麻醉机的呼吸机按储存患者气体的位置和推送这些气体的动力来分类。风箱式用驱动气体(O₂ 或空气)推压储存在硬质外壳内风箱中的气体,驱动气体的通路与患者气体的回路分开,属于双回路。风箱分为呼气时上升的上升式和下降的下降式;下降式即使回路脱开,风箱也会继续运动,不易察觉,因此目前的机型几乎都是上升式。活塞式用电机驱动缸内的活塞,没有驱动气体回路,属于单回路,储气的地方是储气囊。鼓风机(涡轮)式使置于回路中的小风扇高速旋转,产生气流和压力,属于单回路,储气的地方与活塞式一样是储气囊。它没有推出所储气体的部件,也不需要像活塞那样重新吸入的动作(Dräger Perseus、Zeus 等)。容量反射器式用反射器气体(O₂)的气流推出储存在长管(反射器)中的气体,没有运动部件。本图涵盖了全部 4 种类型。
| 风箱式(上升式) | 活塞式 | 容量反射器式 | 鼓风机(涡轮)式 | |
|---|---|---|---|---|
| 新鲜气体的产生 | 流量计和针形阀,可变旁路式蒸发器 | 流量计和针形阀,可变旁路式蒸发器 | 每种气体的电子控制气体模块,以及注射式蒸发器 | 电子控制的气体混合器(每种气体一个模块),以及可变旁路式蒸发器 |
| 驱动呼吸机的动力 | 驱动气体(O₂)在外壳内把风箱向下压 | 电机通过连杆推拉活塞(不使用驱动气体) | 反射器气体(O₂)不经隔膜直接推压反射器内的气体 | 电机驱动的径向风扇(鼓风机)在回路中产生气流和压力(不使用驱动气体) |
| 下一次吸入气的储存方式 | 呼出气和新鲜气体从下方把风箱推起而储存 | 活塞下行,吸入储气囊内的气体和新鲜气体 | 呼出气和新鲜气体(逆向通过吸收罐)进入反射器的患者侧,把远端的气体推出而储存 | 呼出气和新鲜气体积存在储气囊中(呼气期的新鲜气体随小的循环气流从吸气侧绕过 Y 形接头到达。不需要重新吸入的动作) |
| 吸气期的新鲜气体 | 加入吸入气送往患者 | 新鲜气体隔离阀关闭,新鲜气体流向储气囊 | 加入吸入气送往患者(反射器气体推出的量相应减少)。气体模块主要在吸气期送出新鲜气体(本图中每次呼吸的 2/3 在吸气期、1/3 在呼气期) | 加入吸入气送往患者(没有隔离阀)。用流量传感器测量通气量,鼓风机相应减少抽气量 |
| 机械通气时的储气囊 | 由转换阀从回路中断开,不动 | 作为储气部分留在回路中,膨胀、收缩 | 由转换阀从回路中断开,不动(手动通气时转换阀开启,连接到反射器的远端,反射器气体停止) | 作为储气部分留在回路中,膨胀、收缩 |
| 回路负压 | 呼吸机没有吸入气体的动作,因此不易发生 | 有吸入的动作,因此由 PEEP/Pmax 阀和外部空气进气阀防止 | 只有推送的动作,没有吸入气体的动作 | 风扇有从回路抽气的动作,但测量吸气阀上游的压力来调节转速。呼气侧由 PEEP/Pmax 阀保护,气体不足时外部空气进气阀开启 |
| 多余气体的出口 | 风箱升到顶后,经溢气阀排至清除系统 | 储气囊充满、压力升高后,经 APL 旁路阀和排气单向阀排至清除系统(手动通气时经 APL 阀) | 从反射器远端经 PEEP/APL 阀排至清除系统(排出的是 O₂ 和最旧的气体) | 储气囊充满、压力升高后,经 APL 旁路阀和排气单向阀排至清除系统(手动通气时经 APL 阀) |
| 减少新鲜气体时的潮气量 | 若风箱推出的量不变,则减少吸气期加入的新鲜气体那部分(现代机型会加以补偿。本图中也增加风箱推出的量,使潮气量保持不变) | 不变(有隔离阀,送往患者的只是活塞推出的量) | 不变(增加反射器气体推出的量) | 不变(用流量传感器测量,鼓风机增加抽气量) |
| 呼气末回路压力 | 残留溢气阀的开启压力(2~3 cmH₂O) | 降到 PEEP/Pmax 阀的设定值(设定为 0 时接近 0) | 由 PEEP/APL 阀设定的 PEEP | 降到 PEEP/Pmax 阀的设定值(设定为 0 时接近 0) |
风箱式(上升式)的风箱若升不到顶,下一次吸气会相应减少;但它没有主动吸入气体的机构,呼吸机一侧不会使患者气道变成负压,而在回路脱开或大量漏气时风箱升不起来,容易察觉异常,是安全优先的设计。活塞式通过吸入气体的动作可能产生负压,这一结构由新鲜气体隔离和阀等控制加以弥补,实现了准确的通气量和多种通气模式。容量反射器式用 O₂ 气流代替活塞推送气体,使推送的气体和患者的气体在长管中几乎不混合地相邻。它没有吸入的动作,因此不易产生负压,也没有运动部件。鼓风机式用置于回路中的小风扇产生气流和压力。它既不需要推出所储气体的部件,也不需要像活塞那样重新吸入的动作;作为压力发生器,适合压力支持以及与自主呼吸同步。
不使用呼吸机,用手挤压储气囊进行通气。风箱式(上升式)中把转换阀扳到“手动”,阀芯的 L 形孔道连通呼气侧的汇合点与 APL 阀和储气囊一侧(风箱从回路中断开并停止)。活塞式没有转换阀,活塞停止,挤压原本就在回路中的储气囊。两者在吸气时,被挤压的储气囊内气体经吸收罐除去 CO₂,与新鲜气体汇合后经吸气阀送往患者(活塞式要经过新鲜气体隔离阀)。呼气时,呼出气和新鲜气体回到储气囊使其膨胀,充满后回路压力超过 APL 阀设定值时,多余气体经 APL 阀排至废气清除系统。容量反射器式中,转换阀开启,储气囊连接到反射器的远端,反射器气体停止。用手挤压的储气囊内气体经反射器和吸收罐送往患者,呼出气经反射器回到储气囊。充满后压力超过设定值时,多余气体经 PEEP/APL 阀(作为 APL 阀工作)排至废气清除系统。鼓风机式中,鼓风机停止并被动地让气体通过,与活塞式一样用手挤压储气囊。挤压出的气体经吸收罐和鼓风机送往患者,呼出气回到储气囊,多余气体经 APL 阀排出。
在“不足”场景中,患者的摄取(在肺泡被摄入血液而消失的粒子,每次呼吸 4 个)多于新鲜气体(每次呼吸 3 个)。回路中的气体每次呼吸减少 1 个粒子,相应量的反射器气体(O₂)留在远端,界面向患者侧推进,几次呼吸之内 O₂ 就经吸收罐加入吸入气,到达肺泡。实际机器中,新鲜气体少于摄取量与泄漏量之和时,也由反射器气体的 O₂ 补足差额。通气量得以保持,但吸入气的 O₂ 高于设定值,麻醉药被稀释。其他场景中,为便于观察,摄取设为 0。
各类型察觉的方式不同。风箱式(上升式)中,回路气体不足时风箱升不到顶,升不上去就无法送出下一次吸气。回路脱开后或有漏气时观察风箱,必要时在呼气期间用快速充氧充满回路(吸气期间按下,压力会作用于肺)。活塞式和鼓风机式中,信号是机械通气时也在动的储气囊收缩、瘪平。负压进一步加大时,两者的外部空气进气阀都会开启,室内空气进入回路,麻醉药被相应稀释。容量反射器式中通气量得以保持,因此不易察觉;反射器气体(O₂)向患者侧推进,吸入气的 O₂ 升高,麻醉药被稀释(“不足”场景)。
呼出气从吸收罐下方进入,因此吸收剂从入口侧(下方)开始消耗,紫色带向出口侧(上方)推进。实际需要数小时以上的变化,在这里压缩为几分钟到十几分钟显示。
“新鲜气体:高流量”是新鲜气体流量接近分钟通气量的情况。风箱式(上升式)中,呼出的 CO₂ 在到达吸收罐之前就作为多余气体排出,因此本图中吸收剂几乎不消耗。活塞式中,呼出气先积存在储气囊中,活塞再经吸收罐将其吸入,因此约 35 次呼吸即耗尽,耗尽后少量 CO₂ 回到吸气侧。鼓风机式中,呼出气从呼气侧螺纹管直接进入储气囊,而新鲜气体随循环气流从吸气侧绕过 Y 形接头,因此到达得较晚。储气囊中积存的主要是呼出气,吸气时鼓风机经吸收罐将其抽出,因此与活塞式一样,即使高流量也在二十几次呼吸内耗尽(与低流量相差不大)。
“新鲜气体:低流量”是把新鲜气体减少到其 1/4 的情况。呼出气几乎全部经吸收罐后再次被吸入,因此消耗更快(约 20~25 次呼吸)。耗尽后,橙色粒子经吸气侧管路回到患者,吸入气的 CO₂ 升高(二氧化碳波形图的基线不再回到 0)。
容量反射器式中,呼出气和新鲜气体进入反射器,下一次吸气时按后进先出的顺序被推出。高流量场景中,被推出的是呼出气之后进入的新鲜气体,呼出的 CO₂ 从反射器远端经 PEEP/APL 阀排出,因此吸收剂的颜色不变。低流量时推出的量增加,约 23 次呼吸即耗尽。
各类型呼吸次数的差别并不是实际机型之间的比较。指示剂的颜色在使用后放置一段时间,有时会变回白色。是否更换不仅看颜色,还要结合吸入气的 CO₂ 判断。
不停止通气即可更换吸收剂的机构,各类型中都有具备它的机型。风箱式(上升式)的部分机型(GE、Mindray)和容量反射器式的 Flow-i,在取下吸收罐期间切换到绕过吸收罐的旁路。活塞式和鼓风机式的 Dräger 机型中,吸收罐安装部位(CLIC 适配器)的阀关闭,气体不经吸收剂在回路中循环。无论哪种机构,在不经过吸收剂期间,呼出的 CO₂ 都不会被除去,含 CO₂ 的气体会送到患者(风箱式的图中画有处于关闭状态的旁路阀)。
本图为示意图。部件的形状、位置和阀的构成因机型而异(活塞式参考 Dräger Fabius 型,鼓风机式参考 Dräger Perseus 型,容量反射器式参考 Getinge(Maquet)Flow-i 型的构成)。每次呼吸显示为 6 秒(吸气 2 秒、呼气 4 秒)。气体的量和时间、吸收剂的容量都是为便于观察而调整的数值。