呼吸機工作原理及波形分析

呼吸機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)壓力變化來完成的。當肺內(nèi)壓力大于外部大氣壓時，便呼氣；當肺內(nèi)壓力低于外部大氣壓時，便吸氣。吸入的氣體與血液中的氣體進行交換，結(jié)合氧氣，排出二氧化碳，進而血液中被結(jié)合的氧氣又與組織中氣體進行交換，這就是呼吸的完整過程。在通常情況下，正常人主要通過自己的呼吸攝取空氣中的氧氣來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氧氣的需求，這時就需要借助呼吸機對病人進行搶救治療。利用呼吸機，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，呼吸機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。呼吸機是利用不同的壓力進行工作的儀器。因此，下面介紹一下正、負壓呼吸原理及使用呼吸機必須知道的幾個概念。（一）負壓呼吸原理這種呼吸機向病人提供的是負壓通氣，所以被稱作負壓呼吸機。它的工作原理是把病人放在一個壓力可以減小的密閉容器內(nèi)，只把病人的頭部露在外面。然后對這個容器進行抽空，使其內(nèi)部產(chǎn)生負壓。這個負壓傳遞到胸廓內(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)生一個壓力遞減度。這時，大氣中的空氣就會通過露在外面的鼻和口腔，沿著氣道內(nèi)的壓力遞減度進到肺腔內(nèi)。當達到一定量時，使這個密閉容器內(nèi)的壓力恢復(fù)到大氣壓。這時，胸廓和肺組織就會向反方向恢復(fù)它原來的形狀，同時也將進入到肺內(nèi)的空氣排到體外。這種呼吸盡管比較符合生理特點，但由于操作及對各種呼吸參數(shù)不易掌握，目前已不再使用。這種呼吸機叫做體外通氣機，有時也被稱作鐵肺。（二）正壓呼吸原理正壓呼吸機是利用增加氣道內(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張。當壓力失去后，由于肺腔組織的彈性，將肺恢復(fù)到原來的形狀，而使經(jīng)過交換的一部分空氣呼出體外。目前，大部分呼吸機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，其吸氣相和呼氣相的轉(zhuǎn)換方式也有所不同。目前呼吸機呼吸相的切換主要有以下四種形式：1、時間切換負壓呼吸機采用的是時間切換?，F(xiàn)代的時間切換呼吸機都是采用電子儀器進行控制，利用各種無穩(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調(diào)節(jié)電機或空氣流量電磁閥。這種氣體切換形式是先預(yù)置某一吸氣時間，當吸氣時間達到預(yù)置值時，呼吸機自動將吸氣相轉(zhuǎn)變?yōu)楹魵庀唷Ｋ奶攸c是當吸氣時間固定后，當病人的順應(yīng)性、氣道阻力發(fā)生變化時，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動是由送給病人的空氣容量所決定的，只有當送給病人的空氣容量達到預(yù)置值時，呼吸機才進行切換工作，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程中，如果壓力超過了預(yù)置值時，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，機器就自動地將吸氣相轉(zhuǎn)換為呼氣相，以避免對病人造成嚴重損傷。這種切換形式的優(yōu)點是能保持穩(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)的空氣壓力超過預(yù)置值時，呼吸機便將此時的吸氣相切換成呼氣相。因壓力是預(yù)先設(shè)定好的，當病人的順應(yīng)性、氣道壓力發(fā)生變化時，潮氣量將隨之發(fā)生變化。它的特點是不能保持穩(wěn)定的潮氣量。4、流量切換流量切換是吸氣時氣體流速的波形隨時間的變化而變化。當流速達到預(yù)置值時，機器自動地將吸氣相轉(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。但對于功能齊全的呼吸機，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，是指呼吸機以什么樣的方式向病人進行送氣，來達到最好的通氣治療效果。1、強制性通氣（CMV）強制性通氣是在病人沒有任何呼吸能力時，才采用的通氣方式。呼吸機將會按照醫(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為呼吸機的注氣時間；t2為吸氣末正壓時間，叫做平原期。它在臨床上的實際意義是：當呼吸機給病人按照預(yù)先給定的量進行送氣停止后的一段時間內(nèi)，呼氣閥不立即打開，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，促進肺泡中氧向血液彌散，減少無效腔通氣。如果吸氣末正壓時間過長，會使平均氣道內(nèi)壓增加，加重心臟循環(huán)負擔。所以，t2最長不應(yīng)超過呼吸周期的20%。t3為呼氣時間。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、強制性深呼吸（CMV+SIGH）這種呼吸一般是經(jīng)過30～40次呼吸之后加入一個深吸氣過程。深呼吸時的波形如圖3-1-2所示。圖中右邊這個波形就是經(jīng)過幾十次呼吸后，呼吸機產(chǎn)生一個深呼吸通氣，其通氣量約為正常通氣量的2倍。此過程用以解除病人長時間的通氣而產(chǎn)生的疲勞。3、輔助強制性通氣（Assised+CMV）在輔助強制性呼吸過程中，病人可以自己引發(fā)一個機械性通氣。病人只需要有一點小的呼吸，就能使呼吸機按照醫(yī)生設(shè)定的潮氣量給病人通氣。此時，呼吸機的頻率不再按照所設(shè)定的固有頻率，而是根據(jù)病人的實際需要，呼吸機自動跟蹤。只要病人有自主呼吸，就觸發(fā)呼吸機產(chǎn)生一個送氣過程。如果病人沒有自主呼吸能力，呼吸機仍然工作在強制性通氣方式（圖3-1-3）。圖3-1-3（1）是病人在沒有自主呼吸條件下的機械通氣，圖3-1-3（2）是在自主呼吸觸發(fā)下的機械通氣。4、間歇性同步間歇強制呼吸（SIMV）經(jīng)過長時間治療。病人開始有自己的呼吸，而且能夠不完全依靠呼吸機時，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，逐漸降低強制性通氣的密度，更多地進行自主呼吸。在強制性通氣的過程中，一旦病人有一個自主呼吸，且只需每秒吸入0.1L的氣體，就能觸發(fā)呼吸機按醫(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)一個機械通氣，呼吸機將提前所設(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弱，而隨時自動調(diào)節(jié)強制性機械通氣。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。可以說EMMV是一種萬能的輔助性通氣。由于這種呼吸方式能按病人的實際需要，使病人吸入的氣體超出了設(shè)定值，故叫做延長指令通氣。基本原理是：假設(shè)有一個氣缸被一定量的穩(wěn)定氣體充滿，如果沒有自主呼吸，流入氣缸的氣體會將活塞逐漸地推到所設(shè)置的潮氣量，然后被壓下來，使這一部分氣體作為強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的時間達到強制性通氣的水平。如果病人完全能自主呼吸，那么活塞將永遠達不到觸發(fā)水平，也就不會有強制性通氣。呼吸模式如圖3-1-5。6、呼氣末正壓（PEEP）無論是自然呼吸或普通機械通氣，當呼氣終了時氣流停止，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-動脈血氧分壓差增高，有利于氧向血液彌散。同時由于肺泡充氣的改善，可使肺順應(yīng)性增加，減少呼吸功。也有人認為，呼氣末正壓能促進肺泡表面活性物質(zhì)的生成。但其應(yīng)用也可能對機體造成不良影響，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，能更好地達到防止氣道萎陷，增加功能殘氣量，改善順應(yīng)性及擴張上氣道的作用。如圖3-1-6所示。圖3-1-