慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary diseases, COPD)是一种常见的以不完全可逆气流受限为特征的疾病, 严重危害人类健康。近年来, 经鼻高流量氧疗(high-fl ow nasal cannula, HFNC)作为一种新的呼吸治疗方法, 已广泛用于各种原因导致的I型呼吸衰竭、气管拔管后呼吸衰竭的预防及气管插管时预氧合等, 并取得良好的疗效^[1-2]。低流量吸氧是临床上COPD主要的氧疗方法, 故许多早期HFNC的研究均排除了COPD患者。但近年来有不少研究尝试使用HFNC治疗COPD患者, 本文就HFNC治疗COPD的研究进展进行回顾和总结。

1 HFNC治疗COPD的生理学基础

近年来, 多项临床及基础研究证实HFNC具有下列作用特点和生理学效应。①可控性精准给氧:与鼻导管及面罩等低流量氧疗相比, HFNC可提供高达60 L/min的气体流量, 从而避免吸气时空气的混入, 保证精确的吸入氧体积分数(21%~100%)^[3]。HFNC气体流量和吸入氧体积分数分开设置, 应用高流量气体的同时可设置较低的吸氧体积分数, 使HFNC治疗COPD在理论上具有可行性。②充分加温湿化: HFNC可提供37℃及绝对湿度44 mgH₂O/L(相对湿度100%)的加温湿化能力。通过充分加温湿化以增加黏膜湿度, 促进分泌物清除, 避免上皮损伤, 保护黏膜及纤毛功能, 改善患者舒适性^[4]。③减少解剖死腔:高流量气体持续冲刷鼻咽解剖死腔, 减少呼出气体再吸入, 增加肺泡有效通气量, 从而提高呼吸效率, 改善氧合, 缓解呼吸困难, 降低呼吸频率^[5]。Fricke等^[6]发现HFNC可以降低COPD患者的解剖死腔来缓解二氧化碳潴留。④低水平气道正压:HFNC治疗时, 鼻咽部及气道对高流量气体的阻力, 形成了一定的气道正压。Parke等^[7]发现流量每增加10 L/min, 闭口呼吸患者平均气道压增加0.69 cmH₂O, 而张口呼吸患者平均气道压增加0.35 cmH₂O。一定水平的气道正压可以改善氧合, 抵抗COPD患者内源性呼气末正压(PEEP), 减少呼吸功。

2 HFNC在稳定期COPD患者中的应用 2.1 改善运动耐量

由于呼吸困难和肌肉乏力, 稳定期COPD患者常以运动受限作为主要症状。肺康复有益于改善COPD症状, 而耐力训练是COPD患者肺康复的重要措施, 且患者的获益与训练强度有关^[8]。然而, COPD患者往往不能耐受康复训练中的高强度运动。运动诱导的呼吸困难最重要原因是通气量和通气需求的不平衡, 缺氧的发展和死腔增加使通气储备显得不足^[9]。

Chatila等研究对比HFNC和鼻导管氧疗对稳定期COPD患者运动耐量改善情况及心肺影响^[10]。静息状态下, 吸入氧体积分数相同时, HFNC氧合指标更好[血氧分压(128±34) vs (74±6) mmHg, P=0.05], 而血pH和二氧化碳分压差异无统计学意义。运动状态下(12 min蹬车运动), 部分鼻导管氧疗患者因氧饱和度低于90%需要增加氧流量, 而HFNC时患者氧饱和度均高于90%。相比与鼻导管氧疗, HFNC患者运动耐受时间更长[(10±2.4) vs (8.2±4.3) min, P < 0.05], 呼吸困难更少, 平均动脉压更低, 心率更慢。Cirio等^[11]发现在相同吸入氧体积分数下, 接受HFNC治疗的稳定期COPD患者恒定运动负荷试验耐受时间较文丘里组延长(109±104) s。同时, HFNC患者的氧饱和度更高[(95±3)% vs (89±3)%], 呼吸困难评分和腿部疲劳评分更低。

上述研究提示HFNC较鼻导管及文丘里面罩能更好地改善稳定期COPD患者运动耐量和症状。HFNC对运动耐量和呼吸困难症状的改善和氧合增加有关。相比常规氧疗, HFNC能保证吸入氧体积分数, 即使在患者吸气流速非常高时(比如运动)。在肺康复计划中, HFNC可能允许更长时间和更少症状的高强度运动, 对于稳定期COPD患者运动耐量的改善具有重要作用^[12]。

2.2 改善睡眠期间的通气和呼吸功

COPD患者解剖死腔增加, 需要更高的潮气量维持二氧化碳稳态, 然而气道阻力和呼吸频率的增加可导致动态肺过度充气, 使患者浅快呼吸。在睡眠期间, 肌肉松弛进一步增加气道阻力, 加重气体闭陷。Biselli等^[13]比较HFNC(20 L/min)和鼻导管氧疗(2 L/min)对稳定期COPD患者睡眠期间通气和呼吸功的影响。鼻导管氧疗时, COPD患者氧饱和度和经皮二氧化碳升高, 分钟通气量降低, 呼吸功稍减少。而HFNC治疗的患者分钟通气量下降和呼吸功减少更显著, 但经皮二氧化碳水平下降。该研究提示HFNC可以改善COPD患者睡眠期间的肺泡通气, 减少呼吸负荷。Nilius等^[14]认为HFNC降低COPD患者呼吸功的主要原因是降低了呼吸频率。

2.3 HFNC与无创通气(Non-invasive ventilation, NIV)的应用对比

NIV是目前COPD患者最常用的呼吸支持方法, 然而NIV具有皮肤损害、眼刺激、耐受性和舒适度差、影响进食和咳痰等缺点。Braunlich等^[15]对比不同流速(20、30、40、50 L/min)的HFNC、经鼻持续气道正压通气及经鼻双水平正压通气对稳定期COPD患者的影响。与自主呼吸相比, 不同流速的HFNC和两种经鼻无创通气均增加患者的潮气量, 降低浅快呼吸指数、呼吸功和呼吸负荷。与NIV增加患者分钟通气量不同的是, HFNC患者的分钟通气量下降。虽然分钟通气量下降, 但HFNC却可改善高碳酸血症, 这与呼吸道冲刷、死腔减少有关。HFNC降低二氧化碳具有流速依赖的特点, 流速从20 L/min升高至30 L/min时二氧化碳下降最明显, PH明显升高, 但氧分压变化不明显。该研究同时发现HFNC治疗的舒适性和依从性明显高于NIV。

Pisani等^[16]通过测量跨膈压等发现, HFNC和NIV均可不同程度的显著改善稳定期高碳酸血症COPD患者的呼吸形式(降低呼吸肌负荷, 延长呼气时间, 降低呼吸频率, 增加潮气量), 减少吸气努力, 轻微降低血二氧化碳分压。上述研究显示了HFNC在稳定期COPD患者中应用的可行性, 对于NIV不耐受的稳定期COPD患者, 一定程度上可用HFNC替代。

2.4 HFNC在长期氧疗患者中的应用

长期氧疗可以改善COPD患者的预后, 降低病死率^[17]。与普通氧疗时吸入干冷气体影响黏液纤毛对分泌物的清除不同, 长期使用加温湿化的HFNC, 可降低COPD急性加重(acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease, AECOPD)的发作频率, 改善患者的肺功能和生活质量。Fraser等^[18]发现对于接受长期鼻导管氧疗的COPD患者, HFNC较鼻导管氧疗可降低经皮二氧化碳分压3.4 mm Hg, 缩短吸呼比, 降低呼吸频率3.8次/ min, 并增加潮气量和呼气末容积。Rea等^[19]对63例COPD患者随机使用日间HFNC(平均每日使用1.6 h)或常规氧疗1年。与常规氧疗相比, HFNC缩短急性加重持续时间达15.3 d, 并显著减少了急性加重的发生率和发作频率。在3个月和12个月时HFNC治疗的患者生活质量和肺功能亦明显改善, 且耐受性好, 未出现严重相关不良事件。

Braunlich等^[20]首次描述了需长期家庭氧疗的合并高碳酸血症COPD患者, 每天超过5 h的HFNC治疗6周后静息二氧化碳分压明显降低, 随后使用NIV可以维持二氧化碳分压水平正常。两种治疗方法对于降低二氧化碳的效果无明显差别, 长期使用HFNC疗效不会劣于NIV。上述研究初步显示了长期HFNC对于家庭氧疗依赖COPD患者的治疗价值、可行性和获益(如减少急性发作等)。对于NIV不耐受的稳定期COPD患者, 可以考虑HFNC长期替代NIV。然而, COPD患者每日需使用多长时间HFNC目前尚不明确。

3 HFNC在COPD合并急性呼吸衰竭患者中的应用 3.1 替代普通氧疗或NIV

2014年Okuda等首次报道了一位78岁女性AECOPD患者对NIV不耐受, 使用HFNC后气体交换等指标得以改善^[21]。Pavlov等^[22]使用HFNC治疗4例伴有严重Ⅱ型呼吸衰竭的AECOPD患者, 二氧化碳分压从74~100 mmHg降至40~68 mmHg, 4例均避免了气管插管和无创通气。此后, 类似的病例报道逐渐增多, Bräunlich等^[23]报道在38名PH < 7.38的AECOPD患者中, HFNC可以使pH上升0.052, 二氧化碳降低9.1 mmHg, 而在pH < 7.35的患者中HFNC的上述效果更加明显。Yuste等^[24]发现30名不耐受NIV的Ⅱ型呼吸衰竭患者在接受HFNC治疗后PH得到改善, 呼吸频率亦有一定程度下降, 治疗无反应率仅有13.3%。上述研究初步显示出HFNC治疗COPD合并急性呼吸衰竭的良好潜力。

Pilcher等发现, 和鼻导管氧疗相比, HFNC使无呼吸性酸中毒的AECOPD住院患者血二氧化碳分压降低1.4 mmHg, 呼吸频率降低2次/min, 而两组间氧饱和度差异无统计学意义^[25]。Lee等^[26]在一项入选92例合并中度Ⅱ型呼吸衰竭(7.25 < pH < 7.35) AECOPD的观察性研究中, 发现HFNC与NIV有类似的气管插管率和30 d病死率, 两组治疗6 h和24 h后血气参数亦无差别。本研究团队的研究亦发现, 对于COPD合并急性中度Ⅱ型呼吸衰竭, HFNC与NIV具有类似的治疗失败率和28 d病死率, 且HFNC需要更少的气道护理干预, 具有更低的皮损发生率, 及更好的治疗耐受性^[27]。因此, HFNC有可能成为COPD伴轻中度急性Ⅱ型呼吸衰竭NIV治疗的替代方式之一。

3.2 HFNC在COPD有创通气拔管后的应用

COPD患者脱离有创通气后, 高达23%的患者在拔管48-72 h内再次发生急性呼吸衰竭。拔管后给予NIV可以降低拔管后呼吸衰竭发生率并降低90 d病死率。王丽娟等^[28]报道一例90岁AECOPD患者, 有创-无创序贯通气后患者对NIV耐受性较差, 而鼻导管吸氧状态下二氧化碳潴留明显, 但患者对HFNC依从性较好, 二氧化碳潴留得到明显缓解(90 mmHg到60 mmHg)。Di mussi等^[29]发现在COPD合并急性Ⅱ型呼吸衰竭气管拔管后, 接受HFNC与普通氧疗相比呼吸频率、二氧化碳分压无差异, 但HFNC可以显著降低神经呼吸驱动(膈肌电活动)和呼吸功。Hernández等^[30]观察了在再插管高危人群中, 有创通气拔管后序贯HFNC或NIV治疗24 h的效果, 其中包括48例AECOPD患者。结果显示两组再插管率和拔管后呼吸衰竭发生率无差别, 但HFNC重症病房住院日短于NIV。Jing等^[31]进行的随机对照研究显示COPD有创通气患者拔管后随机给予NIV或HFNC治疗, 两组再插管率、28 d病死率、ICU住院时间等差异无统计学意义, 但HFNC组舒适性更好, 48 h内需要气管镜吸痰的患者也更少。因此, HFNC有望成为COPD患者有创通气拔管后理想的呼吸支持方式。

3.3 HFNC在NIV间歇期的应用

NIV的耐受性是影响NIV治疗效果的重要因素。患者常因佩戴面罩或鼻罩不舒适、幽闭感、咳痰、饮水及进食等情况中断NIV治疗^[32]。因此, NIV治疗的中断在COPD患者中是必然存在的, 可以缓解对NIV的不耐受, 亦可以用来评估脱离NIV的可行性。NIV治疗间歇期可达数h, 少有研究探索这段时间内理想的呼吸管理方案。Longhini等^[33]对比了HFNC和低流量鼻导管氧疗在COPD合并急性Ⅱ型呼吸衰竭NIV间歇期的应用疗效。结果显示, NIV、鼻导管氧疗及HFNC治疗时血二氧化碳分压无差异, 而鼻导管和HFNC治疗时血氧分压低于NIV治疗时; 鼻导管氧疗时的呼吸频率和膈肌增厚度显著高于NIV及HFNC, 而NIV与HFNC间差异无统计学意义; 而HFNC的舒适性优于鼻导管氧疗和NIV。提示HFNC在NIV治疗间歇期较鼻导管氧疗可以降低呼吸功, 改善治疗舒适性和耐受性。另一项包括Ⅱ型呼吸衰竭的随机对照研究显示, 在NIV间歇期使用HFNC较普通氧疗不能缩短NIV治疗时间, 但HFNC可以避免普通氧疗时出现的呼吸频率加快及呼吸困难^[34]。因此, HFNC可能成为COPD患者NIV治疗间歇期理想的补充治疗方式之一。

4 HFNC在COPD患者中应用的注意事项

HFNC在缺氧性呼吸衰竭患者中已得到广泛应用, 但HFNC失败后再行有创通气可能对患者有害。Kang等^[35]观察了175例HFNC治疗失败后气管插管的呼吸衰竭患者(含21例COPD患者), 相对于早期插管(开始HFNC48 h内), HFNC治疗48 h后再插管的患者病死率增加27.5%, 拔管成功率降低22.1%, 机械通气天数增加5 d。该研究提示HFNC治疗失败可能导致呼吸衰竭患者气管插管延迟, 临床预后更差。因此, 需要进一步临床研究来明确HFNC使用指征和安全范围, HFNC与NIV及有创通气恰当的过渡时机等, 以提高HFNC治疗的有效性和安全性。

HFNC近年来在呼吸衰竭患者的临床应用越来越广泛。对于稳定期COPD患者, 现有研究表明HFNC可改善运动耐量和睡眠期间的通气、呼吸功。长期应用HFNC可缩短COPD患者急性加重持续时间、延迟首次急性加重时间、减少急性加重发作频率, 提高患者生活质量和肺功能。对于COPD合并急性呼吸衰竭的患者, HFNC与NIV在预防有创通气或预防拔管后再发呼吸衰竭方面具有类似的治疗效果。HFNC在COPD急性呼吸衰竭NIV治疗间歇期较鼻导管氧疗可以降低呼吸功, 改善治疗舒适性和耐受性。但HFNC治疗COPD合并Ⅱ呼吸衰竭仍需更多高质量的临床证据支持, 目前国内外数项随机对照研究正在进行中。

利益冲突   所有作者均声明不存在利益冲突