游海平(綜述)，張小霓，翁欽永(審校)

(1.福建醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院麻醉科，福州 350005； 2.福建醫(yī)科大學(xué)附屬協(xié)和醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科，福州 350001)

1868年Janssen發(fā)現(xiàn)了氦氣(Helium)，1903年美國學(xué)者證實(shí)Heium大量存在于大氣中[1]。氦氣和氧氣混合后制成的氦氧混合氣(Heliox)始用于人體深水潛水作業(yè)，以防止肺減壓病的發(fā)生。之后人們發(fā)現(xiàn)，吸入Heliox可顯著降低呼吸道阻力和呼吸功、增加二氧化碳排出以及改善氣體交換[2]。這引起醫(yī)學(xué)工作者的重視，并促使Heliox的應(yīng)用轉(zhuǎn)向治療呼吸系統(tǒng)疾病的領(lǐng)域。該文就Heliox在呼吸系統(tǒng)疾病中應(yīng)用的研究進(jìn)展予以綜述。

1 氦氣的理化性質(zhì)

氦氣是一種化學(xué)性能穩(wěn)定，臨界溫度最低，最難液化，常溫下呈現(xiàn)氣態(tài)的惰性氣體。也是最輕的稀有氣體，且在所有元素中熔點(diǎn)和沸點(diǎn)最低[3]。與氧氣(1.43 g/m3)和氮?dú)?1.25 g/m3)相比，氦氣具有較低的密度(0.179 g/m3)，其絕對(duì)黏度是201.8 mp(氧氣：211.4 mp；普通空氣：188.5 mp)。在相同條件下，氦氣的流速是空氣的2.68倍[4]。由于氣流大小取決于混合氣中每種氣體成分的密度和黏度，氦氣的物理特性可以降低呼吸道阻力，提高通過肺的氣流。此外，氦氣具有較高的導(dǎo)熱性，當(dāng)機(jī)體完全被包繞在氦氣中就可能發(fā)生熱丟失，從而降低新陳代謝，所以在充滿氦氣的環(huán)境中，機(jī)體的能量消耗更低[5]。人們?cè)趯?duì)大鼠的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，延長呼吸75%的氦氣可誘導(dǎo)低體溫[6]。然而，人類至今尚未發(fā)現(xiàn)短期呼吸氦氣發(fā)生體溫降低的相關(guān)報(bào)道。

2 Heliox治療呼吸系統(tǒng)疾病的相關(guān)機(jī)制

2.1呼吸力學(xué)方面的作用機(jī)制 呼吸道阻力大小不僅取決于呼吸道口徑，還與氣體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(包括層流或湍流)、氣流速度、氣體密度及黏滯度有關(guān)。當(dāng)其他因素不變時(shí)，低密度和(或)高黏滯度的氣體產(chǎn)生的阻力更小。Heliox恰好兼具低密度性和高黏滯性，正符合雷諾公式：R=ρ·D·Vel/μ的原理，能夠改善氣流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，提高氣體流速，降低呼吸道阻力和呼吸功[7-8]。呼吸道阻塞性肺疾病患者吸入Heliox后呼吸困難癥狀明顯緩解，正是通過上述物理特性改善呼吸力學(xué)才得以實(shí)現(xiàn)。

2.2生化作用機(jī)制 人們發(fā)現(xiàn)氦氣還存在某些生化特性，此發(fā)現(xiàn)打破了以往只把氦氣作為一種惰性氣體的舊識(shí)。Oei等[9]研究發(fā)現(xiàn)，Heliox預(yù)處理對(duì)心肌和腦缺血/再灌注損傷具有保護(hù)作用，并且對(duì)肺、免疫系統(tǒng)、血管也產(chǎn)生作用，提示氦氣具有生化特性，能產(chǎn)生特定的生物作用。Lee等[10]的實(shí)驗(yàn)提示，當(dāng)呼吸Heliox時(shí)，肺平均動(dòng)脈壓、右心房壓和肺動(dòng)脈阻力均呈現(xiàn)顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的降低，且Heliox通氣可以降低內(nèi)源性呼氣末正壓和殘氣量，使心臟指數(shù)增加>20%。在急性肺損傷的新生動(dòng)物模型上，Heliox組與氮氧組比，通氣參數(shù)得到改善，這與肺泡增多，氧需求減少和炎癥范圍縮小有關(guān)[11]，認(rèn)為這是氦氣對(duì)肺的生化作用和通過物理特性改善呼吸力學(xué)參數(shù)引起的效果。李志平等[12-13]在探討慢性阻塞性肺疾病吸入Heliox后肺功能改善的機(jī)制中發(fā)現(xiàn)，吸入Heliox后用力肺活量顯著增加。呼吸高濃度Heliox還可大幅增加補(bǔ)呼氣容積，這證明肺的彈性發(fā)生了變化，而單靠其物理特性無法解釋此現(xiàn)象。這種肺彈性的改變可能是高濃度Heliox改善某些呼吸道疾病患者缺氧癥狀的重要機(jī)制之一[14]，而肺彈性的改變可能與Heliox某些未知的生物作用有關(guān)[15]。雖然氦氣對(duì)軟組織具有生化作用已是不爭的事實(shí)，但是其作用機(jī)制仍是未解之謎。

3 Heliox在呼吸系統(tǒng)疾病中的應(yīng)用研究

Heliox通氣作為治療各種原因引起的呼吸道阻塞性疾病(上下呼吸道梗阻、哮喘及慢性阻塞性肺疾病)的替代方法已有70多年的歷史[16]。近年來發(fā)現(xiàn)，Heliox對(duì)急性支氣管炎、急性肺損傷、呼吸衰竭及嬰幼兒肺部疾病治療和霧化治療有明顯效果，且具有降低氣管插管率，縮短住院時(shí)間等優(yōu)勢[17]。

3.1治療哮喘 哮喘是一種以可逆性氣流受限為特征的呼吸道慢性炎癥性疾病，臨床主要表現(xiàn)為呼吸道阻塞導(dǎo)致的低氧血癥和二氧化碳蓄積。多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，無論是自主呼吸還是機(jī)械通氣，吸入Heliox均能明顯緩解急性哮喘患者的呼吸困難癥狀，這與Heliox降低呼吸道阻力和呼吸功耗、改善氣體交換等作用有關(guān)[18-19]。由于急性哮喘發(fā)作異常兇險(xiǎn)，特別是哮喘持續(xù)狀態(tài)，常危及生命，臨床上可以直接通過吸入Heliox，迅速降低呼吸道阻力、加快氣體流速、降低呼吸功能、改善氣體交換，從而緩解哮喘狀態(tài)，因此Heliox可方便地用于哮喘的院前和急癥救治。

3.2治療慢性阻塞性肺部疾病 慢性阻塞性肺部疾病是慢性呼吸道阻塞性疾病的統(tǒng)稱，主要包括不可逆性呼吸道阻塞的慢性支氣管炎和肺氣腫兩種疾病。其主要病理特點(diǎn)是肺通氣和(或)換氣功能障礙，臨床表現(xiàn)為呼吸困難，呼吸做功增加及運(yùn)動(dòng)耐受降低等。Marciniuk等[20]對(duì)16例穩(wěn)定期慢性阻塞性肺疾病患者行6 min步行測試發(fā)現(xiàn)，通過面罩或鼻導(dǎo)管吸入Heliox(30% 氦氣,70% 氧氣)比吸入100%氧氣的患者步行距離更遠(yuǎn)。Colebourn等[21]研究發(fā)現(xiàn)，Heliox通氣能降低慢性阻塞性肺疾病患者的內(nèi)源性呼氣末正壓，從而使克服內(nèi)源性呼氣末正壓所致的做功減少。以上研究說明慢性阻塞性肺疾病患者吸入Heliox可以改善呼吸困難，降低呼吸功，增加運(yùn)動(dòng)耐受，從而改善病情，提高生活質(zhì)量。但不能根本解決呼吸道阻塞問題。

3.3治療急性支氣管炎 急性支氣管炎屬于呼吸系統(tǒng)常見病和多發(fā)病，主要表現(xiàn)為呼吸急促，呼吸功耗增加和呼吸肌疲勞，嚴(yán)重者出現(xiàn)呼吸困難，而呼吸肌疲勞又反過來加重呼吸困難。吸入Heliox可阻斷這種惡性循環(huán)，緩解病情。在一項(xiàng)針對(duì)嬰兒急性細(xì)支氣管炎的隨機(jī)對(duì)照研究中，Liet 等[22]發(fā)現(xiàn)Heliox組比空氣或氧氣組在第一個(gè)小時(shí)治療后平均臨床呼吸評(píng)分顯著降低(均數(shù)-1.15,95%CI-1.98～-0.33，P=0.006,每組69例)。Martinón-Torres等[23]對(duì)38例急性支氣管炎的嬰兒進(jìn)行對(duì)照性研究得出了類似結(jié)果。由此可見，Heliox能改善急性支氣管炎患者的呼吸困難和臨床評(píng)分。但這些僅限于臨床觀察，其機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

3.4治療呼吸衰竭 對(duì)于各種原因?qū)е碌暮粑ソ?傳統(tǒng)的鼻導(dǎo)管給氧并不能明顯改善病情，而常需行機(jī)械通氣治療。有報(bào)道稱，Heliox通氣治療急性呼吸衰竭不僅可以減輕病情，同時(shí)還可以降低氣管插管率，提高生存率[24-25]。此外，對(duì)氣管插管的患者而言，Heliox通氣也能顯著降低呼吸道阻力，加速氣體流動(dòng)，增加氧輸送及排出二氧化碳，從而改善氣體交換和低氧血癥。由于嬰幼兒對(duì)氣管插管和面罩給氧耐受力差，加之呼吸道口徑相對(duì)狹小，易被痰液等分泌物阻塞。針對(duì)嬰幼兒呼吸衰竭的治療，臨床上有報(bào)道，單純從鼻導(dǎo)管吸入Heliox是可行且有效的方法之一[26]。目前傳統(tǒng)機(jī)械通氣治療仍是治療急性呼吸衰竭的主流，而Heliox通氣作為呼吸衰竭的一種輔助治療手段，或許是未來臨床值得推廣的新元素。

3.5治療急性肺損傷 急性肺損傷是在嚴(yán)重感染、休克、創(chuàng)傷及燒傷等非心源性疾病過程中，肺毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞和肺泡上皮細(xì)胞損傷造成彌漫性肺間質(zhì)及肺泡水腫導(dǎo)致的急性低氧性呼吸功能不全或衰竭。Heliox用于急性肺損傷，目前僅在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段。研究發(fā)現(xiàn)，急性肺損傷幼豬吸入Heliox后潮氣量增加，二氧化碳排出增多，氣體交換最終得到改善[27]。Nawab等[11]研究也證實(shí)Heliox機(jī)械通氣不僅能提高氣體交換效率，降低機(jī)體對(duì)氧的需求，而且還能減輕急性肺損傷幼豬肺部炎癥。其機(jī)制可能與Heliox的物理特性有關(guān)，此外某種生化機(jī)制也可能參與了抗炎等作用。

3.6在霧化吸入治療中的應(yīng)用 在霧化吸入治療方面，Heliox除了可以作為氧的載體外，還可以作為支氣管擴(kuò)張藥等霧化劑的載體。通過改變氣體流量，Heliox有助于把更多的氣霧劑顆粒輸送到遠(yuǎn)端的支氣管樹中[28]。一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照研究證明，霧化吸入支氣管擴(kuò)張劑治療急性哮喘，Heliox組更顯著地增加呼吸流速[29]。這可能是由于氦氣的低密度和高黏滯性，改變呼吸道的阻力和順應(yīng)性，從而提高氣體流速，使氣霧劑更快地達(dá)到相應(yīng)部位發(fā)揮療效。有關(guān)這方面的應(yīng)用還需要大樣本的循證醫(yī)學(xué)研究加以證實(shí)。

3.7治療嬰幼兒肺部疾病 Heliox對(duì)嬰幼兒肺部疾病同樣有較好的療效。Szczapa等[30]的研究顯示，Heliox機(jī)械通氣不會(huì)影響嬰兒的生命體征并保持臨床狀況的穩(wěn)定性；氦氧機(jī)械通氣期間，嬰兒的潮氣量，每分鐘通氣和呼氣峰流速值顯著增加；在不降低肺泡動(dòng)脈氧分壓差和氧合指數(shù)的情況下Heliox機(jī)械通氣可以允許更低的氧濃度，同時(shí)顯著增加氧合指數(shù)比值。在對(duì)51例行鼻塞式持續(xù)呼吸道正壓通氣的新生兒隨機(jī)對(duì)照研究中發(fā)現(xiàn)Heliox通氣(氦氣 80%和氧氣20%)與空氣通氣相比可顯著降低機(jī)械通氣的比例(14.8% vs 45.8%)[31]。由于嬰幼兒呼吸道口徑相對(duì)狹小，且肺的順應(yīng)性較成人差，加上嬰幼兒對(duì)缺氧耐受能力較差，一旦患有呼吸系統(tǒng)疾病，往往來勢較為兇險(xiǎn)，需爭分奪秒改善缺氧狀況。Heliox可以通過加快氣體流速，增加氧氣輸送和二氧化碳排出，降低氧需求，從而迅速改善缺氧癥狀，這是值得進(jìn)一步探索的研究方向。

4 問題與展望

迄今為止，人們對(duì)Heliox的研究多局限于物理特性及呼吸力學(xué)方面，且研究樣本較??；Heliox的制備、貯存及運(yùn)輸均需要特殊設(shè)備和技術(shù)，成本較高。這些因素都限制了其在臨床上的廣泛應(yīng)用。但是，綜述諸多研究成果已為Heliox的深入研究展現(xiàn)出曙光，有關(guān)Heilox的其他作用和機(jī)制最終也將公之于眾，加上其使用成本的不斷降低，相信Heliox成為治療呼吸系統(tǒng)疾病的常規(guī)手段之一已為期不遠(yuǎn)。

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