麻醉通气系统的结构和原理

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1、麻醉通气系统的结构和原理 【摘要】麻醉通气系统是麻醉机与患者相连接的联合气路装置，对麻醉机的临床呼吸麻醉和呼吸管理起着至关重要的作用。选择不同的通气系统，患者吸入混合气体浓度可受到不同程度的影响。麻醉期间利用不同的通气系统来管理呼吸、调节吸入麻醉药浓度和剂量是临床麻醉工作的基本知识。麻醉通气系统作为麻醉机必不可少的主要组成部分，其结构、原理的合理性，组成部件的可靠性与先进性将直接推动麻醉领域和呼吸治疗领域的发展。 【关键词】麻醉通气系统；开放系统；半开放系统；循环系统；重复吸入；新鲜气流 麻醉通气系统是麻醉机与患者相连接的联合气路装置1，作为麻醉机的重要组成部分，对麻醉机的临床呼吸麻醉和呼吸管

2、理起着至关重要的作用。现代麻醉机可以准确地预知麻醉机输出的混合气体的成分及含量，但因选择不同的通气系统或用法不同，患者吸入混合气体浓度可受到不同程度的影响。麻醉期间利用不同的通气系统来管理呼吸、调节吸入麻醉药浓度和剂量是临床麻醉工作的基础。因此，麻醉机操作人员应对各种通气系统的结构、性能及原理熟悉了解。 完整的麻醉通气系统具有5个功能：接受并储存来自麻醉主机的新鲜气流；向患者提供吸入气体；处理患者的呼出气体；提供自主通气和控制通气条件；为有关的仪器仪表提供监测信息。 麻醉通气系统的划分国际上还没有一个统一的标准。本文将麻醉通气系统划分为三大类：开放系统、半开放系统、循环系统。划分的依据是根据系

3、统有没有重复吸入和CO2吸收装置。开放系统：没有重复吸入，没有CO2吸收装置；半开放系统：部分重复吸入，没有CO2吸收装置；循环系统：全部或部分重复吸入，有CO2吸收装置。 1开放系统 典型的开放系统是无重复吸入活瓣，结构如图1所示。 图1无重复吸入活瓣 该系统对控制呼吸和自主呼吸都适用，要求新鲜气流量等于患者每分钟通气量。控制呼吸时，吸气期，手挤贮气囊，活瓣右移，左门打开，右门关闭，患者吸气；呼气期，松开贮气囊，活瓣在弹簧的作用下左移，左门关闭，右门打开，新鲜气体进入贮气囊，患者呼出气体排入空气。自主呼吸时，吸气期、呼气期活瓣的移动和控制呼吸一样。特别注意自主呼吸时要将新鲜气流量调至吸气开始

4、时保持贮气囊3/4充盈，既要避免贮气囊全膨满，也不宜新鲜气流量过低。气流过大，活瓣可在吸气位突然锁住，堵塞呼气，造成系统内压力增高。 另外，还有一些无重复吸入活瓣回路，也可属于开放系统，常见的如鱼嘴阀，其结构和原理见图2。 开放系统的优点是直接将新鲜气体送入患者气道，呼出气体排至空气中；因此，新鲜气体流量较低，吸入气和全麻醉药浓度调节迅速，结构简单。缺点是呼出气体排入空气，污染手术室，对于前面一个无重复吸入活瓣，使用不易掌握，不是贮气囊充气过涨，就是贮气囊贮气不足，新鲜气流量过大，活瓣堵塞患者排气口，大量气体冲入气道可导致气胸。 2半开放系统 属于无CO2吸收装置的CO2冲洗气路，重复呼吸的程

5、度取决于新鲜气流量的大小。典型的半开放系统是Mapleson通气系统。Mapleson通气系统分为a、b、c、d、e、f六类1。 其中，具有实际使用意义的是a、d系统。现分别对a、d二系统的功能进行分析，其余系统的功能分析方法相同。 2.1Maplesona系统 2.1.1自主呼吸过程分析见图4。 呼气期，呼出气和新鲜气一起进入贮气囊，当贮气囊充满后压力排气阀打开。如新鲜气流量较高，则患者呼出气完全排除。吸气期，排气阀始终关闭。如新鲜气流量较高，则患者无明显重复吸入。新鲜气流量不低于每分钟通气量的70%即可满足要求，重复吸入很少，排除CO2效果好，效率高。 2.1.2控制呼吸过程分析见图5。呼

6、气期，对应贮气囊放松状态，系统内保持低压状态，排气阀始终关闭，无气体排出，患者呼出气(包括无效腔气及肺泡气)全部停留在螺纹管中，如患者潮气量大，一部分呼出气甚至流入贮气囊内。吸气期，挤压贮气囊，系统内压力升高，排气阀打开。吸气早期，在管道内压力上升至足以使排气阀打开之前，滞留在螺纹管内的患者呼出气随新鲜气体一起就已进入患者呼吸道，被重复吸入，待排气阀打开后，则一部分呼出气随新鲜气一起进入肺内，一部分呼出气随新鲜气从排气阀排出。从以上分析可知，a系统用于控制呼吸，重复吸入严重，一部分新鲜气被排除，效率低。只有新鲜气流量3倍每分钟通气量时，CO2重复吸入才能在允许范围内。 所以Magilla系统只

7、用于自主呼吸，自主呼吸时排除CO2效果最好。 2.2Maplesonb系统 2.2.1自主呼吸过程分析见图6。 图6Maplesonb系统自主呼吸功能分析 呼气期，患者呼出气体与新鲜气体混合，一起流入螺纹管，流向远端的排气阀，进入贮气囊。贮气囊充满后，排气阀打开，混合气体由排气阀排出，至呼吸结束，仍留存一部分呼出气。吸气期，排气阀关闭，患者吸入新鲜气体及留存在螺纹管内的呼出气与新鲜气的混合气体，重复吸入比a系统严重，效率比a系统低。新鲜气流量是每分钟通气量的2至3倍，才能使PaCO2维持正常水平。新鲜气流量越大，浪费也越大，效率就越低。或用公式计算所需新鲜气流量，成人为100ml/（minkg

8、）。因此，b系统自主呼吸重复吸入严重，效率低。 2.2.2控制呼吸过程分析见图7。 首先必须旋紧排气活瓣，否则不能加压通气，不能形成吸气期。 图7Maplesonb系统控制呼吸功能分析 呼气期，患者呼出气体流进入螺纹管，同时新鲜气体也进入螺纹管，在呼气中止期新鲜气流持续流入螺纹管，推动前面的气体流向远端的排气阀和贮气囊。排气阀在呼气期始终关闭。吸气期，挤压贮气囊，由于新鲜气入口靠近患者端，所以新鲜气体可就近首先流入患者呼吸道，同时由于系统内压力升高，排气阀打开，系统内患者的呼出气、无效腔气、新鲜气和系统内原存有的气体混合而成的新的混合气体，在贮气囊和新鲜气体双重推动下，从排气阀排出。重复吸入少

9、，通气效率高。 因此，半开放系统使用时排出患者呼出的CO2是依靠新鲜气流来冲洗的。优点：结构简单，阻力小，死腔小，不用钠石灰，无体热滞留。缺点：消耗新鲜气流量大，患者呼吸道干燥，功能单一，使用时需公式计算等。 3循环系统 3.1系统基本构成新鲜气体入口、CO2吸收器、吸气活瓣、呼气活瓣、贮气囊、APL阀、吸气波纹管、呼气波纹管、三通接头、面罩、压力表等。以上各部件按顺序组成环路，组成应遵循以下原则：单向活瓣必须位于患者和贮气囊之间，贮气囊在环流系统的吸气管和呼气管之间（远离患者端）；新鲜气体入口不应放在患者和排气活瓣之间的环流系统上；排气活瓣不应放在患者和呼气活瓣之间的环流系统上1。图8为常见

10、的循环系统结构气路图。 图8循环系统结构气路图 3.2循环系统有2种工作状态紧闭和半紧闭状态。APL阀关闭为紧闭状态，系统内压力不可卸，APL阀打开为半紧闭状态，系统内压力高于APL预设压力时向外卸压。之前人们通常将循环系统的2个工作状态划分为麻醉通气系统的2个系统：紧闭系统和半紧闭系统，这样划分的2个系统，其结构完全一样，APL阀关闭为紧闭系统，APL阀打开为半紧闭系统，2个系统实际上就是APL阀所处的2种状态，因此这种划分是不恰当的。 3.3循环系统的工作气路呼气期，患者呼出气经呼气螺纹管、呼气活瓣与逆行的新鲜气流在贮气囊内混合，一旦贮气囊充满，环流系统内压力升高至APL阀打开（注意，此时

11、为系统的半紧闭状态，紧闭状态APL阀永远打不开），一部分呼出气体经排气阀排出。逆行的新鲜气流可加速呼出气的排出。吸气期，一部分呼出气体经CO2吸收器排除CO2后，又随新鲜气流一起被吸入。 循环系统的优点：吸入麻醉药浓度和含量较稳定，保持呼吸道湿度和热量，残余气体可用管道通至手术室外，减少手术室的污染。不足之处：增加呼吸阻力，环流系统内吸入全麻药浓度变化缓慢，新鲜气流量低于1.2L/min时，吸入氧浓度不稳定。 麻醉初期手动挤压贮气囊时，APL阀关闭，系统处于紧闭工作状态，由于新鲜气体大于患者实际耗气量，系统内压力会越来越高，压力过高时应及时将APL阀打开，系统转为半紧闭工作状态以卸压，压力降低

12、后再关闭APL阀转为全紧闭状态，手动期间重复以上操作。当启动麻醉通气机时，麻醉机进入自动状态，APL阀必须关闭，系统内压力过高时会从麻醉通气机风箱的多余气体排放阀卸压，以保证循环系统不会造成对患者的气压伤。 新鲜气体入口连接麻醉机主机共同气体出口。 CO2吸收器中装填的吸收剂通常是碱石灰，碱石灰主要由5%的NaOH和95的Ca（OH）2组成，利用碱石灰与CO2起化学反应，以清除患者呼出气体中的CO2。 呼吸活瓣主要作用是控制系统内气体单向流动，保证吸气气流和呼出气流分路，是呼吸功能正常进行的关键部件之一。 螺纹管、贮气囊和面罩都是橡胶或塑料制品，是麻醉机中的易损件，连接接口按国际统一标准，都是

13、22mm、锥度140的内锥。贮气囊的主要作用是辅助或控制呼吸，缓冲新鲜气流，便于观察患者的呼吸，便于麻醉气体和氧的充分混合，可使萎缩肺膨胀。在选用这些部件时应特别注意橡胶/气的分配系数，防止对选用的吸入麻醉药的吸附作用。 三通接头连接患者端同时应采用2种国际标准，22mm、锥度140的外锥和15mm、锥度140的内锥。 压力表显示循环系统内的压力。 以上3种通气系统各有其优缺点，在选用上应根据具体情况决定。我国目前麻醉机的通气系统普遍采用循环系统。随着科学技术的不断进步，麻醉机整体水平也在不断的发展提高，麻醉通气系统作为麻醉机必不可少的主要组成部分，其结构、原理的合理性，组成部件的可靠性与先进性将直接推动麻醉领域和呼吸治疗领域的发展。 【参考文献】 1郑方，范从源.麻醉设备学M.北京：人民卫生出版社，2005：66-71.