重症监护病房无创通气与高流量氧疗，如何选择
摘要
与无创通气(NIV)相比，高流量氧疗(HFOT)能够降低重症监护病房新发急性呼吸衰竭(ARF)患者的病死率，其生理效应包括输送高浓度氧气、呼气末正压效应和持续冲刷死腔，能够减少呼吸功。相比之下，新发ARF应谨慎使用NIV，因为压力支持产生的高潮气量可能会加重已经存在的肺损伤。对于免疫功能低下的ARF患者，尽管NIV没有任何益处，甚至有害，但仍建议作为一线选择。对于急-慢性呼吸衰竭和呼吸性酸中毒患者，NIV是最佳的氧疗策略。HFOT虽然可以逆转呼吸性酸中毒，但需要进一步研究来评估HFOT是否可以替代标准氧疗。虽然推荐使用NIV治疗术后ARF或预防拔管后呼吸衰竭，但最近大型随机研究表明HFOT可能等效于NIV。为了更好地确定NIV和HFOT的适应证，还需进一步研究。
呼吸衰竭是危重患者死亡的重要原因，主要表现为低氧血症、肺泡低通气和高碳酸血症。低氧型急性呼吸衰竭(acute respiratory failure，ARF)的特点是急性低氧血症[氧合指数<200 mmHg]，伴呼吸频率增快，而无慢性肺疾病和心源性肺水肿，呼吸模式表现为高潮气量和过度通气，高碳酸血症并不常见。因此，治疗的目的是纠正低氧血症，减轻呼吸努力，最终避免气管插管。由于延迟插管可能增加死亡风险，在这种情况下无创通气(non-invasive ventilation，NIV)显示出相互矛盾的结果，因此不推荐使用，而经鼻高流量氧疗(high-flow oxygen therapy，HFOT)能使低氧型ARF患者明显获益，正在广泛推广。高碳酸血症型呼吸衰竭主要发生于COPD急性加重、肥胖低通气综合征或胸腔异常，NIV能够提供通气支持、避免气管插管和降低病死率。作为ARF的一种治疗手段，NIV和/或HFOT如何选择，本综述将详细讨论。
1 HFOT的生理效应
HFOT设备相对简单，由一个直接连接流量计(设置为70 L/min)的空-氧混合器或者涡轮系统组成，将混合气体输送到加温加湿器中，加温加湿器输送37 ℃条件下完全饱和的气体(相对湿度为100%)。持续高速恒定气流进入上气道，可产生一系列生理学效应，包括输送高氧浓度气体、呼气末正压(PEEP)效应和冲刷死腔中的CO2。
1.1 改善氧合和PEEP效应
首先，HFOT可提供恒定高氧浓度气体：低氧型ARF的特点是吸气努力，吸气峰值平均达到30～40 L/min。HFOT系统产生的高氧气流多数情况下超过患者的吸气峰值流速，可限制吸入气体被室内空气稀释。在一项生理学研究中，健康受试者分别接受标准面罩、非再呼吸面罩和HFOT治疗，比较供氧过程中咽部的氧浓度。标准面罩12 L/min时，监测氧浓度小于0.6；当模拟ARF时，氧浓度低于0.5。非再呼吸面罩在模拟ARF过程中虽然能够避免氧浓度下降，但最高氧浓度小于0.7；而HFOT设置流量为40 L/min时咽部氧浓度即可达到0.85。
另外HFOT在上呼吸道产生一个低水平的正压，与所输送的气流成正比，从而改善氧合。然而，由于气体泄漏，压力水平是可变的，当患者张开嘴时，正压明显降低。自主呼吸时HFOT产生的压力与流速呈线性相关，流速50 L/min情况下，闭嘴时压力超过3 cmH2O，而张嘴时压力小于2 cmH2O。在心脏术后或低氧型ARF期间进行电阻抗断层扫描评估肺活量的生理学研究中，与标准氧疗相比，HFOT可增加呼气末肺活量，肺泡扩张反映了一种PEEP效应。
与NIV相比，HFOT改善氧合的能力较弱，可能是由于HFOT的PEEP效应小于NIV。ARF患者先后接受标准氧疗、HFOT和NIV，标准氧疗升级到HFOT，PaO2增加而氧合指数保持不变，说明氧合的改善主要是由于吸氧浓度的增加所致。相比之下，随着NIV的加入，PaO2进一步增加，氧合指数也显著增加，反映了利于肺泡扩张的PEEP效应。
1.2 呼吸辅助
在低氧型ARF中，由于呼吸驱动增强，呼吸肌动员更多。然而，正如Brochard等最近在"患者自伤性肺损伤"概念中阐明的那样，自主呼吸可能是有害的，即使没有通气支持，由于全肺或局部应力变化，也可能导致肺损伤加重。HFOT似乎可以减少呼吸做功，从而减轻肺损伤。许多学者已经证明，ARF患者先通过非再呼吸面罩接受标准氧疗，然后再使用HFOT，监测食管压力变化发现，HFOT时呼吸做功减少。呼吸做功减少可能与吸气努力和肺顺应性改善有关。另外，持续高速气流可能会冲刷掉上气道死腔中的CO2。胸廓物理学改善的效应可以减少吸气努力和分钟通气需求，这与HFOT患者呼吸频率下降和呼吸做功减少是一致的。
1.3 舒适和湿化
尽管HFOT氧流量较高，但比NIV和标准氧疗耐受性更好。HFOT加湿器能够达到与肺泡相同的加湿效果，绝对湿度为44 mg/L。体外研究表明，人上皮细胞暴露于HFOT可以避免湿度不足的影响，如上皮细胞功能下降和炎症增加。临床实践中，即使使用加湿器，标准氧疗通过面罩提供的仍然是不加湿或湿化不足的冷气体，导致呼吸道干燥，舒适度下降。如果对吸入气体进行加温加湿处理，也许能防止分泌物黏稠、黏膜纤毛清除功能障碍、肺不张等不良后果，但需进一步证实。
2 低氧型ARF的通气选择
2010年发表的第1个使用HFOT的观察性研究比较了20例ARF患者接受HFOT与标准氧疗的临床疗效，结果发现HFOT组舒适度更好，呼吸频率和氧合改善更明显。少数生理学研究发现了HFOT的潜在益处，第1个大样本随机对照研究将包括310例非高碳酸血症的ARF患者纳入研究(呼吸频率>25次/min，氧合指数<300 mmHg)，比较3种不同的氧疗策略：标准氧疗、HFOT以及HFOT联合NIV。初始设计时认为HFOT联合NIV可能是最佳策略，结果却出人意料，HFOT组90 d病死率(12%)明显低于联合治疗组(28%)或标准氧疗组(23%)。尽管3组插管率差异无统计学意义，但HFOT组氧合指数<200 mmHg患者的插管风险明显下降。本研究质疑了NIV在新发呼吸衰竭中的价值，认为HFOT可能才是一线选择。由于NIV的临床证据充满不确定性，因此最近欧洲/美国临床实践指南未能提供建议。与标准氧疗相比，NIV虽然可以降低插管风险，但在所有临床随机对照试验中均未发现能够降低病死率。
有研究发现，单独使用HFOT比联合使用NIV可能病死率更低，且对于低氧型ARF，NIV可能是有害的。NIV期间低水平PEEP[(5±1)cmH2O]和较高的压力支持[(8±3)cmH2O]可产生较高潮气量[(9.2±3) ml/kg]。由于许多患者已经达到了ARDS的诊断标准，PEEP水平可能相对较低。事实上，大约3/4的新发ARF存在氧合指数<300 mmHg和双侧肺浸润。NIV在低氧血症中的有害影响可能是由于高潮气量和低水平PEEP引起的呼吸机相关肺损伤所致。
尽管在参数设置、严重程度评分或呼吸频率方面没有差异，但插管比没有插管的患者更有可能在开始时就产生高潮气量。在接受NIV治疗的低氧型ARF中，尽管目标潮气量设为6～8 ml/kg，但仍有近一半患者的潮气量超过10 ml/kg。推测高潮气量可能是低氧血症引起高呼吸动力的一个标志，反映呼吸疾病的潜在严重程度。另外，参数设置也可能对潮气量有影响，与持续正压通气或标准氧疗相比，在PEEP基础上给予压力支持后，呼吸做功明显下降。需要注意的是，给予压力支持后，潮气量也明显增加，无论PEEP水平高低。由于吸气努力和预设的压力支持共同导致肺泡过度膨胀，因此潮气量可能随ARF的严重程度而变化。
最近一项单中心随机对照研究发现，头盔式NIV使ARDS插管率从61%下降到18%。显然，与面罩类型可能有重要关系，但最重要的是，2组患者呼吸机设置差异有统计学意义：头盔组PEEP较高，压力支持水平较低，且低得令人惊讶(约8 cmH2O)。之前一项生理学研究结果表明，使用头盔时压力支持水平必须提高50%，才能达到与普通面罩相媲美的生理效应。不幸的是，头盔下的潮气量测量通常不可行，上述研究中也未提供。然而，低水平压力支持可能有助于通过减少呼吸机辅助和潮气量来降低跨肺压和减少潜在的呼吸机相关肺损伤。除此之外，头盔组比面罩组PEEP水平更高(8 cmH2O比5 cmH2O)，头盔组近一半的PEEP水平为10 cmH2O。头盔比面罩耐受性更好，可能有助于在较长时间内持续使用NIV，使其峰值水平更高。因此，改变呼吸机设置是一种潜在的NIV优化策略，如降低压力支持水平，增加PEEP，改变面罩类型(如头盔)。然而，在低氧型ARF的治疗中，需要进一步的随机对照研究来比较保护性NIV与HFOT的差异。
3 免疫缺陷患者的通气选择
最近的欧洲/美国指南建议，对免疫缺陷的ARF患者尽早实施NIV。21世纪初的2项随机对照研究发现，NIV组插管率和病死率均低于标准氧疗组。然而，迄今为止最大规模的2项随机对照研究发现，与单纯氧疗相比，早期NIV以及HFOT均不能降低28 d病死率。
其他专门针对免疫缺陷患者的研究发现，单独使用HFOT比使用NIV效果更好，从而提示NIV的潜在危害。HFOT的应用越来越多，在一项前瞻性国际观察性研究中，54%的患者一线氧疗策略为标准氧疗，26%为NIV，20%为HFOT。校正后，HFOT与插管风险降低有关，但对病死率没有影响，而NIV对插管风险或病死率均无影响。虽然NIV仍是此类患者的标准选择，但未来将评估哪种策略最佳，NIV治疗间歇期，可以应用标准氧疗或HFOT。
4 拔管后呼吸衰竭
既往研究已经证实，术后患者可获益于NIV。事实上，与标准氧疗相比，腹部和胸部术后的ARF患者插管风险确实降低了，最近欧洲/美国的临床实践指南建议将NIV作为这些患者的一线治疗。然而，一项针对830例心胸术后ARF风险患者的多中心随机非劣效性研究显示，与间歇NIV相比，HFOT治疗失败率没有降低，此发现支持在类似患者中使用HFOT。
相反，对于监护病房计划拔管后出现ARF的患者，不能使用NIV。2项随机对照研究比较了NIV和标准氧疗，提示NIV对结局没有影响或病死率增加。COPD拔管后48 h内NIV序贯治疗，可降低呼吸衰竭风险，但再插管率和病死率无明显下降。最近一项荟萃分析显示，标准氧疗可能仍是拔管后非ARF的一线治疗方法。然而，对于危重患者，HFOT可能是标准氧疗和NIV的潜在替代措施，后者往往与患者不耐受有关。
5 COPD
在减少插管或死亡方面，NIV对COPD急性加重的患者颇有益处。最近欧洲/美国指南推荐，COPD急性加重导致的ARF并发急性呼吸性酸中毒时(pH 7.25～7.35)，使用NIV拥有强有力的临床证据。NIV治疗1～4 h内pH值和呼吸频率改善，是治疗成功的良好预测因子。NIV能够减少呼吸困难的感觉和插管需求，提高生存率，降低医院感染风险。专家建议，即使需要插管和有创通气的严重酸中毒(pH<7.20)或肺性脑病患者，也可以尝试NIV，除非病情迅速恶化。事实上，在这一人群中，NIV也能降低病死率和插管的必要性，然而对于无酸中毒表现的高碳酸血症患者，或COPD加重时用于预防呼吸性酸中毒，不推荐使用NIV。
5.1 HFOT在COPD稳定期的应用现状
HFOT能够通过PEEP效应和对上气道的冲刷，减少功能性死腔，有助于降低PaCO2，减少呼吸努力，其他生理效应包括增加潮气量和降低呼吸频率，减少呼吸做功。COPD稳定期，HFOT降低PaCO2与流量有关，尽管分钟通气量有所下降，但PaCO2可降至正常，推测可能是通过冲刷呼吸道和减少死腔实现的。HFOT治疗稳定型高碳酸血症能有效降低PaCO2，这种效应与平均气道压力增加无关，而与泄漏和气流增加有关，表明气道冲洗和功能死腔的减少是HFOT治疗的重要机制。一项随机交叉研究(长期氧疗与HFOT在30 L/min时与室内空气混合)证实，HFOT能够减少CO2的重复吸入，表明它能够增加潮气量，改善呼吸状态，降低呼吸频率，而分钟通气量没有任何变化。另一项研究也有类似发现，即使是COPD急性加重的患者也是如此。
5.2 HFOT在COPD急性加重期的应用现状
既往研究显示，在ARF中HFOT的潜在益处并不包括高碳酸血症患者。到目前为止，只有为数不多的小型研究和病例报告发表。在急诊科进行的一项研究中，纳入不同病因的ARF人群，HFOT能够降低COPD加重患者的呼吸频率和改善通气，治疗1 h即可缓解心源性肺水肿患者的呼吸困难，但不能减少ARDS患者的机械通气需求。一项针对急诊科204例呼吸衰竭患者的随机对照研究显示，需要NIV治疗的最常见原因是COPD(占39%)，将NIV治疗失败(需要插管和72 h内需要其他替代治疗)作为主要观察指标发现，HFOT并不劣于NIV。虽然纳入患者的基线资料并不符合COPD急性加重呼吸性酸中毒的具体标准，但存在高碳酸血症，并且需要NIV治疗。有趣的是，HFOT的耐受性似乎高于NIV，当NIV不耐受影响治疗的持续性时，HFOT可能是一种替代选择。一项包括33例低氧血症和高碳酸血症COPD患者的回顾性研究显示，在标准氧疗失败或对NIV不耐受后应用HFOT，在开始治疗1 h和24 h后可改善PaCO2。另一项观察性研究中，Lee等评估了HFOT与NIV对88例伴有急性呼吸性酸中毒的COPD严重加重患者的影响，HFOT流速为45～60 L/min，NIV设置PEEP为5 cmH2O和压力支持目标7～10 ml/kg的潮气量，2种策略在改善PaCO2或PaO2方面差异无统计学意义，HFOT组和NIV组30 d插管率比较差异无统计学意义(25.0%比27.3%，P＝0.857)，30 d病死率比较差异无统计学意义(15.9%比18.2%，P＝0.845)。这些结果不能证明单独应用HFOT治疗COPD加重或急性呼吸性酸中毒患者是合理的，然而，在这些环境中HFOT应该作为标准氧疗的替代品进行评估。未来研究应该评估HFOT与NIV之间的潜在关联策略，因为与单独使用NIV相比，HFOT可以减少NIV使用和住院时间。
6 结论
NIV可作为COPD急性加重合并呼吸性酸中毒的一线治疗，HFOT可用于胸部或腹部术后继发的呼吸衰竭，对于心胸外科术后出现的呼吸衰竭，HFOT与NIV似乎一样有效。监护病房计划拔管后出现的ARF不建议使用NIV，可能会增加死亡危险。对于低氧型ARF，HFOT疗效尚不确定，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。尽管存在争议，但仍建议免疫功能低下的呼吸衰竭早期应用NIV。HFOT替代标准氧疗、与NIV联合或单独使用HFOT用于治疗免疫缺陷继发的急性呼吸系统疾病和COPD合并呼吸性酸中毒，还需要进一步的研究来评估效果和潜在益处。