趙夢林、于婕綜述，祖凌云審校

經(jīng)鼻導管高流量氧療（high-flow nasal cannula oxygen therapy, HFNC）最初作為替代經(jīng)鼻持續(xù)正壓通氣（nasal continuous positive airway pressure, NCPAP）的呼吸支持手段，廣泛應(yīng)用于急性呼吸窘迫綜合征新生兒[1]，這種裝置可輸出21%～100%的穩(wěn)定氧濃度，37℃恒定溫度以及100%相對濕度的高流量氣體。作為一種新型無創(chuàng)輔助通氣方式，HFNC以其高流量氧氣輸送、精確的氧濃度調(diào)節(jié)及加溫濕化功能，能夠迅速有效地改善氧合，現(xiàn)已逐漸成為一種危重患者呼吸支持的替代性治療手段，廣泛應(yīng)用于急性低氧性呼吸衰竭、心胸外科術(shù)后、氣管插管拔管后以及睡眠呼吸暫停綜合征等。

急性心力衰竭（心衰）患者常合并低氧血癥。積極糾正低氧血癥、改善呼吸狀態(tài)可以提高心衰的治療效果，因此呼吸輔助支持是心衰的重要治療措施。HFNC在心功能不全患者中的治療優(yōu)勢逐漸突顯，但目前其在心衰中的應(yīng)用報道較少?，F(xiàn)就HFNC治療心衰的生理基礎(chǔ)、工作原理和作用機制展開綜述。

1 氧療應(yīng)用于心衰治療的生理學基礎(chǔ)

急性心衰是急性呼吸衰竭的常見原因。心衰患者常存在限制性通氣不足及彌散功能受損。急性左心衰竭時，左心房壓力升高導致肺靜脈壓、肺動脈壓升高，肺微血管壓力升高，位于肺泡壁內(nèi)的微血管容量增加導致肺泡順應(yīng)性降低、肺泡擴張能力下降，造成區(qū)域性低通氣和肺泡低氧，進而出現(xiàn)體循環(huán)動脈低氧血癥。心衰的呼吸輔助支持治療的主要目標在于維持組織的氧供。氧療手段可完全或部分替代自主呼吸，使呼吸功降低，并通過糾正缺氧改善冠狀動脈血供從而減輕心臟負擔。此外，通過提高吸入氧濃度，可以減輕或緩解低氧性肺血管收縮，從而降低肺血管阻力，減輕右心室后負荷。

2 經(jīng)鼻導管高流量氧療的組成

該設(shè)備主要包括使流量保持在設(shè)定值的流量感受器及渦輪系統(tǒng)（輸出裝置）、主動加熱濕化器、內(nèi)置加熱線路的呼吸管以及與患者端連接的鼻塞系統(tǒng)4個部分[2]。根據(jù)患者需求HFNC吸入氧氣濃度（fraction of inspiration O2, FiO2）可以設(shè)置為21%～100%，流量通?？梢栽O(shè)定在20～60 L/min。來自輸出設(shè)備的氣體經(jīng)加溫濕化器加熱和加濕，隨后通過加熱呼吸管輸送，經(jīng)過鼻導管吸入患者體內(nèi)。

3 經(jīng)鼻導管高流量氧療的作用機制

高流量輸送的溫暖和濕潤氣體具有良好的生理效應(yīng)。與其他標準氧療方法相比，HFNC具有許多生理優(yōu)勢，包括減少解剖死腔、增加氣道壓力、氣體充分溫濕化和FiO2恒定[2]。其作用機制主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

3.1 減少解剖死腔和清除二氧化碳（CO2）

心衰患者通常使用的氧氣面罩、無創(chuàng)通氣（noninvasive ventilation, NIV）接口都增加了解剖死腔，而鼻導管是唯一不增加解剖死腔的呼吸界面。解剖死腔的存在會造成CO2的重復呼吸，降低通氣效率。HFNC雖然是一種開放系統(tǒng)，但是從鼻導管輸送的高流量氧氣，可以在呼氣周期沖刷殘留在口鼻咽部解剖無效腔的呼出氣、沖洗CO2，減少其重新吸入，促進肺泡內(nèi) 氧氣（O2）和 CO2的交換，從而迅速提高氧飽和度，增加通氣效率，還可以改善胸腹呼吸同步性[3]。

3.2 產(chǎn)生氣道壓力和增加呼氣末肺容積

HFNC輸送的高流量氣體達到或超過了患者主動吸氣的最大吸氣流速，可以產(chǎn)生類呼氣末正壓（positive end expiratory pressure, PEEP）效應(yīng)，提供低水平的氣道正壓支持。PEEP使部分氣道擴張，有效降低吸氣阻力和呼吸做功，增加每分鐘通氣量；同時有利于肺泡擴張，并減少肺部通氣血流灌注失調(diào)。HFNC產(chǎn)生的咽部正壓隨氣體流量增加而增加，并受性別、體重指數(shù)和是否張口等條件的影響。一般情況下，流量與上呼吸道平均壓力的關(guān)系基本呈線性反應(yīng)[4]，當流量為30 L/min、40 L/min 和50 L/min 時，以鼻咽導管測量的鼻咽部平均氣道壓分別為（1.52±0.6）cmH2O（1 cmH2O=0.098 kPa）、（2.21±0.8）cmH2O和（3.1±1.2）cmH2O[5]。以電阻抗斷層掃描測量肺阻抗可以發(fā)現(xiàn)，相比較低流量氧療組，HFNC組的呼氣末肺容積更大[6]。目前，許多研究都證明了HFNC對輕、中度低氧性呼吸衰竭的有效性[2，3，7]，雖然HFNC在嚴重急性呼吸衰竭患者中應(yīng)用的報導較少，但對于成人嚴重呼吸衰竭的早期階段仍有一定應(yīng)用價值[4]。

由于HFNC可以有效改善氧合及提供低水平的PEEP，因此更適用于急性心原性肺水腫的治療。Carratalá Perales等[8]的研究顯示，相比于傳統(tǒng)氧療手段，HFNC用于NIV治療后仍存在低氧血癥和呼吸困難的急性心原性肺水腫患者，能夠顯著改善動脈血氣參數(shù)（血氧分壓和pH）并緩解呼吸困難等臨床癥狀，且耐受性較好。Roca等[9]開展的一項前瞻性研究證明，HFNC應(yīng)用于心衰患者可改善血流動力學。該研究以下腔靜脈直徑變化反映右心房前負荷改善，將HFNC流量設(shè)定為20 L/min或40 L/min用于紐約心臟協(xié)會（NYHA）心功能Ⅲ級心衰患者，結(jié)果顯示，其下腔靜脈吸氣塌陷率分別較基線水平降低20%和53%，撤離HFNC后，這一改變也隨之消失；同時該研究還觀察到，HFNC可降低患者的呼吸頻率。該研究提示，HFNC可以在不影響心輸出量的前提下，通過產(chǎn)生胸腔內(nèi)正壓和降低心臟前負荷，從而改善NYHA Ⅲ級心衰患者的血流動力學狀態(tài)。

3.3 溫濕氣體的生理作用

3.3.1 良好的舒適度和耐受性

HFNC的加溫、加濕功能可以為患者提供更好的舒適度和耐受性。雖然傳統(tǒng)的氧療裝置有時也應(yīng)用氣泡加濕器加濕輸送醫(yī)療氣體，但是緊急情況下氣體的絕對濕度仍然很低[約為（16±2）mg/L][10]。這種氣體往往使上呼吸道變得干燥，上皮細胞損傷，黏膜纖毛清除功能下降并改變黏液的生理特性，促進肺不張；支氣管接觸冷空氣可發(fā)生收縮痙攣，機體通過這種機制減少上呼吸道和氣管中的氣流來保護肺部免受干冷氣體的不良影響。最終引起不適癥狀，導致患者難以耐受。HFNC治療過程中可以使外界干冷氣體得到有效加溫加濕，達到人體最適溫度濕度，可減輕干冷空氣對呼吸道的刺激以及降低誘發(fā)支氣管痙攣的機率；加濕后痰液稀釋、纖毛運動活躍，氣道分泌物更易排出，這些都增加了HFNC的舒適度。HFNC 治療過程中患者的飲食、睡眠、交談及一般活動不受影響，這使患者更易配合治療。目前的證據(jù)證明了高流量氧療可提高呼吸窘迫患者的舒適度和耐受性[11]。

3.3.2 對分泌特性的影響

高流量干燥氣體誘導產(chǎn)生的高粘滯性分泌物可能引起致命的氣道梗阻[12]。HFNC輸送的溫濕氣體使呼吸道黏膜的熱量和水分散失降至最低，可保護和優(yōu)化黏膜纖毛轉(zhuǎn)運系統(tǒng)功能，包括促進氣體交換、分泌清除和維持宿主防御功能[13]。將氣體加熱至人體核心溫度（37℃），并將其加濕至飽和不僅有助于保留黏膜功能、最大限度地提高粘膜纖毛清除率，還可以維持分泌物的正常流變學和體積，而不會發(fā)生熱損傷[14]。這些特性有利于呼吸道分泌物的清除，從而減少肺部并發(fā)癥和促進肺功能的改善。

3.3.3 降低能量消耗

溫濕氣體可以節(jié)省機體因加熱和增濕氣體產(chǎn)生的能量消耗。在正常情況下（溫度為21℃，相對濕度為50%的房間），潮氣量為500 ml，呼吸頻率12次/min的成年人需要約156 cal/min用于氣體的加溫、加濕[15]。輸送溫暖潮濕的氣體不僅增強了患者的舒適度，而且減少了鼻子和上呼吸道的干燥，有助于避免冷而干燥氣體所造成的支氣管收縮[16]；高流量氧氣可對氣道起機械性支撐作用，提供與患者吸氣量匹配的流量，并顯著減弱與鼻咽相關(guān)的吸氣阻力，從而減少呼吸功[17]。此外，通過保持黏膜纖毛功能的完整性并使分泌物更容易排出，HFNC也可能減少咳痰所消耗的能量。HFNC節(jié)省能量消耗的作用對于心衰患者非常重要。

3.4 吸入氧氣濃度值更高、更穩(wěn)定

HFNC通過提供高于自發(fā)性吸氣需求的流量來維持高水平FiO2值，從而減少室內(nèi)空氣夾帶，這是標準鼻塞和面罩無法達到的。常規(guī)的氧療儀器，如文丘里面罩或儲氧面罩雖然設(shè)有防止CO2再次呼吸的氣孔，但當患者的通氣需求超過設(shè)備提供的通氣量時，患者將呼吸一部分大氣。因此，在傳統(tǒng)的氧氣供應(yīng)系統(tǒng)（低流量）下，實際的FiO2并不穩(wěn)定，通常都遠低于計算的預測值[18]。HFNC在高流量和閉口呼吸狀態(tài)時，所輸送的流量遠遠高于患者的自發(fā)吸氣量，因此實際FiO2接近預先設(shè)定的FiO2，在改善氧合方面更具有優(yōu)勢。通過監(jiān)測下咽部的壓力及氧氣、二氧化碳濃度，Ritchie等[19]觀察到，當輸送的氣體流量大于受試者的吸氣峰值流速時，所測量的實際FiO2值接近設(shè)定的FiO2值。而在FiO2相同的前提下，HFNC在改善氧合方面仍有優(yōu)勢。Maggiore等[20]將HFNC與文丘里面罩在危重患者氣管插管拔除后的表現(xiàn)進行對比，發(fā)現(xiàn)在FiO2相同的條件下，HFNC組的氧合指數(shù)明顯改善。同時證明HFNC可以降低PaCO2和呼吸頻率、改善舒適度并減少界面位移和氧飽和度下降的發(fā)生。 因此HFNC在避免患者再插管方面具有明顯優(yōu)勢。

Chatila等[21]觀察了慢性阻塞性肺病穩(wěn)定期患者分別應(yīng)用HFNC和低流量吸氧狀態(tài)下休息和運動時的血氧飽和度和血氧分壓，發(fā)現(xiàn)：與低流量吸氧組相比，HFNC組患者在休息和運動時的血氧飽和度和血氧分壓均有明顯的優(yōu)勢，并且患者運動時間更長[（10.0±2.4）min vs （8.2±4.3）min]，呼吸困難感受較少，平均動脈壓和心率更低。同時，在FiO2匹配的前提下，HFNC組患者的氧合較好，提示HFNC能通過改善患者氧合狀態(tài)增加其運動耐力，心衰患者氧合的改善可能會增加運動耐受性，但是尚有待于大規(guī)模隨機對照試驗來進一步證實。

3.5 對呼吸參數(shù)的影響

HFNC對呼吸參數(shù)的影響主要表現(xiàn)在：降低呼吸頻率、增加潮氣量、小幅度提高氣道壓力和減少呼吸功[22]。在健康志愿者中觀察到，HFNC可以在保持每分鐘通氣量平穩(wěn)的條件下增加潮氣量和減少呼吸頻率[23]。Corley等[24]也觀察到，HFNC可增加心臟手術(shù)后患者的潮氣量。對于急性肺水腫患者來說，這種肺容量和呼吸參數(shù)的變化可以產(chǎn)生持續(xù)正壓通氣樣作用，從而擴張水腫的肺泡并改善氧合、增加肺順應(yīng)性，減輕左心室后負荷。最近，Makdee等[25]開展的一項隨機對照試驗將急診科心原性肺水腫患者使用HFNC和傳統(tǒng)氧療的效果進行對比。試驗納入了128例患者（傳統(tǒng)氧療組 65例，HFNC組63例），HFNC組和傳統(tǒng)氧療組的呼吸頻率基線值分別為28.7次/min和28.6次/min。該試驗觀察到：HFNC組干預60 min后呼吸頻率明顯低于傳統(tǒng)氧療組，證實HFNC可以提供有效的氧合和舒適的體驗，且并發(fā)癥或不良事件的發(fā)生率最小。

目前越來越多的研究已經(jīng)報道了HFNC對于重癥監(jiān)護患者的益處。為了評估HFNC對于普通病房患者的治療效果，Pirret等[7]將HFNC應(yīng)用于普通病房中存在呼吸衰竭或有呼吸衰竭高危風險的患者，結(jié)果表明：HFNC能夠改善受試者肺功能，降低心率和呼吸頻率，增加血氧飽和度水平。該研究中的陽性結(jié)果意味著對于普通病房中未接受病危護理的患者，HFNC有望提高其護理效果、降低對重癥監(jiān)護的需求，并縮短住院時間。

3.6 降低再插管率和病死率

HFNC的PEEP效應(yīng)可在一定程度上減輕氣管插管拔管后肺泡塌陷，預防拔管后再插管和急性呼吸衰竭的發(fā)生，可作為拔管后序貫氧療的選擇。為了比較氣管插管拔管后不同氧療手段對患者氧合功能的影響，Maggiore等[20]進行的隨機對照試驗顯示：在拔管后期，相比于文丘里面罩組，HFNC組對于再次插管和NIV支持的需求度更低。一項納入310例患者的多中心隨機對照研究顯示：NIV和HFNC都會降低急性低氧呼吸衰竭患者的插管率，并且HFNC在第28天的插管率、無呼吸機天數(shù)等結(jié)局不劣于NIV。并且與標準氧療或NIV相比，HFNC不僅顯著降低重癥監(jiān)護室死亡率和90天死亡率，也顯著減少呼吸道不適和呼吸困難癥狀[26]。

目前已有多項研究證明，HFNC可以降低拔管后再插管高?；颊叩牟骞苈?，在預防再插管和拔管后呼吸衰竭方面的效能不劣于 NIV[20，26，27]。Hernández 等[28]比較了傳統(tǒng)氧療方案與HFNC應(yīng)用于拔管后再插管低危的患者，證實HFNC也能夠顯著降低拔管后再插管低?；颊?2小時內(nèi)再插管率。但是，應(yīng)用HFNC的適應(yīng)證及其向有創(chuàng)機械通氣轉(zhuǎn)換的時機仍有待于進一步研究。

4 結(jié)論

綜上所述，作為一種新型氧療手段，HFNC通過加溫濕化裝置使氣體維持人體最適宜的溫度、濕度，可以在提高舒適度的同時明顯改善心衰患者的氧合，研究證明其用于心衰所導致低氧血癥的治療是安全、有效的。HFNC在心衰所致呼吸衰竭的治療中展現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢和廣闊的前景，值得重視和推廣。

目前尚無針對HFNC在心衰不同進展階段中應(yīng)用的臨床研究，大多數(shù)研究缺乏心功能參數(shù)變化的數(shù)據(jù)和對患者遠期預后的評估。HFNC通過何種機制影響心功能、應(yīng)用及結(jié)束的時機、具體參數(shù)的選擇等問題仍無定論。我們期待大規(guī)模的隨機對照試驗可以為HFNC治療心衰提供更多的循證依據(jù)。相信隨著研究的進一步深入，我們對于HFNC的認識也會更加全面。

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