呼吸机概述

机械通气机又可称人工通气机、人工呼吸机或呼吸机等（以下简称呼吸机），是对患者进行人工通气的电控、气动多功能仪器。近年来，随着科学技术的发展，微电脑技术在呼吸机领域中的应用，使呼吸机的种类和形式越来越多，但无论呼吸机的产品种类和型号如何改进，基本结构及工作原理大致相同。

一、呼吸机的构成

现代呼吸机的基本通气方式为控制性机械通气（control mechanical ventilation，CMV）或称间歇正压通气（intermittent positive pressure ventilation，IPPV）。呼吸机的基本结构包括控制、供气和呼气3部分。控制部分是指呼吸机控制供气和呼气状态的主要结构，其各种参数均由人为设定；供气部分是给患者提供一定的吸气流量；呼气部分是让患者排出呼出气，呼气开始与结束及呼气末的压力均由控制部分控制。

1．供气部分　呼吸机最重要的组成部分为供气部分。供气部分的主要作用是提供吸气压力，让患者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。最常见的产生吸气压力的方法有两种：一种方法是用电动机推动折叠囊或气缸产生；另一种方法是用压缩气体产生。

（1）气动呼吸机：气动呼吸机是以压缩气体为动力来源，所有控制系统都靠压缩气体来启动并控制通气的呼吸机。由高压压缩气体所产生的压力，通过机械呼吸机内部的减压阀、高阻力活瓣，或通过射流原理等方式而得到调节，从而提供适当的通气驱动压及操纵各控制机制的驱动压。

（2）电动呼吸机：采用电动机，通过推动折叠囊或气缸产生吸气压力驱动并控制通气的呼吸机，称为电动呼吸机。电动呼吸机也需要应用压缩氧气，但只是为了调节吸入气的氧浓度，而不是作为动力来源。此类呼吸机可通过带动活塞往复运动的方式来产生机械通气，或通过电泵产生压缩气体，压缩气体再推动风箱运动而产生通气。

（3）电－气动呼吸机：电－气动呼吸机，是指只有在压缩气体及电力二者同时提供动力的情况下才能正常工作与运转的呼吸机。通常情况是压缩空气及压缩氧气按不同比例混合后，既提供了适当氧浓度的吸入气体，也提供了产生机械通气的动力。但通气的控制、调节，及各种监测、警报系统的动力则来自电力，所以这类呼吸机又称为气动－电控制呼吸机。比较复杂的多功能定容呼吸机大多采用这种动力提供方法。

2．呼气部分　呼气部分是呼吸机的另一个重要的组成部分。其主要作用是配合呼吸机作呼吸动作。该部分在吸气时关闭，使呼吸机提供的气体能全部供给患者；在吸气末，呼气阀仍可以继续关闭，使之屏气；此部分只在呼气时才打开，使之呼气。当气道压力低于呼气末正压通气（positive end－expiratory pressure，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3种功能阀组成，即呼气阀、PEEP阀、呼气单向阀，也可由一个或两个阀完成上述3种功能。

（1）呼气阀：呼气阀在吸气相时关闭，在呼气相时开启且阻力较小，为患者提供通畅的呼气通道。目前较常用的呼气阀装置有3种：活瓣式呼气阀、电磁比例阀和先导式呼气阀。活瓣式呼气阀为轻质材料制成的鸭嘴状单向活瓣；电磁比例阀通过电导线在磁场中产生电磁力来控制阀板的开启和关闭，该阀阻力很小，目前应用较广；先导式呼气阀采用预置压来调节呼气阀的开启和关闭。

（2）PEEP阀：PEEP阀是临床上用于治疗呼吸窘迫综合征的重要手段。目前多采用电磁比例阀，持续正压气道通气（continuous positive airway pressure，CPAP）时，由呼吸机向气路提供一个恒定的正压，使整个呼吸周期内，气道保持在正压水平。

（3）呼气单向阀：为了防止重复吸入呼出气或自发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阀和呼吸阀兼任，但有时还必须要装一单向阀，以确保实现上述功能。

3．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，可将控制部分分为3种：气控、电控、微处理机或计算机控。控制部分可发出各种指令，使呼吸机产生所需要的动作，如吸气、屏气或呼气等。

（1）气控：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、矿井内等。它的特点是精度不够高，难以实现较复杂的功能，一般可做一些简单控制。随着高性能蓄电池的出现，气控方式有逐渐淘汰的可能。

（2）电控：电控是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。电控型呼吸机的参数精度高，可实现各种通气方式。

（3）微处理机或计算机控制型：微处理机或计算机控制型仍属于电控型。由于近来计算机技术的迅速发展，已被独立成一种控制形式或类型。这种控制型呼吸机已解决了抗干扰、断电后的数据储存等问题。这种呼吸机的控制精度高，功能多，目前越来越多的呼吸机均采用此种方法。

4．安全阀　呼吸机的安全阀有两种：一种为呼气安全阀，其结构大多采用直动式溢流阀，其工作原理是将溢流阀与气道系统相连接，当后者的压力在规定范围内时，由于气压作用于阀板上的压力小于弹簧的压力，阀门处于关闭状态。当气道系统的压力升高，作用于阀板上的压力大于弹簧上的压力时，阀门开启，排除气体，直至气道压降低至规定范围之内，阀门重新关闭。因此，这种安全阀能保证病人气道压在一个安全范围之内。另一种安全阀为旁路吸入阀，在呼吸机正常工作时，该阀门关闭，但一旦供气中断，随病人吸气造成的管道负压可推动阀门，使空气进入管道系统，保证病人供气，避免窒息。

5．空氧混合器　现代呼吸机都配置有精密的空氧混合器，可向病人提供不同氧浓度的气体。其可调范围为21%～100%。空氧混合器一般由3部分构成：平衡阀、配比阀、安全装置。当压缩空气和氧气进入平衡阀后，经一级和二级平衡后，气体压力均等，经过配比阀达到不同的氧浓度而输出。安全装置的作用是当两种气体中的任何一种已经耗尽，或已经不符合使用要求，则由另一种气体立刻自动转换以维持供气。

二、呼吸机的基本原理

正常生理状态下，机体的气体交换是通过吸气和呼气的节律性交替进行的。吸气时肋间肌收缩，膈肌下移，胸廓内容积增大，产生胸膜腔负压，使肺膨胀，形成肺泡内负压，外界气体被吸入肺泡内，进行气体交换；呼气时肺和胸廓的弹性回缩将肺内交换后的气体排出。由于这种通气是主动的负压吸气，被称为负压通气。机械通气则是通过通气机将气体压入肺内以代替生理状态下的自然吸气过程，而呼气过程仍靠肺和胸廓的弹性回缩来完成，称为正压通气。

通气机气体控制流程：空气和氧气通过空氧混合器按一定比例混合后进入恒压缓冲装置→以设定的通气模式和可在一定范围内调节的潮气量、每分钟通气量、通气时序（通气频率、吸气时间、屏气时间）控制通气机的吸气阀→将混合气体送入吸气回路→经过接入吸气回路中的湿化器加温加湿后→经气管插管将气体送到患者肺内（气体交换）→再通过控制呼吸阀将废气排出来，这样完成一个送气周期并不断地重复。

三、呼吸机的类型

早期的通气机由简易人工气囊演变而来，为简单的机械装置，无自动调节和报警设置，通常根据通气机驱动方式不同，分为气动型和电动型。随着功能的增多和性能的不断完善，通气机的种类日趋多样，大致可分为定压型通气机、定容型通气机、多功能混合型通气机、高频通气机、负压通气机等。其中定压、定容和多功能混合型通气机又可归为正压通气机，也是临床最常用的通气机。而多功能混合型通气机集定压定容为一身，目前正朝智能化方向发展，是重症监护单元的首选类型。无论何种通气机，都应具备以下基本设置：空氧混合器，有效的吸入气加温加湿装置，较精确的潮气量、吸呼比、呼吸频率调节，可附加呼吸末正压或持续气道正压（CPAP），药物雾化吸入装置，可靠的报警系统。

1．定压型呼吸机　定压型（pressure control）呼吸机通过在呼吸道产生正压，使气流进入气道和肺内，肺泡膨胀。随着胸廓和肺被动性地扩张，呼吸道内压力不断升高，当达到预定压力值后，气流中断；呼气时，呼吸机打开呼气阀，胸廓和肺被动性地萎陷或有负压产生呼气；当气道内压力不断下降，达到另一预定值后，呼吸机再次通过正压产生气流，并引起吸气。如此周而复始，呼吸机不断地产生或辅助呼吸动作。

定压型呼吸机的气流量或速度除受呼吸机工作压力的影响外，尚受气道阻力（摩擦力和弹性阻力）和胸、肺组织的顺应性影响。当患者的气道阻力增加或顺应性下降时，在同一水平的设定压力下，潮气量和每分钟通气量不尽相同。气道阻力高、顺应性差的患者，同一水平设定压力下的潮气量和每分钟通气量低；而气道阻力正常、顺应性好的患者，同一水平设定压力下的潮气量和每分钟通气量就可能明显增加。因此，定压型呼吸机一般不适合用于肺部病变较严重的患者。

2．定容型呼吸机　定容型（volume control）呼吸机同样是通过正压将预定的潮气量送入呼吸道或肺内，并将压力控制在一定范围内（有压力安全阀）。当达到预定的潮气量后（流速由呼吸频率和吸呼比控制和调节），呼吸机停止供气，气流中断，进入屏气或直接进入呼气状态；呼气时，呼吸机的呼气阀打开，肺和胸廓被动或主动性地（间歇正负压呼吸机）回缩，气体排出，即产生呼气。这种由既定容量（潮气量或每分钟通气量）控制或调节吸、呼气相切换方式的人工呼吸机称为定容型呼吸机。

定容型呼吸机的潮气量或每分钟通气量恒定，为保证供给设定的潮气量或每分钟通气量，呼吸机可自动调节工作压力和气流速度，以克服由气道阻力增高、肺顺应性降低引起的通气量下降。定容型呼吸机临床应用范围相对较广，尤其适用于肺部病变严重的患者。

由于定压型与定容型呼吸机在结构、工作原理、功能或性能等方面的不同，决定了它们有如下不同点，见表11－1。

表11－1　定压型与定容型呼吸机不同点的比较

3．高频呼吸机（high frequency ventilator，HFV）　高频通气是一种违反生理常规的特殊通气方式，是借助高压气源向气道内有节律地、短促地喷气，并以较小的潮气量、较高的通气频率达到间歇正压通气（IPPV）的目的。

高频通气具有高呼吸频率（＞60／min）、低潮气量（≤解剖死腔）、低气道压力、循环干扰小，且无需密闭气道，吸入氧浓度可以保证等特点。优点是无需密闭气道或建立人工气道，胸内压、气道压小，对循环干扰小，气体弥散好，支气管胸膜瘘时亦可应用。缺点是不利于二氧化碳的排出，有二氧化碳潴留可能，Ⅱ型呼衰患者慎用；不适合长期使用，否则引起氧中毒可能。

高频通气有3种通气方式：高频正压通气、高频喷射通气和高频振荡通气。

四、呼吸机的切换方式

呼吸机的主要功能是控制或辅助患者的呼吸。分析呼吸机结构时应了解呼吸机是如何使患者产生吸气、屏气、呼气，各状态间又是如何进行转换的。呼吸机的这种从吸气转为呼气或从呼气转为吸气的过程即称为切换，转换所采用的方式称为切换方式。

1．吸气向呼气转化的切换方式　呼吸机由吸气状态转为呼气状态有4种切换方式，即压力切换、流速切换、容量切换及时间切换，切换的方式与通气模式有关。定容通气时为容量切换，定压通气时为时间切换。压力切换是指当吸入气道压力达到预定值时，吸气终止转为呼气，压力支持通气（pressure support ventilation，PSV）通气方式时，大多为压力切换；流速切换是当吸气流速小于一定值（1～4L／min）时，呼吸机停止吸气，完成吸／呼切换转为呼气；容量切换是指呼吸机将预调的吸入气量送入患者肺后即转为呼气；时间切换是指吸气时间达到预定值后吸气转为呼气。

2．呼气向吸气转化的切换方式　呼吸机由呼气状态转为吸气状态有3种切换方式，即自主切换、时间切换和人工切换。自主切换是指呼吸机对患者的吸气动作发生反应，继而给予控制吸气，这种方式也称为同步控制呼吸；时间切换是指当呼气达到预定的时间后，呼吸机打开吸气阀，进入吸气期；人工切换是指现代较先进的呼吸机上装有人工切换开关，供操作者随时触动以供给1次吸气。

五、呼吸机的使用与维护

目前，国内大中型医院使用的呼吸机一般都是国外进口的，所以价格不低，一般高档的每台在30万元以上，中档的在10万～30万元之间，低档和便携式的在10万元以下。同时由于呼吸机是临床重要的救命通气设备，所以做好日常检查和维护保养工作既能使机器处于良好的备用或运行状态，也能达到延长机器使用寿命的目的。

1．呼吸机使用前的检查　呼吸机使用前一般要先接通气源和电源，接好外部管道和模拟肺，通电试机，观察机器有无故障，管道有无漏气，参数能否根据需要设置，参数显示是否准确，并运行30min左右，看看设置参数和显示参数是否一致，是否稳定，有无漂移，以便决定机器是否可以使用。

（1）气密性检查：接上呼吸机的气源，连接好病人外部管道，包括湿化器，设定强制通气方式，将吸气时间设为最大，压力设在工作压力以上，测试时用手堵住“Y”形管的出口，观察气道压力表，如果气密性好，气道压力表在吸气相表头指针应该保持基本恒定，如有漏气则指针会下降。

（2）气源供气检查：将呼吸机管路接好，接上模拟肺，设定需要的每分钟通气量、潮气量，然后用控制通气方式通气，观察呼吸机工作压力有无下降，如果压力表下降幅度很大，超过5%，则需要进一步检查气源。

（3）呼吸机设置参数检查：主要检查各种报警如压力上、下限报警，窒息报警和触发灵敏度等实际值与设置值是否一致。

2．呼吸机使用的基本步骤　虽然呼吸机的种类繁多但是呼吸机的使用步骤基本相同。①根据呼吸机的种类不同按照说明书安装，将湿化器安装在湿化器架上，倒无菌蒸馏水至所需刻度，呼吸机管道按照送气、呼气的顺序连接好并接好温度传感器和呼气末二氧化碳浓度探头；②连接好呼吸机主机、空气压缩泵、湿化器电源并开机；③连接好高压氧及压缩空气（或开压缩机开关）；④根据病情调节好呼吸机的各参数，确定各报警限；⑤调节湿化器，试机并确认呼吸机工作状态；⑥随时监测患者心率、心律、血压、血氧饱和度、潮气量、每分钟通气量、呼吸频率及气道压等变化；⑦听诊双肺呼吸音，检查通气效果，30min后行血气分析并根据结果调整通气参数。

3．呼吸机使用过程中的维护　呼吸机在使用过程中除了患者需要持续监测心率、心律、血压、血氧饱和度、潮气量、每分钟通气量、呼吸频率及气道压等变化和做好各项常规护理外，呼吸机也需要做好维护。主要做好如下几点：①经常添加湿化罐内蒸馏水，使之保持在所需刻度处；②积水瓶处于朝下方向，随时倾倒积水瓶内的水，避免水反流入机器或患者气道内；③查看积水瓶是否接紧，管道是否漏气、有无打折；④查看空气进气口端或空气压缩机出气端的气水分离器有无积水，机器的散热通风口有无堵塞现象，如果使用单压缩机供气的，压缩机通风口过滤网和进气口过滤海绵应每日清洗；⑤呼吸机可自锁的轮子要锁住，防止机器移动；⑥电源插头应插得牢固，不宜把过多插头插在一个插座板上，尤其不能插在带开关的插座板上；⑦长时间使用呼吸机时应每日更换呼吸机管道和积水瓶，使用人工鼻的患者一般每24h应给予更换。

4．呼吸机使用后的保养和维护　呼吸机一次使用时间无论长短都要清洗、消毒、维护和保养。主要按照说明书要求定期更换易损件、调试或校正有关参数。一般用过一个患者后就应及时调试或校正有关参数。特殊情况下，需随时检查机器的工作状态，以便发现问题，并及时解决以保证临床使用。

（1）内外管路的拆卸和安装：按照各种呼吸机随机附带的说明书拆卸和安装需要清洁、消毒、保养和维护的各个部件。

（2）呼吸机保养、清洁的方法和注意事项：①管路部分多为硅（橡）胶、合金等，可用肥皂水清洗干净。②压力或流量传感器较为贵重，清洁时注意保护好测量部分和不允许接触水的部分。③主机内部的清洁、吸尘、调试和保养要求由专业工程技术人员完成。④机器外部可用湿纱布轻轻擦净后用紫外线消毒，禁用过氧乙酸擦洗或甲醛熏蒸。⑤需高温高压消毒的部分如有通过接头相互连接的要先分解开后再消毒。

（3）主机消耗品的定期更换：呼吸机一般运行一定的时间或年限后，需要更换特定的消耗品。