呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史

1呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241機(jī)械通氣發(fā)展史呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241機(jī)械通氣是治療呼吸衰竭的重要手段之一，已有近600年的歷史，早在15世紀(jì)，人們開始在動(dòng)物身上施行氣管切開、氣管插管及風(fēng)箱式正壓通氣技術(shù)。200年後的1792年首次在人身上實(shí)行了有創(chuàng)正壓機(jī)械通氣。呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241因當(dāng)初的技術(shù)過於粗糙，相關(guān)設(shè)備也很簡陋，經(jīng)過一段時(shí)間的臨床應(yīng)用後，許多患者因氣胸等嚴(yán)重併發(fā)癥而死亡。到了1827年有學(xué)者向法國科學(xué)院提交報(bào)告要求終止進(jìn)行有創(chuàng)正壓通氣。

呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241面對(duì)這種局面，機(jī)械通氣的研究在二個(gè)方面繼續(xù)展開：一是改進(jìn)人工氣道技術(shù)，二是尋找其他途徑，避免建立人工氣道。前者的探索與19世紀(jì)的麻醉學(xué)技術(shù)的發(fā)展密不可分，而後者則促進(jìn)了“鐵肺”等體外負(fù)壓通氣技術(shù)的發(fā)展。呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/202411929年JAMA雜誌上刊登了有關(guān)應(yīng)用“鐵肺”成功搶救一例脊髓灰質(zhì)炎女孩的論文，引起了很大的轟動(dòng)。其後因體外負(fù)壓通氣的種種弊端在應(yīng)用過程中逐漸暴露出來，故而到了20世紀(jì)50年代以後，“鐵肺”逐漸讓位於技術(shù)得到很大改進(jìn)的有創(chuàng)正壓通氣技術(shù)。呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241鐵肺呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241

20世紀(jì)初，隨著人工氣道技術(shù)和喉鏡直視氣管插管技術(shù)的成熟，正壓機(jī)械通氣在麻醉和外科領(lǐng)域得以迅速發(fā)展。1940年，第一臺(tái)間歇正壓通氣（IPPV）麻醉呼吸機(jī)被發(fā)明，用於胸科手術(shù)和ARDS。1946年，Bennet公司研製出世界第一臺(tái)初具現(xiàn)代呼吸機(jī)基本結(jié)構(gòu)的間歇正壓呼吸機(jī)PR-1A（氣動(dòng)氣控壓力限制型）?，F(xiàn)代呼吸機(jī)的起源與發(fā)展呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241近年來，隨著電子電腦技術(shù)、傳感技術(shù)的飛速發(fā)展和對(duì)呼吸力學(xué)認(rèn)識(shí)的不斷深入，機(jī)械通氣理論和技術(shù)都有了很大的發(fā)展，對(duì)急性呼吸窘迫綜合征、重癥哮喘和慢阻肺呼衰等常見病的機(jī)械通氣治療策略都較以前有了很大的變化。呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241如有創(chuàng)通氣中的小潮氣量通氣、根據(jù)P-V曲線選擇最適PEEP、開方肺策略、俯臥位通氣，以及無創(chuàng)通氣中應(yīng)用的雙水準(zhǔn)氣道正壓通氣、成比例輔助通氣等，開創(chuàng)了機(jī)械通氣救治的嶄新局面。呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241機(jī)械通氣的發(fā)展歷程口對(duì)口人工呼吸1800年前，金匱要略、華佗醫(yī)方中有類似體外按壓人工呼吸的記載1300年前，聖經(jīng)上有“口對(duì)口”描述

無創(chuàng)正壓機(jī)械通氣有創(chuàng)1792年，首次在人身上實(shí)施氣管切開、插管及風(fēng)箱式正壓通氣技術(shù)。負(fù)壓機(jī)械通氣無創(chuàng)1928年，“鐵肺”箱式負(fù)壓治療機(jī)。

人力作動(dòng)力

電力機(jī)械作為動(dòng)力正壓機(jī)械通氣1950’讓位於技術(shù)上得到很大改進(jìn)的有創(chuàng)無創(chuàng)呼吸機(jī)多功能呼吸機(jī)1981年Sullivan無創(chuàng)口鼻面罩。人工智慧呼吸機(jī)人工智慧無創(chuàng)呼吸機(jī)並存時(shí)代呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241回顧正壓機(jī)械通氣60多年的發(fā)展歷史，我們認(rèn)為它較好地體現(xiàn)了臨床醫(yī)學(xué)與電子技術(shù)、機(jī)械工程相互交叉和滲透，彼此促進(jìn)和提高的一個(gè)發(fā)展過程，是“醫(yī)學(xué)科學(xué)與工程技術(shù)完美結(jié)合”的典範(fàn)（BME）。呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241呼吸機(jī)的組成

可分為兩大部分或三部分：主機(jī)(氣路單元+監(jiān)控單元)濕化器(溫控+濕化灌)空、氧氣源提供裝置

—床邊壓縮機(jī)(渦輪機(jī))+O2氣源

—中心氣源(Air、O2)(2.5~5.5)kg/cm2

呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241呼吸機(jī)的構(gòu)成及工作原理呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241呼吸機(jī)各部分主要功能主機(jī)——?dú)庠刺幚怼⑽艨刂?、監(jiān)測(cè)報(bào)警混合器——外置或內(nèi)置機(jī)械式，比例閥混合。濕化器——病人吸入氣體的加溫、加濕病人管路——5-6根螺紋管、接濕化器或霧化吸入器，病人吸入和呼出氣體的傳輸。氣源——以適當(dāng)方式提供壓縮空氣和氧氣）其它——主機(jī)和病人管路的固定或支撐裝置呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241空氧配比方式

機(jī)械配比電子配比呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241有創(chuàng)正壓通氣的人機(jī)系統(tǒng)工程輸入主機(jī)的氣體為高壓，要求乾燥、潔淨(jìng)；輸出給病人的混合氣體為低壓，要求溫暖、濕潤並達(dá)到有效的肺泡通氣量。呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241主機(jī)工作原理①壓縮氣源的處理：減壓、過濾；②空氣、氧氣配比混合，穩(wěn)壓，送到吸氣閥；③在吸氣相按約定通氣模式和參數(shù)向病人送氣；④同時(shí)監(jiān)控參數(shù)、滿足條件,“切換”到呼氣相；⑤打開或不完全打開呼氣閥完成呼氣過程；⑥檢測(cè)病人的狀態(tài)，進(jìn)入下一個(gè)呼吸週期（下一個(gè)吸氣相的開始）。呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241基本原理示意圖呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241通氣控制流程空氣、氧氣配比混合(乾燥的氣體)；細(xì)菌過濾（減少感染）；降至低壓、穩(wěn)定壓力、緩存一定量氣體；吸氣回路PID控制（實(shí)現(xiàn)各種通氣模式）；經(jīng)濕化器加溫、加濕（霧化）到病人；呼氣回路PID控制（實(shí)現(xiàn)PEEP等），呼出氣體排到大氣中。呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241呼吸機(jī)的分類

目前沒有統(tǒng)一分類標(biāo)準(zhǔn)，可按習(xí)慣分為：按使用對(duì)象

成人型、嬰幼兒型、通用型多功能呼吸機(jī)；按工作原理

氣控氣動(dòng)、電控氣動(dòng)、電控電動(dòng)呼吸機(jī)；按人機(jī)介面方式

有創(chuàng)或無創(chuàng)正壓通氣呼吸機(jī)；按機(jī)器的功能

急救、麻醉、治療、家用、高頻振盪、噴射。呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241通氣模式的定義及特點(diǎn)——臨床常用的基本通氣模式呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241機(jī)械通氣吸、呼切換狀態(tài)分析兩個(gè)“開始、轉(zhuǎn)換或切換”兩個(gè)“相或過程內(nèi)含保持”呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241正壓通氣和生理性呼吸的區(qū)別與聯(lián)繫呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241主要物理量和參數(shù)時(shí)間量及參數(shù)氣體流量及參數(shù)氣道壓力及參數(shù)溫度、濕度參數(shù)注意：需要非常清楚地瞭解各參數(shù)的物理涵義及其作用或影響。呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241時(shí)間參數(shù)及其符號(hào)(1)通氣頻率(f：0～120)bpm(2)吸呼比(I:E=Ti:Te

)(3)吸氣時(shí)間Ti

(s)、Trise(s)(4)呼氣時(shí)間Te(s)(5)屏氣時(shí)間TP(s)是吸氣時(shí)間的一部份，通常設(shè)定為T的10%，臨床根據(jù)病情和呼吸習(xí)慣適當(dāng)增加或減少。週期：T=Ti+Te，f=60s/(Ti+Te)bpm呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241容量和流量參數(shù)及其符號(hào)(1)分鐘通氣量(MV，L/min)=VT×f(2)潮氣量(TV/VT，ml)=VTI=VTE=∫F.dt(3)吸氣流量(F，l/s)，是一個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù)，峰值流速Fpeak：影響吸呼比和吸氣波形(4)歎氣/深吸氣Sign：1.5或2倍的VT/100次(5)流量觸發(fā)靈敏度(FT，L/min)，包括吸氣和呼氣觸發(fā)靈敏度（需高速動(dòng)態(tài)閥）呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241吸氣流量觸發(fā)靈敏度呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241壓力參數(shù)及其符號(hào)(1)氣道壓力(AirwayPressure，Pair/Plung不一致)是一個(gè)動(dòng)態(tài)物理參數(shù)，波形、光柱：

Ppeak,Pplateau,Pmean（cmH2O或kPa）(2)吸氣壓力水準(zhǔn)(Pi-Level：0～10kPa)？(3)呼氣末正壓(PEEP：0.1kPa～3kPa)(4)吸、呼壓力觸發(fā)靈敏度(PT:-2kPa～+2kPa)(5)呼吸機(jī)的工作壓力、氣源壓力。低壓：(60~70)cmH2O，高壓：＞120kPa呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241壓力參數(shù)及壓力觸發(fā)靈敏度觸發(fā)壓力P=PEEP-PT呼吸做功W=ΔS+SC呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241氣道阻力和順應(yīng)性靜態(tài)氣道阻力

RL=(Ppeak–Pplateau)/flowcmH2O/L/s靜態(tài)順應(yīng)性

CL=VT/(Pplateau–PEEP)L/cmH2O呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241氣道內(nèi)氣流類型呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241常見通氣模式解析（處方）用呼吸機(jī)的目的就是以一種適宜的方式對(duì)病人的肺進(jìn)行有效通氣，既保障病人生命需要，又要盡可能地減少併發(fā)癥，而且還要安全、舒適。重複進(jìn)行機(jī)械通氣的時(shí)間間隔叫機(jī)械通氣週期,T。一次吸氣開始到下一次吸氣開始的時(shí)間間隔為一個(gè)機(jī)械通氣週期。一個(gè)機(jī)械通氣週期又可分解為四個(gè)狀態(tài)或四個(gè)相，即：呼切換到吸、吸氣相、吸切換到呼和呼氣相。呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241機(jī)械通氣的四個(gè)相（狀態(tài)）呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241第一相——呼氣切換到吸氣基於第一相定義和設(shè)計(jì)通氣模式，根據(jù)吸氣初始化條件或人機(jī)關(guān)系的不同，可分為：控制模式ControlModeVentilation,CMV/VCV/PCV

輔助控制模式(Assist-ControlMode,A/C)同步間歇指令通氣(SynchronizedIntermittentMandatoryVentilation,SIMV)呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241第一相——呼氣切換到吸氣壓力支持(PressureSupportVentilator,PSV)持續(xù)氣道正壓(ContinuousPositiveAirwayPressure,CPAP)注：在呼氣切換到吸氣時(shí)，如果切換或觸發(fā)的條件是流量就叫流量觸發(fā)，是壓力就叫壓力觸發(fā)，控制通氣可以看作時(shí)間觸發(fā)。呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241容量控制VCVF—t和P—t曲線：VCV設(shè)定定容：VT/MV=？時(shí)間：f、Ti、TeTrise、Tp、I:E=?壓力：Pmax=?PT/FT=?

呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241壓力控制PCVF—t和P—t曲線：PCV設(shè)定定壓：Pi-Level=？時(shí)間：f、Ti、

Prise、Tp

、I:E=?壓力：Pmax=?PT/FT=?呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241同步間歇指令通氣

SIMVF—t和P—t曲線：VCV/PCV間歇+自主

VT/MV=？Pi-Level=？時(shí)間：f/RR、Ti、

Trise、Tp、I:E=?壓力：Pmax=?PT/FT=?fsimv=(0~f)?，f總=fsimv+f自主呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241壓力支持PSVF—t和P—t曲線：半自主通氣模式PSV設(shè)定壓力：Pi-Level=？壓力：Pmax=?PT/FT=?VAPSV?SIMV+PSV?呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241持續(xù)氣道正壓CPAPF—t和P—t曲線：自主通氣模式壓力：PEEP、PT吸/FT吸=?或PT呼/FT呼=?呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241五種基本正壓通氣模式的氣道壓力、流量、容量曲線呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241第二相——吸氣相方波(SquareWaveFlowPattern)

可快速建立起通氣和在有效的時(shí)間內(nèi)維持恒定的氣流。加速波(AcceleratingFlowPattern)減速波(DeceleratingFlowPattern)

氣流迅速上升到峰值，緊接著減速。正弦波(SineWaveFlowPattern)

兼加速和減速波通氣的特點(diǎn)。SIGN,潮氣量加倍（延長吸氣時(shí)間）。

呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241第三相——吸氣轉(zhuǎn)換到呼氣

基於第三相定義和設(shè)計(jì)通氣模式依據(jù)容量、壓力和時(shí)間三個(gè)參數(shù)在切換時(shí)起作用的主次關(guān)係，其主和次關(guān)係用兩個(gè)形容詞週期的(cycled)和限制的(limited)來表示。容量週期(VolumeCycled)

也叫定容通氣或容量切換(容量開關(guān))。呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241第三相——吸氣轉(zhuǎn)換到呼氣容量限制(VolumeLimited)在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)達(dá)到設(shè)定的潮氣量，吸氣停止(相當(dāng)於VCV)。時(shí)間週期容量限制(TimeCycled,VolumeLimited)

按一定流量為病人送氣，時(shí)間到，吸氣停，潮氣量大小取決於流量(定時(shí)開關(guān)流量)。呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241第三相——吸氣轉(zhuǎn)換到呼氣壓力週期(PressureCycled)

也叫壓力切換，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的氣道壓力水準(zhǔn)(Insp.Press.Level)時(shí)，吸氣停止(壓力開關(guān)，漏氣時(shí)無法切換)。時(shí)間週期壓力限制(TimeCycled,PressureLimited)

按能維持設(shè)定的氣道壓力水準(zhǔn)所必需的流速為患者送氣，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的吸氣時(shí)間時(shí)，吸氣停止(相當(dāng)於PCV)。呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241第三相——吸氣轉(zhuǎn)換到呼氣時(shí)間限制壓力週期(TimeLimited,PressureCycled)

：按設(shè)定的吸氣時(shí)間和吸氣流量為患者送氣，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的吸氣壓力水準(zhǔn)時(shí)，吸氣停止（漏氣的時(shí)候，為時(shí)間切換）?？梢?，在第三相時(shí)，如果切換的主要物理參數(shù)是容量、流量、壓力或時(shí)間就分別叫容量切換、流量切換、壓力切換或時(shí)間切換。呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241第四相——呼氣相

實(shí)現(xiàn)PositiveEndExpiratoryPressure,PEEP增加功能殘氣量(FunctionalResidualCapcity,FRC)。對(duì)於一些限制性病變(ARDS)，呼末維持一定的正壓有利於肺泡氣體交換，但使用PEEP要慎重。電子PEEP、機(jī)械PEEP或文丘裏PEEP。呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241與PEEP有關(guān)的各種氣道壓力改變呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241通氣模式的發(fā)展演化呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241通氣模式的數(shù)學(xué)表達(dá)

假設(shè)病人吸氣做功W吸，自己吸到的容量V吸那麼：——控制W吸=0時(shí)，為控制模式(CMV/IPPV/VCV/PCV)W吸>0但V吸=0，輔助控制模式(A/C、病人觸發(fā)的)——輔助100%>W吸>0，100%>V吸>0時(shí)，為輔助模式(Assist-Mode)

同步間歇控制：SIMV+CPAP/SIMVVC+PSV/SIMVPC+PSV

吸氣支持：PSV/VAPSV和VSV/MMV/EMMV——自主W吸=100%，V吸=100%時(shí)，為自主模式(Spontaneous，CPAP)呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241通氣模式的轉(zhuǎn)化

呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241呼吸機(jī)的品質(zhì)保障——一個(gè)需要思考和關(guān)注的問題呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241需要全程品質(zhì)保障以臨床培訓(xùn)為基礎(chǔ)的人員保障：培訓(xùn)醫(yī)、護(hù)人員（考核合格、持證上崗）；以使用前例行檢查為基礎(chǔ)的制度保障：建立制度，基本品質(zhì)確認(rèn)；以性能測(cè)試為基礎(chǔ)的品質(zhì)保障：(1-2)月測(cè)一次，臨床技師或工程師；以計(jì)量檢定校準(zhǔn)為基礎(chǔ)的法律保障，由國家授權(quán)建立測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行量值傳遞或校準(zhǔn)，在法律上得到認(rèn)可，每年一次。呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241呼吸機(jī)使用前的例行檢查(OVP)

消除一部分潛在風(fēng)險(xiǎn)？①電源氣源檢查：風(fēng)險(xiǎn)較多、斷氣斷電？②氣密性檢查：內(nèi)、外氣路和插管漏氣？③壓力上限：不準(zhǔn)或失靈，機(jī)械的？④呼氣分鐘通氣量上、下限:漏氣/自主？⑤窒息報(bào)警：脫管、病人沒有呼吸回應(yīng)？⑥觸發(fā)靈敏度：不準(zhǔn)或誤觸發(fā)？呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241呼吸機(jī)使用前的例行檢查⑦吸氣壓力水準(zhǔn)：平穩(wěn)、準(zhǔn)確？⑧吸入氧濃度：準(zhǔn)確度高於5%，閥、混合器故障、氧電池監(jiān)測(cè)？⑨吸、呼流量：準(zhǔn)確度優(yōu)於5%、線性好？注：上述檢查通過後，將濕化器（故障源？影響機(jī)械通氣效果）預(yù)設(shè)在（32～37）℃，然後等待或用於病人，急救時(shí)可以只進(jìn)行第①、②步檢查。呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241

呼吸機(jī)系統(tǒng)故障分佈1999年呼吸機(jī)主機(jī)混合器濕化器壓縮機(jī)27%12%36%25%使用問題預(yù)修保養(yǎng)故障修復(fù)更換新品故障修復(fù)使用維護(hù)故障修復(fù)使用維護(hù)故障修復(fù)6%11%10%2%10%25%11%9%16%呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241加熱濕化器工作原理出氣口進(jìn)氣口接在吸氣回路對(duì)病人吸入的氣體加溫加濕36℃濕化罐內(nèi)放置一個(gè)捲曲的鋁筒內(nèi)襯濕化濾紙形成一個(gè)溫濕通道接呼氣回路加熱濕化器應(yīng)用示意圖

氣管插管病人遠(yuǎn)端Y-型頭呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241加溫、加濕要求到達(dá)病人口邊的氣體溫度：

31℃≤T≤37℃,連續(xù)可調(diào)吸入氣體的絕對(duì)濕度：

HA≥30mg.L-1呼吸機(jī)的基本原理與人工通氣的發(fā)展史5/8/20241濕化器常見使用問題濕化罐要接在吸氣回路上，進(jìn)氣和出氣口不能接反；注意觀察罐內(nèi)液面高度，要加注蒸餾水，不能加注生理鹽水；溫度感測(cè)器接到Y(jié)頭的吸氣