呼吸机的模式结构

076 章.呼吸机的结构和机械通气模式 第 76 章 呼吸机的结构和机械通气模式 呼吸机是实施机械通气的工具,临床上已广泛应用于麻醉和ICU中,改善病人的氧合和通气,减少呼吸作功,支持呼吸和 循环功能,以及进行呼吸衰竭的治疗,早在 1796 年,Herholar和Rafn专题报道了应用人工呼吸方法使溺水患者获救,1929 年 Drinker和Shaw研制成功自动铁肺。直到第二次世界大战前后才逐渐了解了机械通气的原理，并用于心胸外科手术后呼 吸支持。1952 年斯堪的纳维亚半岛脊髓灰质炎流行，在 4 个多月内哥本哈根医院收治了 2722 例，其中 315 例需用呼吸 支持，Ibson 强调呼吸支持和气道管理，总死亡率从 87%降到 30%。从此人们认识到机械通气的重要性。各种类型的 呼吸机逐渐诞生，曾先后有三十多家厂商研制和生产过数百种类型的呼吸机，尤其是近年来，随着微电脑技术在呼吸 机领域中的应用，使呼吸机技术得到迅速发展，性能渐趋完善。 目前，呼吸机的种类和型号繁多，使用方法各异。但无论呼吸机产品种类和型号如何改进或更新，原理和结构大致 相同。了解呼吸机的基本结构有助于合理地应用呼吸机，并及时发现呼吸机使用过程中出现的问题，以便及时处理， 使机器故障给病人造成的危害降至最低水平。 第 1 节 呼吸机的分类 一、按控制方式分类 (一)电动电控型呼吸机 驱动和参数调节均由电源控制，如SC5 及EV800 电动电控呼吸机等，其吸入氧浓度(FIO2)由氧流量调节，缺少精确 数字显示，最好另装氧浓度分析仪。 (二)气动气控型呼吸机 需 4kg/cm2 以上氧源和空气源，由逻辑元件控制和调节呼吸机参数。 (三)气动电控型呼吸机 是多数现代化呼吸机的驱动和调节方式，如Evita、Servo900C、Bennett7200、Adult star、鸟牌 8400 及纽邦E-200 等。 二、按用途分类 (一)成人呼吸机。 (二)婴儿和新生儿呼吸机。 (三)辅助呼吸或治疗用呼吸机。 (四)麻醉呼吸机。 (五)携带式急救呼吸机。 (六)高频正压呼吸机。 三、对呼吸机功能的要求 (一)工作特点 1. 容量、压力及时间转换 ①潮气量=10~20ml，用于婴儿。②50~500ml，用于儿童。③200~2000ml，用于成人。 2. 可调的吸气流速 成人最高达 150L/min。 3. 可调的吸/呼比率 吸/呼比率=1：1~1：4，吸气峰压的限制；婴儿 60cmH2O,儿童及成人 100 cmH2O。 4. 频率 0~60bpm。 5. 有吸气平台 2s和呼气滞后。 6. 具有常用的通气方式 辅助/控制、指令通气、呼气末正压及持续气道正压呼吸(CPAP最高到 50 cmH2O)。 (二)监测 气道压力、频率、潮气量、通气量、吸入氧浓度及吸入气温度。 (三)报警 1. 气道高低压。 2. 吸入氧浓度。 3. 湿化和雾化液平面。 4. 吸气温度。 5. 断电或断气报警。 第 2 节 呼吸机的基本结构 不管是何种类型的呼吸机，其基本结构是相似的，应包括：①气源。②供气和驱动装置。③空氧混合器。④控制部 分。⑤呼气部分。⑥监测报警系统。⑦呼吸回路。⑧湿化和雾化装置。 一、气源 绝大多数呼吸机需高压氧和高压空气。氧气源可来自中心供氧系统，也可用氧气钢筒。高压空气可来自中心供气系 统，或使用医用空气压缩机。氧气和压缩空气的输出压力不应大于 5kg/cm2，因此，使用中心供氧、中心供气，或高 压氧气钢筒，均应装配减压和调压装置。 医用空气压缩机可提供干燥和清洁的冷空气；供气量为 55~64L/min的连续气流，最大输出连续气流 120L/1.5s,工作 压力 50PSI(3.4kg/ cm2),露点下降 5~10F(-2.8~ -5.6℃)，噪音小于 60dB(1m之内)，并有低压报警(30PSI或 2.04 kg/ cm2), 高温报警(150F或 70℃)及断电报警。滤过器可消除 90%以上的污染。使用时应注意每天清洗进气口的海绵及排除贮水 器的积水。并观察计时器工作，一般满 2000~3000h应检修一次。 电动型呼吸机不需高压空气，其中部分需高压氧，部分不需高压氧，经氧流量计供氧。 二、供气和驱动装置 呼吸机供气部分的主要作用是提供吸气压力，让病人吸入一定量的吸气潮气量，并提供不同吸入氧浓度的新鲜气体。 (一)供气装置 大多数呼吸机供气装置采用橡胶折叠气囊或气缸，在其外部有驱动装置。当采用橡胶折叠气囊时，呼吸机的自身顺 应性较大，除本身的弹性原因外，还不能完全使折叠囊中的气体压出。但折叠囊更换容易，成本低，无泄漏，当作为 麻醉呼吸机时有独特的优越性。采用气缸作为供气装置时，呼吸机自身顺应性小，可使气缸内的气体绝大部分被压出， 但密封环处可能有少量泄漏。近来有采用滚膜式气缸作为供气装置，兼有上述二种优点，且无泄漏，顺应性小。 (二)驱动装置 驱动装置的作用是提供通气驱动力，使呼吸机产生吸气压力。在呼吸机发展史上曾有 7 种驱动装置：①重力风箱。 ②负荷弹簧风箱。③线性驱动活塞。④非线性驱动装置。⑤吹风机。⑥喷射器。⑦可调式减压阀。 可调式减压阀为目前应用较多的一种驱动方式。它是指通过减压通气阀装置将来源于贮气钢筒、中心气站或压缩泵 中的高压气体转化成供呼吸机通气用的压力较低的驱动气。使用该驱动装置的呼吸机常称为气动呼吸机。 吹风机、线性驱动装置、非线性驱动活塞均需使用电动机作为动力。如吹风机是通过电动马达快速恒定旋转，带动 横杆向前运动，推动活塞腔中的气体排出，产生一个恒定恒速驱动气流；非线性驱动活塞是电动马达使轮盘旋转，带 动连杆运动而推动活塞。采用这些驱动装置的呼吸机常称为电动呼吸机。电动呼吸机的优点是不需要压缩气源作为动 力；故一般结构小巧。 (三)直接驱动和间接驱动 按驱动装置产生的驱动气流进入病人肺内的方式不同，可分为间接驱动和直接驱动。如果从驱动装置产生的驱动气 流不直接进入病人肺内，而是作用于另一个风箱、皮囊或气缸，使风箱、皮囊或气缸中的气体进入病人肺内，称为间 接驱动。间接驱动类呼吸机称为双回路呼吸机。间接驱动型耗气大，一般耗气量大于分钟通气量，最大可达二倍的分 钟通气量。 如果从驱动装置产生的驱动气流直接进入病人肺内，称为直接驱动。直接驱动类呼吸机称为单回路呼吸机。直接驱 动主要适用于可调式减压阀和喷射器这两种驱动装置。就喷射器而言，其采用Venturi原理，高压氧气通过一个细的喷 射头射出，有一部分空气被吸入。FIO2 随吸气压力、氧气压力变化而变化，且变化幅度较大。FIO2 不小于 37%常为 急救型呼吸机采用。可调式减压阀驱动装置直接驱动时，常有性能良好的空氧混合器，有伺服性能良好的吸气伺服阀， 甚至可直接用两个吸气伺服阀，一个伺服压缩空气，另一个伺服氧气，这种类型的装置可以使病人得到各种不同的吸 入氧浓度。伺服阀既可伺服流量，也可伺服压力，阀身小，反应时间快，用这种结构的呼吸机，可以有很多种通气功能， 故为多功能呼吸机的首选 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。 三、空氧混合器 空氧混合器是呼吸机的一个重要部件，其输出气体的氧浓度可调范围应在 21%~100%。空氧混合器分简单和复杂两 种。 (一)空氧混合装置 以贮气囊作供气装置的呼吸机，常配置空氧混合装置，其结构比较简单，混合度不可能很精确，氧浓度是可调的， 由单向阀和贮气囊组成。工作原理是：一定流量的氧气经入口先进贮气囊内，当贮气囊被定向抽气时，空气也从入口 经管道抽入贮气囊内，从而实现空氧的混合。要达到预定的氧浓度，则通过调节氧输入量来取得。 氧流量通过计算：气流量=每分钟通气量×(混合气氧浓度-20%)/80%。例如要求混合气氧浓度达到 40%，当分钟通气 量为 10L时，其输入氧浓度的计算方式，即为：氧流量=10×(40%-20%)/80%=2.5L/min。上述计算表明，当分钟通气量 为 10L时以 2.5L/min的纯氧流量，即可获得含 40%氧混合气(FIO2=0.4)。 (二)空氧混合器 结构精密、复杂，必须耐受输入压力的波动和输出气流量的大范围变化，以保证原定氧浓度不变。通常由一级或二 级压力平衡阀、配比阀及完全装置组成(图 76-1)。当压缩空气和氧气输入第一级平衡阀时，由于这两种输入气体的压 力不可能相等，所以同轴阀蕊将向压力低的一方偏移，造成压力低的一端气阻小，降压也小。而压力高的一端气阻大， 降压也大。因而在第一级平衡阀的两端阀，作进一步压力平衡。其工作原理同第一级一样，这次的输出压力已相当均 等了。 图 76-1 配比阀实际上是同一轴上的两只可变气阻，当一只气阻减小时，另一只气阻增大。来自前级的等压力进入配比阀后 由于受到的气阻不同，所以流入贮气罐的流量也不同(流量=压力/气阻)。如果流入贮气罐的空气流量为 7.5L/min，流入 的氧流量是 2.5L/min，则混合后的氧浓度=(2.5+7.5×20%)/(7.5+2.5)=40%。如果调节配比阀在中间位置，则配比阀两边 气阻相同，流入贮气囊的两股气流量也相同。若氧和空气的流入量都是 5L/min，则混合后得到氧浓度=(5+5× 20%)/(5+5)=60%。 根据上述情况可知，尽管输入的两种压缩气体的压力会有波动，但经过二级平衡之后输出压力是相当均等的，并且 不会影响已调定的氧浓度。唯有调节配比阀后，氧浓度才会改变。 为了贮气罐内压力不致升得太高，可安置压力开关，当气罐内压力升至预置值时，压力开关使第二级平衡阀产生压 力泄漏而关闭，致使贮气罐因得不到气流补充而压力下降。当压力下降至预置时，压力开关使平衡阀重新启动。安全 装置的作用是当两种压缩的气体中的任何一种发生耗竭，或已不符合使用要求时，则另一种气体能立刻自动转换以维 持供气；同时能发出声光报警。 四、控制部分 控制部分是呼吸机的关键组成部分。根据控制所采用的原理不同，可将控制部件分为三种：气控、电控和微处理机 控制。控制部分使呼吸机在吸气相和呼气相两者之间切换。 (一)控制原理 1. 气控 呼吸机无需电源，在某种特定的环境很有必要。如急救呼吸机在担架上、矿井内、转运过程中等。它的特 点是精度不够高，难以实现较复杂的功能，一般可作一些简单控制。随着器件的低功耗化，以及高性能蓄电池的出现， 气控方式有被逐渐淘汰的可能。 2. 电控 是用模拟电路和逻辑电路构成的控制电路来驱动和控制电动机、电磁阀等电子装置的呼吸机，称为电控型 呼吸机。 电控型呼吸机控制的参数精度高，可实现各种通气方式。电控型呼吸频率误差一般为 5%~10%，气控型为 15%~20%， 吸呼比由气控呼吸机较难实现，而电控型十分容易，还有同步、压力报警功能等均是如此，故电控型呼吸机有很大的 优越性。 3. 微处理机控制 仍属电控型。由于近年计算机技术的迅速发展，这种控制型呼吸机也日趋成熟。呼吸机控制精度 高，功能多，越来越多的呼吸机均采用此种方法。目前，呼吸机已可以不改变硬件和呼吸机的结构件，而只需改变控 制系统的软件部分，即可修改呼吸机的性能、发展呼吸机的功能。所以，利用微电脑作为呼吸机的控制部分，是呼吸 机发展和更新的总趋势。 (二)控制方式 1. 起动(initiating)是指使呼吸机开始送气的驱动方式。起动有 3 种方式：时间起动、压力起动和流量起动。 (1)时间起动 用于控制通气。它是指呼吸机按固定频率进行通气。当呼气期达到预定的时间后，呼吸机开始送气， 即进入吸气期，不受病人吸气的影响。 (2)压力起动 用于辅助呼吸。压力起动指当病人存在微弱的自主呼吸时，吸气时气道内压降低为负压，触发(trigger) 呼吸机送气，而完成同步吸气。呼吸机的负压触发范围(灵敏度，sensitivity)为-1~ -5cmH2O,一般成人设置在-1cmH2O 以上，小儿在-0.5cmH2O以上。辅助呼吸使用压力触发时，能保持呼吸机工作与病人吸气同步，以利撤离呼吸机，但 当病人吸气用力强弱不等时，传感器装置的灵敏度调节困难，易发生过度通气或通气不足。此外，由于同步装置的限 制，病人开始吸气时，呼吸机要迟 20ms左右才能同步，这称为呼吸滞后(lag time)。病人呼吸频率越快，呼吸机滞后时 间越长，病人呼吸作功越多。 (3)流量起动 用于辅助呼吸。流量起动指在病人吸气开始前，呼吸机输送慢而恒定的持续气流，并在呼吸回路入口 和出口装有流速传感器，由微机测量两端的流速差值。若差值达到预定水平，即触发呼吸机送气。持续气流流速一般 设定为 10L/min，预定触发流速为 3L/min。流量触发较压力触发灵敏度高，病人呼吸作功较小。 理想的呼吸机触发机制应十分灵敏，可通过两个参数来评价，即灵敏度和反应时间(response time)。灵敏度反映了病 人自主吸气触发呼吸机的作功大小。衡量灵敏度的一个指标为敏感百分比，敏感百分比=触发吸气量/自主潮气量 x100%。理想的敏感百分比应小于 1%，一般成人呼吸机的触发吸气量为 0.5ml。小儿呼吸机则更低。 2. 限定(limited)正压通气时，为避免对病人和机器回路产生损害作用，应限定呼吸机输送气体的量。有 3 种方式： ①容量限定：预设潮气量。通过改变流量、压力和时间三个变量来输送潮气量。②压力限定：预设气道压力，通过改 变流量、容量和时间三个变量来维持回路内压力。③流速限定：预设流速。通过改变压力、容量和时间三个变量来达 到预设的流速。 3. 切换(cycling)指呼吸机由吸气期转换成呼气期的方式。有 4 种切换方式：①时间切换：达到预设的吸气时间，即 停止送气，转回呼气。②容量切换：当预设的潮气量送入肺后，即转向呼气。③流速切换：当吸气流速降低到一定程 度后，即转向呼气。④压力切换：当吸气压力达到预定值后，即转向呼气。 (三)流速形态 有方波、递减波、递增波、正弦波等(图 76-2)，常用的为前两者。吸气时方波维持恒定高流量，故吸气时间短，峰 压高，平均气道压低，更适合用于循环功能障碍或低血压的患者。递减波时，吸气时间延长，平均气道压增高，吸气 峰压降低，更适合于有气压伤的患者。在呼吸较强，初始吸气流速较大的患者，与方波相比，递减波不仅容易满足患 者吸气初期的高流量需求，也适合患者呼气的转换，配合呼吸形式的变化，故应用增多。 图 76-2 五、呼气部分 呼气部分是呼吸机中的一个重要组成部分。其主要作用是配合呼吸机作呼吸动作。它在吸气时关闭，使呼吸机提供 的气体能全部供给病人；在吸气末，呼气阀仍可以继续关闭，使之屏气；它只在呼气时才打开，使之呼气。当气道压 力低于PEEP时，呼气部分必须关闭，维持PEEP。呼气只能从此回路呼出，而不能从此回路吸入。呼气部分主要有三 种功能的阀组成，如呼气阀、PEEP阀、呼气单向阀，也可由一个或两个阀完成上述三种功能。 (一)呼气阀 常见呼气阀有电磁阀、气鼓阀、鱼嘴活瓣(兼有吸气单向阀功能)、电磁比例阀、剪刀阀。电磁阀有两种型式，常见 的是动铁型电磁前期，通径一般小于 8mm，通常指的电磁阀就是动铁型阀；另一种是动圈型电磁阀，常称电磁比例阀， 电磁部分输出的力与电流有关，与输出部分的位移无关；由于电磁比例阀动作部分重量比较轻，反应速度比较快，通 径可设计得比较大。由于电磁比例阀不是通用件，一般由专业厂专门设计生产，所以价格比较高。电磁阀多用于婴儿 呼吸机中，因为电磁阀结构小、通径小、气阻较大，通过流量不可能很大。气鼓阀的形式很多，采用这种结构的呼吸 机也很多。它可以由电磁阀控制，将电磁阀作为先导阀，此时控制气鼓阀的流量可很小；也可兼有PEEP阀功能。如呼 气时使气鼓内压力不是"0"，可使气道内维持PEEP。更为方便的是，可将吸气压力作为控制气鼓阀的气源，结构变得非 常简单，但此时不能兼有PEEP阀功能。 鱼嘴活瓣常在简单型呼吸机中采用，因为它兼有吸气单向阀的功能。电磁比例阀是通过控制线圈中的电流来控制呼 气阀的开与关，可作为压力限制阀和PEEP阀，其反应时间快，性能良好，可开环控制，故十分方便。剪刀阀的结构如 剪刀，故称剪刀阀。它除了作开启或关闭的呼气阀以外，亦可控制其呼出流量，且比其他阀方便。 (二)PEEP阀 PEEP阀是临床上用于治疗急性呼吸窘迫综合征的重要手段，PEEP阀除了上述可由呼气阀兼有外，还有几种阀可以实 施PEEP功能。如水封PEEP阀，把插入水中的深度作为PEEP值，早期的呼吸机是采用此法实施PEEP功能的。较多见的 利用弹簧PEEP阀，作为单独的PEEP阀。磁钢式PEEP是用磁钢吸引力代替弹簧。重锤PEEP阀是利用重锤来限制呼出气 的，但改变数值时较麻烦，需要垂直于地面。 (三)呼气单向阀 为了防止重复吸入呼出气或自主吸气时产生同步压力触发，呼吸机都需要呼气单向阀，呼气单向阀大多数由PEEP阀 和呼气阀兼任，但有时还必须要装一单向阀，以确保实现上述功能。 六、监测和报警系统 呼吸机能否正常工作或运转，对病人的抢救成功与否至关重要。因此，呼吸机的监测系统越来越受到研制者和临床 应用者的重视。 呼吸机监测系统的作用有两个方面，一是监测病人的呼吸状况，二是监测呼吸机的功能状况，两者对增加呼吸机应 用的安全性，均具有相当重要的作用。呼吸机的监测系统包括:压力、流量、吸入氧浓度、呼出气CO2 浓度、经皮O2 分压、CO2 分压、血氧饱和度等。大部分呼吸机不直接带有呼气CO2、血氧饱和度监测装置，而只作为配件装置附带。 呼吸机常配有的监测装置有如下三个方面。 (一)压力监测 主要有平均气道压(Paw)、吸气峰压(Pmax)、吸气平台压(Platen)和PEEP上下限压力报警等，还有低压报警。压力监 测的方式是通过压力传感器实施的，传感器一般连接在病人Y型接口处，称为近端压力监测。也有接在呼吸机的吸气 端或呼气端。低压报警主要作为通气量不足、管道脱落时压力下降时的报警，有些呼吸机用通过低分钟通气量报警来 代替，呼吸机一般均设置这两种功能。 高压报警是防止气道压力过高所致的呼吸器官气压伤可能。高压报警有超过压力后报警，兼切换吸气至呼气功能； 也有只报警而不切换呼、吸气状态的；使用时应注意。 监测PEEP是将呼气末的压力显示出来，以监测呼吸机的性能。监测Pmax是显示吸气的最高压力，监测Pplateu是显示 屏气压力。上述三个压力数据与流量数据结合，可得到吸气阻力、呼气阻力及病人的肺、胸的顺应性测定数据。 (二)流量监测 多功能呼吸机一般在呼气端装有流量传感器，以监测呼出气的潮气量，并比较吸入气的潮气量，以判断机器的使用 状态、机械的连接情况和病人的情况。也有的呼吸机应用呼气流量的监测数据来反馈控制呼吸机。 1. 呼出气潮气量 可监测病人实际得到的潮气量。在环路泄漏的定容量通气，特别是定压通气中，有一定的价值。 有的呼吸机甚至用此数据馈控吸气压力，还可提供给微电脑计算其顺应性。 2. 呼出气分钟通气量 可通过流量的滤波(即把呼气流量平均，可得到呼出气的分钟通气量)或由潮气量、呼吸时间来 计算。前者反应慢，后者反应快；前者可有分立元件实现，后者必须采用微电脑计算。由于每次呼出气的潮气量与呼 吸时间均可能有变化，每次计算出的数据变化较大，一般是将 3~6 次呼吸平均后作为呼出气的分钟通气量。该数据可 作为控制分钟的指令通气的关键数据，也可作过度通气与通气不足报警，还可作管道导管接头脱落或窒息等报警监测。 流量传感器可以安装在病人的Y型接管处，缺点是增加了一定量的死腔量，优点是可用一个传感器同时监测吸入与呼 出气的流量。 3. FIO2 监测 一般安装在供气部分，监测呼吸机输出的氧浓度，以保证吸入所需浓度的新鲜空-氧混合气体。监测氧 浓度的传感器有两种，一是氧电极，二为氧电池。氧电极需要一年一次的更换或加液，氧电池为随弃型。它们的共同 缺点是，都只能用一年左右，一旦呼吸机的氧电池失效，呼吸机将总是报警，以致呼吸机不能正常使用。 七、呼吸回路 多数呼吸机应用管道呼吸回路，吸气管一端接呼吸机气体输出管，另一端与湿化器相连，有时可接雾化器和温度探 头。呼气管一端有气动呼气活瓣，中段有贮水器。呼气管与吸气管由Y型管连接，只有Y形管与病人气管导管或气管切 开导管相连处是机械死腔(图 76-3)。 图 76-3 八、湿化器与雾化器 (一)湿化器 湿化器是对吸入气体的加温和湿化，以使气道内不易产生痰栓和痰痂，并可降低分泌物的粘稠度，促进排痰。较长 时间的使用呼吸机时，良好的湿化可预防和减少呼吸道的继发感染，同时还能减少热量和呼吸道水分的消耗。 湿化器大多数是通过湿化罐中的水，使其加温后蒸发，并进入吸入的气体中，最终达到使吸入气加温和湿化的作用。 为达到较好的加温和湿化的效果，一般使吸入气体通过被加温罐中的水面；或增加其湿化面积(如用吸水纸)；也有用" 鼓泡型"的方法，即使吸入的气体从加温罐的水中通过，但这种方法现已很少用，因为水的振动容易引起误动作或误触 发等。 最先进的湿化器是采用特制的多孔纤维管道加温，使水在管道壁外循环，并逐渐弥散管道加温，既有湿化的作用(图 76-4)，又基本不增加呼吸机的顺应性，这对婴儿呼吸机十分重要，湿化点可放置在吸入气管口的附近，可使湿化的效 果大为改善。有些湿化器为减少气体输送过程中的温度损失和减少积水，在吸入气的管道口中还安装了加热线。 图 76-4 (二)雾化器 雾化器是利用压缩气源作动力进行喷雾，雾化的生理盐水可增加湿化的效果，也可用作某些药物的雾化吸入。雾化 器产生的雾滴一般小于 5μm，而湿化器产生的水蒸汽以分子结构存在于气体中；前者的水分子以分子团结构运动，容 易沉淀到呼吸道壁 ，不易进入肺的下肺单位，后者的水分子不易携带药物；雾化器容易让病人吸入过量的水分，湿化 器不会让病人吸入过量水分，通常还需在呼吸道内滴入适宜的生理盐水以补充其不足。 在使用雾化器过程中，特别要注意雾化是否增加潮气量。有些呼吸机的雾化器能使潮气量增加，有的可不增加；还 要注意有些呼吸机的雾化器是连续喷雾，有些是随病人的吸气而喷雾，使用时宜采用降低通气频率、放慢呼吸节奏的 方法，使雾化效果更加完善。 第 3 节 各类通气模式的意义和产生机制 随着对各种类型呼吸衰竭发病机制，病理生理认识的不断深化，以及呼吸机技术的进步，机械通气模式越来越多。 在二十世纪四、五十年代，广泛使用的定压型呼吸；即呼吸机在吸气相产生气流，进入呼吸道，使肺泡扩张，随着气 道压力不断升高，当达到某个预定值时，呼吸机停止送气，开始呼气。该类呼吸机技术上存在缺陷，不能提供稳定的 潮气量，同时因监测技术落后，不能保证稳定的通气。故定压型呼吸机渐被定容型呼吸机取代。定容型呼吸机的特点 是吸气时呼吸机产生气流，送入气道，使肺泡扩张；当预定的潮气量输送完毕，呼吸机停止送气，开始呼气。定容型 呼吸机的优点是能够提供稳定的潮气量，保证通气稳定。其缺点是当病人顺应性下降时，气道压力升高，甚至可产生 气压伤。二十世纪八十年代末，由于微电脑技术的应用，压力预置(容量调节)型通气模式随即产生。由于吸气流量的 精确变化，保证预设气道压力得到有效控制。同时因有完善的监测和报警系统，压力预置型通气模式得到广泛的承认。 一、容量预置模式 (一)机械控制通气 机械控制通气(control mechanical ventilation, CMV)是临床出现最早，应用最普遍的通气模式，也是目前机械通气最基 本的通气模式。CMV是时间起动、容量限定、容量或时间切换。在吸气时由呼吸机产生正压，将预设容量的气体送入 肺内，气道压力升高；呼气时肺内气体靠胸肺弹性回缩，排出体外，气道压力回复至零。CMV时若PEEP=0，又称为 间歇正压通气(intermittent positive pressure ventilation, IPPV)。若PEEP>0，则称为持续正压通气(continuous positive pressure ventilation, CPPV)。 CMV时，呼吸机完成全部的吸气呼吸功，是一种完全呼吸支持模式。CMV时，吸气相是定时起动的，与病人的自主 呼吸周期无关，即是非同步的。但目前多数呼吸机配置同步装置，使得CMV转变成下面介绍的辅助控制通气 (Assisted/control ventilation, A/C)(图 76-5)。 图 76-5 (二)机械辅助呼吸 机械辅助呼吸(Assisted Mechanical Ventilation, AMV)有辅助/控制呼吸(Assist/control ventilation, A/C),是一种压力或流 量起动、容量限定、容量切换的通气方式。AMV可保持呼吸机工作与病人吸气同步，以利病人呼吸恢复，并减少病人 作功。辅助/控制呼吸可自动转换，当病人自主呼吸触发呼吸机时，进行辅助呼吸。当病人无自主呼吸或自主呼吸负压 较小，不能触发呼吸机时，呼吸机自动转换到控制呼吸。辅助控制呼吸通气方式适用于需完全呼吸支持的病人。 CMV和AMV通气时，可应用吸气平台方式，此时，CMV、AMV即转变为时间切换方式。吸气平台又称吸气末停顿 (End-inspiratory pause, EIP),其含义为：CMV时，于吸气末呼气前，呼气活瓣通过呼吸机的控制装置再继续停留一定时 间(0.3~3s)，一般不超过吸气时间的 15%，在此期间不再供给气流，但肺内的气体可发生再分布，使不易扩张的肺泡充 气，气道压下降，形成一个平台压。吸气平台的时间为吸气时间的一部分。主要用于肺顺应性较差的病人。 (三)间歇指令通气和同步间歇指令通气 间歇指令通气(Intermittent Mandatory Ventilation, IMV)又称间歇强制呼吸。1971 年，Kirby报告用IMV治疗新生儿呼吸 窘迫综合征。1973 年，Dowrs等提出用IMV撤离正压通气。近年来，采用同步间歇指令通气(synchronized intermittent mandatory ventilation, SIMV)实际上是自主呼吸和控制呼吸的结合,在自主呼吸的基础上,给病人有规律地和间歇地触发 指令潮气量，并将气体强制送入肺内,提供病人所需要的那部分通气量,以保持血气分析值在正常范围(pH值小于 7.35,PaCO235～45mmHg),与CMV类似,潮气量由呼吸机自动产生,病人容易从机械通气过度到自主呼吸,而最后撤离呼 吸机。 IMV的优点：①气道内压和胸内压较CMV和AMV低，故对心脏和肾脏功能的影响较小，气压伤的危险性也少；②保 证适当通气量，避免通气过度和通气不足；③减少镇静、镇痛和肌肉松弛药的使用；④维持呼吸肌活动，减少呼吸肌 废用性萎缩和不协调；⑤V/Q比率更适当；⑥使病人迅速脱离呼吸机。 IMV的缺点：①不能随临床病情变化而随时调节通气量，易致CO2 潴留；②呼吸作功增加；③呼吸肌疲劳；④如IMV 频率减少太慢，则呼吸机撤离延长；⑤在机械通气撤离期间可能发生心脏功能不全；⑥呼吸幅度增大发生气压伤机会 多。 SIMV是IMV的一种改良方式，为了保证机械呼吸与病人自主呼吸相同步，又不干扰病人的自主呼吸，除调节SIMV 的机械通气频率外，还必须调节同步呼吸的触发或灵敏度，在有规律的触发时间内(触发窗)，通过吸气努力使SIMV与 自主呼吸同步(图 76-6)。 图 76-6 IMV/SIMV主要用于脱机前的训练和过度，也可用于一般的常规通气，如部分呼吸情况相对平稳的情况下。应用于 脱机前准备时，可将IMV/SIMV的呼吸次数由正常水平逐渐减少，直到完全脱机。一般当指令呼吸次数降至 4~5 次/min， 病人仍可保持较好氧合状态时，即可考虑脱机。 (四)分钟指令通气 分钟指令通气(mandatory minute volume ventilation, MMV)最早由Hewlett于 1977 年首先介绍。产生和设计MMV的主 要目的是试图解决采用IMV/SIMV脱机时可能遇到的问题：病人自主呼吸不稳定，使潮气量和分钟通气量下降，而 IMV/SIMV不能自动弥补其不足，从而可能发生缺氧或二氧化碳潴留。MMV则可根据病人需要，自动根据预设通气量 来控制和调节指令通气的频率，当分钟通气量达到预先设定的通气量时，仍依靠病人的自主呼吸；但当自主呼吸所产 生的分钟通气量低于预定值时，机器可自动提高指令通气的频率予以补足分钟通气量。 对呼吸不稳定和通气量不恒定的病人，用MMV通气方式作脱机前的准备或从机械通气的形式过度到自主呼吸，可能 较IMV/SIMV更安全。目前多种呼吸机有MMV功能，如：Enqstrom,Serveo, Drager Evita, Bear-5 and Hamilton等。 二、压力预置模式 (一)压力限制通气 压力限制通气(Pressure Limited Ventilation，PLV)是Evita呼吸机的特有功能，通过限定气道压力，可"降低"气道峰压 而不减少潮气量。通常设置的吸气峰压(PIP)=平台压(EIP)+3cmH2O(图 76-7)。最高报警压设置为PIP+10cmH2O。当气 道压力达到设置的PIP值时，流量减慢，延长供气时间，将剩余潮气量慢慢送入。采用PLV，有两个优点：①降低气道 峰压，减少气压伤和气管损伤的危险；②递减流量减少了在不等量分配通气期间通气良好的肺组织过度通气的现象。 图 76-7 (二)压力控制通气 压力控制通气(pressure controlled ventilation, PCV)是时间切换压力控制模式。它的特点是气道压力迅速上升到预设峰 压，后接一个递减流量波形以维持气道压力于预设水平(图 76-8)。PCV可以按通常吸呼比例通气，也可行反比通气。 PCV时，若肺顺应性或气道阻力发生改变时，潮气量即会改变。所以，使用该通气模式时应严密监测，并保持报警系 统工作正常。PCV的优点是：①降低气道峰压，减少气道压发生的危险性。②气体分布更加均匀。③改善气体交换。 ④适用于儿童、不带套囊的气管导管及有瘘道的病人，因为通过增加流量可维持预设的压力。研究业已表明，对严重 的ARDS病人，采用PCV方式和通常的吸呼比，可增加PaO2，改善组织氧合，增加心脏指数及肺顺应性。 图 76-8 (三)压力支持通气 压力支持通气(pressure support ventilation, PSV)是流量切换压力控制模式。它的特点是病人自行调节吸气时间、呼吸 频率、由呼吸机产生预定的正压；若自主呼吸的流速及幅度不变，潮气量则取决于吸气用力、预置压力水平及呼吸回 路的阻力和顺应性。压力支持从吸气开始，直至病人吸气流速降低到峰值的 25%停止(图 76-9)。PSV的主要优点是减 少膈肌的疲劳和呼吸作功；当潮气量达到 10~20ml/kg时的PSV水平可消除呼吸作功，称为PSVmax。PSV可与SIMV或 CPAP联合应用，有利于撤离呼吸机。PSV是一种辅助通气方式，预置压力水平较困难，可能发生通气不足或过度、呼 吸运动或肺功能不稳定者不宜单独使用。 图 76-9 比例辅助通气(proportional assist ventilation, PAV),也称成比例压力支持(PPS)，是Evita-4 呼吸机提供的一种新的辅助呼 吸模式,是用于自主呼吸需要辅助或由于气道阻力增加和/或肺顺应性降低而致呼吸功增加的患者。它可看作是压力支持 通气(PSV)的进一步发展，虽然二者之间有着某些显著的差别。PSV时，患者自主吸气触发呼吸机后，呼吸机提供预设 的压力。当患者自主吸气增大后，呼吸机提供的压力并不改变。虽然呼吸机提供的气流速度和容量相应增加，相应于 该部分的呼吸功其实是由病人完成。 以公式表示即：Pvent+Pmus=R×V+1/c×V (1) Paw：即呼吸机提供的压力 Pmus：即患者自主呼吸时肌肉收缩力 R：气道阻力 V：气流速度 C：肺顺应性 V：潮气量 而在PAV时，压力支持会根据吸气压力而改变。 改变公式(1)为：Pmus= R×V+1/c×V (2) 若呼吸机能控制病人的气流速度和所需潮气量，则Pvent=K1×V+K2×V (3) 将(3)代入(2)，则为：Pmus= R×V+1/c×V -K1×V-K2×V (4) 根据(4)式，很显然，只要合适的设定常数K1 和K2，患者的自主呼吸功可得到最大程度的补偿。在PAV中，K1 即为 流量辅助，K2 即为容量辅助。 PAV时呼吸机持续测量和计算患者的流量和潮气量。利用预设的流量辅助和容量辅助，在呼吸周期中的每一点呼吸 机均持续计算。 如图 76-10 所示：当患者吸气用力改变后，PSV时压力支持恒定，而PAV时压力支持是成比例的，与病人所做的呼吸 功也是成比例的，潮气量、吸气和呼气的持续时间、气体流量等呼吸参数都完全由病人自己控制，病人的吸气努力越 大，机器所提供的辅助也越多。因为流量辅助和容量辅助可能相对于实际的气道阻力或肺顺应性被过高设定，因此， 气道阻力和肺顺应性的测定就非常重要。 PAV时，VT有着更高的可变性。即使病人的通气需求增加，RR也可保持相对恒定，避免了PSV时RR变快所致的内源 性PEEP(PEEPi)增加。且吸气时，气道峰压较低，可以经面罩使用而避免气管插管，主观感觉较舒适，不仅可以降低病 人总的呼吸功，容量和流量辅助还可选择性地用以降低弹性附加功和阻力附加功[9]；对于脱机困难的COPD患者，PAV 除改善通气外，还降低口腔关闭压(P0.1)，减轻呼吸肌负荷，便于呼吸机撤离。 图 76-10 (四)自动导管补偿(automatic tube compensation, ATC) 气管插管病人在自主呼吸时，需克服人工气道阻力而做功。因此，与不插管病人相比，呼吸更加费力。以前所有的 辅助通气模式(PSV等)，由于其本身的设计缺陷，只能进行固定的呼吸补偿。呼吸机参数一经设定，就不会改变，除非 再次人工设定。ATC就是对这些通气模式的一种新的补充。它可以对人工气道阻力进行精确的补偿，从而减少病人的 呼吸附加功，使病人感觉更加舒适。 气流通过气管导管时在导管两端形成一个压力差(?Ptube)。自主呼吸时，病人呼吸肌在肺内产生额外负压，用以代偿 此压力差。实际上，呼吸机可以通过在导管顶端精确地产生这一?Ptube来消除病人这一部分额外的附加功(图 76-11)。 但由于?Ptube随着通过导管的气体流量的改变而相应的发生变化，意味着机器产生的补偿压力必须根据气体流量持续 地进行调节才能准确地进行补偿。在PSV模式下，当呼吸机检测到病人的吸气努力后，就按照预设的压力水平产生一 固定的通气压力(Paw)，可对导管进行补偿，但它不会随着病人自主呼吸情况和气体流量的改变而自动调节。如果病人 的吸气努力增强，通过气管导管的流量也大，?Ptube就会高于预设的压力支撑水平，导致补偿不足。相反，则会过度 补偿发生。图 76-12 显示，当气管导管内径 7.5mm时，PSV5cmH2O对?Ptube所提供的补偿仅在气体流量为 45L/min时 最合适。因而，随着病人自主呼吸情况的变化，PSV的水平必须经常手动调节。而在ATC模式下，呼吸机通过持续测 量导管内的气体流量，计算?Ptube并自动调节起到精确的调节作用。ATC的参数设置仅有两个，即气管导管内径和补偿 程度。 图 76-11 图 76-12 使用ATC可使病人主观感觉舒适，通过导管阻力作足够的补偿，避免了过度补偿或补偿不足的发生或所致的不适， 病人呼吸做功减少；也可以用于鉴别急性呼吸功能不全的原因，是由于气管内插管或真正的呼吸力学机制障碍所致。 补偿程度的设置(1-100%)还可以用来锻炼呼吸肌，为病人的顺利脱机作准备。ATC与PAV一起应用时，能有选择性地对 病人的呼吸进行补偿，如图 76-13 所示。 图 76-13 (五)压力调节容量控制 压力调节容量控制(pressure regulated volume control, PRVC)为Servo300 特有的通气方式，PRVC设预置潮气量，先给 第一次控制呼吸(吸气压为 5cmH2O),后根据呼吸机自动连续测定胸肺顺应性和容量/压力关系，调节第二次呼吸的潮气 量和通气压力(为上述计算机值的 75%)，依次类推，直至第四次呼吸后，通气压力峰值达到 100%(图 76-14)，使实际潮 气量与预置潮气量相同。吸气峰压在预置下 5 cmH2O时，可自动调节，两个相邻吸气峰压超过预置压力 50%时，可自 动转换为呼气，以防发生气肺气压伤。PRVC主要用于无自主呼吸的病人，如支气管哮喘病人的呼吸支持，可加用PEEP。 图 76-14 (六)容量支持 容量支持(volume support ventilation, VSV)是Servo300 特有的通气方式，工作原理与PRVC基本相同，即不同的是VSV 仅用于自主呼吸的病人，需调节吸气负压灵敏度才能启动。呼吸频率和吸/呼比率也由病人自主呼吸控制，当吸气减慢 至流速 50% 吸气时间超过预置呼吸周期 80%时，吸气停止，转换为呼气。吸气压力支持也可随自主呼吸增强而自动 降低，而且当呼吸暂停时间成人超过 20s，儿童超过 15s，新生儿超达 10s时呼吸机可自动将VSV转换为PRVC。VSV主 要用于存在自主呼吸而尚不完善的病人，麻醉和手术后呼吸支持、COPD伴呼吸功能不全及撤离呼吸机时，并可与其 他通气方式联合使用。 (七)气道压力释放通气 气道压力释放通气(Airway Pressure Release Ventilation，APRV)于 1987 年由Stock和Downs介绍。它是一种时间切换或 病人触发、压力调节的通气模式。它采用将气道压力从预置(高)CPAP压力值瞬变到较低的CPAP值的方法来达到让自主 呼吸的病人更多的呼气(图 76-15)。APRV允许病人在整个呼吸周期自主呼吸。由于从CPAP的较高压力降低到较低压力， 也方便了气体交换，且无需病人自主努力。预置的CPAP值决不会被任何峰压值超过。APRV被认为是一种比目前所用 大多数通气方法损伤性小的通气模式。 图 76-15 Downs采用的方法是：尽可能保留病人的自主呼吸，CPAP 20~25cmH2O，维持 2~3s。压力降低到 0(维持 0.5s)，减压 时间短使肺泡不会萎陷，使CO2 容易排出。众多科研机构对APRV进行了研究。一组包括 50 例病人的研究表明：使用 APRV后，均保持了相似的血气状态、血流动力学状态和分钟通气量，但气道压力较低。气道压力平均降低 28± 12cmH2O。另一个研究报道与传统通气模式相比，使用APRV平均气道压降低 25 cmH2O。Rosnanen、Stock和Downs 等指出APRV能纠正呼吸性酸中毒，但对氧合、静脉回流、心脏指数或组织氧合影响不显著。而传统通气模式会导致血 压、每搏输出量降低，组织氧供受损。 (八)双气道正压通气 双气道正压通气(Bi-phasic positive airway pressure, BiPAP)于 1994 年由Horman等介绍。它可看作是一种压力控制型通 气，该系统允许在通气周期的任何时间进行不受限制的自主呼吸。也可将它看作是一种对CPAP采用时间切换的连续 CPAP系统。如同在压力控制、时间切换方式中一样，每一相的持续时间(Thigh和Tlow)，以及相应的压力(Phigh和Plow) 均可分别进行调整。 按照自主呼吸情况，BIPAP可分为： 1. 非自主呼吸：CMV-BIPAP(连续指令通气BIPAP) 2. 在低压(CPAP)上自主呼吸：SIMV-BIPAP(同步间隙指令通气BIPAP) 3. 在高压(CPAP)上自主呼吸：APRV-BIPAP 4. 在两种CPAP上自主呼吸：真正的BIPAP 由此可见BIPAP是一种适合于整个机械通气期的方式。它甚至能使大多数通气状况受到损伤的病人自由地呼吸。 APRV始终是反比通气，BIPAP对吸呼比的调整不受限制。BIPAP的气道压力按下述进行调整：Plow按照容量控制通气 时的PEEP调整，Phigh按先前所用IPPV的平台压调节。Thigh和Tlow分别与容量控制通气时的吸气时间和呼气时间相符 (图 76-16)。 图 76-16 在具体实施时，可发现在相同的FIO2 时气体交换无显著差异。在由CPPV转换到BIPAP后，平均气道压将轻微上升， 但无显著差异。若未使用过容量控制通气，建议按下述方法进行：按照所需要的PEEP值，调整Plow，根据所估计的病 人肺顺应性，在超出Plow之上的 12~16cmH2O之间选择Phigh。通过提高或降低Phigh可增加或减少所获得的潮气量。 要改变BIPAP的调整值，必须按血气分析进行，并需区分通气欠佳和氧合功能障碍。若通气紊乱(通气不足或过度通气)， 提高或降低通气是必需的。而在氧合障碍时，提高平均气道压力则可增加气体交换面积。 BIPAP的脱机程序为：①减少FIO2 小于 0.5。②减少Thigh至I：E小于 1：1。③逐步调整Plow和Phigh，使平均气道压 力降低。④调整Phigh和Plow，使△P降至 8～12cmH2O。⑤减少RR至 8～9 次/min，进一步降低Phigh和Plow至平均气 道压，即CPAP模式，再降低CPAP至理想水平。 BIPAP具有很多优点：①所设定的吸气压(Phigh)不会被超出，甚至不会被病人强力作出的呼气所超出。②在整个通 气周期，均可进行不受限制的自主呼吸，不需要用极度的镇静和肌松来抑制自主呼吸。③吸气和呼气促发灵敏，压力 上升时间和流量触发灵敏度可调，使得病人呼吸较舒适。 (九)呼气末正压和持续气道正压 呼气末正压(positive end-expiratory pressure, PEEP)指在控制呼吸呼气末，气道压力不降低到零，而仍保持一定的正压 水平。其产生原理是借助PEEP阀，在呼气相使气道仍保持一定的正压(图 76-17)。 图 76-17 早在 1938 年，Barach就描述了PEEP的治疗作用，1967 年和 1969 年Ashkrech描述了PEEP治疗急性呼吸衰竭的作用， 以后广泛地应用于临床，目前已成为治疗低氧血症，尤其是ARDS的主要手段之一。PEEP可增加FRC，使原来萎陷的 肺再膨胀，同时肺顺应性也增加，因此，改善通气和氧合，减少Qs/Qt，提高PaO2。但PEEP增加了气道内压力，可影 响心血管功能，临床应用时需选择最佳PEEP，以减轻对循环功能的抑制。 持续气道正压(continuous positive airway pressure, CPAP)于 1970 年由Gregory首先介绍用于治疗新生儿透明膜肺病， 存活率可提高到 70%~80%。CPAP是指在病人有自主呼吸的情况下，在整个呼吸周期，由呼吸机向气道内输送一个恒 定的新鲜正压气流，正压气流大于吸气气流。 呼气活瓣系统对呼出气流给予一定的阻力，使吸气期和呼气期气道压均高于大气压。呼吸机内装有灵敏的气道压测 量和调节系统，随时调整正压气流的流速，维持气道压基本恒定在预调的CPAP水平。 CPAP时，吸气期由于正压气流大于吸气气流，病人吸气省力，自觉舒服，呼气期气道内正压，起到PEEP的作用。 CPAP与PEEP的比较见表 76-1。 表 76-1 PEEP和CPAP的区别 PEEP CPAP控制呼吸时应用 呼气末正压 静态正压 FRC增加较少 对血流动力学影响大自主呼吸时应用 吸气和呼气时加入持续气流产生正压 动态正压 FRC增加较多 对血流动力学影响小 CPAP只能用于呼吸中枢功能正常，有自主呼吸的病人。凡是用肺内分流量增加引起的低氧血症都可应用CPAP。CPAP 可用于插管病人，也可经面罩或鼻塞使用。CPAP可和SIMV、PSV等方式合用。 (十)反比通气 反比通气(Inverse Ratio Ventilation, IRV )是延长吸气时间的一种通气方式。常规通气IPPV的I/E为 1:2 或 1:3，而反比 通气I/E一般在 1.1:1～1.7:1 之间，最高可达 4:1，并可同时使用EIP或低水平PEEP/CPAP。反比通气的特点是吸气时间 延长，气体在肺内停留时间长，产生类似PEEP的作用，由于FRC增加可防止肺泡萎陷，减少Qs/Qt肺顺应性增加和通气 阻力降低，因而改变时间常数。常与限压型通气方式同时应用于治疗严重ARDS病人。但反比通气也有缺点，可使平 均气道压力升高，心排血量减少和肺气压伤机会增多，二氧化碳排出受到影响，使用时还需监测氧输送，一般只限于 自主呼吸消失的病人。 (十一)高频通气和低频通气伴体外二氧化碳排除 1. 高频通气(High Fre