经鼻湿化快速充气交换通气：一种新的窒息氧合技术

邱 瑾，段光友，陈 兵，黄 河

(重庆医科大学附属第二医院麻醉科，重庆 400010)

气道管理是麻醉医生需要重点关注的一项基本技能，麻醉医生需要不断学习和更新各种气道设备和通气技术的新知识。近年来，经鼻湿化快速充气交换通气(transnasal humidified rapid-insufflation ventilatory exchange,THRIVE)作为一种新的无创呼吸支持技术，被越来越多地关注及使用。THRIVE是一种新的窒息氧合技术，其结合了传统窒息氧合技术以及近年来在临床广泛使用的经鼻高流量氧疗(high-flow nasal cannula,HFNC)技术的优点，能为呼吸暂停患者提供高流量湿化氧疗，延长安全的呼吸暂停时间。基于THRIVE的优点，其在气道管理、气道急救以及临床麻醉工作中得到了越来越多的应用，但目前其应用范围仍然局限在麻醉诱导、部分术中人群及特殊人群的气道管理中。为进一步加深对THRIVE的认识并拓展其应用范围，本文对THRIVE的发展、机制和临床应用进行综述。

1 THRIVE的定义与发展

窒息氧合是指在没有自主呼吸或机械通气的情况下进行氧合[1]。在Lyons等[1]的综述里提到，最早关于窒息氧合现象的描述可能是1667年由Hook提出的，他通过刺破犬肺后给予持续充气来实现氧合。1949年，Draper等[2]的一项动物研究提出，在呼吸功能受到抑制的一段时间里可以维持充分氧合和其他重要功能的现象，被称为“扩散呼吸”或“窒息扩散氧合”。随后，1956年，美国麻醉学者Nahas在以往研究的基础上又提出了“窒息氧合”[3]。尽管窒息氧合技术的相关研究从20世纪40年代就已开始，但由于技术的限制，直至80年代才逐渐被临床医生所关注。研究者们不断研发将O2送入呼吸道的装置以实现窒息氧合，包括面罩、鼻导管、鼻咽导管、声门上气道装置、硬支气管镜等[1]，这些窒息氧合技术多以低流量吸氧为主。

2012年，Weingart等[4]报道了经鼻窒息氧合技术的应用，即通过鼻导管为麻醉诱导期患者提供12 L/min冷而干燥的O2来延迟氧饱和度下降，但冷而干燥的高流量气体却容易导致患者气道黏膜损伤和疼痛。随着HFNC的发展[5-6]，窒息氧合技术的应用也取得了突破性进展。2015年，Patel等[7]证实高流量加热加湿供氧系统用于窒息氧合技术可为呼吸暂停患者提供足够的氧合，并在此基础上提出了THRIVE这一概念。2020年，Huang等[8]将THRIVE定义为一种通过鼻导管以高流速(最高可达120 L/min)向临床呼吸暂停的患者输送持续、温暖和100%湿化O2的技术。2020年，左明章等[9]提出，THRIVE是在患者没有自主呼吸及机械通气的状态下应用HFNC，以维持患者在无自主呼吸及无机械通气状态下的氧合和CO2清除。

基于这些研究定义，我们可以发现，THRIVE是一种应用于窒息患者的HFNC技术，也是一种新的窒息氧合技术，通过鼻导管以高流速向临床呼吸暂停患者输送持续加温加湿O2，并保证其相对浓度恒定，以延长安全呼吸暂停时间。

2 机制

2.1 持续正压效应

THRIVE提供的高流速气体，可以产生持续性的正压，从而给上气道提供一种物理性的“压力”支撑，使口咽部压力升高。在对于HFNC的研究中，Groves等[10]通过在志愿者口咽部放置压力测试端口测出，当流速为60 L/min时，女性受试者的闭口压力为8.7 cmH2O，张口压力为3.1 cmH2O，男性受试者闭口压力为5.4 cmH2O，张口压力为2.6 cmH2O，表明经鼻给予的高流量O2会为患者提供一定水平的持续正压。Corley等[11]和Parke等[12]用胸部电阻抗断层成像仪(EIT)以及口咽部压力监测器测量证明，高流量O2可以增加气道压力和呼气末期的肺容积并减少呼吸频率，流速每增加10 L/min，咽腔压力增加0.5～1 cmH2O，气道压力和气体流速呈正相关。高流量O2产生的正压可以促进肺泡复张[11]。

2.2 声门上涡流和强湍流

湍流是流体的一种流动状态，在平静呼吸以及低流量吸氧时，气体以层流的形式进入气道，而当流速增加到很大时，流场中产生许多小旋涡，层流被破坏，相邻层流间不但有滑动，还有混合，形成湍流，其基本特征是湍流微团不仅有横向脉动，而且有相对于流体总运动的反向运动。Hermez等[13]通过建立THRIVE模型，应用THRIVE，同时模拟心源性振荡，并在气道二维模型中使用粒子图像速度测量来可视化流体的流动。由粒子图可见气管和喉部之间的夹带乱流(图1a～c)；THRIVE的高流速气体从口咽延伸到声门，产生一系列强且相连的涡旋，从而产生大量湍流(图1d)[13]。

2.3 通气质量流效应

在患者呼吸暂停之前，通过适当时间的吸氧，达到肺部的去氮作用，从而促进窒息氧合的产生。呼吸暂停期间，肺泡中的O2被抽到血液中，导致肺泡压力降至低于大气压，产生一个高达20 cmH2O的负压梯度，驱动O2从解剖死腔进入肺泡，这种现象称为通气质量流[7-8]。在这一现象中，肺泡压力也促进CO2从血液到肺泡的排出。肺泡吸氧程度超过CO2排出程度，压力梯度则不会立即消除。然而，随着时间的推移，肺泡中CO2的蓄积减少了O2进入肺泡的压力梯度，从而限制通气质量流[14]。

2.4 心源性振荡

心源性振荡被认为是窒息氧合时的另一个气流动力来源。在20世纪80年代初，有学者提出，心源性振荡可能是窒息氧合和气体交换的主要动力[15-16]。心源性振荡是指心脏收缩引起的气流变化。气道内气体流量和压力的变化与心脏周期同步，被认为是由心脏体积变化改变胸内压来促进气体运动。此外，肺血管中的血液运动也会引起小气道的压缩和扩张运动[17-19]。同时，心源性振荡的气流还能辅助THRIVE的湍流流体流动。在Hermez的模型研究中，心源性吸气时，最低的旋涡被拉向声门深处，旋涡产生的湍流被带入气管，增强了声门下方的混合(图1b);心源性呼气时，混合气管液体通过声门向上喷射进入喉头上方的旋涡(图1c)，旋涡将其运送到口咽的冲洗区[13]。然而，心源性振荡对窒息氧合的作用尚不清楚[1]。

a：模型中的粒子快照；b：心源性吸气峰值时的气体流向；c：心源性呼气峰值时的气体流向；d：口咽内的流向

2.5 CO2清除

Patel等[7]对三项经典的窒息氧合研究进行系统回顾发现，窒息氧合几乎不提供CO2的清除。因此，随着呼吸暂停时间的推移，高碳酸血症也会随之发生。在自主通气中，混合PVCO2最高，其次是PACO2，然后是PaCO2。在呼吸暂停初期，静脉、肺泡和动脉的CO2分压瞬间达到平衡[20]。此后，动静脉CO2梯度发生逆转，PaCO2超过PVCO2，这一现象称为CO2分压的逆转[21]。这种逆转的发生是由于气体交换作用被减弱，导致CO2在肺循环中滞留，并被Haldane效应加重，动脉血氧合从而使CO2从血红蛋白中置换出来[11]。Stock等[22]通过夹闭气管导管模拟呼吸暂停状态，结果显示择期手术患者在发生呼吸暂停时，第1分钟平均血CO2分压升高1.6 kPa，随后每分钟平均升高0.45 kPa。

Hermez等[13]通过3个实验室气道模型来研究心源性振荡条件下给予THRIVE时CO2清除的机制发现,在没有心源性振荡的情况下，气体流速从20 L/min增至70 L/min时，CO2清除率从0.29 mL/min增至1.34 mL/min，在逐步施加0～40 mL的心源性振荡后，CO2清除率从11.9 mL/min增至17.4 mL/min。Patel等[7]和Gustafsson等[23]研究证明，THRIVE技术能明显减慢CO2分压上升，其呼气末CO2分压上升至0.975～1.125 mmHg/min。Möller等[24]对HFNC的研究也显示，CO2清除率和高流量气体流速和使用时间呈正相关。

2.6 其他作用机制

Möller等[24]通过对模拟气道解剖学的模型中注入示踪气体观察鼻腔内气体清除的试验显示，高流量气体流速每增加1 L/min，鼻腔气体清除率增加1.8 mL/s，表明高流量的气体可以冲洗患者口腔、鼻腔、咽腔的生理死腔，减少患者吸入的CO2。另外，高流量气体相对精确的恒温恒湿状态更符合人体生理情况下的呼吸道需求，可以降低患者鼻、口、咽、喉的干燥评分，改善分泌物清除，修复和维持气道黏膜纤毛功能，减轻气道炎症，还可以减少能量消耗[25-26]。

3 THRIVE的临床应用情况

3.1 THRIVE在围术期的应用

3.1.1 THRIVE在麻醉诱导期的应用 术前预氧是目前THRIVE技术在围术期最为广泛的应用。预氧技术旨在增加体内O2储存，延缓呼吸暂停期间动脉血红蛋白去饱和的发生，从而提高手术患者插管的安全性。由于通气和插管困难难以预测，所以患者均需要预氧。

Mir等[27]的一项随机对照试验比较了40例急诊手术患者的THRIVE预氧(THRIVE组)和标准面罩预氧(对照组)，动脉血气在THRIVE组和对照组之间没有显著差异；但THRIVE组平均呼吸暂停时间(248±71)s明显长于对照组(123±55)s。Lodenius等[28]的一项随机对照试验比较了患者插管时使用传统面罩和THRIVE预氧时最低的SpO2，80例接受紧急手术快速顺序诱导麻醉的成人患者在预氧并插管后1 min，面罩预氧组有5例患者(12.5%)SpO2低于93%，而THRIVE组则没有(P=0.019)；2组间插管时间和呼吸暂停时间无差异，研究者认为THRIVE在患者氧合状态上仍有潜在优势。然而，也有研究认为，THRIVE虽然在诱导插管期PaO2升高，但随后会出现PaO2下降和PaCO2上升快[29]。Ng等[29]对比50例拟行神经外科择期手术的患者行THRIVE预氧和标准面罩预氧，预氧后面罩组PaO2中位数为357 mmHg，而THRIVE组为471 mmHg (P=0.01)；与面罩组相比，THRIVE组在窒息氧合期后PaO2水平下降更显著；患者完全肌肉松弛后，THRIVE组的PaCO2水平明显高于面罩组(52 mmHgvs.43 mmHg)；面罩组有7例患者需要使用气道辅助器具，THRIVE组则没有(P=0.004)。提示THRIVE在预氧后产生较高的PaO2，插管时是安全有利的；然而，插管后PaO2下降、PaCO2上升，表明在神经肌肉阻滞后，THRIVE在维持氧合和通气方面不如面罩有效。

Hua等[30]的一项随机对照试验比较了60例择期手术的全身麻醉老年患者行THRIVE预氧和标准面罩预氧，THRIVE组呼吸暂停时间显著延长；而2组间PaO2、PaCO2等其他重要参数无明显的差异；2组血流动力学不稳定、耐药心律失常或鼻部不适等并发症情况无明显差异。

上述研究表明，与标准的预氧技术相比，THRIVE预氧在常规全身麻醉患者、急诊手术患者、老年患者中都有更大的优势，能更好地延长安全的呼吸暂停时间。需要注意的是，在上述预氧研究中，均强调了预氧应用THRIVE时应注意双手托颌，建立通畅的气道。

3.1.2 THRIVE在术中的应用 Patel等[7]提出THRIVE并应用于25例已知或预估困难气道患者的全身麻醉，患者的BMI中位数为30 kg/m2，Mallampati分级中位数为3级，直接喉镜分级中位数为3级，呼吸暂停时间平均为14 min；呼吸暂停期间患者均未出现SpO2低于90%，最长呼吸暂停时间为65 min。Yang等[31]对23例患者应用THRIVE进行择期喉显微外科非插管麻醉，所有患者先进行20 L/min 100%O2的预氧，并于麻醉后调整THRIVE流速至50 L/min，平均手术时间为12.4 min，平均麻醉时间为24.1 min，仅1例行喉肿瘤切除的患者发生了SpO2下降(最低72%)。在一项关于105例上气道内窥镜手术患者应用THRIVE的研究中，THRIVE持续时间中位数为20 min，呼吸暂停期结束时，呼气末CO2分压的中位数为60 mmHg，其中10例患者出现SpO2低于92%，在给予适当气道处理后有3例患者因SpO2未恢复而给予气管插管(失败率2%)，其余患者均顺利完成手术麻醉[32]。Huang等[8]综合分析了15项共享气道手术的研究发现，应用THRIVE可以延长安全窒息时间至13～27 min，且未出现相关并发症。To等[33]对17例声门下狭窄的患者应用THRIVE行球囊扩张术，THRIVE初期所有患者的SpO2均得到提高，中位呼吸暂停时间为18 min，其中2例患者在THRIVE期间出现了SpO2下降，1例患者在呼吸暂停25 min后，SpO2降至80%，停用THRIVE，使用面罩通气后恢复，另1例患者在球囊扩张时SpO2降至83%，缩小球囊后缓解，2例患者术后均无并发症或后遗症发生。Jonker等[34]对13例抑郁患者使用THRIVE进行了20次电休克治疗发现，在手术过程中没有患者出现SpO2下降，而且相较于面罩组，其在清除CO2方面更有优势，因此，作者提出，THRIVE是电休克治疗术中一种新颖、安全的氧合方法。

THRIVE作为一种新的无创麻醉通气技术，可以显著延长安全呼吸暂停时间，为短小手术提供无管麻醉，减少了有创操作的刺激，提高了患者舒适度；不占用气道，为气道手术提供更好的视野和可操作空间；还可以为困难气道患者争取更长的插管时间及提供无管麻醉。需要强调的是，应用THRIVE时需保持患者气道通畅，如在咽喉手术中，可通过悬吊喉镜保持气道畅通。

3.2 THRIVE在手术室外的应用

3.2.1 气道急救 在Doyle等[35]的前瞻性研究中，在ICU、手术室和急诊科对71例缺氧高危患者进行紧急插管时应用THRIVE，患者呼吸暂停时间延长和SpO2下降的四分位数范围分别为60～125 s和0～3%；5例(7%)患者出现明显的SpO2下降；呼吸暂停时间和BMI与SpO2之间没有相关性。该研究还发现，对于ICU、手术室和急诊科缺氧风险高的患者，THRIVE有潜力将患者的缺氧风险降至最低。Pavlov等[36]研究显示，与常规给氧组比较，THRIVE组使紧急插管期间低氧血症的相对风险降低30%。此外，有研究表明，在ICU紧急气管插管中使用THRIVE是预防显著低氧血症的独立保护因素[37]。

3.2.2 门诊麻醉 随着舒适化医疗的发展和无痛诊疗技术的推广，高流量氧疗技术在门诊麻醉的应用也日益增多。肥胖患者在无痛检查时，因中度镇静麻醉容易引起呼吸抑制，给予患者15 L/min高流量O2，其SpO2可明显上升[38]。而Riccio等[39]的研究发现，对于接受异丙酚镇静结肠镜检查的病态肥胖患者，在相似的氧浓度水平下，HFNC组与低流量吸氧组在预防动脉氧饱和度降低方面没有显著差异。Chung等[40]对10例低氧血症患者行纤维支管镜检查时应用THRIVE，不仅安全地完成了检查，还改善了患者的低氧状态。基于以上研究，我们可以发现，目前THRIVE的应用和HFNC没有严格应用上的区分，临床工作中，根据手术需要，患者处于不同深度的镇静状态，会产生不同程度的呼吸抑制，这导致我们给予患者的治疗实际上是THRIVE和HFNC交替进行的。

3.3 THRIVE在特殊人群中的应用

3.3.1 肥胖患者 肥胖患者常合并困难气道，且对于缺氧的耐受性差，因此，肥胖患者的气道管理存在特殊性。有研究报道了1例病态肥胖(BMI 40 kg/m2)患者在全身麻醉下行喉镜检查和左侧声带病变活检时，应用THRIVE(20～60 L/min)成功完成了手术，该患者气道评估显示，张口度两横指，马氏分级Ⅳ级；手术时间14 min，术中患者血流动力学稳定，SpO2全程大于98%，术后苏醒好，无并发症发生[41]。Wong等[42]对40例BMI≥40 kg/m2的择期手术患者进行随机对照研究发现，THRIVE预氧组的安全呼吸时间较面罩预氧组显著延长(261.4 svs.185.5 s)。然而，一项对29例行咽喉手术的肥胖患者应用THRIVE的研究发现，有7例(24.1%)患者需要进行插管支持，而2例(6.9%)需要术后入院观察[43]。该研究提出，肥胖患者(BMI>30 kg/m2)对喉部手术耐受THRIVE的可能性较小，应谨慎使用[43]。关于THRIVE应用于肥胖患者尚无一致意见，还需大样本量研究验证。

3.3.2 妊娠患者 全印度困难气道协会建议产科全身麻醉常规使用15 L/min经鼻高流量氧疗[44]。Pillai等[45]对虚拟产妇进行了THRIVE的计算建模发现，THRIVE使去饱和时间从4.5 min增加到58 min。然而，这种结果在临床实践中尚未被观察到[46]。Hengen等[47]报道了1例27岁、妊娠29周(BMI 19.5 kg/m2)的患者，因严重的急性呼吸窘迫综合征入院并需紧急手术，患者面罩吸氧9 L/min时，pH 7.38,PaO2105 mmHg,PaCO227 mmHg；改为THRIVE后，SpO2由95%升至98%，并全程维持98%。目前THRIVE在产科麻醉中的研究较少，虽然上述个案报道[47]显示，THRIVE对产妇手术的氧合是安全的，但考虑到THRIVE可能引起CO2分压升高，不利于产妇和胎儿，因此，THRIVE在产科麻醉的应用上需慎重。

3.3.3 儿童患者 儿童对缺氧的耐受较差，因此，对于儿童麻醉的气道管理也是麻醉医生重点关注的内容。Humphreys等[48]的一项随机对照试验对48例呼吸道和心肺功能正常的儿童患者应用THRIVE预氧和标准面罩预氧，面罩组双手托下颌开放气道，THRIVE组根据体质量采用2 L·kg-1·min-1的流量，并在呼吸暂停期间开放气道，结果显示，THRIVE组安全呼吸暂停时间是面罩组的2倍。然而，Riva等[49]的研究将60例年龄1～6岁、体质量10～20 kg、拟行择期全身麻醉手术的患儿分为低流量100%供氧组(0.2 L/min)、THRIVE 100%供氧组(2 L/min)和THRIVE 30%供氧组(2 L/min)，结果显示，低流量100%供氧组和THRIVE 100%供氧组的呼吸暂停时间无显著差异，THRIVE 30%供氧组的窒息时间显著缩短。由此可见，THRIVE应用于儿童也存在争议，还需进一步的研究。在儿童应用THRIVE和HFNC的研究中，均有出现气道损伤、张力性气脑、气眶、鼻出血、皮下气肿、纵隔气肿、气胸、胃破裂等并发症的报道[50-53]。所以，儿童在应用THRIVE时，应严格执行其使用标准以预防及减少并发症的发生。同时，虽然有胃破裂的个案报道，但也有研究表明，使用高流量吸氧后，用超声扫描评估胃体积并没有观察到胃内充气[54]。因此，高流量气体是否会引起胃胀气还有待进一步的探索。

3.4 THRIVE的使用禁忌和注意事项

THRIVE存在CO2蓄积的风险，需要关注其可能引起的高碳酸血症、酸中毒和低氧血症。有研究证明了THRIVE延长呼吸暂停时间是安全的，即使有个例出现血CO2分压高至100 mmHg，也是可以容忍并纠正的[7]。但是，临床上也有THRIVE失败的病例报道，因此，需准备好气道应急预案并严密监测发生高碳酸血症、酸中毒和低氧血症的相关指标，一旦发生严重的低氧血症或高碳酸血症，应立即终止THRIVE，调整通气支持模式。同时，在不能保证气道通畅、反流误吸风险高、气道出血风险高的患者中，应禁止或慎重使用THRIVE技术。

4 总结

THRIVE技术可以显著延长安全的呼吸暂停时间，作为一种有效的非侵入性通气支持模式，在临床麻醉领域的应用中，可以尝试替代部分有创通气模式，此技术操作简单，患者耐受性好，舒适度高，在近年得到了越来越多的关注及广泛的使用。目前，THRIVE和HFNC没有严格应用上的区分，临床上更倾向于根据患者需要随时调整通气方案，对于手术患者，术前HFNC治疗、术中及术后HFNC和THRIVE的交替应用将为患者有效的气道管理提供更多策略。

本文对THRIVE的可能机制和临床应用进行总结，以加深对THRIVE的认识。但是，目前的研究中对于THRIVE这一新技术的应用样本量偏少，以致部分研究结论截然相反，同时，相关并发症的研究也不多。所以，我们还需要更多更严格的证据来建立一些标准，如THRIVE的适用范围、启动和停止THRIVE的标准等；同时也需要更多的实验研究来检验THRIVE的有效性和安全性，拓宽其临床应用范围，研究减少其可能并发症发生的方法，使THRIVE能够在麻醉领域中更广泛、更安全、更有效地发挥其临床价值。