于丹 王金榮 崔朝勃

哈勵(lì)遜國(guó)際和平醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科,衡水053000

呼吸衰竭是危重患者死亡的重要原因,主要表現(xiàn)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(diǎn)是急性低氧血癥[氧合指數(shù)＜200 mm Hg(1 mm Hg=0.133 k Pa)],伴呼吸頻率增快,而無(wú)慢性肺疾病和心源性肺水腫,呼吸模式表現(xiàn)為高潮氣量和過(guò)度通氣,高碳酸血癥并不常見(jiàn)。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(fēng)險(xiǎn),在這種情況下無(wú)創(chuàng)通氣(non-invasive ventilation,NIV)顯示出相互矛盾的結(jié)果,因此不推薦使用[3],而經(jīng)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(fā)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(xì)討論。

1 HFOT的生理效應(yīng)

HFOT設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單,由一個(gè)直接連接流量計(jì)(設(shè)置為70L/min)的空-氧混合器或者渦輪系統(tǒng)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(duì)濕度為100%)。持續(xù)高速恒定氣流進(jìn)入上氣道,可產(chǎn)生一系列生理學(xué)效應(yīng),包括輸送高氧濃度氣體、呼氣末正壓(positiveend-expiratorypressure,PEEP)效應(yīng)和沖刷死腔中的CO2[5]。

1.1改善氧合和PEEP效應(yīng) 首先,HFOT可提供恒定高氧濃度氣體：低氧型ARF的特點(diǎn)是吸氣努力,吸氣峰值平均達(dá)到30～40L/min。HFOT系統(tǒng)產(chǎn)生的高氧氣流多數(shù)情況下超過(guò)患者的吸氣峰值流速,可限制吸入氣體被室內(nèi)空氣稀釋[6]。在一項(xiàng)生理學(xué)研究中,健康受試者分別接受標(biāo)準(zhǔn)面罩、非再呼吸面罩和HFOT治療,比較供氧過(guò)程中咽部的氧濃度。標(biāo)準(zhǔn)面罩12L/min時(shí),監(jiān)測(cè)氧濃度小于0.6；當(dāng)模擬ARF時(shí),氧濃度低于0.5。非再呼吸面罩在模擬ARF過(guò)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(shè)置流量為40L/min時(shí)咽部氧濃度即可達(dá)到0.85[6]。

另外HFOT在上呼吸道產(chǎn)生一個(gè)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(dāng)患者張開(kāi)嘴時(shí),正壓明顯降低。自主呼吸時(shí)HFOT產(chǎn)生的壓力與流速呈線性相關(guān),流速50L/min情況下,閉嘴時(shí)壓力超過(guò)3cmH2O(1cmH2O=0.098kPa),而張嘴時(shí)壓力小于2cmH2O[7]。在心臟術(shù)后或低氧型ARF期間進(jìn)行電阻抗斷層掃描評(píng)估肺活量的生理學(xué)研究中,與標(biāo)準(zhǔn)氧療相比,HFOT可增加呼氣末肺活量,肺泡擴(kuò)張反映了一種PEEP效應(yīng)[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(yīng)小于NIV[4,10]。ARF患者先后接受標(biāo)準(zhǔn)氧療、HFOT和NIV,標(biāo)準(zhǔn)氧療升級(jí)到HFOT,PaO2增加而氧合指數(shù)保持不變,說(shuō)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(jìn)一步增加,氧合指數(shù)也顯著增加,反映了利于肺泡擴(kuò)張的PEEP效應(yīng)[10]。

1.2呼吸輔助 在低氧型ARF中,由于呼吸驅(qū)動(dòng)增強(qiáng),呼吸肌動(dòng)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(méi)有通氣支持,由于全肺或局部應(yīng)力變化,也可能導(dǎo)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(xué)者已經(jīng)證明,ARF患者先通過(guò)非再呼吸面罩接受標(biāo)準(zhǔn)氧療,然后再使用HFOT,監(jiān)測(cè)食管壓力變化發(fā)現(xiàn),HFOT時(shí)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(yīng)性改善有關(guān)[9]。另外,持續(xù)高速氣流可能會(huì)沖刷掉上氣道死腔中的CO2[14-15]。胸廓物理學(xué)改善的效應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)氧療耐受性更好。HFOT加濕器能夠達(dá)到與肺泡相同的加濕效果,絕對(duì)濕度為44mg/L。體外研究表明,人上皮細(xì)胞暴露于HFOT可以避免濕度不足的影響,如上皮細(xì)胞功能下降和炎癥增加[16]。臨床實(shí)踐中,即使使用加濕器,標(biāo)準(zhǔn)氧療通過(guò)面罩提供的仍然是不加濕或濕化不足的冷氣體,導(dǎo)致呼吸道干燥,舒適度下降[17]。如果對(duì)吸入氣體進(jìn)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(jìn)一步證實(shí)[18]。

2 低氧型ARF的通氣選擇

2010年發(fā)表的第1個(gè)使用HFOT的觀察性研究比較了20例ARF患者接受HFOT與標(biāo)準(zhǔn)氧療的臨床療效,結(jié)果發(fā)現(xiàn)HFOT組舒適度更好,呼吸頻率和氧合改善更明顯[19]。少數(shù)生理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)了HFOT的潛在益處,第1個(gè)大樣本隨機(jī)對(duì)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(shù)＜300mmHg),比較3種不同的氧療策略：標(biāo)準(zhǔn)氧療、HFOT以及HFOT聯(lián)合NIV。初始設(shè)計(jì)時(shí)認(rèn)為HFOT聯(lián)合NIV可能是最佳策略,結(jié)果卻出人意料,HFOT組90d病死率(12%)明顯低于聯(lián)合治療組(28%)或標(biāo)準(zhǔn)氧療組(23%)。盡管3組插管率差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,但HFOT組氧合指數(shù)＜200mmHg患者的插管風(fēng)險(xiǎn)明顯下降。本研究質(zhì)疑了NIV在新發(fā)呼吸衰竭中的價(jià)值,認(rèn)為HFOT可能才是一線選擇[4]。由于NIV的臨床證據(jù)充滿不確定性,因此最近歐洲/美國(guó)臨床實(shí)踐指南未能提供建議[3]。與標(biāo)準(zhǔn)氧療相比,NIV雖然可以降低插管風(fēng)險(xiǎn),但在所有臨床隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)中均未發(fā)現(xiàn)能夠降低病死率[4,20-22]。

有研究發(fā)現(xiàn),單獨(dú)使用HFOT比聯(lián)合使用NIV可能病死率更低,且對(duì)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(chǎn)生較高潮氣量[(9.2±3)ml/kg][4]。由于許多患者已經(jīng)達(dá)到了ARDS的診斷標(biāo)準(zhǔn),PEEP水平可能相對(duì)較低。事實(shí)上,大約3/4的新發(fā)ARF存在氧合指數(shù)＜300mmHg和雙側(cè)肺浸潤(rùn)[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(jī)相關(guān)肺損傷所致。

盡管在參數(shù)設(shè)置、嚴(yán)重程度評(píng)分或呼吸頻率方面沒(méi)有差異,但插管比沒(méi)有插管的患者更有可能在開(kāi)始時(shí)就產(chǎn)生高潮氣量[24]。在接受NIV治療的低氧型ARF中,盡管目標(biāo)潮氣量設(shè)為6～8ml/kg,但仍有近一半患者的潮氣量超過(guò)10ml/kg[25]。推測(cè)高潮氣量可能是低氧血癥引起高呼吸動(dòng)力的一個(gè)標(biāo)志,反映呼吸疾病的潛在嚴(yán)重程度。另外,參數(shù)設(shè)置也可能對(duì)潮氣量有影響,與持續(xù)正壓通氣或標(biāo)準(zhǔn)氧療相比,在PEEP基礎(chǔ)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(wú)論P(yáng)EEP水平高低。由于吸氣努力和預(yù)設(shè)的壓力支持共同導(dǎo)致肺泡過(guò)度膨脹,因此潮氣量可能隨ARF的嚴(yán)重程度而變化[25-26]。

最近一項(xiàng)單中心隨機(jī)對(duì)照研究發(fā)現(xiàn),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(guān)系,但最重要的是,2組患者呼吸機(jī)設(shè)置差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)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(xiàng)生理學(xué)研究結(jié)果表明,使用頭盔時(shí)壓力支持水平必須提高50%,才能達(dá)到與普通面罩相媲美的生理效應(yīng)[28]。不幸的是,頭盔下的潮氣量測(cè)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(guò)減少呼吸機(jī)輔助和潮氣量來(lái)降低跨肺壓和減少潛在的呼吸機(jī)相關(guān)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(zhǎng)時(shí)間內(nèi)持續(xù)使用NIV,使其峰值水平更高。因此,改變呼吸機(jī)設(shè)置是一種潛在的NIV優(yōu)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(jìn)一步的隨機(jī)對(duì)照研究來(lái)比較保護(hù)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(guó)指南建議,對(duì)免疫缺陷的ARF患者盡早實(shí)施NIV[3]。21世紀(jì)初的2項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照研究發(fā)現(xiàn),NIV組插管率和病死率均低于標(biāo)準(zhǔn)氧療組[29-30]。然而,迄今為止最大規(guī)模的2項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照研究發(fā)現(xiàn),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(mén)針對(duì)免疫缺陷患者的研究發(fā)現(xiàn),單獨(dú)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(yīng)用越來(lái)越多,在一項(xiàng)前瞻性國(guó)際觀察性研究中,54%的患者一線氧療策略為標(biāo)準(zhǔn)氧療,26%為NIV,20%為HFOT[35]。校正后,HFOT與插管風(fēng)險(xiǎn)降低有關(guān),但對(duì)病死率沒(méi)有影響,而NIV對(duì)插管風(fēng)險(xiǎn)或病死率均無(wú)影響。雖然NIV仍是此類患者的標(biāo)準(zhǔn)選擇,但未來(lái)將評(píng)估哪種策略最佳,NIV治療間歇期,可以應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)氧療或HFOT。

4 拔管后呼吸衰竭

既往研究已經(jīng)證實(shí),術(shù)后患者可獲益于NIV[36-37]。事實(shí)上,與標(biāo)準(zhǔn)氧療相比,腹部和胸部術(shù)后的ARF患者插管風(fēng)險(xiǎn)確實(shí)降低了,最近歐洲/美國(guó)的臨床實(shí)踐指南建議將NIV作為這些患者的一線治療[3]。然而,一項(xiàng)針對(duì)830例心胸術(shù)后ARF風(fēng)險(xiǎn)患者的多中心隨機(jī)非劣效性研究顯示,與間歇NIV相比,HFOT治療失敗率沒(méi)有降低,此發(fā)現(xiàn)支持在類似患者中使用HFOT[38-39]。

相反,對(duì)于監(jiān)護(hù)病房計(jì)劃拔管后出現(xiàn)ARF的患者,不能使用NIV。2項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照研究比較了NIV和標(biāo)準(zhǔn)氧療,提示NIV對(duì)結(jié)局沒(méi)有影響或病死率增加[40-41]。COPD拔管后48 h內(nèi)NIV序貫治療,可降低呼吸衰竭風(fēng)險(xiǎn),但再插管率和病死率無(wú)明顯下降[42]。最近一項(xiàng)薈萃分析顯示,標(biāo)準(zhǔn)氧療可能仍是拔管后非ARF的一線治療方法。然而,對(duì)于危重患者,HFOT可能是標(biāo)準(zhǔn)氧療和NIV的潛在替代措施,后者往往與患者不耐受有關(guān)[43]。

5 COPD

在減少插管或死亡方面,NIV對(duì)COPD急性加重的患者頗有益處。最近歐洲/美國(guó)指南推薦,COPD急性加重導(dǎo)致的ARF并發(fā)急性呼吸性酸中毒時(shí)(p H 7.25～7.35),使用NIV擁有強(qiáng)有力的臨床證據(jù)[3]。NIV治療1～4 h內(nèi)p H值和呼吸頻率改善,是治療成功的良好預(yù)測(cè)因子[3]。NIV能夠減少呼吸困難的感覺(jué)和插管需求,提高生存率,降低醫(yī)院感染風(fēng)險(xiǎn)[2]。專家建議,即使需要插管和有創(chuàng)通氣的嚴(yán)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(shí)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(duì)于無(wú)酸中毒表現(xiàn)的高碳酸血癥患者,或COPD加重時(shí)用于預(yù)防呼吸性酸中毒,不推薦使用NIV[3]。

5.1HFOT在COPD穩(wěn)定期的應(yīng)用現(xiàn)狀 HFOT能夠通過(guò)PEEP效應(yīng)和對(duì)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(yīng)包括增加潮氣量和降低呼吸頻率,減少呼吸做功[46-48]。COPD穩(wěn)定期,HFOT降低PaCO2與流量有關(guān),盡管分鐘通氣量有所下降,但PaCO2可降至正常,推測(cè)可能是通過(guò)沖刷呼吸道和減少死腔實(shí)現(xiàn)的[46]。HFOT治療穩(wěn)定型高碳酸血癥能有效降低PaCO2,這種效應(yīng)與平均氣道壓力增加無(wú)關(guān),而與泄漏和氣流增加有關(guān),表明氣道沖洗和功能死腔的減少是HFOT治療的重要機(jī)制[44]。一項(xiàng)隨機(jī)交叉研究(長(zhǎng)期氧療與HFOT在30 L/min時(shí)與室內(nèi)空氣混合)證實(shí),HFOT能夠減少CO2的重復(fù)吸入,表明它能夠增加潮氣量,改善呼吸狀態(tài),降低呼吸頻率,而分鐘通氣量沒(méi)有任何變化[49]。另一項(xiàng)研究也有類似發(fā)現(xiàn),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(yīng)用現(xiàn)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(shù)不多的小型研究[51-52]和病例報(bào)告[53-54]發(fā)表。在急診科進(jìn)行的一項(xiàng)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(jī)械通氣需求[58]。一項(xiàng)針對(duì)急診科204例呼吸衰竭患者的隨機(jī)對(duì)照研究顯示,需要NIV治療的最常見(jiàn)原因是COPD(占39%),將NIV治療失敗(需要插管和72 h內(nèi)需要其他替代治療)作為主要觀察指標(biāo)發(fā)現(xiàn),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(biāo)準(zhǔn),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(dāng)NIV不耐受影響治療的持續(xù)性時(shí),HFOT可能是一種替代選擇[56]。一項(xiàng)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(biāo)準(zhǔn)氧療失敗或?qū)IV不耐受后應(yīng)用HFOT,在開(kāi)始治療1 h和24 h后可改善PaCO2[51]。另一項(xiàng)觀察性研究中,Lee等評(píng)估了HFOT與NIV對(duì)88例伴有急性呼吸性酸中毒的COPD嚴(yán)重加重患者的影響,HFOT流速為45～60 L/min,NIV設(shè)置PEEP為5 cm H2O和壓力支持目標(biāo)7～10 ml/kg的潮氣量,2種策略在改善PaCO2或PaO2方面差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,HFOT組和NIV組30 d插管率比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(25.0%比27.3%,P=0.857),30 d病死率比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(15.9%比18.2%,P=0.845)[52]。這些結(jié)果不能證明單獨(dú)應(yīng)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(huán)境中HFOT應(yīng)該作為標(biāo)準(zhǔn)氧療的替代品進(jìn)行評(píng)估。未來(lái)研究應(yīng)該評(píng)估HFOT與NIV之間的潛在關(guān)聯(lián)策略,因?yàn)榕c單獨(dú)使用NIV相比,HFOT可以減少NIV使用和住院時(shí)間。

6 結(jié)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(shù)后繼發(fā)的呼吸衰竭,對(duì)于心胸外科術(shù)后出現(xiàn)的呼吸衰竭,HFOT與NIV似乎一樣有效。監(jiān)護(hù)病房計(jì)劃拔管后出現(xiàn)的ARF不建議使用NIV,可能會(huì)增加死亡危險(xiǎn)。對(duì)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(zhēng)議,但仍建議免疫功能低下的呼吸衰竭早期應(yīng)用NIV。HFOT替代標(biāo)準(zhǔn)氧療、與NIV聯(lián)合或單獨(dú)使用HFOT用于治療免疫缺陷繼發(fā)的急性呼吸系統(tǒng)疾病和COPD合并呼吸性酸中毒,還需要進(jìn)一步的研究來(lái)評(píng)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