经鼻高流量氧疗治疗急性呼吸衰竭的研究进展

孙金英，刘睿超，王潇，王若利，李乐，岳红梅

(1.兰州大学第一临床医学院，兰州 730000； 2.兰州大学第一医院呼吸与危重症医学科，兰州 730000)

经鼻高流量氧疗(high-flow nasal cannula oxygen therapy，HFNC)最初用于新生儿患者，近10年来，HFNC已被用于治疗成人患者[1]。HFNC能够减少生理无效腔、改善通气及气体交换、增加呼气末容积、减少呼吸做功，同时还可湿化气道、促进痰液清除，通过改善患者对呼吸支持的耐受性[2]，实现气体流量与氧气浓度的单独调节，使患者吸入的氧浓度更加稳定。目前HFNC被广泛用于各种原因所致的急性呼吸衰竭，包括低氧血症性呼吸衰竭[3]、急性高碳酸血症性呼吸衰竭[4]、慢性阻塞性肺疾病急性加重(acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease，AECOPD)伴高碳酸血症[5]、间质性肺炎急性加重[6]以及拔管后呼吸衰竭[7]等。除一般的支持治疗外，有效的氧疗是急性呼吸衰竭患者的最重要治疗方式。氧疗方式一般包括传统氧疗、无创通气和有创通气。但传统氧疗、无创通气和有创通气均存在较多缺点，疗效并不显著。作为一种新型的呼吸支持技术，HFNC有可能成为传统氧疗和无创通气的替代方式[8]，但仍需进一步临床研究的论证。现就HFNC治疗急性呼吸衰竭的研究进展予以综述。

1 HFNC的作用机制

1.1冲刷解剖无效腔效应 鼻、口腔及咽部的解剖无效腔不能进行气体交换，但每次呼吸时气体可残留于此，形成一定程度的呼吸阻力。HFNC的高流量气体可通过冲刷鼻咽部的解剖无效腔增加二氧化碳(carbon dioxide，CO2)的清除，减少CO2重吸入，改善肺泡通气。闭口呼吸时，鼻咽部压力增高，HFNC通过增加吸氧流量降低吸气时鼻咽部的阻力[9]，从而增加CO2清除，提高肺泡内氧浓度，促进肺泡内气体交换；而在张口呼吸时，解剖无效腔可能更大，呼气时高流量气体完全充盈鼻腔[10]，有利于冲刷解剖无效腔，从而增加CO2的清除，减少CO2重吸入，降低动脉血二氧化碳分压(arterial partial pressure of carbon dioxide，PaCO2)。PaCO2会随着HFNC氧流量的增加而降低，而通过单尖头套管输送氧气有利于增加CO2的清除[11]，减少CO2潴留和重吸收，起到改善氧合的作用。随着解剖无效腔的减少，呼吸做功和呼吸频率均降低，呼吸困难得到缓解。HFNC良好的冲刷死腔效应对于治疗急性呼吸衰竭，尤其是高碳酸血症性呼吸衰竭的优势显著。

1.2呼气末正压(positive end expiratory pressure，PEEP)效应 HFNC高流量输送气体的方式可产生一定的PEEP效应。PEEP效应可产生肺扩张压，使肺泡复张[9]，防止肺泡塌陷和闭塞；还可使肺泡内压力和容积保持稳定，降低跨肺压，增加呼气末肺容积[12]，减少肺不张的发生。HFNC可通过PEEP效应对上气道产生正压力，扩张鼻咽部，降低吸气时鼻咽部阻力，减少呼吸做功，改善肺泡通气；HFNC还可通过降低呼气峰流速，增加呼气末肺容积，改善肺顺应性[13-14]，减少呼吸做功。同时，HFNC产生的PEEP效应还能够增强氧合，改善患者的运动功能[15]。HFNC具有单独调节气体流量和氧气浓度的特点，可通过调节氧气流量促进气体交换，而PEEP效应通过提供更稳定的吸氧浓度使肺泡氧合更充分，促进气体在肺内分布的均一性。同时，稳定的吸氧浓度又能维持一定的PEEP效应，两者相辅相成。通过双尖头套管输送氧气对氧合的影响较大[11]，氧合越充分，患者的缺氧症状越轻，越有利于身体健康的恢复。

1.3加温加湿作用 当呼吸道黏膜干燥时，黏液变厚、纤毛功能受损，导致气道分泌物难以清除。而HFNC的加温加湿作用可温润、湿化气道，避免寒冷、干燥的气体损伤气道，降低出血风险；还可降低黏液的黏附性，增强黏液的流动性，提高黏液纤毛系统分泌物清除的能力，而黏液纤毛系统对湿度极其敏感，HFNC可通过加温加湿作用，维持黏液纤毛系统的防御功能，有效清除分泌物，降低呼吸道感染的风险[16]。而且在HFNC期间患者可进食、说话，故易于接受。因此，HFNC可改善患者的耐受性，增加患者的舒适度[10]，进而增加患者的依从性，改善疗效[17]。当HFNC设定的氧流量低于患者吸气流量时，患者可能吸入湿度较小的大气气体，影响加湿效果[10]。另外，加温加湿作用也可能间接影响氧合，只有设定最佳的温度、氧流量才能达到较好的加湿效果，并间接增强氧合。与传统氧疗方式相比，HFNC的加温加湿作用使患者避免了干燥、寒冷的医用气体，避免了患者对氧疗的不耐受，减轻了患者氧疗时的不适感，使患者在氧疗期间获益。

2 HFNC治疗急性呼吸衰竭的应用现状

2.1低氧血症性呼吸衰竭 在HFNC的临床应用中，低氧血症性呼吸衰竭的患者获益较多。对于低氧血症性呼吸衰竭和高碳酸性呼吸衰竭患者，与标准氧疗相比，HFNC均能改善患者的氧合状态，增加肺泡通气，降低气道阻力，减少呼吸频率，且加温加湿气体可提高患者的舒适度，减少呼吸做功[18]。HFNC虽不能降低急性低氧血症患者的插管率，但可提高患者的生存率[19]。Besnier等[20]调查显示，所有重症监护病房(intensive care unit，ICU)医师均认为，低氧血症性急性呼吸衰竭是HFNC的良好适应证，而肺炎是导致低氧血症性急性呼吸衰竭发生的首要病因。有研究表明，HFNC可改善肺栓塞引起的呼吸衰竭患者的氧合状态和呼吸频率，但仍需要前瞻性临床试验进一步评估HFNC的有效性和安全性[21]。

基于HFNC的生理作用，HFNC对慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)的稳定期和急性高碳酸血症均有潜在的治疗作用，但仍需大型、前瞻性、随机临床研究加以证实。HFNC允许自主呼吸，可通过自主呼吸时产生的PEEP提高肺泡内的氧浓度，且患者依从性良好，不需要呼吸机的专门护理，显著缩短了AECOPD患者的住院时间[22]。与常规氧疗(包括鼻导管吸氧、面罩吸氧)和无创通气相比，HFNC期间患者的舒适度更佳，包括新发的急性呼吸衰竭和拔管后呼吸衰竭患者。另外，HFNC也可降低低氧血症性呼吸衰竭患者的插管率。一项荟萃分析表明，对于急性低氧血症性呼吸衰竭患者，在不影响病死率的情况下，HFNC可降低气管插管率[23]。Hou等[24]研究发现，HFNC的疗效优于普通氧疗，表明HFNC可能是治疗轻度低氧血症的较好选择，可用于鼻导管或面罩吸氧不能缓解的低氧血症；同时，HFNC可显著缓解呼吸困难症状，改善氧合，减少无创机械通气的使用，降低拔管后轻度低氧血症患者二次气管插管的发生率。

2.2急性高碳酸血症性呼吸衰竭 在临床工作中，急性高碳酸血症性呼吸衰竭也较常见，严重时可出现各个系统脏器功能严重障碍，甚至衰竭。高碳酸血症主要与通气不足导致的CO2潴留有关，因此降低CO2浓度对于急性高碳酸血症性呼吸衰竭患者尤为重要。Yuste等[25]通过对HFNC治疗中度急性高碳酸血症性呼吸衰竭患者进行有效性、安全性的前瞻性研究发现，HFNC治疗后的前1 h HFNC患者静脉血气的pH值由(7.28±0.18)上升至(7.31±0.18)，而患者的插管率为10%，住院病死率为6.6%。Kim等[26]研究显示，对于急性高碳酸血症性呼吸衰竭患者，在充足的吸入氧浓度维持正常的动脉血氧分压水平情况下，HFNC治疗可显著降低PaCO2，但仍需进一步大规模随机对照试验评估这种疗法在临床环境中的确切疗效。当无创通气失败时，HFNC可作为一种补救治疗措施，甚至可作为一种非侵入性通气治疗的替代方式[27]。另有研究发现，HFNC可降低各种原因导致的急性高碳酸血症性呼吸衰竭患者的PaCO2[28]。因此，对于急性高碳酸血症性呼吸衰竭患者，HFNC是一种可行的氧疗方式。

2.3AECOPD伴高碳酸血症 COPD是一种以持续存在的呼吸系统症状和气流受限为特征的疾病，是呼吸系统常见病。COPD是世界范围内的第三大死亡原因[29]，而AECOPD是患者需要住院治疗的主要原因。在英国，AECOPD患者显著增加，许多需要住院治疗[30]。在住院AECOPD患者中，约20%发生急性高碳酸血症性呼吸衰竭，且与病死率上升相关[31]。AECOPD伴高碳酸血症患者入院后，无创通气>24 h患者的病死率高于无创通气<3 h患者[32]，表明无创通气治疗时间越长，AECOPD伴高碳酸血症患者的病死率越高。Steriade等[33]研究表明，住院时间与住院病死率相关，而住院病死率与无创通气时间具有相关性。既往相关数据证实，住院时间是AECOPD患者住院后6个月内死亡的预测变量[34]。近年Sun等[35]的一项观察性研究显示，HFNC组在开始使用HFNC 24 h内进行的气道护理干预次数显著少于无创通气组，而与无创通气组相比，HFNC组在开始使用HFNC 24 h内的持续治疗时间更长；无创通气组鼻面部皮肤破损的发生率显著高于HFNC组；两组治疗后24 h的呼吸频率、PaCO2、氧合指数以及呼吸支持时间、ICU住院时间或总住院时间比较差异均无统计学意义；无创通气组的不耐受率显著高于HFNC组，两组在呼吸窘迫、低氧血症和CO2潴留方面比较差异均无统计学意义。Lee等[36]研究表明，对于重度AECOPD伴中度高碳酸血症性急性呼吸衰竭的患者，HFNC与无创通气治疗的插管率及30 d病死率比较差异无统计学意义。Rittayamai等[37]通过观察伴有高碳酸血症的AECOPD患者不同流量HFNC时的呼吸频率发现，患者在30、40、50 L/min HFNC流速时的呼吸频率均显著低于10 L/min HFNC流速时的呼吸频率；当流量为30～50 L/min时，HFNC组与无创通气组的呼吸频率比较差异无统计学意义；在吸氧浓度恒定的情况下，与10 L/min流量HFNC患者相比，更高流量HFNC患者的血氧饱和度显著升高；与无创通气相比，50 L/min流量HFNC患者的血氧饱和度也显著升高。以上结果表明，较高流速HFNC可降低患者的呼吸频率，改善氧合，而30 L/min的HFNC可能是AECOPD伴高碳酸血症患者的最佳治疗方案。在临床中，可根据AECOPD伴轻度或中度高碳酸血症患者的病情，积极使用HFNC治疗。

2.4间质性肺炎急性加重 HFNC是间质性肺炎急性加重的一种可行性选择。HFNC患者与未HFNC患者并发症发生率的比较差异无统计学意义，但HFNC患者的住院病死率显著低于未HFNC患者[38]。Ito等[38]首次证实了HFNC在间质性肺炎急性加重治疗中的效果，且首次发现了患者在HFNC治疗过程中出现的谵妄症状，使用HFNC前间质性肺炎急性加重患者谵妄的发生率为30.2%，而使用HFNC后间质性肺炎急性加重患者谵妄的发生率为18.6%。由此可见，HFNC可降低治疗过程中间质性肺炎急性加重患者的谵妄发生风险。HFNC可改善患者的治疗舒适度以及对呼吸支持的耐受性，因此除标准氧疗和有创机械通气外，HFNC为无创通气不耐受患者的抢救治疗措施。Koyauchi等[39]研究发现，HFNC与无创通气在改善间质性肺炎急性加重患者的生存率方面比较差异无统计学意义，使用HFNC患者的耐受性优于无创通气。另有研究显示，HFNC后第24小时的氧合指数是HFNC治疗成功的显著预测因子[40]。然而，目前仍缺乏大量的证据支持HFNC在间质性肺炎急性加重中的疗效。但HFNC的生理效应证据表明，HFNC可能有益于间质性肺炎急性加重的治疗[41]。HFNC能够提升患者氧疗的舒适度、增强呼吸支持耐受性，未来可应用于间质性肺炎急性加重的患者。

2.5拔管后呼吸衰竭 目前，HFNC越来越多地应用于拔管后呼吸衰竭的患者。一项关于拔管后呼吸衰竭患者的HFNC与常规氧疗对比的荟萃分析表明，HFNC可显著降低拔管后呼吸衰竭的发生率和呼吸频率，增加动脉血氧分压；但两组再插管率、住院时间、舒适度评分、PaCO2、ICU以及住院病死率比较差异无统计学意义[42]。与常规氧疗相比，HFNC显著降低了拔管后外科成人患者的再插管率和呼吸支持升级率，但两者的术后肺部并发症发生率或病死率比较差异无统计学意义[43]。既往研究表明，在有呼吸衰竭风险的心胸外科手术患者中，HFNC的疗效并不低于双水平气道正压通气，行HFNC治疗患者中，治疗失败率为21.0%(87/414)，行双水平气道正压通气的患者中，治疗失败率为21.9%(91/416)(绝对差异为0.9%，95%CI-4.9%～6.6%，P=0.003)，与间歇性双水平气道正压通气相比，HFNC不会导致更高的治疗失败率[44]。因此，HFNC是COPD伴高碳酸血症患者有创通气后替代无创通气的一种潜在治疗方法，可以改善分泌物的清除以及患者舒适度，但仍需进一步评估患者的呼吸困难程度。

2.6其他相关应用 HFNC可应用于急性心力衰竭导致的呼吸衰竭。在急性心力衰竭患者中，与插管组相比，HFNC组在改善血氧饱和度和住院临床结局方面效果相近，HFNC可作为急性心力衰竭患者氧疗的初始选择[45]。Vourc′h等[46]发现，在心脏手术后，HFNC在预防呼吸衰竭方面优于无创通气，尤其在术后1 h和术后24 h HFNC的疗效(氧合指数)最为显著；与无创通气相比，HFNC可改善氧合，防止再次插管，减轻鼻黏膜干燥，提高患者的舒适度，但HFNC与无创通气均未缩短ICU住院时间。近年的一项荟萃分析显示，HFNC可降低毛细支气管炎患儿的治疗失败率[47]。有研究报道，HFNC是一种用于治疗一氧化碳中毒、降低碳氧血红蛋白半衰期的简单、安全、有效的方法，可能是有效氧疗的替代方法[48]。Kim等[49]的研究也证实，HFNC对轻度一氧化碳中毒有治疗作用。

3 HFNC与辅助治疗

在一些辅助治疗方面，HFNC也起到了一定作用。Li等[50]通过体外研究发现，成人可通过HFNC经鼻雾化吸入气溶胶药物，且HFNC设定的气体流量与患者吸气流量的比值被作为患者吸入药物剂量的独立预测因子。吸入气体流量和加温加湿与吸入气溶胶的量呈负相关[51]，即高流速稀释气溶胶，使到达肺内的剂量减少。另外，HFNC对患者预充氧也有积极作用。预充氧的主要目的是延长安全呼吸暂停的时间，从而避免插管过程中血氧饱和度低于88%[52]。Gleason等[53]的荟萃分析显示，与传统氧疗相比，所有使用HFNC进行快速顺序插管患者的氧饱和度均可达到100%，且可防止去氧饱和。Lucangelo等[54]对行支气管镜检查患者进行了HFNC与面罩吸氧的对比研究，结果发现，HFNC 60 L/min为行支气管镜检查的患者提供了更有利的氧支持。随后的研究也支持HFNC作为支气管镜检查的氧支持[55]。通过预充氧及鼻雾化吸入适量药物可能为患者提供更有利的氧支持。

4 局限性

HFNC是一个开放的系统，可能不利于潮气量和肺通气量[10]。在一定范围内，HFNC的氧流量越高，氧合越充分，但较高氧流量可能会造成患者鼻黏膜破损，甚至鼻出血、口干等不适感，还会出现面部皮肤破损、胃肠胀气、呼吸机相关肺炎等并发症；此外，HFNC应用时机或撤机时机的掌握不当还会造成气管插管延迟[56]，甚至发生严重不良事件。因此，在临床应用过程中，应注意避免各种不良事件的发生，并采取积极应对措施。

5 小 结

HFNC在治疗各种病因导致的急性低氧血症性呼吸衰竭方面具有显著优势，对急性高碳酸血症呼吸衰竭也有一定的疗效，但对于病死率等结局指标的影响仍需临床研究验证。另外，HFNC对辅助治疗也有较好的临床效果。总之，HFNC治疗急性呼吸衰竭的临床效果优于传统氧疗，且耐受性和舒适度均较好，不仅有湿化气道作用，还可实现气体流量与氧气浓度的单独调节。HFNC可能优于无创通气，并可成为无创通气治疗失败后的非侵入性通气支持替代方式。但未来仍需大量、前瞻性、随机试验来探究HFNC临床应用的长期效果。