經(jīng)鼻高流量氧療的生理效應(yīng)及應(yīng)用進(jìn)展

劉曉英 隋永芹 吳萌萌 房寧寧 高健 王伯麗 楊芳杰

氧氣治療是對(duì)各種原因引起的低氧血癥患者常規(guī)和必不可少的治療手段,在糾正缺氧、緩解呼吸困難、保護(hù)重要器官、促進(jìn)疾病康復(fù)等方面具有重要作用[1-4]。特別是近幾年,隨著新冠肺炎疫情的暴發(fā),經(jīng)鼻高流量氧療由于其獨(dú)特的生理學(xué)優(yōu)勢(shì)和舒適性已經(jīng)成為臨床一線的氧療方式,特別是在新冠肺炎重型和危重型患者的治療過(guò)程中,HFNC 同樣發(fā)揮了重要作用[5-7],我們通過(guò)對(duì)HFNC的結(jié)構(gòu)介紹、生理效應(yīng)以及應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行綜述,希望能夠?yàn)榛颊吆粑С址绞降倪x擇提供更多的臨床證據(jù)。

1 經(jīng)鼻高流量氧療的結(jié)構(gòu)介紹及生理效應(yīng)

1.1 經(jīng)鼻高流量氧療的結(jié)構(gòu)介紹 經(jīng)鼻高流量氧療是指:通過(guò)無(wú)需密封的鼻導(dǎo)管(或氣切導(dǎo)管)將相對(duì)精確氧濃度的空氧混合氣體輸送給患者的一種氧療方式,設(shè)備構(gòu)成主要有:空氧混合裝置、加熱濕化器、高流量鼻塞以及高流量加熱管路[4,5]。

1.2 經(jīng)鼻高流量氧療的生理效應(yīng)

1.2.1 輸送相對(duì)精確的吸入氧濃度:正常成人每次吸氣的氣體峰流速為40～60 L/min,而傳統(tǒng)的氧療方式提供的氧氣流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于患者的吸氣峰流速[8,9],此外,由于傳統(tǒng)的氧療方式容易受到患者吸氣時(shí)間、吸呼比、潮氣量、分鐘通氣量等的影響,進(jìn)而導(dǎo)致吸氧濃度不準(zhǔn)確,無(wú)法達(dá)到臨床預(yù)計(jì)的效果[10,11]。HFNC提供的氣體流量能夠達(dá)到60 L/min,這遠(yuǎn)高于患者的實(shí)際吸氣峰流量[12],所以當(dāng)HFNC提供的吸氣峰流量大于患者本身的吸氣峰流量時(shí),患者無(wú)需再吸入過(guò)多的空氣,患者的吸入氧濃度相對(duì)精確[13]。Ritchie等[14]的研究表明,當(dāng)受試者的吸氣峰流量小于HFNC所能提供的峰流量時(shí),無(wú)論受試者吸氣流速怎么改變,HFNC都能提供穩(wěn)定的吸入氧濃度,當(dāng)受試者的吸氣峰流量大于所能提供的峰流量時(shí),HFNC 也會(huì)受到伴隨吸入空氣的干擾,不能達(dá)到所設(shè)置的氧濃度。而且發(fā)現(xiàn),閉口式吸氧時(shí),提供的氣道正壓跟流速呈正比。

1.2.2 改善氣道黏液纖毛轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)功能,提供良好的溫濕化環(huán)境:氣道的黏液纖毛轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)是氣道廓清的三大機(jī)制之一,而良好的纖毛轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)依托于良好的溫濕化環(huán)境[15],人類肺泡中的等溫飽和界面需要的溫濕度是37℃、100%的相對(duì)濕度[16],而HFNC完全能夠在上氣道提供。所以,隨著等溫飽和界面的上移,患者的溫濕化得到改善,黏液纖毛轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的清理能力得到增強(qiáng)[17]。Hasani等[18]通過(guò)高分辨CT掃描確診了14例支氣管擴(kuò)張的患者,要求患者采用HFNC氧療3 h,連續(xù)6 d,通過(guò)放射性氣溶膠技術(shù)來(lái)測(cè)量肺部的沉積率來(lái)判斷患者的黏液纖毛轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的功能;結(jié)果是患者的黏液纖毛轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)功能得到明顯改善,咳嗽次數(shù)減少,且肺功能參數(shù)也趨向于改善。

1.2.3 產(chǎn)生呼氣末正壓,改善呼吸形式:正常成人在呼氣末會(huì)有一定的功能殘氣量用于支撐氣道和防止肺泡塌陷,而氣管切開的患者由于聲門無(wú)法閉合導(dǎo)致功能殘氣量的喪失,容易引起肺泡塌陷、肺不張等并發(fā)癥[19,20]。Groves等[21]證實(shí)HFNC隨著患者吸氣流量的增加,呼氣和吸氣口咽部壓力也隨著增加,而產(chǎn)生壓力的因素主要依賴于患者的吸氣流量和是否是張口呼吸,壓力在閉口呼吸時(shí)最大。Braunlich等[22]學(xué)者研究表明,與自主呼吸相比,HFNC能夠增加患者的咽部壓力,降低呼吸頻率,增加潮氣量和分鐘通氣量。

1.2.4 持續(xù)沖刷鼻咽部死腔,增加肺泡通氣量:臨床常常把只參與氣體運(yùn)輸不參與氣體交換的氣道叫做死腔,解剖死腔存在于終末細(xì)支氣管以上的氣道,容積大約為150 ml左右,而上氣道的死腔主要包括鼻咽喉三部分,容積為50 ml[23],解剖死腔不僅降低了通氣效率,降低了肺泡通氣量(分鐘通氣量-死腔通氣量),導(dǎo)致上氣道二氧化碳的重復(fù)吸收。Frizzola等[25]學(xué)者證實(shí):HFNC隨著氣體流量的增加,沖刷的二氧化碳也越多,肺泡通氣量越高。

2 HFNC在特殊成人疾病患者中的應(yīng)用

2.1 HFNC在外科手術(shù)(以心臟手術(shù)為代表)患者中的應(yīng)用進(jìn)展 心臟手術(shù)后肺部并發(fā)癥比較常見,因?yàn)槌扇嘶颊咝呐K手術(shù)常常選擇全麻的手術(shù)方式,需要?dú)夤懿骞軝C(jī)械通氣,當(dāng)撤機(jī)拔除氣管插管后胸腔恢復(fù)負(fù)壓通氣狀態(tài),回心血量增加,導(dǎo)致心臟前負(fù)荷增加,此時(shí)適當(dāng)增加呼氣末正壓進(jìn)行氧療能夠一定程度改善心臟功能,同時(shí)有益于維持足夠的肺泡通氣及氧合。HFNC用于心臟外科術(shù)后患者的研究不多,此類患者發(fā)生急性呼吸衰竭的原因是多方面的,其療效尚需大規(guī)模隨機(jī)對(duì)照研究來(lái)證實(shí)[26]。Corley等[27]證實(shí)呼氣末的肺容積和功能殘氣量增加,特別是BMI較高的肥胖患者或者不能忍受無(wú)創(chuàng)通氣的患者可能更受益于HFNC。

2.2 HFNC在急性呼吸衰竭(ARF)患者中的應(yīng)用 急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS),臨床主要表現(xiàn)為持續(xù)性低氧血癥、呼吸窘迫及ARF,是臨床最常見的急性呼吸衰竭疾病之一[28]。其中呼吸支持是其核心治療方式之一。 近年來(lái),呼吸支持治療手段越來(lái)越多樣化,治療理念也取得長(zhǎng)足進(jìn)步,特別是經(jīng)鼻高流量的臨床應(yīng)用,也使得ARDS的呼吸支持方式有了更多元化的選擇[29]。 Messika等[30]結(jié)果顯示:60%的接受HFNC氧療的ARDS患者避免了氣管插管,而40%接受氣管插管的患者他們擁有更高的簡(jiǎn)化急性生理學(xué)評(píng)分Ⅱ(SAPS Ⅱ;46 vs 29,P=0.001),治療過(guò)程中發(fā)生器官衰竭(76% vs 26%,P=0.002),血流動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定(50% vs 7%,P=0.002),所以較高的SAPS評(píng)分被確定為患者治療失敗的重要預(yù)測(cè)因素。在輕癥ARDS患者中也意味著可以將HFNC作為ARDS治療的常規(guī)呼吸支持方式。結(jié)論是:HFNC可被視為ARDS的一線氧療方法首先進(jìn)行嘗試,但需嚴(yán)密觀察氧合效果,適時(shí)調(diào)整氧療策略。

2.3 HFNC加長(zhǎng)期氧療對(duì)慢性呼吸衰竭(以COPD為代表)居家患者的遠(yuǎn)期療效 靜息嚴(yán)重低氧血癥的慢性阻塞性肺疾病患者最理想的是接受≥15 h/d的長(zhǎng)期氧療,能夠改善患者的生存率,但預(yù)期壽命實(shí)際上是有限的,因?yàn)镃OPD患者往往伴隨很多的并發(fā)癥[31,32]。早前的大量研究已提示經(jīng)鼻高流量氧療能夠使罹患COPD的患者從中獲益,包括延長(zhǎng)其距首次急性發(fā)作的時(shí)間、改善FEV1等[33,34]。Storgaard等[35]就慢性阻塞性肺疾病患者使用HFNC聯(lián)合LOTO的長(zhǎng)期療效進(jìn)行觀察,結(jié)果顯示HFNC組的患者AECOPD發(fā)作次數(shù)、入院次數(shù)更低,并且能改善患者的癥狀,減少并發(fā)癥。

2.4 HFNC在心臟疾病(以心源性肺水腫為代表)患者中的應(yīng)用 HFNC通過(guò)提供外源性PEEP、可調(diào)節(jié)的FiO2改善心功能與缺氧。Onlak Makdee等[36]學(xué)者在泰國(guó)曼谷的Siriraj 醫(yī)院開展了一項(xiàng)開放的隨機(jī)對(duì)照研究,結(jié)果顯示,HFNC治療組的呼吸頻率更低。說(shuō)明對(duì)于心源性肺水腫患者來(lái)說(shuō),HFNC能夠改善患者的呼吸形式,降低呼吸頻率,改善呼吸困難。

2.5 HFNC在氣管切開患者中的的應(yīng)用 McNamara等[37]學(xué)者一項(xiàng)研究結(jié)果證實(shí):當(dāng)使用時(shí)間>20 h,與濕熱交換器相比,呼吸濕化器可以改善呼吸做功。而當(dāng)使用時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10周,呼吸濕化器可降低臨床不良事件的發(fā)生率。

2.6 HFNC在慢性呼吸衰竭穩(wěn)定期(以高碳酸血癥性COPD為例)患者中的應(yīng)用 越來(lái)越多的臨床證據(jù)支持將HFNC用于慢性阻塞性肺疾病急性加重患者[38,39]。然而,因罹患慢性阻塞性肺疾病伴慢性高碳酸血癥性呼吸衰竭的患者,家庭使用HFNC治療是否能獲益尚不清楚[40]。日本研究者Kazuma Nagata等[41]通過(guò)一項(xiàng)交叉試驗(yàn)。結(jié)果顯示:HFNC氧療不僅提升健康相關(guān)的生活質(zhì)量評(píng)分,更能改善穩(wěn)定期高碳酸血癥性COPD患者的高碳酸血癥。

2.7 HFNC在新型冠狀病毒呼吸支持中的應(yīng)用 《新型冠狀病毒肺炎診療方案(試行第七版)》已將高流量鼻導(dǎo)管氧療作為重型、危重型病例的必要的呼吸支持手段之一,當(dāng)患者接受標(biāo)準(zhǔn)氧療后呼吸窘迫和低氧血癥無(wú)法緩解時(shí),可考慮使用高流量鼻導(dǎo)管氧療[42-44]。但如果短時(shí)間內(nèi)1～2 h,患者癥狀沒(méi)有改善或者繼續(xù)惡化,應(yīng)當(dāng)盡早進(jìn)行有創(chuàng)通氣。而且在撤機(jī)拔管后,可以序貫無(wú)創(chuàng)通氣或者高流量氧療。王超平等[45]做的一項(xiàng)臨床研究結(jié)果表明HFNC與無(wú)創(chuàng)通氣(NIV)均能有效改善新冠肺炎所致ARDS患者呼吸與循環(huán)參數(shù),而HFNC具有更好的舒適性與耐受性,能減少相關(guān)并發(fā)癥的發(fā)生。趙志伶等[46]的一項(xiàng)回顧性研究也表明:與HFNC相比,NIV并不能顯著降低新冠肺炎合并ARDS患者的插管率和病死率,但能夠顯著提高新冠肺炎患者的S/F比值[利用S/F比值代替氧合指數(shù)(PaO2/FiO2)診斷ARDS]。

2.8 HFNC相對(duì)于傳統(tǒng)氧療在患者急診患者住院前的應(yīng)用 劉奇等[47]從搜索PubMed,Cochrane圖書館,Ovid和Embase數(shù)據(jù)庫(kù),選取相關(guān)的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn),比較HFNC和氧氣療法(COT)在急診科中對(duì)呼吸困難患者的住院率、插管率和醫(yī)院死亡率的影響,最終篩選出4項(xiàng)研究。HFNC與需要更高級(jí)通氣的發(fā)生率較低相關(guān),HFNC減少了呼吸困難的發(fā)生率,降低了呼吸困難的量表評(píng)分,并降低了患者的呼吸頻率。但是沒(méi)有足夠的證據(jù)顯示對(duì)HFNC的患者氧合作用和醫(yī)院死亡率有顯著影響。所以對(duì)于住院前呼吸困難和低氧血癥的患者,HFNC的短期作用不可否認(rèn)。與COT相比,HFNC降低了需要更高級(jí)通氣和重新呼吸困難的風(fēng)險(xiǎn)。在明確診斷呼吸困難之前,HFNC可能被認(rèn)為是住院前的一線治療。

2.9 經(jīng)鼻高流量氧療在免疫功能低下的ARF患者中的應(yīng)用 童朝暉等[48],研究顯示,與傳統(tǒng)氧氣療法相比,HFNC的插管率較低,還發(fā)現(xiàn)HFNC不會(huì)增加院內(nèi)獲得性感染的風(fēng)險(xiǎn)。然而與其他非侵入性操作相比,HFNC在ICU病死率,院內(nèi)病死率和90 d病死率方面無(wú)差異。研究結(jié)果表明,與傳統(tǒng)氧療相比,HFNC的插管率更低,相較于NIV而言,HFNC可能是NIV的可行替代方案,他們的插管率沒(méi)有顯著差異。

2.10 經(jīng)鼻高流量氧療在呼吸機(jī)撤機(jī)期間低氧血癥患者中的應(yīng)用 與傳統(tǒng)氧療相比,經(jīng)鼻高流量氧療可以為患者提供更高的氣流和更高的溫度和濕度。由于其良好的耐受性,已經(jīng)越來(lái)越受到臨床關(guān)注。多項(xiàng)高質(zhì)量研究表明,HFNC對(duì)低氧血癥患者或術(shù)后患者的治療效果不遜于NIV[49]。劉濤濤等[50]從重癥監(jiān)護(hù)醫(yī)學(xué)信息數(shù)據(jù)庫(kù) IV (MIMIC-IV)中篩選了機(jī)械通氣撤機(jī)的低氧血癥成年患者。根據(jù)拔管后是否接受HFNC或NIV,將患者分為治療組或?qū)φ战M,治療組在拔管后接受連續(xù)或間歇HFNC,對(duì)照組在拔管后接受連續(xù)或間歇NIV。進(jìn)行傾向評(píng)分匹配(PSM)后,比較2組的28 d死亡率和28 d再插管率。共篩選524 520份病歷,納入801例機(jī)械通氣撤機(jī)時(shí)出現(xiàn)中重度低氧血癥的患者(100 mm Hg0.05)。結(jié)論表明:HFNC的治療效果并不遜色于NIV,即使是對(duì)脫離呼吸機(jī)時(shí)氧合指數(shù)為160～ 180 mm Hg的患者。

2.11 經(jīng)鼻高流量氧療在麻醉術(shù)后低氧血癥患者中的應(yīng)用 低氧血癥是患者麻醉術(shù)后恢復(fù)期間的常見并發(fā)癥,可引起肺部感染、呼吸衰竭等并發(fā)癥。因此,降低麻醉術(shù)后低氧血癥的發(fā)生率是臨床重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。Li等[51]做的一項(xiàng)前瞻性隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)結(jié)論是HFNC可改善老年患者氧分壓及呼吸功能在氣管內(nèi)全麻下接受骨科手術(shù)。因此,HFNC 可用于預(yù)防麻醉術(shù)后低氧血癥的發(fā)生。

2.12 HFNC在急危重癥患者氣管插管前預(yù)充氧中的應(yīng)用 目前,在醫(yī)院危重癥醫(yī)學(xué)科的患者中,有超過(guò)60%的患者需要緊急氣管插管,而為了避免插管過(guò)程中發(fā)生低氧血癥、血流動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定、嚴(yán)重者甚至出現(xiàn)心臟驟停等并發(fā)癥,有關(guān)指南建議在插管前一定要預(yù)充氧,而預(yù)充氧的關(guān)鍵在于設(shè)備的選擇,近幾年,經(jīng)鼻高流量的臨床應(yīng)用越來(lái)越廣泛,特別是在氣管插管患者預(yù)充氧的患者中也做了大量的研究。Minguel等[52]開展的一項(xiàng)前瞻性隨機(jī)非盲研究,結(jié)果顯示插管前應(yīng)用經(jīng)鼻高流量預(yù)充氧的方式能夠帶來(lái)更好的臨床預(yù)后和更低的死亡率。在經(jīng)鼻高流量氧療深入臨床之前,預(yù)充氧的方式一般選擇應(yīng)用無(wú)創(chuàng)通氣,但是與使用單獨(dú)無(wú)創(chuàng)通氣相比,無(wú)創(chuàng)聯(lián)合高流量氧療在預(yù)充氧中的應(yīng)用效果研究甚少,Jaber等[53]對(duì)照組單獨(dú)使用NIV預(yù)充氧,結(jié)果發(fā)現(xiàn) HFNC組在插管過(guò)程中最低SpO2值明顯高于對(duì)照組(100% vs 96%,P=0.0029),認(rèn)為在氣管插管前 NIV聯(lián)合HFNC用于預(yù)充氧,可作為一種新的氣管插管前的預(yù)充氧策略,可提高患者在插管過(guò)程中的安全性。雖然,大量的研究顯示,經(jīng)鼻高流量氧療在氣管插管患者預(yù)充氧中的效果顯著,但是,如何去界定預(yù)充氧的時(shí)間以及如何避免漏氣和可能帶來(lái)的副作用任然給我們帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。

3 經(jīng)鼻高流量氧療在兒科中的應(yīng)用

兒科病房傳統(tǒng)的無(wú)創(chuàng)呼吸支持手段主要是經(jīng)鼻持續(xù)氣道正壓通氣 (CPAP)[54], 往往容易出現(xiàn)漏氣、腹脹、頭面部壓瘡、氣胸、等并發(fā)癥[55]。普通氧療在兒科患者中應(yīng)用具有吸入氧濃度不精確,濕化不足等弊端。近年來(lái),經(jīng)鼻高流量氧療作為一種新型的呼吸支持技術(shù),正逐漸被廣泛應(yīng)用于兒科病房或者兒科重癥監(jiān)護(hù)病房[56,57]。Osama Hosheh等[58]研究表明:經(jīng)鼻高流量氧療在兒科患者中的應(yīng)用值得臨床推廣。

4 HFNC在新生兒中的應(yīng)用

經(jīng)鼻高流量目前在全球的新生兒重癥監(jiān)護(hù)室中(NICU)廣泛應(yīng)用,而各類臨床研究也不斷涌現(xiàn)。近年來(lái)的多項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照研究就經(jīng)鼻高流量作為新生兒無(wú)創(chuàng)呼吸支持方案的有效性和安全性進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)估,兩項(xiàng)新近的Meta分析確認(rèn)在拔管后的早產(chǎn)兒中使用經(jīng)鼻高流量有極有力的臨床證據(jù),與其他的無(wú)創(chuàng)通氣方式相比時(shí),具有“非劣效性”或“等同有效性”。2017年,Yodar等[59]共同撰寫了這篇共識(shí),發(fā)表在Journal of Perinatology。旨在確定對(duì)NICU應(yīng)用高流量的認(rèn)識(shí),包括起始設(shè)置、適應(yīng)證、治療升級(jí)、撤離和何時(shí)終止高流量等。共識(shí)的主要內(nèi)容有:治療過(guò)程需要充分的加溫濕化,避免鼻孔完全堵塞,治療最高流速8 L/min,在增加和減少流速時(shí)評(píng)估吸入氧濃度及呼吸做功,對(duì)≥28周需改善呼吸窘迫的嬰兒而言,經(jīng)鼻高流量氧療與經(jīng)鼻無(wú)創(chuàng)正壓通氣(CPAP)療效一致,對(duì)使用CPAP做無(wú)創(chuàng)通氣支持穩(wěn)定期嬰兒,經(jīng)鼻高流量氧療效果一致,起始流速范圍4～6 L/min,可使用經(jīng)鼻高流量作為輕度呼吸窘迫的一線治療。而如何進(jìn)行經(jīng)鼻高流量的撤機(jī)未取得共識(shí),臨床通常為原發(fā)病控制后逐漸降低HFNC參數(shù),如果達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)即可考慮撤離HFNC:當(dāng)常規(guī)鼻導(dǎo)管吸氧2～3 L/min能維持氧合需要即可停用HFNC。

5 HFNC的撤離

HFNC撤離是在患者原發(fā)病得到控制、呼吸情況好轉(zhuǎn)時(shí),可考慮逐步降低 HFNC 條件。首先需要評(píng)估患者的呼吸循環(huán)情況以及精神狀態(tài)等生命體征,若處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)可以逐步降低吸氧濃度,當(dāng)Ⅰ型呼吸衰竭吸氧濃度降到<0.4或Ⅱ型呼吸衰竭吸氧濃度降低到<0.35時(shí),可以逐漸降低氣體流量(每2小時(shí)降低 10 L/min),當(dāng)氣體流量降低到 15～20 L/min 時(shí)停用 HFNC,改為鼻塞吸氧。在氣體流量下降過(guò)程中應(yīng)密切監(jiān)測(cè)呼吸頻率、SpO2、血?dú)夥治觥⒑粑\(yùn)動(dòng)及患者呼吸困難主訴等,若上述指標(biāo)惡化,則暫緩降低氣體流量[59,60]。

HFNC作為新的一種呼吸支持技術(shù)在臨床得到廣泛應(yīng)用,與傳統(tǒng)的氧療裝置相比,HFNC在精確的氧濃度、PEEP效應(yīng)、改善氧合等方面具有明顯優(yōu)勢(shì),對(duì)于無(wú)創(chuàng)通氣來(lái)說(shuō),其舒適性和溫濕化要更占優(yōu)勢(shì)。但受到患者體位、選擇的鼻塞型號(hào)、張口呼吸以及管路冷凝水等因素的影響,高流量氧療的臨床效果并不確切,所以在臨床應(yīng)用中如何規(guī)范合理使用,明確其適應(yīng)證,尚需要進(jìn)一步的研究論證[61]。