呼吸机

呼吸机（Ventilator）又称通气机，是代替或辅助人们呼吸的重要机械通气装置。主要通过机械的方法建立肺泡和大气之间的压力差，并模拟人体的自然呼吸，从而实现强制的人工呼吸过程。呼吸机可以预防和治疗呼吸衰竭，帮助患者吸取氧气和排出二氧化碳，挽救和延长某些危重患者的生命。^[4]

呼吸机主要由主机、气源、供气驱动装置、空氧混合器、湿化器和呼吸管路等部件组成。此外还有一些常用的附件，如呼吸阀、安全阀、疏水器、流量传感器、压力传感器、单向器、过滤器和储气囊等。呼吸机可按用途、使用对象、驱动方式、呼吸气转换方式、与患者的连接方式的不同进行分类。^[1]

从罗马帝国至今，无数发明人为呼吸机的发明和改进做出了贡献。比如，1864年Alfred Jones（阿尔弗雷德·琼斯）申请了第一个负压呼吸机的专利。^[2]随着人类对呼吸生理的深入了解，以及新技术、新材料和新工艺的大量应用，各种类型的新型呼吸机不断问世，不仅使呼吸机的适用范围日益扩大和普及，也为人们的生活带来更多便利。^[5]

发明时间发明人发明物罗马帝国Gallian（盖伦医生）发现朝着气管吹气能使肺部扩张^[2]1543年Vesalius（维萨里）使开胸后萎缩的肺重新扩张^[2]1664年Hooke（胡克）使用风箱向狗气管通气使狗存活超过1小时^[2]1670年John Major（约翰·马约）借助膀胱模型进行肺部气体交换的模拟实验，验证了呼吸生理学原理^[6]1774年Tossach（托萨赫）使用人工吹气的方式成功复苏患者^[2]1782年英国使用风箱通气来辅助人工通气，1837年停止使用^[6]1832年Dalziel（达尔齐尔）发明大型厢式负压呼吸机^[2]1864年Alfred Jones（阿尔弗雷德·琼斯）申请第一个负压呼吸机专利^[2]1876年 Alfred Woillez（阿尔弗雷德·沃耶兹）发明了名为“spirophore”的负压呼吸机，用于救助溺水者^[6]1882年Alexander Graham Bell（亚历山大·格雷厄姆·贝尔）发明“真空夹克”（一种类似贝壳、带有手动风箱的封闭式胸甲）^[6]1907年Drager（德拉格）设计自动供氧人工呼吸器，用于心肺复苏^[7]1909年Janeway（简薇）发明“小型铁肺”^[7]1911年德国Drager（德拉格）制造正负压呼吸机^[8]1919年FelixP.Chillingsworth（菲利克斯·奇林斯沃思）和Ralph Hopkins（拉尔夫·霍普金斯）发明适用于狗的体积描记器^[6]1928年Philip Drinker（菲利普·德林克）和LA Shaw（路易斯·肖）成功研制“铁肺”^[9]1931年美国John（约翰）制造胸外型呼吸机，治疗脊髓炎导致的呼吸衰竭^[8]1952年美国制造间歇正压（定压型）呼吸机（鸟牌呼吸机）^[8]1958年瑞典创造定容型呼吸机^[8]1967年瑞典首创高频通气技术^[8]1972年Curry（咖哩）首次在人体气管插管，抢救病人尤其是溺水者^[7]

呼吸机的基本原理——呼吸机通过机械的方法建立肺泡和大气之间的压力差，并模拟人体的自然呼吸，实现强制的人工呼吸过程。呼吸机的主要流程为，呼吸机从口腔、鼻腔或气管插管、套管等人体呼吸道开口处直接施压。当大气压超过肺泡压时，空气便从体外通过管道流向肺泡，产生吸气；当肺泡压大于大气压时，气体从肺泡排出，产生呼气；当肺泡压降至等于大气压时，呼吸停止。^[4]

呼吸机主要由主机、气源、供气驱动装置、空氧混合器、湿化器和呼吸管路等部件组成。同时，呼吸机还有一些常用的附件，比如呼吸阀、安全阀、疏水器、流量传感器、压力传感器、单向器、过滤器和储气囊等。^[1]

主机是为呼吸机提供呼吸管理的装置，主要由气路系统、电子控制系统和监测报警系统等组成。当空气和氧气混合后，便会进入主机，按照设定好的参数和通气方式给患者供气，并通过传感器检测呼吸力学等情况的变化。当微电脑对情况进行分析处理后，主机将发出指令来自动调节参数，比如潮气量、呼吸比、压力、流量和容积等。主机的监测和报警系统能实时显示呼吸参数值、呼吸机当前状态和参数调整情况。当误差超过一定范围时，呼吸机会触发报警，并通过安全阀等装置来保证呼吸机处于安全范围内。^[1]

现代呼吸机的主机拥有一个复杂的操作面板和较大的显示屏幕，面板上一般有参数设置、参数显示和监测报警三个区域。人们可以通过选择菜单，设置图形界面和调节呼吸参数，使主机能动态地显示通气参数、波形和报警提示，使机械通气的治疗更加直观和安全。^[1]

呼吸机的气源包括氧气和空气。氧气主要来自高压氧气瓶或中心供气管道系统；空气则来自中心供气管道系统、医用空气压缩机或环境空气。^[1]

呼吸机的供气驱动装置能为患者提供通气驱动力，使呼吸机产生吸气压力，将气体压入患者的肺部。呼吸机有三种供气驱动方式，分别为气动型呼吸机、电动型呼吸机和气动电控型呼吸机。其中，气动型呼吸机采用压缩气体供气；电动型呼吸机采用电动方式供气；气动电控型呼吸机采用压缩气体和电动方式供气。^[1]

湿化器是现代呼吸机的必备装置，一般安装在呼吸机的吸气回路中，主要对替代人体鼻腔和口腔中吸入的气体进行加热湿化。日常生活中常见的湿化器主要包括加热湿化、雾化湿化、热湿交换器和多孔纤维管道等。^[1]

空氧混合器是一种将压缩氧气和空气混合，然后按照比例调节成治疗所需的安全氧浓度，最后输出给患者的装置。该装置利用射流原理或电磁比例阀来准确控制输出氧浓度，同时附加输出氧气压力、流量、氧浓度的监护（由氧电池进行监测）及报警功能，能有效控制患者的吸氧浓度。^[1]

呼吸管路是输送气体的通道，主要把经过加热湿化的空氧混合气体提供给患者，并把患者呼出的气体通过呼吸活瓣（螺纹管、气管插管、气囊套和面罩等）排出。呼吸管路主要由橡胶、塑料和有机玻璃等材料制成，能抗静电、不易腐蚀、质地软、有弹性、易于化学或高温消毒。^[10]

呼吸阀分为吸气单向阀和呼气单向阀，二者属于交替一开一闭的工作状态，为患者提供通畅的呼气通道。当患者吸气时，吸气阀开启，呼气阀关闭；当患者呼气时，呼气阀开启，吸气阀关闭。常用的呼吸阀装置有三种，分别为活瓣式呼吸阀、电磁比例阀和先导式呼吸阀。^[10]

安全阀分为压力安全阀和旁路吸入阀。压力安全阀用来保障患者的气道压在一个安全范围内。当患者的气道压超过安全值时，呼吸机会在发出声光报警的同时打开安全阀，中断正压送气并改变为较为安全的送气模式；旁路吸入阀会在呼吸机工作时关闭。当供气中断时，旁路吸入阀会随着患者吸气造成的管道负压推动阀门的阀板，使空气进入管道系统，为患者供气，避免其窒息。^[10]

疏水器安装在呼吸管路上，用来收集呼吸管路中沉积的多余液体。^[10]

流量传感器把患者吸入和呼出的气体流量转换成电信号，然后送给信号处理电路，并将结果反馈给主机，从而完成对潮气量、每分通气量和流速的监测和显示。^[10]

压力传感器通过检测患者的气道压力和呼吸信号来控制呼吸器的动作，使呼吸器与患者的呼吸保持同步。^[11]

单向阀的作用是保证气体向同一个方向流动，防止气体回流。^[5]

过滤器主要分为细菌过滤器和空气过滤器。细菌过滤器一般安装在呼气阀的后端，用来截留呼吸管路中的杂质、细菌和其他病原体，防止呼吸机内部的致病菌排入室内，造成患者交叉感染；空气过滤器主要用来净化过滤掉周围环境空气中的杂质和灰尘颗粒等。^[5]

储气囊用来储存纯氧气体。当呼吸机断电或停止工作时，医疗工作者可以通过手捏储气囊给患者供气，防止患者窒息。^[5]

呼吸机采用不同的分类方式，可将之分成不同的种类。

类别	图片	特点
急救呼吸机		急救呼吸机是通过机械方式增加危重伤病员的肺部通气量、维持或促进肺功能恢复的呼吸衰竭伤病员的紧急救治器材，属于复苏器材的一种。急救呼吸机的原理是通过循环往复推动吸气和呼气的机械动作，来维持伤病员的生理通气需要。急救呼吸机主要用于呼吸衰竭、心肌梗死、呼吸停止或缺氧伤员的现场紧急抢救[12]
麻醉呼吸机		麻醉呼吸机性能稳定、呼吸模式简单，是现代麻醉机的主要部件之一，可按照驱动源、驱动机制、转换机制和风箱形式进行分类。按照驱动动力，麻醉呼吸机可以分为气动或电动两类，或者两者合一。老式气动呼吸机只需压缩气源就能工作，而当代电动呼吸机需要电源和压缩气源才能工作；按照驱动机制，有双回路气动呼吸机；按照转换机制，麻醉呼吸机属于时间转换的控制模式，通过定时装置触发吸气。其中，老式气动呼吸机采用液体定时装置，现代电动呼吸机则采用固态定期装置，属于定时、电控模式；按风箱移动方向，麻醉呼吸机分为上升型风箱（立式）和下降型风箱（挂式）[13]

机械通气把呼吸类型分为指令通气和自主呼吸。自主呼吸由患者触发并完成，指令通气由呼吸机送气并完成。机械通气有三种基本的呼吸模式，分别为持续指令通气（CMV）、间歇指令通气（IMV）和持续自主通气（CSV）。其中，间歇指令通气和持续自主通气经常联合应用。^[14]呼吸机的其他模式都是由这三种模式派生而来。^[15]

持续指令通气在自主呼吸患者实际呼吸频率大于设置值时，设置的后备通气呼吸频率为最小值。^[16]其主要特点为MV强制作用于患者的每一次呼吸，而自主呼吸仅仅可能影响通气初期的触发。所以，持续指令通气主要适用于自主呼吸消失或比较弱或需镇静-肌松药抑制自主呼吸的患者。^[14]

在通气期间，间歇指令通气允许患者自主呼吸，设置的后备通气呼吸频率为最小值。^[16]在间歇指令通气中，因自主呼吸和MV交替发挥作用，所以主要适用于有一定自主呼吸能力或准备撤掉呼吸机的患者。^[14]

在持续自主通气中，所有呼吸均为患者自主触发。^[16]持续自主通气的主要特点为自主呼吸对整个通气过程都有一定程度的影响，主要适用于有一定自主呼吸能力和准备撤掉呼吸机的患者。

呼吸机主要用于临床工作，可替代或支持患者的呼吸运动，使患者在获得氧气的同时排出二氧化碳，更好地延续患者的生命。呼吸机的主要用途有，维持合适的通气量以满足患者全身各个器官的生理需求；改善患者的气体交换功能，以维持有效的气体交换；减少呼吸肌的做工；进行肺部雾化的吸入治疗；治疗呼吸衰竭和保护气道等。^[5]

呼吸机是高风险的临床医疗设备，它的质量和操作关系到患者的生命健康与安全。在使用前，医院要加强对工作人员的安全使用培训，并严格要求工作人员按照规定操作；在使用前后，工作人员要对呼吸机进行清洁、消毒或灭菌，避免交叉感染；工作人员要经常检查呼吸机的呼吸管路、湿化器等装置，定期更换氧电池、呼吸活瓣和过滤器等易耗品，并对呼吸机进行安全性能测试；如果呼吸机发生故障，需及时联系专业工程师对呼吸机进行检测和维修。^[5]

呼吸机的使用故障主要有，呼吸机运转不良，主要有三种表现，第一是呼吸机频率与人体正常呼吸频率不符合，形成人机对抗。第二是机器无法正常工作，以致患者窒息。第三是压缩机停止转动，使患者吸入纯氧，造成氧中毒；呼吸机突然断电，主要表现为呼吸机停电报警且停止运转；^[17]呼吸机环路意外断开和漏气及呼吸机的气源断开等。^[18]

随着人类对呼吸生理的深入了解，以及新技术、新材料和新工艺的大量应用，各种类型的新型呼吸机不断问世，比如微型化、家庭化、智能化、网络化、信息化、精确化、多功能和多通气模式的呼吸机。这种变化不仅使呼吸机的适用范围日益扩大和普及，也为人们的生活带来了更多便利。^[5]