高流量氧疗应用于稳定期COPD的生理机制及研究进展

刘静 蒋幼凡

重庆医科大学附属第二医院呼吸内科400010

COPD 是一种严重威胁人类健康的呼吸系统疾病。其患病率高[1],且在我国的患病率呈逐年上升趋势；其病死率较高,已成为我国部分地区引起死亡的第三大病因[2]。全球疾病负担研究预计2020年COPD 将位居全球疾病死亡原因的第三位。其特征为不完全可逆的气流受限,呈进行性发展,肺功能不断下降,病程中常伴随急性加重及呼吸衰竭,严重影响患者的生活质量[3]。COPD 患者通常伴氧合下降和通气功能障碍,并且是其死亡的重要原因。改善氧合和通气可降低病死率、住院率,改善患者生活质量。目前,稳定期COPD 合并呼吸衰竭患者的给氧策略主要是长期家庭氧疗(long-term oxygen therapy,LTOT)和无创通气。但各有其局限性。LTOT 包括鼻导管、面罩和文丘里面罩等吸氧方式。鼻导管吸氧具有经济、方便、易于操作等特点,但当氧流量较大时,未经充分加热和湿化的气体将会造成鼻腔黏膜干燥、出血等情况。面罩吸氧虽能提供较高的氧浓度,但因舒适性欠佳,易造成患者耐受性差[4]。无创通气可能导致面部皮肤损伤、眼睛刺激、幽闭感、胃胀气、误吸和排痰困难等并发症,并且影响进食和交流,患者耐受性较差,临床应用受限[5]。近期,加温加湿高流量经鼻导管氧气治疗(heated and humidified high flow nasal cannula oxygen therapy,HFNC)作为一种新型的稳定期COPD 人群可选择的呼吸支持方式,受到了越来越多的关注。

现就HFNC应用于稳定期COPD 中的生理学机制及研究进展予以综述。

1 HFNC装置

HFNC装置由空氧混合器、主动加温加湿器、单回路加热管和大口径鼻导管组成,能够提供充分加温加湿的空氧混合气体,吸入氧气分数可以设定为0.21至1.0,最高流量可达60 L/min[6]。因此,HFNC实施的简单性和患者自身的舒适性,及其生理学效应,使HFNC 在稳定期COPD患者在家中或康复期间的应用成为可能。

2 HFNC的生理学效应

2.1 减少解剖死腔和清除CO2HFNC 提供的气体流量超过人体自身呼吸所产生的流量,高流量气体冲刷上气道,能将在呼气末时遗留鼻咽部的CO2冲洗干净,从而减少生理无效腔,促进肺泡内O2和CO2的交换,减少CO2的重吸收,从而清除CO2。Braunlich等[7]的研究表明,HFNC能有效降低稳定期COPD 患者的PaCO2,其重要机制就是冲刷气道和减少生理无效腔。

2.2 提供恒定的吸入氧浓度 传统氧疗装置提供的氧流量达不到患者自身呼吸的吸气峰流量,所以患者在吸入氧气的同时将吸入部分空气,导致实际的氧浓度不稳定。Ritchie等[8]观察到,当输送的高流量气体超过患者主动吸气的最大吸气流速时,吸入氧浓度的实际值接近理论值。而高流量吸氧可以提供高达60 L/min的气体流量,远远大于患者的自发气体流量,因此能提供恒定的吸入氧浓度。

2.3 良好的加温加湿 传统氧疗提供的气体干燥未经加热,可引起口鼻干燥、面部不适、眼部不适、鼻眼外伤、胃肠胀气、误吸等。而HFNC能提供与人体温度相近、相对湿度100%、更为稳定的气体,保护患者气道黏膜纤毛功能,减轻患者不适感,从而提高患者对治疗的依从性[9]。此外,通过HFNC 温湿化后的气体能促进气道黏膜表面的纤毛运动,有利于分泌物的清除,还能减少患者的呼吸做功,降低患者的代谢率,增强肺的顺应性,有利于减轻或缓解病情[10]。

2.4 呼气末正压(positive end expiratory pressure,PEEP)效应 虽然HFNC 是一种开放式系统,但从鼻导管输入的高流量气体可以克服呼气阻力,在鼻咽部产生2～8 cm H2O(1cm H2O=0.098 kPa)的压力,产生类似PEEP的效应,以此来对抗肺泡内产生的内源性呼气末正压,可促进肺生理复张和避免气道塌陷[11]。HFNC 提供的气道正压随着气体流速的增加而增加[8,12],但可能与是否存在呼吸漏气有关[13],且不管患者口腔闭合与否,均能保持气道正压状态[14-15]。

3 HFNC在稳定期COPD患者中的应用

HFNC最初应用于新生儿ARDS的治疗[16],现逐渐应用于成人[6],包括急性低氧血症呼吸衰竭、COPD 急性加重期、睡眠呼吸暂停、急性心力衰竭等疾病及其他拒绝插管的情况。近来,越来越多的研究将HFNC 应用于稳定期COPD 患者中。

Fraser等[17]的一项短期随机交叉研究对30 例稳定期COPD 患者进行了LTOT(鼻导管低流量吸氧,2～4 L/min)及HFNC(氧流量30 L/min),结果发现,与LTOT 相比,HFNC降低了PaCO2,增加了呼气末容积和潮气量,降低了呼吸频率。除此之外,有其他研究显示HFNC应用于稳定期COPD 患者可降低呼吸频率[18],降低PaCO2[8],且具有流量依赖效应[19],能提高运动能力和生活质量[20]。以前的观点认为,COPD 合并Ⅱ型呼吸衰竭的患者应慎用高流量氧疗。近年来,有研究者认为,HFNC可作为COPD 合并Ⅱ型呼吸衰竭患者的氧疗方式。Pisani等[21]的研究显示,HFNC能显著改善稳定期COPD 合并慢性高碳酸血症型呼吸衰竭(chronic hypercapnic respiratory failure,CHRF)患者的呼吸模式,减少吸气做功,降低PaCO2。短期使用HFNC对于稳定期COPD 患者的有效性和安全性在Vogelsinger等[22]进行的一项研究中得到证实,HFNC可有效纠正COPD 患者呼吸衰竭及高碳酸血症,且氧气消耗量比传统氧疗更低。在另一项Braunlich 等[23]的研究中,稳定期COPD 合并CHRF 患者先后进行6 周的HFNC(氧流量20 L/min)和无创通气,结果表明,HFNC能显著降低PaCO2,且HFNC组和无创通气组水平差异无统计学意义。这使得HFNC 成为一种稳定期COPD合并CHRF患者可选择的呼吸支持方式,可能代替无创通气用于不能耐受无创通气的患者,或与无创通气联合使用,以减少与面罩相关的不良反应。

为进一步研究HFNC 在稳定期COPD 中的长期疗效,Storgaard等[24]将200 例重度COPD 患者随机分为LTOT(对照组)和LTOT 联合HFNC 组(实验组),进行了12个月的治疗和随访,结果发现,长期HFNC 治疗减少了COPD 患者急性发作次数,降低了住院率,改善了症状。今后,HFNC有望进一步应用于稳定期COPD 患者的长期管理甚至家庭使用中[25]。

4 小结

HFNC因其良好的加温加湿性,准确的吸氧浓度调节,能够减少解剖死腔和清除CO2,产生PEEP效应等生理学特点,越来越多地应用于成人疾病中。这些生理学原理使得HFNC同样适用于COPD 患者甚至稳定期COPD 患者,然而,HFNC在这一领域的应用仍有限。目前的研究显示,HFNC应用于稳定期COPD 患者中可改善呼吸模式,降低PaCO2和呼吸频率,缓解症状及提高生活质量,且与传统氧疗及无创通气相比,具有更好的舒适性和耐受性。还需要更多的多中心、大样本的临床研究来探究HFNC 治疗稳定期COPD 的远期效果,形成明确的临床应用指征。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突