侯安納 焦風(fēng)偉 張黎明

首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京朝陽醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科 北京呼吸疾病研究所100043

通信作者：張黎明，Email:cyyyzl m@sina.co m

經(jīng)鼻高流量濕化氧療 (high flo w nasal cannula oxygen therapy，HFNC)是一種通過高流量鼻塞持續(xù)為患者提供可以調(diào)控并相對恒定吸氧濃度(21%～100%)、溫度 (31～37 ℃)和濕度的高流量 (8～80 L/min)吸入氣體的治療方式[1]。治療設(shè)備主要包括空氧混合裝置、電動渦輪裝置(驅(qū)動形成高速氣流)、加溫加濕器、帶加熱導(dǎo)絲的管路及高流量鼻塞[2]。HFNC 于2014年在國內(nèi)投入使用，現(xiàn)已廣泛用于治療急性Ⅰ型呼吸衰竭、ARDS及有創(chuàng)通氣撤機(jī)等。氣管切開患者由于喪失了上氣道對吸入氣體的加溫濕化功能，易造成濕化不足、吸入氣體溫度不適合等導(dǎo)致痰痂形成，尤其需要吸氧的患者更存在加溫濕化不足的可能。HFNC可為氣管切開患者提供適合人體的基本恒定的溫度、濕度及氧濃度的吸入氣體，維持黏液纖毛清除系統(tǒng)功能，并產(chǎn)生一定程度的呼氣末正壓效應(yīng)，維持肺泡開放，有利于呼氣末肺泡復(fù)張和氣血交換，幫助有創(chuàng)通氣撤機(jī)。雖然HFNC 已在臨床用于氣管切開患者，但在不同流量及潮氣量情況下，一定溫度、濕度及氧濃度的氣體進(jìn)至氣管隆突部位時的實(shí)際溫度、濕度及氧濃度變化未見報(bào)道，本研究主要目的為建立經(jīng)鼻高流量吸氧裝置-氣管-主動模擬肺裝置，實(shí)時測定不同流量及潮氣量情況下，一定溫度、濕度及氧濃度的氣體進(jìn)至氣管隆突部位時的實(shí)際溫度、濕度及氧濃度，為臨床使用HFNC提供依據(jù)，并在人工氣道連接管加延長管，尋找一種更加有效的用于氣管切開患者的HFNC方式。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 HFNC 裝置 采用新西蘭Fisher-Paykel Healt hcare公司生產(chǎn)的Air vo2型呼吸濕化治療儀、配套的加熱呼吸管路和人工氣道連接管[富利凱醫(yī)療用品(東莞)有限公司的Veoflo?型號的一次性使用鼻氧管]。呼吸濕化治療儀流量范圍為10～60 L/min，輸出氣體最高溫度43℃，37℃目標(biāo)溫度時絕對濕度＞33 mg/L。

1.1.2 模擬肺 采用美國Ing mar公司的型號為ASL5000的主動模擬肺進(jìn)行研究。該模擬肺是一個由電腦控制，在氣缸中活動的活塞構(gòu)成的高仿真度肺部模擬器，其阻力、順應(yīng)性、吸氣負(fù)壓、呼吸波形等均可由使用者設(shè)置，通過模擬不同潮氣量和吸氣峰流速組合，從而模擬患者的各種呼吸運(yùn)動。

1.1.3 氧濃度及溫濕度監(jiān)測 氧濃度測定儀采用杭州利華科技有限公司的型號為CY-100B 的測定儀(測量范圍：0%～100%)；溫濕度記錄儀采用杭州路格科技有限公司的L95-2 記錄儀 (測量范圍：溫度：-40～100℃，相對濕度：0%～100%)。溫度(單位℃)、濕度 (相對濕度單位%，絕對濕度單位mg/L)及氧濃度 (單位%)監(jiān)測儀末端均為測量探頭，探頭置入模擬氣管內(nèi)隆突部位。

1.1.4 中間連接管路 用于連接HFNC裝置與模擬肺，長度10 c m，直徑1.5 c m (模擬氣管的長度與直徑)，內(nèi)置溫度、濕度及氧濃度測定探頭。

1.1.5 延長管 采用德國VBM 醫(yī)療技術(shù)有限公司的型號為65-88-130的硅膠可吸痰延長管的硅膠管部分作為延長管，該段管路長度為13.5 c m，直徑1.1 c m (容積12.8 c m3)。

1.2 方法

1.2.1 建立HFNC 裝置-氣管-模擬肺模型HFNC裝置通過中間連接路連接模擬肺，延長管連接人工氣道連接管，見圖1。

圖1 HFNC裝置-氣管-模擬肺模型

1.2.2 實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)值 實(shí)驗(yàn)時測定室溫28.2 ℃，相對濕度34.8%，絕對濕度9.57 mg/L。啟動HFNC裝置及模擬肺，調(diào)節(jié)HFNC 裝置設(shè)置溫度37 ℃，調(diào)節(jié)HFNC裝置所帶氧流量表氧流量至輸出氧濃度為50%。每一條件 (流量、潮氣量)實(shí)驗(yàn)前斷開模擬肺，堵塞呼氣口，測定實(shí)驗(yàn)前設(shè)備輸出氣體到達(dá)隆突部位時的溫度、濕度、吸氧濃度，穩(wěn)定后開放呼氣口，接模擬肺開始實(shí)驗(yàn)。

1.2.3 測量不同條件下對氣管內(nèi)吸入氣體的溫度、濕度及氧濃度的影響 HFNC 裝置運(yùn)行平穩(wěn)后測定記錄人工氣道連接管出口處溫度、濕度及氧濃度(初始數(shù)據(jù))后，連接并啟動模擬肺，分別設(shè)定潮氣量為400 ml、800 ml，HFNC 流量20 L/min、40 L/min及60 L/min，測定不同組合下氣管內(nèi)溫度、濕度及氧濃度的變化，觀察潮氣量及流量對氣管內(nèi)溫度、濕度及氧濃度的影響。

1.2.4 測定人工氣道連接管加延長管后對吸入氣體的溫度、濕度及氧濃度的影響 人工氣道連接管加延長管后，設(shè)定潮氣量為400 ml，HFNC 流量20 L/min、40 L/min及60 L/min，測定不同組合下氣管內(nèi)溫度、濕度及氧濃度，觀察延長管對氣管內(nèi)溫度、濕度及氧濃度的影響。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以±s 表示，溫度、濕度以實(shí)測值表示，氧濃度采用人工氣道連接管出口處與隆突部位氧濃度變化率表示[(人工氣道連接管出口處氧濃度-隆突部位氧濃度)/人工氣道連接管出口處氧濃度×100%]。符合正態(tài)分布與方差齊性的2組間計(jì)量資料比較采用兩獨(dú)立樣本的t 檢驗(yàn)，多組間計(jì)量資料比較符合條件采用單因素設(shè)計(jì)方差分析，組間兩兩比較采用LSD 法，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 流量、潮氣量及延長管對溫度的影響 實(shí)驗(yàn)時測定室溫28.2 ℃，機(jī)器設(shè)定溫度37 ℃，流量為40 L/min、吸氧濃度為50%時人工氣道連接管出口實(shí)測溫度平均38.4 ℃，不同潮氣量及流量組合條件下氣管內(nèi)隆突部位實(shí)測溫度、加延長管后不同流量下氣管內(nèi)隆突部位實(shí)測溫度見表1。

結(jié)果顯示，不加延長管時，同等潮氣量前提下，流量越大，到達(dá)隆突部位溫度越高 (F =1 788.06、1 844.31，P 值均＜0.01)；同等流量前提下，潮氣量越大，到達(dá)隆突部位溫度越低 (t=4.58、31.75、5.35，P 值均＜0.01)。

加延長管后，同一潮氣量條件下，流量越大，到達(dá)隆突部位溫度越高 (F =1 627.64，P ＜0.01)。與加延長管前相比，同等潮氣量前提下，當(dāng)流量為20 L/min及40 L/min時，增加延長管可提高到達(dá)隆突部位的溫度 (t = -3.99、-7.18，P 值均＜0.01)，當(dāng)流量為60 L/min時，增加延長管不能提高到達(dá)隆突部位的溫度 (t=-1.00，P =0.33)。

上述結(jié)果顯示，當(dāng)設(shè)定溫度為37 ℃時，實(shí)際到達(dá)氣管內(nèi)的溫度均低于37 ℃理想水平，加大流量或加延長管可提高到達(dá)氣管內(nèi)的溫度。

2.2 流量、潮氣量及延長管對絕對濕度的影響實(shí)驗(yàn)時測定室溫28.2 ℃，實(shí)測室內(nèi)相對濕度34.8%，絕對濕度9.57 mg/L。機(jī)器設(shè)定溫度37 ℃，流量為40 L/min、吸氧濃度為50%時人工氣道連接管出口實(shí)測溫度平均38.4 ℃，出口實(shí)測相對濕度平均94.3%，絕對濕度44.42 mg/L。不同潮氣量及流量組合條件下氣管內(nèi)隆突部位實(shí)測絕對濕度、加延長管后不同流量下氣管內(nèi)隆突部位實(shí)測絕對濕度見表2。

結(jié)果顯示，不加延長管時，同等潮氣量前提下，流量越大，到達(dá)隆突部位絕對濕度越高，絕對濕度下降幅度越小 (F =2 616.17、9 809.00，P值均＜0.01)；同等流量前提下，潮氣量越大，到達(dá)隆突部位絕對濕度越低，絕對濕度下降幅度越大(t=34.14、22.88、2.61，P 值均＜0.01)。

加延長管后，同等潮氣量條件下，當(dāng)流量20 L/min及40 L/min時，流量越大，到達(dá)隆突部位絕對濕度越高 (t=-74.15，P ＜0.01)。當(dāng)流量增加至60 L/min，增加流量不增加隆突部位的絕對濕度 (t=-0.31，P =0.76)；與加延長管前相比，同等潮氣量及流量的前提下，增加延長管可增加到達(dá)隆突部位的絕對濕度 (t=-8.10、-29.19、-5.17，P 值均＜0.01)。

表1 不同流量、潮氣量組合及加延長管后的氣管內(nèi)溫度 (℃，±s)

表1 不同流量、潮氣量組合及加延長管后的氣管內(nèi)溫度 (℃，±s)

注：與無延長管且潮氣量400 ml比較，a P ＜0.05

流量 (L/min) 溫度無延長管，潮氣量400 ml 無延長管，潮氣量800 ml 有延長管，潮氣量400 ml 20 32.65±0.16 32.35±0.09 a 32.90±0.08 a 40 35.30±0.08 34.10±0.08 a 35.75±0.16 a 60 36.20±0.12 35.83±0.16 a 36.26±0.13 F 值 1 788.06 1 844.31 1 627.64 P 值 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01

表2 不同流量、潮氣量組合及加延長管后的氣管內(nèi)絕對濕度 (mg/L，±s)

表2 不同流量、潮氣量組合及加延長管后的氣管內(nèi)絕對濕度 (mg/L，±s)

注：與無延長管且潮氣量400 ml比較，a P ＜0.05

流量 (L/min) 絕對濕度無延長管，潮氣量400 ml 無延長管，潮氣量800 ml 有延長管，潮氣量400 ml 20 33.71±0.22 30.46±0.15 a 34.53±0.18 a 40 38.58±0.17 36.86±0.13 a 40.53±0.09 a 60 40.09±0.16 39.90±0.13a 40.55±0.20 a F 值 2 616.17 9 809.00 3 680.79 P 值 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01

上述結(jié)果顯示，當(dāng)設(shè)定溫度為37 ℃時，實(shí)際到達(dá)氣管內(nèi)的絕對濕度均低于44 mg/L 的理想水平，加大流量或加延長管可提高到達(dá)氣管內(nèi)的氣體的絕對濕度。

2.3 流量、潮氣量及延長管對氣管內(nèi)吸入氧濃度(fraction of inspiration O2，F(xiàn)i O2)的影響 設(shè)定氧濃度50%，實(shí)測人工氣道連接管出口氧濃度46.8%，測定不同流量、潮氣量組合及加延長管后的氣管內(nèi)Fi O2，并計(jì)算氣管內(nèi)Fi O2變化率 [(人工氣道連接管出口處氧濃度-隆突部位氧濃度)/人工氣道連接管出口處氧濃度×100%]，由于吸入氣管內(nèi)氣體混入空氣，因此，氣管內(nèi)Fi O2均低于人工氣道連接管出口處氧濃度，變化率越大，氣管內(nèi)Fi O2越低。見表3。

結(jié)果顯示，不加延長管時，同等潮氣量前提下，流量越大，到達(dá)隆突部位Fi O2變化率越小(F =22 618.55、15 925.42，P 值均＜0.01)；同等流量前提下，潮氣量越大，到達(dá)隆突部位Fi O2變化率越大 (流量20 L/min及40 L/min時t=-41.91、-3.51，P 值均＜0.01；流量60 L/min時，t=-2.51，P =0.03)。

加延長管后，同一潮氣量條件下，流量越大，到達(dá)隆突部位Fi O2變化率越小 (F =4 659.56，P ＜0.01)；與加延長管前相比，當(dāng)流量同為20 L/min、40 L/min時，增加延長管可降低到達(dá)隆突部位的Fi O2變化率 (t=99.80、7.86，P 值均＜0.01)，當(dāng)流量達(dá)60 L/min 時，增加延長管不降低隆突部位的Fi O2變化率 (t=1.58，P =0.14)。

上述結(jié)果顯示，實(shí)際到達(dá)氣管內(nèi)的Fi O2均低于HFNC設(shè)置的氧濃度，加大流量或加延長管可提高到達(dá)氣管內(nèi)的氣體的Fi O2。

綜上所述，氣管切開患者行HFNC 時，同等潮氣量條件下，流量增加，氣管隆突部位的溫度、濕度及Fi O2均增高；同等流量條件下，潮氣量增加，氣管隆突部位的溫度、濕度及Fi O2均降低。加延長管后，同等潮氣量條件下，當(dāng)流量同為20 L/min、40 L/min時，增加延長管可增加到達(dá)隆突部位的溫度、濕度及Fi O2。當(dāng)流量同為60 L/min時，增加延長管可增加到達(dá)隆突部位的濕度，不增加溫度及Fi O2。

3 討論

正常呼吸時，氣管內(nèi)的濕度應(yīng)該在36～40 mg/L，氣體到達(dá)隆突時的最佳濕度水平是44 mg/L (相對濕度100%，氣體溫度37 ℃)。對有創(chuàng)通氣患者進(jìn)行主動濕化時，濕化裝置需要達(dá)到33～44 mg/L的濕度水平，氣體溫度為34～41℃，相對濕度達(dá)100%來保證人工氣道內(nèi)分泌物的有效排出[3]。

HFNC較常規(guī)鼻導(dǎo)管、面罩等給氧方式，可提供相對恒定的氧濃度(21%～100%)，同時可提供更加符合人體生理情況的下呼吸道的氣體溫度及濕度，降低醫(yī)用干冷氣體對上下呼吸道黏液纖毛系統(tǒng)功能和黏膜的影響，維持黏液纖毛系統(tǒng)的清除功能[4]。同時高流速 (10～60 L/min)的氣體直接沖入鼻腔，可產(chǎn)生并維持一定水平的呼氣末正壓(positive end expiratory pressure，PEEP)，利于維持肺泡開放，改善呼氣末肺泡膨脹和氣血交換[5]。與常規(guī)給氧方式相比，可減少急性Ⅰ型呼吸衰竭患者的氣管插管率[6]。同時，由于高流速空氧混合氣體，沖刷患者呼氣末殘留在鼻腔、口腔及咽部的解剖無效腔的氣體，可明顯減少患者下一次吸氣時吸入的二氧化碳的含量[7]。由于其PEEP及減少上呼吸道死腔的作用，近年HFNC 用于治療有中度高碳酸血癥的COPD 急性呼吸衰竭的患者中，與無創(chuàng)機(jī)械通氣相比，使用HFNC 并沒有導(dǎo)致治療失敗率的增加，而HFNC 組報(bào)告的護(hù)理干預(yù)和皮膚破損事件較少，且舒適性增加[8-10]。外科術(shù)后患者，尤其是心胸外科術(shù)后患者，肺不張、墜積感染為常見并發(fā)癥，HFNC 除可維持黏液纖毛系統(tǒng)的清除功能外，還可因其PEEP作用，防止肺膨脹不全。Corley等[11]報(bào)道HFNC 可增加心臟術(shù)后患者肺容積，促進(jìn)肺復(fù)張。

表3 不同流量、潮氣量組合及加延長管后的氣管內(nèi)Fi O 2 變化率 (%，±s)

表3 不同流量、潮氣量組合及加延長管后的氣管內(nèi)Fi O 2 變化率 (%，±s)

注：Fi O2 為吸入氧濃度；與無延長管且潮氣量400 ml比較，a P ＜0.05

流量 (L/min) Fi O2 變化率無延長管，潮氣量400 ml 無延長管，潮氣量800 ml 有延長管，潮氣量400 ml 20 20.36±0.13 22.79±0.10 a 14.29±0.11 a 40 3.63±0.19 4.01±0.25a 2.29±0.44 a 60 0.76±0.26 1.16±0.37 a 0.55±0.28 F 值 22 618.55 15 925.42 4 659.56 P 值 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01

既往報(bào)道HFNC 治療呼吸衰竭、術(shù)后防止肺不張等均為經(jīng)鼻實(shí)施HFNC，其氣體動力學(xué)原理及臨床研究較多。在臨床上氣管切開患者由于喪失了上呼吸道對吸入氣體的加溫濕化功能，易造成濕化不足、吸入氣體溫度不適合等導(dǎo)致痰痂形成，尤其在需要吸氧的患者，醫(yī)用干冷氣體的吸入更加重加溫濕化不足的程度。同時，氣管切開患者也失去了鼻腔對細(xì)菌等病原微生物的濾過作用。HFNC裝置可提供適合呼吸道需要的加溫濕化氣體，維持黏液纖毛系統(tǒng)的清除功能，輕度PEEP可維持呼氣末肺泡膨脹，防止肺泡塌陷，改善氧合。同時由于定期更換的空氣過濾片 (細(xì)菌過濾效率＞99.999 99%，病毒過濾效率99.99%)對細(xì)菌等病原微生物的濾過作用也減少了繼發(fā)感染的機(jī)會。HFNC裝置已有成熟的商用人工氣道連接管用于氣管切開的患者，但一定溫度、濕度及氧濃度的氣體經(jīng)鼻進(jìn)入氣管與經(jīng)氣管切開導(dǎo)管進(jìn)入氣管不同，進(jìn)入氣管后的溫度、濕度及氧濃度的變化規(guī)律尚未見報(bào)道。

本研究通過建立高流量加溫濕化吸氧裝置-氣管-主動模擬肺裝置，并通過放置于模擬氣管隆突位置的溫度、濕度及氧濃度探頭，實(shí)時測定不同流量及潮氣量情況下，一定溫度、濕度及氧濃度的氣體進(jìn)至氣管隆突部位時的實(shí)際溫度、濕度及氧濃度，為臨床應(yīng)用提供指導(dǎo)，并探索改進(jìn)方法，以提高加溫、加濕及氧療的效率。本研究證實(shí)，在氣管切開的患者，設(shè)定溫度37 ℃、潮氣量400 ml、氧濃度50%時，當(dāng)流量設(shè)定為20 L/min時，進(jìn)入至隆突部位的溫度下降15% (由38.4 ℃降至32.65 ℃)，絕對濕度下降24% (由44.42 mg/L降至33.71 mg/L)，氧濃度下降20.36%。不能滿足人體最佳溫度 (37 ℃)、濕度要求 (44 mg/L)，氧濃度下降幅度過大，不利于臨床病情觀察(如利用設(shè)定的50%Fi O2計(jì)算氧合指數(shù)，會造成病情誤判)。在同等潮氣量條件下，流量增加，氣管隆突部位的溫度、濕度及Fi O2均增高；當(dāng)流量設(shè)定為40 L/min，氣管隆突部位的溫度為35.3 ℃，絕對濕度為38.58 mg/L，更接近人體最佳溫度、濕度要求，且氧濃度下降只有3.63%，更利于臨床病情觀察。同時我們也觀察到，在同等流量條件下，潮氣量增加，氣管隆突部位的溫度、濕度及Fi O2均降低。其主要原因考慮為在給予高流量加溫濕化氧療時，吸入到氣管的氣體為高流量氧療設(shè)備輸出的氣體及空氣的混合體，當(dāng)輸出流量增大時，進(jìn)入氣管的加溫濕化氣體比例增加，空氣比例減少，因此溫度、濕度及氧濃度下降幅度減低。同樣，流量不變的情況下，潮氣量加大，進(jìn)入氣管的空氣比例增加，溫度、濕度及氧濃度下降幅度增大。

為減少空氣的吸入，增加加溫、加濕及氧療的效果，我們在呼氣口加長13.5 c m、容積為12.5 c m3的ICU 常用的可吸痰延長管，以減少吸氣時空氣的吸入，同時由于高流量氣體持續(xù)沖洗作用，不會增加吸氣阻力及呼出氣的重復(fù)吸入。結(jié)果顯示加延長管后，同等潮氣量條件下，當(dāng)流量同為20 L/min、40 L/min時，增加延長管可增加到達(dá)隆突部位的溫度、濕度及Fi O2，更接近人體最佳溫度、濕度要求及對病情的觀察。當(dāng)流量同為60 L/min時，增加延長管可增加到達(dá)隆突部位的濕度，不增加溫度及Fi O2。

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在氣管切開患者使用高流量氧療時，建議選擇40 L/min的流量，并加延長管，既能獲得更接近人體生理需要的溫度和濕度，減少溫度、濕度及氧濃度的下降，又可避免過高流量如60 L/min 時患者舒適度降低、設(shè)備功耗增加。

總之，本研究證實(shí)HFNC 裝置用于氣管切開患者時進(jìn)入隆突部位的氣體溫度、濕度及氧濃度受潮氣量、流量的影響，為臨床精確觀察病情變化提供幫助；人工氣道連接管加延長管后可通過降低吸氣時吸入空氣比例進(jìn)而提高HFNC 效率。37 ℃、40 L/min的流量、加延長管是氣管切開患者使用HFNC的較好選擇。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突