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呼吸机基础知识 机械通气与生理呼吸的区别 生理呼吸 吸气用力 胸廓内产生负压 气体进入肺呼吸机将整个胸廓密闭 头 颈部外漏于大气 呼吸机在胸廓产生负压 气体进入病人的肺 这种通气方式为负压通气技术 如铁肺等 机械通气 呼吸机产生正压 依靠气道相对于肺内正压 气体进入肺 我们所用的呼吸机均为正压通气方式 一 早期阶段在罗马帝国时代 著名医生盖伦 Galen 曾经作过这样的记载 假如通过已死动物咽部用芦苇向气管吹 会发现动物的肺可以达到最大的膨胀 1543年 Vesalius在行活体解剖时 采用类似盖伦介绍的方法 使开胸后萎陷的动物肺重新复张 1664年 Hooke把一根导气管放入气管 并通过一对风箱进行通气 发现可以使狗存活超过一个小时 1774年 Tossach首次运用口对口呼吸成功地对一例患者进行复苏 Fothergill还建议在口对口呼吸不能吹入足够气体时可使用风箱替代吹气 之后不久 在英国皇家慈善协会 RoyalHumanneSociety 的支持下 基于这种风箱技术的急救方法被推荐用于溺水患者的复苏 并在欧洲被广泛接受 二 负压通气阶段苏格兰人Dalziel在1832年首先制作成型一负压呼吸机 患者坐在一密闭的箱子中 头颈部显露于箱外 通过在箱外操纵一内置于箱中的风箱产生负压而辅助通气 1864年 美国人Jones申请了第一个负压呼吸机的专利 其设计与Dalziel类似 此后 各种设计更为精致小巧的负压呼吸机相继出现 使患者的护理更加容易 但真正成功进入临床并广泛使用的负压呼吸机是由Driker Shaw在1928年研制成的 铁肺 ironlung 这种呼吸机的使用使当时脊髓灰质炎的死亡率大大降低 由于当时脊髓灰质炎的流行 客观上促成了铁肺的广泛应用和负压通气的发展 直至本世纪50年代正压通气的再次崛起 美国田纳西州女子奥德尔顿因患上小儿麻痹 以致身体无法呼吸 终生都要依靠 铁肺 活命 在这个 铁肺 里生活了57年 三 正压通气阶段在本世纪50年代以前 正压通气技术 特别是人工气道技术有了长足的进步 但仅限用于麻醉科和外科的手术患者 本世纪30和40年代在欧美发生的脊髓灰质炎的大流行以 铁肺 为代表的负压通气提出了挑战 并为正压通气的再次崛起提供了契机 1952年夏天 在哥本哈根市 因脊髓灰质炎所致呼吸肌麻痹而接受治疗的首批31例患者在3天内死亡27例 麻醉科医生Ibsen被请去会诊 他建议放弃负压通气 而行气管切开 采用麻醉用的压缩气囊间断正压通气 事实证明这种做法非常成功 以致于当时许多医学生和技术员被动到医院操作气囊以完成手动正压通气 哥本哈根成功的经验对正压通气的发展起了极大的推动作用 之后 正压通气方式不断增多 完善 而负压通气几乎被淘汰 近年来负压通气重新得到重视 特别是在神经肌肉疾患的长期夜间和家庭通气方面具有重要作用 1934年Frenkner研制出第一台气动限压呼吸机 Spiropulsator 1942年美国工程师Bennett发明一种采用按需阀的供氧装置 供高空飞行使用 以后由加以改进 于1948年研制成功间歇正压呼吸机TV 2P 以治疗急 慢性呼吸衰竭 1951年瑞典的EngstromMedical公司生产出第一台定容呼吸机 呼吸模式发展简史 1970S 陆续出现了间歇性指令通气 IMV 同步间歇性指令通气 SIMV 分钟指令通气 MMV 等模式 1980S 人们开始重视定容型呼吸机易发生气压伤的缺点 又开发压力支持通气模式 PSV 1992年 由于微电脑技术的应用 压力调节容量控制通气 PRVCV 得以实现 使机械通气更符合人的生理状态 疗效更理想 1992年至今 适应性支持通气 ASV 容量支持通气 VSV 比例辅助通气 PAV 等一系列新的通气模式不断出现 有创正压通气前景光明 呼吸机分类 气动气控呼吸机属较早的呼吸机 有高压气体就可以工作 控制元件属机械式 多数采用单一送气方式 目前某些急救呼吸机仍采用此原理制造 呼吸机分类 气动 电控式呼吸机电控或电脑控制 使得呼吸机的运行精度和复合程度得到了极大提高 但离开了电 电池和高压气体就不能工作 呼吸机分类 电动呼吸机通过其自身配置的装置如风轮 涡轮 活塞自行产生高压气体 如转数控制 产热过多 易磨损 早期电动呼吸机由于风轮 涡轮技术不成熟 性能不能与气动电控呼吸机相媲美 增压涡轮出现和阀门控制技术的提高使这类呼吸机呈技术发展方向 路易斯 雷诺于1877年出生在富有的巴黎商人家里 他自学成才 在发明创造方面很有天分 他的两个哥哥弗南德和马西尔在1899年建立了雷诺 弗瑞雷斯公司 他们给了路易斯 雷诺发展他自己的企业的机会 路易斯 雷诺是小型汽车的先驱者 他开发出一系列的车型 他还建立了一个在规模上超过了欧洲竞争对手的工业帝国 第二次世界大战后 雷诺去世了 他留下了后置发动机的雷诺4型汽车 这款先进车雷诺汽车公司在七十年代初才投入生产 呼吸机主机工作原理 压缩气源的处理 减压 过滤 空氧配比混合 稳压 送到吸气阀 在吸气相按约定通气模式和参数向病人送气 同时监控参数 满足条件 切换 到呼气相 打开或不完全打开呼气阀完成呼气过程 检测病人的状态 进入下一个呼吸周期 下一个吸气相的开始 呼吸机的基本组成 主机 气源处理 吸呼控制 监测报警混合器 外置 内置机械 空 氧配比混合湿化器 病人吸入气体的加温 加湿病人管路 螺纹管 可接雾化吸入器 完成病人吸入和呼出气体的传输气源 以适当方式提供压缩空气和氧气其它 主机和病人管路的固定或移动装置 呼吸机的基本组成 气体输送部份 BDU 1 动力 空气 氧气气源2 气体混合装置3 吸气 呼气阀4 压力 容量传感器5 湿化器和雾化器6 呼吸回路用户使用界面 GUI 1 设置部分 含通气和报警的设置2 监测部分 含波形3 报警部分 含呼吸机状态 呼吸机结构示意图 气源 气源是呼吸机的动力 含呼吸机输送气体中的O2和空气 构成吸入氧浓度 O2 O2 空气 空气气源 压缩泵 涡轮电机 无磨擦泵和电动机等 中心供气站的各供应点有专用连接器 目前分别可供应O2和空气 压力 控制在0 3 0 5Mpa氧气钢瓶 氧气最大压力约14 5Mpa左右 而氧气减压器将压力降至0 4Mpa 若气源压力降至厂方规定最低限值以下气源不足发生报警且不能关闭报警音响 单肢和双肢呼吸回路 双肢呼吸回路 即吸气管道和呼气管道各自分开 病人吸气和呼气各自经相应的管道吸气和呼气 在吸气和呼气管路中均有积水杯 单肢呼吸回路 简易型呼吸机用此回路 病人吸气和呼气均通过同一管道必然会产生重复呼吸 即呼出气又被吸入易使CO2蓄积 管道一般可由硅橡膠或塑料所制成 呼吸回路 双肢呼吸回路的连接 吸气 呼气各有自己的导管其中间均有积水杯 称双肢回路 吸气肢 导管 均与湿化器连接 呼气肢末端与集液瓶连接 因水阻塞 当气体通过管路时 热量会散发到空气中去 由于气体丧失一些携带水蒸气的能力 因此热量的散发会导致管路水的凝结称因水阻塞 因水阻塞 现在的加湿器采用加热元件伺服系统 病人y形管温度传感器向加湿器提供反馈 反过来又调整加热元件以保持管路内温度 这种闭合回路把管路 因水阻塞 控制到了最小 呼吸回路 空 氧混合装置 传感器 传感器是呼吸机重要组成部分 通过气体流速或吸 呼气压力的电讯号转換成啟动呼吸机在吸气触发 呼吸切換 计算和监测流速 压力和容量上的改变 流速 量 传感器有a 晶体热膜式 即热导式 b 压差式 c 热导式等较为常用 e 较少用的是渦轮超声波式 其他尚有测定氧浓度的传感器俗称氧电池 传感器类型 呼吸机输送气体为何要湿化 气体湿化的作用 不论外界温度是多少 吸入的空气经鼻腔和咽喉时吸入气体经湿化且加温至32 每升气体含有的水份为34mg L 到达总气管时因气管的加温和湿化 温度达34 其相对湿度为80 含水量为38mg L 在到达气管 隆突 以下的各级支气管时吸入气体巳加温至37 其相对湿度巳达100 含水量为44mg L 其分压为47mmHg e 湿化对气体交换的重要性 PaO2或PaCO2 大气压力 47mmHg O2 或CO2 47mmHg 在体温37 时水蒸汽饱和为100 时分压 其含水量为44mg L气体 也说明肺泡内的气体交换是在这样环境下进行的 当吸入气体抵达气管时的相对湿度低于70 时纤毛的功能即仃止 故机械通气中湿化器的温度应调节至37 才符合人体正常生理条件的需要 支气管粘膜系统包含纤毛细胞和腺体上皮细胞 覆盖纤毛的粘液层由二层所组成 一是环绕纤毛周围的液体层 外周纤毛液体层 另一是胶质的表面层 外来的颗粒和微生物粘附在其上 下图 液体层是为了纤毛可自由地擺动 纤毛摆动是直接促使外来颗粒和微生物向嘴部移动 气管的防御机制 a 由于外周纤毛液体层太厚 兰色部分 引起粘膜斑和粘液机械性分解b 最适宜的外周纤毛液体层粘稠度 最佳的粘液机械性調和 c 因外周纤毛液体层大薄粘液机械性分解纤毛被粘稠的粘液所粘附 湿度与含水量 湿化不足的危害性 a 支气管粘膜系统所分泌的液体层变薄 即粘液层干燥化 纤毛活动丧失 粘液稠厚 滞留不易排出 形成肺不张 导致气体交换障碍b 粘液层发生溃疡 支气管痉挛 c 继发医源性感染 为避免上述并发症使吸入气体加温至35 37 湿化后 相对湿度大于75 至关重要相反 若吸入气温度超过41度也会发生损伤 损伤的范围决定于通气时间的长短 吸入气体相对湿度 病人年龄和肺部原有疾病 全身性的脱水导致纤毛功能进一步减退 然后纤毛内液体粘度会增加 湿化方法 a 湿化器在湿化器中无菌蒸馏水加热 吸入气体通过加温水的表面 即加温和湿化至饱和点 水的温度用电子控制和限定 对吸入气体连续测量 若超过预置值即报警 这样可得到有效的湿化和加温的吸入气体 如此可长期通气而不损伤呼吸道 b 加温和湿润交换器 HME 此装置通常称 人工鼻 主要用于短期通气的病人 使水蒸气和热分丧失至最小程度 在呼气时热和水分储存在吸湿的过滤器中 而在吸气时再将它们释放到干燥的吸入气中 人工鼻插在呼吸机系统和气管插管之间 HME 无效腔 增加到150毫升 新生代的HME 人工鼻 除热湿交换外 尚有除去微生物功能 湿化器 730型吸气肢有加热导线 保证吸入气温度 巳淘汰 850型吸 呼气肢均有加热线无需积水杯 儿童 成人用一存水罐 价贵 F P410湿化器无加热导线较常用 价格低 儿童的存水罐需另配 热湿交换器 人工鼻HME 人工鼻 在未使用湿化器时 使病人吸入 呼出的气体尽量保持病人原有的温度和湿度 使用时间一般不超过48小时 什么是雾化 目的何在 雾化意义和目的 雾化 是将药液分子经Venturi原理形成3 5微米 M 大小 并经呼吸机在输送气体时同步送入支气管 肺部 作为临床上局部进行治疗手段 加强全身用药的效果 多年来结论 支气管扩张剂有其一定疗效 但雾化时间长 效果还不理想 因此有定量型气雾吸入器 MDI 来替代雾化器 支气管扩张效果至少是雾化器的三倍以上 而用药剂量为雾化器的1 5 以舒喘灵为代表 至于抗生素 抗霉菌药 等局部疗效无从考核 MDI和呼吸回路必须专用接管 Adapter 连接 不同形式的接管 其效果也不一 罗伯特 文丘里于1925年出生于美国宾夕法尼亚州费城 是世界著名的建筑师 1964年与洛奇合开建筑事务所 开始了自己的建筑设计之路 他的作品深受路易 艾瑟铎 康 艾罗 萨里南 米开朗基罗等大师的影响 1989年他凭借在普林斯顿大学设计的 胡应湘堂 获的AIA荣誉奖 他的文章充满了反叛色彩 受到人们的欢呼 特别经C 詹克斯与R 斯特恩等人对其思想推波助澜后 罗伯特 文丘里被戴上了 后现代主义之父 的桂冠 烟囱效应烟囱效应 是指户内空气沿着有垂直坡度的空间向上升或下降 造成空气加强对流的现象 烟囱效应的产生 在有共享中庭 竖向通风 排烟 风道 楼梯间等具有类似烟囱特征 即从底部到顶部具有通畅的流通空间的建筑物 构筑物 如水塔 中 空气 包括烟气 靠密度差的作用 沿着通道很快进行扩散或排出建筑物的现象 即为烟囱效应 文丘里效应的原理则是当风吹过阻挡物时 在阻挡物的背风面上方端口附近气压相对较低 从而产生吸附作用并导致空气的流动 文氏管的原理其实很简单 它就是把气流由粗变细 以加快气体流速 使气体在文氏管出口的后侧形成一个 真空 区 当这个真空区靠近工件时会对工件产生一定的吸附作用 什么是触发 I Trig 压力触发和流量触发 压力触发 流速触发 流量触发的优点 阴影部分的面积是压力触发额外多做的功 黄色为流量触发 红色为压力触发 流量触发因呼吸管道中有持续恒定的气流以满足吸气起始时所需的流量 大大地降低了触发吸气所作的功 且反应时间快 可補偿漏气穩定PEEP 触发方式及吸气作功 流量触发明显小于压力触发呼吸机响应时间 流量触发明显快于压力触发误触发问题 压力触发 0 5cmH2O时流量触发 1 2L 分基础流速 流量触发 1 5升 或基础流速可调 用面罩呼吸或流量触发灵敏度加大以补偿面罩漏气 什么是切换 即吸气 呼气互为转换 机械通气的吸气 呼气的互为切换 什么是呼气灵敏度 Esens ESENS 即在吸气过程中当流速递减至峰流速值的25 左右时呼气阀打开 病人呼气开始时无阻力感觉ESENS调节范圍是从5 至80 均可调 与压力上升梯度配合調节使人机更合拍 仅在Spont 起作用 什么是压力上升时间 压力上升斜率或梯度 雷诺 O Reynolds 1842 1912 爱尔兰 英国力学家 物理学家和工程师 1842年8月23日生于北爱尔兰 1867年毕业于剑桥大学王后学院 1868年出任曼彻斯特欧文学院 后改名为维多利亚大学 的首席工程学教授 1877年当选为皇家学会会员 1888年获皇家勋章 他是一位杰出的实验科学家 他于1883年发表了一篇经典性论文 决定水流为直线或曲线运动的条件以及在平行水槽中的阻力定律的探讨 这篇文章以实验结果说明水流分为层流与紊流两种形态 并提出以无量纲数Re 后称为雷诺数 作为判别两种流态的标准 压力上升斜率 RTF 的意义 調节RTF 即調节在设定的吸气时间内达到设置吸气压力 即目标压 所需的时间 此时间包含在整个吸气时间内 例如设定的吸气时间为1 0秒 调节RTF使达到目标压所需的时间为0 2或0 5秒等 余下的仍为吸气时间 RTF是通过流速的 和 而使达标时间 和 PCV PSV均需調节RTF 在PSV模式中尚需与呼气灵敏度匹配調节以便更适合病人情况 PCV与PSV之差别 何谓PEEP 呼气末正压 PEEP即呼气结束气道压力未降至零 PEEP的作用 克服内源性PEEP 即AutoPEEP PEEPi 设置值为PEEPi的80 是呼气结束维持肺泡开放的压力 增加气体交换面积FRC PEEP PEEP 呼气末正压 PEEP 动态肺泡陷闭 RACE PEEP改善RACE Auto PEEP 内源性PEEP PEEPi 1 按下 ExpiratoryHold 键2 在呼气刚开始的阶段 按住该键不放3 当屏幕显示 ManeuverCompleted 表示测量完成 可以放开该键4 Auto PEEP的测量只能在指令通气进行 NPPV或任何紧急通气模式都不能进行 为何需要报警 报警的临床意义 事前设定呼吸机工作和监测参数低 高限范围 可及时发现意外差错 如管道脱落 漏气等 便于及时发现设置 含报警的设置 差错而予以更正 避免高气压 高容积伤 呼吸机最严重的并发症 及时发现呼吸机本身的故障 了解报警内容的紧迫性 以便及时处理 报警参数的設置 1 高压报警 以峰压 10cmH2O为限 为了预防气压伤 2 低压报警 以呼气末压力 5cmH2O 为了预防管道脱落或呼吸回路有泄漏 3 低潮气量报警 解剖死腔量为150ml 故应设置为250 400ml为宜 4 低每分钟通气量报警 以4 5升 分为宜 否则会发生通气不足 导致CO2蓄积 5 高呼吸频率报警 以35次 分为宜 大于35宜用镇静剂 6 高潮气量报警 以800ml 分为宜 预防高容积伤 压力报警設置示意图 高压 以大于实测气道峰压10cmH2O为限以防气正伤 低压 以大于PEEP实际值加5cmH2O为限以防管道脱落 四 呼吸机的使用 肺活量 10 15ml kg 使用呼吸机的目的 使用呼吸机的目的 a 呼吸支持 肺部本身无任何疾病 使用呼吸机目的仅是维持如肺部正常通气 不增加原有疾病的治疔难度 b 呼吸治疗 肺部本身有疾病 包括COPD 或原有的肺部外疾病在治疗过程中累及肺脏产生了併发症ARDS等 呼吸机作为一种治疗工具使肺的通气尽量恢复基本正常 使用呼吸机是否达标或更改各有关参数后是否符合主观期望 只有体征 各项监测 血气是考核标准 四 呼吸机的应用疾病 肺泡低通气 见于心肺复苏后 麻醉药物过量 中枢神经系统疾病 神经肌肉疾病 低氧血症 见于成人呼吸窘迫综合征 ARDS 重症肺炎 心源性肺水肿且对其他治疗无效时 严重肺挫伤 部分COPD患者 全身多器官功能衰竭 MOF 伴肺炎或ARDS 连枷胸 呼吸肌衰竭 四 呼吸机的使用 肺大泡 四 呼吸机的治疗作用 改善通气功能 维持呼吸道内气体的流动 达到是足够的潮气量 改善换气功能由于气道内正压可使部分萎陷肺泡扩张 增加气体交换面积 改善通气 同时运用 PEEP 等 改变通气与血