经气管切开导管高流量氧疗的生理效应及临床应用

徐培峰 丁洁 江叶 葛慧青

浙江大学医学院附属邵逸夫医院呼吸治疗科，杭州310016

高流量给氧系统是一类具有稳定供氧性能的装置。在临床上，高流量氧疗被广泛应用于急性呼吸衰竭的患者。目前相关的研究多集中在经鼻高流量氧疗 (high-flow nasal cannula，HFNC)，HFNC作为一种有效的支持手段，它的生理学效应包括准确的吸入氧浓度、最佳的气道湿化作用、一定水平的呼气末正压 (positive end-expiratory pressure，PEEP)效应以及高速气流对死腔冲刷以降低呼气末及动脉血CO2水平、减少呼吸功等[1]。经气管切开导管高流量氧疗 (tracheotomy high-flow oxygen therapy，THFO)的效用仍不十分明确，它与HFNC可能有一定的差异。本文就THFO 的生理效应及相关临床应用作一综述，以进一步加深对THFO 的生理效应及其临床作用效果的了解。

1 THFO 的生理效应

HFNC时，高速气流通过鼻腔、咽喉等上呼吸道进入肺内。鼻腔的生理构造复杂，开口容积相对较小；而对于气管切开患者，当通过气管切开口进行呼吸时，切开口径则相对较大，且这时气体并不经过上呼吸道。因此，THFO 的生理效应与HFNC虽有相似之处，但可能还存在着一定的差别。

1.1 提供准确的吸入氧浓度 在关于HFNC 的研究中，研究者通过一个成人气道模型，分别给予不同流量和浓度的气体，当流量设置在60 L/min 时，即使在潮气量700 ml，吸气峰流速77 L/min (吸气时间1 s，流量递减波)，依然能供给准确的吸入氧浓度。Chikata等[2]研究认为当给予的经鼻气流超过患者吸气的峰流速时，就能为患者提供稳定的吸入氧浓度。与HFNC一样，THFO 可以提供相对准确且稳定的吸入氧浓度。Natalini等[3]对26例气管切开患者分别进行标准氧疗以及流量分别为10、30、50 L/min的高流量氧疗后发现，与标准氧疗相比，当流量达到50 L/min后，患者吸气相气道内压波动减少，限制了吸入混合气体中空气稀释作用的影响，使吸入氧浓度稳定，从而可以改善患者的氧合指数。研究同时认为氧合指数的改善可能还与流量增加后呼气压力的峰值和平均值增加，使呼气末肺容积的增加有关。

1.2 最佳的吸入气体湿化 HFNC 被认为可以提供37 ℃下100%相对湿度的最佳湿化，并改善纤毛的活性，有效促进分泌物的稀释和排出[4]。建立人工气道进行机械通气，是抢救和治疗危重患者的重要措施。当人工气道建立时，由于上呼吸道对吸入气体加温加湿的功能丧失，吸入干燥寒冷的医用气体会使纤毛气管黏膜损伤，黏液纤毛运输功能丧失，易使分泌物增厚，难以排出。反复清洁下呼吸道是必要的，但这易引起患者不适，并会增加下呼吸道感染和气道阻塞的风险[5]。因此，机械通气时湿化吸入气体已是临床常规的做法，但是对于行气管切开术后已经脱离呼吸机的患者，采取何种方法对吸入气体进行湿化仍然是临床存在的难点。Birk等[5]的研究比较了高流量加温湿化与冷空气雾化湿化对20例气管切开患者痰液吸引次数与纤毛摆动频率的影响，研究发现高流量加温湿化可以有效提高纤毛的摆动频率，而雾化湿化的方法需要更多的吸痰次数进行分泌物清理，这提示THFO 的湿化效果优于雾化湿化的方法。Nakanishi等[6]也指出，对气管切开后脱机的患者来说，加热加湿的高流量系统可以减少与湿度不足和再次插管风险相关的并发症。Yang等[7]对THFO 的连接方式进行了对比，比较2种THFO 加温湿化连接方法对78例气管切开患者疗效的影响，观察组通过密闭式吸痰装置与高流量装置连接。与常规的湿化连接装置相比，通过密闭式吸痰管连接高流量装置可以更好地改善气管切开患者气道分泌物的黏稠度，还能有更好的氧疗效果，提高患者的舒适性和依从性，并能减少长期气管切开患者肺部感染的发生。这提示对于长期气管切开的患者，可以通过密闭式吸痰装置连接高流量吸氧装置进行湿化和氧疗，这不但经济，且有利于患者的气道管理，减少并发症的发生。然而这样的技术是否值得推广则需要更多的临床实践与数据支持。

1.3 减少死腔量 HFNC时高流量气体对口咽部的冲洗作用可降低上气道解剖死腔，减少CO2的重复吸入[8]，而解剖死腔清除率的增加可以减少患者呼吸做功。临床上实际使用HFNC 的患者可能会随意张开或闭合口腔，漏气量的不同会对这一效应产生一定的影响。Frizzola等[9]在模拟人类呼吸道的猪模型中，研究了高漏气量和低漏气量的条件下PaCO2变化的情况，发现当泄漏量较低时，PaCO2显著降低，这表明漏气量少更有助于吸气死腔的冲刷。研究表明，在HFNC中，30 L/min的流量就可以使PaCO2下降，患者呼吸做功减少，而TFHO 与HFNC 不同的是，需要50 L/min才能对PaCO2和呼吸频率产生影响，这可能是因为经气管切开导管口不似鼻腔结构那么狭窄，气管切开后较少的解剖死腔以及吸气阻力的减少削弱了高流量对患者PaCO2的这一影响，获得同样生理效应可能需要更高的流量；另一方面，由于吸入和呼出的气体被强制单向流动，这也增加了解剖死腔的清除率，并提高了患者的呼吸效率，使CO2的冲刷作用不依赖于高流量设备，从而减轻了THFO 的影响[3]。因此，经THFO 的死腔冲刷作用是有限的，设置气体流量至少达到50 L/min，才能略微地改善氧合和降低呼吸频率。

1.4 PEEP 效应 Kumar等[10]及Mundel等[11]的研究表明，与标准氧疗相比，HFNC 可以改善氧合和呼吸力学，主要原因是由于治疗中高流量的吸入气体可使患者的呼气阻力增加，使患者呼气末肺容积及气道压力增加。Corley等[12]通过电阻抗成像技术发现，HFNC 使呼气末肺容积升高25%。然而，高流量氧疗时呼气末压力的产生机制不仅依赖于气体流量，还依赖于上呼吸道产生的阻力和患者的呼气流量[1]。在气管切开患者中，气管切开导管相对于鼻腔开口较大，因此气管切开口的阻力是有限的，且由于呼吸系统的阻力和弹性以及呼气肌肉的做功的影响[13]，患者的呼气流量之间存在很大的个体差异。有研究者[14]也指出，在气管切开的颅脑损伤患者中，高流量氧疗PEEP 效应并不明显，相反呼气末肺容积 (非重力依赖区肺容积)会随着流量的增加而减小，推测这可能与经气管切开口进行呼气时，气管切口孔径相对较大，呼气阻力与经鼻高流量相比显著下降有关，另一方面，这可能还与患者呼气肌做功增加，使腹腔内压增加，从而引起患者呼气末肺容积下降有关。然而THFO 时呼气末肺容积的变化是否与膈肌及相关呼气肌做功的改变相关以及它们之间的确切关系如何，尚需进一步探讨。在临床上，还有一些因素也有可能会影响患者呼气末压力。Moorhouse等[15]发现，不正确的气管切开插管位置会导致气道阻力增加，可能意味着不恰当的位置降低了输送给机械通气患者的正压，有自主呼吸的患者将不得不增加他们的呼吸做功，以适应不正确放置的气管造口管。除此之外，有研究还指出，不同的气管造口管设计也会对呼气流量产生不同的影响[16]。但一般情况下这种呼气阻力在气管切开后是减少的。Chen等[17]实验证实，只有在气管切开口增加一个电阻，模拟呼气时的鼻阻力，才会在呼气时产生积极的气道压力效应，从而提高呼气末的肺容积。Wang 等[18]设计了一种带有可调节PEEP 阀的高流量吸氧装置以为患者提供持续可调节的PEEP，以减轻气管切开脱机患者卧床、误吸等因素造成的肺泡塌陷，从而改善患者氧合，维持肺脏的生理功能。综上所述，THFO 患者的呼气末压力受很多因素的影响，在临床上，应该综合全面地评估其效应。

2 THFO 的临床应用

HFNC作为一种有效的氧疗工具和治疗设备，在临床上的应用已越来越广泛，已有大量的研究报道HFNC 用于多种原因导致的呼吸衰竭患者。THFO 的生理效应及作用机制与HFNC 之间存在一定的差异，其临床应用的报道相对较少。

2.1 THFO 在撤机中的应用 长期机械通气气管切开术患者的撤机具有一定的挑战性，且花费巨大。长期机械通气与随着机械通气时间的延长后患者的并发症和死亡率的增加相关。HFNC的应用已显示出很多临床益处，而近年来，对于THFO 在撤机中的应用也受到越来越多的关注。Corley等[19]进行了一项比较THFO 与持续雾化氧疗对脱离机械通气后患者相关指标影响的随机交叉研究，结果表明，在THFO 使用15 min后，患者平均气道压力明显高于持续雾化吸氧状态下的压力，两者在呼气末肺容积方面的改变则无明显差异。虽然THFO 时否定了HFNC 的一些有益影响，但THFO 对机械通气脱机后患者的氧合仍有一定的改善作用。

此外，有研究者还报道了存在限制性肺功能障碍的气管切开患者使用THFO 撤机成功的2个案例，这2个案例则提示在限制性肺功能障碍患者中，THFO 可以通过输送高流量的气体来减少患者吸气用力和增加潮气量，增加肺泡通气，从而有利于脱离长时间的机械通气[20]。然而与之相反，Stripoli等[21]比较THFO 和常规低流量氧疗对撤机失败高风险的气管切开患者神经通气驱动、呼吸功、呼吸频率以及气体交换的影响，研究发现在脱机失败高危的气管切开患者中，与常规氧疗相比，THFO 并没有改善患者的神经通气驱动、呼吸功、呼吸速率和气体交换。因此，目前的研究结果可能提示，THFO 的治疗生理效应与HFNC有一定的区别，特别是PEEP 效应的不确定性，THFO 能否有利于患者撤机有待进一步临床验证。

2.2 THFO 在慢性呼吸衰竭患者中的应用 高流量氧气疗法在急性呼吸衰竭中的应用越来越广泛，然而在治疗慢性呼吸衰竭中的疗效研究较少。Dolidon等[22]对2011年1月至2018年4月在鲁昂大学医院进行长期高流量治疗的所有患者进行了一项回顾性单中心研究。该研究将患者分为HFNC的低氧性呼吸衰竭组以及THFO 的气管切开术患者组，研究发现HFNC患者生活质量明显提高，并且该治疗可以降低急性低氧性呼吸衰竭者的再插管率，使用THFO的患者再次入院率也有明显的下降。因此，研究指出对于严重低氧血症性肺病患者和经气管切开术后低氧血症患者，高流量氧疗在家庭氧疗和患者急性发作后低氧血症的治疗上都是可行的技术，且与之使用相关的成本也是合理的，但是还需要进行进一步的前瞻性临床试验，以评估这种治疗的有效性和成本效益，以及其对患者相关生活质量的影响。

2.3 THFO 的其他临床应用 微血管重建和气管切开术等头部和颈部手术后患者活动较少，且气道加湿不足，术后肺部并发症很常见。而THFO 可以克服这其中的一些问题。Twose等[23]将20例气管切开患者随机分为高流量氧疗组 (10例)和标准氧疗组 (10例)，并观察患者脱机后高流量氧使用的可行性以及术后肺部并发症的发生率、住院时间等，结果表明，接受高流量氧疗的患者术后肺部并发症的发生率降低，住院时间和术后理疗需求的趋势减少。此外，呼吸系统对物理疗法的需求也大大下降。这与高流量系统可以提供一定的温湿度、稳定的吸入氧浓度，以及同时可以提高患者的舒适性及依从性相关。THFO 也被报道用作严重面部外伤后困难气道患者插管前的预氧合[24]，即通过一个气管造口面罩给予患者60 L/min高流量湿化氧疗气体，从而避免了皮囊加压面罩预氧合带来的进一步面部损伤，使患者耐受良好，而动脉血气结果亦证实其有足够的预充氧作用，故此研究支持在适当的病例中使用THFO 作为患者气管插管前的预氧合。

目前对于THFO 在临床上应用的报道尚缺乏，并且主要是集中在THFO 在撤机以及术后肺部并发症预防方面的应用，这可能是因为在实际应用中，其生理效应尚存在一定的争议性和不确定性，而随着其临床效用的进一步探索和清晰，THFO 的应用可能也会进一步增加。

综上所述，THFO 的生理效应与HFNC存在一定的差异，特别是在PEEP效应和高流量对减少死腔的效应上存在较大的区别，关于其生理效应方面的研究也仍在继续。近年来，随着高流量氧疗受到越来越多的重视以及对THFO 生理效应及作用机制的逐渐了解，THFO 的临床应用也在不断地被探索和拓展，目前还没有大的随机临床试验报道或强有力的证据表明THFO 是不可接受的，其危害风险已知且比较低。在临床上，应根据患者实际情况进行综合评估后，选择适当的治疗手段。尽管THFO 在临床的效用还在不断摸索阶段，但我们仍有理由相信THFO 作为一种创新和有效的治疗方式，将会受到更多的关注。

利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突