CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY THỞ

Nhờvậy các máy thở được biết đến như là các bộ điều khiển áp suất hoặc các bộđiều khiển thể tích hoặc là các bộ điều khiển lưu lượng.. Chúng ta thấy trongbiểu thức mô hình máy thở, nếu n

CHƯƠNG 2 - GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY THỞ

2.1 TỔNG QUAN VỀ MÁY THỞ

2.1.1 Giới thiệu về máy thở

Máy thở đơn giản là một thiết bị được dùng để thay thế hoặc hỗ trợchức năng thở tự nhiên của con người Các máy thở nói chung được phânloại bởi mối quan hệ của chúng với các tham số chính sau:

sự chênh lệch áp suất giữa phổi và không khí bên ngoài Sự khác biệt áp suấtnày đủ làm cho không khí đi vào trong phổi và do đó diễn ra quá trình hítvào

Các máy thở phải cung cấp được lực thở mà bình thường nó được tạo

ra bởi các cơ hô hấp Việc này có thể được thực hiện theo hai cách Và đâycũng là cơ sở đầu tiên để phân loại máy thở

Tuỳ theo, hoặc tạo ra một áp suất âm ở bên ngoài lồng ngực hoặc tạo ramột áp suất dương vào trong phổi mà tương ứng sẽ có máy thở tạo áp suất

âm và máy thở tạo áp suất dương

2.1.3 Máy thở tạo áp suất âm

Máy thở tạo áp suất âm là loại máy thở được phát minh đầu tiên.Những máy thở này được gọi là máy thở Body Tank (Body Tank Respirator)hoặc "Phổi sắt", được phát minh năm 1928 bởi Drinker và Shaw Đúng như

tên gọi của nó, khi sử dụng loại máy thở này bệnh nhân được đặt trong mộtxylanh kín tới cổ Xung quanh cổ bệnh nhân được đệm kín bởi đệm bọt cao

su để tránh bị dò áp suất "Phổi sắt" làm việc bằng cách tạo ra một áp suất

âm trong xylanh nhờ một bộ phận giống như bộ tạo chân không Việc này sẽtạo ra một “áp suất không khí phụ” xung quanh bên ngoài lồng ngực Đầu và

cổ bệnh nhân được đặt trong áp suất khí quyển Kết quả là tạo ra sự chênhlệnh áp suất và sự chênh lệch áp suất này đủ để nâng lồng ngực lên (tuântheo định luật Boyle), do đó sẽ điều chỉnh áp suất trong phổi theo sự tăng thểtích lồng ngực và làm cho không khí từ bên ngoài đi vào trong phổi

Máy thở loại này đã làm việc tương đối hiệu quả đối với các bệnh nhânkhông có các dấu hiệu hô hấp bất thường như đối với các bệnh nhân bị liệt

hô hấp Nhưng nó không có hiệu quả đối với các bệnh nhân có dấu hiệu bịrối loạn hô hấp Hơn nữa việc tạo áp suất âm ở bụng đã làm ảnh hưởng tớituần hoàn máu ở bụng và có thể gây sốc (gọi là Tank shock) Các vấn đềkhác đối với loại máy thở này là kích thước của nó, nhiễu và rất khó đảmbảo các yêu cầu an toàn trong việc cách ly bệnh nhân

Năm 1939 Drinker và Collins đã cố gắng khắc phục các vấn đề còn tồntại đối với loại máy thở này và đã chế tạo ra loại máy thở có cùng nguyên lýnhư máy thở tạo áp suất âm nhưng chỉ bao bọc vùng lồng ngực Loại máymới này đã loại bỏ được vấn đề ảnh hưởng tới tuần hoàn máu vùng bụngnhưng còn các vấn đề khác vẫn không khắc phục được

2.1.4 Máy thở tạo áp suất dương

Các máy thở tạo áp suất dương tạo ra một lực hô hấp thông qua việc

tạo một áp suất dương trong phổi Không khí được đưa ra khỏi máy thởthông qua một cơ cấu cơ khí có dạng piston hoặc ống thổi hoặc nhờ áp lựccủa khí có áp suất cao làm tăng áp suất trong phổi và do đó làm phổi nở rộngra

Máy thở tạo áp suất dương xuất hiện đầu tiên vào những năm 1950 Từ

đó đến nay máy thở tạo áp suất dương đã trải qua nhiều thay đổi nhưng nổibật lên là cơ chế điều khiển được sử dụng trong hệ thống của chúng Điềunày có thể thấy ở sự thay đổi qua ba thế hệ máy:

 Thế hệ thứ nhất được đặc trưng bởi cơ cấu điều khiển bằng khí nén.Thêm nữa các thiết bị này sử dụng các bộ nén khí có định thời và các

bộ điều chỉnh để cung cấp áp khí cho phổi

 Vào cuối những năm 1960 các máy thở bắt đầu được sản xuất dựa trêncác công nghệ điện tử tương tự tích hợp cho các phần tử điều khiển củachúng Các máy thở này thuộc loại máy thở thế hệ thứ hai

 Thế hệ thứ ba của máy thở xuất hiện trên thị trường vào những năm đầuthập kỷ 80 của thế kỷ 20 cùng với sự xuất hiện của bộ vi xử lý Vớicông nghệ tích hợp cao của các bộ vi xử lý, các máy thở hiện nay có thểđiều khiển tốt hơn (thông qua các hệ thống phân tán của chúng), cảithiện một bước rõ rệt tính an toàn và tiêu tốn ít năng lượng

2.1.5 Các biến điều khiển

Có ba nhân tố tác động tới cơ chế thở đó là: Lực, sự di chuyển, và tốc

độ của sự di chuyển Lực thở đã được nói đến ở phần trên, nó được đo theo

áp suất Sự di chuyển được đo bằng thể tích và tốc độ của sự di chuyển được

đo bằng lưu lượng Áp suất, thể tích và lưu lượng có thể được xem xét trongmối quan hệ giữa chúng bởi biểu thức đã được đơn giản hoá dưới đây (biểuthức này có thể được xem như mô hình của hệ hô hấp):

P = V C + R

Trong đó:

P : Áp suất trong phổi

V: Thể tích hô hấp

C: Sự đáp ứng của phổi dưới sự tác động của máy thở

R: Trở kháng luồng khí

Trong biểu thức trên sự đáp ứng và trở kháng được giả định là hằng số,theo đó tác động tổng hợp của chúng tạo nên tải được đưa tới máy thở Ápsuất, thể tích và lưu lượng thay đổi theo thời gian vì vậy chúng là các tham

số cần được theo dõi Từ biểu thức mô hình của hệ hô hấp, cơ chế của máythở là phải điều khiển một trong ba biến trên Trong trường hợp này, áp suất,thể tích và lưu lượng được tham chiếu đến như là các biến điều khiển Haynói theo cách khác máy thở hoặc điều khiển áp suất đường khí, hoặc điềukhiển lượng khí được đưa vào phổi, hoặc điều khiển lưu lượng hô hấp Nhờvậy các máy thở được biết đến như là các bộ điều khiển áp suất hoặc các bộđiều khiển thể tích hoặc là các bộ điều khiển lưu lượng Nhưng cần nhớ rằngmáy thở có khả năng điều khiển nhiều hơn một tham số mặc dù không thểlàm việc đó trong cùng một thời điểm

2.1.6 Các máy thở với chức năng là các bộ điều khiển áp suất

Đây là các máy thở điều khiển áp suất đường khí Chúng ta thấy trongbiểu thức mô hình máy thở, nếu như máy thở là một bộ điều khiển áp suất lýtưởng, vế trái của biểu thức được xác định bằng một giá trị tiền định vàkhông bị ảnh hưởng bởi tải (sự đáp ứng và trở kháng) thì thể tích và lưulượng phải thay đổi để đảm bảo giá trị áp suất đã xác định trước được ổnđịnh.Điều này có thể dễ dàng thấy được trong biểu đồ dạng sóng:

Hình 2.1 Biểu đồ PVF (Áp suất-Thể tích-Lưu lượng) của máy thở với chức

năng là bộ điều khiển áp suất

Xem dạng sóng chúng ta có thể thấy đặc trưng của sóng vuông biểudiễn áp suất của máy thở với chức năng là bộ điều khiển áp suất Để đảmbảo nhanh chóng đạt được mức áp suất đỉnh thì yêu cầu giá trị lưu lượngphải lớn Ngay khi giá trị áp suất đã đạt được và ổn định, lưu lượng khí cấptới giảm và cuối cùng đạt tới giá trị bằng không và quá trình hô hấp được bắtđầu Một máy thở với chức năng là bộ điều khiển áp suất đảm bảo áp suấtđỉnh cố định, nhưng thể tích và lưu lượng thay đổi phụ thuộc vào sự đáp ứng

và trở kháng (luồng khí) của bệnh nhân (phụ thuộc vào tải)

2.1.7 Các máy thở với chức năng là bộ điều khiển thể tích

Đúng như tên gọi của nó, thể tích là biến được điều khiển trong cácthiết bị loại này.Đặc trưng của chúng là thể tích được duy trì không đổi khitải thay đổi Thêm nữa, bởi vì thể tích là tổng theo thời gian của lưu lượngnên lưu lượng cũng được duy trì hằng định Đối chiếu lại với biểu thức môhình máy thở, nếu thể tích được thiết lập trước và do mối quan hệ với thểtích nên giá trị của lưu lượng sẽ được duy trì hằng định do vậy áp suất phải

là biến thay đổi khi tải thay đổi Dạng sóng biểu diễn thể tích của loại máythở này duy trì một hệ số góc dương và với mỗi sự thay đổi của tải thì mộtgiá trị bằng giá trị hệ số góc này của thể tích và lưu lượng được lưu chuyển.Đối với dạng sóng biểu diễn lưu lượng thì tùy theo việc sử dụng các cơ cấuphân phối mà chúng sẽ có dạng khác nhau Với cơ cấu được điều khiển bởipiston quay thì dạng sóng là đường hình sin liên tục, với cơ cấu sử dụngpiston tuyến tính hoặc ống thổi thì sóng có dạng hình vuông

2.1.8 Các máy thở với chức năng là bộ điều khiển lưu lượng

Cũng giống như với trường hợp các máy thở với chức năng là bộ điềukhiển thể tích, các bộ điều khiển lưu lượng duy trì một lưu lượng và thể tíchhằng định cho dù tải thay đổi Sự khác nhau căn bản của các máy thở loạinày với các máy thở với chức năng là bộ điều khiển thể tích là các bộ điềukhiển lưu lượng đo thể tích gián tiếp thông qua một bộ chuyển đổi lưulượng Lưu lượng được đo và thể tích được tính toán theo một hàm có haiđối số là lưu lượng và thời gian Ngoài ra, hầu hết các bộ điều khiển lưulượng ngày nay tận dụng một van Solenoit tỷ lệ hoặc một van bước điện từđược điều khiển bởi một bộ vi xử lý trong vai trò hệ thống phân phối khí củachúng Sự thuận lợi của việc sử dụng một van lưu lượng tỷ lệ được điềukhiển bởi bộ vi xử lý là các máy thở ngày nay có thể cung cấp rất nhiều dạngsóng lưu lượng khác nhau như: sóng vuông, sóng nhanh, sóng chậm, sónghình sin để đảm bảo sát với các yêu cầu điều trị của bệnh nhân

Minh hoạ dưới đây thể hiện dạng sóng lưu lượng hình vuông và tácđộng của chúng đối với áp suất và thể tích.

Hình 2.2 Biểu đồ dạng sóng lưu lượng hình vuông và tác động của chúng tới áp suất và thể tích

2.1.9 Các biến pha

Chu kỳ hô hấp có thể được phân thành 4 pha riêng biệt:

1) Giai đoạn chuyển tiếp từ thở ra đến khi hít vào

2) Giai đoạn hít vào

3) Giai đoạn chuyển tiếp từ hít vào tới lúc thở ra

4) Giai đoạn thở ra

Trong mỗi pha, từng biến riệng biệt trong biểu thức mô hình được đo vàđược sử dụng để bắt đầu, duy trì, và kết thúc pha Trong trường hợp này, ápsuất, lưu lượng, thể tích và thời gian đều là các biến pha

2.1.10 Giai đoạn chuyển tiếp từ thở ra đến khi hít vào (Biến kích phát).

Nhân tố kích phát là yếu tố được máy thở sử dụng để bắt đầu quá trìnhhít vào Tất cả áp suất, lưu lượng, thể tích và thời gian đều có thể sử dụng đểkích phát nhưng sử dụng áp suất, lưu lượng và thời gian là các phương phápphổ biến hơn cả

Khi thời gian là biến được đo, máy thở sẽ khởi đầu một quá trình thởtheo một tần số xác định trước độc lập với sự nỗ lực thở của bệnh nhân Khi

áp suất là biến được sử dụng thì máy thở sẽ cảm nhận sự đi xuống củađường biểu diễn áp suất và khởi tạo một nhịp thở mà không phụ thuộc vàotần số đã thiết lập trước

Khi lưu lượng là biến được đo thì thông thường một “lưu lượng nền”liên tục được cấp tới bệnh nhân Lưu lượng nền này có thể được lựa chọnbởi nhân viên vận hành máy Khi máy thở cảm nhận được sự gắng hít vàothông qua sự biến đổi lưu lượng trong mạch ra bệnh nhân thì một nhịp thở sẽđược khởi tạo Mức độ cố gắng của bệnh nhân cần thiết để khởi tạo một nhịpthở được quyết định bởi độ nhạy của máy Độ nhạy là một tham số có thểđược lựa chọn bởi nhân viên vận hành máy Ví dụ: Trong các máy thở sửdụng áp suất là biến được đo, độ nhạy điển hình là từ -0.5cmH2O tới -20cmH2O Nếu như người vận hành máy thiết lập độ nhạy ở mức -1cmH2Othì bệnh nhân phải đảm bảo có thể làm áp suất giảm xuống dưới mức áp suất

cơ sở (mức 0) 1cmH2O thì máy mới kích phát nhịp thở

2.1.11 Sự hít vào (Các biến giới hạn)

Trong quá trình hít vào, tất cả áp suất, lưu lượng, và thể tích đều tăngvượt trên mức cơ sở của chúng (mức 0) Nếu trong chu kỳ hít vào khôngbiến nào tăng vượt quá và sự hít vào không kết thúc sớm thì các biến nàyđược gọi là các biến giới hạn Hay nói theo cách khác một biến sẽ bị giớihạn nếu nó tăng tới giá trị đã thiết lập sẵn trước khi sự hít vào kết thúc Hầu

hết các máy thở đều có một vài dạng giới hạn áp suất để tránh việc áp suấtquá lớn được đưa tới bệnh nhân Nhân viên vận hành máy cần phải thiết lậpcác biến giới hạn nếu trong quá trình hít vào, áp suất đường khí tăng trênmức giới hạn thì sự hít vào cần được kết thúc và một cảnh báo âm thanhphát ra để báo cho nhân viên vận hành biết Trong ví dụ này, máy thở vớichức năng là bộ điều khiển áp suất với biến điều khiển là áp suất được thiếtlập ở 30cmH2O, biến giới hạn áp suất được đặt ở 45cmH2O Nếu như bệnhnhân ho hoặc bắt đầu thở ra trong khi máy thở lại bắt đầu cấp khí vào chobệnh nhân thì áp suất trong đường khí sẽ vượt quá, sẽ làm kích phát biếngiới hạn áp suất và làm kết thúc quá trình hít vào.

2.1.12 Giai đoạn chuyển tiếp từ khi hít vào đến khi thở ra (Biến chu kỳ).

Quá trình hít vào sẽ được kết thúc khi có biến đo được đã đạt tới mứcthiết lập Ví dụ, với máy thở mà trong đó lưu lượng được điều khiển thì sựhít vào sẽ được kết thúc khi thể tích đã đạt mức thiết lập trước Trong ví dụnày thể tích giới hạn là 780 mls và lưu lượng là 65 lpm được thiết lập bởinhân viên vận hành Trên đồ thị biểu diễn lưu lượng và thể tích Hình 2.2chúng ta có thể thấy lưu lượng đạt giá trị 65 lpm rất nhanh và được giữ ởmức đó cho tới khi thể tích giới hạn đạt được Mỗi lần thể tích đạt được 780mls luồng khí sẽ dừng lại và quá trình thở ra bắt đầu

2.1.13 Quá trình thở ra (Biến cơ sở)

Trong biểu thức mô hình, tất cả các biến được đo một cách tương đối

so với đường cơ sở của chúng hoặc với các giá trị ở thời điểm kết thúc thở

ra Do vậy, áp suất,lưu lượng và thể tích có thể được sử dụng như biến điềukhiển vị trí Tuy nhiên trên thực tế, hầu hết các máy thở đều sử dụng áp suấtlàm biến điều khiển Bằng việc sử dụng áp suất là biến điều khiển, các nhânviên vận hành có thể điều khiển được áp suất ở cuối kỳ thở ra trên đườngkhí.Đây có thể là một tiện ích rất quan trọng trong điều trị rối loạn hô hấp

2.2 CÁC THAM SỐ MÁY THỞ

2.2.1 Giới thiệu

Các máy thở ngày nay sử dụng rất nhiều cách để cung cấp các hỗ trợ hôhấp cho bệnh nhân Có rất nhiều sự lựa chọn khác nhau của máy thở chophép các bác sỹ có thể điều chỉnh máy thở để phù hợp với nhu cầu của bệnhnhân Thêm nữa, các máy thở ngày nay cũng cung cấp nhiều chức năng giúpviệc cứu chữa bệnh nhân đạt hiệu quả cao hơn

2.2.2 Các kiểu thở

Có 3 kiểu thở cơ bản: Kiểu thở được điều khiển (thở cưỡng bức), kiểuthở được trợ giúp và kiểu thở tự nhiên

1) Kiểu thở được điều khiển (thở cưỡng bức)

Hình 2.3 Biểu đồ PVF của kiểu thở được điều khiển

Trong quá trình thở theo kiểu này, máy thở sẽ cấp khí tới bệnh nhântheo biến điều khiển được thiết lập bởi nhân viên vận hành như áp suất hoặcthể tích/lưu lượng ở một tần số hoặc một nhịp hô hấp cố định Trong trường

hợp không xuất hiện sự cố gắng thở của bệnh nhân thì máy thở sẽ cấp quátrình thở cưỡng bức Quá trình thở cưỡng bức sẽ kết thúc khi biến chu kỳnhư áp suất hoặc thể tích hoặc thời gian đã đạt tới giá trị thiết lập trước.Hình 2.3 là minh họa thể hiện quá trình thở cưỡng bức của một máy thở vớichức năng là bộ điều khiển lưu lượng.

2) Kiểu thở được hỗ trợ.

Hình 2.4 Biểu đồ PVF của kiểu thở được hỗ trợ

Quá trình thở được hỗ trợ có thể hoặc là thay thế hoặc bổ sung cho quátrình thở cưỡng bức Nó được bắt đầu khi sự cố gắng thở của bệnh nhân đạttới độ nhạy đã thiết lập trước Việc cấp khí cho bệnh nhân ở kiểu thở nàyđược xác định bởi các biến điều khiển và kết thúc bởi các biến chu kỳ đãthiết lập trước Hình 2.4 minh hoạ một quá trình thở được hỗ trợ của mộtmáy thở với chức năng là bộ điều khiển lưu lượng

3) Kiểu thở tự nhiên.

Quá trình thở tự nhiên dựa trên nhu cầu của bệnh nhân Lưu lượng vàthể tích được xác định bởi sự gắng thở của bệnh nhân Dòng khí được khởiđộng khi sự cố gắng thở của bệnh nhân đạt tới độ nhạy đã thiết lập trước.Nếu sự gắng thở mạnh hơn thì máy thở sẽ cung cấp lưu lượng khí lớn hơn.Ban đầu lưu lượng có giá trị lớn sau đó nó giảm dần để duy trì một mức cơ

sở tiền định Một quá trình thở tự nhiên nói chung sẽ kết thúc khi nhu cầu

về giá trị lưu lượng của bệnh nhân giảm xuống dưới một mức ngưỡng nàođó

2.2.3 Các chế độ của máy thở.

1) Chế độ điều khiển (Chế độ thở cưỡng bức).

Chế độ điều khiển của máy thở chỉ được cấp cho bệnh nhân trong kiểuthở được điều khiển (kiểu thở cưỡng bức) Chế độ này hỗ trợ cho các bệnhnhân không còn khả năng tự hô hấp Các máy thở được kích hoạt bởi mộtnhịp đặt trước và sự thở được kết thúc theo các biến chu kỳ đã đặt

Hình 2.5 Biểu đồ PVF trong chế độ thở cưỡng bức