人们对机械通气的探索，最早来自对呼吸生理认识的深入，尤其发现了肺通气在维持生命方面的重要性。公元2世纪，古希腊医学家Galen首次描述了肺通气的过程：“当通过芦苇对死亡动物的喉部吹气时，你会发现它的胸部会逐渐扩张起来”。此外，Galen还发现动物在胸廓被打开后会因气胸而出现心脏停搏，这在当时严重影响了他对心脏功能的研究工作。直到16世纪中期，比利时医学家Andreas Vesalius才发现肺通气对维持心脏功能的重要作用。他在解剖动物尸体时发现，一旦打开胸腔，肺脏会完全塌陷，同时心脏会停止跳动，但将一根芦苇插入气管并对肺吹气后心脏又开始跳动。在同个年代，Paracelsus通过相似的技术成功复苏了一名即将死亡的患者，即利用风箱通过插入患者嘴巴里的管子进行人工通气。1664年，英国哲学家Robert Hook在Vesalius通气技术基础之上利用两个风箱对置入动物气管内的导管持续吹气，结果再次证实该种人工通气方式能维持心脏的跳动，一旦停止动物会很快死亡，从而得出维持肺脏开放并输入新鲜气体是维持动物生命活动的关键。随后，英国科学家Lower发现这种人工通气能使动物的血液在尸体解剖时呈红色。由此可见，Vesalius的通气技术其实就是现代机械通气的原型，即通过气管插管或气管切开实施正压通气，但该发现随后广泛应用于临床却经历了几个世纪。

通过风箱和气管内导管进行人工通气的方法早期主要应用于动物实验，直到18世纪中期才应用于人类。在18世纪初，欧洲出现了大量的溺水患者，当时多个国家成立了溺水患者救治协会以提高患者复苏的成功率。当时协会推荐的救治方法包括口对口人工呼吸、复温、按压胸廓和腹部、直肠处烟熏、放血疗法和催吐等，其中口对口人工呼吸是最重要的救治措施。1774年，Tossach首次采用口对口人工呼吸成功复苏了一例因火灾窒息的患者。随后，Forthergill建议若口对口人工呼吸无效时可以使用风箱通气。1776年，Hunter设计了使用两个风箱的人工通气技术，一个风箱进行肺通气，另一个风箱的作用是吸出肺内气体。此后，很多学者又设计了不同种类的气管内插管，以便连接风箱对溺水患者施救。除了气管内插管的辅助设备，Chaussier还设计了一个含有单向阀的面罩和球囊进行人工通气，其设计即类似于现在临床中广泛使用的简易呼吸器。当这些复苏技术在溺水患者中得到广泛应用后，人们开始关心这种人工通气方式的有效性。1827年，Leroy在动物模型中发现，过大的风箱通气会出现致命的气胸（气压伤），虽然人们已认识到可能与风箱通气压力过大有关，但最后欧洲多个国家仍放弃了这项人工通气技术。正压通气技术就结束在了早期的“婴儿”阶段，直到20世纪中期才再次等到临床的认可和广泛应用。

19世纪晚期，人们对呼吸生理的认识逐渐加深，并根据正常人呼吸的负压通气原理设计另一种人工通气方式，通过降低患者体表压力替代或增强呼吸肌肉做功以完成肺通气，即负压通气。第一台负压呼吸机出现在1832年的英格兰，由Dalziel设计，当时命名为“Tank respirator”。患者坐在一个箱体里面，颈部及以下身体密闭在箱体内，通过风箱使箱体内空间周期性出现负压以达到肺通气的目的（图1-1A）。1864年，Alfred Jones在美国设计了另一款经典的Tank respirator，但它是通过箱体外的一个大活塞产生负压，拔起活塞时实现负压吸气，下压活塞时使箱体内产生正压而促进气体的排出。此后学者设计了多种类似的负压呼吸机，但他们都很少关注这种通气方式的生理学效应。1876年，Woillez设计了另一款负压呼吸机，命名为“Spirophore”（图1-1B），类似于后期出现的“铁肺”，主要用于救治溺水患者。与既往Tank respirator不同的地方在于患者躺在箱体内，而且在患者胸部放置了一根木棒用于观察胸壁的活动度（潮气量）。此后学者对负压通气进行了改进，出现了胸甲式负压通气（图1-1C），负压仅作用于患者的胸部和上腹部，这样极大地方便了患者的护理，而且这种方式目前仍在临床中应用。

尽管如此，在临床中大规模成功应用的负压通气是1928年由Drinker和Shaw设计的“铁肺（iron lung）”（图1-2）。在20世纪30年代至20世纪60年代世界范围内暴发了脊髓灰质炎的大流行，使得该装置的使用达到了顶峰（图1-3），并挽救了很多患者的生命。随着临床应用的逐渐增加，人们发现应用该装置时护理患者是一个很大的问题。为解决这个问题，Peter Lord设计了一个负压通气房间，除患者头部外，身体其他部位在负压房间内，通过一个巨大的负压产生装置调节房间内负压，这样医务人员可以进入房间内进行床旁护理和操作。因为这样的房间造价很高，Wilson设计了一个可以同时容纳多名患者的负压通气房间（图1-4），并在波士顿儿童医院得到成功应用。

虽然“铁肺”在世界范围内挽救了很多脊髓灰质炎患者的生命，但临床应用仍存在诸多问题，如笨重、不便于护理、消毒问题、气道维护困难和不适用于低血容量的患者等，而且在20世纪50年代哥本哈根脊髓灰质炎大暴发流行时，还暴露出该技术在改善通气有效性方面的弊端。

虽然19世纪中期利用风箱的人工正压通气技术未能在临床中常规应用，但正压通气技术在生理学动物研究中的应用却越来越广泛，如Hering和Breuer通过正压通气提出了著名的“黑伯反射”。正压通气技术再次回归到临床主要发生在两个不同的时期，一个时期是19世纪末期和20世纪初期该技术在手术室中的应用，而最重要的历史转折是在20世纪中期哥本哈根脊髓灰质炎暴发流行时期。

虽然Vesalius很早就发现正压通气可以通过复张肺脏使胸廓开放的动物存活，但该发现一直未在临床中进行验证。直到1896年，Quenu和Longuet才意识到维持肺泡内与外界环境间的压力梯度是保障胸科手术成功的关键。在此后10～15年内，外科医生主要通过以下两种方式增大该压力梯度：一是降低外界环境的压力，保持肺泡内压力不变，如在1904年德国外科医生Sauerbruch设计一个小型的负压手术室，外科医生和患者身体密闭在手术室，患者的头部伸出到房间外面，通过一个机械泵维持手术室内压力在-10cmH ₂O，从而保证手术过程中肺脏的扩张和患者的生命安全；另一种方式就是增加肺泡内压力，实施正压通气。当时尝试增加肺泡内压力的方法主要有两种：一种方法是通过气管切开或经喉气管插管的有创方式实现正压通气（有创正压通气）；另外一种方法是采用无创性方式，如将患者头部放在一个正压柜子里（图1-5），或者通过面罩或头盔连接正压通气（类似于现在的无创正压通气）。负压手术室太大、昂贵，不利于开展，而通过正压柜或面罩方式的正压通气方式不能保证通气的效果，使用不方便。经喉气管插管便于使用和携带、操作简单和创伤小，因此，在胸部手术中经喉气管插管渐成为外科医生实施麻醉和正压通气的首选。

人工气道是保证手术中患者通气安全的关键。在人工气道建立方面，气管切开是最早成熟起来的技术，其起源可追溯到公元前2000年至公元前1000年，开始常规应用于临床大概发生在公元前100年，主要管理患者上气道梗阻的情况。到19世纪末期，随着经喉（经口或经鼻）气管插管技术和设备的改进，Macewen首次成功应用经喉气管插管替代气管切开解决上气道梗阻问题。1895年，Janeway发明了喉镜，极大地方便了经喉气管插管。此后通过喉气管插管实施正压通气技术在手术室中逐渐得到了广泛应用。经喉气管插管应用逐渐增多的另一个重要推动因素来自对患者术后并发症和病死率显著增加原因的认识，即肺内分泌物潴留。1928年首次描述由于支气管内黏稠分泌物和咳嗽抑制导致的术后肺不张。支气管镜引流是早期清除气道内分泌物的常用方式，但对一些病情复杂患者却需要频繁进行支气管内吸痰，增加了临床治疗的难度。气管切开是最早在1932年提出的解决此类问题的方案，多应用于脊髓灰质炎患者。不久后，医生发现经喉气管插管亦可以达到与气管切开相同的痰液引流效果，而且创伤小，因而在临床中被广泛应用。此外，为提高该导管的安全性，在经喉气管插管的末端设计了“Murphy eye”的侧孔，以减少黏膜堵塞导管末端的风险。

1952年，哥本哈根脊髓灰质炎的暴发流行是机械通气历史中的一个重要分水岭，是机械通气技术由负压通气时代转变为正压通气时代的转折点。在这年夏天，哥本哈根暴发了大规模脊髓灰质炎，在高峰期Blegdams医院每天收治近50例患者，并均伴有呼吸肌肉麻痹。在最初31例患者中，27例在入院后的3天内死亡，病死率高达85%。为此，医院首席医生Lassen寻求麻醉医生Bjorn Ibsen的帮助。当时大部分临床医生认为患者的主要死因是由于难以控制的病毒血症导致的肾脏衰竭，但Ibsen在分析死亡患者的病例和尸检结果后认为，通气不足导致的呼吸性酸中毒是导致死亡的首要原因，建议放弃负压通气，立即气管切开接受正压通气治疗。当时普遍认为负压通气（“铁肺”）是一种可靠的通气技术，虽然Lassen开始没有赞成，但最后还是决定尝试Ibsen的方法。因此，在第32例患者入院时，Ibsen首先让外科医生对该名12岁小女孩实施了气管切开，痰液引流后开始手动正压通气，结果患者很快好转，也证明了Ibsen的方法是正确的。采用这种方法后，患者的病死率迅速由85%下降至40%。该方法的唯一问题是没有足够的人工通气设备，为此，医院决定将所有患者集中到同一个病区，并鼓励约1500名医学生24小时轮班为患者实施球囊人工通气。随后哥本哈根的成功经验逐渐延伸到全球其他国家。

哥本哈根成功救治经验推动了呼吸衰竭患者临床救治措施的改革，具有重要的历史意义。首先，它明确了正压通气的有效性和价值，也显示了临床对正压呼吸机的大量需求；其次，集中危重患者统一管理，并组织加强对此类患者的医疗照护，形成了早期重症监护病房的理念；此外，Ibsen还建议组建一支擅长气管插管或气管切开的转运团队及时抢救偏远地区的危重患者，待其插管稳定后转至特定的医疗中心继续救治。很显然，该转运救治模式就是当代急救医疗系统的前身。

虽然有创正压通气治疗脊髓灰质炎所致的呼吸衰竭效果显著，但在其他疾病中的应用进程却非常缓慢。斯堪的纳维亚人（Scandinavian）首先尝试应用正压通气治疗其他疾病导致的通气不足。研究发现，肺气肿和慢性支气管炎患者发生通气衰竭时常伴有高碳酸血症和低氧血症，氧疗会加重此类患者的病情，人们开始间断尝试应用正压通气改善病情。直到1961年，Munck等共收集了42例发生呼吸衰竭的慢性阻塞性肺疾病急性加重患者，结果发现联合气管切开和正压通气能使患者存活率达到74%。作者认为，对于弥漫性慢性肺部疾病患者，机械通气的目的是帮助患者挺过危及生命的呼吸衰竭急性期，为患者的康复提供了重要的保障。因此，在20世纪60年代至20世纪70年代早期，医生普遍认为对于伴有昏迷或血气指标恶化的严重的慢性阻塞性肺疾病急性加重患者，经保守治疗无效时有创正压通气是最佳的治疗方式。此外，学者们随后还发现了正压机械通气在其他种类患者中的成功应用经验，包括巴比妥酸盐中毒、预防心肺功能不全患者的术后肺不张、肺水肿、肺炎、肺挫裂伤、破伤风和肾脏衰竭等。

自20世纪80年代末期开始，无创正压通气技术的发展是机械通气历史上的重要事件。最早的无创正压通气技术可追溯到1780年，Chaussier利用面罩和球囊正压通气技术对溺水患者进行复苏。1911年，Drager公司设计了一款的高压气体驱动的自动正压无创呼吸机（图1-6），使用时与面罩连接，主要应用于火灾患者的复苏。到20世纪40年代末期，临床中出现了连接无创面罩的间歇正压呼吸（IPPB）（图1-7），用于治疗肺炎、肺水肿、溺水、吉兰-巴雷综合征和急性哮喘患者，但随着气管插管有创正压通气技术的发展，IPPB在临床中的应用逐渐减少。在20世纪70年代，IPPB在医院内又开始大量使用，但大量临床研究发现IPPB在改善气溶胶药物沉积和预治肺不张等方面并不优于其他常规方式，因此最终在临床中的应用逐渐减少。1981年，Sullivan成功应用了一款自己设计的鼻面罩与持续气道内正压通气（CPAP）技术联用治疗阻塞性睡眠呼吸暂停患者。此后，学者们尝试应用此鼻面罩联合正压通气技术治疗需要长期通气支持的患者。该方式最先在肌肉萎缩症患者中获得了成功应用的经验，此后在一些由于限制性肺部疾病导致的慢性呼吸衰竭患者中开始常规应用，包括神经肌肉疾病、胸廓畸形和肥胖低通气等，从此开启了无创正压通气在临床中应用的新时期。

受到无创正压通气治疗慢性呼吸衰竭成功经验的影响，以及随着无创人机界面的改进和对有创通气严重并发症认识的加深，尤其呼吸机相关肺炎的发生，临床医生开始尝试应用无创正压通气治疗急性呼吸衰竭。其中值得一提的是，1989年Meduri等观察了10例应用无创正压通气治疗的急性呼吸衰竭患者，结果发现该通气方式使8例患者避免了气管插管。虽然随后很多学者也报道了类似的成功应用经验，但真正推动应用无创正压通气治疗急性呼吸衰竭的事件是出现了具有双水平正压通气的无创呼吸机，典型产品是Respironics BiPAP ST（图1-8），而且此后大量研究发现，无创正压通气治疗急性呼吸衰竭疗效最佳的疾病是慢性阻塞性肺疾病急性加重，能够显著降低患者气管插管率、住院时间和病死率。近年来，随着无创正压通气技术和无创连接界面的持续改进以及学者在其他呼吸疾病中的探索，无创正压通气现已成为各类急性和慢性呼吸衰竭患者的一个常规治疗手段。

机械通气应用的器械是通气机（ventilator），现在临床习惯称之为呼吸机。随着对疾病病理生理学认识的加深以及机械工程和电子信息等技术的发展，呼吸机的发展也经历了不同时期。

最早的有创呼吸机（第一代呼吸机）出现在20世纪40年代到20世纪50年代，早期有创呼吸机仅能给予容量通气，而且大部分呼吸机不允许患者触发呼吸机，通气模式也仅为完全控制通气。具有代表性的呼吸机品牌有Morch、Bird Mark7、Emerson和Engstrom等。自1967年Ashbaugh提出急性呼吸窘迫综合征（ARDS）概念后，呼吸末正压（PEEP）开始逐渐常规应用于机械通气患者，但第一代呼吸机并没有整合PEEP功能，此时期PEEP的设置是通过将呼吸机回路的呼气支放入水中，水下放置的深度即为PEEP水平（图 1-9）。

20世纪70年代中期到20世纪80年代早期，出现了第二代有创呼吸机，其主要特点是患者能触发呼吸机，出现了辅助型通气模式，如间歇指令通气（IMV）（1971年）和同步间歇指令通气模式（SIMV）（1975年）。1977年，Hewlett提出了机械通气历史上首个闭环通气的概念，由此设计了指令分钟通气量（MMV）模式。此前大多数呼吸机仍仅能进行容量通气，直到20世纪80年代，Servo 900C呼吸机研发出了压力支持（PSV）和压力控制通气（PCV）模式。此时期的呼吸机开始加入一些简单的报警功能，如高气道压力、高呼吸频率和低潮气量报警等。具有代表性的呼吸机型号包括Puritan Bennett MA-1、Siemens Servo 900C和Ohio 560等。

从20世纪80年代早期到20世纪90年代后期，出现了第三代有创呼吸机，其最主要特点是微处理器在呼吸机中的应用，在气体输送方式和数据监测方面有了很大的改进。此外，几乎所有有创呼吸机都标配容量目标型和压力目标型的通气模式，并出现了气道压力释放通气（APRV）模式，而且报警和监测功能得到了很大的改进。具有代表性的呼吸机型号包括Puritan Bennett 7200、Bear 1000、Hamilton Veolar和Servo 300等。

从20世纪90年代末期到现在，临床中使用的大部分是第四代有创呼吸机，这代呼吸机变得更加精密智能，最显著的特点是大量通气模式的出现，尤其智能通气模式的应用，如适应性支持通气（ASV）、SmartCare、成比例辅助通气（PAV）和神经调节通气辅助（NAVA）等。此外，这一代有创呼吸机还标配无创通气模式，呼吸监测功能也更加完善。具有代表性的呼吸机包括PB840、Maquet servoi、Drager Evita XL、Carefusion Avea等。