世界上应用的机械呼吸机多达数百种,从简单的气动定压型机械呼吸机,到装有电子计算机及各种辅助设备的定容型多功能呼吸机。国内临床上常用的亦有数十种之多。这些机械呼吸机的设计、构造、操作方法等都互不相同,很难以一个统一的模式来加以阐述。但无论如何复杂的呼吸机,按各部分构造的功能不同,大致可分为如下表所示的几个功能组成部分。
机械呼吸机的功能组成
1.基本功能
 (1)提供可变通气压力或容积
 (2)调节呼吸频率或呼吸周期
 (3)调节吸气流速或吸、呼比
 (4)调节辅助通气的敏感度
2.次级功能
 (1)调节吸入气氧浓度
 (2)加湿、加温功能
 (3)压力安全阀
3.特殊功能
 (1)压力波型选择
 (2)呼气流速限制
 (3)深吸气功能
 (4)呼气末正压(PEEP)
 (5)压力支持(PSV)
 (6)自发通气回路
  1)间歇强制呼吸(IMV)
  2)持续气道内正压呼吸(CPAP)
4.附属功能
 (1)监测系统
 (2)警报系统
 (3)记录系统
一、基本功能的原理与调节
呼吸机的基本功能是协助机体完成通气,简单的机械呼吸机,只要具备表中第l项(1)至(3)的各项功能,即可正常工作。不带有自发呼吸触发装置的呼吸机,只能进行控制通气,不能辅助通气。
1.通气量或通气压力
  其原理及调节方法随呼吸机种类而不同。定压型呼吸机预先设定压力,通气量决定于通气压力的大小;定容型呼吸机,预先设定通气量,通气压力的大小决定于通气量。
2.通气频率或呼吸周期
  根据呼吸机种类不同,有的设定通气频率,有的则设定呼吸周期时间。呼吸周期指每一次呼吸所耗时间,包括吸气、呼气及静止期所耗时间总和。通气频率与呼吸周期互为决定因素。如已设定通气频率每分钟为12次,则呼吸周期时间固定为5秒。反之,如设定呼吸周期为5秒,则每分钟有12次规律性机械通气。
3.吸气流速或吸、呼时间比
  吸气流速与吸、呼时间比互相关连,互相调节。吸气流速愈快,则吸气时间愈短,在呼气时间不变的前提下,则吸、呼时间比缩小。有的定容型呼吸机可事先设定固定的吸、呼时间比,在通气容积及呼吸频率不变的前提下,吸、呼时间比愈大,吸气流速愈低。相反,吸、呼时间比愈小,吸气流速愈快。
4.触发辅助呼吸的敏感度
  当患者存在着自主呼吸,但又不能维持足够的通气量时,可通过机械辅助通气的方式来增加通气量。所谓辅助通气就是机械呼吸机靠患者的吸气努力来触发。一般来说,呼吸机是通过特定的传感器来感知吸气时回路中压力或流速的变化,发出讯号启动通气的。调节传感器对压力或流速讯号感知的敏感度阈值,尽量使机械送气与自发呼吸相协调,是本项调节的目的。如敏感度过高,患者吸气努力以外的微小压力或流速变化亦可触发机械通气,使通气频率增加,有可能导致通气过度。如敏感度过低,患者呼吸肌无力时难以触发机械通气,使自主呼吸与机械通气不相协调,会增加呼吸肌的疲劳。敏感度的高低,一般以吸气时回路中所产生的负压为指标。成人应小于负0.3kPa(-3cmH2O),新生儿应在-0.05-0.03kPa(-0.5~-0.3cmH2O)。
  除敏感度外,从患者吸气努力开始,到机械送气启动的应答时间也很重要。设计不良的呼吸机,其应答时间过长,同样造成自发呼吸与机械通气的不协调,此种现象在自发呼吸频率快时更为明显。设计良好的呼吸机,其辅助通气的应答时间,成人应小于0.1秒,新生儿应在0.02~0.05秒之间。
二、其它功能的原理与调节
1.吸人气氧浓度的调节
  以电力控制的定容型呼吸机,其吸入气氧浓度的调节十分方便。通过空气、氧气混合器等装置的调节,可以得到比较稳定的任意氧浓度的吸入气体。
  以压缩氧气为动力的定压型呼吸机,其吸入气氧浓度不易调节。因为如单纯用纯氧通气,很快就会发生氧中毒,所以必须在吸入氧气中混进空气。Bird Mark呼吸机利用压缩氧气喷出时的射流原理,吸进空气而使纯氧稀释。虽然其设计氧浓度为40%左右,但与患者相接后,因压力增高,一般氧浓度都在50%左右。对于顺应性降低或气道阻力增高的患者,为保证足够的通气量,就必须提高吸气压力,因而氧浓度可高达60%~80%,长期应用很难避免氧中毒的发生。
  如果定压呼吸机的雾化器亦以压缩氧为动力,使用雾化器时氧浓度还会进一步增高,应予注意。另外,应经常清洗或更换定压型呼吸机(采用射流原理者)的空气过滤器,如长期不清洗,泡沫垫上的进气孔皆被灰尘堵死,实际上无异于呼吸纯氧。
2.压力安全阀
  压力安全阀是定容型呼吸机,为避免压力过高造成气压损伤而安装的特殊装置。现代定容呼吸机工作时,如气压超过安全界线,在报警的同时,安全阀打开,中断正压送气。一般认为,正常肺在开胸条件下可耐受16.7kPa(170cmH2O)的压力,非开胸时可耐受13.7kPa(140cmH2O)的压力。但患某些疾病,如肺气肿时4.9kPa(50cmH2O)或更低的压力即可产生气胸,纵隔气肿等合并症。所以定容型呼吸压力安全阀的装置及阈值的调整是十分重要的。
3.报警系统
  下表按照各种呼吸机上装着率的大小,排列了常用的各种警报系统,各种警报系统阈值的设定,应根据不同患者的具体病情来进行。

机械呼吸机中常用报警装置
1.电源切断
2.压力过低(常提示气路脱开或漏气)
3.压力过高(常提示气路堵塞或气道阻力升高顺应性下降)
4.氧气或空气源压力不足
5.辅助呼吸时自发呼吸停止
6.辅助呼吸时自发呼吸与机械呼吸不协调
7.氧浓度过低、过高
8.湿化器中水量不足
9.气道口温度过高、过低
l0.呼气时间不足,吸呼之比过大
4. 记录系统
  机械通气呼吸曲线的记录,有利于评价患者病情及治疗经过,总结经验,选择更合适的机械通气条件。资料的保存、积累也有利于科研、教学的需要。
  最基本的呼吸力学三要素为容积(V)、流速(V)及压力(P),已知此三要素后,通过进一步计算,得到每分通气量、平均气道内压、气道阻力、顺应性及呼吸功等重要参数。压力通过压力传感器直接测得,流速通过连有差压型传感器的流速计来测得,流速对时间的积分,则为容积。