湿化高流量鼻导管吸氧在成人患者中的应用进展

魏文举 夏金根 石妮 关晶

(哈尔滨医科大学附属第二医院，黑龙江 哈尔滨 150086)



·综 述·

湿化高流量鼻导管吸氧在成人患者中的应用进展

魏文举 夏金根 石妮 关晶

(哈尔滨医科大学附属第二医院，黑龙江 哈尔滨 150086)

湿化高流量鼻导管吸氧； 生理学效应； 氧疗； 护理

HFNC； Physiological effects； Qxygen therapy; Nursing

临床常用的吸氧方式包括鼻导管和面罩吸氧。但当普通鼻导管氧流量大于6 L/min时，未达到理想湿化的干冷高流量气体将会给患者带来不适，包括额窦的疼痛及鼻腔黏膜干燥，甚至出血[1]。而流量的限制又直接影响患者的吸入氧浓度(FiO2)，尽管面罩吸氧等可为患者提供更高的FiO2，但面罩吸氧会对进食、饮水等造成不便，且病人会有拘束闭塞感，很多患者不能耐受，输出流量太小还可能会造成呼吸性酸中毒。而湿化高流量鼻导管吸氧(HFNC)可以提供21%～100%的恒定氧浓度，最高达60 L/min的流量、37 ℃温度、100%相对湿度的高流量气体而体现出较传统氧疗方式的巨大优越性，并因其有效、舒适及良好的依从性，使之在成人轻中度的急性呼衰患者中逐渐成为除无创正压通气(NIV)之外的另一种选择[2]，在心功能不全以及在一些呼吸道有创操作中也日益突出其作用。HFNC最初作为替代经鼻持续正压通气(NCPAP)的呼吸支持手段而广泛应用于新生儿急性呼吸窘迫综合征(NRDS)[3]，而在成人患者中应用报道较少。现将HFNC的组成及其主要作用机制和临床应用报告如下。

1 HFNC的主要组成

1.1 高流量输出装置及加温加湿系统 现国内主要有空氧混合器装置、文丘里输出装置、Fisher & Paykel生产的AIRVO系列等。美国常用的主要装置还有Teleflex Medical的Comfort Flo humidification system,Smiths Medical的Aquinox high-flow humidification system以及Vapotherm的2000i和Precision Flow系列[4]。除空氧混合气装置和文丘里输出装置需要独立的加温加湿系统(一般为主动伺服型的MR850装置)外，其余均是输出装置与加温加湿装置一体化设计。

1.2 鼻塞系统 Fisher & Paykel的OptiFlow鼻导管最为常用，根据鼻塞孔径大小分为S、M、L号，OptiFlow鼻导管孔径较普通鼻导管粗，一般选择小于鼻孔内径50%的最大型号。鼻尖柔软且带有一定的弧度，防止高速气流直接冲击患者的额窦而给患者带来不适，从而提高患者的舒适度及依从性。Tiruvoipati R等[5]比较了拔除气管插管患者通过HFNC与高流量面罩(HFFM)吸氧的效果，发现两者在气体交换、呼吸频率及血流动力学上差异无统计学意义，但是在患者耐受性及舒适度上HFNC明显优于HFFM，充分体现了高流量吸氧下鼻塞对面罩的优势。

2 HFNC的生理学效应

2.1 提供恒定氧浓度 因传统的低流量氧疗装置提供的氧流量远远低于患者的吸气峰流量，患者吸入的氧气会被同时吸入的空气所稀释，因此，FiO2除与输出氧流量直接相关外，还受患者的潮气量、呼吸频率、吸气时间、吸气流速、吸气形态等影响[6]。而HFNC由于可以提供高达60 L/min的流量，大于患者的吸气峰流量，从而保证了FiO2的恒定。Wagstaff和Sonid[7]监测了6种常用的吸氧装置(普通鼻导管、普通面罩、可重复吸入式储氧面罩、非重复吸入式储氧面罩、文丘里面罩和HFNC装置)在人体模型气道内的FiO2，发现只有文丘里面罩和HFNC能够不随呼吸频率和潮气量的变化而变化。但应注意的是，当患者的吸气峰流量大于HFNC提供的流量时，FiO2同样不能保证恒定。Ritchie等[8]对一些健康志愿者通过运动来模拟通气需求增高及呼吸困难，发现当志愿者的吸气峰流量和HFNC提供的流量有较大差距时，监测到的实际FiO2与输出氧浓度甚至有20%的差别。因此，HFNC提供恒定氧浓度的前提是提供的流量必须高于患者吸气峰流量。

2.2 减少鼻咽部解剖死腔 由于提供持续高流量，在呼气周期也冲刷残留在鼻腔、口腔及咽部的呼出气，减少了鼻咽部的解剖死腔，从而减少了二氧化碳的重吸收，加大了肺泡通气量，提高了通气效率[9]。Frizzola等[10]在对新生小猪的试验研究中发现，小猪动脉血PaCO2与HFNC的流量呈反比，此机制类似于气管内吹气(TGI)，通过在气道内输入新鲜的氧气替代呼出的二氧化碳，减少解剖死腔，从而减少二氧化碳的重吸收，降低了动脉血PaCO2，并且间接提高了FiO2，从而提高了患者的PaO2。

2.3 产生气道正压，提高呼气末肺容积 Parker等[11]描绘了在35 L/min的高流量下正常人鼻咽部的压力时间曲线，整个呼吸周期的平均压力为0.265 kPa，但是此压力并不恒定，而是呈波浪式曲线，这一点与NIV的持续气道正压通气(CPAP)不同，HFNC通过恒定的流速而产生不同的气道压，而CPAP则是不同的流速变化产生恒定的气道压，因而在实际的临床应用中，HFNC的呼吸支持力度也要小于NIV，在改善氧合及通气功能上有一定的差距。产生的气道正压主要与提供的流速与口腔的闭合有关，在Groves 和Tobin[12]的研究中，分别监测了流速在20 L/min、40 L/min、60 L/min时口腔开放和闭合时的鼻咽部压力，当口腔闭合时，测得的呼气末压力分别为0.362 kPa、0.706 kPa和0.853 kPa，而当口腔开放时测得的压力分别只有0.137 kPa、0.216 kPa和0.265 kPa。因此，只有口腔闭合及输出的流量较高时，才能产生较大的气道正压。Lampland AL等[13]在婴儿模型上证实气道正压还与鼻导管孔径有关，孔径越大，鼻导管周围泄露的气体越少，在呼气末产生的气道正压就越高。但有文献证实，当鼻导管孔径超过鼻孔径50%时，经常会造成婴幼儿鼻腔阻塞、出血甚至坏死[14]。同时考虑到此并发症可能是由于婴幼儿的皮肤娇嫩以及鼻腔的发育不全所造成，因此是否在成人中同样适用，尚需更多的研究证实。而在临床成人鼻导管孔径的选择上尚没有统一的规范，一般选取原则同婴幼儿相同，选取小于鼻孔内径50%的尽量大的鼻导管。Corley等[15]通过电阻抗断层扫描技术对20个心脏术后患者比较了在40 L/min的吸氧流量前后呼气末肺容积,结果表明，在湿化高流量鼻导管吸氧后，大约能增高患者25.6%的功能残气量，从而对一些肺不张患者有一定的肺复张效果，尤其是一些术后需要卧床的患者。

2.4 保护气道黏膜，增强黏膜纤毛的清理能力 临床常用的湿化瓶湿化给氧往往会造成鼻黏膜损伤和出血。Hasani等[16]通过对14位支气管扩张患者在进行HFNC的应用前后对比，发现经过每天使用3 h HFNC，7 d后支气管的沉积物明显减少，因此，温湿化的治疗能显著提高患者的气道清除能力。

2.5 降低上呼吸道气道阻力及减少患者的呼吸功 鼻与口腔约占总气道阻力的50%，Shepard和Burger[17]证实，鼻咽腔的扩大、缩小会改变阻力大小。而吸气时，HFNC提供的流量高于患者吸气流量，在患者吸气时对鼻咽腔起一个机械性支撑作用，从而降低吸气阻力。

2.6 减少机体代谢 将吸入气体加温至37 ℃，相对湿度100%是上呼吸道的正常的生理功能之一，需要消耗一定的热量，而HFNC的输出气体即为理想的吸入气体，代替了气道的温湿化作用，减少了呼吸道的代谢功。

3 HFNC的临床应用

3.1 急性呼吸衰竭(ARF) Sztrymf B等[18]对38位急性呼衰的患者使用HFNC，通过生命体征和血气分析作为客观评价指标，令研究人员兴奋的是，仅仅15 min后呼吸频率和指脉氧饱和度就有了明显的改善，经过1 h的HFNC治疗，氧分压从(12.6±5.3)kPa上升至(18.8±14.1)kPa，氧合指数从(13.6±3.1)kPa上升至(22.5±14.4)kPa。HFNC平均使用2.8 d，最多7 d，在使用期间没有患者因为不耐受而终止HFNC，也没有院内感染性肺炎的发生。其中只有9例(24%)患者需要进行有创机械通气，比传统氧疗方式明显减少了插管率。但如果应用HFNC 0.5 h 后呼吸频率没有得到明显改善，并且有持续的低氧以及胸腹矛盾呼吸，则应视为HFNC的失败指征，应根据情况及早进行有创机械通气，防止延误插管时机。

Oriol Roca等[19]对20例ARF患者先后使用面罩吸氧与HFNC各30 min，发现使用HFNC后患者PaO2明显上升16.9(11.0～25.4)kPa vs 10.2(8.5～11.7)kPa,P=0.002，呼吸频率明显下降，为21(18～27)次/min vs 28(25～32)次/min,P<0.001，在呼吸困难、口腔干燥及舒适度等主观评价指标上同样有显著的优势，但二氧化碳分压(PaCO2)差异无统计学意义。

HFNC不仅较传统氧疗装置有明显的优势，与NIV相比在某些方面也不落下风。Schwabbauer[20]在HFNC与NIV对Ⅰ型呼吸衰竭疗效的对比研究中发现，NIV组尽管有更高的氧分压(17.2±5.1) kPa vs (13.4±4.5)kPa，但在呼吸困难指数和患者的舒适度上HFNC组均明显优于NIV组，而在二氧化碳分压、酸碱度、心率、平均动脉压、呼吸频率(RR)等参数上两组差异均没有统计学意义。因此，在满足患者的通气氧合需求下，HFNC不失为一个更好的选择。而Steve G等[21]对50例，本计划用NIV的不插管(DNI)及放弃复苏治疗的呼吸衰竭患者使用HFNC，在提高SpO2和降低RR上同样取得了良好的效果，只有18%的患者因应用无效而进行NIV治疗。

尽管HFNC对于ARF的疗效被报道较多，但对于以进行性呼吸窘迫和难治性低氧血症为临床特征的急性呼吸窘迫综合征(ARDS)却罕有研究。在一篇2014年的单中心观察性研究中，Messika J等[22]对所在医院1年内需要吸氧的ICU患者进行了回顾性分析。在560例需要氧疗的患者中对81例患者进行了HFNC的使用，并且51例作为一线氧疗方案，其中的45例为ARDS患者(氧合指数18.2 kPa，22例男性，平均年龄57.9岁)，而引起ARDS的主要原因为肺炎(82%)。这些ARDS患者中的插管率为40%，回顾发现，其中的插管患者比不插管患者有更高的SAPS Ⅱ评分(46 vs 29)，更多的器官衰竭率(76% vs 26%)，更容易出现血流动力学的不稳定(50% vs 7%)和神经系统疾病(22% vs 0)，应用HFNC的患者往往能减少甚至避免有创机械通气的诸多并发症。在他们的多变量分析中发现，SAPS Ⅱ评分越高，往往伴随更高的HFNC失败率。他们推荐HFNC作为ARF患者的一线氧疗方案，包括ARDS患者，但对于SAPSⅡ较高患者使用时应谨慎，若短时间内SpO2和RR没有改善，应及时更换为无创或有创机械通气。

3.2 气管插管拔除后的氧疗 有创机械通气患者拔除气管插管后往往需要进一步的吸氧治疗，而对一些氧合状态较差的患者通常使用储氧面罩或文丘里面罩。Evgeni Brotfain等[23]对67例拔管后患者分别使用HFNC(34例)和非重复吸入式储氧面罩(33例)吸氧，比较拔管后6 h的呼吸和血流动力学指标，并统计主要的临床结果，如氧合指数、再插管率、ICU住院日和死亡率等。结果发现，两组在拔管前后均没有发生明显的血流动力学改变，拔管后RR均稍有增高,PaCO2水平差异无统计学意义，然而HFNC组有更高的氧合指数(36±13.0) kPa vs (24.5±8.2) kPa，P=0.03，以及更低的再插管率(1/34 vs 6/33,P=0.04)，但两组在ICU住院日和死亡率上没有统计学差异。Maggiore SM等[24]对比了HFNC与文丘里面罩吸氧在拔管后的表现，同样发现HFNC组可明显提高氧合指数，PaCO2也没有显著差异，但应用HFNC的患者耐受性及舒适性明显好于文丘里面罩。因此，HFNC与传统氧疗装置相比，在改善氧合方面有巨大的优势。

3.3 慢性阻塞性肺疾病(COPD) 根据HFNC的冲刷解剖死腔的机制，理论上可减少COPD患者的PaCO2。但由于在COPD急性加重期NIV的确切疗效，在2013年COPD诊治指南中就指出，COPD急性加重期患者若有呼吸性酸中毒和(或)严重呼吸困难持续存在，应首选使用NIV治疗，NIV在改善氧合、对抗内源性呼气末正压和减轻患者呼吸肌肉做功的力度上明显优于HFNC，因此少有文献研究HFNC对于COPD急性加重期氧疗的效果，而本文所引用文献入组患者绝大多数也都排除高碳酸血症患者。而在家庭氧疗期间，持续低流量吸氧在病死率和生存质量方面又有着确切的疗效。Wissam Chatila[25]在高流量吸氧(HFO)与低流量吸氧(LFO)对于COPD稳定期患者休息和运动时的对比研究中发现，患者在休息和运动时HFO组的SpO2和PaO2均有明显优势，在pH值和PaCO2方面其差异无统计学意义。同时，HFO组患者运动坚持时间更长，有更低的呼吸困难感受和更低的平均动脉压及心率。然而休息和运动时的HFO组与LFO组在分钟通气量、潮气量、呼吸功、呼吸频率、浅快呼吸指数等差异均无统计学意义，此篇文献的最后结论是，HFO组能通过提高氧合而提高COPD患者的运动耐受性，但对于改善通气降低二氧化碳分压尚有待更深一步的研究。但此篇文献的缺点是入组患者少，只有10例患者，而仅仅只有3例患者做了血气分析，吸氧方式是通过口腔吸氧，鼻腔用鼻夹夹住，最重要的是HFO组提供的氧流量只有20 L/min，在提供呼气末正压方面受到了一定的限制。对于高碳酸血症患者应用HFNC的经验目前较少，没有相关文献证实，效果还需要更多的研究验证，在实际的临床应用也应该谨慎使用，注意观察疗效。

3.4 心功能不全 Roca O等[26]对10例三度(纽约心脏病协会分级)心衰患者使用了HFNC，在超声心动图的导引下发现，随着输出流量的升高，心脏的前负荷逐渐降低，而呼吸频率也从使用HFNC之前的23次/min次下降到17次/min(20 L/min的流量)和13次/min(40 L/min)，从而使三度心衰患者受益。Carratalá Perales等[27]对5例由急性肺水肿引起的急性心衰患者进行短暂的传统氧疗后进行NIV的通气支持，随后使用HFNC。发现在NIV后的稳定期使用传统的文丘里面罩无法满足患者的氧合需求，而使用HFNC后氧合明显改善，呼吸困难程度也明显降低。

3.5 其它 有报道称HFNC应用在肺泡灌洗有创操作中，能够提高操作的安全性[28]。通过以上文献我们可以发现，HFNC对于改善氧合，提高氧分压方面与传统氧疗装置相比有明显优势，但与NIV相比还有一定的差距。考虑到HFNC在舒适性及依从性上体现出来的巨大优势，在能满足患者通气氧合需求下，HFNC不失为一种比NIV更好的选择。但HFNC在改善患者通气、降低二氧化碳分压方面尚需进一步研究。在临床实践中，对伴有高碳酸血症的呼衰患者应谨慎使用HFNC并密切观察，倘若效果未达到预期，应及时改为无创或有创机械通气。相信随着HFNC的应用越来越广，以及进一步的深入研究，HFNC将会有更广阔的应用前景。

[1] Kallstrom TJ.AARC Clinical Practice Guideline: oxygen therapy for adults in the acute care facility-2002 revision and update[J].Respir Care,2002,47(6):717-737.

[2] Lee JH,Rehder KJ,Williford L,et al.Use of high flow nasal cannula in critically ill infants, children, and adults: a critical review of the literature[J].Intensive Care Med,2013,39(2):247-257.

[3] Manley BJ,Owen LS,Doyle LW,et al.High-flow nasal cannulae in very preterm infants after extubation[J].N Engl J Med,2013,369(15):1425-1433.

[4] Ward JJ.High-flow oxygen administration by nasal cannula for adult andperinatal patients[J].Respir Care，2013,58(1):98-122.

[5] Tiruvoipati R, Lewis D, Haji K,et al.High-flow nasal oxygen vs high-flow face mask: a randomized crossover trial in extubated patients[J]. J Crit Care,2010,25(3):463-471.

[6] Kory RC, Bergmann JC, Sweet RD,et al. Comparative evaluation of oxygen therapy techniques[J]. JAMA,1962,179(14):123-128.

[7] Wagstaff TA,Soni N.Performance of six types of oxygen delivery devices at varying respiratory rates[J]. Anaesthesia,2007,62(5):492-503.

[8] Ritchie JE, Williams AB, Gerard C,et al.Evaluation of a humidified nasal high-flow oxygen system,using oxygraphy,capnography and measurement of upper airway pressures[J].Anaesth Intensive Care,2011,39(6):1103-1110.

[9] Dysart K，Miller TL，Wolfson MR，et al.Research in high flow therapy：mechanisms of action[J].Respir Med，2009,103(10):1400-1405.

[10] Frizzola M, Miller TL, Rodriguez ME,et al.High-flow nasal cannula: impact on oxygenation and ventilation in an acute lung injury model[J]. Pediatr Pulmonol,2011,46(1):67-74.

[11] Parke R, McGuinness S, Eccleston M. Nasal high flow oxygen delivers low level positive airway pressure[J]. Br J Anaesth,2009,103(6):886-890.

[12] Groves N, Tobin A. A High flow nasal oxygen generates positive airway pressure in adult volunteers[J]. Aust Crit Care,2007,20(4):126-131.

[13] Lampland AL, Plumm B, Meyers PA,et al.Observational study of humidified high flow nasal cannula compared with nasal continuous positive airway pressure[J].J Pediatr,2009,154(2):177-182.

[14] Kopelman AE, Holbert D. Use of oxygen cannulas in extremely low birthweight infants is associated with mucosal trauma and bleeding,and possibly with coagulase-negative staphylococcal sepsis[J]. J Perinatol,2003,23(3):94-97.

[15] Corley A, Caruana LR, Barnett AG, et al.Oxygen delivery through high-flow nasal cannulae increase end-expiratory lung volume and reduce respiratory rate in post-cardiac surgical patients[J]. British Journal of Anaesthesia,2011,107(6):998-1004.

[16] Hasani A, Chapman TH,McCool D,et al.Domiciliary humidification improves lung mucociliary clearance in patients with bronchiectasis[J].Chronic Respirpiratory Disease,2008,5(2):81-86.

[17] Shepard JW,Burger CD.Nasal and oral flow-volume loops in normal subjects and patients with obstructive sleep apnea[J]. Am Rev Respir Dis,1990,142(6):1288-1293.

[18] Sztrymf B, Messika J, Bertrand F,et al. Beneficial effects of humidified high flow nasal oxygen in critical care patients: a prospective pilot study[J].Intensive Care Med,2011,37(11):1780-1785.

[19] Oriol Roca MD, Jordi Riera MD, Ferran Torres MD PhD,et al. High-Flow Oxygen Therapy in Acute Respiratory Failure[J]. Respir Care,2010,55(4):408-413.[20] Schwabbauer N, Berg B, Blumenstock G, et al. Nasal high-flow oxygen therapy in patients with hypoxic respiratory failure: effect on functional and subjective respiratory parameters compared to conventional oxygen therapy and non-invasive ventilation[J]. BMC Anesthesiol,2014,14(10):66-70.[21] Steve G,Peters MD,Steven R,et al.High-flow nasal cannula therapy in Do-Not-Intubate patients with hypoxemic respiratory distress [J]. Respir Care, 2013,58(4):597-600.

[22] Messika J, Ben Ahmed K, Gaudry S,et al.Use of High-Flow Nasal Cannula Oxygen Therapy in Subjects With ARDS: A 1-Year Observational Study[J]. Respir Care,2015,60(2):162-170.

[23] Brotfain E, Zlotnik A, Schwartz A, et al.Comparison of the effectiveness of high flow nasal oxygen cannula vs. standard non-rebreather oxygen face mask in post-extubation intensive care unit patients[J]. Isr Med Assoc J,2014,16(11):718-739.

[24] Maggiore SM, Idone FA, Vaschetto R ,et al.Nasal high-flow versus Venturi mask oxygen therapy after extubation.Effects on oxygenation,comfort and clinical outcome[J].Am J Respir Crit Care Med,2014 ,190(10):282-288.

[25] Chatila W, Nugent T, Vance G, et al. The effects of high-flow vs low-flow oxygen on exercise in advanced obstructive airways disease[J]. CHEST,2004,126(4):1108-1115.

[26] Roca O, Pérez-Terán P, Masclans JR,et al. Patients with New York Heart Association class Ⅲ heart failure may benefit with high flow nasal cannula supportive therapy: high flow nasal cannula in heart failure[J]. J Crit Care,2013,28(5):741-746.

[27] Carratalá Perales JM, Llorens P, Brouzet B,et al. High-flow therapy via nasal cannula in acute heart failure[J].Rev Esp Cardiol.2011,64(8):723-728.

[28] Miyagi K,Haranaga S,Higa F, et al.Implementation of bronchoalveolar lavage using a high-flow nasal cannula in five cases of acute respiratory failure[J]. Respir Investig, 2014,52(5):310-313.

魏文举(1988-)，男，黑龙江哈尔滨，本科，护师，呼吸治疗师，研究方向：呼吸重症护理

R472

A

1002-6975(2015)23-2141-05

2015-05-10)