呼吸麻醉机的工作原理

Struggle

一）蒸发器
        绝大部分吸入性全身麻醉药物都是常温、常压下的可挥发性液体。这类液体药物必须转变成气体后才能在临床上应用。这就需要用蒸发器将液体药物进行蒸发，使其变成可使用的气体麻醉药。气体麻醉药便于随着呼吸而进入到人体内，实现全身麻醉的目的和效果。
        根据物质运动的原理，构成液态物质的分子由于内能的存在，每时每刻作无规则的相互碰撞运动。随着温度的升高，分子内能增加，碰撞的次数和分子的运动速度都会增加。当某些分子的内能增加到足以克服分子间的相互引力时，构成液态物质的分子就会脱离液态物质的约束而形成气态物质。这种过程被称为液体的汽化过程。在密闭的容器内，液体物质的汽化并不是无限制的进行下去的。它要受到容器内的压力和温度的双重影响和制约。
        当温度一定时，随着液体物质的不断汽化，气体分子数的不断增多，在容器内就会产生一个随分子数目增多而增加的压力。当液体内的分子在容器内压力的作用下，它的内能不足以克服这个压力时，液体内的液态分子就不能变成气体分子，从而达到相对平衡状态。即气体分子浓度相对平衡。这时的温度叫做饱和蒸发温度；压力叫饱和蒸汽压力。
        当压力一定时，随着液体物质的不断汽化，药液的温度会逐渐降低，蒸发速度变慢。当降到一定程度时，温度也会不足以支持液体的汽化。使气体分子浓度相对平衡。
当压力和温度这两个条件中任一条件改变时，其蒸发过程又会进行，直到达到新的平衡。
        蒸发器一般分为两大类；一类叫做液面蒸发器；另一类叫做特定药物用蒸发器。液面蒸发器是在盛有挥发性麻醉药的容器上方空间到蒸发室通过一定量的气体，一般是氧气和笑气的混合体，也叫载体。当这部分气体流过蒸发室时，就会变成含有饱和麻醉药蒸汽的气体，形成临床上所需要的安全浓度的麻醉气体。
液面蒸发器又分下面几种：
1、鼓泡型蒸发器
        这种蒸发器是通过一个浓度调整旋钮改变麻醉气体的浓度。其工作原理是：气体通过导管3达到铜盘4，铜盘上有许多小孔，当气体从小孔冒出时，就使药液产生大量的气泡，从而将饱和麻醉气体带出。随着麻醉药液的不断蒸发，液体温度会随之降低，使蒸发速度变慢。即鼓泡型蒸发器的麻醉气体浓度不易控制（图2-3-3）。

         这种蒸发器是通过一个浓度调整旋钮改变麻醉气体的浓度。其工作原理是：气体通过导管3达到铜盘4，铜盘上有许多小孔，当气体从小孔冒出时，就使药液产生大量的气泡，从而将饱和麻醉气体带出。随着麻醉药液的不断蒸发，液体温度会随之降低，使蒸发速度变慢。即鼓泡型蒸发器的麻醉气体浓度不易控制（图2-3-3）。
2、抽吸型蒸发器
        抽吸型蒸发器是乙醚蒸发器，它是将棉纱线制成的芯子浸泡在乙醚液中，通过棉芯的虹吸原理，使麻醉液面上方保持一定浓度的蒸汽。开启调节开关，通过很小的气体，就能将乙醚蒸汽带给病人。棉芯的面积越大其蒸发越好，通过气体带出的蒸汽浓度就越高。它和鼓泡型蒸发器一样，随着药液的不断蒸发，周围温度降低，麻醉气体浓度较难控制（图2-3-4）。

3、间接热源型蒸发器
        这种蒸发器是利用铜的高比热和良好的传热特性，吸收环境中的热量来供给药液进行蒸发。目前应用较为普遍的是温度-气流量补偿型蒸发器，如图2-3-5所示。它的工作原理是：载气流3通过由青铜制成的细孔圆盘1时喷出汽泡，在液面上形成大量的麻醉蒸汽，经导气管4导出，与主气流混合形成稳定浓度的麻醉气体送给病人。
        由于药液的不断蒸发使环境温度降低时，通过两种不同热膨胀系数制成的青铜盘将自动调整进入药液气体流量的大小，使输出麻醉气体的浓度得以稳定。
（二）C02吸收器
        C02吸收器主要用在紧闭式麻醉循环中，用来确保CO2气体的重复性吸入。防止病人的CO2蓄积。一般采用来回式和循环式两种吸收形式。其结构多为圆形，由透明塑料制成。按病人不同的年龄，吸收器的容积以（1200～2400）ml不等。吸收器内装有4～8筛目的钠石灰（300～2200）g，气体间隙在（200～2000）ml。目前广泛应用的是大容量2L的钠石灰吸收罐。它分为上下两个串联使用。当上层的钠石灰变色后（一般为粉红色），上下层更换使用。在使用钠石灰时，一定要将其粉末筛净，以免使病人吸入肺中。另外，在装罐时，一定要将吸收罐装满，尽量减少机械死腔，以便使对CO2的吸收充分彻底。
（三）氧失效保护阀
        在吸入性全身麻醉的过程中，氧气是病人各组织细胞以及大脑的营养成份。尤其是在麻醉过程中，氧气对病人尤为重要。如果缺少氧气，病人就会出现药物中毒，甚至窒息而死。故此，在吸入性紧闭循环过程中，必须装备有氧失效保护装置。一旦没有氧气，其它气体将自动关闭防止发生危险。一种氧气失效保护装置的结构如图2-3-6（a）所示。当没有氧气时，由于活塞没有受到任何压力，不足以克服平衡弹簧的弹力使阀门顶针打开使N2O笑气通过；当有氧气时，由于活塞受到氧气压力的作用，克服了平衡弹簧的弹力使顶针打开，笑气通过顶针到达循环回路，如图2-3-6（b）。
（四）减压阀

        目前使用的减压阀都是间接减压阀，它将高压气瓶内的15MPa的压力经减压阀调至0.3MPa左右的恒压，供麻醉机使用。其结构如图2-3-7所示。
        其工作原理是：从高压气瓶2来的气体进入高压腔，通过调节螺杆4将弹簧的弹力通过薄膜6传递给活门10，将门打开一个细小的间隙，使压力降下来，然后送到低压腔8输出。

气源
呼吸环路系统
蒸发器
麻醉呼吸器
( 一 ) 气源
　　主要指供给氧气和氧化亚氮 (N 2 O) 的储气设备，有钢瓶装压缩氧气和液态氧化亚氮，或中心供气源。经过压力调节器将压力减至 343~392kPa (3.5~4kgf/cm 2 ) 后，供给麻醉机使用。通过气体流量计调节新鲜气流量。为使呼吸囊能快速充气，设有快速充氧阀。
( 二 ) 蒸发器
　　蒸发器 (vaporizer) 为能有效地将挥发性麻醉药液蒸发为气体 , 并能精确地调节麻醉药蒸气输出浓度的装置。蒸发器具有药物专用性 , 如恩氟烷蒸发器、异氟烷蒸发器等。蒸发器多放置在呼吸环路之外，有独立的旁路供气系统。当开启挥发器时，旁路气流经过蒸发室，并携带麻醉药蒸气与主气流混合后进入环路，使吸入浓度更为稳定。但快速充气时，因其不经过蒸发器，可将环路内麻醉药稀释而使吸入浓度降低。
( 三 ) 呼吸环路系统
　　通过呼吸环路系统 (brmthing circle system) 将新鲜气体和吸入麻醉药输送到病人的呼吸道内，并将病人呼出的气体排出到体外。常用环路系统有：
　　1. 开放式 在开放式中，病人的呼吸并不受麻醉器械的控制，吸人或呼出的气体都可以自由地出人于大气之中，呼出的 CO 2 无重复吸入现象。
　　2. 半紧闭式或半开放式 病人呼出和吸人的气体部分受麻醉器械的控制。呼吸环路中设有呼气活瓣，但无 CO 2 吸收器。呼气时呼出气体可由呼气活瓣逸出，逸出气体量的多少，取决于活瓣的阻力和新鲜气流量的大小。新鲜气流量小时，仍有部分呼出气体 ( 包括 CO 2 和麻醉气体 ) 进人呼吸囊，再吸气时可重复吸人，重复吸人的 CO 2 可高于 1% 容积，称为半紧闭式。若新鲜气流量大时，大部分呼出气体都排出到大气中，重复吸入的 CO 2 低于 1% 容积，称为半开放式。
　　3. 紧闭式 病人呼出和吸人的气体完全受到麻醉器械的控制。因此，呼吸环路中必须设有 CO 2 吸收器。呼曲气体通过 CO 2 吸收器将 CO 2 吸收后，部分或全部被再输送到病人呼吸道。应用紧闭式呼吸环路，便于病人的呼吸管理，可行辅助或控制呼吸；呼出气体中的麻醉药可再利用，不仅显著节省麻醉药，而且减少环境的污染；可保持吸人气体的温度和湿度接近生理状态。但结构较复杂，呼吸阻力较大。
( 四 ) 麻醉呼吸器
　　在麻醉期间可用呼吸器 (ventilator) 来控制病人的呼吸。呼吸器可分为定容型和定压型两种，可设置或调节潮气量 (V T ) 或每分钟通气量 (MV) 、或气道压力，呼吸频率，吸 : 呼时间比 (I:E) 等呼吸参数。有的还可设置呼气末正压 (PEEP) ，并可设置吸入氧浓度、每分钟通气量及气道压力的报警界限，以保证麻醉的安全性
麻醉机从结构上由以下几部分组成： 机架 、外回路 、呼吸机 、监护系统。

　　麻醉机从工作原理上由四个主要分系统构成：气体供给和控制回路系统、呼吸和通气回路系统、清除系统，以及一组系统功能和呼吸回路监护仪。某些麻醉机还有一些监护仪和报警器，以指出与心肺功能或呼吸混合气体中气体和麻醉剂浓度有关的某些生理变量和参数的数值及变化。通常生产厂家对标配产品都仅提供较少的监护和报警组合。

　　下面主要从工作原理说明麻醉机的构成和作用：

　　1、气体供给和控制回路系统
由于麻醉机工作时需要大量的氧气，所以通常是从医院的中央供气系统或氧气钢瓶中获得。从钢瓶输入回路的每种气体，都要通过过滤器、单向通气阀和调节器，调节器可将压力降到麻醉机合适的工作压力。中央供气系统不需要调节器，因为气体已经降到4公斤左右。麻醉机的合适工作压力为3-6公斤。大多数麻醉机都有氧源故障报警系统，如果氧气压力低于2.8公斤以下，机器会减少或切断其他气体的流量，并启动报警器。

　　在连续流动装置中的每一种气体的流量均由流量计控制，并由流量计显示出来。流量计可以是机械性的，也可以是带LCD的电子传感器。气体通过控制阀和流量计后，进入低压回路，如果需要还要通过蒸发罐，然后供给病人。好的麻醉机，笑气和氧气的流量控制机构应该是连动的，只有这样氧气与笑气的比例就永远不会降到最小值（0.25L/分）。

　　2、呼吸和通气回路系统
　　大多数麻醉机可提供连续流动循环的氧气和麻醉气体，称为循环系统。在这类麻醉机中，有两种主要的呼吸回路，紧闭式和半紧闭式。在紧闭式呼吸回路中，病人呼出的气体经去除CO2后，全部返回循环系统。半紧闭式中，病人呼出的气体部分进入循环系统，部分排出循环系统。在循环系统中，新鲜气体的供给流量低于1L/min称为低流量麻醉，低于0.5L/min的新鲜气体流量称为最低流量麻醉。

　　手动通气要求操作者不断手动挤压储气囊使病人呼吸，在较长时间手术时，操作者不但非常疲劳，而且影响其他工作，因此常用自动呼吸机机械地使病人得以呼吸。呼吸机迫使麻醉混合气体进入病人回路和呼吸系统中，接受病人呼出的气体和新鲜气体。麻醉师可根据病人的情况调节潮气量、呼吸频率、吸呼比和分钟通气量等参数。调节通气方式来满足病人的各种需要。

　　3、清除系统
　　又称为二氧化碳吸收系统，由1-2个CO2吸收罐组成，罐内装有钠石灰或钡石灰，主要作用是清除病人呼出气体中的CO2。

　　4、监护与报警系统
　　麻醉机根据不同的配置有一套与监护有关的装置，如用于监测气道方面、生理方面、麻醉气体浓度以及能间接反映病人麻醉深度、肌肉松弛程度的监护。
大部分麻醉机的监护系统只配一台附有基本监护装置作为系统的平台用，监护的内容包括：气道压力、吸入潮气量、分钟通气量、呼吸频率以及相关的报警系统。所需其他的监护可单独购得，加到系统中去。
另外，麻醉工作站还需配有麻醉信息管理系统，这套系统可接收、分析、储存与麻醉临床和行政管理有关的信息，自动采集监护仪的信息并自动生成麻醉记录单。麻醉机从结构上由以下几部分组成： 机架 、外回路 、呼吸机 、监护系统。

　　麻醉机从工作原理上由四个主要分系统构成：气体供给和控制回路系统、呼吸和通气回路系统、清除系统，以及一组系统功能和呼吸回路监护仪。某些麻醉机还有一些监护仪和报警器，以指出与心肺功能或呼吸混合气体中气体和麻醉剂浓度有关的某些生理变量和参数的数值及变化。通常生产厂家对标配产品都仅提供较少的监护和报警组合。

　　下面主要从工作原理说明麻醉机的构成和作用：

　　1、气体供给和控制回路系统
由于麻醉机工作时需要大量的氧气，所以通常是从医院的中央供气系统或氧气钢瓶中获得。从钢瓶输入回路的每种气体，都要通过过滤器、单向通气阀和调节器，调节器可将压力降到麻醉机合适的工作压力。中央供气系统不需要调节器，因为气体已经降到4公斤左右。麻醉机的合适工作压力为3-6公斤。大多数麻醉机都有氧源故障报警系统，如果氧气压力低于2.8公斤以下，机器会减少或切断其他气体的流量，并启动报警器。

　　在连续流动装置中的每一种气体的流量均由流量计控制，并由流量计显示出来。流量计可以是机械性的，也可以是带LCD的电子传感器。气体通过控制阀和流量计后，进入低压回路，如果需要还要通过蒸发罐，然后供给病人。好的麻醉机，笑气和氧气的流量控制机构应该是连动的，只有这样氧气与笑气的比例就永远不会降到最小值（0.25L/分）。

　　2、呼吸和通气回路系统
　　大多数麻醉机可提供连续流动循环的氧气和麻醉气体，称为循环系统。在这类麻醉机中，有两种主要的呼吸回路，紧闭式和半紧闭式。在紧闭式呼吸回路中，病人呼出的气体经去除CO2后，全部返回循环系统。半紧闭式中，病人呼出的气体部分进入循环系统，部分排出循环系统。在循环系统中，新鲜气体的供给流量低于1L/min称为低流量麻醉，低于0.5L/min的新鲜气体流量称为最低流量麻醉。

　　手动通气要求操作者不断手动挤压储气囊使病人呼吸，在较长时间手术时，操作者不但非常疲劳，而且影响其他工作，因此常用自动呼吸机机械地使病人得以呼吸。呼吸机迫使麻醉混合气体进入病人回路和呼吸系统中，接受病人呼出的气体和新鲜气体。麻醉师可根据病人的情况调节潮气量、呼吸频率、吸呼比和分钟通气量等参数。调节通气方式来满足病人的各种需要。

　　3、清除系统
　　又称为二氧化碳吸收系统，由1-2个CO2吸收罐组成，罐内装有钠石灰或钡石灰，主要作用是清除病人呼出气体中的CO2。

　　4、监护与报警系统
　　麻醉机根据不同的配置有一套与监护有关的装置，如用于监测气道方面、生理方面、麻醉气体浓度以及能间接反映病人麻醉深度、肌肉松弛程度的监护。
大部分麻醉机的监护系统只配一台附有基本监护装置作为系统的平台用，监护的内容包括：气道压力、吸入潮气量、分钟通气量、呼吸频率以及相关的报警系统。所需其他的监护可单独购得，加到系统中去。
另外，麻醉工作站还需配有麻醉信息管理系统，这套系统可接收、分析、储存与麻醉临床和行政管理有关的信息，自动采集监护仪的信息并自动生成麻醉记录单。



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