专利名称：吸入性麻醉剂从外科手术后患者体内的清除方法
技术领域：
本发明的目的在于提供一种简单的呼吸回路装置，例如它能够被加到本领域技术人员所熟知的标准循环麻醉回路中，从而加快手术前给予了吸入性麻醉剂患者的恢复。
本发明还涉及对加快在外科手术前给予了吸入性麻醉剂患者的恢复的呼吸回路装置的使用。
本发明还涉及对患者的处置方法，以加快他们对外科手术前给予的吸入性麻醉剂的恢复。发明的背景生理学从肌肉和器官回流入心脏的静脉血耗尽了氧(O2)并充满了二氧化碳(CO2)。来源于机体各部的血液在心脏中混合(混合静脉血)并被泵入肺。在肺中血管分成环绕微小肺泡的细血管网络。环绕肺泡的血管网络通过浓度梯度为气体交换提供了巨大的表面积。浓度梯度存在于混合静脉血(PvCO2)的CO2分压(PCO2)和肺泡PCO2。在吸气开始时CO2从混合静脉血向肺泡扩散，直到在呼吸的某个时间里PvCO2和肺泡PCO2之间达到平衡。在对象呼气时，最后的呼气被认为是来源于肺泡并反映了毛细血管和肺泡间的平衡浓度，此气体的PCO2称为潮气末PCO2(PETCO2)。
当血液通过肺泡并被心脏泵入动脉时的二氧化碳分压为动脉PCO2(PaCO2)。动脉血的PCO2与毛细血管和肺泡达到平衡时的PCO2相等。每次呼吸消除了一些CO2并吸入几乎不含CO2(假设为零)的新鲜空气，从而稀释残留的肺泡PCO2，建立新的浓度梯度，使CO2从混合静脉血扩散进入肺泡。呼吸的效率，或换气(V)，通常用升/分表示，它是消除带到肺的CO2并维持大约40mmHg(正常人)PCO2(和PaCO2)平衡的要求。当机体产生更多CO2(例如发热和锻炼)时，就有更多的CO2被带到肺中。机体就需要更用力呼吸(过度换气)以清除肺泡中过多的CO2，从而维持相同的PaCO2。但是如果CO2产生保持正常，而机体过度换气，则PaCO2下降。
需要强调的是并非所有V对呼出CO2有贡献。一些V进入气道(气管和支气管)和很少血液灌注的肺泡，因此对呼出CO2没有贡献。那部分进入良好灌注肺泡并参与气体交换的V称为肺泡换气(VA)。
在进行医疗和研究的某些情况下，我们要求对象更用力呼吸但不改变其PaCO2(见表1)。表1研究类型参考文献调节方法CO2来源呼吸肌疲劳 5 M R12 M E7 M R呼吸肌训练 2 M R3 M R麻醉中增加V 6 M R颈动脉化学 8 M E感受器功能 1 M E低氧对交感 10 M E反应的影响 4 M E呼吸控制9 A E气管支气管紧张 11 M E表1标题呼吸过度时维持恒定PETCO2的以往研究的概要图例调节吸入PCO2的方法M＝人工；A＝自动。CO2来源R＝再呼吸；E＝外源性。1.Angell-James，J.E.，Clarke，J.A.，de Burgh Daly，M.和Taton，A.，动脉粥样硬化家兔Carotid化学感受器的功能和结构对高氧和高碳酸血症的呼吸和心血管反应。心血管研究CardiovascularResearch 23(6)541-53，1989。2.Belman，M.J.和C.Mittman.呼吸肌训练改善慢性阻塞性肺病患者的运动能力。Am.Rev.Respir.Dis.121273-280，1980。3.Bradley，M.E.和Leith，D.E.呼吸肌训练和持续性呼吸过度的氧耗。J.Appl.Physiol.45(6)885-892，1978。4.Busija，D.W.，Orr，J.A.，Rankin，J.G.H.，Liang，H.k.和Wagerle，L.C.，非麻醉小马血碳酸正常性高氧时的脑血流。J.Apple.Physiol.48(1)10-15，1980。5.Jonsson，L.O.使用Mapleson D.系统时两种不同流动设置的可预测PaCO2。Acta Anaesthesiol Scand.34237-240，1990。6.McKerrow，C.B.，和Otis，A.B.换气过度时的氧耗。J.Apple.Physiol.9375-79，1956。7.Robbins，P.A.，Swanson，G.D.和Howson，M.G.对一定时程下压迫肺泡气的预测修正计划。J.Apple.Physiol.52(5)1353-1357，1982.8.Smith，D.M.，Mercer，R.R.and Eldridge，F.L.，麻醉动物潮气末CO2的伺服控制。J.Apple.Physiol.45(1)133-136，1978.9.Somers，V.K.，Mark，A.L.，Zavala，D.C.和Abboud，F.M.高碳酸血症的换气对正常人高氧的交感神经反应的影响。J.Apple.Physiol.67(5)2095-2100，1989.10.Sorkness，R.和Vidruk，E.清醒犬气管紧张时isocapnic改变的反射作用。Respir.Physiol.69161-172，1987.11.Tenney，S.M.and Reese，R.E.维持巨大呼吸努力的能力。Respir。Physiol.5187-201，1968。12.Wahba，R.W.M.and Tessler，M.J.对潮气末CO2张力的误解。Can.J.Anaesth.43(8)862-6，1996。这要求从呼出的气体或某些外来源吸入CO2来补偿过度换气。所需吸入的CO2量可通过人工或自动伺服控制机制调节，这取决于PaCO2控制所需的精度。输入信号是PETCO2。PaCO2的稳定性一方面取决于CO2生成和换气的变化性，另一方面取决于系统补偿这种变化性的能力。
静注给药药物麻醉作用的终结依赖于代谢和再分布。因此从麻醉的恢复时间是由药物的药理学所决定的，而不能被加速。
对于吸入性麻醉剂则并非如此。麻醉汽体的摄取和消除主要通过肺。一种麻醉汽体在进入脑内的血液中的分压取决于此气体在血液和肺之间的平衡。而肺中麻醉汽体的浓度依赖于吸入气体中麻醉汽的浓度、呼吸的速率和肺与血液之间气体的转化率。新型麻醉剂地氟烷(desflurane)和七氟烷(sevoflurane)具有很小的血液溶解性。因此在肺和血液之间转化的药物量很小，为便于讨论可将其忽略。所以对于正在从吸入性麻醉剂中苏醒过来的患者来说，呼吸速率越高则越多麻醉汽从肺中消除。然而，对于自发性呼吸的麻醉患者，因残留的静注给药的麻醉药、镇痛药(例如麻醉剂)的联合作用，外科手术的作用，以及残留的麻醉汽本身的呼吸抑制作用所带来的结果，换气通常被抑制。
实际上，对于促进麻醉汽从肺消除的过程从而加快从吸入性麻醉剂作用中恢复的发明有着局限的范围。
背景技术：
1.人工换气在手术末期人工或机械地使患者换气过度一般对缩短麻醉恢复时间无效。a)使用循环麻醉回路的高换气将导致呼出气体的再呼吸。这些气体同时含有麻醉汽和CO2。CO2被回路中的CO2吸收剂所消除，但呼出的麻醉汽却被患者重新吸入。b)进行换气过度将导致动脉PCO2的降低。低动脉PCO2去除了对呼吸的刺激，从而延迟了麻醉汽的消除(也阻止了血液的充分氧化)。所以这很少实施。2.冲洗回路回路中的高速新鲜气体不能有效地将麻醉汽冲洗。循环麻醉回路大约有8升的体积(不计患者的肺体积大约2.5升)。在10升/分的氧流计中的最大新鲜气流大约大约需要4分钟只是洗净回路中的麻醉汽。3.兴奋呼吸过去一些麻醉师试图通过往呼吸回路中加入CO2的方法来刺激患者的呼吸。其基本原理是通过增加回路中的CO2浓度来刺激患者更用力呼吸，从而使其在呼出CO2的同时也呼出一些麻醉汽。这种方法目前已被摒弃并被认为是浪费且危险的方法。a)其浪费的原因如1a和1b中所述(见上文)。此方法浪费是因为要消耗额外的CO2吸收晶体。b)此方法可能将患者置于危险之中，如果患者不能通过增加换气来对过多的CO2产生反应的话。患者将吸收二氧化碳使血中二氧化碳浓度增高，这是很有害的。患者的高二氧化碳也将给他们苏醒的时候带来很大的痛苦，会使他们觉得没有呼吸充足的空气。4.增加换气，保持PCO2恒定增加换气而不降低PCO2需要往回路中加二氧化碳。这可以由外来来源或患者呼出的气体所供给。所有这里描述的系统都是基于伺服控制系统、或反馈回路来调节供给患者的二氧化碳的量。这些装置复杂、笨重且昂贵。没有任何报道说明此种装置用于在麻醉恢复期加快麻醉汽的消除。
如上面4项所述，伺服控制方法有相当的限制，不管是人工的或自动的。正如下面所讨论的1.输入信号我们所要保持恒定的参数是动脉CO2，反馈系统使用呼出气体的CO2浓度，也就是所说的潮气末PCO2(PETCO2)作为输入信号和终点。在很多情况下PETCO2和动脉PCO2会有很大的不同。更进一步，PETCO2的变化并不一定会和动脉PCO2的变化相联系。这将导致PETCO2不能作为控制动脉PCO2的适当输入。例如，一个比通常小的呼吸降低PETCO2(趋向于增加动脉PCO2)将导致伺服控制器产生吸入CO2不适当增加的反应。2.增益如果为了得到高精度控制，将伺服控制系统的增益设得太高，则反应将变得不稳定并导致控制变量的振荡。反之，如果增益设得太低，则补偿滞后。过度衰减的信号将导致反应永远不能达到目标。为了解决这些问题，伺服控制器需要复杂的算法和昂贵的设备。3.内在的限制伺服控制系统工作的原理是对PETCO2的变化进行探测、和随后的修正。即使在理想的条件下，没有任何这样的系统能够预测自发呼吸患者即将到来的VT的大小而分配适当的二氧化碳负荷。
显而易见，人们已经尝试加快被麻醉患者的恢复并在这些认识上进行了实质性的努力。但是，如上所述，他们大都没有成功。进行尝试的原因是更快苏醒所带来的好处、更少对恢复护理的需要以及更少恶心和术后呼吸综合症的危险。因此健康护理系统将节省很多钱。在这一点上，健康护理系统在手术室和恢复期的花费大约分别是每分钟$5.00(加元)和$2.00(加元)。在北美所进行麻醉的总数大约是35,000,000/年(3,500,000和大约30,000,000在美国)，保守的估计可高达50,000,000/年。北美的估计还不包括墨西哥和中美洲国家。平均在手术期和恢复室内的恢复时间所缩短5分钟能够使全世界每年节省几十亿美元。单是在北美，每个手术室和恢复期节省5分钟将节约$1,000,000,000。
所以本发明的目的在于提供一种改良的呼吸回路或回路组件，它可被加入标准的循环麻醉回路装置中用于加快给予吸入性麻醉剂的患者的恢复。
本发明更进一步的目的在于提供一种使用所述回路的处置方法和在给予吸入性麻醉剂时为加快所述患者的恢复对所述回路的应用。
本发明的更进一步和其它的目的将在那些本领域技术人员在阅读随后的本发明概述及其实施方案详细描述后得到实现。发明的概要根据本发明的一个方案，其提供了一种新型呼吸回路和组件，从而能够例如加入到标准的循环麻醉回路中以加快给予吸入性麻醉剂患者的恢复。
根据本发明，当与全身麻醉循环回路联用时，所述的回路和组件对患者给予二氧化碳气体以维持相同的PCO2，它不依赖于换气率(所述的换气率大于换气的控制率)，但允许麻醉汽从患者肺中的消除率直接随患者的总换气而变化，不管患者是正常呼吸还是换气过度。于是麻醉汽就从肺中消除了。但是，二氧化碳不是以比患者的剩余比率或预先控制的比率更大的比率从肺中消除。(二氧化碳的预定消除比率可根据如下所述的往回路中给予的新鲜气体比率进行设定。)所以，根据本发明的另一方案，简单呼吸回路由一起形成简单回路的组件组成，它包括(a)一个气体从回路中离去到患者的出口端口；(b)一个非重呼吸阀，它是一个单向阀，允许气体向出口端口、向患者方向扩散，但是当患者呼气时却是不可呼吸阀，不允许气体通过非重呼吸阀向它们的来源的回路部分扩散，而是使之扩散到周围环境或其它地方；(c)一个和不可呼吸阀联接的气体来源(可以是氧气、空气或其它不含二氧化碳的气体(空气中含有生理学上无显著意义量的二氧化碳)，通过阀向患者方向扩散；(d)一个和新鲜气流源相联接的新鲜气体储槽，用于接收患者没有呼吸的过多气体并同时用于储存，并且当患者从气体来源的气体不足于呼吸时使患者可以从新鲜气体储槽得到气体；(e)一个含有二氧化碳和其它气体(通常是氧)的储备气体供体，其二氧化碳分压大致和患者的混合静脉血的二氧化碳分压相同，它用于向非重呼吸阀扩散患者所需的气体，当呼吸不能以扩散自气流源和新鲜气体储槽的气体完成时。补偿患者需要的气体量，所述的气体源、新鲜气体储槽和储备气体供体放置于阀的一边，处于出口端口远端。
优选一个压力释放阀与新鲜气体储槽联接，这样当新鲜气体储槽过度充满气体时不至于破损、裂开或以任何方式损坏。
储备气体供体优选包括一个需求阀调节器，这样当需要额外的气体时，需求阀调节器打开接通储备气体供体和非重呼吸阀使气体向不可呼吸阀扩散，当不需要时需求阀调节器被关闭，只有来源于新鲜气流源和新鲜气体储槽的新鲜气流通过非重呼吸阀。新鲜气体源被设定成其新鲜气体(不含二氧化碳的气体)供给率与为消除二氧化碳所望的肺泡换气相等。
根据本发明方法的基本原理是当呼吸增加时，来源于新鲜气流的用于消除二氧化碳的新鲜气流(吸入PCO2＝0)的量保持恒定。患者呼出的残留气体(来源于储备气体供体)的PCO2相等于混合静脉血的PCO2，它对混合静脉血和肺泡气的二氧化碳浓度梯度没有贡献，对二氧化碳的消除也没有贡献。如果能够对混合静脉血进行评价(例如，如果将导管插入肺动脉)就可直接测定静脉PCO2。如果不能测定，可以从PETCO2估算。PETCO2可通过测定呼出气的PCO2得到，它是用本领域技术人员所熟悉的、手术设备中有的或容易得到的二氧化碳谱仪进行测定。
结果是，装置被动地、精确地和连续地匹配患者吸入的二氧化碳的量和总呼吸量，因而阻止了动脉PCO2的任何干扰。这和伺服控制器总是试图补偿变化正好相反。但是，本领域技术人员可以通过使用伺服控制器或计算机监测和分配从储备气体供体的量来自动化回路。
根据本发明的另一方案，此新型简单呼吸回路可用于处置患者，使之更快恢复，并促进患者在给予吸入性麻醉剂后的恢复。
根据本发明的另一方案，所述回路的应用是用于一种装置的生产，该装置加快给予了吸入性麻醉剂的患者的恢复。
根据本发明的另一方案，所述回路的应用是用于加快给予了吸入性麻醉剂的患者的恢复。
根据本发明的另一方案，提供了一种处置动物(例如，人)的方法(例如使该动物从吸入性麻醉中恢复)，此方法包括，以特定速率给患者分配不含二氧化碳的气体，以动物的换气率(超过给予不含二氧化碳气体的速率)分配合有二氧化碳的气体以维持动物体内不依赖于换气率的相同PCO2。
所以，当动物的换气率超过分配给动物的动物吸入的不含二氧化碳气体的速率时，动物吸入的含二氧化碳气体维持动物的PCO2保持恒定。
因此，就使用本发明从肺中消除麻醉汽来说，包括含二氧化碳的、不含二氧化碳的联合气体的总换气起着从肺中消除麻醉汽的作用。
这种回路和处置方法也可以用于人们需要使瞬间换气和二氧化碳消除解连的任何情况下，例如呼吸肌训练、肺扩张受体作用的研究、气管支气管紧张、扩张肺以防止肺膨胀不全、呼吸控制和其它本领域人员能够理解的应用。
此回路和处置方法也可被深海潜水员和宇航员用于从体内消除氮气。它也可以在常压或高压条件下用于处置一氧化碳中毒。新鲜气体含有100％氧气，储备气体大约含有6％CO2和94％氧气。新鲜气体和储备气体在此情况下都不含有氮气。附图的简单说明
图1表示能够使患者更快从吸入性麻醉中恢复的简单呼吸回路和组件的构成。所示的装置能够在换气有微小增加的情况下使PCO2仍然保持恒定，从而使麻醉汽快速消除。
图2表示本领域技术人员所熟悉的标准循环麻醉回路部分。
图3表示加到图2所示的循环麻醉回路中的简单呼吸回路的一个实例，显示了为和一般所知的图2所示回路共用时图1所示回路的改变。(根据循环麻醉回路所用的回路，需要对图1所示的基本回路进行不同的改变，这一点本领域技术人员应是很清楚的。)图4A表示图3中所示的结构，在这里和图2所示的一般结构相连。(图3显示了为和图2的结构相连图1结构所作的专门改变，目前显示在图4A中。)图4B和4C以不同位置显示了图4A所示的结构的连结部分。
图5图示了VT(潮气体积)和PETCO2。
图6图示了气道PCO2和VT的轨迹。
图7A、7B和8A、8B描绘了PaCO2和PETCO2的变化。实例的详细说明回路(图1)由一个和两个端口(C和D)远程相连的非重呼吸阀(A)组成。第一个端口和一个新鲜气体源(E)(它不含二氧化碳)及一个新鲜气体储槽(F)平行联接。一个单向压力释放阀(G)提供泄漏过多的新鲜空气来防止储槽(F)过度充满。第二个端口(D)通过一个单向阀(H)和一个气体源相连，此气体源的PCO2大约等于混合静脉血的PCO2。我们称之为“储备气”(I)。非重呼吸阀A和出口端口J(患者从此呼吸)相连。在过度换气下回路维持恒定PCO2的功能性分析当瞬间换气“V”小于或等于来自(E)的新鲜气流(FGF)时，患者只吸入新鲜气体(不合CO2的气体)。当V超过FGF时，含有新鲜不含二氧化碳气体的储槽(F)首先清空并且吸入气体的其余部分从含有二氧化碳的储备气(I)得到气体。储备气被认为是不参与二氧化碳交换以保证实际上的换气只是由FGF提供。如果FGF的速率是5升/分而且患者呼吸速率是5升/分或更少，则患者只是吸入来源于新鲜气流源的不含二氧化碳的气体(E和F)。如果瞬时换气超过FGF，则瞬时换气和新鲜气流间的差由来源于储备气(I)的气体补足，储备气(I)以对患者不提供二氧化碳消除的梯度的浓度含有二氧化碳。回路在麻醉循环回路中的应用标准麻醉循环回路、自发换气的图例(图2)当患者呼气时，吸气阀(1)关闭，呼气阀(2)开启，气流通过波纹状管道构成的回路呼气肢(3)进入重呼吸包(4)。当重呼吸包充满时，气道压力限制(APL)阀(5)打开，平衡的呼出气通过APL阀溢出到气体清除器(没有显示)。当患者吸气时，回路的负压关闭了呼气阀(2)，打开了吸气阀(1)，引导气流通过波纹状管道构成的回路吸气肢(6)。吸气从新鲜气体软管(7)得到所有的气体，并构成了从重呼吸包(4)吸气的呼吸的体积平衡。来源于重呼吸包的气体含有呼出的气体，其中有二氧化碳。当气体通过二氧化碳吸收剂(8)时此二氧化碳被提取，从而再分配给患者而没有二氧化碳，(但仍然含有呼出的麻醉汽，如果有的话)。改良回路(图3)以允许在麻醉情况下患者的换气过度改良的回路包括1.一个回路，起着标准自我膨胀包(例如由Laerdal制)的功能，它有以下组成，a)一个非重呼吸阀，例如由Laerdal制的阀#560200，它在自发呼吸和人工辅助呼吸时同样起作用(9)；b)一个呼出气体复式接头，例如“呼气偏移器”#850500，用来接收呼出气体(10)并引导其进入气体清除系统(没有显示)或麻醉回路的呼气肢(图4)；c)一个自我膨胀包(11)，其入口是一个单向阀，把气体导入自我膨胀包(12)。2.一个新鲜气体来源，(没有含有麻醉汽)，例如氧气或氧气加上一氧化氮(13)，并有流量计(22)。3.一个有4个端口的复式接头(14)a)一个输入新鲜气体(13)的端口(15)；b)一个新鲜气体储存包(17)的端口；c)一个和单向阀相连的端口，当复式接头内部压力低于大气压5厘米水柱时此阀开放，例如Livingston卫生护理服务目录(LivingstonHealth Care Service Catalog)#9005部分，(18)(确保开放前所有的新鲜气体都被利用)；d)一个气体包(19)，其PCO2大约等于和流入阀(18)相连的混合静脉PCO2(或者，阀和气体储存包可用一个需求调节器置换，例如与SCUBA潜水中所用相似的Lifetronix MX91120012和一个压缩气瓶)；e)一个单向流出阀(20)相连的端口，例如Livingston卫生护理服务目录#9005部分，当复式接头内的压力大于5厘米水柱时它允许气体从复式接头释放。麻醉回路的操作方法(图4A)非重呼吸阀(Laerdal型)(9)的远末端和患者相连。
非重呼吸阀的邻近端口和一个三通呼吸阀(21)相连，此阀可指向从循环麻醉回路(图4B)或新回路(图4C)吸入气体。自我膨胀包的非重呼吸阀的呼气复式接头(10)和麻醉回路(3)的呼气肢相连。不管吸入气体的来源如何，呼气被导入麻醉回路的呼气肢。
为最大化麻醉汽从患者肺中的消除，三通呼吸活塞(21)被转到患者从新回路吸气的位置(图4C)。因此从转动三通阀之后的第一次呼吸吸入的气体不含有麻醉汽，提供了消除麻醉汽的最大梯度。
增加呼吸速率将显著促进麻醉汽从肺中消除。如果是自发呼吸，通过降低FGF(22)患者可被刺激以增加其换气，从而使PCO2升高。应用这种方法，不依赖于呼吸速率PCO2可升高并达到稳定状态，导致持续的呼吸刺激。所有的换气都可有效消除麻醉汽。
如果患者是受控换气，使用自我膨胀包(11)，他仍可被换气过度。在两种情况下，患者的PCO2均由FGF(22)决定。不要FGF保持恒定，PCO2将不依赖于瞬时换气而保持恒定。
为阐述回路的效果，我们对人和犬进行了一系列实验。人为自发呼吸，犬为人工呼吸。人类对象得到公共伦理委员会的批准和书面同意后，四个19～25岁的健康对象佩戴鼻夹时通过口罩从回路呼吸。正常呼吸时，通过调节FGF到含有新鲜气体的包在每次吸气末刚好清空的程度，将FGF设定和V相等。接着对象被告知最大地呼吸(“尽你所能呼吸”)3分钟。用皮托氏管(Voltek企业，Willowdale加拿大)记录气流，且信号整合入所得的体积。二氧化碳在口罩处被连续取样(医学气体分析器LB-2，Sensormedics公司，Anaheim，加州)。模拟信号以60样本/秒的频率数字化，并用数据采集软件(WINDAQ/200，DATAQ仪器公司，Akron俄亥俄)进行记录。犬的研究经过公共伦理委员会的批准，6只性别不限、体重20-25千克的杂种犬用甲己炔巴比妥(5-7毫克/千克诱导麻醉，随后为150-300毫克/千克/分钟)麻醉并插管。麻醉深度的充分性从角膜反射、无自发活动、和稳定的心率和血压等推断。将一根导管置于股动脉监测血压并周期性采血样以进行气体分析。犬用常规的机械活塞换气装置(哈佛仪器618型，South Natick，MA)进行换气。对于每只犬，采用400毫升的膨胀体积(VT)和10分钟-1的频率(f)(任务周期，0.5)。所有犬被换气到正好在它们窒息阈值之下(通过增加VT大约50毫升)，这样它们就无需呼吸努力。在气管内管的近末端连续取样潮气二氧化碳(Ametek，Thermox Instruments Division，匹兹堡，PA)。用呼吸速度描计器(Vertek series 47303A，惠普公司)测定气流，并且信号整合入所得的体积。模拟信号以17样本/秒的频率数字化并用和研究人类对象时相同的数据采集软件记录。
由于犬的初始PaCO2的差异(反映了个体对二氧化碳的敏感性，麻醉水平的差异或VT/体重比率的差异)，储备气中的二氧化碳浓度对每只犬调节到其FetCO2之上1.5±0.5％至大约的混合静脉PCO2(PvCO2)(见表II)。为有更大弹性地调节储备气中的二氧化碳浓度，通过将需求阀用单向PEEP(正向端呼气压力)阀和带含有预先混合的气体的气袋的圆筒代替，以改良回路。此回路在功能上和研究人类时所用的相似。回路被连到换气装置的输入端口。在控制条件下，调节FGF使新鲜气体储槽在每个换气循环恰好被清空。此结束点为FICO2在零点上轻微上升所确认。在达到稳定状态(两个5分钟内依次取得的PCO2的差异小于1.5毫米汞柱)后，VT在5分钟的间隔内从400-600毫升升至900-1200毫升。在第二个实验中恒定VT(大约400毫升)和FGF，f在5分钟的间隔内从10-14/分钟升至18-22/分钟。在开始和每5分钟末从股动脉抽取血样测定血气。
所有数据都表示为均数±标准差。我们用单向或双向ANOVA和后hoc分析来检验显著性差异。p值小于0.05时认为有显著性。结果人类对象图5显示了在最大换气努力3分钟时对象1的VT和PETCO2。所有对象的结果如表III所示，数据代表了在0(过度换气开始)、1.5和3分钟时10次呼吸的平均值。在过度换气过程中，和对照值相比PETCO2没有显著性变化(p＝0.08，ANOVA)。各个对象的V和呼吸类型有相当的差异，但单一对象倾向于在整个过程中保持一种特定的呼吸类型。犬图6显示在f或VT改变时#5犬气道PCO2和VT的轨迹。图7和图8显示在所有犬中f或VT改变时PaCO2和PETCO2的变化。增加f不显著影响平均PaCO2或PETCO2(p＝0.28和p＝0.11，ANOVA)。只有在VT为1200毫升时增加VT才降低平均PaCO2(p＝0.01)。与此相反，VT的改变不影响平均PETCO2(p＝0.25)。对照和最高换气间的PaCO2的平均绝对变化对f为2.2±1.8毫米汞柱(从0.4～4.8)，对VT为3.4±2.3毫米汞柱(从0.4～5.6)。讨论对于过度换气的人类对象和机械过度换气的犬(4～12升/分)，系统在一个很大范围的换气(56～131升/分)和呼吸类型内最小化PETCO2的降低。过度换气的犬的PaCO2的变化性尽管很小，可能是由于a)储备气PCO2对犬PvCO2的不精确匹配，b)对犬操作的时程延长(大于15分钟相对于人类对象的3分钟)和c)过度换气的程度(如下)。而且，换气的不同水平可能导致全身和肺血流的变化(换气-灌注匹配，生理和解剖死腔)，从而影响PaCO2和PvCO2。虽然有这些易变性的来源，本研究中犬的PaCO2的变化范围和那些报道的应用更复杂装置的研究相似(见表1)。
为防止呼吸过度时PCO2改变的传统伺服控制技术与此回路相比，更少地受二氧化碳产生的变化的影响；但是，它们具有其它局限。关于PETCO2所检测到的变化是由于PaCO2的改变的假设并不总是有根据的(14)。换气类型的微小改变会从PaCO2中“去偶联”PETCO2，导致PETCO2成为PaCO2控制的不适当输入。例如，一个更小的VT减小VA(它倾向于增加PaCO2)，但也将降低PETCO2，导致伺服控制器反应产生吸入二氧化碳的不适当增加。即使在理想的条件下，一个伺服控制系统试图修正PETCO2引起的变化，而不能预测自发呼吸对象即将到来的VT以分配适当的二氧化碳负荷。如果试图获得精确控制而将伺服控制系统的增益设得太高，反应将变得不稳定并可能导致控制变量(11)的振荡。反之，如果增益设得太低，则补偿滞后(9)。过度衰减的信号将导致反应永远不能达到目标。为了解决这些问题，伺服控制器需要复杂的算法(16)和昂贵的设备。
当二氧化碳恒定时，与伺服控制系统相比回路有理论性优点，在于其提供了对V改变的被动补偿。这最小化了VA的变化，预占了随后补偿的需要。即使在不规则呼吸期间，包括V小于FGF短暂期间仍维持VA的大致恒定。在这种情况下，过多的FGF储存在新鲜气体储槽中并在以后的换气超过FGF时贡献给VA。
当在过度换气过程中二氧化碳生成增加时，如发生在锻炼和呼吸工作增加时，本方法需要修正。为了补偿，可通过增加FGF或降低储备气的PCO2至PvCO2以下来提供额外的VA，这可表达为下式VA＝FGF+(V-FGF)(PvCO2-储备气PCO2)因为自发呼吸对象在过度换气时有着如此变化的V，通过修正FGF的对二氧化碳生成的补偿需要稳定的调节。于是我们选择降低储备气的PCO2以建立储备气PCO2和PvCO2间的浓度梯度；当此梯度恒定时，VA是V的函数。我们发现，在对象所表现的广大V的范围内，储备气中5.5％二氧化碳的浓度(代替相当于46毫米汞柱PvCO2的6.5％)提供了补偿呼吸工作增加所致的二氧化碳生成增加的最佳梯度。
以上已经描述了一种将VA和V去偶联的简单回路。它被动地最小化VA的增加，这种增加通常在伴随着二氧化碳生成恒定时的过度换气。它可被修正以补偿二氧化碳生成的增加。此回路可形成对用于研究的伺服控制系统的简单和便宜替换的基础，并可有治疗上的应用。表II犬号 体重初始PETCO2气袋PCO2(千克) (％)(％)1 22 5.3 7.02 20 4.6 6.63 20 7.1 9.04 24 7.3 9.05 25 5.5 6.96 20 6.0 7.2表III潮气末PCO2(毫米汞柱)
频率(分钟-1)
潮气容积(升)
最小换气(升/分)
以上全面提供了本发明优选实施方案的详细描述，应理解的是此描述仅仅是为了叙述本发明的原理，而不是进行限定。更进一步，在不脱离本发明的范围内可以对本发明作许多修改，所以这里的所有材料都是为了叙述本发明而不是进行限定。
权利要求
1.一种呼吸回路及其组件，其特征在于能够对患者给予二氧化碳气体以维持不依赖于换气率的相同PCO2(这里所说的换气率比控制的换气率高)。
2.根据权利要求1的回路，其中此回路允许从患者肺中的麻醉汽消除率直接应变于患者的总换气，不管患者时正常呼吸还是过度换气。
3.根据权利要求1的回路，其中此回路允许从患者肺中的氮气消除率直接应变于患者的总换气，不管患者时正常呼吸还是过度换气。
4.一种包含一起构成简单回路组件的呼吸回路，其特征在于包括(a)一个气体从回路中离去到达患者的出口端口；(b)一个非重呼吸阀，它是一个单向阀，允许气体向出口端口、向患者方向扩散，但是当患者呼气时却是不可呼吸阀，不允许气体通过非重呼吸阀向它们的来源的回路部分扩散，而是使之扩散到周围环境或其它地方；(c)一个和不可呼吸阀联接的气体来源(可以是氧气、空气或其它气体不含二氧化碳的(空气中含有生理学上无显著意义量的二氧化碳)，通过阀向患者方向扩散；(d)一个和新鲜气流源相联接的新鲜气体储槽，用于接收患者没有呼吸的过多气体并同时用于储存，并且当患者从气体来源的气体不足于呼吸时使患者可以从新鲜气体储槽得到气体；(e)一个含有二氧化碳和其它气体(通常是氧)的储备气体供体，其二氧化碳分压大致和患者的混合静脉血的二氧化碳分压相同，它用于向非重呼吸阀扩散患者所需的气体，当呼吸不能以扩散自气流源和新鲜气体储槽的气体完成时。补偿患者需要的气体量，所述的气体源、新鲜气体储槽和储备气体供体放置于阀的一边，处于出口端口远端。
5.根据权利要求4的回路，它还包括一个和新鲜气体储槽联接的压力释放阀，这样当新鲜气体储槽过度充满气体时不至于破损、裂开或以任何方式损坏。
6.根据权利要求4或5的回路，其中储备气供体包括一个需求阀调节器，这样当需要额外的气体时，需求阀调节器打开接通储备气体供体和非重呼吸阀使气体向不可呼吸阀扩散，当不需要时需求阀调节器被关闭，只有来源于新鲜气流源和新鲜气体储槽的新鲜气流通过非重呼吸阀。
7.根据权利要求1、2、3、4、5或6的回路在制造一种加速患者从吸入性麻醉中恢复的装置中的应用。
8.根据权利要求1、2、3、4、5或6的回路在加速患者从吸入性麻醉中恢复中的应用。
9.一种处置动物使其从吸入性麻醉中恢复的方法，此方法包括，以特定速率给患者分配不含二氧化碳的气体，以动物的换气率(超过给予不含二氧化碳的气体的速率)分配合有二氧化碳的气体以维持动物体内不依赖于换气率的相同PCO2。
10.根据权利要求9的方法，其中的动物是人。
11.根据权利要求9或10的方法，其中的动物能够从吸入性麻醉中恢复，此方法包括，以特定速率给患者分配不含二氧化碳的气体，以动物的换气率(超过给予不含二氧化碳的气体的速率)分配含有二氧化碳的气体以维持动物体内不依赖于换气率的相同PCO2。
全文摘要
本发明提供了一种使动物从吸入性麻醉中恢复的处置方法,此方法包括,以特定速率给患者分配不含二氧化碳的气体,以动物的换气率(超过给予不含二氧化碳气体速率)分配含有二氧化碳的气体以维持动物体内不依赖于换气率的相同PCO
文档编号A61M16/01GK1255070SQ97182156
公开日2000年5月31日 申请日期1997年3月19日 优先权日1997年3月19日
发明者约瑟夫·A·费希尔 申请人:约瑟夫·A·费希尔