高流量氧療應用于穩定期COPD的生理機制及研究進展

劉靜 蔣幼凡

重慶醫科大學附屬第二醫院呼吸內科400010

COPD 是一種嚴重威脅人類健康的呼吸系統疾病。其患病率高[1],且在我國的患病率呈逐年上升趨勢；其病死率較高,已成為我國部分地區引起死亡的第三大病因[2]。全球疾病負擔研究預計2020年COPD 將位居全球疾病死亡原因的第三位。其特征為不完全可逆的氣流受限,呈進行性發展,肺功能不斷下降,病程中常伴隨急性加重及呼吸衰竭,嚴重影響患者的生活質量[3]。COPD 患者通常伴氧合下降和通氣功能障礙,并且是其死亡的重要原因。改善氧合和通氣可降低病死率、住院率,改善患者生活質量。目前,穩定期COPD 合并呼吸衰竭患者的給氧策略主要是長期家庭氧療(long-term oxygen therapy,LTOT)和無創通氣。但各有其局限性。LTOT 包括鼻導管、面罩和文丘里面罩等吸氧方式。鼻導管吸氧具有經濟、方便、易于操作等特點,但當氧流量較大時,未經充分加熱和濕化的氣體將會造成鼻腔黏膜干燥、出血等情況。面罩吸氧雖能提供較高的氧濃度,但因舒適性欠佳,易造成患者耐受性差[4]。無創通氣可能導致面部皮膚損傷、眼睛刺激、幽閉感、胃脹氣、誤吸和排痰困難等并發癥,并且影響進食和交流,患者耐受性較差,臨床應用受限[5]。近期,加溫加濕高流量經鼻導管氧氣治療(heated and humidified high flow nasal cannula oxygen therapy,HFNC)作為一種新型的穩定期COPD 人群可選擇的呼吸支持方式,受到了越來越多的關注。

現就HFNC應用于穩定期COPD 中的生理學機制及研究進展予以綜述。

1 HFNC裝置

HFNC裝置由空氧混合器、主動加溫加濕器、單回路加熱管和大口徑鼻導管組成,能夠提供充分加溫加濕的空氧混合氣體,吸入氧氣分數可以設定為0.21至1.0,最高流量可達60 L/min[6]。因此,HFNC實施的簡單性和患者自身的舒適性,及其生理學效應,使HFNC 在穩定期COPD患者在家中或康復期間的應用成為可能。

2 HFNC的生理學效應

2.1 減少解剖死腔和清除CO2HFNC 提供的氣體流量超過人體自身呼吸所產生的流量,高流量氣體沖刷上氣道,能將在呼氣末時遺留鼻咽部的CO2沖洗干凈,從而減少生理無效腔,促進肺泡內O2和CO2的交換,減少CO2的重吸收,從而清除CO2。Braunlich等[7]的研究表明,HFNC能有效降低穩定期COPD 患者的PaCO2,其重要機制就是沖刷氣道和減少生理無效腔。

2.2 提供恒定的吸入氧濃度 傳統氧療裝置提供的氧流量達不到患者自身呼吸的吸氣峰流量,所以患者在吸入氧氣的同時將吸入部分空氣,導致實際的氧濃度不穩定。Ritchie等[8]觀察到,當輸送的高流量氣體超過患者主動吸氣的最大吸氣流速時,吸入氧濃度的實際值接近理論值。而高流量吸氧可以提供高達60 L/min的氣體流量,遠遠大于患者的自發氣體流量,因此能提供恒定的吸入氧濃度。

2.3 良好的加溫加濕 傳統氧療提供的氣體干燥未經加熱,可引起口鼻干燥、面部不適、眼部不適、鼻眼外傷、胃腸脹氣、誤吸等。而HFNC能提供與人體溫度相近、相對濕度100%、更為穩定的氣體,保護患者氣道黏膜纖毛功能,減輕患者不適感,從而提高患者對治療的依從性[9]。此外,通過HFNC 溫濕化后的氣體能促進氣道黏膜表面的纖毛運動,有利于分泌物的清除,還能減少患者的呼吸做功,降低患者的代謝率,增強肺的順應性,有利于減輕或緩解病情[10]。

2.4 呼氣末正壓(positive end expiratory pressure,PEEP)效應 雖然HFNC 是一種開放式系統,但從鼻導管輸入的高流量氣體可以克服呼氣阻力,在鼻咽部產生2～8 cm H2O(1cm H2O=0.098 kPa)的壓力,產生類似PEEP的效應,以此來對抗肺泡內產生的內源性呼氣末正壓,可促進肺生理復張和避免氣道塌陷[11]。HFNC 提供的氣道正壓隨著氣體流速的增加而增加[8,12],但可能與是否存在呼吸漏氣有關[13],且不管患者口腔閉合與否,均能保持氣道正壓狀態[14-15]。

3 HFNC在穩定期COPD患者中的應用

HFNC最初應用于新生兒ARDS的治療[16],現逐漸應用于成人[6],包括急性低氧血癥呼吸衰竭、COPD 急性加重期、睡眠呼吸暫停、急性心力衰竭等疾病及其他拒絕插管的情況。近來,越來越多的研究將HFNC 應用于穩定期COPD 患者中。

Fraser等[17]的一項短期隨機交叉研究對30 例穩定期COPD 患者進行了LTOT(鼻導管低流量吸氧,2～4 L/min)及HFNC(氧流量30 L/min),結果發現,與LTOT 相比,HFNC降低了PaCO2,增加了呼氣末容積和潮氣量,降低了呼吸頻率。除此之外,有其他研究顯示HFNC應用于穩定期COPD 患者可降低呼吸頻率[18],降低PaCO2[8],且具有流量依賴效應[19],能提高運動能力和生活質量[20]。以前的觀點認為,COPD 合并Ⅱ型呼吸衰竭的患者應慎用高流量氧療。近年來,有研究者認為,HFNC可作為COPD 合并Ⅱ型呼吸衰竭患者的氧療方式。Pisani等[21]的研究顯示,HFNC能顯著改善穩定期COPD 合并慢性高碳酸血癥型呼吸衰竭(chronic hypercapnic respiratory failure,CHRF)患者的呼吸模式,減少吸氣做功,降低PaCO2。短期使用HFNC對于穩定期COPD 患者的有效性和安全性在Vogelsinger等[22]進行的一項研究中得到證實,HFNC可有效糾正COPD 患者呼吸衰竭及高碳酸血癥,且氧氣消耗量比傳統氧療更低。在另一項Braunlich 等[23]的研究中,穩定期COPD 合并CHRF 患者先后進行6 周的HFNC(氧流量20 L/min)和無創通氣,結果表明,HFNC能顯著降低PaCO2,且HFNC組和無創通氣組水平差異無統計學意義。這使得HFNC 成為一種穩定期COPD合并CHRF患者可選擇的呼吸支持方式,可能代替無創通氣用于不能耐受無創通氣的患者,或與無創通氣聯合使用,以減少與面罩相關的不良反應。

為進一步研究HFNC 在穩定期COPD 中的長期療效,Storgaard等[24]將200 例重度COPD 患者隨機分為LTOT(對照組)和LTOT 聯合HFNC 組(實驗組),進行了12個月的治療和隨訪,結果發現,長期HFNC 治療減少了COPD 患者急性發作次數,降低了住院率,改善了癥狀。今后,HFNC有望進一步應用于穩定期COPD 患者的長期管理甚至家庭使用中[25]。

4 小結

HFNC因其良好的加溫加濕性,準確的吸氧濃度調節,能夠減少解剖死腔和清除CO2,產生PEEP效應等生理學特點,越來越多地應用于成人疾病中。這些生理學原理使得HFNC同樣適用于COPD 患者甚至穩定期COPD 患者,然而,HFNC在這一領域的應用仍有限。目前的研究顯示,HFNC應用于穩定期COPD 患者中可改善呼吸模式,降低PaCO2和呼吸頻率,緩解癥狀及提高生活質量,且與傳統氧療及無創通氣相比,具有更好的舒適性和耐受性。還需要更多的多中心、大樣本的臨床研究來探究HFNC 治療穩定期COPD 的遠期效果,形成明確的臨床應用指征。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突