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第四章通气机 麻醉设备学大连医科大学附属第一医院麻醉科 第一节概述 一 通气机的定义 是一种辅助或替代病人肺通气的装置 1 通气机的用途 1 麻醉呼吸管理 2 呼吸衰竭治疗 3 危重症抢救 国际标准化组织 ISO 在1987年对医用通气机分类 1 肺通气机 2 复苏机 3 呼吸治疗通气机 4 体外通气机 5 摇摆装置 6 电刺激器 二 通气机的组成 通气机主要有五个基本单元组成 动力系统 通气源 控制系统 呼出气路 安全监控系统1 动力系统 是将高压气源和电源转换成为安全可用动力 驱动通气机运行的功能单位 2 通气源 是接受控制系统指令 调节输出气流速率或容量 将驱动能源转换为通气气流的功能单位 分为压力型通气源和容量型通气源两类 3 控制系统 是控制通气源和呼气阈交替开放或关闭 使通气机周期输出气体的自动操作系统 4 呼出气路也称呼吸气路 是通气机与病人的连接管道 5 安全监控系统 是监测通气机和病人的异常情况 发出视觉或听觉信号 提示操作者予以调整 通气机的基本构成 三 通气机的分类 一 用途分类1 急救通气机 是专用于现场急救的通气机 2 呼吸治疗通气机 是对呼吸功能不全病人进行长时间通气支持和呼吸治疗的通气机 具有同步呼吸 加湿 加温 雾化吸入功能 3 麻醉通气机 是专用于麻醉呼吸管理的通气机 一 用途分类 4 小儿通气机 是根据小儿呼吸生理特点专门设计的通气机 要求气路死腔小 可以精确调节小潮气量 通气频率也较成人通气机高 5 高频通气机 以通气频率大于60次 min为特点 6 无创通气机 经面罩或鼻罩完成通气支持 三 通气机的分类 二 动力分类1 气动气控通气机 通气源和控制系统均以压缩气体为动力的通气机 急救 2 电动电控通气机 通气源和控制系统均以电源为动力的通气机 临床 3 气动电控通气机 通气源以气源为动力 控制系统以电源为动力的通气机 呼吸治疗 三 通气机的分类 三 呼吸转换原理分类1 定时通气机 按照预定时间完成呼气和吸气的机械转换 2 定容通气机 按照预定输出气量完成呼气和吸气的机械转换 3 定压通气机 按照预定气道压力值完成呼气和吸气的机械转换 4 定流通气机 按照预定气流值完成呼气和吸气的机械转换 在控制通气中 时间转换原理占首位地位 其次是容量转换原理 二者常常兼容 而辅助通气强调病人自主呼吸触发 只有压力和气流转换原理能够触发吸气和呼气转换 由于单纯的压力和气流转换不能实现自动的吸气转换 实际产品必须同时具备时间转换原理 近代通气中采用多种转换原理复合 三 通气机的分类 四 临床性质分类 根据通气机优先保证潮气量或气道压的特点 形成容量通气和定压通气两大技术派流 1 容量预置通气机 是保证潮气量恒定 但气道压变化大 在病人胸肺顺应性恶化时 主要反映为气道压增高 容易造成肺气压伤 2 压力预置通气机 吸气期气道压恒定 潮气量 呼吸频率和吸呼比变化大 在病人胸肺顺应性下降时 主要反映为潮气量降低 呼气时间缩短 呼吸频率加快 通气量不易保证 但较少发生肺气压伤 现有二者技术兼容的趋势 三 通气机的分类 五 按发生器分类Mapleson 1959 根据通气机的驱动压高低 将通气机分为压力发生器和流量发生器 后来又细分为恒压发生器 非恒压发生器 恒流发生器 非恒流发生器 1 恒压发生器通气机 通气源驱动压低 在吸气期保持不变 吸气流率随肺内压的增高而下降 2 非恒压发生器通气机 通气源驱动压低 在吸气期发生规律变化 吸气流率受驱动压和肺内压变化的双重影响 五 按发生器分类 3 恒流发生器通气机 通气源驱动压高 在吸气期保持不变 吸气流率不受肺内压变化的影响 4 非恒流发生器通气机 通气源驱动压高 在吸气期发生规律变化 吸气流率不随肺内压变化 但受通气源驱动压变化的影响 第二节机械通气的基本过程 通气机的基本工作原理 通气机就是用机械的方法在肺泡和大气压间建立压力差 实现强制的人工呼吸过程 进行间歇正压通气 IPPV 1 通气机控制通气 controlledventilation 1 通气机的吸气期 首先 控制系统 发出吸气起动指令 自动吸气切换 开放通气源 关闭呼气阀 持续向肺内输出气体 2 通气机的呼气期 吸气期保持一定时间后 控制系统 发出呼气起动指令 自动呼气切换 关闭通气源 开放呼气阀 肺内气体在肺内压驱动下由呼气阀排出 2 通气机控制通气的特点 无论患者有无自主呼吸 通气机自动完成吸气或呼气切换 形成通气周期 3 切换 通气机吸气期与呼气期之间的机械转换习惯统称切换 4 通气周期 吸气相吸气向呼气转换呼气向吸气转换呼气相 一 起动 1 起动 通气机由呼气状态转为吸气状态的机械操作 相当于通气机由静息状态进入工作状态的切换过程 所以又称为起动 在同步呼吸时 还称为触发 2 目前已知的吸气起动原理有四种 1 时间起动 按预定时间周期启动吸气 是常见的控制通气工作原理 2 容量起动 容量风箱储气达到预定值 开始通气 气控气动型 只适用于进行控制通气 3 压力起动 由病人自主吸气引起负压信号触发吸气起动 是常见的同步吸气起动的原理 4 气流起动 只适用于同步呼吸起动 二 肺充气 1 肺充气过程是通气机输出气体的过程 2 肺充气要限定输出气流的流率 时间 容量 压力以及吸气气流形式等物理参量 下图通气源开放和呼气阀关闭以高压向低压释放气体的形式 压力通气源 或者以容积转移的形式 容量通气源 向肺内输出气体 肺充气过程物理参量 1 输出流率 压力通气源输出流率限定是由针形阀流量调节器完成 而容量通气源的输出流率限定是由风箱压缩速度控制 输出气流的可调范围以限定在0 1 0L s之间 2 吸气时间 控制通气模式下吸气时间限定由控制系统预定的通气频率和吸呼比值等工作参数确定 辅助通气下吸气时间限定受病人自主呼气控制 与呼气切换原理有关 3 容量 容量限定即潮气量控制 容量通气源是由风箱张缩幅度确定 压力通气源是由输出气体流率和吸气时间两个参数控制 潮气量为吸气流率与吸气时间的乘积 成人通气机潮气量调节范围多限定在200ml 1200ml之间 用于小儿的通气机潮气量调节范围多限定在20ml 200ml范围内 4 压力 容量预置通气对吸气峰值气道压通常不作调节 压力预置通气下需对调节吸气峰压参数 作为压力切换的设定值 是一项与潮气量相关的调节参数 通气机都要设置输出安全阀 或称高压排气阀 释放高于4 0kPa 40cmH2O 气道压 5 吸气气流形式 由通气机通气源的工作原理限定 常用的4种基本的吸气流形式1 恒定气流 吸气期吸气流速恒定 吸气相流率曲线为矩形 气道压升支为斜形直线 形成所谓三角波气道压力曲线 这种吸气流由高压通气源产生 这种气流形式吸气初供气量不足 而吸气末又易形成气道高压 引起肺气压伤 2 递减气流 吸气气流先快后慢 吸气相流率曲线先高后低成梯形 弧顶梯形或三角形 气道压升支为幂函数曲线 这种吸气流由低压通气源产生 这种减流吸气形式吸气初吸气流量大 而吸气末气道压最高时 吸气流量降到最低 与自主呼吸的吸气流相似 比较接近生理 3 正弦气流 其吸气流速起始和终末慢 中间快 吸气相流率曲线成正弧形 气道压升支呈S形曲线 这种吸气流由容量通气源产生 这种吸气流形式吸气初吸气流量大 而吸气末气道压最高时 吸气流量降到最低 与自主呼吸的吸气流相似 比较接近生理 4 复合气流 在压力控制通气和压力支持通气模式中采用先有大气流恒流吸气 达到压力支持预定值后转为减流吸气的复合气流形式 吸气相流率曲线先直线上升呈矩形 而后下降的曲线 气道压曲线呈平顶梯形 恒流 减流复合吸气流特性 三 呼气切换呼气切换 通气机由吸气状态转为呼气状态的机械操作称为呼气切换 由于呼气切换具有调节肺通气参数的作用 有时又称为预调 呼气切换要完成的机械操作有 关闭通气源 停止输出气体 同时开放呼气阀 为肺排气创造条件 呼气切换原理有四种 1 时间切换 按预定吸气时间停止肺充气不受病人自主呼吸的影响 是常见的控制通气切换原理 2 容量切换 这种切换原理不受病人自主呼吸的影响 只适于进行控制通气 3 压力切换 是常见的同步切换原理 压力切换具有吸气压力限定作用 可以减少肺内高压损伤 4 气流切换 是病人吸气流降低到预定值触发的呼气切换 是比较灵敏的同步呼气切换原理 四 肺排气肺排气是通气机的呼气期1 呼气时间由通气频率和呼吸比值等参数确定 2 附加呼气末正压 PEEP 装置可以限定肺排气量 保持一定的肺内压 增加功能残气量 3 还可以用呼气阻尼装置 改善肺泡排气 呼气流特性曲线 第三节机械通气模式 通气模式 是通气机与病人交互作用 可以独立实现肺通气的机械功能组合 控制通气和辅助通气过去统称为间歇正压通气 IPPV 一 容量预置通气 每次通气潮气量恒定 但气道压随病人因素可以有较大变化 素有定容通气 1 控制通气 CMV 又称控制呼吸 2 辅助通气 AMV 又称同步呼吸 3 辅助 控制模式 A CMV 是临床首选的通气模式 4 叹息通气 是在长时间控制通气中模拟正常人打哈欠 定时膨肺的功能 防止长时间机械通气发生肺不张 5 吸气末屏气 吸气末停顿 6 反比通气 正常吸呼比 1 1 5 3 改为1 1 4 1 有利于肺泡膨胀 但平均肺内压增高 对循环功能影响大 7 完全通气支持 部分通气支持8 同步间歇指令通气 SIMV 9 分钟指令通气 MMV 10 容量支持通气 VSV 11 压力调节容量控制通气 PRVCV 二 压力预置通气模式压力预置通气模式以每次通气气道压恒定为特点 由于压力预置通气时 潮气量随病人因素变化 所以又称容量可变模式 分类 常见为前三种 1 压力限定通气 PLV 传统的定压通气 当气道压达到限定值时呼气切换 2 压力支持通气 PSV 传统的同步定压通气的改进 是辅助通气模式 先以大气流输出快速达到预定气道压 继以持续气流使整个吸气期气道压保持在预定水平 到预定时间呼气切换 3 压力控制通气 PCV 是控制通气模式 先以大气流输出快速达到预定气道压 继以持续气流保持气道压在预定水平 到预定时间呼气切换 4 呼气末正压 PEEP 和持续气道正压 CPAP PEEP可增加功能残气量 有助于改善肺换气功能 是有效纠正肺换气性低氧血症的医学干预技术 CPAP是在自主呼吸条件下使用PEEP技术5 气道压释放通气 APRV 6 双水平气道正压通气 BiPAP 三 高频通气高频通气是一种特殊的正压通气模式 特点 通气频率远高于生理呼吸频率 而潮气量接近甚至少于解剖死腔量 平均气压低 循环生理影响小 气压伤发生率低 特别在无法建立密闭气道的情况下使用 1 高频正压通气 用细导管插入气管导管定时正压吹气 常用频率60 150bpm 潮气量为3 5ml kg 2 高频喷射通气采用喷射针头于气管导管处以喷射气流的方式实现肺通气 常用驱动压为0 1Mpa 通气频率60 300bpm 潮气量为2 3ml kg 3 高频振荡通气 频率300 3600bpm 潮气量为1 2ml kg 临床实践证明低于150bpm的高频通气可以满意的独立完成肺通气 通气频率高于300bpm以后 会导致高碳酸血症 因此 应在自主呼吸存在或与其他间歇正压通气模式联合使用 第四节通气参数1 通气频率为通气机每分钟通气周期数 以次 分为单位 一般成人控制呼吸 CMV 模式下选择12 20bpm 2 潮气量 Vt 和通气量 MV 潮气量是每次通气机输出气体容积 以ml为单位 8 12ml kg 通气量是通气机每分钟输出气量的总和 等于潮气量与通气频率的乘积 成人常用范围 100 130ml kg左右 3 气道峰压或吸气压 吸气期的最高气道压 以kPa或cmH2O为单位 正常调节范围 0 8 2 0kPa 8 20cmH2O 4 吸呼比 I E 是以吸气时间为1 与呼气时间的比例 常用范围 1 1 5 2 5 反比通气模式下 习惯以呼气时间为1 常用范围 1 1 3 1 5 吸气流 为通气机吸气期输出气体的气流率 以L min为单位 常用范围 10 90L min 6 灵敏度 辅助通气模式下同步呼吸吸气触发调节参数 7 窒息时间 在辅助 控制通气模式下 自主呼吸停止转换为控制通气的时间调节 通常调定在7 15秒 8 吸气末平台时间 平台时间与吸气时间比值 调节范围0 50 常用值为吸气时间的10 9 呼气末正压 主要用于肺换气性低氧血症治疗 范围在0 15cmH2O 第五节通气机的工作原理 一 动力系统定义 是将高压气源和电源转换成为安全可用动力 为通气机的耗能部件提供能源的功能单位 一 气源1 通气机的气源有压缩氧气和压缩空气两种 2 钢瓶内的高压气体必须经过动力系统进行降压和稳压处理后 才能成为安全的动力气源 3 对动力气源的一般要求 1 将高压气源降低到一定工作压强 0 3 0 4Mpa 即通气机的工作压 2 工作气压要平稳 3 最大输出流率能够满足临床最大要求 4 在异常情况下可以将过高压力释放到空气中 高压排气阀 5 气体纯度要高 满足医用吸入气体有关国家标准 4 通常通气机的气源动力系统为氧气减压器 5 一些通气机为了实现调节氧浓度的功能 设计有空氧混合器 是特殊动力系统 这种空氧混合器接受减压后的氧气和压缩空气 输出气体氧气浓度的调节有压力平衡器和配比阀完成 二 电源电源系统为通气机的电子元件提供能源 通气机的电源系统的功能 1 将220V市电降低到通气机电子电路需要的工作电压 2 按需要将低压交流电转换为直流电 3 输出电流满足最大功率要求 4 当市电电压在一定范围内波动时和通气机工作过程中 工作电压不发生变化 二 通气源通气源是通气机提供病人吸气气流的功能单位 通气源工作原理决定着通气机的物理特性 分为压力通气源和容量通气源两类 一 压力通气源压力通气源具有较高的压强 以高压向低压输出气体的形式完成肺通气 压力通气源分类 1 直接驱动通气源 直接驱动通气源直接释放动力气源 通气源出口必须具备气道安全阀 以防止气道高压伤害病人 直接驱动通气源属恒压高压通气源 临床特性 1 通气源驱动压 高于300kPa 远大于气道压 故输出气流不受气道压变化的影响 吸气流率恒定 形成典型的恒流吸气 2 在通气阻力增大或肺顺应性恶化时 可保证潮气量不变 但会出现气道高压 3 以驱动气体为吸入气 潜在气压伤的危险 2 射流空混通气源 在直接驱动通气源的结构基础上 增加射流空气混合器 射流空混通气源属于恒压中压通气源 临床特性 1 通气源驱动压恒定 但输出压力较低 吸气流率受气道压增高的影响 形成减流吸气特性 2 在病人肺顺应性下降时 气道压增高有限 通气量可能降低 需要加大驱动气流补偿 3 重力风箱通气源重力风箱通气源属于恒压低压通气源 其临床特性 1 驱动压降低 吸气流率受气道压影响 通气特性为减流通气 2 在病人肺顺应性减低时 不能提高气道压维持吸气流率 风箱下降变慢 吸气时间延长 呼吸频率减少 分钟通气量下降 只适用于正常人通气 4 弹力风箱通气源弹力风箱通气源属于减压低压通气源 其临床特性 1 由于通气源驱动压递减 吸气流率受气道压和驱动压双重影响 通气特性为减流吸气 2 弹力风箱的驱动压高于重力风箱 可以用于胸肺顺应性较低的病人 二 容量通气源容量通气源由可变型风箱 或储气囊 和驱动装置构成 由驱动装置压缩风箱 以容积转移的形式完成肺通气 具有容量限定的性质 1 电机恒速驱动容量通气源2 电机正弦变速驱动容量通气源3 气动容量通气源 三 控制系统控制系统是通气机周期工作的自动操作系统 有气动控制和电动控制两类 一 气动控制原理1 气动时间切换2 气动容量切换3 气动压力切换4 气动气流切换 二 电动控制原理电动控制系统由各种电路元件构成 以电源为动力 控制效应部件有电磁通气阀和电动机两类 1 时间切换电控 2 容量切换和压力切换电控 3 气流切换电控 4 电机是电控电动通气机控制系统操作容量通气源的效应部件 常见有直流伺服电机和步进电机 四 通气机的输出气路通气机的输出气路也称呼吸气路 是通气机与病人气道之间的连接管道系统 是直接管理病人呼吸气体的效应部件 呼吸气路的基本功能 1 吸气期引导通气机的输出气体到达病人肺内 2 呼气期引导病人呼气排出气路 防止呼出气的复吸入 3 吸入气体的湿化 4 PEEP的调节和监测信息采集 急救通气机的输出气路只有紧闭面罩 高频喷射通气机只有喷射通气接头 一 治疗通气机输出气路的基本流程1 单管输出气路2 双管输出气路 二 通气机输出气路的主要部件1 呼吸管道和接口2 呼气阀 1 弹力呼气阀 2 气动呼气阀 3 电动呼气阀 3 湿化器人工气道不具备解剖呼吸道的加温和加湿功能 在长时间人工通气管理是必须考虑吸入气的加温和加湿 通气机的湿化装置有雾化器和潮化器两类 雾化器 以雾滴的方式增加吸入气体的含水量 无气体加温作用 但可进行药疗 1 射流雾化器是气动通气机常用的湿化装置 2 超声波雾化器 湿化作用强大 主要用于雾化吸入治疗 3 潮化器 既有加湿又有加温功能的湿化装置 4 凝积式湿化器 人工鼻 4 呼气末正压 PEEP 装置 1 水压控制PEEP装置 2 弹力和磁力控制PEEP阀 3 气压控制PEEP阀 4 呼气时间控制PEEP装置 五 通气机的安全报警系统 一 气源气压降低报警 一般指驱动气源耗尽 二 气道低压报警和电源中断报警气道压降低和消失意味着通气不足 呼吸管道连接脱落或通气机停止运行 气道压正常为 8 20cmH2O 如低于7cmH2O 就要报警 三 气道高压报警气道高压报警可以提示病人呼吸道梗阻 对抗呼吸或通气机严重障碍 气道高压报警触发压 40cmH2O 第六