經(jīng)鼻導(dǎo)管高流量氧療應(yīng)用于心力衰竭的研究進(jìn)展

趙夢(mèng)林、于婕綜述，祖凌云審校

經(jīng)鼻導(dǎo)管高流量氧療（high-flow nasal cannula oxygen therapy, HFNC）最初作為替代經(jīng)鼻持續(xù)正壓通氣（nasal continuous positive airway pressure, NCPAP）的呼吸支持手段，廣泛應(yīng)用于急性呼吸窘迫綜合征新生兒[1]，這種裝置可輸出21%～100%的穩(wěn)定氧濃度，37℃恒定溫度以及100%相對(duì)濕度的高流量氣體。作為一種新型無(wú)創(chuàng)輔助通氣方式，HFNC以其高流量氧氣輸送、精確的氧濃度調(diào)節(jié)及加溫濕化功能，能夠迅速有效地改善氧合，現(xiàn)已逐漸成為一種危重患者呼吸支持的替代性治療手段，廣泛應(yīng)用于急性低氧性呼吸衰竭、心胸外科術(shù)后、氣管插管拔管后以及睡眠呼吸暫停綜合征等。

急性心力衰竭（心衰）患者常合并低氧血癥。積極糾正低氧血癥、改善呼吸狀態(tài)可以提高心衰的治療效果，因此呼吸輔助支持是心衰的重要治療措施。HFNC在心功能不全患者中的治療優(yōu)勢(shì)逐漸突顯，但目前其在心衰中的應(yīng)用報(bào)道較少。現(xiàn)就HFNC治療心衰的生理基礎(chǔ)、工作原理和作用機(jī)制展開綜述。

1 氧療應(yīng)用于心衰治療的生理學(xué)基礎(chǔ)

急性心衰是急性呼吸衰竭的常見原因。心衰患者常存在限制性通氣不足及彌散功能受損。急性左心衰竭時(shí)，左心房壓力升高導(dǎo)致肺靜脈壓、肺動(dòng)脈壓升高，肺微血管壓力升高，位于肺泡壁內(nèi)的微血管容量增加導(dǎo)致肺泡順應(yīng)性降低、肺泡擴(kuò)張能力下降，造成區(qū)域性低通氣和肺泡低氧，進(jìn)而出現(xiàn)體循環(huán)動(dòng)脈低氧血癥。心衰的呼吸輔助支持治療的主要目標(biāo)在于維持組織的氧供。氧療手段可完全或部分替代自主呼吸，使呼吸功降低，并通過糾正缺氧改善冠狀動(dòng)脈血供從而減輕心臟負(fù)擔(dān)。此外，通過提高吸入氧濃度，可以減輕或緩解低氧性肺血管收縮，從而降低肺血管阻力，減輕右心室后負(fù)荷。

2 經(jīng)鼻導(dǎo)管高流量氧療的組成

該設(shè)備主要包括使流量保持在設(shè)定值的流量感受器及渦輪系統(tǒng)（輸出裝置）、主動(dòng)加熱濕化器、內(nèi)置加熱線路的呼吸管以及與患者端連接的鼻塞系統(tǒng)4個(gè)部分[2]。根據(jù)患者需求HFNC吸入氧氣濃度（fraction of inspiration O2, FiO2）可以設(shè)置為21%～100%，流量通?？梢栽O(shè)定在20～60 L/min。來(lái)自輸出設(shè)備的氣體經(jīng)加溫濕化器加熱和加濕，隨后通過加熱呼吸管輸送，經(jīng)過鼻導(dǎo)管吸入患者體內(nèi)。

3 經(jīng)鼻導(dǎo)管高流量氧療的作用機(jī)制

高流量輸送的溫暖和濕潤(rùn)氣體具有良好的生理效應(yīng)。與其他標(biāo)準(zhǔn)氧療方法相比，HFNC具有許多生理優(yōu)勢(shì)，包括減少解剖死腔、增加氣道壓力、氣體充分溫濕化和FiO2恒定[2]。其作用機(jī)制主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

3.1 減少解剖死腔和清除二氧化碳（CO2）

心衰患者通常使用的氧氣面罩、無(wú)創(chuàng)通氣（noninvasive ventilation, NIV）接口都增加了解剖死腔，而鼻導(dǎo)管是唯一不增加解剖死腔的呼吸界面。解剖死腔的存在會(huì)造成CO2的重復(fù)呼吸，降低通氣效率。HFNC雖然是一種開放系統(tǒng)，但是從鼻導(dǎo)管輸送的高流量氧氣，可以在呼氣周期沖刷殘留在口鼻咽部解剖無(wú)效腔的呼出氣、沖洗CO2，減少其重新吸入，促進(jìn)肺泡內(nèi) 氧氣（O2）和 CO2的交換，從而迅速提高氧飽和度，增加通氣效率，還可以改善胸腹呼吸同步性[3]。

3.2 產(chǎn)生氣道壓力和增加呼氣末肺容積

HFNC輸送的高流量氣體達(dá)到或超過了患者主動(dòng)吸氣的最大吸氣流速，可以產(chǎn)生類呼氣末正壓（positive end expiratory pressure, PEEP）效應(yīng)，提供低水平的氣道正壓支持。PEEP使部分氣道擴(kuò)張，有效降低吸氣阻力和呼吸做功，增加每分鐘通氣量；同時(shí)有利于肺泡擴(kuò)張，并減少肺部通氣血流灌注失調(diào)。HFNC產(chǎn)生的咽部正壓隨氣體流量增加而增加，并受性別、體重指數(shù)和是否張口等條件的影響。一般情況下，流量與上呼吸道平均壓力的關(guān)系基本呈線性反應(yīng)[4]，當(dāng)流量為30 L/min、40 L/min 和50 L/min 時(shí)，以鼻咽導(dǎo)管測(cè)量的鼻咽部平均氣道壓分別為（1.52±0.6）cmH2O（1 cmH2O=0.098 kPa）、（2.21±0.8）cmH2O和（3.1±1.2）cmH2O[5]。以電阻抗斷層掃描測(cè)量肺阻抗可以發(fā)現(xiàn)，相比較低流量氧療組，HFNC組的呼氣末肺容積更大[6]。目前，許多研究都證明了HFNC對(duì)輕、中度低氧性呼吸衰竭的有效性[2，3，7]，雖然HFNC在嚴(yán)重急性呼吸衰竭患者中應(yīng)用的報(bào)導(dǎo)較少，但對(duì)于成人嚴(yán)重呼吸衰竭的早期階段仍有一定應(yīng)用價(jià)值[4]。

由于HFNC可以有效改善氧合及提供低水平的PEEP，因此更適用于急性心原性肺水腫的治療。Carratalá Perales等[8]的研究顯示，相比于傳統(tǒng)氧療手段，HFNC用于NIV治療后仍存在低氧血癥和呼吸困難的急性心原性肺水腫患者，能夠顯著改善動(dòng)脈血?dú)鈪?shù)（血氧分壓和pH）并緩解呼吸困難等臨床癥狀，且耐受性較好。Roca等[9]開展的一項(xiàng)前瞻性研究證明，HFNC應(yīng)用于心衰患者可改善血流動(dòng)力學(xué)。該研究以下腔靜脈直徑變化反映右心房前負(fù)荷改善，將HFNC流量設(shè)定為20 L/min或40 L/min用于紐約心臟協(xié)會(huì)（NYHA）心功能Ⅲ級(jí)心衰患者，結(jié)果顯示，其下腔靜脈吸氣塌陷率分別較基線水平降低20%和53%，撤離HFNC后，這一改變也隨之消失；同時(shí)該研究還觀察到，HFNC可降低患者的呼吸頻率。該研究提示，HFNC可以在不影響心輸出量的前提下，通過產(chǎn)生胸腔內(nèi)正壓和降低心臟前負(fù)荷，從而改善NYHA Ⅲ級(jí)心衰患者的血流動(dòng)力學(xué)狀態(tài)。

3.3 溫濕氣體的生理作用

3.3.1 良好的舒適度和耐受性

HFNC的加溫、加濕功能可以為患者提供更好的舒適度和耐受性。雖然傳統(tǒng)的氧療裝置有時(shí)也應(yīng)用氣泡加濕器加濕輸送醫(yī)療氣體，但是緊急情況下氣體的絕對(duì)濕度仍然很低[約為（16±2）mg/L][10]。這種氣體往往使上呼吸道變得干燥，上皮細(xì)胞損傷，黏膜纖毛清除功能下降并改變黏液的生理特性，促進(jìn)肺不張；支氣管接觸冷空氣可發(fā)生收縮痙攣，機(jī)體通過這種機(jī)制減少上呼吸道和氣管中的氣流來(lái)保護(hù)肺部免受干冷氣體的不良影響。最終引起不適癥狀，導(dǎo)致患者難以耐受。HFNC治療過程中可以使外界干冷氣體得到有效加溫加濕，達(dá)到人體最適溫度濕度，可減輕干冷空氣對(duì)呼吸道的刺激以及降低誘發(fā)支氣管痙攣的機(jī)率；加濕后痰液稀釋、纖毛運(yùn)動(dòng)活躍，氣道分泌物更易排出，這些都增加了HFNC的舒適度。HFNC 治療過程中患者的飲食、睡眠、交談及一般活動(dòng)不受影響，這使患者更易配合治療。目前的證據(jù)證明了高流量氧療可提高呼吸窘迫患者的舒適度和耐受性[11]。

3.3.2 對(duì)分泌特性的影響

高流量干燥氣體誘導(dǎo)產(chǎn)生的高粘滯性分泌物可能引起致命的氣道梗阻[12]。HFNC輸送的溫濕氣體使呼吸道黏膜的熱量和水分散失降至最低，可保護(hù)和優(yōu)化黏膜纖毛轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)功能，包括促進(jìn)氣體交換、分泌清除和維持宿主防御功能[13]。將氣體加熱至人體核心溫度（37℃），并將其加濕至飽和不僅有助于保留黏膜功能、最大限度地提高粘膜纖毛清除率，還可以維持分泌物的正常流變學(xué)和體積，而不會(huì)發(fā)生熱損傷[14]。這些特性有利于呼吸道分泌物的清除，從而減少肺部并發(fā)癥和促進(jìn)肺功能的改善。

3.3.3 降低能量消耗

溫濕氣體可以節(jié)省機(jī)體因加熱和增濕氣體產(chǎn)生的能量消耗。在正常情況下（溫度為21℃，相對(duì)濕度為50%的房間），潮氣量為500 ml，呼吸頻率12次/min的成年人需要約156 cal/min用于氣體的加溫、加濕[15]。輸送溫暖潮濕的氣體不僅增強(qiáng)了患者的舒適度，而且減少了鼻子和上呼吸道的干燥，有助于避免冷而干燥氣體所造成的支氣管收縮[16]；高流量氧氣可對(duì)氣道起機(jī)械性支撐作用，提供與患者吸氣量匹配的流量，并顯著減弱與鼻咽相關(guān)的吸氣阻力，從而減少呼吸功[17]。此外，通過保持黏膜纖毛功能的完整性并使分泌物更容易排出，HFNC也可能減少咳痰所消耗的能量。HFNC節(jié)省能量消耗的作用對(duì)于心衰患者非常重要。

3.4 吸入氧氣濃度值更高、更穩(wěn)定

HFNC通過提供高于自發(fā)性吸氣需求的流量來(lái)維持高水平FiO2值，從而減少室內(nèi)空氣夾帶，這是標(biāo)準(zhǔn)鼻塞和面罩無(wú)法達(dá)到的。常規(guī)的氧療儀器，如文丘里面罩或儲(chǔ)氧面罩雖然設(shè)有防止CO2再次呼吸的氣孔，但當(dāng)患者的通氣需求超過設(shè)備提供的通氣量時(shí)，患者將呼吸一部分大氣。因此，在傳統(tǒng)的氧氣供應(yīng)系統(tǒng)（低流量）下，實(shí)際的FiO2并不穩(wěn)定，通常都遠(yuǎn)低于計(jì)算的預(yù)測(cè)值[18]。HFNC在高流量和閉口呼吸狀態(tài)時(shí)，所輸送的流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于患者的自發(fā)吸氣量，因此實(shí)際FiO2接近預(yù)先設(shè)定的FiO2，在改善氧合方面更具有優(yōu)勢(shì)。通過監(jiān)測(cè)下咽部的壓力及氧氣、二氧化碳濃度，Ritchie等[19]觀察到，當(dāng)輸送的氣體流量大于受試者的吸氣峰值流速時(shí)，所測(cè)量的實(shí)際FiO2值接近設(shè)定的FiO2值。而在FiO2相同的前提下，HFNC在改善氧合方面仍有優(yōu)勢(shì)。Maggiore等[20]將HFNC與文丘里面罩在危重患者氣管插管拔除后的表現(xiàn)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在FiO2相同的條件下，HFNC組的氧合指數(shù)明顯改善。同時(shí)證明HFNC可以降低PaCO2和呼吸頻率、改善舒適度并減少界面位移和氧飽和度下降的發(fā)生。 因此HFNC在避免患者再插管方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

Chatila等[21]觀察了慢性阻塞性肺病穩(wěn)定期患者分別應(yīng)用HFNC和低流量吸氧狀態(tài)下休息和運(yùn)動(dòng)時(shí)的血氧飽和度和血氧分壓，發(fā)現(xiàn)：與低流量吸氧組相比，HFNC組患者在休息和運(yùn)動(dòng)時(shí)的血氧飽和度和血氧分壓均有明顯的優(yōu)勢(shì)，并且患者運(yùn)動(dòng)時(shí)間更長(zhǎng)[（10.0±2.4）min vs （8.2±4.3）min]，呼吸困難感受較少，平均動(dòng)脈壓和心率更低。同時(shí)，在FiO2匹配的前提下，HFNC組患者的氧合較好，提示HFNC能通過改善患者氧合狀態(tài)增加其運(yùn)動(dòng)耐力，心衰患者氧合的改善可能會(huì)增加運(yùn)動(dòng)耐受性，但是尚有待于大規(guī)模隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)來(lái)進(jìn)一步證實(shí)。

3.5 對(duì)呼吸參數(shù)的影響

HFNC對(duì)呼吸參數(shù)的影響主要表現(xiàn)在：降低呼吸頻率、增加潮氣量、小幅度提高氣道壓力和減少呼吸功[22]。在健康志愿者中觀察到，HFNC可以在保持每分鐘通氣量平穩(wěn)的條件下增加潮氣量和減少呼吸頻率[23]。Corley等[24]也觀察到，HFNC可增加心臟手術(shù)后患者的潮氣量。對(duì)于急性肺水腫患者來(lái)說，這種肺容量和呼吸參數(shù)的變化可以產(chǎn)生持續(xù)正壓通氣樣作用，從而擴(kuò)張水腫的肺泡并改善氧合、增加肺順應(yīng)性，減輕左心室后負(fù)荷。最近，Makdee等[25]開展的一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)將急診科心原性肺水腫患者使用HFNC和傳統(tǒng)氧療的效果進(jìn)行對(duì)比。試驗(yàn)納入了128例患者（傳統(tǒng)氧療組 65例，HFNC組63例），HFNC組和傳統(tǒng)氧療組的呼吸頻率基線值分別為28.7次/min和28.6次/min。該試驗(yàn)觀察到：HFNC組干預(yù)60 min后呼吸頻率明顯低于傳統(tǒng)氧療組，證實(shí)HFNC可以提供有效的氧合和舒適的體驗(yàn)，且并發(fā)癥或不良事件的發(fā)生率最小。

目前越來(lái)越多的研究已經(jīng)報(bào)道了HFNC對(duì)于重癥監(jiān)護(hù)患者的益處。為了評(píng)估HFNC對(duì)于普通病房患者的治療效果，Pirret等[7]將HFNC應(yīng)用于普通病房中存在呼吸衰竭或有呼吸衰竭高危風(fēng)險(xiǎn)的患者，結(jié)果表明：HFNC能夠改善受試者肺功能，降低心率和呼吸頻率，增加血氧飽和度水平。該研究中的陽(yáng)性結(jié)果意味著對(duì)于普通病房中未接受病危護(hù)理的患者，HFNC有望提高其護(hù)理效果、降低對(duì)重癥監(jiān)護(hù)的需求，并縮短住院時(shí)間。

3.6 降低再插管率和病死率

HFNC的PEEP效應(yīng)可在一定程度上減輕氣管插管拔管后肺泡塌陷，預(yù)防拔管后再插管和急性呼吸衰竭的發(fā)生，可作為拔管后序貫氧療的選擇。為了比較氣管插管拔管后不同氧療手段對(duì)患者氧合功能的影響，Maggiore等[20]進(jìn)行的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)顯示：在拔管后期，相比于文丘里面罩組，HFNC組對(duì)于再次插管和NIV支持的需求度更低。一項(xiàng)納入310例患者的多中心隨機(jī)對(duì)照研究顯示：NIV和HFNC都會(huì)降低急性低氧呼吸衰竭患者的插管率，并且HFNC在第28天的插管率、無(wú)呼吸機(jī)天數(shù)等結(jié)局不劣于NIV。并且與標(biāo)準(zhǔn)氧療或NIV相比，HFNC不僅顯著降低重癥監(jiān)護(hù)室死亡率和90天死亡率，也顯著減少呼吸道不適和呼吸困難癥狀[26]。

目前已有多項(xiàng)研究證明，HFNC可以降低拔管后再插管高?；颊叩牟骞苈剩陬A(yù)防再插管和拔管后呼吸衰竭方面的效能不劣于 NIV[20，26，27]。Hernández 等[28]比較了傳統(tǒng)氧療方案與HFNC應(yīng)用于拔管后再插管低危的患者，證實(shí)HFNC也能夠顯著降低拔管后再插管低危患者72小時(shí)內(nèi)再插管率。但是，應(yīng)用HFNC的適應(yīng)證及其向有創(chuàng)機(jī)械通氣轉(zhuǎn)換的時(shí)機(jī)仍有待于進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

綜上所述，作為一種新型氧療手段，HFNC通過加溫濕化裝置使氣體維持人體最適宜的溫度、濕度，可以在提高舒適度的同時(shí)明顯改善心衰患者的氧合，研究證明其用于心衰所導(dǎo)致低氧血癥的治療是安全、有效的。HFNC在心衰所致呼吸衰竭的治療中展現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)和廣闊的前景，值得重視和推廣。

目前尚無(wú)針對(duì)HFNC在心衰不同進(jìn)展階段中應(yīng)用的臨床研究，大多數(shù)研究缺乏心功能參數(shù)變化的數(shù)據(jù)和對(duì)患者遠(yuǎn)期預(yù)后的評(píng)估。HFNC通過何種機(jī)制影響心功能、應(yīng)用及結(jié)束的時(shí)機(jī)、具體參數(shù)的選擇等問題仍無(wú)定論。我們期待大規(guī)模的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)可以為HFNC治療心衰提供更多的循證依據(jù)。相信隨著研究的進(jìn)一步深入，我們對(duì)于HFNC的認(rèn)識(shí)也會(huì)更加全面。

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