第一節 呼吸機的發展沿革

一、呼吸機的萌芽

人工呼吸的歷史可溯源至史前時代，但呼吸機的雛型于公元15世紀文藝復興時代之后才誕生。1543年，Vesalius首次對豬進行氣管切開并置入氣管導管成功，進而證實通過氣管導管施以正壓能使動物的肺膨脹。1667年，Hooke在狗身上成功重復了這一實驗并首次應用風箱技術成功地進行了正壓通氣。1792年，Curry首次在人身上成功進行了氣管插管，此后，這種簡單的由手動進行人工通氣的風箱技術在歐洲較廣泛地被用于溺水者的復蘇。但由于該技術極其粗糙并且缺乏應用經驗，致使應用后并發癥多，成功率低。

二、近代呼吸機

自19世紀中葉至20世紀初，人們為了避免早期的有創人工通氣而在體外負壓技術領域進行了廣泛的研究。1832年Dalziel設計出一個密封的風箱裝置，通過箱內的壓力變化而進行通氣。但由于這種箱式負壓通氣機需人工提供動力，因而其發展和應用大為受限。至20世紀初，隨著電力的廣泛應用，體外負壓通氣技術的研究和發展得以空前推進。

近代呼吸機的發展，最早始于1915年哥本哈根的Mol-gard和Lund，以及1916年，斯德哥爾摩的外科醫師Giertz?？上麄兊某删腿狈Y料記載，僅見于科學通訊報道。1926年，Drinker受其作為生理學家的弟弟Cecil和同事Shaw進行動物實驗時所用的體積描記儀的啟發，將一只注射箭毒的貓放于體積描記儀的箱內，發現呼吸肌麻痹的貓可通過體描儀內壓力的變化而通氣。于是Drinker與Shaw決定制造一個人體大小的箱式通氣機。該通氣機由金屬制成，直徑0.56m，長1.68m?；颊吲P于其內，頭位于箱外，頸部以橡膠頸圈密封，箱底板由一電動泵驅動，隨箱內壓力變化而產生呼吸。Drinker和Shaw同時也成為接受這一通氣機治療的首批實驗者。1928年10月13日下午4時，一個因脊髓灰質炎呼吸衰竭而昏迷的8歲女孩，首次接受箱式通氣機的治療，數分鐘后患兒神志恢復，這使當時在場親眼目睹這一奇跡的人激動得熱淚盈眶，從而開創了機械通氣史上的一個里程碑。1929年5月18日美國醫學會雜志（JAMA）報道了這一成果。一位不知名的記者將這一裝置形象地稱為“鐵肺”。在20世紀30～40年代歐美脊髓灰質炎大流行時，鐵肺、雙人鐵肺、胸甲式等個體負壓通氣機大量應用于臨床，盡管取得了一些效果，但其固有的缺陷暴露無遺：一是療效極低，其治療呼吸衰竭的總死亡率高達80%，對戰傷所致的急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）的治療未獲成功；二是氣道管理困難，氣道分泌物難以排出；三是不能應用于外科手術麻醉中。

三、早期現代呼吸機

事實上，正壓通氣自能建立人工氣道始就已引起部分學者（主要是外科和麻醉學科領域）的興趣。19世紀末20世紀初，由于人工氣道技術的完善和喉鏡直視下氣管插管方法的建立，正壓通氣方法在外科和麻醉學科領域得到較為迅猛的發展。1934年Frenkner研制出第一臺氣動限壓呼吸機——“Spiropulsator”，它的氣源來自鋼筒，氣體經2只減壓閥，產生50cm水柱的壓力。呼氣時通過平衡器取得足夠的氣流，吸氣時間由開關來控制，氣流經吸入管入肺，當內壓力升至預計要求時，閥門關閉，呼吸停止。1940年，Frenkner和Crafoord合作，在“Spiropulsator”的基礎上進行改進，使之能與環丙烷同時使用，成為第一臺間歇正壓通氣（IPPV）麻醉機呼吸機（apiropulsator），它被應用于胸外科手術患者和戰傷ARDS的搶救中，獲得成功。1942年美國工程師Bennett發明一種采用按需閥的供氧裝置，供高空飛行使用。以后由加以改進，于1948年研制成功第一臺初具現代呼吸機基本結構的間歇正壓呼吸機——間歇正壓呼吸機TV-2P，并應用于臨床，以治療急、慢性呼吸衰竭。自此“氣控—氣動”壓力限制型呼吸機一度成為正壓通氣機的主流形式。這一時期的主要代表機型為Bennet PR-1A和Bird mark VII等，屬于現代第一代呼吸機。但在臨床實踐中發現這類正壓呼吸機常常不能保證有效的潮氣量。為彌補這一不足，設計者們首先開發了容量監測功能裝置，然后開始探索研制容量限制型呼吸機。1950年，瑞典的Engstrom Medical公司研制出世界上第一臺容量轉換型呼吸機Engstrom100取代了當時的“鐵肺”，救治了大量的由流行性小兒麻痹引起的呼吸衰竭病人。此后，許多工程師、醫師等投入呼吸機的研究，歐洲各國紛紛生產出代表呼吸機達到10種類型。標志著第二代現代呼吸機的誕生。自此，正壓通氣技術達到了一個新的水平。

20世紀50年代開始，由于心臟外科的發展越來越多的醫師認識到機械呼吸的優點。1955年Jefferson呼吸機是美國市場上首先使用最廣的呼吸機之一。此外，還有Morch、Stephenson、Bennett和鳥牌呼吸機等四種類型。

這些早期的現代呼吸機采用的是活塞、風箱等“氣控—氣動”機械性技術，靈敏性不高，監測功能不完善。20世紀60～70年代，隨著物理學的發展，電子技術被引進到呼吸機的設計中，氣動能源實現了電子設備控制；由電位計所控制的容量壓力監測系統和報警系統亦被開發出來，這些都大大方便了臨床實踐。1964年Emerson的術后呼吸機，是一臺電動控制呼吸機，呼吸時間能隨意調節，配備壓縮空氣泵，各種功能均由電子調節，根本改變過去呼吸機純屬簡單的機械運動的時代，而跨入精密的電子時代。這類由電子設備控制的第二代呼吸機具有代表性的主要有Bennett MA、Engstrom 200和Servo 900等型呼吸機。這一時期，隨著大量臨床經驗的積累和研究，一些新的機械通氣觀念和技術得以發展和應用，如呼氣末正壓（PEEP）、持續氣道正壓（CPAP）、間歇指令通氣（IMV）、同步間歇指令通氣（SIMV）和T型管技術。

四、第三代現代呼吸機

1970年利用射流原理的射流控制的氣動呼吸機研制成功，是以氣流控制的呼吸機。全部傳感器、邏輯元件、放大器和調節功能都是采用射流原理，而無任何活動的部件，但具有與電路相同的效應。自20世紀80年代以來，隨著人們對呼吸生理的深入了解，新的設計思想（如流體控制原理）的采用，以及電子計算機技術的引進，設計者們研制出多種第三代新型呼吸機。這類新一代多功能電腦型呼吸機具備了以往不可能實現的功能，如監測、報警、記錄等。它們的功能齊全，性能先進，可靠耐用，集定壓定容于一體，兼容多種新的大有前途的通氣模式，部分機型還具備智能化功能。其特點具體表現在：①活塞風箱和機械性活瓣應用減少，代之以電子模擬裝置，重要部件具有雙重性結構，故障發生率低，安全可靠。②附屬加溫加濕功能更加充分，部分機型還帶有氣道霧化給藥裝置。③吸入氧濃度的調節更加靈活，隨意性更大。④輔助通氣的功能元件靈敏度提高，反應時間縮短，多不超過150ms；開發出流速觸發時的阻力和呼吸功消耗，使自主呼吸更易與呼吸機協調同步。⑤增加了吸氣流速波型變化、吸氣暫停、深吸氣等有益的特殊功能。⑥開發出多種新的通氣模式，其中部分模式具有智能化功能，如壓力支持通氣（PSV）、壓力調節容積控制通氣（PRVCV）、容積支持通氣（VSV）、壓力釋放通氣（PRV）、雙相氣道正壓通氣（BiPAP）、適應性支持通氣（adaptive support ventilation, ASV）、適應性壓力通氣（adaptive pressure ventilation, APV）和容積保障壓力支持通氣（VAPSV）等，其共同特點是較以往輔助通氣模式更加接近生理狀態。⑦監測、警報系統更加完善，應用了自動反饋調節系統和自動校正系統，使調節更加簡單，增加了安全性。部分機型還具有相應的通訊接口，可連接計算機和監護儀，為臨床提供更多的資料和數據。⑧一機多能，同一型號呼吸機既適用于成人又可用于兒童，集壓力、容積、時間及流速切換于一身，擴大了應用者的選擇范圍。這一類呼吸機的代表機型有Servo900c, Servo 300, Newport E-200, Bennett 7200和7200ae, Engstrom Elrira和Hamilton Galileo等型呼吸機。美國偉康公司于1989年研制出雙水平氣道正壓通氣（BiPAP）模式，尤適宜于睡眠呼吸暫?；颊摺?/p>

在20世紀90年代，機械通氣領域最重要的進展當屬液體通氣和智能化通氣的出現。前者以一種稱為全氟化碳（perfluorocarbon）的液體與常規機械通氣結合，可明顯降低通氣壓力，改善氣體交換。后者則以壓力調節容積控制（PRVC）和容積支持（VS）通氣為代表，在機械通氣過程中呼吸機的電腦可測定每一次呼吸的肺順應性自行調整下一次通氣所需要的壓力，從而使機械通氣更接近生理狀態。Zapol于1992年首次提出“容積損傷”（Volutrauma）的概念，但容量限制則可能導致高碳酸血癥，因此“允許性高碳酸血癥通氣”（Permissive hypercarpnic Ventilation PHV）策略被提出。認為適當限制通氣容量可避免肺的損傷。

我國呼吸機的研制起步較晚，1958年在上海制成鐘罩式正負壓呼吸機。1971年制成電動時間切換定容呼吸機。改革開放以后，我國呼吸機的制造水平得到長足的進步，各種類型的呼吸機已接近國外先進水平，代表機型有SH系列呼吸機、HVJ-880同步呼吸機、SC型電動呼吸機和KTH系列呼吸機。