經鼻高流量吸氧在慢性阻塞性肺部疾病急性發作期中應用研究進展

潘日虹 尤青海

經鼻高流量吸氧(high flow nasal cannula，HFNC)是將加熱、濕化的空氣/氧氣混合氣體通過特定管徑的鼻導管以20L/min至60L/min流速輸送入氣道的一種氧療方式。與傳統氧療裝置相比，HFNC可以提供穩定、并且可以調節的氧濃度(氧濃度范圍21%～100%)；HFNC可在上氣道產生類似于呼氣末正壓的持續性氣道正壓(2～8 cmH2O)，且與氣體流速成正比，并隨患者張口或閉口呼吸狀態而變化[1]；此外，HFNC可在鼻咽部產生CO2沖刷效應，從而降低上氣道解剖死腔通氣量，避免上氣道CO2重呼吸[2]。其臨床一直被用于治療低氧性呼吸衰竭和預防性應用于拔管后出現呼吸衰竭及有再插管等高危風險患者，但其在慢性阻塞性肺部疾病急性發作期 (acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease，AECOPD)應用研究較少。

HFNC用于治療COPD的相關生理學機制

一、產生上氣道呼吸末正壓

采用食道球囊法、電阻抗法和強迫振蕩呼吸檢測技術對10名健康志愿者進行HFNC生理機制研究[1]發現流量依賴的呼氣末食道壓力上升，導致呼吸阻抗降低，從而證實HFNC有產生呼吸末正壓(positive end expiratory pressure，PEEP)作用。在給予6～60 L/min氣體流量時，可在肺泡水平形成流量依賴的PEEP[3]。在患者閉口呼吸狀態下，給予35 L/min流量時可使鼻咽部上氣道產生(2.70±1.04)cmH2O平均壓力；而在50L/min流量時可產生(3.10±1.20)cmH2O平均壓力，但在患者張口呼吸狀態下，PEEP明顯下降[4]。通過外源性PEEP作用，COPD患者呼吸肌做功減少，延長呼氣時間,從而改善肺泡通氣量。

二、 減少死腔通氣量和CO2重呼吸

M?ller W等[5]在健康志愿者依據CT掃描而構建的上呼吸道模型中觀察到鼻咽腔有流量依賴的示蹤氣體間隙，且在1.0s以內鼻咽腔內示蹤氣體可完全清除，而每增加1.0 L/min HFNC氣體流量，鼻咽腔的示蹤氣體清除率增加1.8 mL/s，該研究表明HFNC可快速清除上氣道鼻咽腔的氣體，減少上氣道內死腔氣體重呼吸。HFNC清除上呼吸道直至延伸到軟腭以下，減少了死腔通氣量和死腔氣體重呼吸，從而增加有效肺泡通氣量，隨著流量增加和治療時間延長，死腔通氣量清除率也明顯增加[2]。COPD患者張口狀態下呼氣末二氧化碳清除研究中發現10 L/min 流量HFNC時，即可出現呼氣末二氧化碳分壓下降,表明較低流量的HFNC即可產生上氣道的CO2洗脫效應[6]。

三、 改善呼吸節律、降低呼吸肌做功、增加潮氣量

HFNC可以減少吸氣相的吸氣努力及呼吸肌代謝功，增加潮氣量，改善肺順應性。通過監測食道壓力變化及食道-壓力容積曲線證實在進行HFNC治療時，吸氣努力和呼吸代謝功明顯降低。因為PEEP作用，肺容量改善，肺泡氧合指數提高，在HFNC治療期間維持穩定動脈血PaCO2分壓所需的 min通氣量降低，呼吸頻率降低使呼吸肌做功減少，從而降低氧耗，減少CO2產生，進一步降低肺通氣需求。通過測量吸氣相食道壓力和繪制食道壓力-時間容積曲線圖發現30～40L/min流量HFNC與傳統氧療相比，前者可降低吸氣相食道壓力, 減少呼吸肌做功[7]。一項前瞻性交叉性研究發現在氧合指數 <300 mmhg急性呼吸衰竭非插管患者[8]，分別給予30、45、60 L/min流量HFNC和非重復面罩氧療對比，分別測量吸氣相食道壓力與基線的變化值、食道壓力-時間曲線容積、肺總量、呼氣末肺容量等數據，分析得出隨著HFNC流速增加，吸氣末食道壓力變化值下降、食道壓力-時間曲線容積減少，而功能殘氣量、肺總量及肺動態順應性較傳統氧療改善。

HFNC在AECOPD臨床應用

低流量氧療常應用于AECOPD治療，通過監測血氣分析及經皮血氧飽和度，滴定式調節吸入氧濃度，維持經皮血氧飽和度90%～92%及穩定的動脈血氧分壓，糾正低氧血癥，避免氧濃度過高引起二氧化碳潴留。相對于高流量氧療系統(如文丘里面罩)，其不易發生高碳酸血癥、呼吸性酸中毒。HFNC可以輸出大流量的氣體,甚至在60 L/min氣體流量輸入下，仍可提供精確且穩定的FiO2，且不隨著患者的呼吸頻率及吸氣流速的變化而波動。因其可產生上氣道CO2洗脫效應，在急性高碳酸血癥呼吸衰竭患者中應用HFNC，相比較傳統氧療，較高氣體流量仍可保證充分的吸入氧濃度以維持穩定的動脈血PaO2，治療1 h后既可以出現顯著的PaCO2降低，在治療24 h后無差異[9]。Pilcher J等[10]對24例AECOPD患者進行HFNC和常規鼻導管的滴定式氧療，發現HFNC可以降低經皮二氧化碳分壓(PtCO2) [-1.4 mmHg (95% CI: -2.2 to -0.6),P=0.001)]，但在改善經皮二氧化碳分壓(PtCO2)的程度上與常規鼻導管相比無顯著差異。相比常規氧療，HFNC 可以緩解輕～中度AECOPD患者呼吸肌疲勞、改善動脈血PaO2、使胸悶、氣促、呼吸困難等臨床癥狀較前改善，但對動脈血PaCO2改善無顯著差異[11]。

在對中度AECOPD合并高碳酸血癥的急性呼吸衰竭患者(動脈血pH 7.25～7.35, PaCO2> 50 mmHg)使用HFNC時發現：與無創機械通氣(Noninvasive ventilation,NIV)進行比較[12-13]，兩種治療方式在治療后2、6、及24h的pH、PaO2、PaCO2等血氣指標均有改善，呼吸困難癥狀緩解；在比較30 d再插管率，HFNC組為25.0%，NIV組為27.3%；30 d死亡率HFNC組為15.9%，NIV組為18.2%，其再插管率及死亡率無明顯區別，但HFNC組中患者的耐受程度及舒適性優于NIV組。對于中度AECOPD合并高碳酸血癥的呼吸衰竭患者，HFNC可作為一種非侵襲性的治療方式提供呼吸支持。

HFNC用于AECOPD機械通氣撤機拔管后序貫治療：撤機拔管后給予HFNC可改善氧合，可降低對進一步呼吸支持需求,并與更好的舒適度和更低的再插管率相關[14]。在一項對42例撤機拔管時伴有持續高碳酸血癥AECOPD患者給予HFNC和NIV進行的隨機對照實驗研究[15]發現在拔管3 h后NIV組pH值低于HFNC組(7.42±0.06vs. 7.45±0.05)，拔管24h后NIV組患者平均動脈壓(82.97±9.04vs. 92.06±11.11 mmHg)和pH(7.42±0.05vs. 7.46±0.03)雖然均低于HFNC組，但拔管后48 h無顯著差異。張京臣等[16]研究證實HFNC對AECOPD機械通氣患者拔管后的動脈血氣指標均有明顯改善,但在拔管后48h、72h患者氧合指數、二氧化碳分壓等動脈血氣指標與NIV治療組比較無顯著差異。有學者認為拔管后實施預防性使用NIV可能會降低再拔管率[17]，但一項對604名包含中至重度的COPD等高危險因素患者的拔管后給予HFNC與NIV治療,觀察對拔管后呼吸衰竭及再插管影響的隨機臨床試驗[18]中表明：機械通氣拔管后因出現高碳酸血癥而引起呼吸衰竭的發生率,HFNC治療組雖然低于NIV治療組，但拔管后預防性使用HFNC與NIV在對預防拔管后再插管和拔管后呼吸衰竭的影響上無統計學差異。因HFNC可以改善患者的舒適度,避免NIV治療中可能因潮氣量過高而加重肺損傷，導致呼吸衰竭加重等因素，故HFNC可能在AECOPD患者機械通氣拔管后的序貫治療過程中提供優勢[19]。

總結和展望

綜上所述，HFNC可使COPD穩定期患者從中獲益，其安全和有效得以證實[20]。但在急性發作期患者中，相對于傳統氧療方式，短時間應用HFNC可以改善動脈血氧合指數、二氧化碳分壓及緩解高碳酸血癥，使得胸悶，氣促、呼吸困難等臨床癥狀改善，但治療過程中需要嚴密監測患者的意識狀態、呼吸節律等臨床體征，動態監測動脈血PaO2、PaCO2及pH值等血氣指標，避免因延遲氣管插管和機械通氣而導致病情惡化,甚至死亡等不良臨床事件發生。在AECOPD機械通氣拔管后序貫治療方式選擇上，HFNC和NIV同樣可以改善氧合，降低拔除氣管插管后的再插管率，在治療的舒適性和不良反應上HFNC存在優勢，但是否可以替代NIV仍有爭議，仍需大樣本、隨機、對照性研究證實。