经鼻高流量吸氧在慢性阻塞性肺部疾病急性发作期中应用研究进展

潘日虹 尤青海

经鼻高流量吸氧(high flow nasal cannula，HFNC)是将加热、湿化的空气/氧气混合气体通过特定管径的鼻导管以20L/min至60L/min流速输送入气道的一种氧疗方式。与传统氧疗装置相比，HFNC可以提供稳定、并且可以调节的氧浓度(氧浓度范围21%～100%)；HFNC可在上气道产生类似于呼气末正压的持续性气道正压(2～8 cmH2O)，且与气体流速成正比，并随患者张口或闭口呼吸状态而变化[1]；此外，HFNC可在鼻咽部产生CO2冲刷效应，从而降低上气道解剖死腔通气量，避免上气道CO2重呼吸[2]。其临床一直被用于治疗低氧性呼吸衰竭和预防性应用于拔管后出现呼吸衰竭及有再插管等高危风险患者，但其在慢性阻塞性肺部疾病急性发作期 (acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease，AECOPD)应用研究较少。

HFNC用于治疗COPD的相关生理学机制

一、产生上气道呼吸末正压

采用食道球囊法、电阻抗法和强迫振荡呼吸检测技术对10名健康志愿者进行HFNC生理机制研究[1]发现流量依赖的呼气末食道压力上升，导致呼吸阻抗降低，从而证实HFNC有产生呼吸末正压(positive end expiratory pressure，PEEP)作用。在给予6～60 L/min气体流量时，可在肺泡水平形成流量依赖的PEEP[3]。在患者闭口呼吸状态下，给予35 L/min流量时可使鼻咽部上气道产生(2.70±1.04)cmH2O平均压力；而在50L/min流量时可产生(3.10±1.20)cmH2O平均压力，但在患者张口呼吸状态下，PEEP明显下降[4]。通过外源性PEEP作用，COPD患者呼吸肌做功减少，延长呼气时间,从而改善肺泡通气量。

二、 减少死腔通气量和CO2重呼吸

Möller W等[5]在健康志愿者依据CT扫描而构建的上呼吸道模型中观察到鼻咽腔有流量依赖的示踪气体间隙，且在1.0s以内鼻咽腔内示踪气体可完全清除，而每增加1.0 L/min HFNC气体流量，鼻咽腔的示踪气体清除率增加1.8 mL/s，该研究表明HFNC可快速清除上气道鼻咽腔的气体，减少上气道内死腔气体重呼吸。HFNC清除上呼吸道直至延伸到软腭以下，减少了死腔通气量和死腔气体重呼吸，从而增加有效肺泡通气量，随着流量增加和治疗时间延长，死腔通气量清除率也明显增加[2]。COPD患者张口状态下呼气末二氧化碳清除研究中发现10 L/min 流量HFNC时，即可出现呼气末二氧化碳分压下降,表明较低流量的HFNC即可产生上气道的CO2洗脱效应[6]。

三、 改善呼吸节律、降低呼吸肌做功、增加潮气量

HFNC可以减少吸气相的吸气努力及呼吸肌代谢功，增加潮气量，改善肺顺应性。通过监测食道压力变化及食道-压力容积曲线证实在进行HFNC治疗时，吸气努力和呼吸代谢功明显降低。因为PEEP作用，肺容量改善，肺泡氧合指数提高，在HFNC治疗期间维持稳定动脉血PaCO2分压所需的 min通气量降低，呼吸频率降低使呼吸肌做功减少，从而降低氧耗，减少CO2产生，进一步降低肺通气需求。通过测量吸气相食道压力和绘制食道压力-时间容积曲线图发现30～40L/min流量HFNC与传统氧疗相比，前者可降低吸气相食道压力, 减少呼吸肌做功[7]。一项前瞻性交叉性研究发现在氧合指数 <300 mmhg急性呼吸衰竭非插管患者[8]，分别给予30、45、60 L/min流量HFNC和非重复面罩氧疗对比，分别测量吸气相食道压力与基线的变化值、食道压力-时间曲线容积、肺总量、呼气末肺容量等数据，分析得出随着HFNC流速增加，吸气末食道压力变化值下降、食道压力-时间曲线容积减少，而功能残气量、肺总量及肺动态顺应性较传统氧疗改善。

HFNC在AECOPD临床应用

低流量氧疗常应用于AECOPD治疗，通过监测血气分析及经皮血氧饱和度，滴定式调节吸入氧浓度，维持经皮血氧饱和度90%～92%及稳定的动脉血氧分压，纠正低氧血症，避免氧浓度过高引起二氧化碳潴留。相对于高流量氧疗系统(如文丘里面罩)，其不易发生高碳酸血症、呼吸性酸中毒。HFNC可以输出大流量的气体,甚至在60 L/min气体流量输入下，仍可提供精确且稳定的FiO2，且不随着患者的呼吸频率及吸气流速的变化而波动。因其可产生上气道CO2洗脱效应，在急性高碳酸血症呼吸衰竭患者中应用HFNC，相比较传统氧疗，较高气体流量仍可保证充分的吸入氧浓度以维持稳定的动脉血PaO2，治疗1 h后既可以出现显著的PaCO2降低，在治疗24 h后无差异[9]。Pilcher J等[10]对24例AECOPD患者进行HFNC和常规鼻导管的滴定式氧疗，发现HFNC可以降低经皮二氧化碳分压(PtCO2) [-1.4 mmHg (95% CI: -2.2 to -0.6),P=0.001)]，但在改善经皮二氧化碳分压(PtCO2)的程度上与常规鼻导管相比无显著差异。相比常规氧疗，HFNC 可以缓解轻～中度AECOPD患者呼吸肌疲劳、改善动脉血PaO2、使胸闷、气促、呼吸困难等临床症状较前改善，但对动脉血PaCO2改善无显著差异[11]。

在对中度AECOPD合并高碳酸血症的急性呼吸衰竭患者(动脉血pH 7.25～7.35, PaCO2> 50 mmHg)使用HFNC时发现：与无创机械通气(Noninvasive ventilation,NIV)进行比较[12-13]，两种治疗方式在治疗后2、6、及24h的pH、PaO2、PaCO2等血气指标均有改善，呼吸困难症状缓解；在比较30 d再插管率，HFNC组为25.0%，NIV组为27.3%；30 d死亡率HFNC组为15.9%，NIV组为18.2%，其再插管率及死亡率无明显区别，但HFNC组中患者的耐受程度及舒适性优于NIV组。对于中度AECOPD合并高碳酸血症的呼吸衰竭患者，HFNC可作为一种非侵袭性的治疗方式提供呼吸支持。

HFNC用于AECOPD机械通气撤机拔管后序贯治疗：撤机拔管后给予HFNC可改善氧合，可降低对进一步呼吸支持需求,并与更好的舒适度和更低的再插管率相关[14]。在一项对42例撤机拔管时伴有持续高碳酸血症AECOPD患者给予HFNC和NIV进行的随机对照实验研究[15]发现在拔管3 h后NIV组pH值低于HFNC组(7.42±0.06vs. 7.45±0.05)，拔管24h后NIV组患者平均动脉压(82.97±9.04vs. 92.06±11.11 mmHg)和pH(7.42±0.05vs. 7.46±0.03)虽然均低于HFNC组，但拔管后48 h无显著差异。张京臣等[16]研究证实HFNC对AECOPD机械通气患者拔管后的动脉血气指标均有明显改善,但在拔管后48h、72h患者氧合指数、二氧化碳分压等动脉血气指标与NIV治疗组比较无显著差异。有学者认为拔管后实施预防性使用NIV可能会降低再拔管率[17]，但一项对604名包含中至重度的COPD等高危险因素患者的拔管后给予HFNC与NIV治疗,观察对拔管后呼吸衰竭及再插管影响的随机临床试验[18]中表明：机械通气拔管后因出现高碳酸血症而引起呼吸衰竭的发生率,HFNC治疗组虽然低于NIV治疗组，但拔管后预防性使用HFNC与NIV在对预防拔管后再插管和拔管后呼吸衰竭的影响上无统计学差异。因HFNC可以改善患者的舒适度,避免NIV治疗中可能因潮气量过高而加重肺损伤，导致呼吸衰竭加重等因素，故HFNC可能在AECOPD患者机械通气拔管后的序贯治疗过程中提供优势[19]。

总结和展望

综上所述，HFNC可使COPD稳定期患者从中获益，其安全和有效得以证实[20]。但在急性发作期患者中，相对于传统氧疗方式，短时间应用HFNC可以改善动脉血氧合指数、二氧化碳分压及缓解高碳酸血症，使得胸闷，气促、呼吸困难等临床症状改善，但治疗过程中需要严密监测患者的意识状态、呼吸节律等临床体征，动态监测动脉血PaO2、PaCO2及pH值等血气指标，避免因延迟气管插管和机械通气而导致病情恶化,甚至死亡等不良临床事件发生。在AECOPD机械通气拔管后序贯治疗方式选择上，HFNC和NIV同样可以改善氧合，降低拔除气管插管后的再插管率，在治疗的舒适性和不良反应上HFNC存在优势，但是否可以替代NIV仍有争议，仍需大样本、随机、对照性研究证实。