经鼻高流量湿化氧疗在Ⅱ型呼吸衰竭中的应用进展

陈照家，吴建华综述 王耀勇审校

目前治疗Ⅱ型呼吸衰竭最常用的呼吸支持手段是无创正压通气(NPPV)[1]，然而，痰液黏稠不易咳出、人机同步困难、对NPPV恐惧等患者不适合应用NPPV，不恰当地应用NPPV会增加黏液栓形成的风险，造成气胸等不良后果，反而会加重病情[2]。经鼻高流量湿化氧疗(HFNC)是临床近20年来新兴的呼吸支持手段之一，在Ⅰ型呼吸衰竭的应用已较为成熟[3-5]，在Ⅱ型呼吸衰竭的应用正逐步增多，本文就HFNC在Ⅱ型呼吸衰竭应用的生理学机制、临床应用进展及存在的争议进行阐述。

1 HFNC应用于Ⅱ型呼吸衰竭的生理学机制

HFNC设备是一种开放性装置，通过大口径鼻塞输送湿化空氧混合气体，根据患者的实际需求调控气体流速(10～60 L/min)、吸氧浓度(21%～100%)及温度(31～37℃)[6]。HFNC高流速的气体在体内形成的一系列生理学机制是应用在Ⅱ型呼吸衰竭的关键。

1.1 提供高流速稳定的空氧气体 Frizzola等[7]在动物模型上应用HFNC，实验结果证实，HFNC降低体内CO2浓度不是压力的作用，而是由于流量的冲刷作用。临床上为满足缺氧患者的需求常常要提高氧流量，但高流量的氧气会抑制呼吸中枢，造成CO2麻醉，导致神经功能障碍。传统氧疗如鼻导管、面罩吸氧最高可给予15 L/min的氧气，而HFNC最高可提供60 L/min的空氧混合气体。HFNC的高流量不等于高氧浓度，其提供的是空气和纯氧的混合气体，可以根据临床情况进行调控氧浓度。相关研究表明，慢性阻塞性肺疾病急性加重期(AECOPD)患者通过合理氧疗，使经皮氧饱和度维持在 88%～92%范围内可降低患者病死率[8]。而传统氧疗和NPPV因结构特性均难以准确长时间维持在这个范围内[9]。HFNC则可以通过设置气体流量及氧浓度，准确调控FiO2满足患者氧需求，这是HFNC不同于其他氧疗方式的特点之一[10]。

1.2 提供呼吸末正压效应及增加呼气末肺容积 高流量气体可在口咽部产生一个呼气末正压(PEEP)[11]，这个压力不仅可以抵消呼气气体流动，还可以随气体流量增加而增高。在正常人闭口呼吸状态，流量每增加10 L/min，压力增高0.69 cmH2O[12]，这个压力不是由机械产生的，而是高流速产生的，因此患者舒适度较NPPV更好。HFNC还可以增加患者的呼气末肺容积，且呼气末容积会随着流量(<60 L/min)增加而增加，有利于改善患者氧合[12]。

1.3 减少解剖死腔 人体正常呼吸过程中，有30%的潮气量损失在不参与气体交换的解剖死腔中[13]，NPPV的鼻面罩会增加解剖死腔，最终可以通过增加潮气量和分钟通气量来代偿，但也增加了呼吸机性肺损伤的可能[14]。HFNC产生的高流速(>20 L/min)空氧混合气体可使塌陷程度较小的肺泡重新开放，增加肺泡通气量，用CO2含量较少的空氧混合气体取代肺泡内原有的气体，达到减少呼吸系统中解剖死腔的效果[15]。而在高碳酸血症患者中，解剖死腔的体积会随着呼吸频率的增加而增加。因此HFNC减少解剖死腔的作用是其不同于其他呼吸支持方式的特点。

1.4 减少呼吸做功 呼吸做功是指呼吸肌群生理活动做的功，理论上讲，降低呼吸做功可从降低呼吸频率及胸腹运动的同步性两方面来说。Itagaki等[16]在低、中度Ⅱ型呼吸衰竭患者中对比应用HFNC及普通面罩吸氧，通过呼吸体积感应描记法对比胸腹运动的同步性，结果显示应用HFNC较普通面罩吸氧可以改善患者的胸腹运动同步性、呼吸频率及PaCO2，HFNC减少呼吸做功可能与产生的呼吸支持有关。一项研究表明，在成人急性呼吸衰竭的恢复期，HFNC的流量分别设定为20、40、60 min/L时，其中60 min/L降低呼吸用力指数最明显，减少呼吸做功最多[17]。

2 HFNC在Ⅱ型呼吸衰竭的临床应用

目前，HFNC在慢性阻塞性肺疾病(COPD)、支气管哮喘、重症肺炎、心力衰竭、间质性肺疾病、急性呼吸窘迫综合征(ARDS)及拔管后所致的Ⅱ型呼吸衰竭均有临床应用。

2.1 在COPD中的应用 最新流行病学调查显示，我国COPD患病人数接近1亿，构成了主要的疾病负担[18]。呼吸衰竭是评估COPD患者健康状况和预后的决定因素[19]。相关研究表明，HFNC治疗COPD减少了急性发作的次数和住院时间，患者感觉更加舒适，是治疗呼吸衰竭的有效手段[20-21]。因此HFNC在COPD患者应用较多。

2.1.1 在COPD稳定期中的应用：长期COPD稳定期患者可能存在慢性Ⅱ型呼吸衰竭，虽然部分患者可能没有临床表现，但CO2潴留可能会影响患者神经、心血管系统的正常生理功能，因此降低PaCO2是必要的。Pisani等[22]在COPD稳定期合并Ⅱ型呼吸衰竭患者中短时间(30 min)应用HFNC，通过和NPPV的对比，发现HFNC与NPPV降低PaCO2的效果相似。HFNC可以减慢COPD稳定期合并Ⅱ型呼吸衰竭患者的呼吸频率，减少呼吸做功，降低PaCO2，且PaCO2可随着流速的增加而降低[23]。一项观察性研究评估HFNC作为家庭氧疗应用在COPD稳定期合并慢性Ⅱ型呼吸衰竭的效果，结果发现应用6周后不仅降低了PaCO2的浓度，而且改善了患者的生活质量[24]。因此在COPD稳定期合并Ⅱ型呼吸衰竭患者可以尝试长时间应用HFNC治疗，甚至可以作为长期家庭氧疗的方式。

2.1.2 在AECOPD中的应用：AECOPD合并Ⅱ型呼吸衰竭是患者预后不良的指标[19]，如何缓解患者缺氧，降低PaCO2是临床医师需要考虑的问题。Doshi等[25]在AECOPD伴中、重度Ⅱ型呼吸衰竭患者(PaCO2>55 mmHg)中对比应用HFNC及NPPV，结果发现2组的PaCO2、pH、插管率及病死率均相似。在AECOPD伴Ⅱ型呼吸衰竭的患者中HFNC较NPPV更舒适，同时可以降低PaCO2[26]。另外2项相似的研究表明，在AECOPD合并Ⅱ型呼吸衰竭患者中，HFNC可以减少患者气道护理次数，但HFNC和NPPV的插管率和病死率无显著差异[27-28]。目前临床研究表明，在AECOPD患者应用HFNC不仅有助于患者排出痰液、减轻气道炎性反应[29]，而且还可以改善患者氧合及血液CO2浓度。

2.2 在支气管哮喘中的应用 支气管哮喘急性发作严重时可能会出现三凹征、肺部满布哮鸣音等典型临床症状，这时改善患者通气是治疗的主要方向。在支气管哮喘急性发作出现Ⅱ型呼吸衰竭的患者中，HFNC与传统氧疗在降低PaCO2方面差异无统计学意义[30]。一项研究表明，在COPD合并支气管哮喘急性发作的患者，每天应用HFNC最少8 h，其呼吸困难症状有所好转，但并不能降低PaCO2[31]。HFNC应用在支气管哮喘伴Ⅱ型呼吸衰竭的研究相对较少，还需大量的临床研究证实其有效性。

2.3 在重症肺炎中的应用 重症肺炎常有高热、呼吸困难等临床症状，病情进展迅速，常伴随严重的并发症，甚至进展为感染性休克危及生命，呼吸支持是主要的治疗手段之一[32]。Kim等[33]评估HFNC和传统氧疗在Ⅱ型呼吸衰竭患者的疗效，认为HFNC组较传统氧疗组能更有效降低PaCO2。Lepere等[34]报道了1例因H1N1型流感所致的重症肺炎导致肺性脑病的病例，患者无法耐受NPPV，PaCO2进行性升高，更换HFNC继续治疗后，患者在24 h后恢复意识并且PaCO2也降至正常范围内。NPPV虽然是重症肺炎常用的呼吸支持手段，但患者出现不耐受时，HFNC可能是一个不错的选择。

2.4 在心力衰竭中的应用 急性左心衰竭患者可出现肺循环血容量过多，产生肺水肿进而出现低氧血症，当病情进一步进展出现Ⅱ型呼吸衰竭时需要及时纠正CO2潴留，避免加重心肌损害。心力衰竭所致的Ⅱ型呼吸衰竭患者中，HFNC和NPPV在pH、PaCO2、呼吸频率、呼吸做功等方面差异无统计学意义[35]。一项大规模随机对照研究显示，HFNC与NPPV减低PaCO2的效果相似，证明了HFNC治疗心力衰竭所致Ⅱ型呼吸衰竭的有效性[36]。HFNC在心力衰竭所致Ⅱ型呼吸衰竭中的作用似乎和NPPV相似，未来也许会成为替代NPPV的新选择。

2.5 在间质性肺疾病中的应用 在间质性肺疾病呼吸衰竭患者中，有创机械通气的病死率较无创机械通气高，而且还影响患者生活质量，因此临床常应用无创通气手段治疗间质性肺疾病呼吸衰竭[37]。因病情需要患者可能长期使用糖皮质激素治疗，其免疫功能可能处于抑制状态，HFNC在免疫功能低下患者的治疗效果更好[38]。Fiorentino等[39]报道了1例特发性肺纤维化急性加重的病例，患者拒绝使用NPPV，尝试性应用HFNC治疗，经12 d治疗后患者的血气分析指标基本恢复正常。因此为治疗间质性肺疾病合并Ⅱ型呼吸衰竭提供了一个新方向。

2.6 在ARDS中的应用 ARDS的特点是难纠正的低氧血症，治疗上应尽快纠正呼吸衰竭。辅助通气的目的在于复张萎陷的肺泡使其维持开放，增加肺容积，HFNC可以达到这一点[12,15]。Millar等[40]报道了1例入院时诊断为ARDS伴Ⅱ型呼吸衰竭(PaCO269 mmHg)的患者，因为恐惧而拒绝NPPV治疗，改为HFNC继续治疗，6 h后PaCO2降至55 mmHg且pH恢复正常。ARDS的治疗需要辅助通气提供合适水平的PEEP(8～18 cmH2O)保持肺泡的开放状态，还没有研究证明HFNC可以提供一个稳定的PEEP，因此临床在ARDS合并Ⅱ型呼吸衰竭应用HFNC较少。

2.7 在拔管后患者中的应用 拔管后再插管是患者预后不良的指征[41]，因此需要有效的方法防止患者再插管。一项回顾性研究表明，在拔管后再发呼吸衰竭患者中，通过对比HFNC和NPPV，发现在Ⅰ型呼吸衰竭组HFNC与NPPV疗效大致相同且体验更舒适；而在Ⅱ型呼吸衰竭两者的再插管率和病死率均无显著性差异[42]。拔管后患者出现Ⅱ型呼吸衰竭时应谨慎选择辅助通气方式。

3 HFNC应用存在的争议

目前HFNC在应用和更换的时机、发生肺损伤的可能、增加院内感染的可能均存在争议。

3.1 应用和更换时机 目前HFNC应用在Ⅱ型呼吸衰竭的研究较少，并没有共识或指南规定具体的应用和更换指征。

3.1.1 应用时机：HFNC在Ⅱ型呼吸衰竭的应用时机存在争议，有些医师仅在50 mmHg55 mmHg的患者选择应用HFNC，这主要根据临床医师对HFNC应用的熟练度及对患者病情的把握程度。一项在ICU的观察性研究显示[44]，通过比对高年资医师和低年资医师应用HFNC的异同，发现高年资医师在急性肺水肿所致的呼吸衰竭中应用比例为74%，而低年资为33%；在HFNC失败的原因中，72%高年资医师认为循环衰竭是一个原因，而在低年资医师组只有44%认同这个观点。这是在临床工作中常见的状况，低年资医师的临床经验较少，应用HFNC时可能更加局限。

3.1.2 更换时机：Grieco等[45]研究表明，HFNC如果应用不当，可能会延误插管时机，增加病死率。另一项回顾性研究分析，在HFNC插管失败的病例中，应用时长相对较短组比时长相对较长组的病死率更低[46]。过分依赖应用HFNC可能会产生不利患者的后果，因此应及时评估临床症状及相关指标。当患者出现呼吸频率增加、胸腹运动不同步、意识模糊等加重症状，应及时更换NPPV或有创机械通气[47]。

3.2 造成肺损伤的可能 高潮气量可能是造成肺损伤的原因之一[48]。1例白血病骨髓移植后发生闭塞性毛细支气管炎的患者应用HFNC治疗Ⅱ型呼吸衰竭，尸检结果表明肺部有气压损伤[49]。Sonobe等[50]报道了1例噬血细胞性淋巴组织细胞增多症患者，因呼吸衰竭使用HFNC导致出现局限性气胸、皮下气肿和巨大的纵隔气肿。这些病例都是免疫低下患者产生的肺损伤，在免疫功能正常的人群还没有病例报道，但临床应用中也应注意。

3.3 增加院内感染的可能 HFNC在应用的过程中是否会产生大量气溶胶增加院内感染几率是临床医师关注的问题。有研究证明，HFNC治疗过程中正常按规定使用，其呼气弥散程度是有限的，同其他辅助通气相似[51]。但另外一项研究提出，接受HFNC辅助通气的试验者咳嗽时可能导致气溶胶分散超过2 m[52]。上述研究都是在健康人或模型测试的，在临床实际应用可能会有不一样的效果。Leung等[53]在ICU重症细菌性肺炎的患者中，对比应用HFNC同传统氧疗对周围环境的细菌负荷影响，结果表明两者细菌负荷相似，但此研究没有区分致病菌及非致病菌。目前还没有关于应用HFNC对病毒气溶胶的扩散有无影响的研究，因此对于HFNC是否会增加院内感染尚未有明确的定论。最新的研究表明，在应用HFNC的实验模型上戴一个液滴形状的医用外科口罩，可以大大减少气溶胶的分散[54]，因此可以给住院患者佩戴外科口罩进行预防。

4 小结与展望

HFNC在Ⅰ型呼吸衰竭的应用已得到临床医师的认可，在Ⅱ型呼吸衰竭的应用仅有小规模的临床研究及病例报道，因此掺杂的影响因素较多。但大多数研究表明，HFNC能减少CO2潴留，降低呼吸做功，缓解患者的临床症状，这些特点为HFNC的临床应用提供了新的方向。但未来还需大量的随机对照试验研究，证实HFNC治疗Ⅱ型呼吸衰竭的可行性、安全性及有效性。