急性呼衰上无创通气还是高流量氧疗

无创通气还是高流量氧疗

我们该如何恰当选择

翻译：潘文森藏千静

医院呼吸与危重症科

摘要对ICU收治的新发急性呼吸衰竭（ARF）患者的研究发现，选择高流量氧疗（HFOT）与使用无创通气（NIV）相比，可以降低患者病死率。因此对于这些患者而言，HFOT或许应该作为改善氧合的首选措施。HFOT获得良好的治疗结果，与其耐受性好和减少呼吸功耗有关，相关的生理学改变包括输送高浓度的氧、形成呼气末正压（PEEP）以及持续气流改善死腔通气。而应用NIV时，压力支持带来的大潮气量或许加重疾病已有的肺损伤，因此在新发生的急性呼吸衰竭患者建议谨慎使用。尽管近期有研究报道在免疫缺陷患者发生ARF时，应用NIV没有临床获益甚至有害，专家们还是推荐将其作为一线治疗措施。对于慢性呼吸衰竭急性加重和伴有呼吸性酸中毒的患者，NIV是改善氧合的最佳选择。但是，HFOT也显示可改善呼吸性酸中毒，因此需要进一步研究HFOT是否可以作为标准氧疗的一个替代选择。目前在ICU，尽管NIV仍被推荐用于术后ARF患者或防止拔管后呼吸衰竭的发生，但近期大样本的随机研究显示HFOT可以达到和NIV一样的效果。对于NIV和标准氧疗进行对比的研究，可以明确其各自的临床适应证。因此，需要进行针对NIV和HFOT进行对比的研究，来更好的明确其各自恰当的适应证。介绍呼吸衰竭是指呼吸系统发生一种或两种同时发生的气体交换功能障碍，导致氧合和/或混合静脉血二氧化碳清除异常的状态。急性低氧性呼吸衰竭（或新发呼吸衰竭）以急性低氧血症（通常定义为PaO2/FiO2比值mmHg）和呼吸频率增快为特征，常发生于不伴有慢性肺病、心源性肺水肿的患者。呼吸形态为大潮气量和高通气量，高碳酸血症并不常见。因此，治疗的目标是纠正低氧血症，减轻呼吸功耗，以及最终避免气管插管。但是，这个策略需要谨慎实施以防止插管延迟，这将都导致病死率增加。NIV在此类型呼吸衰竭的效果在不同研究并不统一，因此目前尚不推荐。而经鼻导管高流量氧疗在低氧性ARF患者的研究却显示出较好结果，使得其逐渐被推广。急性高碳酸性呼吸衰竭主要发生在有慢性呼吸系统疾病的患者，包括慢性阻塞性肺疾病的急性加重、肥胖-低通气综合征或胸廓异常。因为可以提供通气支持、避免插管和降低死亡率，因此NIV目前在这些疾病作为推荐的治疗选项。我们将在这篇综述讨论NIV和/或HFOT对于ARF的治疗。防止呼吸衰竭发生的预防性治疗不在本综述范围之内。临床研究：为什么在ARF治疗中选择HFOT而非NIV第一项比较HFOT和标准氧疗临床疗效的观察性研究发布于年，选择了20例伴有低氧血症的ARF患者。作者发现HFOT组患者舒适性更好，且呼吸频率和血氧情况均优于标准氧疗组。因为很少有针对HFOT潜在益处生理学基础的研究，第一个大样本随机对照研究纳入了例非高碳酸血症的新发ARF患者（呼吸频率＞25次/分，PaO2/FiOmmHg），针对标准氧疗、HFOT以及HFOT和面罩NIV结合三种不同治疗措施进行评价。研究最初的假设是HFOT结合NIV是最佳的治疗策略，疗效优于标准氧疗。主要的研究结果90天死亡率显示HFOT组（12%）与HFOT结合NIV组（28%）和标准氧疗组（23%）相比显著降低（P=0.02）。尽管插管率在三组没有显著性差异，但是在PaO2/FiO2mmHg的患者，HFOT显著降低了插管的风险。这项研究的结果对于在新发ARF进行NIV治疗提出了质疑，并建议HFOT可以考虑作为一线治疗选择。这是确认HFOT较标准氧疗显著降低ARF患者死亡率的第一项大样本RCT。对于NIV，考虑到疗效不确定的原因，近期欧洲/美国的临床操作指南均不推荐其在新发ARF的使用。尽管和标准氧疗相比，NIV或可降低插管风险，但是在以下的所有RCT中死亡率未显示差异。（表1）HFOT的生理学效应：HFOT如何带来临床收益HFOT结构简单，由一个空-氧混合器直接连接流量表（设定70L/min）组成，近期也有通过一个涡轮连接氧气流量表的方式。混合气体通过加温加湿器调整为37℃和饱和水状态（相对湿度%），最大氧浓度可达%。通过简单界面与患者连接（鼻塞或者鼻导管），给患者提供高流量气体并减少冷凝水蓄积。目前大部分ICU的呼吸机可以通过连接上述装置进行HFOT的治疗。HFOT时持续高流量气体作用于上呼吸道产生一系列生理学效应包括输送高浓度氧、产生PEEP以及冲洗出CO2改善死腔通气等。氧合和PEEP效应低氧性ARF的主要特征是吸气窘迫，并产生可高达30–40L/min的吸气峰流速。HFOT提供的高流量高氧浓度的混合气体在大多数患者可以满足其增高的吸气峰流速的需求，因此不会造成明显的空气稀释而引起吸入气体的氧浓度下降。在一项针对HFOT的生理学研究中，健康受试者分别接受标准面罩、防重复吸入面罩和HFOT三种装置进行氧疗，稳定后测试其咽部空气氧浓度。标准面罩组即使氧流量达到12L/min，FiO2仍旧低于0.6，当给受试者胸部捆绑加压模拟ARF时，FiO2继续下降低于0.5。同样条件下，防重复吸入面罩尽管没有显著FiO2降低，但最大FiO2不超过0.7。而HFOT在设定流量为40L/min时，FiO2可以达到0.85。HFOT的第二个效应是可以产生低水平的PEEP并可能改善氧合。这个正压作用于上呼吸道，并与输送的气流成正比例改变。但是，由于气体泄漏的原因，这个PEEP的水平变化较大。尤其当患者张口时，PEEP会显著下降。Parke等测量术后患者应用HFOT时不同流量下的鼻咽部正压。当受试者自主呼吸时，鼻咽部正压与HFOT流量呈线性相关，受试者闭口呼吸且流量为50L/min时正压超过3cmH2O，一旦开口呼吸则正压下降至低于2cmH2O。在心脏手术或低氧性ARF患者利用电阻抗断层摄影进行肺容量评估的研究发现，与标准氧疗相比，HFOT组呼气末肺容量显著增加，提示或与PEEP所致肺泡复张有关。临床研究发现，HFOT对于氧合的直接改善作用低于NIV，这或许与HFOT时较少PEEP的效应有关。在一项针对ARF患者的前导性研究中，从标准氧疗转换为HFOT后PaO2上升，但是PaO2/FiO2比值没有改变，提示血气分析氧分压的改善主要是由于FiO2的升高。相反，标准氧疗转换为NIV后，PaO2的上升同时PaO2/FiO2比值也显著上升，提示NIV主要通过PEEP改善肺泡复张来改善氧合。通气支持在低氧性呼吸衰竭，呼吸驱动增强并引起呼吸肌活动显著增加。然而，近期Brochard阐明自主呼吸也可导致肺损伤，所谓患者自发性肺损伤（patientself-inflictedlunginjury,P-SILI）。即使在没有任何通气支持的情况下，通过肺脏整体或局部压力的变化即可引发肺损伤恶化。HFOT可以减少呼吸功并减轻肺损伤。许多研究都发现在ARF患者从最初使用防重复呼吸面罩进行标准氧疗转为HFOT以后，通过食管压力变化（吸气相压力时间的降低）获得的呼吸功数据均出现下降。Mauri等认为这种呼吸状态的好转一定程度上与降低呼吸做功和肺顺应性改善有关。另一方面，持续高流量气流冲刷上气道，对死腔通气产生洗出效应并冲出二氧化碳。这可改善胸腔的机械特性，减少吸气功耗和分钟通气量需求。这些发现与以往HFOT降低呼吸频率和呼吸功的相关研究结果一致。舒适和湿化效应除了提供高流量氧之外，HFOT比NIV和标准氧疗具有更好的患者容受性。HFOT的加温加湿器提供和肺泡相同的生理环境，绝对湿度为水含量44mg/L。一项体外实验显示人上皮细胞暴露于HFOT可以避免湿度降低引发的一些不良效应，这包括上皮细胞功能降低和炎症反应增加。在临床工作中通过面罩进行标准氧疗时，为患者提供的气体是未经湿化的冷空气，或者即使使用气泡式湿化器，气体湿化也是不充分的，这使得患者上呼吸道变干燥并降低舒适性。但是，吸入气加温加湿防止分泌物变粘稠、黏膜纤毛清除作用失能、肺不张发生并产生临床效应还需要进一步研究证实。在低氧性ARF治疗，从NIV的有害效应到”保护性NIV”正如针对低氧性ARF的研究中发现，单独使用HFOT较HFOT和NIV交替使用死亡率显著降低，这提示NIV对此类患者或许存在不良效应。另外，研究中三组患者之间插管前治疗时间并无显著性差异，提示治疗结局的不同主要与氧疗策略相关而非插管延迟。未达最优的NIV：大潮气量的影响？NIV的有害性或许源于NIV未能被最佳使用。实际上在本研究中，NIV以较短时间进行间断性使用。使用较低水平PEEP（5±1cmH2O），压力支持较高（8±3cmH2O），并产生大潮气量（9.2±3ml/Kg预测体重，PBW）。但是，这些呼吸机参数和以往的研究几乎一致：压力支持9-11cmH2O，PEEP4-7cmH2O。以往大多数研究中，NIV是持续使用而非间断性。因为多数患者符合ARDS的诊断标准，所以PEEP水平（5±1cmH2O）看起来比较低。实际上，大约占3/4的新发ARF患者PaO2/FiO2＜mmHg，并且出现双肺浸润影。学者们发现这些在HFOT或者标准氧疗下能自主呼吸的患者应该被看作是已经处于ARDS的早期阶段，他们体内已有和接受有创机械通气的ARDS患者相似水平的炎症标记物。NIV对于低氧血症的有害影响源于大潮气量和低水平PEEP，并加重呼吸机相关性肺损伤（VILI）。大潮气量：治疗的结果还是病情严重的征象？我们对患者数据进行亚组分析，最终需要插管的患者在NIV开始治疗时潮气量显著高于不需要插管的患者，而两组患者NIV设置、疾病严重程度评分和呼吸频率并无差别。插管有关的因素包括低氧血症和潮气量超过9mL/KgPBW。另外一项观察性研究有相似发现，近半数低氧性ARF患者在接受NIV治疗时潮气量超过10mL/KgPBW，尽管初始目标潮气量为6-8mL/KgPBW。这两个研究提示大潮气量可能是由低氧血症引发呼吸驱动增强所致，这反映了基础呼吸疾病更为严重。但是，呼吸机参数设置或许也对这些患者的潮气量存在影响。一项生理学研究显示与持续气道正压通气（仅有PEEP）或标准氧疗相比，当给予压力支持时吸气做功显著下降。然而，压力支持增加带来潮气量显著增加，而与PEEP水平无关。因此，潮气量除了受低氧性ARF疾病严重程度所致呼吸驱动的影响外，还受压力支持水平的影响，这两个因素可共同导致肺泡过度扩张。实施NIV的新途径：保护性NIV？近期Patel等进行的一项单中心RCT发现，通过头盔进行NIV较面罩显著降低插管率，分别为面罩组61%和头盔组18%。表面看来连接界面具有重要影响，但是对呼吸机设置的分析发现两组有显著差别，头盔组PEEP较高而压力支持水平较低。考虑到之前的一项生理学研究中，采用头盔进行通气需要增加50%的压力支持水平才能达到与面罩相同的生理效应，此项研究头盔组仅需较低的压力支持水平（大约8cmH2O）令人惊讶。令人遗憾的是，头盔通气时不能常规地测量潮气量，在Patel等的研究中也未提供潮气量数据。但是，研究中低水平压力支持降低了跨肺压，并通过降低呼吸机辅助和潮气量减少了VILI的发生。另外，通过头盔进行NIV较面罩产生更高的PEEP（8vs5cmH2O），近一半使用头盔行NIV患者的PEEP在10cmH2O。有几项研究发现头盔更好被患者耐受，这使得患者得以更长时间和更高的PEEP的治疗。一项很有潜力的优化NIV实施的方法就是改变呼吸机设置，包括减少压力支持、增加PEEP水平及连接界面的改变如利用头盔来改善舒适度。但是，在低氧性ARF的治疗，还需要RCT来比较这种保护性NIV和HFOT的疗效。免疫抑制患者的ARF：NIV仍旧被推荐近期欧洲/美国指南推荐免疫抑制患者发生ARF时早期应用NIV。在21世纪早期，两项RCT报道NIV较标准氧疗降低了插管率和死亡率。但是，迄今最大的RCT，纳入例患者没能确认NIV的受益，发现NIV或单独氧疗结局相似。另外的一些针对免疫抑制患者的研究发现HFOT较单独NIV改善预后，并同时提示NIV有潜在性不利影响。HFOT应用逐渐增加，一项针对免疫抑制患者前瞻性国际性观察性研究中，改善氧合的一线治疗措施分别是标准氧疗（54%）、NIV（26%）以及HFOT（20%）。矫正统计后，HFOT和插管率降低相关，但对于死亡率没有影响，而NIV对于插管率和死亡率没有影响。尽管对于这些患者还是标准推荐措施，但是将来需要进一步研究来确实最佳策略：NIV治疗与标准氧疗或高流量氧疗交替，还是单独HFOT更优。拔管后呼吸衰竭一些研究发现术后患者可以从NIV受益。实际上，NIV可以降低腹部或者胸部手术患者术后发生ARF的风险，近期欧/美临床实践指南也推荐在这些患者NIV可以作为一线治疗。但是，一项名心胸手术后患者的多中心、随机、非劣性研究，旨在比较HFOT和NIV对于预防或治疗ARF的作用。大约60%的患者出现了ARF，对于重新插管接受机械通气或转为其它治疗手段的发生率，HFOT不亚于NIV，发生率分别为27.4%和27.8%。相反，NIV不应该用于ICU计划性拔管后发生ARF的患者。两个RCT比较了NIV和标准氧疗的差别，分别发现NIV对于预后没有影响、在另外一项则发现NIV与增加的病死率有关。研究中有少数患者存在基础的COPD或者心源性肺水肿，但是NIV对于这部分患者拔管后呼吸衰竭是否有益尚未确定。NIV作为COPD引发急性呼吸性酸血症的一线治疗NIV在COPD急性加重期患者降低插管需求和病死率方面为患者带来益处。最近的欧洲/美国针对ARF行NIV的指南推荐对于因为COPD导致急性呼吸性酸血症（pH≤7.35）的患者进行NIV治疗。有一项很强的证据支持在pH7.25-7.35的患者行NIV治疗。大多数情况下最初1-4小时内，NIV即可改善pH和呼吸频率，并且这是应用NIV获得成功治疗的有效指标。NIV改善呼吸困难症状和减少插管需求，最重要的是改善存活率。临床收益还包括降低了院内肺炎的风险。专家建议在一些考虑插管或有创通气的复杂酸血症（pH≤7.20）或高碳酸血症昏迷患者可以尝试NIV，除非患者病情发生迅速恶化。实际上，即使在这部分患者，NIV也可降低病死率和插管需求。但是对于COPD急性加重期患者，NIV不推荐用于存在高碳酸血症（PaCO2升高）而没有酸血症或者作为一种措施来预防呼吸性酸中毒的发生。HFOT在AECOPD患者的生理学效应在AECOPD患者治疗过程中最主要的生理需求是通气支持。HFOT通过产生PEEP效应减少了呼吸功耗，同时通过冲刷上气道减少了功能死腔而降低PaCO2。潮气量增加和呼吸频率降低也是HFOT在急性II型呼吸衰竭患者降低呼吸功的生理学效应基础。很多生理学研究发现HFOT治疗可带来稳定期COPD患者PaCO2下降。同时，这种作用在HFOT呈现流量依赖性的特点。有意思的是即使患者分钟通气量下降了，PaCO2下降依然出现，提示这种作用是通过对呼吸道的冲刷而降低死腔通气获得。另外一项对36例稳定期COPD患者的研究中发现，这种冲刷效应与漏气量和流量的增加相关。在一项随机交叉研究中（对比长期氧疗和30L/min、空气HFOT），确认了HFOT减少CO2重复吸入，并且在分钟通气量不变的情况下增加了潮气量、降低了呼吸频率，从而改善了呼吸状况。一系列研究表明在AECOPD患者也有相似的发现。HFOT是否有用武之地？实际上，前期关于HFOT对于ARF进行的研究并未纳入伴有高碳酸血症的群体。这方面至今只有一些小规模的研究或者病例报道。但是，在急诊科进行的比较HFOT、标准氧疗和NIV对于ARF的研究中，纳入的患者病因多样，其中即包括AECOPD患者。一项RCT对于收入急诊科需要NIV治疗的呼吸衰竭患者，进行了HFOT和NIV的对比研究，其中占比最大的就是COPD患者（39%）。主要研究目标是治疗失败率，以72h内患者需要气管插管或者实施替代治疗为治疗失败标准。主要研究结果显示HFOT不亚于NIV。尽管患者在基线时并不符合AECOPD伴发急性呼吸性酸中毒的诊断标准，但是患者已经有高碳酸血症和NIV的指证（研究者已确认）。有趣的是，患者对于HFOT的耐受性明显好于NIV。研究结果显示当NIV耐受差影响到继续治疗时，HFOT可以作为一项替代手段。一项针对33例伴有低氧血症和高碳酸血症COPD患者的回顾性研究发现，在标准氧疗和NIV治疗失败、或者不耐受NIV时选用HFOT治疗，在治疗开始1h和24h可观察到PaCO2改善。在另外一项观察性研究中，Lee等比较了HFOT和NIV对于88例伴有急性呼吸性酸中毒的AECOPD患者的治疗效果。HFOT设定气流量45-60L/min，NIV的PEEP设定为5cmH2O，压力支持以活动额7-10ml/Kg的潮气量为标准进行调整。两组间PaO2、PaCO2、插管率和病死率（大约分别为26%和17%）没有显著差别。这些研究结果虽不足以确认单独HFOT治疗伴有急性呼吸性酸中毒的AECOPD患者的治疗地位。但是HFOT可以认定为标准氧疗的一种替代手段。将来的研究应该着眼于HFOT结合NIV的治疗策略，与单独NIV相比是否能够减少NIV应用和缩短住院时间。结论大量的证据确认了NIV在伴有呼吸性酸中毒AECOPD患者的一线治疗地位。NIV在胸、腹部术后发生呼吸衰竭的患者仍被推荐，但是在心胸手术后呼吸衰竭的患者，HFOT和NIV效果相当。在ICU计划性拔管后呼吸衰竭患者，NIV因为或许增加病死率并不为推荐。相似的是，NIV的治疗收益在低氧性ARF并不确定，而在降低严重低氧血症患者病死率和插管率方面，HFOT显示出更好的效果。令人矛盾的是，即使近期有研究存在确定性的争议，NIV在免疫抑制患者呼吸衰竭早期仍旧保持了推荐意见。未来急需进一步研究来评估HFOT在氧疗的地位、以及HFOT结合NIV或者HFOT单独应用在发生呼吸衰竭的免疫抑制患者和呼吸性酸中毒的AECOPD患者的效果。

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本文编辑：佚名
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