呼吸机原理和结构

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。