呼吸機(jī)工作原理及波形分析

呼吸機(jī)工作原理正常人的呼吸是由呼吸中樞支配呼吸肌有節(jié)奏地張弛，造成肺內(nèi)壓力變化來(lái)完成的。當(dāng)肺內(nèi)壓力大于外部大氣壓時(shí)，便呼氣；當(dāng)肺內(nèi)壓力低于外部大氣壓時(shí)，便吸氣。吸入的氣體與血液中的氣體進(jìn)行交換，結(jié)合氧氣，排出二氧化碳，進(jìn)而血液中被結(jié)合的氧氣又與組織中氣體進(jìn)行交換，這就是呼吸的完整過(guò)程。在通常情況下，正常人主要通過(guò)自己的呼吸攝取空氣中的氧氣來(lái)滿足各器官組織的氧化代謝需要。如果呼吸系統(tǒng)受到損傷，如藥物中毒、溺水、休克，或由于其它生理功能的紊亂引起呼吸衰竭，單靠病人不健全的呼吸功能已不能夠或根本不能滿足各器官對(duì)氧氣的需求，這時(shí)就需要借助呼吸機(jī)對(duì)病人進(jìn)行搶救治療。利用呼吸機(jī)，可幫助病人提高肺通氣量，以解除病人缺氧和二氧化碳在病人體內(nèi)的滯留，改善病人的換氣功能。由此可見(jiàn)，呼吸機(jī)是可以代替人的呼吸功能或輔助人的呼吸功能的儀器。它適用于呼吸衰竭、甚至停止呼吸的病人做人工呼吸之用。它能幫助病人糾正缺氧和排出二氧化碳，是挽救某些危重病人生命的重要工具。呼吸機(jī)是利用不同的壓力進(jìn)行工作的儀器。因此，下面介紹一下正、負(fù)壓呼吸原理及使用呼吸機(jī)必須知道的幾個(gè)概念。（一）負(fù)壓呼吸原理這種呼吸機(jī)向病人提供的是負(fù)壓通氣，所以被稱作負(fù)壓呼吸機(jī)。它的工作原理是把病人放在一個(gè)壓力可以減小的密閉容器內(nèi)，只把病人的頭部露在外面。然后對(duì)這個(gè)容器進(jìn)行抽空，使其內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓。這個(gè)負(fù)壓傳遞到胸廓內(nèi)的空間，使胸部和肺組織容積由于受到壓差的作用而增大。這樣，在氣道內(nèi)就產(chǎn)生一個(gè)壓力遞減度。這時(shí)，大氣中的空氣就會(huì)通過(guò)露在外面的鼻和口腔，沿著氣道內(nèi)的壓力遞減度進(jìn)到肺腔內(nèi)。當(dāng)達(dá)到一定量時(shí)，使這個(gè)密閉容器內(nèi)的壓力恢復(fù)到大氣壓。這時(shí)，胸廓和肺組織就會(huì)向反方向恢復(fù)它原來(lái)的形狀，同時(shí)也將進(jìn)入到肺內(nèi)的空氣排到體外。這種呼吸盡管比較符合生理特點(diǎn)，但由于操作及對(duì)各種呼吸參數(shù)不易掌握，目前已不再使用。這種呼吸機(jī)叫做體外通氣機(jī)，有時(shí)也被稱作鐵肺。（二）正壓呼吸原理正壓呼吸機(jī)是利用增加氣道內(nèi)壓力的方法將空氣送入肺內(nèi)，肺內(nèi)的壓力增大使肺腔擴(kuò)張。當(dāng)壓力失去后，由于肺腔組織的彈性，將肺恢復(fù)到原來(lái)的形狀，而使經(jīng)過(guò)交換的一部分空氣呼出體外。目前，大部分呼吸機(jī)都是利用這種增加氣道內(nèi)壓力的方法給病人送氣的。（三）呼氣相和吸氣相的切換形式不同種類的呼吸機(jī)，其吸氣相和呼氣相的轉(zhuǎn)換方式也有所不同。目前呼吸機(jī)呼吸相的切換主要有以下四種形式：1、時(shí)間切換負(fù)壓呼吸機(jī)采用的是時(shí)間切換?，F(xiàn)代的時(shí)間切換呼吸機(jī)都是采用電子儀器進(jìn)行控制，利用各種無(wú)穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器確定呼吸的周期或頻率以及呼吸比。這些電子電路用以啟動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)或空氣流量電磁閥。這種氣體切換形式是先預(yù)置某一吸氣時(shí)間，當(dāng)吸氣時(shí)間達(dá)到預(yù)置值時(shí)，呼吸機(jī)自動(dòng)將吸氣相轉(zhuǎn)變?yōu)楹魵庀?。它的特點(diǎn)是當(dāng)吸氣時(shí)間固定后，當(dāng)病人的順應(yīng)性、氣道阻力發(fā)生變化時(shí)，吸氣壓力、容積以及流速都要發(fā)生相應(yīng)的變化。2、容量切換呼吸的周期運(yùn)動(dòng)是由送給病人的空氣容量所決定的，只有當(dāng)送給病人的空氣容量達(dá)到預(yù)置值時(shí)，呼吸機(jī)才進(jìn)行切換工作，由吸氣相轉(zhuǎn)換為呼氣相。它配備有壓力釋放閥，在向病人送入空氣的過(guò)程中，如果壓力超過(guò)了預(yù)置值時(shí)，不管所送給病人的空氣容量夠與不夠，只要壓力釋放閥工作，機(jī)器就自動(dòng)地將吸氣相轉(zhuǎn)換為呼氣相，以避免對(duì)病人造成嚴(yán)重?fù)p傷。這種切換形式的優(yōu)點(diǎn)是能保持穩(wěn)定的通氣量。3、壓力切換這種切換形式是送給病人體內(nèi)的空氣壓力超過(guò)預(yù)置值時(shí)，呼吸機(jī)便將此時(shí)的吸氣相切換成呼氣相。因壓力是預(yù)先設(shè)定好的，當(dāng)病人的順應(yīng)性、氣道壓力發(fā)生變化時(shí)，潮氣量將隨之發(fā)生變化。它的特點(diǎn)是不能保持穩(wěn)定的潮氣量。4、流量切換流量切換是吸氣時(shí)氣體流速的波形隨時(shí)間的變化而變化。當(dāng)流速達(dá)到預(yù)置值時(shí)，機(jī)器自動(dòng)地將吸氣相轉(zhuǎn)換為呼氣相。以上四種切換形式中，最基本的是壓力切換和容量切換。但對(duì)于功能齊全的呼吸機(jī)，上面的四種切換形式都應(yīng)該具備，以滿足不同的臨床要求。（四）呼吸模式所謂呼吸模式，是指呼吸機(jī)以什么樣的方式向病人進(jìn)行送氣，來(lái)達(dá)到最好的通氣治療效果。1、強(qiáng)制性通氣（CMV）強(qiáng)制性通氣是在病人沒(méi)有任何呼吸能力時(shí)，才采用的通氣方式。呼吸機(jī)將會(huì)按照醫(yī)生所設(shè)置的潮氣量、呼吸頻率、吸呼比以及氣體流量等，將正壓氣體輸送給病人。它提供給病人的呼吸曲線如圖3-1-1所示。圖3-1-1中，P0是呼吸機(jī)在設(shè)定潮氣量、呼吸頻率、吸呼比、氣體流速后，送給病人的吸氣壓力；Pa為消耗在氣道阻力的壓力；Pb為消耗在彈性阻力的壓力；t1為呼吸機(jī)的注氣時(shí)間；t2為吸氣末正壓時(shí)間，叫做平原期。它在臨床上的實(shí)際意義是：當(dāng)呼吸機(jī)給病人按照預(yù)先給定的量進(jìn)行送氣停止后的一段時(shí)間內(nèi)，呼氣閥不立即打開(kāi)，而是繼續(xù)保持關(guān)閉狀態(tài)，使吸入的氣體在病人肺內(nèi)停留，同時(shí)維持氣道內(nèi)正壓的繼續(xù)存在。其目的主要是改善氣體在肺內(nèi)的分布，促進(jìn)肺泡中氧向血液彌散，減少無(wú)效腔通氣。如果吸氣末正壓時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)使平均氣道內(nèi)壓增加，加重心臟循環(huán)負(fù)擔(dān)。所以，t2最長(zhǎng)不應(yīng)超過(guò)呼吸周期的20%。t3為呼氣時(shí)間。它取決于所設(shè)定的吸呼比；t為呼吸周期。T的倒數(shù)f為呼吸頻率。2、強(qiáng)制性深呼吸（CMV+SIGH）這種呼吸一般是經(jīng)過(guò)30～40次呼吸之后加入一個(gè)深吸氣過(guò)程。深呼吸時(shí)的波形如圖3-1-2所示。圖中右邊這個(gè)波形就是經(jīng)過(guò)幾十次呼吸后，呼吸機(jī)產(chǎn)生一個(gè)深呼吸通氣，其通氣量約為正常通氣量的2倍。此過(guò)程用以解除病人長(zhǎng)時(shí)間的通氣而產(chǎn)生的疲勞。3、輔助強(qiáng)制性通氣（Assised+CMV）在輔助強(qiáng)制性呼吸過(guò)程中，病人可以自己引發(fā)一個(gè)機(jī)械性通氣。病人只需要有一點(diǎn)小的呼吸，就能使呼吸機(jī)按照醫(yī)生設(shè)定的潮氣量給病人通氣。此時(shí)，呼吸機(jī)的頻率不再按照所設(shè)定的固有頻率，而是根據(jù)病人的實(shí)際需要，呼吸機(jī)自動(dòng)跟蹤。只要病人有自主呼吸，就觸發(fā)呼吸機(jī)產(chǎn)生一個(gè)送氣過(guò)程。如果病人沒(méi)有自主呼吸能力，呼吸機(jī)仍然工作在強(qiáng)制性通氣方式（圖3-1-3）。圖3-1-3（1）是病人在沒(méi)有自主呼吸條件下的機(jī)械通氣，圖3-1-3（2）是在自主呼吸觸發(fā)下的機(jī)械通氣。4、間歇性同步間歇強(qiáng)制呼吸（SIMV）經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間治療。病人開(kāi)始有自己的呼吸，而且能夠不完全依靠呼吸機(jī)時(shí)，可使用這種通氣方式。其目的是為了讓病人逐漸地脫離呼吸機(jī)，逐漸降低強(qiáng)制性通氣的密度，更多地進(jìn)行自主呼吸。在強(qiáng)制性通氣的過(guò)程中，一旦病人有一個(gè)自主呼吸，且只需每秒吸入0.1L的氣體，就能觸發(fā)呼吸機(jī)按醫(yī)生設(shè)定的潮氣量及氣體流速向病人送氣。病人每觸發(fā)一個(gè)機(jī)械通氣，呼吸機(jī)將提前所設(shè)定的呼吸頻率的25%給病人通氣（圖3-1-4）。5、延長(zhǎng)指令通氣（EMMV）這是一種新型的通氣方式。它主要是能依照病人自主呼吸的強(qiáng)弱，而隨時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)強(qiáng)制性機(jī)械通氣。這種呼吸方式使病人總能得到所設(shè)置的分鐘通氣量。它適合于任何類型的病人?？梢哉f(shuō)EMMV是一種萬(wàn)能的輔助性通氣。由于這種呼吸方式能按病人的實(shí)際需要，使病人吸入的氣體超出了設(shè)定值，故叫做延長(zhǎng)指令通氣?；驹硎牵杭僭O(shè)有一個(gè)氣缸被一定量的穩(wěn)定氣體充滿，如果沒(méi)有自主呼吸，流入氣缸的氣體會(huì)將活塞逐漸地推到所設(shè)置的潮氣量，然后被壓下來(lái)，使這一部分氣體作為強(qiáng)制性通氣輸送給病人。但是如果病人有一次自主呼吸將氣缸內(nèi)的氣體吸入，那么活塞將需要更長(zhǎng)的時(shí)間達(dá)到強(qiáng)制性通氣的水平。如果病人完全能自主呼吸，那么活塞將永遠(yuǎn)達(dá)不到觸發(fā)水平，也就不會(huì)有強(qiáng)制性通氣。呼吸模式如圖3-1-5。6、呼氣末正壓（PEEP）無(wú)論是自然呼吸或普通機(jī)械通氣，當(dāng)呼氣終了時(shí)氣流停止，肺泡內(nèi)壓等于大氣壓。呼氣末正壓就是人為地在呼氣末氣道內(nèi)及肺泡內(nèi)施加一個(gè)高于大氣壓的壓力，這樣可以防止肺泡陷閉的發(fā)生，增加功能殘氣容積。因肺泡壓力升高，在吸氧濃度不變的前提下，肺泡-動(dòng)脈血氧分壓差增高，有利于氧向血液彌散。同時(shí)由于肺泡充氣的改善，可使肺順應(yīng)性增加，減少呼吸功。也有人認(rèn)為，呼氣末正壓能促進(jìn)肺泡表面活性物質(zhì)的生成。但其應(yīng)用也可能對(duì)機(jī)體造成不良影響，主要為各種氣壓損傷以及因平均氣道內(nèi)壓升高而致使胸內(nèi)壓上升，導(dǎo)致靜脈回流障礙。也可能產(chǎn)生或加重機(jī)械通氣的其它綜合病，如顱內(nèi)壓升高、腎功能減退、肝瘀血等。7、持續(xù)氣道內(nèi)正壓（CPAP）CPAP有人稱之為自主呼吸條件下的呼氣末正壓。CPAP是在自主呼吸條件下，在整個(gè)呼吸周期內(nèi)，人為地施加一定量的氣道內(nèi)正壓。它與呼氣末正壓相比，能更好地達(dá)到防止氣道萎陷，增加功能殘氣量，改善順應(yīng)性及擴(kuò)張上氣道的作用。如圖3-1-6所示。圖3-1-