高流量鼻导管究竟能否产生气道正压？

高流量鼻导管（HFNC）有效产生气道正压研究。

作者：李医院危重医学科

来源：医学界急诊与重症频道

无创正压通气（continuouspositiveairwaypressure，CPAP）是治疗新生儿及婴幼儿急性呼吸衰竭，降低气管插管率的金标准疗法，其机理在于提供气道正压，降低气道阻力，增加功能残气量，通过支撑顺应性增高的小气道防止其塌陷，从而避免气体陷闭等等。但是CPAP有许多众所周知的弊病，例如难以为患儿顺利佩戴鼻面罩并保证其密闭性，同时面临着患儿无法长时间耐受、皮肤黏膜及鼻中隔损伤等。

做为近年来新起的替代CPAP进行呼吸支持的技术，高流量鼻导管（highflownasalcannula，HFNC）已经在儿科领域得到广泛的应用并证明了其治疗的有效性。更重要的是，该设备操作简单，无需复杂精密的仪器设备以及专业化的ICU人员支持，而且患儿耐受性良好，密闭鼻面罩带来的一系列常见并发症也不复存在。但直到今天，仍然有很多忙于临床工作的呼吸科及ICU医生，会对HFNC究竟能否产生气道正压持有疑虑。此文旨在对近年来公开发表的相关文献进行初步整理，以帮助大家解开这一困惑。

▍临床研究

最早的观察性研究是Spence等在医院（St.LouisChildren’sHospital）的新生儿ICU（NICU）中展开的[1]，咽内压（intrapharyngealpressure，IPP）测压管置入深度为鼻翼至耳垂连线距离，使用婴儿尺寸的鼻导管，并通过使用下颌托带或安抚奶嘴尽量保持闭口呼吸。共有14例平均孕30周，体重g的早产儿入选此研究，分别在CPAP和HFNC两种呼吸支持方式下进行比较。结果显示在1-5L/min的范围内，当气流速以1L/min为梯度递增，相应产生的平均IPP分别为1.7±0.3，1.7±0.2，2.6±0.3，3.8±0.4，4.8±0.5cmH2O，且与体重无关。气流速超过3L/min后可以产生一个理想的IPP水平，且两者呈线性相关（图1）。由于作者在达到5L/min后未进一步提高流量，因此无法判断更高流量下IPP是会继续升高还是会达到一个平台。

图1.左图为CPAP模式不同压力设置下IPP的监测数值，可以看到两者之间吻合良好，可证实IPP测量方法的准确性。右图为IPP与气流量呈现线性关系。

Wilkinson等[2]给18例平均校正后33.6孕周、体重1.Kg的早产儿进行了咽内压与HFNC流速（2-8L/min）关系的测定，测压管直径0.21cm，鼻导管外径根据患儿体重大小使用三种型号：0.14cm，0.19cm，0.27cm。压力的测定分别在口腔被动闭合（手指轻托下颌）及自然休息位两种状态下记录。结果提示咽内压与流速（图2）及体重之间有强相关性（P0.，r2=0.61）：流速每增加1L/min，压力升高0.8cmH2O；体重每增加1Kg，压力下降1.4cmH2O。但与其它主流研究不同的是，压力与是否闭口呼吸无关（图3），作者的解释是与经鼻腔导管周围的漏气相比，经口漏气量并不显著。至于不同流速下产生的咽内压，可以使用如下公式进行预测：咽内压（cmH2O）=2.6+0.8×F-1.4×wt（F为流速，L/min；wt为体重，kg），或者用单位体重表示为咽内压（cmH2O）=0.7+1.1×F（F=流速/体重，L/min/kg）（图4）。

图2.从一例患儿记录到的咽内压波动与气流量调整之间的关系。可明显看出随着气流量的增加，咽内压平稳升高。

图3.平均咽内压在口腔自然状态及被动闭合情况下并无明显差别。

图4.公斤体重下的流速与咽内压之间的线性关系。

Kubicka等[3]为27例婴儿（29.1-44.7孕周，体重-g）使用外径为0.2cm的鼻导管，流速则交由临床医生设定。闭口呼吸时口腔压（oralcavitypressure）与流速及体重均相关，对于≤g的婴儿，口腔压力与流速之间存在线性关系，8L/min的流速可产生最高4.5cmH2O的口腔压，如果张口，则任何流速都无法产生口腔正压。

在一项对二十五例患有毛细支气管炎的患儿（平均出生天数78.1天，体重5.3Kg）的前瞻性观察研究[4]中，Arora等给2个月的患者使用外径2mm，2~12个月患儿使用外径3mm的鼻导管。HFNC初始设置为1L/min，随后以0.5L/min的幅度间隔递增，直到临床显效或达8L/min，或者鼻咽压（nasopharyngealpressures，NP）达到8cmH2O。在6L/min以内，无论张口还是闭口，NP都呈现出随着气流量增加线性升高的特点（图5、表1）。继续提高气流速，NP虽仍然线性升高，但升高幅度减低（图6）。平均而言，每增加1L/min的气流速，NP增加0.45cmH2O。在张口/闭口两种呼吸方式下，测定到的NP数值存在差异，但只有在6L/min时才有统计学意义（张口时为2.47cmH2O，闭口时为2.74cmH2O，P0.）。平均3.4cmH2O的NP可明显改善临床症状。线性回归分析显示，NP的影响因素是流速而非体重或性别。

图5.鼻咽压随着气流速的增加而升高（左图为张口呼吸，右图为闭口呼吸）

图6.张口及闭口呼吸时，不同流速下的平均鼻咽压力（6L/min以上，鼻咽压力升高斜率下降）

表1.张口及闭口呼吸时，不同气流速下的鼻咽压力比较

Collins等[5]对用于小儿的两种不同的HFNC提供设备（FisherPaykel以及Vapothermi）进行比较：在2-6L/min的范围内，两种设备产生的咽内压无明显差异，均与流速呈线性关系（R2=0.9）。在7、8L/min的气流速下，Vapotherm分别产生平均4.7、4.9cmH2O的咽内压，FisherPaykel要低一些，分别为4.23及4.1cmH2O（P分别为0.04和0.05），这要归因于其配备了限压阀，但这种差异是否会对临床治疗产生影响尚不得而知。

不同于鼻咽或口咽等咽部压力测定，食道内压（esophagealpressure，Pes）能够反映胸腔内压，相对能更真实评估肺泡承受的扩张压力且为计算呼吸做功提供了可能。部分学者同样做了这方面的研究。

Milesi等[6]在1，4，6，7L/min四个水平的HFNC下，对21例不足六个月的呼吸道合胞病毒导致呼吸窘迫的患儿（平均1.5个月，体重4.3kg）同时测定咽内压（pharyngealpressure，PP）和Pes。各种流速下，呼气相的PP均为正值，而只有流速≥6cmH2O才能在整个呼吸周期中都保持PP为正压（图7）。平均PP与流速相关（r=0.65，P≤0.0），在7L/min的流速下其平均及呼气末压力分别达到4和6.5cmH2O（图8）。用体重将流速指数化后，与PP相关性更为显著（r=0.77，P≤0.0）：流速≥2L/kg/min产生的平均PP≥4cmH2O，敏感性67%，特异性96%，阳性预测值75%，阴性预测值94.5%。吸气相的Pes负压减小，提示呼吸做功的减少（图7）。

图7.一例患儿分别在1和7L/min的HFNC下记录到的PP和Pes曲线。在7L/min的高流速下，整个呼吸周期PP均为正压，Pes波动幅度亦显著降低，相应的压力时间乘积（PTPesinsp）减小，提示减少呼吸做功。

图8.1-7L/min的HFNC产生的最大及最小PP。*P0.05，**P0.01（与1L/min相比）

Hough等[7]对11例平均月龄3.17，体重4.76Kg的毛细支气管炎患儿的研究中，当流量从0.4L/kg/min（2L/min，HFNC关闭）增加到1.7L/kg/min（8L/min，HFNC启动），Pes从呼气末的-0.2±7.6cmH2O升高到6.9±2.1cmH2O（P=0.），从吸气末的-1.9±4.8cmH2O升高到-0.2±4.8cmH2O，相应增加了非重力依赖区的呼气末肺容积，但可能由于提供的流速过小，反映呼吸做功的指标--压力呼吸频率乘积（pressurerateproduct）并无明显变化（图9）。

图9.开放/关闭HFNC前后Poe（同Pes）及PRP（压力呼吸频率乘积）的变化。

Al-Alaiyan等[8]在早产儿中对比4，6，8cmH2O的nCPAP以及4，6，8L/min的HFNC，不同水平的HFNC产生的Pes均高于相对应nCPAP下测定的数值，但无统计学差异。

▍动物实验

上述的临床研究，无论是微创的鼻咽压力、口腔压力测定还是食道内压监测，虽然相对来说临床具有可操作性，但其提供的数据均不能严谨地代表真实的气道内压，并受到下列因素的影响：导管设计及留置方式使压力评估不够准确、气流导致的导管方向及位置的改变、测量系统的响应频率以及不同程度的漏气等等。Frizzola等[9]对13例新生幼猪（体重2-6Kg）使用静脉注射油酸的方式制作出急性肺损伤模型，分别使用面罩CPAP，高漏气（单鼻塞，singleprong，SP）及低漏气（双鼻塞，doubleprong，DP）HFNC进行重复测量的随机交叉实验。与临床实践相一致，HFNC流速设置在2-8L/min，CPAP压力范围2-6cmH2O，每次测定以2（L/min或cmH2O）的幅度递增/递减。通过手术操作在气管中部与气流方向相垂直置入一根充满液体的导管，用来动态监测气管内压，可相较于其它技术更为准确可靠的评估上述几种通气方式产生的气道压力变化（图10）。结果显示，CPAP设置压力与气管内压之间有非常强的线性关系（r2=0.99，P=0.02）。同样的线性关系也存在于低漏气（r2=0.82，P=0.04）和高漏气HFNC（r2=0.81，P=0.04）（图11）。整体而言，低漏气HFNC的平均气道内压要高于高漏气HFNC。

图10.低漏气HFNC（SP）实时监测到的典型的气管内压波动曲线。

图11.左图展示了CPAP模式下气道内压与设置压力之间的线性关系，右图为高漏气（SP）与低漏气（DP）两种HFNC方式下气道内压与气流速之间的关系。

▍体外研究

相对于活体研究而言，体外实验可以模拟出更多的可能性并进行精确的测定。Hasan等[10]使用新生儿肺模型对比常用的两种HFNC设备：FisherPaykel以及Vapothermi，在0-12L/min的流速范围内，设备内部（devicepressure，Pdevice），鼻导管（内径2mm）内（intraprongpressure，Pprong），气道近端（proximalupperairwaypressure，PUAW）测定的压力之间是否具有差异（图12）。他们模拟了轻度及中等程度鼻腔漏气以及口腔漏气这几种常见的情况。结果显示，无论是否漏气，随着流量的升高，两种设备各自的三个测压点的压力均逐渐上升，在8L/min以下，FisherPaykel产生的压力要高于Vapotherm，但由于安装有内置限压阀（35cmH2O），在8L/min以上压力反而要低于后者（图13）。Pdevice基本上不受漏气的影响，而下流压力--Pprong，PUAW对漏气高度敏感（图15）。最小漏气量下，Pprong在FisherPaykel和Vapotherm两种设备分别波动在Pdevice的22%-27%和20%-32%，PUAW会进一步降低约20%-30%（图14）。

图12.实验模拟图（Pdevice,devicepressure;Pprong,intraprongpressure;PUAW,proximalupperairwaypressure）

图13.最低漏气量时，两种设备的三个检测点压力：Pdevice，Pprong，PUAW随流速增加的变化趋势，左图为Vapotherm，右图为FisherPaykel。

图14.三张图分别展示了两种设备（FisherPaykel使用黑线条，Vapotherm使用灰色线条），不同流速下轻度及中度漏气量（分别以实线和虚线表示）下的Pdevice，Pprong，PUAW变化趋势。

图15.Vapotherm设备，最小漏气量，8L/min的气流速条件下，张闭口对Pdevice，Pprong，PUAW的影响。

Sivieri等[11]进行的离体实验使用模拟肺及气道模型，在连续变化的流量下，测定口腔不同程度闭合时不同鼻塞/鼻孔比率下的气道内压的变化情况（图16）。他们使用两种尺寸的新生儿鼻塞（外径3-3.7mm），以及七种尺寸的鼻孔（内径3-7mm，从1-3Kg婴儿测得的解剖学数据），进行不同的搭配，组合出13种鼻塞/鼻孔比率，范围在0.43-1.06，对应鼻孔横截面积的阻塞程度18~%（表2）。人工鼻孔与模拟肺相连，参数设置同样模拟1-3kg的婴儿：潮气量10ml，呼吸频率60次/分，吸气时间（Ti）0.35秒（对应的顺应性1.6ml/cmH2O，气道阻力70cmH2O/(L/sec)，与此年龄段正常或轻度受损的肺组织力学特征相似）。同样使用带有限压阀（30-40cmH2O）的FisherPaykel公司的HFNC，流速设置在1-6L/min，并模仿口腔完全闭合，部分闭合及张开几种情况下的导管内压及气道压力（图17）。

结果显示，随着流速的增加和鼻塞/鼻孔比率的增大，气道压进行性升高，在口腔完全或部分闭合的情况下，气道压要高于口腔完全张开时测得的数据。无论鼻塞/鼻孔比率如何，口腔开放状态下，6L/min的流速最高只能产生≤1.7cmH2O的气道压，1.00以及1.06的比率下，从导管内到气道的压力平均降低10.8±1.4cmH2O；口腔完全闭合时，同样流速在比率0.9时产生的气道压≤10cmH2O，0.86的比率下，平均导管内压从1.9±0.2cmH2O下降至1.0cmH2O的气道压；口腔闭合一半，比率0.9（堵塞85%以上）时，2L/min的气流就能使气道压快速升高至18cmH2O，6L/min时升高至24cmH2O并触发限压阀开放。流速2-6L/min时，气道压约比导管内压低4-5cmH2O（图17）。

表2.13种鼻塞和鼻腔尺寸的组合，以及对应的鼻孔横截面积的阻塞程度（百分比）

图16.实验设备模拟图

图17.通过模拟肺制作出的自主呼吸，Vt10ml，Ti0.35s，RR60bpm，流速4L/min，鼻塞/鼻孔比0.67，口腔完全闭合。气道压力用虚线表示，模拟肺内部压力用实线表示，用来模拟肺泡内压，在呼气末两者完全重合。

图18.a、b、c、分别为口腔完全张开，完全闭合及闭合50%的情况下，气道内压与流速之间的关系。虚线为特定鼻塞/鼻孔比率下的鼻导管内压。

▍安全性评估

截止目前很少有HFNC治疗带来不良反应的报道，例如医院NICU在3年多时间内对至少名婴儿使用HFNC，最高气流量达到8L/min，并未观察到任何不良事件[1]。

HFNC提供的气道压力水平受到多种因素的影响，主要是气流速度的大小、鼻导管直径与患者鼻腔孔径之间的比例关系、鼻腔解剖结构特征、是否张口呼吸及张口程度等等。当流速足够高，超过患儿自主吸气流速后，有望在整个呼吸周期中保持气道正压，从而将呼吸支持从自主通气伴呼气末正压（spontaneousventilationwithpositiveend-expiratorypressure，SV-PEEP）转变为自主通气伴持续气道正压（spontaneousventilationwithcontinuouspositiveairwaypressure，SV-CPAP）。

但临床对于患儿使用HFNC治疗最大的安全顾虑--气压伤，同样与此相关：传统的CPAP能够较为准确的监测并调节呼吸机的送气压力，呼气端的限压阀门可在特定压力下开放以释放气体，从而确保气道压力不至于超过预设范围。HFNC的漏气途径仅有鼻导管与鼻腔之间的空隙以及口腔，因此其提供的气道压力是无法人为控制的。这种既无法测量，变化幅度又可能很大的压力，增加了临床医生对肺过度膨胀风险的担忧。早在年，Spence医生[1]就建议研发一种在线压力检测计，能够通过类似“跳闸”的机制确保压力不会超过预设值。这一建议被FisherPaykel公司采用并整合到其产品中，但目前只能监测设备内部的压力，而无法做到准确评估并控制患者真实的气道内压力。从Sivieri研究[11]中看出，即使是很小的流量，在鼻塞/鼻孔比率过大，口腔闭合时仍然会产生难以预估的过高压力，从而导致肺过度膨胀乃至气压伤的发生。无独有偶，Wilkinson的研究[2]中，两名婴儿（体重分别为0.kg和0.kg）在8L/min的气流量下，鼻咽压力达到12cmH2O。相反，鼻塞/鼻孔比率过小或口腔开放又会导致漏气量过大，无法提供足够的呼吸支持。因此儿科医生在为患儿选用鼻导管及气流速上应该特别的谨慎以免严重不良后果的发生。

▍总结

综上所述，HFNC在婴幼儿中产生明确的气道正压这一点毋庸置疑，再结合其持续冲刷上呼吸道，消除鼻咽腔死腔通气等生理学作用，共同起到增加肺泡通气，改善氧合，减少呼吸做功，缓解呼吸肌肉疲劳的治疗功效。对于无法表述感受的婴幼儿来说，临床医生在设置流速的时候要考虑多方面的影响因素，为患儿提供合适的压力支持。

参考文献

[1]SpenceKL,MurphyD,KilianC,McGonigleR,KilaniRA:High-flownasalcannulaasadevicetoprovidecontinuouspositiveairwaypressureininfants.Journalofperinatology:officialjournaloftheCaliforniaPerinatalAssociation,27(12):-.

[2]WilkinsonDJ,AndersenCC,SmithK,HolbertonJ:Pharyngealpressurewithhigh-flownasalcannulaeinprematureinfants.Journalofperinatology:officialjournaloftheCaliforniaPerinatalAssociation,28(1):42-47.

[3]KubickaZJ,LimauroJ,DarnallRA:Heated,humidifiedhigh-flownasalcannulatherapy:yetanotherwaytodelivercontinuouspositiveairwaypressure?Pediatrics,(1):82-88.

[4]AroraB,MahajanP,ZidanMA,SethuramanU:Nasopharyngealairwaypressuresinbronchiolitispatientstreatedwithhigh-flownasalcannulaoxygentherapy.Pediatricemergencycare,28(11):-.

[5]CollinsCL,HolbertonJR,KonigK:Comparisonofthepharyngealpressureprovidedbytwoheated,humidifiedhigh-flownasalcannulaedevicesinprematureinfants.Journalofpaediatricsandchildhealth,49(7):-.

[6]MilesiC,BaleineJ,MateckiS,DurandS,CombesC,NovaisAR,CambonieG:Istreatmentwithahighflownasalcannulaeffectiveinacuteviralbronchiolitis?Aphysiologicstudy.Intensivecaremedicine,39(6):-.

[7]HoughJL,PhamTM,SchiblerA:Physiologiceffectofhigh-flownasalcannulaininfantswithbronchiolitis.Pediatriccriticalcaremedicine:ajournaloftheSocietyofCriticalCareMedicineandtheWorldFederationofPediatricIntensiveandCriticalCareSocieties,15(5):e-.

[8]Al-AlaiyanS,DawoudM,Al-HazzaniF:Positivedistendingpressureproducedbyheated,humidifiedhighflownasalcannulaas







































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