1、 第一章第一章 绪绪 论论 一、麻醉设备学的研究对象一、麻醉设备学的研究对象 麻醉设备学是麻醉学与理工科学相渗透、交叉的麻醉设备学是麻醉学与理工科学相渗透、交叉的边缘性的应用学科，归属于麻醉医学中的基础学科类。边缘性的应用学科，归属于麻醉医学中的基础学科类。它的内容包括麻醉设备、监测仪器的结构、原理、功它的内容包括麻醉设备、监测仪器的结构、原理、功能及应用。能及应用。 麻醉的发展：简单的局部表面麻醉麻醉的发展：简单的局部表面麻醉 到深层局部麻到深层局部麻到器官手术麻醉到器官移植麻醉。到器官手术麻醉到器官移植麻醉。 麻醉设备的发展：简单给药麻醉装置到单一功能麻醉设备的发展：简单给药麻醉装置到单一
2、功能麻醉机到全能麻醉机到麻醉工作站到全自动麻醉工作麻醉机到全能麻醉机到麻醉工作站到全自动麻醉工作站。站。 教学重点教学重点：保证安全麻醉所必需的设备，如麻保证安全麻醉所必需的设备，如麻醉机、通气机、蒸发器及各种麻醉检测设备。醉机、通气机、蒸发器及各种麻醉检测设备。 二、学习麻醉设备学的重要意义二、学习麻醉设备学的重要意义 麻醉设备学是麻醉学专业的一门专业基础课。麻醉设备学是麻醉学专业的一门专业基础课。其意义如下：其意义如下： 1 1、物理学知识是深入了解呼吸、循环与麻醉、物理学知识是深入了解呼吸、循环与麻醉不可缺少的基础。不可缺少的基础。 2 2、现代技术的进步与发展为临床麻醉工作提、现代技术
3、的进步与发展为临床麻醉工作提供了许多新的设备和仪器。包括全功能麻醉机、供了许多新的设备和仪器。包括全功能麻醉机、通气机及各种麻醉监测和测量仪器等。通气机及各种麻醉监测和测量仪器等。 3 3、通过对麻醉仪器原理、结构和性能的学习，、通过对麻醉仪器原理、结构和性能的学习，提高麻醉临床工作的科学性、准确性和安全性。提高麻醉临床工作的科学性、准确性和安全性。 n 三、学习麻醉设备学的方法三、学习麻醉设备学的方法 1 1、掌握书中所阐述的物理学基本理论、掌握书中所阐述的物理学基本理论 2 2、了解麻醉仪器设备的基本结构，熟悉麻醉、了解麻醉仪器设备的基本结构，熟悉麻醉仪器设备的基本原理和性能指标；仪器设备
4、的基本原理和性能指标； 3 3、通、通过实验和实习掌握麻醉学研究和临床所用仪器过实验和实习掌握麻醉学研究和临床所用仪器设备的性能和使用方法。设备的性能和使用方法。 n 第二章第二章 物理学基础知识物理学基础知识 在呼吸治疗及吸入麻醉工作中，常常会遇到在呼吸治疗及吸入麻醉工作中，常常会遇到一些与物理学密切相关的问题。了解并正确运用一些与物理学密切相关的问题。了解并正确运用物理学的规律来指导临床实践，不仅能提高呼吸物理学的规律来指导临床实践，不仅能提高呼吸治疗及麻醉工作的效果，而且能促进麻醉机、通治疗及麻醉工作的效果，而且能促进麻醉机、通气机等设备的不断改进与发展。气机等设备的不断改进与发展。 第
5、一节第一节 气体定律气体定律 一、理想气体的状态方程一、理想气体的状态方程 只考虑分子间的相互碰撞，不考虑其它相互只考虑分子间的相互碰撞，不考虑其它相互 作用，分子体积和分子间的引力均可忽略不计的作用，分子体积和分子间的引力均可忽略不计的 气体，称为理想气体。对一定量的理想气体，它气体，称为理想气体。对一定量的理想气体，它 的压强的压强P P、体积、体积V V和绝对温度和绝对温度T T之间存在下式的关之间存在下式的关 系系 RTMPV 上式称为理想气体状态方程。上式称为理想气体状态方程。R=8.31J/(molR=8.31J/(molK)K)称称 为摩尔气体常数，为摩尔气体常数，是摩尔质量，是
6、摩尔质量，M M为容器内气体的为容器内气体的 质量（质量（kg)kg)，容器体积，容器体积V(mV(m3 3) ) ，压强，压强P(N/mP(N/m2 2或或Pa) Pa) 。 由于气体的密度由于气体的密度=M/V=M/V，所以上式可写成，所以上式可写成 把理想气体状态方程应用于实际气体，计算结果把理想气体状态方程应用于实际气体，计算结果 和实验数据有微小差别，温度越低，压强越大，即和实验数据有微小差别，温度越低，压强越大，即 气体密度越大时，出现的偏差越大。气体密度越大时，出现的偏差越大。 RTP 二、范德瓦尔斯方程二、范德瓦尔斯方程 由于实际气体分子本身占有一定体积，分子之由于实际气体分子
7、本身占有一定体积，分子之 间存在相互作用，范德瓦尔斯考虑到这两个因素，间存在相互作用，范德瓦尔斯考虑到这两个因素， 对理想气体的状态方程加以修正，从而导出了范对理想气体的状态方程加以修正，从而导出了范 德瓦尔斯方程。德瓦尔斯方程。 1 1、在压强很大时，气体体积减至很小，气体分、在压强很大时，气体体积减至很小，气体分 子本身所占有体积就不能再忽略不计，所以气体子本身所占有体积就不能再忽略不计，所以气体 分子实际活动的空间不等于容器的体积分子实际活动的空间不等于容器的体积V V，而应减，而应减 去一个与气体分子本身所占体积有关的修正量去一个与气体分子本身所占体积有关的修正量b b， 2 2、由于
8、分子间引力的存在，使得器壁附近分子、由于分子间引力的存在，使得器壁附近分子受到一个垂直与器壁指向容器内部的吸引力。这受到一个垂直与器壁指向容器内部的吸引力。这样就会减弱气体分子施于器壁的压力，故上式应样就会减弱气体分子施于器壁的压力，故上式应为为 P=RT/(V-b)-P=RT/(V-b)-P P P P表示由于分子间的表示由于分子间的引力而减少的气体压强，通常称为内压强。其和引力而减少的气体压强，通常称为内压强。其和单位时间内与单位面积器壁碰撞的分子数成正比；单位时间内与单位面积器壁碰撞的分子数成正比；又和每一分子与器壁碰撞时所受内部分子的引力又和每一分子与器壁碰撞时所受内部分子的引力成正比
9、，这两者均与气体的分子数密度成正比，这两者均与气体的分子数密度n n成正比成正比, ,所以所以P P与分子数密度与分子数密度n n的平方成正比。的平方成正比。 气体的分子数是一个恒量，即气体的分子数是一个恒量，即P=a/VP=a/V2 2，式中，式中a a为为比例系数，代入前式，得比例系数，代入前式，得 此式即为范德瓦尔斯方程。此式即为范德瓦尔斯方程。 修正量修正量a a和和b b决定于气体的性质，可由实验测定。从决定于气体的性质，可由实验测定。从 式看出，如果式看出，如果V V很大，即当压强较低或温度较高时，很大，即当压强较低或温度较高时， 两个修正量都可忽略，从而得到理想气体状态方程。两个
10、修正量都可忽略，从而得到理想气体状态方程。 范德瓦尔斯方程比理想气体状态方程更接近于实际范德瓦尔斯方程比理想气体状态方程更接近于实际 情况，但也不是绝对正确的。如表情况，但也不是绝对正确的。如表。 RTMbMVVaMP)(222 三、安得鲁斯实验三、安得鲁斯实验 理想气体只是在温度不太低、压强不太高的条理想气体只是在温度不太低、压强不太高的条件下，才符合实际情况。下面通过实际气体的等件下，才符合实际情况。下面通过实际气体的等温线了解理想气体偏离实际气体变化规律的情况，温线了解理想气体偏离实际气体变化规律的情况，从而对实际气体的性质得到进一步的认识。从而对实际气体的性质得到进一步的认识。 安得鲁
11、斯曾在不同温度下对二氧化碳作了系统安得鲁斯曾在不同温度下对二氧化碳作了系统的等温压缩实验，借以观察气体的状态变化过程，的等温压缩实验，借以观察气体的状态变化过程，如图。如图。 不同气体有不同的临界恒量，它们的值由实不同气体有不同的临界恒量，它们的值由实验测定，见表。验测定，见表。 四、混合气体的压强四、混合气体的压强 混合气体中，各种成分气体都有自己的压强，混合气体中，各种成分气体都有自己的压强， 称为分压强。混合气体的压强等于组成混合气体的称为分压强。混合气体的压强等于组成混合气体的 各成分的压强之和，这个规律称为道尔顿分压定律各成分的压强之和，这个规律称为道尔顿分压定律 。分压强的大小和其
12、它成分气体无关，并可从其在。分压强的大小和其它成分气体无关，并可从其在 混合气体的容积百分比算出。见表。气体分压强的混合气体的容积百分比算出。见表。气体分压强的 大小与气体的流动方向有密切关系，气体总是由分大小与气体的流动方向有密切关系，气体总是由分 压强大的地方向分压强小的地方转移。压强大的地方向分压强小的地方转移。 n 五、气体的弥散五、气体的弥散 当气体的密度不均匀时，气体的分压强就有差当气体的密度不均匀时，气体的分压强就有差 异，气体分子由分压强高的地方向分压强小的地异，气体分子由分压强高的地方向分压强小的地 方移动，称为弥散。方移动，称为弥散。 图图2-32-3表示肺泡和它邻近的肺毛
13、细血管在肺循表示肺泡和它邻近的肺毛细血管在肺循 环过程中氧分子的弥散情况。环过程中氧分子的弥散情况。 图图2-42-4表示氧由毛细血管向组织间液和细胞的表示氧由毛细血管向组织间液和细胞的 弥散情况。弥散情况。 在机体内，由于氧不断消耗，二氧化碳不断产在机体内，由于氧不断消耗，二氧化碳不断产 生，故不能达到静态平衡。而不被代谢的气体生，故不能达到静态平衡。而不被代谢的气体, ,如如 氧化亚氮、挥发性麻醉药等，则可以趋向平衡。氧化亚氮、挥发性麻醉药等，则可以趋向平衡。 六、气体在液体中的溶解度六、气体在液体中的溶解度 当气体和液面接触时，由于气体分子的无规则当气体和液面接触时，由于气体分子的无规则
14、运动，一部分气体分子会进入液体内部而溶于液运动，一部分气体分子会进入液体内部而溶于液体中。血氧含量、血二氧化碳分压、麻醉药物的体中。血氧含量、血二氧化碳分压、麻醉药物的血浓度等都涉及气体在液体中溶解的物理现象。血浓度等都涉及气体在液体中溶解的物理现象。 在一定温度与压力条件下，当液面上的气体在一定温度与压力条件下，当液面上的气体和溶解的气体达到动态平衡时，该气体在液体中和溶解的气体达到动态平衡时，该气体在液体中的浓度称为溶解度。气体的溶解度常用的浓度称为溶解度。气体的溶解度常用100ml100ml液液体中能溶解气体体积的体中能溶解气体体积的mlml数表示，写成数表示，写成vol%vol%。 如
15、如3737时，一个大气压下，时，一个大气压下，100ml100ml血中所能溶血中所能溶解的氧化亚氮浓度为解的氧化亚氮浓度为0.468ml0.468ml，故氧化亚氮的溶，故氧化亚氮的溶解度为解度为0.468vol%0.468vol%。 气体溶于液体是放热过程，气体溶解度通常气体溶于液体是放热过程，气体溶解度通常随温度的升高而减小，和固体不同。气体的溶解随温度的升高而减小，和固体不同。气体的溶解度还与压力有关。压强越大，液面上的气体密度度还与压力有关。压强越大，液面上的气体密度增大，和液面接触的分子数增多，所以气体溶解增大，和液面接触的分子数增多，所以气体溶解度随压强增加而增加。若液面上是混合气体
16、，则度随压强增加而增加。若液面上是混合气体，则气体的溶解度与液面上该气体的分压强成正比。气体的溶解度与液面上该气体的分压强成正比。如用如用C C表示溶解度，上述规律可写成表示溶解度，上述规律可写成 C=p C=p 此时称为亨利定律。此时称为亨利定律。 例高压氧治疗缺氧性疾病；治疗腹胀及脑室例高压氧治疗缺氧性疾病；治疗腹胀及脑室空气造影后的头痛；麻醉气体在血中的溶解度和空气造影后的头痛；麻醉气体在血中的溶解度和诱导及清醒速度有关。诱导及清醒速度有关。 七、分配系数七、分配系数 在一定温度下，某一物质在两相中处于动态在一定温度下，某一物质在两相中处于动态 平衡时，该物质在两相中的浓度的比值称为分配
17、系平衡时，该物质在两相中的浓度的比值称为分配系 数。挥发性麻醉药经肺泡进入血液，可把肺泡气和数。挥发性麻醉药经肺泡进入血液，可把肺泡气和 血液看成互相邻近的气、液两相，当麻醉药在两相血液看成互相邻近的气、液两相，当麻醉药在两相 中处于动态平衡时，这两相中麻醉药的浓度比值就中处于动态平衡时，这两相中麻醉药的浓度比值就 称为该麻醉药的血称为该麻醉药的血/ /气分配系数。几种常见麻醉药气分配系数。几种常见麻醉药 的分配系数见表。的分配系数见表。 血血/ /气分配系数与麻醉诱导快慢有关。异氟醚在血中气分配系数与麻醉诱导快慢有关。异氟醚在血中 溶解度小，血溶解度小，血/ /气分配系数小，麻醉诱导非常迅速
18、，清醒气分配系数小，麻醉诱导非常迅速，清醒 也快。也快。 油油/ /气分配系数与麻醉强度有关。该系数越高，麻醉气分配系数与麻醉强度有关。该系数越高，麻醉 药脂溶性越高，其作用强度越大。甲氧氟烷的油药脂溶性越高，其作用强度越大。甲氧氟烷的油/ /气分配气分配 系数最大，麻醉强度最大系数最大，麻醉强度最大 第二节第二节 物态的变化物态的变化 一、气一、气 化化 物质由液态变成气态的过程叫气化。麻醉中物质由液态变成气态的过程叫气化。麻醉中使用的乙醚、异氟醚、氟烷等麻醉药就是从液态使用的乙醚、异氟醚、氟烷等麻醉药就是从液态挥发成气态供病人吸入的。气化有蒸发和沸腾两挥发成气态供病人吸入的。气化有蒸发和沸
19、腾两种方式。种方式。 蒸发蒸发 蒸发是液体表面发生的气化现象。液体在蒸蒸发是液体表面发生的气化现象。液体在蒸发时要吸收热量，所以蒸发具有致冷作用。麻醉发时要吸收热量，所以蒸发具有致冷作用。麻醉药的蒸发引起温度降低，对输出浓度有很大影响，药的蒸发引起温度降低，对输出浓度有很大影响，是设计蒸发器时必须考虑的。是设计蒸发器时必须考虑的。 要保持液体的温度不变必须给液体加热，使单要保持液体的温度不变必须给液体加热，使单 位质量的液体变成同温度的蒸汽所需要的热量称位质量的液体变成同温度的蒸汽所需要的热量称 为该物质的汽化热。为该物质的汽化热。 常见含氟液体的汽化参数见表。常见含氟液体的汽化参数见表。 蒸
20、发在任何温度下都能发生，但温度越高，蒸发在任何温度下都能发生，但温度越高，蒸发表面越大，表面上通风越好，则蒸发越快。蒸发表面越大，表面上通风越好，则蒸发越快。各种麻醉蒸发器的设计都要考虑上述因素。为各种麻醉蒸发器的设计都要考虑上述因素。为了加速蒸发通常采取下列方法：增加蒸发表了加速蒸发通常采取下列方法：增加蒸发表面积；增加表面气流；温度补偿。面积；增加表面气流；温度补偿。 沸腾沸腾 一定温度下，在液体表面和内部同时进行一定温度下，在液体表面和内部同时进行气化的现象叫沸腾。沸腾只能在一定温度下发气化的现象叫沸腾。沸腾只能在一定温度下发生，该温度称为沸点。液体沸腾时，虽然继续生，该温度称为沸点。液
21、体沸腾时，虽然继续吸收热量，但温度并不升高，这是外界供给的吸收热量，但温度并不升高，这是外界供给的热量全部用于液体的气化。热量全部用于液体的气化。 液体沸腾时，它的饱和蒸汽压等于外部压液体沸腾时，它的饱和蒸汽压等于外部压强，所以沸点与液面上的气体压强有关，压强强，所以沸点与液面上的气体压强有关，压强越大，沸点越高。如高压灭菌原理。越大，沸点越高。如高压灭菌原理。 饱和蒸汽压饱和蒸汽压 密闭容器内的液体，随着蒸发过程的进行，液密闭容器内的液体，随着蒸发过程的进行，液 体上方蒸汽分子的密度不断增大，返回液体的蒸汽体上方蒸汽分子的密度不断增大，返回液体的蒸汽 分子也不断增加，当两者处于动态平衡时的蒸
22、汽称分子也不断增加，当两者处于动态平衡时的蒸汽称 为饱和蒸汽，饱和蒸汽的压强称为饱和蒸汽压。为饱和蒸汽，饱和蒸汽的压强称为饱和蒸汽压。 在一定温度下，因为饱和蒸汽密度不变，所以在一定温度下，因为饱和蒸汽密度不变，所以 饱和蒸汽压不变，随着温度升高，饱和蒸汽密度增饱和蒸汽压不变，随着温度升高，饱和蒸汽密度增 大，因而饱和蒸汽压随温度升高而增大。大，因而饱和蒸汽压随温度升高而增大。 挥发性麻醉药的气化特点是：沸点低、气化热挥发性麻醉药的气化特点是：沸点低、气化热小、饱和蒸汽压高、容易气化。小、饱和蒸汽压高、容易气化。 蒸发器内的麻醉气体浓度，实际上是一定蒸发器内的麻醉气体浓度，实际上是一定温度下的
23、饱和蒸气浓度，即该温度下蒸发器所温度下的饱和蒸气浓度，即该温度下蒸发器所能蒸发的最大气化浓度。例如，能蒸发的最大气化浓度。例如，2020时蒸发器时蒸发器内异氟醚浓度高达内异氟醚浓度高达32.0vol%,32.0vol%,但是麻醉中须用但是麻醉中须用的只是的只是0.70.71.5vol%1.5vol%，因此必须经空、氧等气，因此必须经空、氧等气体稀释后，才能送入病人呼吸道体稀释后，才能送入病人呼吸道。 二、液二、液 化化 物质从气态转变为液态的过程称为液化，也物质从气态转变为液态的过程称为液化，也称凝结。液化是气化的相反过程，随着温度的下称凝结。液化是气化的相反过程，随着温度的下降，饱和蒸气中的
24、蒸气分子凝结成液体，同时放降，饱和蒸气中的蒸气分子凝结成液体，同时放出热量，使液体温度升高。出热量，使液体温度升高。 使气体液化，还可用加压的方法实现，但必使气体液化，还可用加压的方法实现，但必须使该物质的温度降到其临界温度以下。须使该物质的温度降到其临界温度以下。 随着低温技术的进步，现代所有气体都能在随着低温技术的进步，现代所有气体都能在相应的临界温度下液化了。目前，临床上使用的相应的临界温度下液化了。目前，临床上使用的液态氮做冷冻手术，用液态二氧化碳作病理标本液态氮做冷冻手术，用液态二氧化碳作病理标本的冷冻切片，甚至液态氦、氧都是在临界温度下的冷冻切片，甚至液态氦、氧都是在临界温度下制成
25、的。制成的。 三、湿三、湿 度度 大气的干湿程度叫湿度，用来说明大气中水大气的干湿程度叫湿度，用来说明大气中水蒸气的多少，可用绝对湿度和相对湿度两个物理蒸气的多少，可用绝对湿度和相对湿度两个物理量表示。单位体积的大气中所含水气的质量叫绝量表示。单位体积的大气中所含水气的质量叫绝对湿度，因直接测量大气中水气的密度比较困难，对湿度，因直接测量大气中水气的密度比较困难，因此通常用大气中水气的压强来表示绝对湿度。因此通常用大气中水气的压强来表示绝对湿度。 许多与大气湿度有关的现象，主要与大气中许多与大气湿度有关的现象，主要与大气中的水气离饱和状态的远近有关，用相对湿度表示，的水气离饱和状态的远近有关，用相对湿度表示，相对湿度相对湿度= =绝对湿度绝对湿度/ /同温度下的饱和蒸气压相对同温度下的饱和蒸气压相对湿度越大表示大气离饱和状态越近。湿度越大表示大气离饱和状态越近。 湿化器：湿化器：
