重癥監護病房無創通氣與高流量氧療,如何選擇

于丹 王金榮 崔朝勃

哈勵遜國際和平醫院重癥醫學科,衡水053000

呼吸衰竭是危重患者死亡的重要原因,主要表現為低氧血癥、肺泡低通氣和高碳酸血癥[1]。低氧型急性呼吸衰竭(acute respiratory failure,ARF)的特點是急性低氧血癥[氧合指數＜200 mm Hg(1 mm Hg=0.133 k Pa)],伴呼吸頻率增快,而無慢性肺疾病和心源性肺水腫,呼吸模式表現為高潮氣量和過度通氣,高碳酸血癥并不常見。因此,治療的目的是糾正低氧血癥,減輕呼吸努力,最終避免氣管插管[2]。由于延遲插管可能增加死亡風險,在這種情況下無創通氣(non-invasive ventilation,NIV)顯示出相互矛盾的結果,因此不推薦使用[3],而經鼻高流量氧療(high-flowoxygentherapy,HFOT)能使低氧型ARF患者明顯獲益,正在廣泛推廣[4]。高碳酸血癥型呼吸衰竭主要發生于COPD急性加重、肥胖低通氣綜合征或胸腔異常,NIV能夠提供通氣支持、避免氣管插管和降低病死率。作為ARF的一種治療手段,NIV和/或HFOT如何選擇,本綜述將詳細討論。

1 HFOT的生理效應

HFOT設備相對簡單,由一個直接連接流量計(設置為70L/min)的空-氧混合器或者渦輪系統組成,將混合氣體輸送到加溫加濕器中,加溫加濕器輸送37℃條件下完全飽和的氣體(相對濕度為100%)。持續高速恒定氣流進入上氣道,可產生一系列生理學效應,包括輸送高氧濃度氣體、呼氣末正壓(positiveend-expiratorypressure,PEEP)效應和沖刷死腔中的CO2[5]。

1.1改善氧合和PEEP效應 首先,HFOT可提供恒定高氧濃度氣體：低氧型ARF的特點是吸氣努力,吸氣峰值平均達到30～40L/min。HFOT系統產生的高氧氣流多數情況下超過患者的吸氣峰值流速,可限制吸入氣體被室內空氣稀釋[6]。在一項生理學研究中,健康受試者分別接受標準面罩、非再呼吸面罩和HFOT治療,比較供氧過程中咽部的氧濃度。標準面罩12L/min時,監測氧濃度小于0.6；當模擬ARF時,氧濃度低于0.5。非再呼吸面罩在模擬ARF過程中雖然能夠避免氧濃度下降,但最高氧濃度小于0.7；而HFOT設置流量為40L/min時咽部氧濃度即可達到0.85[6]。

另外HFOT在上呼吸道產生一個低水平的正壓,與所輸送的氣流成正比,從而改善氧合。然而,由于氣體泄漏,壓力水平是可變的,當患者張開嘴時,正壓明顯降低。自主呼吸時HFOT產生的壓力與流速呈線性相關,流速50L/min情況下,閉嘴時壓力超過3cmH2O(1cmH2O=0.098kPa),而張嘴時壓力小于2cmH2O[7]。在心臟術后或低氧型ARF期間進行電阻抗斷層掃描評估肺活量的生理學研究中,與標準氧療相比,HFOT可增加呼氣末肺活量,肺泡擴張反映了一種PEEP效應[8-9]。

與NIV相比,HFOT改善氧合的能力較弱,可能是由于HFOT的PEEP效應小于NIV[4,10]。ARF患者先后接受標準氧療、HFOT和NIV,標準氧療升級到HFOT,PaO2增加而氧合指數保持不變,說明氧合的改善主要是由于吸氧濃度的增加所致。相比之下,隨著NIV的加入,PaO2進一步增加,氧合指數也顯著增加,反映了利于肺泡擴張的PEEP效應[10]。

1.2呼吸輔助 在低氧型ARF中,由于呼吸驅動增強,呼吸肌動員更多。然而,正如Brochard等最近在“患者自傷性肺損傷”概念中闡明的那樣,自主呼吸可能是有害的,即使沒有通氣支持,由于全肺或局部應力變化,也可能導致肺損傷加重[11-12]。HFOT似乎可以減少呼吸做功,從而減輕肺損傷。許多學者已經證明,ARF患者先通過非再呼吸面罩接受標準氧療,然后再使用HFOT,監測食管壓力變化發現,HFOT時呼吸做功減少[9,13]。呼吸做功減少可能與吸氣努力和肺順應性改善有關[9]。另外,持續高速氣流可能會沖刷掉上氣道死腔中的CO2[14-15]。胸廓物理學改善的效應可以減少吸氣努力和分鐘通氣需求,這與HFOT患者呼吸頻率下降和呼吸做功減少是一致的[9,13]。

1.3舒適和濕化 盡管HFOT氧流量較高,但比NIV和標準氧療耐受性更好。HFOT加濕器能夠達到與肺泡相同的加濕效果,絕對濕度為44mg/L。體外研究表明,人上皮細胞暴露于HFOT可以避免濕度不足的影響,如上皮細胞功能下降和炎癥增加[16]。臨床實踐中,即使使用加濕器,標準氧療通過面罩提供的仍然是不加濕或濕化不足的冷氣體,導致呼吸道干燥,舒適度下降[17]。如果對吸入氣體進行加溫加濕處理,也許能防止分泌物黏稠、黏膜纖毛清除功能障礙、肺不張等不良后果,但需進一步證實[18]。

2 低氧型ARF的通氣選擇

2010年發表的第1個使用HFOT的觀察性研究比較了20例ARF患者接受HFOT與標準氧療的臨床療效,結果發現HFOT組舒適度更好,呼吸頻率和氧合改善更明顯[19]。少數生理學研究發現了HFOT的潛在益處,第1個大樣本隨機對照研究將包括310例非高碳酸血癥的ARF患者納入研究(呼吸頻率＞25次/min,氧合指數＜300mmHg),比較3種不同的氧療策略：標準氧療、HFOT以及HFOT聯合NIV。初始設計時認為HFOT聯合NIV可能是最佳策略,結果卻出人意料,HFOT組90d病死率(12%)明顯低于聯合治療組(28%)或標準氧療組(23%)。盡管3組插管率差異無統計學意義,但HFOT組氧合指數＜200mmHg患者的插管風險明顯下降。本研究質疑了NIV在新發呼吸衰竭中的價值,認為HFOT可能才是一線選擇[4]。由于NIV的臨床證據充滿不確定性,因此最近歐洲/美國臨床實踐指南未能提供建議[3]。與標準氧療相比,NIV雖然可以降低插管風險,但在所有臨床隨機對照試驗中均未發現能夠降低病死率[4,20-22]。

有研究發現,單獨使用HFOT比聯合使用NIV可能病死率更低,且對于低氧型ARF,NIV可能是有害的。NIV期間低水平PEEP[(5±1)cmH2O]和較高的壓力支持[(8±3)cmH2O]可產生較高潮氣量[(9.2±3)ml/kg][4]。由于許多患者已經達到了ARDS的診斷標準,PEEP水平可能相對較低。事實上,大約3/4的新發ARF存在氧合指數＜300mmHg和雙側肺浸潤[4,23]。NIV在低氧血癥中的有害影響可能是由于高潮氣量和低水平PEEP引起的呼吸機相關肺損傷所致。

盡管在參數設置、嚴重程度評分或呼吸頻率方面沒有差異,但插管比沒有插管的患者更有可能在開始時就產生高潮氣量[24]。在接受NIV治療的低氧型ARF中,盡管目標潮氣量設為6～8ml/kg,但仍有近一半患者的潮氣量超過10ml/kg[25]。推測高潮氣量可能是低氧血癥引起高呼吸動力的一個標志,反映呼吸疾病的潛在嚴重程度。另外,參數設置也可能對潮氣量有影響,與持續正壓通氣或標準氧療相比,在PEEP基礎上給予壓力支持后,呼吸做功明顯下降。需要注意的是,給予壓力支持后,潮氣量也明顯增加,無論PEEP水平高低。由于吸氣努力和預設的壓力支持共同導致肺泡過度膨脹,因此潮氣量可能隨ARF的嚴重程度而變化[25-26]。

最近一項單中心隨機對照研究發現,頭盔式NIV使ARDS插管率從61%下降到18%[27]。顯然,與面罩類型可能有重要關系,但最重要的是,2組患者呼吸機設置差異有統計學意義：頭盔組PEEP較高,壓力支持水平較低,且低得令人驚訝(約8 cm H2O)。之前一項生理學研究結果表明,使用頭盔時壓力支持水平必須提高50%,才能達到與普通面罩相媲美的生理效應[28]。不幸的是,頭盔下的潮氣量測量通常不可行,上述研究中也未提供。然而,低水平壓力支持可能有助于通過減少呼吸機輔助和潮氣量來降低跨肺壓和減少潛在的呼吸機相關肺損傷。除此之外,頭盔組比面罩組PEEP水平更高(8 cm H2O比5 cm H2O),頭盔組近一半的PEEP水平為10 cm H2O[27]。頭盔比面罩耐受性更好,可能有助于在較長時間內持續使用NIV,使其峰值水平更高。因此,改變呼吸機設置是一種潛在的NIV優化策略,如降低壓力支持水平,增加PEEP,改變面罩類型(如頭盔)。然而,在低氧型ARF的治療中,需要進一步的隨機對照研究來比較保護性NIV與HFOT的差異。

3 免疫缺陷患者的通氣選擇

最近的歐洲/美國指南建議,對免疫缺陷的ARF患者盡早實施NIV[3]。21世紀初的2項隨機對照研究發現,NIV組插管率和病死率均低于標準氧療組[29-30]。然而,迄今為止最大規模的2項隨機對照研究發現,與單純氧療相比,早期NIV以及HFOT均不能降低28 d病死率[31-32]。

其他專門針對免疫缺陷患者的研究發現,單獨使用HFOT比使用NIV效果更好[33-34],從而提示NIV的潛在危害。HFOT的應用越來越多,在一項前瞻性國際觀察性研究中,54%的患者一線氧療策略為標準氧療,26%為NIV,20%為HFOT[35]。校正后,HFOT與插管風險降低有關,但對病死率沒有影響,而NIV對插管風險或病死率均無影響。雖然NIV仍是此類患者的標準選擇,但未來將評估哪種策略最佳,NIV治療間歇期,可以應用標準氧療或HFOT。

4 拔管后呼吸衰竭

既往研究已經證實,術后患者可獲益于NIV[36-37]。事實上,與標準氧療相比,腹部和胸部術后的ARF患者插管風險確實降低了,最近歐洲/美國的臨床實踐指南建議將NIV作為這些患者的一線治療[3]。然而,一項針對830例心胸術后ARF風險患者的多中心隨機非劣效性研究顯示,與間歇NIV相比,HFOT治療失敗率沒有降低,此發現支持在類似患者中使用HFOT[38-39]。

相反,對于監護病房計劃拔管后出現ARF的患者,不能使用NIV。2項隨機對照研究比較了NIV和標準氧療,提示NIV對結局沒有影響或病死率增加[40-41]。COPD拔管后48 h內NIV序貫治療,可降低呼吸衰竭風險,但再插管率和病死率無明顯下降[42]。最近一項薈萃分析顯示,標準氧療可能仍是拔管后非ARF的一線治療方法。然而,對于危重患者,HFOT可能是標準氧療和NIV的潛在替代措施,后者往往與患者不耐受有關[43]。

5 COPD

在減少插管或死亡方面,NIV對COPD急性加重的患者頗有益處。最近歐洲/美國指南推薦,COPD急性加重導致的ARF并發急性呼吸性酸中毒時(p H 7.25～7.35),使用NIV擁有強有力的臨床證據[3]。NIV治療1～4 h內p H值和呼吸頻率改善,是治療成功的良好預測因子[3]。NIV能夠減少呼吸困難的感覺和插管需求,提高生存率,降低醫院感染風險[2]。專家建議,即使需要插管和有創通氣的嚴重酸中毒(p H＜7.20)或肺性腦病患者,也可以嘗試NIV,除非病情迅速惡化[3]。事實上,在這一人群中,NIV也能降低病死率和插管的必要性,然而對于無酸中毒表現的高碳酸血癥患者,或COPD加重時用于預防呼吸性酸中毒,不推薦使用NIV[3]。

5.1HFOT在COPD穩定期的應用現狀 HFOT能夠通過PEEP效應和對上氣道的沖刷[44],減少功能性死腔,有助于降低PaCO2,減少呼吸努力[45],其他生理效應包括增加潮氣量和降低呼吸頻率,減少呼吸做功[46-48]。COPD穩定期,HFOT降低PaCO2與流量有關,盡管分鐘通氣量有所下降,但PaCO2可降至正常,推測可能是通過沖刷呼吸道和減少死腔實現的[46]。HFOT治療穩定型高碳酸血癥能有效降低PaCO2,這種效應與平均氣道壓力增加無關,而與泄漏和氣流增加有關,表明氣道沖洗和功能死腔的減少是HFOT治療的重要機制[44]。一項隨機交叉研究(長期氧療與HFOT在30 L/min時與室內空氣混合)證實,HFOT能夠減少CO2的重復吸入,表明它能夠增加潮氣量,改善呼吸狀態,降低呼吸頻率,而分鐘通氣量沒有任何變化[49]。另一項研究也有類似發現,即使是COPD急性加重的患者也是如此[50]。

5.2HFOT在COPD急性加重期的應用現狀 既往研究顯示,在ARF中HFOT的潛在益處并不包括高碳酸血癥患者。到目前為止,只有為數不多的小型研究[51-52]和病例報告[53-54]發表。在急診科進行的一項研究中,納入不同病因的ARF人群,HFOT能夠降低COPD加重患者的呼吸頻率和改善通氣[55-56],治療1 h即可緩解心源性肺水腫患者的呼吸困難[57],但不能減少ARDS患者的機械通氣需求[58]。一項針對急診科204例呼吸衰竭患者的隨機對照研究顯示,需要NIV治療的最常見原因是COPD(占39%),將NIV治療失敗(需要插管和72 h內需要其他替代治療)作為主要觀察指標發現,HFOT并不劣于NIV。雖然納入患者的基線資料并不符合COPD急性加重呼吸性酸中毒的具體標準,但存在高碳酸血癥,并且需要NIV治療。有趣的是,HFOT的耐受性似乎高于NIV,當NIV不耐受影響治療的持續性時,HFOT可能是一種替代選擇[56]。一項包括33例低氧血癥和高碳酸血癥COPD患者的回顧性研究顯示,在標準氧療失敗或對NIV不耐受后應用HFOT,在開始治療1 h和24 h后可改善PaCO2[51]。另一項觀察性研究中,Lee等評估了HFOT與NIV對88例伴有急性呼吸性酸中毒的COPD嚴重加重患者的影響,HFOT流速為45～60 L/min,NIV設置PEEP為5 cm H2O和壓力支持目標7～10 ml/kg的潮氣量,2種策略在改善PaCO2或PaO2方面差異無統計學意義,HFOT組和NIV組30 d插管率比較差異無統計學意義(25.0%比27.3%,P=0.857),30 d病死率比較差異無統計學意義(15.9%比18.2%,P=0.845)[52]。這些結果不能證明單獨應用HFOT治療COPD加重或急性呼吸性酸中毒患者是合理的,然而,在這些環境中HFOT應該作為標準氧療的替代品進行評估。未來研究應該評估HFOT與NIV之間的潛在關聯策略,因為與單獨使用NIV相比,HFOT可以減少NIV使用和住院時間。

6 結論

NIV可作為COPD急性加重合并呼吸性酸中毒的一線治療,HFOT可用于胸部或腹部術后繼發的呼吸衰竭,對于心胸外科術后出現的呼吸衰竭,HFOT與NIV似乎一樣有效。監護病房計劃拔管后出現的ARF不建議使用NIV,可能會增加死亡危險。對于低氧型ARF,HFOT療效尚不確定,但在降低重度低氧患者病死率和插管需求方面似乎更有效。盡管存在爭議,但仍建議免疫功能低下的呼吸衰竭早期應用NIV。HFOT替代標準氧療、與NIV聯合或單獨使用HFOT用于治療免疫缺陷繼發的急性呼吸系統疾病和COPD合并呼吸性酸中毒,還需要進一步的研究來評估效果和潛在益處。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突