麻醉机原理

佳木斯于工

现代麻醉机构造和基本原理

一.麻醉机构造
    麻醉机的分类:按功能结构分全能型,普及型和轻便型;按流量分高流量麻醉机和低流量麻醉机(也可施行高流量麻醉);按年龄分成人用麻醉机和小儿用麻醉机;兼用麻醉机:成人型附有小儿回路及风箱.
    麻醉机的主要部件
    麻醉机包括:供气装置,流量计,蒸发器,通气系统,通气机,监测和报警装置,麻醉残气清除系统,各种附件和接头等.
    通气机分类:按动力和控制分:气动气控,气动电控,电动电控;按使用习惯分:定量型,定压型.通气机分四个时相:吸气相:流量发生,压力发生 ;吸转呼相:时间,压力,容量,流量;呼气相:至大气压ZEEP,NEEP,PEEP及CPAP;呼转吸换:时间,压力,容量,触发.
    通气方式分:定容式,定容式+Sigh(深呼吸),定压式.PSV:压力支持通气,自主呼吸启动的定压式辅助呼吸,适于哮喘,术后呼吸困难或准备脱离呼吸机时;CPAP:持续气道正压;SIMV:同步间歇指令通气;BIPAP:双水平气道正压;CPPV:持续正压通气.
    小儿通气机的特点:潮气量50ml以下,精确可调,通气机内管道压缩容积小,Y型管部死腔小,提供的气流为持续恒流.
    麻醉机回路系统:

    分类:按重复吸入程度及有无二氧化碳吸收装置分为开放式,半开放式,半紧闭式及紧闭式四种(Eger分类法).

    开放系统:无重复吸入活瓣和贮气囊组成.

    半开放系统 :

    mapleson系统:无二氧化碳吸收装置的二氧化碳冲洗回路.经常使用的为A,D系统.Mapleson

    A系统:magil回路:贮气囊起新鲜气体的变流器作用,贮气囊大到足以满足一次深吸气的需要,即稍小于一次最大吸气量,为 2500 ~3000ml,一般2升即足.螺纹管长1米

    内径22mm,容积应不小于(最好)等于潮气量,以防肺泡气与新鲜气流在贮气囊混合.自主呼吸时排除二氧化碳效果最好.控制呼吸与流量关系.新鲜气流必须增至每分钟通气量的3倍.Lack回路:同轴,呼气通过内管至呼气阀.

    Mapleson D 系统:排气阀高压型,贮气囊邻近排气阀.管及贮气囊容积超过病人的潮气量,则管的长度可不影响通气功能.自主呼吸,吸气后部分可能重复吸入含二氧化碳的气体.每分钟通气量的2-3倍.该系统最适宜应用于控制呼吸.Bain系统为mapleson系统改良型.同轴新鲜气流内管.

    Mapleson F系统(T管系统).

    半紧闭二氧化碳吸收回路:全麻药吸入浓度和含量较稳定,能保持呼吸道的的湿度和热量,残余气可排除.紧闭式     

    二氧化碳吸收回路:二氧化碳吸收器:100g碱石灰可吸收14-23L二氧化碳,最多达50L .一般情况下,600-700g可至少使用5h,650ml普通罐串联,单罐时利用率为50%,串联为70%.
    其他:包括呼吸和排气活瓣, APL阀,螺纹管,贮气囊,面罩,Y型,贮气囊5L,ISO推荐还有0.5,1,1.5,3L等规格.
蒸发器
    蒸发器的结构方式:按蒸气流量的调节方式分可变旁路型和定流量型;按蒸发方式分气流拂过型和气泡穿过型(鼓泡式).

    温度补偿方式有:供热源型和流量调节型.

    回路内的安放位置:回路内(少用)和回路外.
    影响蒸发器输出浓度的因素:受温度,载气与药液接触面积,压力,稀释气流与载气流配比,麻醉药容积,振荡,回路内位置等因素的影响.
    废气清除系统(AGSS):有主动式和被动式.
二, 麻醉呼吸机的基本原理
    (一)工作原理
    呼吸机是实施机械通气的工具,用以辅助和控制病人的呼吸,改善病人的氧合与通气,减少呼吸肌作功,支持循环功能等及作为呼吸衰竭的治疗等.
    呼吸机必须具备四个基本功能,即向肺充气,吸气向呼气转换,排出肺泡气以及呼气向吸气转换,依次循环往复.因此必须有能提供输送气体的动力,代替人体呼吸肌的工作;能产生一定的呼吸节律,包括呼吸频率和吸呼比,以代替人体呼吸中枢神经支配呼吸节律的功能;能提供合适的潮气量(VT)或分钟通气量(MV),以满足呼吸代谢的需要;供给的气体最好经过加温和湿化,代替人体鼻腔功能,并能供给高于大气中所含的O2量,以提高吸入O2浓度,改善氧合.
    动力源:可用压缩气体作动力(气动)或电机作为动力(电动)呼吸频率及吸呼比亦可利用气动气控,电动电控,气动电控等类型,呼与吸气时相的切换,常于吸气时于呼吸环路内达到预定压力后切换为呼气(定压型)或吸气时达到预定容量后切换为呼气(定容型),不过现代呼吸机都兼有以上两种形式.
    治疗用的呼吸机,常用于病情较复杂较重的病人,要求功能较齐全,可进行各种呼吸模式,以适应病情变化的需要.而麻醉呼吸机主要用于麻醉手术中的病人,病人大多无重大心肺异常,要求的呼吸机,只要可调通气量,呼吸频率及吸呼比者,能行IPPV,基本上就可使用.
    绝大多数较常用麻醉呼吸机系由气囊(或折叠风箱)内外双环气路进行工作,内环气路,气流与病人气道相通,外环气路,气流主用以挤压呼吸囊或风箱,将气囊(或风箱内的新鲜气体压向病人肺泡内,以便进行气体交换,有称驱动气.因其与病人气道不通,可用压缩氧或压缩空气.
三.使用麻醉机应当了解的几个问题
(一)新鲜气体的供给
    麻醉机使用的新鲜气体可由压缩气筒或中心供气系统提供.
    在使用压缩气筒时应严格按操作规程进行,先缓慢地稍稍开启压缩气筒,让气流冲掉可能积聚于出气口处的尘土等异物.选用规格适宜,功能正常的压力表和压力调节器与气筒出气口衔接,两者的接合必须牢固可靠,无漏气.将压力调节器的输出管与麻醉机输入管相联接.在开启气筒阀门前,应先将麻醉机上的所有针型阀门关闭,然后缓缓开启气筒阀门,这样可防止高压气流猛然冲击压力调节器和麻醉机.停用气体时,应先将气筒阀门关紧,待残留余气从麻醉机内全部排尽后,再将麻醉机上的所有阀门关闭,目的是使麻醉机内部不遗留有残气.卸除压力调节器之前,应先将气筒阀门关紧.高压气简只准在与压力调节器连接以后使用,两者连接应紧密,无漏气.
    麻醉机使用的中心供气源,其氧气压必须保持在≥3.5kg/cm2.在中心供气的条件下,还必须备妥压缩氧气筒,以便随时更换使用.应在供气系统的出口部位常规安装压力表,以示中心气源压力水平,如发现压力未能持续恒定在3～4 kg/cm2,必须暂停使用,应更换压缩氧气瓶气源.在更换气源时,必须强调正确的操作规程.在各种气源的主供管路和区域管路上应安装报警系统.主供管路报警系统监测各种医疗气体的中心供应情况和压力变化.在依赖中心供气系统的各治疗区如手术室,麻醉恢复室等,必须设置区域报警系统,当区域供气系统压力低于或高于正常运行压力的20%时,即发出音响和视觉报警.
    中心供气系统不足的原因主要有:输气管道损坏;人为错误将主供管路或区域关闭阀关闭;主供管路压力调节器的调节不合适;在正常维持运行中次供气源发生障碍;压力调节器功能失灵;自动转换装置失灵;管道阻塞(阻塞物常常是安装中遗留的碎屑);接头连接不紧密或存在裂纹;供气管路脱连接;外来设备压迫导致管道扭曲和阻塞等.中心供气系统的各种气体输出管道接头,需要严格遵循直径指数安全系统(DISS)标准,以防误连接造成气体供应错误.
(三)麻醉气体的供给
    除N2O经由流量计控制直接输入环路与O2混合供病人吸入外,其它都由蒸发器所盛麻醉药液挥发后输出该麻醉药蒸汽.并按一定浓度供给病人吸入,故蒸发器可谓麻醉机的核心组成部分,关系到麻醉深浅及病人的安全.
    现代麻醉机的蒸发器采用了一些专门的结构,以排除温度,流量,压力等因素的影响,能精确地稀释麻醉药蒸气的浓度.新鲜气流(O2 和N2O)到达蒸发器时分成两部分,一部分80%的气流从旁路直接通过蒸发器,两者于出口处汇合,其间的比例根据两者的不同阻力而定.浓度控制位于旁路通道或蒸发室出口处.转动浓度转盘后可以引起其间阻力的改变,从而使两者汇合的比例发生变化.这类蒸发器都是为特定的吸入麻醉药设计的,不能混用,称为可变旁路蒸发器.为了保持比较恒定的麻醉药气体浓度,现代蒸发器都具有完善的温度补偿,压力补偿和流量控制等装置.
    地氟醚蒸发器不采用可变旁路的设计,而用电加热并保持39℃恒温,使蒸发室内的地氟醚蒸气压保持200kPa.新鲜气流不进入蒸发室.根据调节钮的开启位置和传感器测得的新鲜气流量的大小,蒸发室自动释放出一定量的地氟醚蒸气,与新鲜气流混合后输出.蒸发器内有两路气流相互独立,新鲜气流流经固定阻力R1时产生回压,称为工作压力,其大小取决于新鲜气流的流量.压差传感器感受R1处的工作压力,启动电子控制的压力调节阀,调节地氟醚蒸气输出的可变阻力R2,使R2处压力调节至相同于R1处的工作压力,再经浓度控制转盘调节后在出口与新鲜气流汇和输出.简而言之,通过电路将地氟醚蒸气调节至与新鲜气流相同的压力,再经刻度转盘调节浓度后输出.新鲜气流增加,工作压力也相应增加.在特定转盘刻度下,在不同新鲜气流时流经气流的比例不变,从而保证蒸发器输出的恒定.
(四)低流量循环紧闭麻醉的呼吸回路
    低流量循环紧闭麻醉具有麻醉平稳,麻醉用药量少,不污染环境,有利于维持气道湿度等优点.但同时对麻醉装置也提出了较高的要求:
    1.麻醉机低压系统和呼吸回路的密闭性能要良好,泄漏不得超过200ml/min.
    2.要具有精准的气体流量计,在低流量情况下,送气亦要精确.
    3.要有高质量的蒸发器,能在流量很低时(200ml/min)也能准确地输出麻醉药浓度.
    4.麻醉呼吸机同样要高质量的,呼吸机送出的潮气量要精确.
    5.二氧化碳吸收罐应有足够的容积,至少容纳500g以上的钠石灰.
    6.呼吸回路以聚乙烯管为好,因其对麻醉药的吸收量小.
(五)安全保障系统
    为了防止麻醉机输出低氧性气体,麻醉机的安全保障系统及使用麻醉机前的安全检查显得格外重要.一般麻醉机对于O2,N2O等不同气源的接口有不同的轴针及口径以防止接错.现代麻醉机还增加其它一些装置(如流量表联动装置,氧比例装置)以控制气体的输出比例.
    即使麻醉机配备了联动装置或氧比例装置,在下述情况中,麻醉机仍将输出低氧性气体,应引起注意.
    (1)气源错误:流量表联动装置和氧比例装置只能感受和调节其内的气体压力和流量,不能识别氧源的真伪.
    (2)联动装置或氧比例装置故障:当装置的某部件损坏,出现故障时,可能发生低氧气体的输出.
    (3)其它气体的加入:目前麻醉机的气体比例装置只限于控制氧化亚氮和氧的比例,并未考虑其它气体的加入.因此,若加入氦,氮或二氧化碳等气体于麻醉气体中,则有可能产生低氧性气体的输出.
    (4)流量表泄漏:玻璃流量管是麻醉机气路部件中较易破损的部位,若存在轻微的裂痕不易被察觉,使输出气流量发生错误而导致缺氧.
    因此,准确测定混合气中麻醉气体的浓度可有效预防意外发生.质谱仪可同时测出混合气体内每种气体的浓度,是目前最先进的气体浓度分析仪,基本原理是呼出或吸入的气体被质谱仪内的电子束轰击下离解成离子,离子经加速和静电聚焦成离子束而后进入磁场,由偏转系统使各种离子分散成弧形轨道,每种离子的轨道半径与各自的电荷/质量比值成正比,质量大的半径大,于是不同种类的离子在空间分散开,形成质谱,再经离子收集器分别测量不同气体离子所带电流.电流量大小与气体离子数(即浓度)成正比.放大后经电子处理系统分析,很快显示出数值(mmHg或%)能同时迅速(<100ms,0%-90%,测出每次呼吸中各种气体浓度,可同时监测O2,N2O,CO2,N2及挥发性麻醉药.
四.麻醉机的的使用
    1.潮气量的设置
    理论上,如系真正完全紧闭式环路,只需补充机体代谢消耗的氧量(4ml/(kg·min))即可.事实上,难免潜在程度不等的漏气,故必须注意使用足够的新鲜气流量.使用麻醉呼吸机时,麻醉与通气两者之间互相影响,由麻醉机提供持续新鲜气流,同时供病人通气和麻醉,其潮气量不单与风箱上下移动度有关,而与许多因素有关.输入环路的潮气量为预设定的风箱上下移动度与吸气相进入环路内的新鲜气流量.正常情况下,因新鲜气流量的改变引起潮气量轻微改变对于成人影响不大,但对小儿则可导致严重后果.因新鲜气流量的增加可能引起小儿过度通气甚至气压伤.麻醉中可通过许多方法评估预置潮气量是否合适,如听诊肺部,观察肺部活动幅度,使用潮气量计,环路内气量计,吸气峰压和CO2监测等.单凭观察风箱移动度容易发生差错.
    2.通气压力和呼吸频率
    间歇正压通气的通气压力正常时应1.47kFa(15cmH20)水平,气道峰压应低于2.94kPa(30cmH20).通气频率8～40次/分钟,可根据病人需要,通气效果及代谢状态进行调整,成人常为10～20次/分钟.使用呼气终末正压通气(PEEP)时,通常于呼气末保持的气道正压为0.49～1.47kPa(5～15cmH20).为选择最佳通气压力,可逐渐增加呼气末正压,并根据治疗反应寻找最佳PEEP值,而且随病情变化及时调整,把其对循环的干扰尽可能减少到最低程度.
麻醉中应用高频通气时,一般选用60～100次/分钟的通气频率即可维持满意的肺部气体交换,但以静脉麻醉为宜.当用吸入麻醉时则对吸入麻醉药的输出有较大影响.
(三)麻醉呼吸机使用中的注意事项
    使用麻醉呼吸机前,需对其性能,参数和附件功能进行严格监测,并定期给予保养,发现异常应及时进行维修.
    呼吸机内设置的解压阀可能出现某些故障,如阀门关闭不严,引导管脱落,活瓣破裂等.阀门关闭不严时,吸气相期间有大量麻醉气体异常地逸入废气清除系统,可导致呼吸机完全失灵.   

    如果解压阀固定在关闭不启位置,则会引起肺气压伤.
    气道压力监测是麻醉呼吸机所必需的,可监测通气功能,了解是否有足够正压;监测肺内或环路内压力变化,特别是吸气峰压的变化,吸气峰压增高常见于气管导管扭曲,气管导管开口于隆突附近或进入支气管,螺纹管受压不通,气道插入过粗的气体采样管等.
    使用容量监测仪可连续监测呼出气潮气量,分钟通气量或同步监测两参数.宜将报警阚值设置在容量稍高或稍低的限值范围.
五.麻醉机使用前安全检查
    麻醉前应对使用的麻醉机进行全面安全检查,这对于预防麻醉意外尤为重要.目前推荐使用1993年美国食品和药品管理局(FDA)发布的麻醉机安全检查程序.这一检查程序应与所使用麻醉机的用户操作手册结合起来并做出必要的修正与补充.麻醉机使用前应确认一些常规监测设备功能正常,如二氧化碳浓度监测,脉搏氧饱和度监测,呼吸回路氧分析仪,呼吸容量监测以及呼吸环路高,低压监测.还要注意麻醉挥发罐麻药液面的检查,其中以氧浓度检测,低压系统的泄漏试验和循环回路试验最为重要.
(一)检查紧急通气装置
    证实备有功能良好的简易通气装置.
(二)检查高压系统
    1.氧气筒供氧
    (1)打开氧气筒开关,证实至少有半筒(压力约为70kg/cm2或1000psi)的氧气量.
    (2)关闭氧气筒开关.
2.检查中心供氧
    检查麻醉机管道已与中心供氧连接,压力表所示压力为3.5kg/cm2或50psi .
(三)检查低压系统
    1.低压系统的初始状态
    (1)关闭流量控制阀和蒸发器.
    (2)检查蒸发器内药液充满水平,关紧蒸发器加药口上的帽盖.
2.检查低压系统的逸漏
    (1)证实机器总开关和流量控制阀已关闭.
    (2)在气体共同出口处接上"负压皮球".
    (3)重复挤压负压皮球直至完全萎陷.
    (4)证实完全萎陷的负压皮球至少保持10秒.
    (5)一次开放一个燕发器,重复上述第(3),(4)项操作.
    (6)卸下负压皮球,接上供给新鲜气体的软管.
    低压系统泄漏试验主要检查流量控制阀到共同输出口之间的完整性.根据低压系统中有无止回阀,泄漏试验的方法有所不同.

    ①无止回阀的麻醉机:如北美Drager 的麻醉机及大多数国产麻醉机.正压试验只能用于无止回阀的麻醉机的检查.而负压试验既可用于带止回阀的麻醉机,也可用于无止回阀的麻醉机.正压试验操作简便,但灵敏度稍差,常不能检测出90%.
    氧浓度监测是评估麻醉机低压系统功能是否完好的最佳装置和方法,用于监测流量阀以后的气体浓度的变化.能预防氧比例系统局限性的情况中所造成的低氧的发生.
2.检查呼吸环路的初始状态
    (1)将转向开关转向手控(贮气囊)通气模式.
    (2)证实呼吸环路完好无损,无阻塞.
    (3)证实CO2吸收器内已装满吸收性能良好的钠石灰.
    (4)装上呼吸环路所需要的辅助部件.
3.检查呼吸环路有无漏气
    (1)关闭所有气体流量表至"零"(或最低).
    (2)关闭逸气活瓣(APL)和堵闭Y接管.
    (3)用快速充氧加压呼吸环路至30cmH2O.
    (4)肯定压力维持在30 cmH2O至少10秒.
    (5)打开逸气活瓣(APL)降低环路内压力之正常.
(六)检查手控和自动机械通气系统和单向阀
    在Y形接管上接上另一个呼吸囊.
    调整合适的通气参数.
    氧流量升至250mI/min,其他气流关闭至"零".
    转向开关转向自动通气模式.
    启动呼吸机,快速充氧至折叠囊和呼吸皮囊内.
    证实吸气相折叠囊能输出正确的潮气量,呼气时折叠囊能完全充满.
    检查容量监测仪指示容量与通气参数能否保持一致.
    检查单向阀工作是否正常.
    测试呼吸环路各附件,保证功能正常.
    关闭呼吸机,将开关转向手控通气.
    继续进行手控通气,确定模拟肺的充气与排气,顺应性感觉恰如其分.
    测毕从Y形接管上卸下呼吸囊.
(七)检查所有监护仪的定标及其报警上下界限
    氧浓度监护仪.
    脉搏氧饱和度监护仪.
    CO2浓度监护仪.
    通气量监护仪(肺量计).
    气道压监护仪.
(八)最后检查机器的最终状态
    APL阀开放.
    蒸发器关闭.
    转向开关处于手控位.
    所有流量计位于零(或最小量).
    确认吸引病人分泌物的吸引器吸引力已足够.
    呼吸环路立即可用.
    总之,麻醉机工作正常与否,直接关系到麻醉的安全和质量,要么麻药泄露,麻醉过浅,要么麻醉过量,要么通气不足,要么过度通气,要么对病人造成气道压伤等多种问题,在麻醉前花点时间检查一下麻醉机非常有必要,不要因为我们怕麻烦,忽视了麻醉机的检查给病人造成不必要的伤害,如果使用工作不正常的麻醉机出现状况问题责任在我们,故此呼吁大家重视麻醉机的安全检查.