經(jīng)鼻高流量氧療治療急性呼吸衰竭的參數(shù)設(shè)置

秦志強(qiáng)

經(jīng)鼻高流量氧療(high-flow nasal cannula,HFNC)的臨床應(yīng)用在近年來得到迅速推廣。大量臨床研究證實(shí)，與經(jīng)鼻導(dǎo)管或面罩常規(guī)氧療比較，HFNC能夠更顯著改善呼吸衰竭患者的氧合狀況[1,2]和呼吸功能[1,3～6]，從而獲得減少患者呼吸衰竭進(jìn)一步惡化的效果，并且能夠減少氣管插管率[7]。HFNC治療低氧性呼吸衰竭(hypoxemic respiratory failure)具有與無創(chuàng)通氣相似的效果，且患者舒適性更好[8]。隨著HFNC治療經(jīng)驗的積累，HFNC也逐漸用于慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)所致呼吸衰竭、急性呼吸窘迫綜合征早期、有創(chuàng)機(jī)械通氣拔管后序貫治療和急性心力衰竭導(dǎo)致呼吸衰竭等。HFNC具有設(shè)置參數(shù)少、操作簡單、操作培訓(xùn)時間短和患者耐受性好等優(yōu)點(diǎn)，臨床上易于推廣應(yīng)用。HFNC的主要治療作用是提高氧合指數(shù)、濕化氣道和降低呼吸肌做功，可以簡單理解成HFNC治療儀的三個對應(yīng)可調(diào)節(jié)參數(shù)：氧濃度、通過濕化罐水加溫提高氣體濕度、提供高流量氣體改善患者呼吸肌做功。如何設(shè)置氧濃度特別是溫度和氣體流量是近年來HFNC治療研究熱點(diǎn)之一。

1 氧濃度設(shè)置

HFNC能夠提供21%～100%氧氣的氣體。現(xiàn)有HFNC治療的研究對氧濃度設(shè)置還沒有一個固定值，都是以治療過程中監(jiān)測氧飽和度作為設(shè)置和調(diào)整氧濃度的依據(jù)，換言之，HFNC治療時氧濃度設(shè)置和調(diào)整以達(dá)到目標(biāo)氧飽和度為準(zhǔn)。HFNC治療不同類型呼吸衰竭的目標(biāo)氧飽和度略有差異。HFNC最常用于治療低氧性呼吸衰竭，即血?dú)夥治鰟用}血氧分壓(partial oxygen arterial pressure,PaO2)達(dá)到呼吸衰竭標(biāo)準(zhǔn)而二氧化碳分壓(partial carbon dioxide arterial pressure,PaCO2)正?；虻陀谡５暮粑ソ?，亦即臨床上常見的Ⅰ型呼吸衰竭。低氧性呼吸衰竭最為顯著的病理生理改變是PaO2下降，因此，治療低氧性呼吸衰竭的主要目標(biāo)之一是提高PaO2或血氧飽和度。國內(nèi)學(xué)者Xia等[9]HFNC治療新型冠狀病毒肺炎(coronavirus disease 2019,COVID-19)的目標(biāo)脈搏容積氧飽和度(pulse oxygen saturation,SpO2)值較低，僅為>90%。根據(jù)氧離曲線的S形特性，當(dāng)氧飽和度<90%時，血紅蛋白與氧分子結(jié)合極易受到氧分壓改變的影響。HFNC治療過程中，特別是氣體流量設(shè)置較低時，吸入氣道內(nèi)的氧濃度難免受到患者呼吸潮氣量等影響，而HFNC治療的患者潮氣量不會固定不變，如果設(shè)置氧飽和度目標(biāo)值僅為>90%，有可能造成部分患者SpO2間斷低于90%。因此，HFNC治療低氧性呼吸衰竭以SpO2>90%為目標(biāo)值可能太低。Macé等[1]治療急診的低氧性呼吸衰竭患者，以SpO2≥92%為目標(biāo)值。一項大樣本前瞻性研究HFNC治療低氧性呼吸衰竭中，初始氧濃度設(shè)置為100%，然后逐漸下調(diào)以維持SpO2≥92%[10]。Mauri等[11]采用HFNC治療40例急性低氧性呼吸衰竭患者，氧濃度設(shè)置要求維持SpO2在92%～98%之間。近期發(fā)表的一項HFNC治療新冠病毒感染患者低氧性呼吸衰竭的研究[12]也是采用相同的方法，初始氧濃度100%，然后逐漸下調(diào)維持SpO2≥92%。這種初始設(shè)置高濃度氧的優(yōu)點(diǎn)是能夠盡快改善低氧性呼吸衰竭患者的氧合狀況，氧濃度調(diào)整維持SpO2≥92%也降低了治療過程中SpO2低于90%的可能性。一項HFNC治療免疫抑制患者低氧性呼吸衰竭研究[13]和一項拒絕氣管插管的嚴(yán)重呼吸衰竭研究[14]要求的SpO2目標(biāo)值較高，需要維持≥95%。上述SpO2目標(biāo)值較高的研究[13,14]中，HFNC治療對象病情都比較嚴(yán)重，可能更需要較高的氧飽和度。根據(jù)氧離曲線特點(diǎn)，當(dāng)氧飽和度>90%時，其變化受氧分壓改變的影響較小，92%與95%的氧飽和度相差3%，增加紅細(xì)胞攜氧量不顯著。而且，臨床研究證實(shí)HFNC治療低氧性呼吸衰竭時維持SpO2≥92%可以獲得滿意的效果[10,12]，因此HFNC治療低氧性呼吸衰竭的氧濃度設(shè)置以維持SpO2≥92%可能是合適的。高碳酸性呼吸衰竭即伴有PaCO2升高的呼吸衰竭，亦即Ⅱ型呼吸衰竭。由于高碳酸性呼吸衰竭患者多見于COPD急性加重期，患者長期缺氧，低氧血癥具有刺激呼吸的作用，提高血氧飽和度過高過快，而具有抑制呼吸作用的高碳酸血癥又一時難以糾正，就有可能導(dǎo)致呼吸抑制。因此，現(xiàn)有HFNC治療高碳酸性呼吸衰竭時，設(shè)置的氧飽和度目標(biāo)值略低于HFNC治療低氧性呼吸衰竭的氧飽和度目標(biāo)值。兩項隨機(jī)對照研究[15,16]比較HFNC與無創(chuàng)通氣治療COPD氣管拔管后高碳酸性呼吸衰竭患者，氧濃度設(shè)置僅以維持SpO288%～92%為目標(biāo)值，都取得了與無創(chuàng)通氣相似的治療效果?；仡櫺匝芯縃FNC治療高碳酸性急性呼吸衰竭患者，初始氧濃度設(shè)置為100%，然后維持SpO2≥90%[2]。前瞻性隨機(jī)對照研究HFNC與無創(chuàng)通氣治療COPD和非COPD高碳酸性呼吸衰竭療效，氧濃度設(shè)置也是維持SpO2≥90%目標(biāo)值，HFNC療效與無創(chuàng)通氣相當(dāng)[17]。Li等[18]前瞻性隨機(jī)對照研究HFNC治療COPD高碳酸性呼吸衰竭患者，SpO2目標(biāo)值較為具體，氧濃度設(shè)置維持SpO2在90%～93%之間，SpO2最低目標(biāo)值也是90%。另兩項前瞻性研究[19,20]比較HFNC與無創(chuàng)通氣治療嚴(yán)重COPD急性加重期高碳酸性呼吸衰竭患者，氧濃度設(shè)置的氧飽和度目標(biāo)值略高于上述研究，都是≥92%，HFNC療效與無創(chuàng)通氣治療效果相當(dāng)?？梢?，HFNC治療高碳酸性呼吸衰竭，氧濃度設(shè)置以維持SpO2在90%～92%即可。

2 溫度設(shè)置

生理情況下，人鼻吸氣時鼻腔對吸入氣體具有過濾、加溫和加濕作用。正常人平靜狀態(tài)下吸入室內(nèi)空氣(22 ℃，50%相對濕度，絕對濕度10 mg/L)，氣體通過鼻子到達(dá)喉時的溫度為31～33 ℃、絕對濕度為26～32 mg/L，到達(dá)氣管中段時溫度為34 ℃、絕對濕度為34～38 mg/L，吸入氣體在主支氣管可以達(dá)到核心體溫(core temperature)37 ℃和100%相對濕度(絕對濕度44 mg/L)[21]。可見，吸入氣體加溫加濕的部位主要在鼻腔。支氣管具有防御外來微生物侵犯的作用，其防御功能依賴于支氣管的黏液纖毛運(yùn)動、黏膜完整性和黏膜表面液體中的免疫物質(zhì)。支氣管纖毛運(yùn)動在核心體溫和100%相對濕度時處于最佳狀態(tài)，吸入氣體溫度過高和過低都會降低支氣管纖毛的運(yùn)動能力；支氣管黏液纖毛運(yùn)動也受到黏膜表面黏液層厚度和黏度等因素影響，黏液層厚度和黏度與吸入氣體的絕對濕度有關(guān)，吸入氣體絕對濕度過低時，空氣會吸收黏液中的水分使黏液層黏度增加，而吸入氣體溫度過高可以在氣道內(nèi)產(chǎn)生冷凝水增加黏液層厚度，都會使黏液纖毛運(yùn)動能力下降[21]。氣體的絕對濕度與氣體溫度有關(guān)，溫度越高，絕對濕度越大。此外，吸入氣體溫度還影響氣道纖毛運(yùn)動。手術(shù)切取的離體綿羊氣管以相對濕度100%、氣體流量4 L/min條件下通氣實(shí)驗，穩(wěn)態(tài)后進(jìn)行分組，以三種氣體溫度即37 ℃、34 ℃和30 ℃通氣6 h，通氣過程中用解剖顯微鏡觀察氣管黏液運(yùn)送速率和纖毛擺動頻率，與穩(wěn)態(tài)條件下基礎(chǔ)值相比，黏液運(yùn)送速率和纖毛擺動頻率37 ℃組沒有變化，34 ℃組和30 ℃組則隨通氣時間延長迅速下降，尤其是30 ℃組，通氣180 min時黏液運(yùn)送和纖毛擺動均完全停止，組織病理學(xué)檢查顯示兩個低溫組氣管的黏膜上皮細(xì)胞受損顯著[22]。說明低溫通氣不但影響氣道的黏液運(yùn)送功能，也損傷氣道黏膜。新氣道切開(24 h內(nèi))的患者，室溫下射流霧化(流量8 L/min)吸入濕化冷空氣或者通過濕化罐加熱(37 ℃)吸入濕化熱空氣(流量30 L/min)，第2、4、6、8、10天采集氣道標(biāo)本觀察纖毛擺動頻率，吸入加熱空氣組在上述各個時點(diǎn)的纖毛擺動頻率均顯著高于冷空氣組[23]。此外，吸入氣體溫度過低，可以導(dǎo)致支氣管痙攣。因此，HFNC治療時，正確設(shè)置溫度是保證患者氣道內(nèi)合適溫度、濕度以及治療過程中舒適性以更好發(fā)揮HFNC治療效果的重要環(huán)節(jié)。大多數(shù)HFNC治療儀濕化罐可設(shè)置溫度為31～37 ℃。各研究報道HFNC治療時溫度設(shè)置值不同。Andino等[7]報道HFNC治療急性缺氧性呼吸衰竭患者，初始溫度設(shè)置為34 ℃，之后逐漸調(diào)整提高到37 ℃。而Tan等[15]和Frat等[24]都是將HFNC的治療溫度直接設(shè)置為37 ℃，使氣體絕對濕度達(dá)到44 mgH2O/L。Mauri等[11]研究40例患者HFNC設(shè)置溫度31 ℃和37 ℃、氣體流量設(shè)置30 L/min和60 L/min四種參數(shù)分別組合的四種治療方式，每一種治療方式治療20 min，比較各種參數(shù)治療期間患者的舒適度，發(fā)現(xiàn)兩種氣體流量下31 ℃治療時患者的舒適度都優(yōu)于37 ℃治療。但國內(nèi)任秋艷和任奇[25]的研究結(jié)果正好完全相反，針對接受HFNC治療的19例老年患者，均觀察31 ℃和37 ℃兩種溫度30 min治療期間的舒適度，發(fā)現(xiàn)37 ℃治療時患者的舒適度優(yōu)于31 ℃治療。鼻腔和大氣道對吸入氣體具有強(qiáng)大的加溫和加濕能力，正常平靜呼吸時吸入22 ℃、相對濕度50%的氣體即能滿足肺內(nèi)氣體溫度濕度要求，而且氣道內(nèi)34 ℃氣體的絕對濕度已經(jīng)接近核心體溫時100%相對濕度的含水量[21]。鑒于HFNC治療時氣體流量顯著高于平靜呼吸，氣體通過鼻腔的時間顯著縮短，鼻腔和大氣道對吸入加溫加濕效果降低，提高吸入氣體溫度是必要的。又考慮到鼻腔對氣體的加溫加濕作用以及鼻黏膜對溫度的感受，如果HFNC是經(jīng)鼻吸入治療，可能不需要37 ℃的氣體溫度。因此，HFNC治療表現(xiàn)呼吸困難的癌癥患者時，濕化罐的溫度設(shè)置在35～37 ℃，或者初始設(shè)置為37 ℃，如果患者感覺不適則逐漸下調(diào)至34 ℃[26,27]。如果HFNC經(jīng)人工氣道(氣管插管的導(dǎo)管或氣管切開的導(dǎo)管)治療，HFNC治療的氣體沒有經(jīng)過鼻腔、咽喉和大氣道上段的加溫加濕而直接進(jìn)入氣管下段，為保證吸入氣體接近或達(dá)到人體核心溫度和所需濕度，HFNC溫度設(shè)置37 ℃可能是合適的。當(dāng)然，HFNC治療時濕化罐的溫度設(shè)置必須顧及患者的舒適度，并且以患者的舒適度作為設(shè)置溫度的惟一參考條件[9]；或者設(shè)置在34～37 ℃之間，但是具體溫度以患者感到舒適為準(zhǔn)[18,26]。為了兼顧到患者的舒適性和氣體濕度，HFNC治療時，溫度設(shè)置可能以34～35 ℃為宜。

3 流量設(shè)置

大多數(shù)HFNC治療儀提供30～60 L/min的氣體流量(flow)，顯著高于成人平靜呼吸時的氣流速度。HFNC與常規(guī)氧療治療呼吸衰竭比較，有研究[5]發(fā)現(xiàn)兩種治療方法的患者治療后氧分壓并無差異性，但是HFNC治療能夠顯著降低患者的呼吸功。而降低呼吸衰竭患者呼吸功有利于加快患者呼吸肌功能恢復(fù)。由此可見，HFNC治療呼吸衰竭的目的除了改善氧合狀況外，更重要的是改善患者呼吸肌功能。而HFNC治療時提供不同氣體流量對患者呼吸功的效果不同，也就要求臨床醫(yī)師正確選擇HFNC的氣體流量。健康人群和患者HFNC不同流量的研究都表明，氣體高流量更能降低呼吸功，改善肺部氣體分布。健康志愿者HFNC氣體流量從30 L/min開始逐漸增加，每次增加10 L/min，直至最大流量100 L/min，受試者的鼻咽部壓力與流量呈正相關(guān)[28]。提示HFNC治療時，氣體流量越高，氣道壓力越大，氣體更容易進(jìn)入下呼吸道，呼吸肌努力也將越小。健康成人半坐位時正常呼吸、HFNC氣體流量30 L/min和50 L/min三個階段的呼氣末電阻抗斷層成像術(shù)(electrical impedance tomography)觀察發(fā)現(xiàn)，氣體流量越大電阻抗斷層成像的電阻抗升高越大，呼吸頻率與氣體流量呈負(fù)相關(guān)[29]。電阻抗與肺臟氣體含量呈正相關(guān)，亦即電阻抗越高肺容積越大。由此得出結(jié)論，HFNC的氣體流量越高，健康成人肺臟呼氣末容積越大。Mauri等[4]研究15例急性低氧性呼吸衰竭患者HFNC與面罩吸氧時的呼吸功(以吸氣相食管壓評價)和肺通氣狀況(電阻抗斷層成像術(shù)監(jiān)測)，氧濃度相同情況下隨機(jī)順序、交叉試驗面罩吸氧氣體流量12 L/min或HFNC流量40 L/min(每一種方法治療20 min)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)吸氣相食管壓變化值、每次呼吸食管壓-時間乘積、分鐘食管壓-時間乘積、動態(tài)呼氣末跨肺壓、動態(tài)吸氣末跨肺壓、驅(qū)動跨肺壓變化值均是HFNC治療時段顯著低于面罩氧療時段；呼氣末全肺電阻抗、肺非承重區(qū)和承重區(qū)呼氣末阻抗增高值都是HFNC治療時段顯著高于面罩氧療時段。另一項臨床研究[3]發(fā)現(xiàn)，HFNC(37 ℃，流量60 L/min)能夠降低低氧性呼吸衰竭患者的食管內(nèi)壓、每次呼吸食管壓-時間乘積和分鐘食管壓-時間乘積，效果與無創(chuàng)通氣持續(xù)氣道正壓通氣(continuous postive airway pressure,CPAP)模式(5 cmH2O)相當(dāng)。吸氣相食管壓和食管壓-時間乘積降低提示患者呼吸肌努力較少，電阻抗增高則提示肺臟含氣量增多，呼氣末跨肺壓降低可以減少肺容積損傷。說明HFNC比面罩吸氧更好降低低氧性呼吸衰竭患者呼吸功，改善肺臟氣體分布，并不會增加肺臟容積傷的風(fēng)險。不同氣體流量HFNC治療時患者呼吸肌努力狀況也不同。低氧性和高碳酸性呼吸衰竭患者，在常規(guī)給氧基礎(chǔ)治療后隨機(jī)順序20 L/min、40 L/min和60 L/min三個不同流量HFNC治療，不同治療時間段食管壓變化值、食管壓-時間乘積和分鐘呼吸功變化，只有60 L/min治療階段顯著低于常規(guī)氧療階段，而且60 L/min治療階段肺順應(yīng)性顯著增高，吸氣阻力降低[5]。為研究HFNC治療的最佳氣體流量，Mauri等[30]對納入研究的每一例急性低氧性呼吸衰竭患者隨機(jī)順序面罩給氧流量12 L/min、HFNC 30 L/min、45 L/min和60 L/min治療，結(jié)果發(fā)現(xiàn)HFNC各個不同氣體流量治療期間，呼吸功參數(shù)均比面罩氧療改善，但食管壓變化值、食管壓-時間乘積、呼氣末全肺容積變化值和呼氣末肺臟承重區(qū)容積變化值以60 L/min治療時最佳，氧分壓和氧合指數(shù)改善也是以60 L/min治療時段最佳。因此，對于需要改善呼吸功能的呼吸衰竭患者，HFNC治療時氣體流量設(shè)置以60 L/min為最佳。HFNC治療除了要考慮改善患者呼吸功之外，還要注意氣體高流量對吸入氧濃度和患者舒適度的影響。體外模擬肺通氣實(shí)驗中，HFNC氣體流量分別設(shè)置為20 L/min、40 L/min和60 L/min，氧濃度分別設(shè)置為30%、50%和70%，潮氣量分別設(shè)置為300 ml、500 ml和700 ml，三種氣體流量、三種氧濃度和三種潮氣量共27種組合，HFNC氣體流量為20 L/min和40 L/min時，隨著潮氣量和設(shè)置氧濃度的增加，吸入氧濃度測定值低于設(shè)置值越明顯；60 L/min治療時段沒有受到潮氣量和氧濃度改變的影響而維持吸入氧濃度與設(shè)置氧濃度一致[31]。HFNC治療低氧性呼吸衰竭患者隨機(jī)順序接受不同溫度(31 ℃和37 ℃)和不同氣體流量(30 L/min和60 L/min)四種組合中，在31 ℃時不同氣體流量對患者舒適度沒有影響；但是對于病情較嚴(yán)重的患者(基礎(chǔ)治療時氧濃度需要≥45%)，60 L/min治療時段舒適度高于30 L/min治療時段，舒適度最差的組合順序為30 L/min-37 ℃組合(占57.5%)、60 L/min-37 ℃組合(占27.5%)、30 L/min-31 ℃組合(占10.0%)和60 L/min-31 ℃組合(占5.0%)[11]。低氧性呼吸衰竭患者HFNC(37 ℃，流量60 L/min)舒適性評分與面罩給氧相似[3]。可見，HFNC治療時60 L/min的高氣體流量不會影響患者舒適度。但是，HFNC治療時氣體流量并非越高越好。HFNC治療低氧性呼吸衰竭患者，氣體流量設(shè)置0.5 L/(預(yù)測體重·min)、1.0 L/(預(yù)測體重·min)和1.5 L/(預(yù)測體重·min)三種流量，隨著流量增高，雖然肺非均勻性通氣區(qū)域減少和呼氣末肺容積增加，但患者不適感也增加[32]?，F(xiàn)有的HFNC臨床研究中，盡管氣體流量設(shè)置有所不同，但大多數(shù)都是設(shè)置高流量，即50 L/min[2,10,24]、55 L/min[8]或60 L/min[12,13]。從氣體流量對吸入氧濃度的影響和患者舒適度考慮，HFNC治療呼吸衰竭氣體流量設(shè)置也是以60 L/min較為合適。HFNC初始治療時，一些患者可能感到不適。為了讓患者有一個適應(yīng)過程，氣體流量設(shè)置可以從低流量(20 L/min)開始，然后每5～10 min增加5～10 L/min直至60 L/min，并在保持患者舒適性的情況下維持最高氣體流量[27]；或更高流量(35 L/min)開始，然后調(diào)整至最高(60 L/min)[14,19]。當(dāng)然，HFNC治療不同類型的呼吸衰竭患者時，流量的設(shè)置要求也略有差別，對于需要改善氧合的低氧血癥患者，首先增加流量至患者所能耐受的較大流量，然后增加氧濃度以維持目標(biāo)氧合狀態(tài)；對于需要增加通氣效率患者，調(diào)節(jié)流量至患者能耐受的最大流量[33]。上述研究[14,19,27]中，都強(qiáng)調(diào)在設(shè)置氣體高流量的同時，要滿足患者的舒適性或耐受性。國內(nèi)專家共識認(rèn)為應(yīng)該按照不同類型呼吸衰竭進(jìn)行氣體流量調(diào)整，對于Ⅰ型呼吸衰竭，氣體流量初始設(shè)置30～40 L/min；若沒有達(dá)到氧合目標(biāo)，可以逐漸增加吸氣流量和提高FiO2，依據(jù)患者舒適性和耐受度適當(dāng)調(diào)節(jié)；對于Ⅱ型呼吸衰竭，氣體流量初始設(shè)置20～30 L/min，如果患者二氧化碳潴留明顯，流量可設(shè)置在45～55 L/min甚至更高，滴定FiO2，結(jié)合血?dú)夥治鰟討B(tài)調(diào)整[34]。

4 小結(jié)

HFNC治療呼吸衰竭的作用除了提高患者氧合之外，還具有改善患者呼吸功和肺臟氣體分布等常規(guī)氧療所不具備的治療效果。HFNC的氧濃度設(shè)置以目標(biāo)氧飽和度為準(zhǔn)，溫度設(shè)置不宜過低或過高，氣體流量則以高流量為佳。在治療過程中，氧濃度、溫度和氣體流量都要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，既要滿足治療要求，也要考慮患者的舒適性。此外，由于患者病情嚴(yán)重程度、呼吸衰竭病因以及對溫度和氣體流量耐受程度不同，設(shè)置HFNC參數(shù)時一定要遵循個體化。