高流量氧疗在COPD合并高碳酸血症呼吸衰竭患者的应用进展

刘雅楠 薄建萍

山西医科大学第二医院呼吸与危重症医学科,太原 030000

几十年来,常规氧疗和无创通气一直被认为是急性或慢性呼吸衰竭的一线治疗方法[1-2]。但常规氧疗通过传统的鼻导管或面罩只能提供低流量的氧气,而吸入的气体因加热和湿化不足,随着流量的增加往往会给患者带来不适[1]。ERS关于COPD长期家庭无创通气治疗指南建议无创通气可用于慢性稳定型高碳酸血症的COPD患者[2],也有证据表明无创通气可以改善急性高碳酸血症患者的预后[3]。然而,尽管无创通气很有效,但由于各种不良反应,如幽闭恐惧症、眼睛刺激、胃胀、呼吸同步困难和压疮等,耐受性往往很差[4]。到目前为止,对于不能耐受无创通气的患者,还没有确定的替代治疗方法。经鼻高流量氧疗(highflow nasal cannula oxygen therapy,HFNC)是一项新兴技术,旨在以最佳的温度和湿化程度在高流量下(高达60 L/min)提供氧气,并且具有良好的耐受性[5]。虽然它的益处已被证明主要用于治疗急性低氧性呼吸衰竭患者[5],但最近有研究表明,HFNC也适用于高碳酸血症患者,并建议作为不能耐受无创通气患者的一种可能的替代方案[6]。越来越多的研究集中在这方面。本文回顾整理了近几年HFNC在COPD合并高碳酸血症患者中应用的文献资料,综述如下。

1 生理效应

HFNC通过多种不同的生理效应发挥作用,一些已经进行了广泛的研究,其他的仍然不清楚。

几种可能的生理效应如下:(1)上气道CO2的冲刷作用:鼻腔高流量(高达60 L/min)的气体通过对上气道CO2的冲刷作用减少死腔通气量,促进CO2清除,降低PaCO2水平[7];(2)减少呼吸功:高流速的气体使患者吸气时上气道压高于大气压,这显著减弱了与鼻咽相关的吸气阻力[8],此外,温暖潮湿的气体会抑制鼻肺支气管黏膜收缩器的反应,防止寒冷和干燥空气可能引发的气道阻力增加[9],从而减少患者呼吸做功;(3)产生呼气末正压(positive end-expiratory pressure,PEEP):患者呼气时对传入气体的流动施加了呼气阻力,产生适度的PEEP,有效抵消了固有的PEEP[10];(4)提供更稳定的吸入氧浓度(fraction of inspired oxygen,FiO2):从生理上讲,吸气流量随每次呼吸而变化,FiO2也是如此,并错误的认为,患者吸入的氧全部由氧疗装置提供,相反,如果是呼吸窘迫的患者,其吸气流量将超过传统设备提供的氧流量,因为此类患者往往合并严重的低氧血症,而在这种情况下面罩吸氧比鼻导管吸氧应用更多,那么患者的高呼吸频率和高吸气流量将产生室内空气进入面罩的卷吸,这将会使吸入的氧气被进一步稀释,从而导致FiO2降低。而HFNC给氧时,流量高且恒定,克服了上述氧气被进一步稀释的问题,允许患者吸入恒定的FiO2[11];(5)气道加温和湿化:HFNC设备具有集成的有源加热加湿器,可将温暖湿化的气体输送到气道,尽管随着呼吸模式的改变和不同设备的使用,在不同的流量水平上可能会发生微小的变化,但在37℃的最佳温度下及20～60 ml/min的流量范围内,可以实现100.0%的加湿并保持恒定[12],而且经调节的气体通过加热回路,在大气温度较低时可以避免结露[13];(6)提高肺黏膜纤毛清除率:吸入干燥寒冷的空气可能会增加气道阻力,使黏液变厚,气道分泌物难以清除[14],适当的加温和湿化能够改善气道黏膜表面的纤毛运动,利于分泌物的清除,减少肺不张的形成,从而改善通气/血流比例和氧合[15]。目前,关于HFNC对黏液分泌的影响相关数据还很缺乏,值得进一步研究。

2 临床应用现状

2.1 慢性阻塞性肺疾病急性加重(acute exacerbations of chronic obstructive pulmonary disease,AECOPD) 无创通气正越来越多地用于治疗COPD加重所致的急性呼吸衰竭住院患者。目前已经证明无创通气能够改善急性呼吸性酸中毒,降低呼吸频率,减少插管率和住院时间[3]。然而,很多患者不能耐受无创通气,容易导致气管插管和有创机械通气[16]。由于HFNC更容易被患者耐受并能够改善气体交换,一些研究已经提供了在无创通气不可行的情况下HFNC是否可作为一种有价值的替代方案的相关证据。自2014年的一份案例描述了1例不能耐受无创通气治疗的急性高碳酸血症患者成功接受HFNC治疗以来[17],相关研究的数量越来越多。2016年Pavlov等[18]报道了4例存在无创通气禁忌证的严重呼吸衰竭患者,用高流量(55 L/min)HFNC抢救成功(调整FiO2使周围血氧饱和度维持在90%),其中有2例在4 h内获得了完全的临床和实验室反应。一项更大规模的研究进一步证实了这些结果,38例不耐受无创通气的中度至重度高碳酸血症[p H≤7.38,PaCO2>45 mm Hg(1 mm Hg=0.133 k Pa)]AECOPD患者,当使用HFNC后p H和PaCO2显著改善[19]。也有研究对120例住院COPD合并Ⅱ型呼吸衰竭患者进行了回顾性分析[20],按随机数表法分为HFNC组与无创通气组,各60例,结果表明2组入院时的Sp O2、PaO2、PaCO2、呼吸频率、心率、动脉血p H值的差异均无统计学意义(P值均>0.05),治疗2 h和3 d后,HFNC组的Sp O2、PaO2、动脉血p H值均高于同期无创通气组,PaCO2、呼吸频率与心率均低于同期无创通气组(P值均<0.05)。HFNC组通气时间、ICU住院时间、总住院时间与气道护理干预次数均低于无创通气组(P值均<0.05)。Lee等[21]进行了一项前瞻性研究,比较了HFNC与无创通气治疗AECOPD合并中度高碳酸血症患者的疗效,结果显示HFNC组与无创通气组的30 d病死率和30 d气管插管率无明显差异,其他终点,如p H、PaO2和PaCO2水平以及中位治疗时间在2组间差异均无统计学意义。一项随机交叉生理学研究对膈肌功能进行了超声评估[22],该研究包括30例已接受无创通气治疗超过24 h的AECOPD合并高碳酸血症患者,每例患者在中断无创通气后均依次接受5次30 min试验,其中第1次、第3次和第5次再次使用无创通气30 min(使用配备无创通气空气泄漏补偿软件的ICU呼吸机和PB840的全脸面罩),第2次和第4次随机使用常规氧疗或HFNC 30 min(使用密封的、不透明的编号信封根据计算机生成的随机序列随机进行),将FiO2设定为维持周围Sp O2在90.0%～94.0%,并在整个研究期间保持不变,在HFNC过程中,流量和温度分别设置为50 L/min和37℃,并选择鼻管堵塞患者的鼻孔约2/3,每次试验结束时通过超声检查确定膈肌移位和增厚分数(diaphragmatic muscle thickening fraction,DTF),结果显示在无创通气中断时,无论给氧方式如何,PaCO2和膈肌位移均保持不变,但在常规氧疗过程中DTF显著增加,HFNC试验期间保持不变,这意味着HFNC能够减少呼吸功。Longhini等[22]强调HFNC的另一个可能作用是在无创通气中断期间能够让患者在不恶化肺力学的情况下休息、进食和交流。尽管在得出结论之前还需要更多高质量的研究,但上述发现在一定程度上支持了HFNC作为轻中度COPD患者使用无创通气治疗的替代方案。值得注意是,目前关于重度高碳酸血症的研究相对较少,而HFNC在改善重度高碳酸血症患者的临床和气体交换参数方面可能有效,期望未来有更多的研究。

2.2 稳定期COPD患者 稳定期COPD患者的治疗包括药物治疗、长期家庭氧疗和无创通气治疗,它们被用来控制症状、减少疾病恶化、改善生活质量和延长生存时间[23]。与无创通气相比,HFNC拥有更有效的通气和呼吸模式,且耐受性更好[24]。Fraser等[6]的一项研究报道称,在有长期氧疗指征的稳定期COPD伴轻度高碳酸血症患者中,与长期家庭氧疗(2～4 L/min)相比,短期(20 min)使用30 L/min的HFNC可以改善氧合,并略微降低PaCO2。在更严重的高碳酸血症(PaCO256 mm Hg)稳定期患者中,以30 L/min的HFNC治疗2 h或无创通气治疗2 h可同等程度降低PaCO2[25]。在2个短期交叉随机试验中,HFNC治疗6周与常规氧疗或无创通气治疗6周相比,HFNC在改善CO2潴留和生活质量方面优于常规氧疗治疗[26],而在改善CO2潴留方面不逊于无创通气。最近,Bonnevie等[27]进行了有关HFNC在稳定期COPD患者中应用的meta分析,包括6项交叉随机试验,其中HFNC短期治疗一致发现,PaCO2水平下降了约3 mm Hg,而PaO2没有任何变化,长期治疗后也观察到类似结果[28]。当然,这一发现的临床意义仍然不清楚,还需要更多的长期研究来评估临床结果。除此之外,HFNC似乎对COPD患者的运动能力产生了有益的影响。有研究显示,与常规氧疗相比应用HFNC(吸氧浓度均为20 L/min)的COPD患者在无重物自行车上锻炼的时间更长,呼吸困难更少,氧合更高。

2.3 作为AECOPD患者有创机械通气序贯治疗的选择AECOPD合并呼吸衰竭患者有创机械通气后,为减少呼吸机相关性肺炎的发生,目前常以肺部感染控制窗为切换点实施有创与无创序贯机械通气策略[29]。但无创通气治疗存在一些不良反应,如面部皮肤压疮、口鼻咽干燥、误吸、排痰障碍等,部分患者可能还会出现恐惧、抵制无创呼吸机的情况,耐受性较差[4]。

Jing等[30]发表了一项随机对照试验,招募了42例COPD患者,他们在拔管时均有高碳酸血症(PaCO2>45 mm Hg),无创通气初始吸气压开始于10～12 cm H2O(1 cm H2O=0.098 kPa),呼气压开始于4～5 cm H2O,HFNC加湿器温度设置为37℃,均维持血氧饱和度(脉搏血氧仪)为88.0%～92.0%,使用时间至少8 h/d,结果示拔管后3 h,无创通气组p H值低于HFNC组,拔管后24 h,无创通气组平均动脉压和p H值低于HFNC组,拔管后48 h差异无统计学意义。除此之外,在HFNC组中,患者舒适度更好,拔管后48 h内需要支气管镜检查处理分泌物的患者较少[30]。有研究表明,在接受有创通气治疗的COPD合并严重高碳酸血症呼吸衰竭患者中,与无创通气相比拔管后使用HFNC不会增加治疗失败率并且具有更好的耐受性和舒适性。这表明HFNC可作为AECOPD患者有创机械通气序贯治疗的选择。但由于样本量小,支持HFNC的证据相对薄弱,未来的研究需要更大的样本量才能产生更确凿的证据。

3 总结

HFNC是一项很有前途的技术,在高流量下输送加热和湿化的氧气对气道和呼吸功能有许多积极的影响。此外,该设备使用舒适的鼻插管,对大多数患者都有极好的耐受性。从目前的研究看,对于AECOPD合并轻中度高碳酸血症患者来说HFNC似乎可作为无创通气治疗的替代方案。合并重度高碳酸血症的研究尚少,对于稳定期COPD合并高碳酸血症患者HFNC也有一定程度降低PaCO2的作用,但仍然需要更大规模的干预性研究来探索HFNC在COPD患者急性和慢性高碳酸血症呼吸衰竭中的应用。除此之外,HFNC可作为AECOPD合并呼吸衰竭患者有创通气后一种可能的治疗方法,但证据相对薄弱,严重COPD患者在运动过程中使用HFNC似乎是有益的,但证据仍然存在争议,值得进行更多的研究。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突