1、发展历程现代呼吸机的发展，最早始于 1915 年哥本哈根的 Mol-gaard 和 Lund，以及 1916 年，斯德哥尔摩的外科医师 Giertz。可惜他们的成就缺乏资料记载，仅见于科学通讯报道。 1934 年 Frenkner 研制出第一台气动限压呼吸机-“Spiropulsator”，它的气源来自钢筒，气体经两只减压阀，产生 50cm 水柱的压力。呼气时通过平衡器取得足够的气流，吸气时间由开关来控制，气流经吸入管入肺，当内压力升至预计要求时，阀门关闭，呼吸停止。1940 年，Frenkner 和 Crafoord 合作，在“Spiropulsator” 的基础上进行改进，使之能与环丙烷同
2、时使用，成为第一台麻醉呼吸机。1942 年美国工程师 Bennett 发明一种采用按需阀的供氧装置，供高空飞行使用。以后由加以改进，于 1948 年研制成功间歇正压呼吸机 TV-2P，以治疗急、慢性呼吸衰竭。1951 年瑞典的 Engstrom Medical 公司生产出第一台定容呼吸机 Engstrom100 取代了当时的“铁肺” ，救治了大量的由流行性小儿麻痹引起的呼吸衰竭病人。许多工程师、医师等投入呼吸机的研究，欧洲各国纷纷生产出代表呼吸机达到 10 种类型。50 年代开始，由于心脏外科的发展越来越多的医师认识到机械呼吸的优点。1955 年Jefferson 呼吸机是美国市场上首先使用最
3、广的呼吸机之一。此外，还有Morch、Stephenson 、Bennett 和鸟牌呼吸机等四种类型。进入 60 年代，呼吸机的应用更为广泛，1964 年 Emerson 的术后呼吸机，是一台电动控制呼吸机，呼吸时间能随意调节，是一台电子线路的呼吸机，配备压缩空气泵，各种功能均由电子调节，根本改变过去呼吸机纯属简单的机械运动的时代，而跨入精密的电子时代。1970 年利用射流原理的射流控制的气动呼吸机研制成功，是以气流控制的呼吸机。全部传感器、逻辑元件、放大器和调节功能都是采用射流原理，而无任何活动的部件，但具有与电路相同的效应。80 年代以来计算机技术的迅猛发展，使新一代多功能电脑型呼吸机具备
4、了以往不可能实现的功能，如监测、报警、记录等。进入 90 年代，呼吸机不断向智能化发展，计算机技术的应用使呼吸机的性能更臻完善。我国呼吸机的研制起步较晚，1958 年在上海制成钟罩式正负压呼吸机。1971 年制成电动时间切换定容呼吸机。分类（一）按照压力方式及作用（1）体外式负压呼吸机：如早期的铁肺、胸盔式呼吸机等；（2）直接作用于气道的正压呼吸机：现代呼吸机均为此种类型。 （二）按照动力来源（1）气动呼吸机； （2）电动呼吸机； （3）电控、气动呼吸机。 （三）按照吸气向呼气的切换方式 （1）压力切换型； （2）容积切换型； （3）时间切换型； （4）流速切换型； （5）联合切换型。 （四）
5、按通气频率的高低 （1）常规频率呼吸机：目前常用的呼吸机多为此种类型； （2）高频喷射呼吸机：可控制频率在 120Hz； （3）高频震荡呼吸机：频率在 50Hz 以上。 （五）按应用对象 （1）成人呼吸机； （2）小儿呼吸机； （3）成人小儿兼用呼吸机。 （六）按呼气向吸气转化的方式 （1）控制型； （2）辅助型或同步型； （3）混合型多功能呼吸机。 （七）按呼吸机的复杂程度 （1）简易呼吸机：早期的呼吸机及应急用呼吸机多为此种类型； （2）多功能呼吸机； （3）麻醉用呼吸机； （4）智能化呼吸机。 （八）按驱动气体回路 （1）直接驱动呼吸机（单回路） ； （2）间接驱动呼吸机（双回路） 。功
6、能呼吸机是一个肺通气装置（Lungventilator） ，因为它只能起到将气体送到肺内和排出肺外的作用，而并没有参与呼吸的全过程，它并不能代替肺的全部功能（指换气功能） 。所以有人认为将其称之为通气机更为确切，我们所谈到的呼吸机的功能实际上是指它的通气功能。呼吸机的功能可分为几大类：主要功能、次要功能、特殊功能、辅助功能。（一）主要功能 （1）调节通气气压或通气容积：定压型呼吸机优先设定压力，通气量决定于通气压力的大小，而定容型呼吸机优先设定通气量，通气压力的大小决定于通气量的大小。现在较高档的多功能呼吸机两种功能兼而有之，但因定压型呼吸机在机械通气时，气道内压力保持恒定，而其通气量与肺顺应
7、性成正比，当呼吸道有分泌物或气道痉挛致阻力增大，以及肺有实变或纤维增生顺应性不良时，其通气量不够恒定，掌握比较困难，现已逐步被淘汰。 （2）调节呼吸频率或呼吸周期：大多数呼吸机可直接设定通气频率，但也有的呼吸机则通过设定通气周期来达到改变通气频率的目的。通气周期指完成一次吸气、呼气加静止期所需要的时间总和，如设定通气周期为 3s，则每分钟呼吸频率为 20 次。目前有些高档呼吸机的呼吸频率可以调节得很快，达 1003000 次min ，远远高于人的正常呼吸频率，这种功能可以应付一些特殊情况，如气管插管困难、做支气管镜检查、人工气道严重漏气、肺叶切除术后及气胸病人等。 （3）调节吸呼比值：机械通气
8、时的吸呼比值取决于三个因素，即通气频率、通气容积（或压力） 、吸气流速，在设定通气频率及通气容积的前提下，可通过调节吸气流速来改变吸呼比值。比较特殊的例子象反比通气（IRV） ，即吸气时间长于呼气时间，它适用于肺硬化或纤维化病人。 （4）调节辅助通气的灵敏度：敏感度的高低通常取决于吸气时回路中负压的大小，所以设定的负压越大则敏感度越低，反之则越高。成人辅助通气的敏感度应 03cm 水柱之间进行调节。 （二）次要功能 （1）调节吸入气体中的氧浓度：用空气氧混合器将 100的纯氧和压缩空气进行混合，可将吸入氧浓度调至 21100，该装置所调的氧浓度恒定，多用于间接驱动呼吸机；而直接驱动呼吸机多用文
9、丘里装置，即用纯氧射流的速度，将周围的空气吸入，以降低氧浓度，但所调的氧浓度不恒定，必须有氧浓度的直接监测手段，以防氧中毒。 （2）对吸入气体进行加湿、加温：大多数的呼吸机采用热湿化器将水加温后产生蒸汽，混进吸入气中，混入吸入气体中，同时起到加温加热的作用，一般调节温度为 3235。但也有的呼吸机不具备加温功能。 （三）特殊功能 （1）呼气末正压（PEEP）：此功能可对小气道及肺泡起到顶托作用，使内压在呼气末仍保持在高于大气压的水平，防止小气道及肺泡的萎陷，并能使功能残气量增加，肺顺应性增加，从而改善了肺的弥漫功能。多用于 ARDS（急性呼吸窘迫综合症）患者及肺不张患者。 （2）持续气道正压（
10、CPAP）：其作用与 PEEP 相似，可防止和逆转小气道的闭合及肺泡萎陷，使胸内压增加，吸气省力，自觉舒服。 （3）压力支持（PSV）：这是一种辅助通气压力功能，即患者先触发通气，呼吸机在呼气时给患者一定水平的正压支持，以减少患者吸气时的作功，有利于呼吸肌功能的恢复，患者易于接受。可使呼吸频率减慢，是撤离呼吸机的一种手段。 （4）叹息功能（SIGH）：此功能仅用于长时间间歇正压通气（IPPV ）时，可使肺泡充分扩张，但容易造成气压伤，对有肺大泡的患者应慎用。 （5）间歇强制通气（IMV）和同步间歇强制通气（SIMV ）：可以使自主呼吸和 IPPV 有机结合，保证病人的有效通气量，呼衰早期病人易
11、于接受 SIMV，无人机对抗。和 CPAP 同用，治疗ARDS。这两项功能一般用于自主呼吸较好的患者，多用于脱机之前。 （6）分钟指令性通气（MMV）：该功能保证每分钟通气量，如自主通气量低于设定指，不足部分则由呼吸机自动补给，如自主通气量大于设定值或等于设定值，则呼吸机自动停止气体供给。最适用于自主呼吸不稳定的患者。 （7）呼吸机代替通气（BUV）：呼吸机运转时，如其自检系统发现系统性错误或呼吸机电源电压低于额定电压的 90即会自动转为 BUV。呼吸机替代通气条件由呼吸机厂方预先设定，在转为呼吸机替代通气时，呼吸机自动按所设定的条件进行通气。 （8）分隔肺通气（DLV、ILV ）：用双腔插管
12、将两肺分隔开，给予不同形式的通气，称为分隔肺通气。主要用于一侧肺有严重肺大泡或肺脓疡患者，而另一侧肺正常的病人，也多用于开胸手术中。 （9）双水平气道正压通气（BiPAP）：分别调节两个压力水平和时间，两个压力均为压力控制，气流速度可变。这是一种较新的通气方式，开发的前景较大。 （10）安全活瓣打开（SVO）：当电源中断或呼吸机发现严重错误时，安全活瓣自动打开，病人仍可呼吸空气。 （四）辅助功能 （1）监测功能：现代呼吸机有较完备的监测功能，除进行呼吸机频率、潮气量、气道压力等呼吸机基本通气功能监测外，还可以进行血氧饱和度、气道阻力、肺顺应性以及肺活量等方面的监测。使医务人员能比较及时地掌握呼
13、吸机的工作状况和病人的病情变化。 （2）报警功能：多功能呼吸机采用光学与声学相结合的方法进行报警，报警的内容一般包括电源、气源状况，呼吸频率，潮气量；气道压力，温度、呼吸比值等。 （3）记录功能：高档多功能呼吸机还具有记录功能，可直接与打印机连接，能回顾并打印过去 12h 内机械通气的重要参数、波形、趋势图及图表等，并可与监护系统相联以储存显示并记录临床资料。呼吸机是临床抢救和治疗各种原因引起的呼吸衰竭的不可缺少的重要工具，其发明和改进可以说是人类同疾病作斗争的结果。随着对呼吸生理认识的逐步深入和全面，以及相关的物理技术的引进，越来越多的新型呼吸机不断问世，出现各种新的通气模式和技术，给呼吸机
14、的临床应用提供了更为广阔的前景。一、 呼吸机的萌芽人工呼吸的历史可溯源至史前时代，但呼吸机的雏型于公元 15 世纪文艺复兴时代之后才诞生。1543 年，Vesalius 首次对猪进行气管切开并置入气管导管成功，进而证实通过气管导管施以正压能使动物的肺膨胀。1667 年，Hooke 在狗身上成功重复了这一实验并首次应用风箱技术成功地进行了正压通气。1792 年，Curry 首次在人身上成功进行了所管插管，此后，这种简单的由手动进行人工通气的风箱技术在欧洲较广泛地被用于溺水者的复苏。但由于该技术极其粗糙并且缺乏应用经验，致使应用后并发症多，成功率低。二、 近代呼吸机自 19 世纪中叶至 20 世纪
15、初，人们为了避免早期的有创人工通气而在体外负压技术领域进行了广泛的研究。1832 年 Dalziel 设计出一个密封的风箱装置，通过箱内的压力变化而进行通气。但由于这种箱式负压通气机需人工提供动力，因而其发展和应用大为受限。至 20 世纪初，随着电力的广泛应用，体外负压通气技术的研究和发展得以空前发展。1928 年 10 月，Drinker和 Shaw 用他们研制的一台被世人称为“铁肺“ 的箱式体外负压通气机治疗一个因脊髓灰质炎呼吸衷竭而昏迷的 8 岁女孩获得成功，从而开创了机械通气史上的一个里程碑。在 30 至 40 年代欧美脊髓灰质炎大流行时，铁肺、双人铁肺、胸甲式和带式等体个负压通气机大
16、量应用于临床，尽管取得了一些效果，但其固有的缺陷暴露无遗：一是疗效极低，其治疗呼吸衷竭的总死亡率高达 80%，对战伤所致的急性呼吸窘迫综合征（ ARDS）的治疗未获成功；二是气道管理困难，气道分泌物难以排出；三是不能应用于外科手术麻醉中。三、 早期现代呼吸机事实上，正压通气自能建立人工气道始就已引起部分学者（主要是外科和麻醉学科领域）的兴趣。19 世纪末 20 世纪初，由于人工气道技术的完善和喉镜直视下气管插管方法的建立，正压通气方法在外科和麻醉学科领域得到较为迅猛的发展。1940 年第一台间歇正压通气（IPPV）麻醉机（apiropulsator）被发明并应用于胸外科手术患者和战伤 ARDS
17、 的抢救中，获得成功。1946 年，美国 Bennett 公司研制出第一台初具现代呼吸机基本结构的间歇正压呼吸机并应用于临床。自此气控-气动压力限制型呼吸机一度成为正压通气机的主流形式。这一时期的主要代表机型为 Bennet PR-1A 和 Bird mark VII 等，属于现代第一代呼吸机。但在临床实践中发现这类正压呼吸机常常不能保证有效的潮气量。为弥补这一不足，设计者们首先开发了容量监测功能装置，然后开始探索研制容量限制型呼吸机。1950 年，瑞典的 Engstrom 研制出世界上第一台容量转换型呼吸机，标志着第二代现代呼吸机的诞生。自此，正压通气技术达到了一个新的水平。这些早期的现代呼
18、吸机采用的是活塞、风箱等气控、气动机械性技术，灵敏性不高，监测功能不完善。至 60 至 70 年代，随着物理学的发展，电子技术被引进到呼吸机的设计中，气动能源实现了电子设备控制；由电位计所控制的容量压力监测系统和报警系统亦被开发出来，这些都大大方便了临床实践。这类由电子设备控制的第二代呼吸机具有代表性的主要有 Bennett MA、Engstrom 200 和 Servo 900 等型呼吸机。这一时期，随着大量临床经验的积累和研究，一些新的机械通气观念和技术得以发展和应用，如呼气末正压（PEEP） 、持续气道正压（CPAP） 、间歇指令通气（IMV） 、同步间歇指令通气（ SIMV）和 T 型
19、管技术。四、 第三代现代呼吸机自 80 年代以来，随着人们对呼吸生理的深入了解，新的设计思想（如流体控制原理）的采用，以及电子计算机技术的引进，设计者们研制出多种第三代新型呼吸机。它们的功能齐全，性能先进，可靠耐用，集定压定容于一体，兼容多种新的大有前途的通气模式，部分机型还具备智能化功能。其特点具体表现在：A.活塞风箱和机械性活瓣应用减少，代之以电子模拟装置，重要部件具有双重性结构，故障发生率低，安全可靠。B.附属加温加湿功能更加充分，部分机型还带有气道雾化给药装置。C.吸入氧浓度的调节更加灵活，随意性更大。 D.辅助通气的功能元件灵敏度提高，反应时间缩短，多不超过 150ms；开发出流速触
20、发时的阻力和呼吸功消耗，使自主呼吸更易与呼吸机协调同步。E.增加了吸气流速波型变化、吸气暂停、深吸气等有益的特殊功能。F.开发出多种新的通气模式，其中部分模式具有智能化功能，如压力支持通气（PSV） 、压力调节容积控制通气（PRVCV） 、容积支持通气（ VSV） 、压力释放通气（PRV） 、双相气道正压通气（BiPAP） 、适应性支持通气（adaptive support ventilation，ASV） 、适应性压力通气（adaptive pressure ventilation，APV）和容积保障压力支持通气（VAPSV）等，其共同特点是较以往辅助通气模式更加接近生理状态。G.监测、警报系统更加完善，应用了自动反馈调节系统和自动较正系统，使调节更加简单，增加了安全性。部分机型还具有相应的通讯接口，可连接计算机和监护仪，为临床提供更多的资料和数据。H.一机多能，同一型号呼吸机既适用于成人又可用于儿童，集压力、容积、时间及流速切换于一身，扩大了应用者的选择范围。这一类呼吸机的代表机型有 Servo900c, Servo 300, Newport E-200, Bennett 7200 和7200ae，Engstrom Elrira 和 Hamilton Galileo 等型呼吸机。
