设置不宜过快 以避免肺内气体闭陷 产生内源性呼气末正压 一旦产生内源性呼气末正压 将影响肺通气 血流 增加患者呼吸功 并使气压伤的危险性增加 49 呼吸参数设置 3 吸气流