经鼻高流量氧疗在呼吸系统疾病中的应用进展

The Application Progress of HFNC in Respiratory Diseases

摘要: 经鼻高流量氧疗(HFNC)是通过空氧混合装置将可调节高流量高浓度、恒温加湿的氧气输送至患者端的氧疗方式，在呼吸系统疾病中的治疗效果明显优于一般氧疗(如鼻导管、面罩给氧等)，且在某些方面可替代甚至优于无创辅助通气，目前在临床上已广泛应用，但是仍有部分适应症需更多循证医学依据，同时未纳入医保、费用较高导致在基层医院的应用受到一定限制。本文将从HFNC的主要构造、工作原理、生理学效应及在呼吸系统疾病中的应用进行综述。

Abstract: High-flow nasal cannula (HFNC) is an oxygen therapy method that delivers adjustable high-flow, high-concentration, constant temperature and humidified oxygen to the patient with an air-oxygen mixing device. The therapeutic effect in respiratory diseases is obviously better than that of general oxygen therapy (such as nasal cannula, mask oxygen, etc.), and it can replace or even be superior to non-invasive ventilation in some respects. HFNC is now widely used in clinic, but there are still some indications that require more evidence-based medical evidence, while the lack of health insurance coverage and high costs have limited its use in primary care. This article will review the main structure, working principle, physiological effect and application of HFNC in respiratory diseases.

1. 引言

传统的氧疗方式主要有经鼻导管或者面罩给氧，鼻导管给氧具有操作简单、快捷、依从性高及成本较低的优点，但给氧浓度不高且不易精确调节，面罩给氧虽然能提供稍高浓度的氧气，但同样无法精确调节给氧浓度，同时影响排痰及进食。经鼻高流量氧疗(high flow nasal cannul, HFNC)可以提供可调节的高浓度高流量氧气(氧浓度21%~100%，氧流量8~80 L/min)，经恒温(31℃~37℃)及充分湿化后输送至患者 [1]，改善氧合疗效确切，排痰及进食均不受影响，患者依从性强。

2. HFNC的主要构造及工作原理

HFNC主要由空氧混合装置、加温加湿箱、内置加热导丝及感应器的连接管、高流量鼻塞或用于气管切开插管的连接管等组成，通过混合空气及氧气达到预设的氧浓度，以可调节的流速经过加温加湿箱达到一定的温度和湿度，经过加热管道维持设定的温度输送至患者端 [1]。

3. HFNC的生理学效应

研究发现HFNC以2~8 L/min的流速在婴儿上气道产生4~6 cm H₂O的压力 [2] [3]，HFNC可通过高流速气体产生一定水平的呼气末正压，呼气末正压值与流速成正比，有助于抵消内源性呼气末正压，减少呼吸做功，维持肺泡开放，张口呼吸会导致呼气末正压值降低 [4] [5]。HFNC提供的气体流速往往超过人体吸气峰流速，降低了患者吸气时空气的稀释作用，保证了吸入的氧浓度基本等于预设的氧浓度，同时高流速气体可以冲刷解剖死腔，减少CO₂重复吸入 [4]，增加功能残气量，有效促进氧合。加温加湿的气体减少了人体自身能量消耗，也有助于改善上气道黏膜纤毛清除功能，利于痰液排出，降低肺部感染风险。

4. HFNC在呼吸系统疾病中的临床应用

4.1. HFNC在呼吸衰竭中的应用

各种原因引起的呼吸衰竭在临床上比较常见，HFNC因其具有独特的呼吸生理学效应，在急慢性呼吸衰竭的治疗上疗效显著。

4.1.1. HFNC在I型呼吸衰竭中的应用

临床上氧疗是伴有慢性呼吸衰竭的慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)患者最基础的治疗。Storgaard等 [6] 通过研究HFNC对长期接受氧疗的慢性低氧性呼吸衰竭COPD患者的影响，发现当HFNC的平均使用时间为6小时/天时，HFNC组相比鼻导管氧疗组的慢阻肺急性加重发生率更低，并在3个月后提高了mMRC (改良版英国医学研究委员会呼吸困难问卷)评分，结果表明HFNC和传统氧疗相比，在缓解临床症状、减少AECOPD风险、降低再入院率方面更有优势。对于需长期家庭氧疗的稳定期COPD患者，长期使用HFNC可以降低急性加重次数并提高生活质量，同时具有较高的舒适度及依从性。也有研究表明HFNC可以降低急性重症哮喘伴低氧血症患者呼吸困难的严重程度和呼吸频率 [7]。间质性肺病也是I型呼吸衰竭的常见病因，间质性肺病患者经常出现气体交换障碍或合并通气受限，导致运动耐力下降。一项纳入84名患者的回顾性研究比较了HFNC、无创通气对于间质性肺病所致低氧性呼吸衰竭的治疗效果，结果显示两组在30天生存率和住院死亡率均无显著差异，但是HFNC组的治疗暂时中断率及终止率显著低于无创通气组，并且不良事件发生显著减少 [8]。Chikhanie等 [9] 研究发现HFNC显著改善了间质性肺病患者运动过程中的耐力时间和生理参数和，说明HFNC可能有助于改善肺功能，促进肺功能康复。一项多中心随机对照研究将310名急性低氧性呼吸衰竭患者分为HFNC组、传统氧疗组，无创通气组，研究发现三种呼吸支持方式在降低插管率方面无明显差异，但HFNC可以显著降低90天病死率 [10]。Mauri等 [11] 将15名入住重症监护病房的非插管急性呼吸衰竭患者(氧合指数平均为130 ± 35 mm Hg)分为HFNC组(流量设置为40 L/min)或面罩给氧组，吸入氧浓度相同，通过食管压力波动和压力时间乘积测量动脉血气、吸气努力和呼吸功，并通过电阻抗断层扫描估计肺容积和通气均匀性的变化，结果显示HFNC显著改善氧合并降低呼吸频率，同时改善肺容量及顺应性。有两项Meta分析评估了HFNC与传统氧疗、无创通气相比在急性低氧性呼吸衰竭患者中的安全性和有效性，得出结论：与标准氧疗相比，HFNC可减少插管率，而不会影响死亡率，与无创通气相比没有优势，但是舒适度更高、并发症(如腹胀、鼻面部压伤等)更少 [12] [13]。因此对于轻中度低氧性呼吸衰竭或者不能耐受无创通气的患者，我们可以首选HFNC，治疗过程中密切观察病情变化，如临床症状恶化，动脉血氧饱和度、心率、呼吸频率等生命体征未见明显改善，应及时过渡至无创通气或气管插管，HFNC治疗失败可能会导致呼吸衰竭患者插管延迟并增加死亡率 [14]。值得一提的是，有研究发现无创通气治疗继发于新型冠状病毒肺炎的中度至重度急性低氧性呼吸衰竭的28天死亡率或插管率高于HFNC或CPAP (持续气道正压通气，continuous positive airway pressure) [15]，这一发现要求医生需根据临床情况为患者选择最佳的无创呼吸支持治疗。

4.1.2. HFNC在II型呼吸衰竭中的应用

长久以来，持续低流量吸氧是治疗II型呼衰公认的基础氧疗方法。但是最新的研究表明，HFNC提供的高流量气体可以有效冲刷解剖学死腔，减少CO₂重复吸收，产生的呼气末正压效应，也有助于CO₂的排出，从而使HFNC用于治疗II型呼衰成为可能 [16]。孙家燕等 [17] 人通过对82例II型呼衰COPD患者的一项回顾性队列研究发现在中度高碳酸血症治疗中，与无创通气相比，使用HFNC并未导致治疗失败率增加，而且HFNC使用过程中的并发症更少。在一项针对120例COPD合并II型呼吸衰竭患者的回顾性研究中，治疗2 h和3 d后，HFNC组的动脉血氧分压、动脉血二氧化碳分压改善优于无创通气组，HFNC组插管率与鼻面部皮损率更低 [18]。在HFNC对比传统氧疗治疗II型呼吸衰竭方面，一项回顾性研究发现在HFNC氧浓度和流速分别为0.45 ± 0.2 和 41.1 ± 7.1 L/min时，PaCO₂在1和24小时内分别下降4~10和 3~14 mmHg，传统氧疗组PaCO₂反而升高 [19]。Nam等 [20] 在对45名中度高碳酸血症(动脉血二氧化碳分压平均为43~70 mm Hg)同时无严重呼吸性酸中毒(pH < 7.30)的患者应用HFNC后进行了一项多中心前瞻性研究，在应用HFNC的第一个小时内，PaCO₂显著降低，在没有阻塞性肺病的患者中，PaCO₂的降低更为明显，pH值有所改善，但呼吸频率、碳酸氢盐和氧合指数没有显著变化。同样在另外一项纳入50名合并高碳酸血症的COPD患者的前瞻性研究中，HFNC能够在72小时后显著降低PaCO₂水平 [21]。这些研究在一定程度上为HFNC治疗II型呼吸衰竭提供了依据。但是在另外一项多中心随机对照研究中，与传统氧疗相比，HFNC的中位住院时间显著延长，住院费用更高，结果显示HFNC并未减少患有轻度高碳酸血症的COPD急性加重患者的插管需求 [22]。不同的研究结果说明HFNC用于治疗II型呼吸衰竭缺乏足够的循证医学依据，大多数临床研究都是回顾性的，部分前瞻性研究中关于HFNC对II型呼吸衰竭的治疗报道相互矛盾。因此，需要更多的大样本研究来了解HFNC在II型呼吸衰竭中的作用。在不能耐受无创通气的II型呼衰患者中，在确保获益大于弊处的前提下可以尝试使用，如病情恶化及时行有创机械通气。

4.2. HFNC在阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征中的应用

阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(obstructive sleep apnea hypopnea syndrome, OSAHS)是睡眠呼吸疾病中比较常见的一类，是由多种原因导致的睡眠状态下出现呼吸暂停或低通气，从而引起间歇性低氧血症或高碳酸血症及睡眠障碍，导致白天易嗜睡、记忆力减退等一系列临床症状的综合征。上气道解剖异常导致的气道部分或完全塌陷是其主要的发病机制 [23]，包括鼻腔阻塞(鼻息肉、鼻中隔偏曲、鼻甲肥大等)、咽腔狭窄、舌根后坠、下颌后缩等。被人们寄予厚望的针对OSAHS的精准治疗仍处于探索的早期阶段，其他的治疗措施包括口腔矫治器、手术等 [24]，目前OSAHS的主要治疗方法是CPAP，但是CPAP的依从性低，失败率高，鼻面部创伤或畸形者不适用。HFNC有与CPAP相似的的作用机制，即可以给予一定的气道正压，从而开放气道，减轻气道梗阻症状，而且舒适度及依从性都比较高。Gray等 [25] 通过测定在3D打印儿童气道模型中HFNC产生的气道压力，发现在闭口模型中，增加HFNC流量会导致气道压力呈二次曲线增加，在张嘴模型中，气道压力至少降低了50%。另外一项用HFNC替代CPAP治疗8名0~18岁OSAHS患儿的研究发现，接受CPAP治疗时睡眠呼吸暂停低通气指数(apnea hypopnea index, AHI) > 10次/小时，且治疗时间 < 2小时/晚(患儿依从性差)，使用HFNC后，5名患儿睡眠时间超过4 小时/晚(平均依从性为7小时10分钟 ± 0小时36分钟/晚)，并改善了AHI (平均2 ± 2次/小时)，另外3名不接受HFNC。尽管样本量较小，但在一定程度上说明了在对CPAP依从性较差的OSAS儿童中应用HFNC可以获得良好的依从性以及对OSAHS症状的改善 [26]，因此HFNC可用作不能耐受CPAP或者依从性差的儿童的替代治疗，但是张嘴呼吸会影响疗效。HFNC同样也可以应用于OSAS术后患者的管理。在一项用HFNC (流量20 l/min，氧浓度为40%)序贯治疗19名OSAHS术后患者(AHI平均为60 ± 12/次/h)的研究中，使用HFNC后，AHI平均降低了10.9次/小时，联合床头抬高30度后进一步平均降低了23次/小时，并且没有并发症发生，表明它可以作为一种替代CPAP的OSAHS术后气道管理策略 [27]，并且耐受性更好 [28]。因此HFNC与CPAP相比具有操作简单、耐受性好、依从性强等优点，可成为OSAHS儿童治疗的优先选择，但在成人中的应用研究有限，仍需要进一步的探索。

4.3. HFNC应用于撤机后的序贯治疗

有研究显示进行有创机械通气的危重病患者拔管后，序贯使用HFNC较常规氧疗更能改善患者氧合，促进痰液排出，然而能否降低再插管率争议较大。张鹏等 [29] 将163例有创机械通气患者，根据拔管后氧疗模式分为HFNC组和传统氧疗组，HFNC组根据病人的耐受性，气体流量由35 L/min逐渐增加到60 L/min，温度设定在34~37摄氏度，设定最低吸入氧浓度以维持血氧饱和度在0.95~0.98，传统氧疗组采用一次性氧气面罩或鼻导管吸氧，氧流量为5~8 L/min，同样维持血氧饱和度在0.95~0.98，结果显示HFNC组脱机失败率4.9%明显低于传统氧疗组16.0%，重症监护室住院天数明显短于传统吸氧组，HFNC组再插管时间明显长于传统氧疗组，传统氧疗组气道分泌物清除能力低于HFNC组，此项前瞻性研究结果说明拔管后序贯应用HFNC可降低拔管失败率，减少并发症，缩短重症监护室住院时间。但是据一项针对29名肝移植术后拔管患者的回顾性研究显示，与传统氧疗相比，在受试者中早期应用HFNC并未降低拔管后低氧血症的发生率，并且未改变拔管失败的发生率、重症监护室住院时间和28天死亡率 [30]。另外一项在220名接受腹部大手术的患者中进行的多中心随机对照试验结果显示，与标准氧疗相比，预防性应用HFNC并未明显减少拔管后1小时低氧血症发生率，7天内肺部并发症发生率、住院时间和住院死亡率没有显著差异 [31]。不同的研究结果无法说明HFNC在拔管后序贯治疗中的有效性，从而限制了其在临床实践中的应用，这可能与患者本身的基础疾病不同、样本量较小等有一定关系。在对比HFNC与无创通气应用于拔管后疗效方面，朱正方等 [32] 进行了一项相关研究，将49例拔管患者,分为HFNC组(25例)和无创通气组(24例)，分别于序贯治疗12、24、48 h，对比两组的痰液粘稠度、动脉血氧分压及1周内患者鼻面部压伤情况，结果显示HFNC组三项指标均优于无创通气组，说明拔管后采用HFNC序贯治疗对比无创通气是有一定优势的，此项研究不包含再插管率。针对众多前瞻性研究结果的不尽相同，Granton等 [33] 进行了一项关于将HFNC与其他非侵入性氧疗方式进行比较的Meta分析，此项研究纳入了八项随机对照试验(共1594名患者)，分析结果显示，与传统氧疗相比，HFNC可减少再插管率，与无创通气相比则没有优势。因此在针对撤机后患者的序贯氧疗中，如果合并轻中度I型呼吸衰竭，尤其是伴随痰液粘稠或者不能耐受无创通气，首选HFNC可以迅速改善氧合、促进痰液排出、减少压伤。另外有研究证实与单独使用HFNC相比，拔管后交替使用HFNC和无创通气可以降低再插管的风险 [34] [35]。

4.4. HFNC在呼吸系统有创操作中的应用

在呼吸系统有创操作过程中时常伴有血氧饱和度的下降，操作过程中的氧疗可以减少低氧血症的发生，HFNC已被证实在某些呼吸道操作中可以充分改善氧合，并且与传统氧疗相比具有临床优势。有研究表明在可弯曲式支气管镜检查中，低血氧饱和度组比高血氧饱和度组有更多的支气管镜检查后呼吸和发热不良事件，支气管镜检查时低血氧饱和度水平是检查后呼吸不良事件发生的独立危险因素 [36]。因此在支气管镜操作过程中维持正常的血氧饱和度可以有效减少操作后一些并发症的发生。一项单中心、前瞻性随机对照试验将需要诊断性支气管镜检查的812名患者随机分配到改良HFNC氧疗组或传统氧疗组，HFNC组在支气管镜操作中单次血氧饱和度 < 90%的患者比例显著低于传统氧疗组(12.5% vs. 28.8%, p < 0.001)，同时HFNC组检查时及检查后5分钟最低血氧饱和度也明显高于传统氧疗组，两组之间的吸入氧分数没有显著差异 [37]。Sharluyan等 [38] 将104名接受纤支镜检查的1个月至16岁的患者随机分配接受常规氧疗或HFNC，结果显示HFNC组发生轻中度低氧血症(90% < 血氧饱和度 < 94%，持续时间 < 60 s)的可能性低于传统氧疗组，严重低氧血症(血氧饱和度 < 90%和持续时间 > 30 s)组间差异无统计学意义，接受支气管肺泡灌洗的患者在HFNC中更少出现血氧饱和度降低。Sampsonas等 [39] 进行的一项meta分析纳入了六项随机对照试验(共有1170名患者)以评估HFNC在支气管镜检查中的潜在有利影响，分析结果显示HFNC比传统氧疗可以减少低氧血症事件和相关的支气管镜前后并发症，而且HFNC改善低氧血症的作用在操作结束后10分钟持续存在。另外有研究显示与HFNC相比，在支气管镜检查中，无创通气能保证更好的氧合结果，对于低氧血症更严重的急性呼吸衰竭患者应首选无创通气，但是在血氧饱和度稳定的情况下，HFNC耐受性更好 [40] [41]。因此在行支气管镜检查期间，优先选择使用HFNC可提供最佳的氧合，显著降低血氧饱和度下降风险，如果血氧饱和度进行性下降，及时更换为无创通气或者气管插管。HFNC在气管插管前的预氧和过程中也有一定作用，有研究证实在经口气管插管前无创通气联合HFNC进行预氧合，可能比单独使用无创通气更有效降低氧血症的严重程度 [42]，与简易呼吸球囊相比，使用HFNC预氧合并未改善非严重低氧血症患者插管期间的最低血氧饱和度，但导致插管相关不良事件减少 [43]，另外在持续监测中，简易呼吸球囊组插管前呼吸暂停阶段的血氧饱和度显著下降，而HFNC组则没有 [44]。鉴于临床中多数情况下气管插管的紧迫性，简易呼吸球囊辅助通气简单易行，是首选的预氧和方式，若条件允许，选择HFNC或者联合无创通气辅助通气可以起到更理想的预氧和效果。

5. 小结

HFNC作为一种非侵入性呼吸支持方式，由于其对呼吸生理学的独特影响而比其他氧疗方式具有明显的优势，与传统氧疗相比，提供的氧浓度高、流量大，可以迅速改善氧合，与无创通气相比，具有操作简单、耐受性好、并发症少等优点，易被患者接受，目前在临床上已广泛应用，指导临床HFNC应用的相关指南也已经发布，但是仍有许多问题亟待解决，如HFNC在治疗不同疾病时的初始参数设置、能否有效降低动脉血二氧化碳分压等，这都需要大样本的研究提供循证医学依据。另外HFNC目前在我国尚未纳入医保，同等时长治疗费用显著高于传统氧疗，这也限制了其在临床中的应用，现在市场上已有家庭版HFNC，为需长期家庭氧疗的患者提供了极大便利，尽管存在诸多问题，HFNC已成为一种新型且有效的方式，为临床医生提供了新的治疗手段。

NOTES

^*通讯作者。