麻醉設備學知識課件

第一章緒論

一、麻醉設備學的研究對象

麻醉設備學是麻醉學與理工科學相滲透、交叉的邊緣性的應用學科，歸屬于麻醉醫(yī)學中的基礎學科類。它的內(nèi)容包括麻醉設備、監(jiān)測儀器的結構、原理、功能及應用。麻醉的發(fā)展：簡單的局部表面麻醉到深層局部麻到器官手術麻醉到器官移植麻醉。麻醉設備的發(fā)展：簡單給藥麻醉裝置到單一功能麻醉機到全能麻醉機到麻醉工作站到全自動麻醉工作站。

教學重點：保證安全麻醉所必需的設備，如麻醉機、通氣機、蒸發(fā)器及各種麻醉檢測設備。

二、學習麻醉設備學的重要意義

麻醉設備學是麻醉學專業(yè)的一門專業(yè)基礎課。其意義如下：1、物理學知識是深入了解呼吸、循環(huán)與麻醉不可缺少的基礎。2、現(xiàn)代技術的進步與發(fā)展為臨床麻醉工作提供了許多新的設備和儀器。包括全功能麻醉機、通氣機及各種麻醉監(jiān)測和測量儀器等。3、通過對麻醉儀器原理、結構和性能的學習，提高麻醉臨床工作的科學性、準確性和安全性。

三、學習麻醉設備學的方法

1、掌握書中所闡述的物理學基本理論

2、了解麻醉儀器設備的基本結構，熟悉麻醉儀器設備的基本原理和性能指標；3、通過實驗和實習掌握麻醉學研究和臨床所用儀器設備的性能和使用方法。

第二章物理學基礎知識

在呼吸治療及吸入麻醉工作中，常常會遇到一些與物理學密切相關的問題。了解并正確運用物理學的規(guī)律來指導臨床實踐，不僅能提高呼吸治療及麻醉工作的效果，而且能促進麻醉機、通氣機等設備的不斷改進與發(fā)展。

第一節(jié)氣體定律一、理想氣體的狀態(tài)方程

只考慮分子間的相互碰撞，不考慮其它相互作用，分子體積和分子間的引力均可忽略不計的氣體，稱為理想氣體。對一定量的理想氣體，它的壓強P、體積V和絕對溫度T之間存在下式的關系

上式稱為理想氣體狀態(tài)方程。R=8.31J/(mol·K)稱為摩爾氣體常數(shù)，μ是摩爾質量，M為容器內(nèi)氣體的質量（kg)，容器體積V(m3)，壓強P(N/m2或Pa)。由于氣體的密度ρ=M/V，所以上式可寫成

把理想氣體狀態(tài)方程應用于實際氣體，計算結果和實驗數(shù)據(jù)有微小差別，溫度越低，壓強越大，即氣體密度越大時，出現(xiàn)的偏差越大。

二、范德瓦爾斯方程

由于實際氣體分子本身占有一定體積，分子之間存在相互作用，范德瓦爾斯考慮到這兩個因素，對理想氣體的狀態(tài)方程加以修正，從而導出了范德瓦爾斯方程。1、在壓強很大時，氣體體積減至很小，氣體分子本身所占有體積就不能再忽略不計，所以氣體分子實際活動的空間不等于容器的體積V，而應減去一個與氣體分子本身所占體積有關的修正量b，

2、由于分子間引力的存在，使得器壁附近分子受到一個垂直與器壁指向容器內(nèi)部的吸引力。這樣就會減弱氣體分子施于器壁的壓力，故上式應為P=RT/(V-b)-△P△P表示由于分子間的引力而減少的氣體壓強，通常稱為內(nèi)壓強。其和單位時間內(nèi)與單位面積器壁碰撞的分子數(shù)成正比；又和每一分子與器壁碰撞時所受內(nèi)部分子的引力成正比，這兩者均與氣體的分子數(shù)密度n成正比,所以△P與分子數(shù)密度n的平方成正比。

氣體的分子數(shù)是一個恒量，即△P=a/V2，式中a為比例系數(shù)，代入前式，得

此式即為范德瓦爾斯方程。修正量a和b決定于氣體的性質，可由實驗測定。從式看出，如果V很大，即當壓強較低或溫度較高時，兩個修正量都可忽略，從而得到理想氣體狀態(tài)方程。范德瓦爾斯方程比理想氣體狀態(tài)方程更接近于實際情況，但也不是絕對正確的。如表。

三、安得魯斯實驗

理想氣體只是在溫度不太低、壓強不太高的條件下，才符合實際情況。下面通過實際氣體的等溫線了解理想氣體偏離實際氣體變化規(guī)律的情況，從而對實際氣體的性質得到進一步的認識。安得魯斯曾在不同溫度下對二氧化碳作了系統(tǒng)的等溫壓縮實驗，借以觀察氣體的狀態(tài)變化過程，如圖。

不同氣體有不同的臨界恒量，它們的值由實驗測定，見表。

四、混合氣體的壓強

混合氣體中，各種成分氣體都有自己的壓強，稱為分壓強?；旌蠚怏w的壓強等于組成混合氣體的各成分的壓強之和，這個規(guī)律稱為道爾頓分壓定律。分壓強的大小和其它成分氣體無關，并可從其在混合氣體的容積百分比算出。見表。氣體分壓強的大小與氣體的流動方向有密切關系，氣體總是由分壓強大的地方向分壓強小的地方轉移。

五、氣體的彌散

當氣體的密度不均勻時，氣體的分壓強就有差異，氣體分子由分壓強高的地方向分壓強小的地方移動，稱為彌散。圖2-3表示肺泡和它鄰近的肺毛細血管在肺循環(huán)過程中氧分子的彌散情況。圖2-4表示氧由毛細血管向組織間液和細胞的彌散情況。在機體內(nèi)，由于氧不斷消耗，二氧化碳不斷產(chǎn)生，故不能達到靜態(tài)平衡。而不被代謝的氣體,如氧化亞氮、揮發(fā)性麻醉藥等，則可以趨向平衡。

六、氣體在液體中的溶解度

當氣體和液面接觸時，由于氣體分子的無規(guī)則運動，一部分氣體分子會進入液體內(nèi)部而溶于液體中。血氧含量、血二氧化碳分壓、麻醉藥物的血濃度等都涉及氣體在液體中溶解的物理現(xiàn)象。在一定溫度與壓力條件下，當液面上的氣體和溶解的氣體達到動態(tài)平衡時，該氣體在液體中的濃度稱為溶解度。氣體的溶解度常用100ml液體中能溶解氣體體積的ml數(shù)表示，寫成vol%。如37℃時，一個大氣壓下，100ml血中所能溶解的氧化亞氮濃度為0.468ml，故氧化亞氮的溶解度為0.468vol%。氣體溶于液體是放熱過程，氣體溶解度通常隨溫度的升高而減小，和固體不同。氣體的溶解度還與壓力有關。壓強越大，液面上的氣體密度增大，和液面接觸的分子數(shù)增多，所以氣體溶解度隨壓強增加而增加。若液面上是混合氣體，則氣體的溶解度與液面上該氣體的分壓強成正比。如用C表示溶解度，上述規(guī)律可寫成C=Αp此時稱為亨利定律。例高壓氧治療缺氧性疾?。恢委煾姑浖澳X室空氣造影后的頭痛；麻醉氣體在血中的溶解度和誘導及清醒速度有關。

七、分配系數(shù)

在一定溫度下，某一物質在兩相中處于動態(tài)平衡時，該物質在兩相中的濃度的比值稱為分配系數(shù)。揮發(fā)性麻醉藥經(jīng)肺泡進入血液，可把肺泡氣和血液看成互相鄰近的氣、液兩相，當麻醉藥在兩相中處于動態(tài)平衡時，這兩相中麻醉藥的濃度比值就稱為該麻醉藥的血/氣分配系數(shù)。幾種常見麻醉藥的分配系數(shù)見表。

血/氣分配系數(shù)與麻醉誘導快慢有關。異氟醚在血中溶解度小，血/氣分配系數(shù)小，麻醉誘導非常迅速，清醒也快。油/氣分配系數(shù)與麻醉強度有關。該系數(shù)越高，麻醉藥脂溶性越高，其作用強度越大。甲氧氟烷的油/氣分配系數(shù)最大，麻醉強度最大

第二節(jié)物態(tài)的變化

一、氣化

物質由液態(tài)變成氣態(tài)的過程叫氣化。麻醉中使用的乙醚、異氟醚、氟烷等麻醉藥就是從液態(tài)揮發(fā)成氣態(tài)供病人吸入的。氣化有蒸發(fā)和沸騰兩種方式。㈠蒸發(fā)蒸發(fā)是液體表面發(fā)生的氣化現(xiàn)象。液體在蒸發(fā)時要吸收熱量，所以蒸發(fā)具有致冷作用。麻醉藥的蒸發(fā)引起溫度降低，對輸出濃度有很大影響，是設計蒸發(fā)器時必須考慮的。

要保持液體的溫度不變必須給液體加熱，使單位質量的液體變成同溫度的蒸汽所需要的熱量稱為該物質的汽化熱。常見含氟液體的汽化參數(shù)見表。蒸發(fā)在任何溫度下都能發(fā)生，但溫度越高，蒸發(fā)表面越大，表面上通風越好，則蒸發(fā)越快。各種麻醉蒸發(fā)器的設計都要考慮上述因素。為了加速蒸發(fā)通常采取下列方法：①增加蒸發(fā)表面積；②增加表面氣流；③溫度補償。㈡沸騰一定溫度下，在液體表面和內(nèi)部同時進行氣化的現(xiàn)象叫沸騰。沸騰只能在一定溫度下發(fā)生，該溫度稱為沸點。液體沸騰時，雖然繼續(xù)吸收熱量，但溫度并不升高，這是外界供給的熱量全部用于液體的氣化。液體沸騰時，它的飽和蒸汽壓等于外部壓強，所以沸點與液面上的氣體壓強有關，壓強越大，沸點越高。如高壓滅菌原理。㈢飽和蒸汽壓密閉容器內(nèi)的液體，隨著蒸發(fā)過程的進行，液體上方蒸汽分子的密度不斷增大，返回液體的蒸汽分子也不斷增加，當兩者處于動態(tài)平衡時的蒸汽稱為飽和蒸汽，飽和蒸汽的壓強稱為飽和蒸汽壓。在一定溫度下，因為飽和蒸汽密度不變，所以飽和蒸汽壓不變，隨著溫度升高，飽和蒸汽密度增大，因而飽和蒸汽壓隨溫度升高而增大。揮發(fā)性麻醉藥的氣化特點是：沸點低、氣化熱小、飽和蒸汽壓高、容易氣化。

蒸發(fā)器內(nèi)的麻醉氣體濃度，實際上是一定溫度下的飽和蒸氣濃度，即該溫度下蒸發(fā)器所能蒸發(fā)的最大氣化濃度。例如，20℃時蒸發(fā)器內(nèi)異氟醚濃度高達32.0vol%,但是麻醉中須用的只是0.7～1.5vol%，因此必須經(jīng)空、氧等氣體稀釋后，才能送入病人呼吸道。

二、液化

物質從氣態(tài)轉變?yōu)橐簯B(tài)的過程稱為液化，也稱凝結。液化是氣化的相反過程，隨著溫度的下降，飽和蒸氣中的蒸氣分子凝結成液體，同時放出熱量，使液體溫度升高。使氣體液化，還可用加壓的方法實現(xiàn)，但必須使該物質的溫度降到其臨界溫度以下。隨著低溫技術的進步，現(xiàn)代所有氣體都能在相應的臨界溫度下液化了。目前，臨床上使用的液態(tài)氮做冷凍手術，用液態(tài)二氧化碳作病理標本的冷凍切片，甚至液態(tài)氦、氧都是在臨界溫度下制成的。