中华急诊医学杂志  2019, Vol. 28 Issue (11): 1400-1406   DOI: 10.3760/cma.j.issn.1671-0282.2019.11.013
高流量氧疗降低机械通气患者拔管失败率的研究
夏婧 , 杨婷 , 李美菊 , 刘晓雪 , 钱传云     
昆明医科大学第一附属医院急诊科 650032
摘要: 目的 对比研究高流量鼻导管氧疗(high flow nasal catheter oxygen, HFNCO)技术在降低机械通气患者拔管后48 h内拔管失败率、再插管率及相关并发症的发生率的作用。方法 采用前瞻性、单中心、随机对照研究方法,选取昆明医科大学第一附属医院ICU中77例机械通气治疗时间≥48 h并达到自主呼吸实验(spontaneous breathing test, SBT)条件的患者。进行30 min SBT时利用超声筛选出肺部超声评分(lung ultrasound scores, LUS)≥14的患者,在拔管后随机(随机数字法)接受不同方式的氧疗。根据氧疗方式分为传统氧疗组、无创正压通气(noninvasive ventilation, NIV)组和HFNCO组,比较三组患者拔管后氧疗效果及转归。计量资料采用均数±标准差(Mean±SD)表示; 计数资料采用率(构成比)表示。正态分布计量资料两组间采用两独立样本t检验,多组间比较采用完全随机设计资料的方差分析,两两比较采用LSD-t检验,计数资料比较采用χ2检验,以P < 0.05为差异有统计学意义。结果 两组患者性别,年龄等一般情况比较差异无统计学意义(P > 0.05)。NIV组和HFNCO组患者拔管后48 h内拔管失败率(14.29%,15.38% vs 34.87%)、再插管率(10.7%,11.54% vs 21.74%)较传统氧疗组低; 传统氧疗组患者的机械通气时间[(24.33±4.42)d vs (8.58±1.09)d,(8.37±2.43)d],抗生素使用时间[(19.21±4.37)d vs (8.34±2.54)d,(7.41±1.06)d]和ICU入住时间[(27.27±4.24)d vs (10.38±2.07)d,(9.44±0.79)d]均较其他两组患者延长(P < 0.05)。结论 拔管后使用HFNCO或NIV治疗均能有效降低拔管失败率及再插管率,减少机械通气时间、ICU入住时间和抗生素使用时间。两者之间的临床效率无差别。但由于HFNCO与NIV相比,能有效降低呼吸频率,避免CO2的蓄积,在临床上有更大的应用前景。
关键词: 肺部超声    机械通气    拔管    高流量鼻导管氧疗    
High flow oxygen therapy reduces the rate of extubation failure: a prospective clinical study
Xia Jing , Yang Ting , Li Meiju , Liu Xiaoxue , Qian Chuanyun     
Abstract: Objective To evaluate the effect of high flow nasal catheter oxygen (HFNCO) therapy on extubation failure rate, reintubation rate, and incidence of related complications within 48 h after extubation in mechanically ventilation patients. Methods A prospective, single-center, randomized controlled trial was conducted in the ICU of a teaching hospital affiliated to a medical university. A total of 77 patients with mechanical ventilation duration of≥ 48 h and met the condition of spontaneous breathing test (SBT) were selected. The patients whose LUS≥14 at 30 min of SBT were enrolled, and were randomly (random number) divided into 3 groups according to different oxygen therapies: the traditional oxygen therapy group, the noninvasive ventilation (NIV) group, and the HFNCO group. The effect of oxygen therapy and outcomes after extubation were compared among the three groups. The measurement data were presented as the mean±standard deviation (SD), and the numeration data were expressed as ratio or constituent ratio. The independent sample t test and LSD-t test were used for the comparisons between the two groups and the one-way ANOVA for differences between multiple groups. The differences between enumeration data were assessed by chi-square test. A P < 0.05 was considered statistically significant. Results There was no significant difference in gender, age and other general conditions between the two groups (P > 0.05). The NIV group and HFNCO group had lower extubation failure rate (14.29%, 15.38% vs 34.87%) and reintubation rate (10.7%, 11.54% vs 21.74%) than the conventional oxygen therapy group (P < 0.05). In addition, the traditional oxygen therapy group had longer mechanical ventilation duration [(24.33±4.42) d vs (8.58±1.09) d, (8.37±2.43) d], antibiotic use time [(19.21±4.37) d vs (8.34±2.54) d, (7.41±1.06) d], and ICU hospitalization time [(27.27±4.24) d vs (10.38±2.07) d, (9.44±0.79) d], all P < 0.05. Conclusions Treatment with HFNCO or NIV after extubation can effectively reduce the rates of extubation failure and reintubation, and improve the outcome of the mechanical ventilation. There is no difference in clinical efficiency between the NIV group and HFNCO group. However, compared with NIV, HFNCO can effectively reduce respiratory rate and avoid the retention of CO2, which has a wider application prospect in clinical practice.
Key words: Pulmonary ultrasound    Mechanical ventilation    Extubation    High flow nasal catheter oxygen therapy    

机械通气作为ICU中一项重要的技术手段,已经被临床医师熟练掌握并用于治疗各类疾病导致的急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS)并进行呼吸功能支持[1-2]。但同时,随着机械通气时间的延长,呼吸机相关并发率增高[3-4],对ICU患者的预后造成不良的影响[5]。因此,当患者的原发病得到控制、通气与氧合功能得到纠正时应尽早脱机拔管[6]。目前临床上推荐,患者只要成功通过30~120 min的自主呼吸实验(spontaneous breathing test,SBT),就视为达到脱机拔管的条件,应给予脱机拔管[6-7]。但研究发现,成功通过SBT的患者中仍有15%~30%的患者在拔管后48 h内发生呼吸衰竭需要再次插管或使用治疗水平的无创正压通气(noninvasive ventilation,NIV)进行通气[7]。另外,患者若在拔管后的48 h之内死亡,也视为拔管失败[7]

传统脱机拔管流程是在拔除气管导管后直接给予面罩/鼻导管进行序贯氧疗,根据患者氧合状况调节氧流量保证患者的正常氧合。同时逐渐降低吸氧流量,最终过渡到患者可以在吸入空气的状况下维持良好的氧合时停止氧疗。有几项研究建议,合并某些疾病的患者在拔管后使用NIV,可以降低其拔管失败率[8]。包括首次SBT失败的慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)患者、反复SBT失败的[7]患者和术后患者[8]。另一些研究又显示,NIV对所有拔管后出现的急性呼吸衰竭并没有改善其临床结局[9]。还有学者认为,拔管后NIV使用频率的增加对定义脱机成功或失败造成了困扰[9]。高流量鼻导管氧疗(high flow nasal canal oxygen, HFNCO)这项新技术是近年来临床医生关注的热点。有研究显示,使用HFNCO通气能有效降低呼吸衰竭患者的呼吸频率,改善胸腹协调,减少呼吸做功,降低呼吸肌疲劳发生的风险[10-12]

因此,本研究旨在对比拔管后48 h之内NIV及HFNCO和传统氧疗相比,是否能有效降低此类患者拔管失败率,改善拔管结局。

1 资料与方法 1.1 一般资料

经过医院伦理委员会批准[(2016)伦审L第2号],并在纳入前取得患者家属签署的知情同意书后,于2014年10月至2017年1月,在昆明医科大学第一附属医院ICU内共纳入机械通气患者303例。经过纳入、排除标准的筛选,最终有210例患者达到条件进行SBT。其中18例没有通过30 min的SBT,192例通过了30 min SBT的患者在SBT结束时进行肺部超声评分(lung ultrasound scores,LUS),筛选出77例LUS≥14的患者,将这部分患者按随机数字法进行随机化分组(图 1)。

图 1 患者纳入情况 Fig 1 Patient enrollment flow chart

排除标准:⑴年龄 < 18岁; ⑵气管切开; ⑶损伤平面≥T8的全瘫和截瘫; ⑷中重度COPD(FEV < 50%理论数据)或既往慢性呼吸系统疾病; ⑸妊娠; ⑹无法获得合适的声窗(皮下气肿、气胸、过多的敷料、开胸术); ⑺SBT结束前自行拔管。

1.2 仪器与设备

超声机(GE床旁超声机,中国通用电器商务公司); 动脉血气分析仪(GEM Premier 3000,美国实验仪器公司); 高流量加温加湿器(Fisher-Paykel®,德国); 高流量鼻导管(Fisher-Paykel®,德国)。

1.3 研究方法

本研究是一项前瞻性、单中心、随机对照性临床观察研究。

1.3.1 LUS评分

根据如图 2所示的特征性影像表现进行评分。双侧肺,每个区域评分在0至3分, 同一个区域内取所有肋间隙观察到的最严重的超声图像作为该区域的评分,结合12个检查区域,总评分在0至36分之间。LUS≥14分提示存在拔管失败高风险[13]

A: 0分; B:1分; C:2分; D:3分 图 2 肺部超声影像表现 Fig 2 Ultrasound imaging of the lungs
1.3.2 拔管后氧疗

传统氧疗组:拔管后给予传统氧疗方式(普通面罩或鼻导管给氧),根据患者需求自动调节氧流量。当患者出现:①增加面罩氧流量 > 9 L/min以维持SPO2 > 90%;②RR > 30次/min动用辅助呼吸肌、呼吸肌疲乏或出现呼吸暂停; ③主支气管阻塞; ④出现高碳酸血症PaCO2 > 50 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)以及pH < 7.35;⑤因呼吸状态导致血流动力学不稳定(HR > 120次/min, 收缩压 > 200 mmHg或者 < 90 mmHg, 出现心律失常、心搏骤停); ⑥因呼吸状态导致神经系统功能紊乱(低氧血症、高碳酸血症性脑病、烦躁、意识丧失、意识混乱、癫痫)时考虑拔管失败,需根据临床情况及时使用治疗性NIV或者再次插管。

NIV组:在拔管后48 h内使用预防性NIV呼吸模式,参数设置如下:通气模式为持续气道正压(CPAP)+呼气末正压通气(PEEP),PS水平5~10 cmH2O (1 cmH2O=0.098 kPa),PEEP水平5 cmH2O,FiO2 < 60%, 期间根据病情调整CPAP支持水平,48 h后, 如果患者RR < 25次/min, FiO2 < 40%和SPO2≥92%可考虑直接从NIV撤机。

HFNCO组:在拔管后48 h内使用HFNCO呼吸模式,参数设置如下:氧流量维持在50 L/min, 气体温度37℃,48 h后, 如果患者RR < 25次/min, FiO2 < 40%和SPO2≥92 %可考虑直接从HFNCO撤机。

患者接受预防性NIV和(或)HFNCO治疗时出现以下情况均视为拔管失败:①上述呼吸窘迫的表现; ②增加NIV治疗的频率和总时程; ③提升FiO2 > 70%才能维持SPO2;④预防性的NIV变为治疗性NIV; ⑤拔管后48 h内死亡。

1.4 观察指标 1.4.1 纳入前

① 人口学数据; ②入院诊断; ③SOFA评分; ④APACHEⅡ评分; ⑤LUS评分; ⑥机械通气的原因、机械通气开始时间; ⑦患者进行30 min时的LUS评分、血气分析结果。

1.4.2 主要观察终点

三组患者拔管后4 h、24 h、48 h的氧流量、LUS评分、血气分析结果。48 h内失败率、再插管率、入住ICU 28 d内机械通气时间、抗生素使用时间、ICU入住天数。

1.5 统计学方法

采用SPSS 20.0进行统计学分析。计量资料采用均数±标准差(Mean±SD)表示、计数资料采用率(构成比)表示。正态分布计量资料多组间比较采用完全随机设计资料的方差分析,两两比较采用LSD-t检验; 计数资料比较采用χ2检验。以P < 0.05为差异有统计学意义。

2 结果 2.1 一般资料

纳入患者的人口学特征、纳入前机械通气时间以及LUS评分均差异无统计学意义(P > 0.05),具有可比性(表 1)。

表 1 三组患者随机时基线指标比较(Mean±SD) Table 1 Comparison of baseline indicators at random in the three groups (Mean±SD)
指标 传统氧疗组(n=23) NIV组(n=28) HFNCO组(n=26) F/χ2 P
年龄(岁) 56.81±11.86 57.76±12.07 57.37±11.43 0.301 0.702
性别(男/女) 12/11 16/12 11/15 1.218 0.544
APACHEⅡ评分(分) 17.04±3.72 17.65±5.45 16.59±5.32 0.198 0.973
SOFA评分(分) 10.71±2.67 10.35±2.92 11.22±3.73 1.042 0.740
CPIS评分(分) 4.57±0.91 4.57±1.02 4.73±1.32 1.132 0.642
LUS评分(分) 15.94±5.07 15.21±6.19 16.24±6.18 2.542 0.084
收住原因(例) 2.465 0.651
  内科 11/23 19/28 16/26
  术后 8/23 7/28 7/26
  创伤 4/23 2/28 3/26
SBT前MV时间(d) 15.78±4.93 15.21±5.03 15.08±4.87 1.665 0.174
气管插管大小(mm) 7.50(7.0, 7.5) 7.50(7.0, 7.5) 7.50(7.0, 7.5) - -
FiO2 (%) 42.47±12.73 41.83±10.82 40.91±9.81 0.192 0.972
注:经χ2检验及经完全随机设计资料的方差分析,P > 0.05为三组间比较各项指标差异无统计学意义
2.2 治疗效果的比较 2.2.1 拔管48 h内患者的转归

与传统氧疗组患者相比,NIV和HFNCO组患者呈现拔管失败率(14.29%,15.38% vs 34.87%)、再插管率(10.7%,11.54% vs 21.74%)均较低的现象,差异有统计学意义(P < 0.05);NIV组与HFNCO组相比,上述结果差异无统计学意义(P > 0.05),见表 2

表 2 拔管48 h内患者的转归 Table 2 Patient outcomes within 48 h of extubation
转归 传统氧疗组 NIV组 HFNCO组 χ2 P
失败(例) 8/23 4/28 5/26 6.229 0.044
再插管(例) 7/23 3/28 3/26 7.346 0.525
使用治疗水平NIV(例) 4/23 1/28 1/26 6.995 0.030
注:经χ2检验4组患者除病死率差异无统计学意义外(P > 0.05),其余指标差异均有统计学意义(P < 0.05)
2.2.2 拔后患者氧合功能变化(表 3)
表 3 拔管后48 h内氧合功能变化(Mean±SD) Table 3 Changes of oxygenation function within 48 h after extubation(Mean±SD)
指标 SBT 30 min 拔管后4 h 拔管后24 h 拔管后48 h F P
LUS (分) 2.931 0.045
  传统氧疗组(n=23) 19.83±4.82 21.31±5.26a 23.3±5.29a 24.72±5.22a
  NIV组(n=28) 20.28±4.82 18.33±3.82 20.72±4.02 21.73±5.23
  HFNCO组(n=26) 19.72±4.73 20.54±5.72 19.92±3.82 20.43±8.82
RR (次/min) 4.012 0.037
  传统氧疗组(n=23) 26.82±4.72 25.73±3.24 22.73±4.19 19.82±4.19
  NIV组(n=28) 26.04±4.81 24.74±4.19 21.83±5.82 20.43±4.82
  HFNCO组(n=26) 25.37±4.07 18.53±3.83a 16.72±4.83a 15.83±3.82a
PaO2(mmHg) 8.928 < 0.01
  传统氧疗组(n=23) 121.72±13.82 108.32±11.21 101.38±12.31 102.62±10.27a
  NIV组(n=28) 123.71±10.17 125.82±11.25 121.82±13.21 122.06±10.31
  HFNCO组(n=26) 121.82±10.93 118.19±13.53 115.83±11.82 116.29±10.92a
PaCO2(mmHg) 2.981 0.044
  传统氧疗组(n=23) 37.82±10.82 38.82±11.27 39.73±11.32 39.42±9.47
  NIV组(n=28) 38.82±11.82 42.74±10.07a 44.07±8.24a 43.47±9.36a
  HFNCO组(n=26) 38.82±10.93 35.14±11.02a 35.82±10.72a 36.72±8.82a
注:经重复资料的方差分析; 主体内检验利用LSD-t进行两两比较,P < 0.05为差异有统计学意义; 与SBT 30 min比较,aP < 0.05;

三组患者SBT进行30 min后,拔管前患者的LUS、RR、DTF和血气分析结果差异无统计学意义(P > 0.05)。三组患者具有可比性。

传统氧疗组患者拔管后LUS的分值在拔管后48 h内呈现增加的趋势,差异有统计学意义(P < 0.05);NIV和HFNCO两组患者的LUS分值在拔管后48 h内变化差异无统计学意义(P > 0.05)。

传统氧疗组、NIV组患者和HFNCO组患者相比,在拔管后48 h之内RR明显增快,差异有统计学意义(P < 0.05);传统氧疗组和NIV组患者间RR的变化差异无统计学意义(P > 0.05)。传统氧疗组和NIV组患者在拔管后48 h内呼吸频率在4 h时为最高,与其他时间点比较差异有统计学意义(P < 0.05);与拔管前相比,HFNCO组患者在拔管后呼吸频率明显下降(P < 0.05),在48 h内呼吸频率变化不明显(P > 0.05)。

传统氧疗组和HFNCO组患者拔管后PaO2与拔管前相比均有所下降(P < 0.05),NIV组患者拔管后与拔管前相比PaO2变化差异无统计学意义,48 h内PaO2的变化差异无统计学意义(P > 0.05);三组相比,在拔管后48 h:NIV组患者PaO2水平在三组内为最高,HFNCO组患者PaO2水平次之,传统氧疗组患者在三组内PaO2水平最低(P < 0.05)。

NIV组患者拔管后48 h内的PaCO2水平是三组中最高的(P < 0.05);HFNCO组患者的PaCO2水平在拔管后48 h内各时间点均低于其他两组患者,差异有统计学意义(P < 0.05)。

2.3 机械通气时间及抗生素使用时间

和其他两组患者相比,拔管后28 d内,传统氧疗组患者的机械通气时间(24.33±4.42)d,抗生素使用时间(19.21±4.37)d和ICU入住时间(27.27±4.24)d,均较其他两组患者延长(P < 0.05)。其余两组患者上述指标差异无统计学意义(P > 0.05)(表 4)

表 4 各组拔管后28 d预后指标评价(Mean±SD) Table 4 Outcome relevant index at 28 days after extubation of each group(Mean±SD)
指标 传统氧疗组(n=23) NIV组(n=28) HFNCO组(n=26) F P
使用机械通气时间(d) 24.33±4.42 8.58±1.09 8.37±2.43 12.508 < 0.01
抗生素使用时间(d) 19.21±4.37 8.34±2.54 7.41±1.06 11.832 < 0.01
入住ICU时间(d) 27.27±4.24 10.38±2.07 9.44±0.79 15.801 < 0.01
注:经完全随机设计资料的方差分析,使用机械通气时间、抗生素使用时间、ICU入住时间差异均有统计学意义(P < 0.05)
3 讨论

机械通气是ICU中治疗急性呼吸衰竭的重要手段,然而机械通气相关并发症的发病率和病死率的增高与机械通气时间呈线性关系[14]。因此,掌握好机械通气的使用及撤离的时机,对于改善患者的预后起到了关键的作用[15]。脱机拔管失败往往是中枢神经系统、呼吸系统、循环系统等多层面功能障碍相互影响的结果[16-18]。研究显示,影响脱机拔管成功率的因素有:呼吸道的梗阻、心功能不全[19]、代谢和内分泌紊乱[9]、糖皮质激素的使用[20]、营养不良[9]、膈肌功能障碍[21]或是贫血[22]。患者拔管后机体在短时间内需要快速适应包括压力在内的新变化,在这一过程中如果患者合并上述病理情况,就有可能诱发一系列的病理生理学改变,形成恶性循环,导致器官功能衰竭,进而发生拔管失败。

有多项临床试验证实,超声在肺部病变的诊断评估方面的准确性是可靠的[23-24]。一项双中心前瞻性临床研究中使用肺部超声观察到,拔管失败的患者在SBT结束时肺失气化程度明显高于拔管成功的患者。提示利用LUS评分对患者SBT结束时肺部通气量损失进行评价在预测拔管失败中具有重要价值。该研究显示,LUS≥14分的患者拔管失败风险高[13]。同时,超声检查的优势在于避免患者过度暴露于辐射以及危重患者转运中的风险,并且可以对患者的病情变化进行实时动态评估[25]。这项技术在ICU中的应用价值日益凸显。

本研究纳入77例成功通过SBT且具有拔管失败高风险(LUS≥14)的机械通气患者,按照随机原则将其分为三组,三组患者分别在拔除气管导管后接受不同方式的序贯氧疗,对比后发现,三患者中使用传统氧疗的患者拔管失败率、再插管率、机械通气时间、ICU住院时间以及抗生素使用时间均高于其他两组患者。而上述结果在NIV组和HFNCO组的患者中没有显示出差别。提示对于具有拔管失败高风险的患者,拔管后给予NIV或HFNCO可以有效降低拔管失败率,改善临床结局[26]

进一步研究发现传统氧疗组在拔除气管导管后其氧合能力明显下降。SPO2和动脉血PaO2均不同程度地降低,且为三组患者中最低的。根据以往的研究,这一现象可解释为:SBT过程中发生的肺通气量的明显降低[13]以及在失去机械通气的正压支持后,患者肺脏通气进一步损失。本研究发现,NIV和HFNCO组的患者,在拔除气管导管后48 h内LUS的水平基本保持不变,而使用面罩/鼻导管进行序贯氧疗的患者LUS却呈明显增高趋势。提示在拔管后给予患者NIV或HFNCO能够使拔管后肺部的通气量损失程度减轻,有利于改善肺部通气,维持患者的SPO2和动脉血PaO2[27]。普通面罩/鼻导管给氧方式能提供的最大吸氧体积分数仅50%,且该方式给氧流量的增高是有限的(最大15 L/min)[28],而患者自主吸气努力的峰流速远远超过了普通给氧所能供给的氧气流速。因此,患者吸气越努力,外周空气混入越多,氧体积分数下降越快。面罩/鼻导管给氧时患者所吸入气体的氧体积分数实际上是不确切的。HFNCO最大给氧流速为60 L/min,当HFNCO给氧的氧流量达到35 L/min时,氧体积分数即可以稳定在100%[11-12, 28-29]。因此不难理解在本研究中,使用普通面罩/鼻导管给氧组患者在拔管后48 h内的氧分压明显低于使用HFNCO的患者。

同时,传统氧疗组患者的RR在拔管后的48 h内均高于使用HFNCO的患者。患者RR的增高反映了呼吸做功的增加。但笔者发现拔管后NIV组患者并没有因为正压通气的帮助使患者RR(呼吸做功)减少,该组患者RR与传统氧疗组患者相比差异无统计学意义。两组患者在拔管后最初4 h时的RR较24 h和48 h时要高,说明在拔管初期患者呼吸做功明显增加。而此时,NIV的使用,由于人机协调滞后的问题,加之无创通气面罩对患者面部的压迫感所造成的一系列精神紧张因素,在拔管初期虽然能够保证患者的通气量,但对于降低呼吸做功毫无帮助。众所周之,HFNCO氧疗的优势在于既利用高流速的氧气为患者提供一定水平(3~5 cmH2O)的正压通气[30-31],在增加吸气容量的同时形成一定水平的PEEP防止肺泡塌陷,又因为设备对高速气流的充分加温加湿,满足了患者对舒适度及氧气湿化的需求[9-11],充分的呼吸自由改善了患者的舒适度,使患者更容易精神放松,在维持肺部通气量的同时明显降低了患者的RR,同时降低了患者的呼吸做功[32]。Itagaki等[33]研究证实,HFNCO的使用可以显著减少中度呼吸衰竭患者的呼吸频率,改善胸腹协调性。本研究结果与之一致。

HFNCO氧疗技术的另一大亮点在于,高流速的氧气气流对上呼吸道的冲刷作用可以有效减少鼻腔、咽喉腔等解剖死腔中CO2浓度[11],从而避免CO2重复吸入以增加CO2清除率。本研究结果显示,拔除气管导管后单独使用NIV的患者出现了轻微的CO2潴留,而HFNCO进行序贯通气的患者PaCO2为三组中最低。

综上所述,在成功通过SBT并拔除气管导管后,对于具有拔管失败高风险地患者,使用HFNCO或NIV治疗均能有效降低拔管失败率及再插管率,减少机械通气时间、ICU入住时间和抗生素使用时间。两者之间的临床效率无差别。但由于HFNCO与NIV相比,能有效降低RR,避免CO2的蓄积,在临床上可能具有更大的应用前景。

参考文献
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