一、HFNC的定義及其發展歷史
HFNC是指一種通過高流量鼻塞持續為患者提供可以調控并相對恒定吸氧濃度(21%~100%)、溫度(31~37 ℃)和濕度的高流量(8~80 L/min)吸入氣體的治療方式。該治療設備主要包括空氧混合裝置、濕化治療儀、高流量鼻塞以及連接呼吸管路[3]。結合國內和國際通用命名習慣,本共識統一采用"經鼻高流量濕化氧療"進行表述,英文簡稱為HFNC(圖1)。
圖1 經鼻高流量濕化氧療儀示意圖 人類開始氧氣治療的歷史可回溯到18世紀后葉,20世紀初即開始應用橡膠制作的鼻導管進行氧療[4]。1987年美國研發了最高流量可達20 L/min的氧療加溫濕化裝置MT-1000,應用于囊性肺纖維化等患者氧療促進下呼吸道分泌物排出。近10年來,HFNC進入快速發展和臨床廣泛應用階段,國際主流HFNC裝置都是采用無創呼吸機的工作原理:用空氧混合器進行空氧混合,吸入氧濃度(FiO2)為21%~100%,應用渦輪提供高流量的氣體,采用呼吸機應用的加溫加濕器和管路加熱導絲對吸入氣體進行全程加溫加濕,并通過近患者端實時監測溫度和氧濃度進行動態調控。另外,部分呼吸機廠家在有創和無創呼吸機上設置了HFNC功能,進一步拓展了呼吸機的臨床適用范圍,這也是未來的發展方向[5]。國內HFNC的歷史僅有5年左右,在前期仿制國外HFNC的基礎上進行創新,在很短的時間內形成自己的特色,如可自動調節和精確調控FiO2(21%~100%)、溫度控制精度可達到±1 ℃、呼吸管路采用免消毒氣路技術等。 二、HFNC設備的結構特點及其工作原理 (一)HFNC的結構特點 HFNC按其結構特點可分為3大組成部分。 (1)氣體的空氧混合部分:其作用是將空氣和氧氣按預設氧濃度在渦輪前進行混合。氧濃度調控有2種方法,一種是通過浮標式氧氣流量計調節氧氣流量實現對氧濃度的控制,該方法無法預設氧濃度,只能通過調節氧氣流量產生實際的FiO2;一種是微型比例閥和超聲氧濃度傳感器實現對氧濃度的控制,可以預設FiO2。 (2)氣體的加溫濕化部分:其作用是將空氧混合后的氣體進行加溫濕化。 (3)氣體的輸送部分:其作用是保證已完成加溫濕化的空氧混合氣體以恒溫恒濕恒流速的方式輸送至患者端。高流量濕化氧療儀與患者連接部分為高流量鼻塞,高流量鼻塞的尖端呈斜面型的出口,質地柔軟,用一個具有彈性可調節的過耳頭帶固定于患者面部。 (二)HFNC的生理學機制 HFNC通過輸送高流速氣體的方式,可以維持一定水平的PEEP,維持肺泡開放,有利于呼氣末肺泡復張和氣血交換。Corley等[6]通過使用電阻抗斷層掃描(EIT)測量心臟手術后肺容積的生理學研究證明了HFNC可促進呼氣末肺容積增加,表明HFNC通過高流量產生的PEEP作用促進肺復張。有研究結果顯示,HFNC流量每增加10 L/min,患者咽腔PEEP就增加0.5~1 cmH2O(1 cmH2O=0.098 kPa)[7]。流量增加到60 L/min時,閉口的女性受試者咽腔PEEP可達到8.7 cmH2O左右,男性為5.4 cmH2O;張口呼吸情況下女性為3.1 cmH2O,男性為2.6 cmH2O左右。但值得注意的是,由于HFNC允許大量漏氣,患者若張口呼吸必然導致PEEP水平不穩定[6]。 HFNC通過為患者提供恒定的、可調節的高流速空氧混合氣體,沖刷患者呼氣末殘留在鼻腔、口腔及咽部的解剖無效腔的氣體,可明顯減少患者下一次吸氣時吸入的CO2的含量[8]。M?ller等[9]通過81 mKr氣體測定HFNC對10名健康人鼻咽部和3例氣管切開患者CO2的清除率,發現CO2清除率和HFNC的氣體流速和佩戴時間直接相關。 HFNC主要關注于提供相對精確的恒溫和恒濕的高流量氧療,因而能夠更符合人體生理情況下呼吸道的氣體溫度及濕度,降低醫用干冷氣體對上下呼吸道黏液纖毛系統功能和黏膜的影響[10]。與普通氧療相比,使用HFNC可以明顯降低患者鼻、口、咽喉的干燥評分,有助于稀釋痰液和排痰,修復和維持人呼吸道上皮細胞和纖毛的結構和功能,提高患者的舒適度,降低下呼吸道感染的發生幾率[6,11] 鼻咽腔通過提供較大的表面積對吸入氣體進行濕化和溫化,但同時吸入氣體之間的摩擦會對氣流產生明顯的阻力[12]。HFNC可以提供滿足患者吸氣流速需求、恒溫恒濕的高流量氣體,患者在吸氣時不需要用力吸氣也不需要對吸入氣體進行加溫加濕,這樣不僅降低吸氣阻力,同時避免患者對吸入氣體進行溫化濕化所需的代謝消耗,減少患者的呼吸做功[13,14]。而且與常規氧療輸出的低流量氧氣方式相比,HFNC能提供符合或超過患者所需的吸氣峰流速,減少了吸氣時空氣的稀釋作用,使得吸入氧氣的濃度不會受到患者的呼吸頻率、吸氣流速、呼吸形態等因素的影響,為患者提供精確穩定的吸氧濃度,有利于改善患者氧合[6]。患者低氧狀態得到改善,呼吸更舒適,自主用力呼吸減弱,加之PEEP作用,呼吸功會隨之降低[15]。 三、HFNC與NPPV的異同點 HFNC和NPPV在治療原理上存在許多相似之處。從工作原理上看,都是電動渦輪機驅動形成高速氣流,通過電磁閥實現流量可控,氣流均可加溫加濕,都是傳統意義上的正壓通氣,能夠維持一定水平的PEEP,實現氣道開放,減少死腔,改善通氣,且允許開放氣道發生漏氣。HFNC和NPPV的不同點見表1[16,17]。 表1 HFNC和NPPV的不同點 四、HFNC臨床適應癥及禁忌癥 由于各研究結果間的差異[18,19,20],目前HFNC臨床應用的適應證和禁忌證尚無統一的標準。根據已發表的HFNC臨床應用研究證據,目前認為HFNC主要應用于治療輕~中度Ⅰ型呼吸衰竭患者[21,22,23]。對于伴有嚴重通氣功能障礙的Ⅱ型呼吸衰竭患者,由于HFNC無明顯的通氣輔助功能,且臨床療效仍不明確,此時應慎重選擇HFNC。HFNC的應用時機、適應證和禁忌證見表2。 表2 HFNC臨床應用適應證及禁忌證 推薦建議:HFNC的適應證是輕中度低氧血癥(100 mmHg≤PaO2/FiO2<300 mmHg,1 mmHg=0.133 kPa)、沒有緊急氣管插管指征、生命體征相對穩定的患者;對輕度通氣功能障礙(pH≥7.3)患者也可以謹慎應用,但要做好更換為NPPV或氣管插管有創正壓通氣的準備(證據等級Ⅱ)。HFNC的禁忌證是心跳呼吸驟停、重度Ⅰ型呼吸衰竭、中重度呼吸性酸中毒高碳酸血癥(pH<7.30)、合并多臟器功能不全等(證據等級Ⅲ)。為便于臨床應用,本共識總結HFNC臨床應用時機流程圖,見圖2、圖3。 圖2 急性呼吸衰竭經鼻高流量濕化氧療應用時機 圖3 拔管后經鼻高流量濕化氧療應用時機 五、臨床應用 (一)急性Ⅰ型呼吸衰竭 兩中心的前瞻性隊列研究結果顯示,以社區獲得性肺炎(CAP)為主的重癥肺炎患者接受HFNC(2 h后SpO2/FiO2約100),其中28%因失敗需行氣管插管,治療12 h后ROX指數(即SpO2/FiO2與呼吸頻率比值)≥4.88是預測成功的重要指標[24]。多中心隨機對照試驗結果顯示,HFNC治療急性Ⅰ型呼吸衰竭患者[78%為重癥肺炎,PaO2/FiO2為(157±89)mmHg],28 d氣管插管率為38%,與非重復吸入面罩和NPPV相比差異無統計學意義,但在PaO2/FiO2≤200 mmHg亞組比較中HFNC優于對照組;HFNC比對照組更能改善90 d的生存率[22]。重癥H1N1肺炎(PaO2/FiO2為84~210 mmHg)的回顧性隊列研究結果顯示,HFNC可使常規氧療失敗的45%患者避免氣管插管,成功的相關預測因素包括無休克、較低的SOFA(<4分)或APACHEⅡ評分(<12分),以及HFNC后6 h內PaO2/FiO2明顯改善;存在呼吸系統慢性基礎疾病(哮喘或慢阻肺)者使用HFNC的成功率較高。HFNC治療失敗后轉為有創通氣患者的病死率為27.3%,高于起始使用有創通氣患者20%的病死率,但氣管插管的延遲與病死率之間無統計學關聯[25]。 推薦建議:重癥肺炎合并急性Ⅰ型呼吸衰竭(100 mmHg≤PaO2/FiO2<300 mmHg)可考慮應用HFNC(證據等級Ⅱ),成功的相關因素包括無休克、較低的SOFA(<4分)或APACHEⅡ評分(<12分),以及HFNC后6 h內PaO2/FiO2明顯改善(證據等級Ⅱ)。 ARDS是以急性頑固性Ⅰ型呼吸衰竭為主要臨床表現的綜合征,糾正缺氧是ARDS治療的重要策略[26]。一項多中心隨機開放研究結果顯示,將患者分成HFNC組、傳統氧療組以及NPPV組,第28天的氣管插管率分別為38%、47%和50%(P>0.05),提示與傳統氧療和NPPV比較,HFNC并不能降低氣管插管率,但可以改善90 d病死率;進一步亞組分析,氧合指數<200 mmHg的患者,與標準氧療和NPPV比較,HFNC組氣管插管率更低[22]。一項根據柏林定義ARDS的診斷和嚴重程度分級的臨床研究結果顯示,45例ARDS患者采用HFNC治療,其中33%患者為重度ARDS,38%為中度ARDS,29%為輕度ARDS,結果成功27例(60%);對治療失敗的患者資料分析結果顯示,簡化急性生理評分Ⅱ(SAPS Ⅱ)評分較成功組高,多器官功能不全、血流動力學不穩定和意識障礙是HFNC失敗的獨立預測因素;該研究結果同時證明,HFNC僅可在輕中度Ⅰ型呼吸衰竭患者中使用,在重度低氧性呼吸衰竭患者中不被推薦[27]。一項單中心觀察性研究結果顯示,與傳統氧療相比,HFNC同NPPV類似,可以顯著降低呼吸頻率、改善氧分壓,且HFNC耐受性比NPPV好,但如果HFNC治療1 h后呼吸頻率仍高于30次/min,則需要插管的風險明顯增高[28]。最近一項薈萃分析結果表明,HFNC與NPPV比較,治療ARDS時的氣管插管率和拔管后的再插管率的差異無統計學意義,但由于納入的患者群體不同,不同的研究存在一些互相矛盾的結果[29]。 推薦建議:HFNC可作為輕度ARDS患者(PaO2/FiO2為200~300 mmHg)的一線治療手段(證據等級Ⅱ);對于中度ARDS患者(PaO2/FiO2為150~200 mmHg),在無明確的氣管插管指征下,可先使用HFNC 1 h后再次進行評估,如癥狀無改善則需改為NPPV或有創通氣(證據等級Ⅱ);PaO2/FiO2<150 mmHg的ARDS患者,不建議常規應用HFNC治療(證據等級Ⅲ)。預測HFNC治療失敗的因素包括:SAPS Ⅱ評分≥30分、多器官功能不全、血流動力學不穩定、意識狀況改變、合并Ⅱ型呼吸衰竭的ARDS患者(證據等級Ⅲ)。 一項急診科納入急性心源性肺水腫患者(SpO2為88.7%±8%)的隨機對照研究結果顯示,在30 min內HFNC比傳統氧療能更明顯地降低呼吸頻率,兩者都能提高SpO2且差異無統計學意義,在改善住院率、機械通氣率及病死率等方面也無統計學差異[30]。一篇納入免疫抑制繼發急性呼吸衰竭患者(PaO2/FiO2為116~155 mmHg)的薈萃分析結果表明,相比于NPPV和傳統氧療,HFNC可顯著降低短期病死率(包括ICU病死率、28 d病死率和住院病死率)(RR=0.66)和氣管插管率(RR=0.76),但沒有降低住ICU時間[31]。近期發表的一項針對免疫抑制繼發呼吸衰竭的隨機對照研究中,HFNC組和常規氧療組PaO2/FiO2分別是136(96~187)mmHg和128(92~164)mmHg,結果顯示HFNC組改善氧合更顯著(分別為150和119 mmHg),但不能改變死亡預后[32]。有4例PaO2/FiO2為63~88 mmHg的特發性肺纖維化急性加重患者應用HFNC治療能顯著改善氧合,降低呼吸頻率,緩解呼吸困難,直至急性加重病程緩解,患者的主觀舒適性及耐受性良好[33,34]。對PaO2/FiO2為61.7 mmHg的皮肌炎相關間質性肺炎的病例報道,HFNC可避免氣管插管,緩解呼吸窘迫,減少焦慮,并允許患者早期下床康復活動,顯著提高了住院期間的生活質量[35]。 推薦建議:HFNC對急性心源性呼吸衰竭、免疫抑制繼發急性Ⅰ型呼吸衰竭和間質性肺疾病急性加重能在一定程度上改善氧合(證據等級Ⅲ),但不能改變預后(證據等級Ⅱ)。 (二)有創通氣撤機 回顧性研究[36,37]結果顯示,與鼻導管吸氧相比HFNC可以降低再插管率,但與NPPV比較再插管率沒有明顯差異。一項多中心隨機研究[38]結果顯示,再次插管低風險患者(有創通氣撤機高風險和低風險的標準見圖3)拔管后接受HFNC治療,相比傳統氧療72 h再插管風險顯著降低;同時,與傳統氧療相比,HFNC可以顯著降低拔管后呼吸衰竭發生率,但是兩組再次插管的時間、呼吸道感染發生率、膿毒癥發生率、多臟器功能衰竭發生率、住ICU時間、住院時間、ICU及住院病死率沒有明顯差異。另有薈萃分析研究[39]比較了成人患者拔管后使用HFNC與傳統氧療和NPPV之間的差異,發現HFNC組相比傳統氧療再次插管率明顯降低(OR=0.52,95% CI為0.34~0.80,P=0.003),與NPPV比較再插管率差異無統計學意義(OR=1.13,95% CI為0.86~1.49,P=0.38),且3組間的ICU病死率及ICU住院時間之間均沒有明顯差異。但在針對無高碳酸血癥的再次插管高風險患者的一項多中心的研究結果[40]顯示,HFNC組與傳統氧療組的再插管率、住ICU時間、住院時間及病死率沒有明顯差異。其他的研究結果表明,HFNC與傳統鼻導管氧療、文丘里面罩等比較,氧合改善更為明顯;與傳統NPPV比較可以降低痰液黏稠度和鼻面部壓瘡的發生率,舒適性更好[41,42,43,44]。臨床上也可以考慮HFNC與NPPV交替使用,對改善氧合與提高患者的舒適度可有效兼顧。 推薦建議:對于再次插管低風險患者,HFNC與傳統氧療比較可以降低拔管后再插管率,但與NPPV比較不能降低再插管率;對于再次插管高風險患者(無高碳酸血癥),HFNC與傳統氧療比較不能降低再插管率(證據等級Ⅱ);有創機械通氣撤機后HFNC不能縮短住ICU時間及住院時間,也不能降低病死率(證據等級Ⅲ)。 (1)腹部手術后:一項法國的多中心RCT[45]研究了腹部手術或胸腹聯合術后的患者脫機拔管后即刻序貫傳統氧療或HFNC,結果發現與傳統氧療相比,HFNC在應用后第1小時和應用結束時均不能明顯改善腹部術后拔管患者的氧合情況(PaO2),但HFNC可以縮短患者需要接受氧療的時間,但不能降低再插管率和升級呼吸支持的需要,在術后7 d中肺部其他并發癥的發生率也沒有顯著差異。 (2)心臟手術后:與傳統氧療相比,在心臟術后患者的拔管過程中序貫HFNC的臨床效果似乎更為理想。相關薈萃分析結果顯示[46],HFNC能降低心臟術后患者升級呼吸支持的需要(RR=0.61,P<0.001),但ICU住院天數無明顯差異(RR=0.96,P=0.98)。應用HFNC 4 h后患者舒適度明顯優于傳統氧療組。 (3)肺部手術后:英國的一項單中心RCT[47]研究了選擇性肺葉切除的患者脫機拔管后即刻序貫傳統氧療或HFNC,結果顯示兩組的6 min步行距離差異無統計學意義,但HFNC降低了患者的住院天數。 推薦建議:外科手術后脫機序貫應用HFNC可以提高患者的舒適度,降低心臟術后患者升級呼吸支持的需求(證據等級Ⅰ),減少胸外科手術患者的住院天數(證據等級Ⅱ)。但與傳統氧療相比,HFNC不能降低腹部外科手術患者的再插管率(證據等級Ⅱ)。 (三)Ⅱ型呼吸衰竭 Br?unlich等[48]發現,高碳酸血癥(PaCO2>45 mmHg)患者應用HFNC可以降低穩定期慢阻肺患者的PaCO2,而且與其漏氣量和流速有關。有兩項研究比較HFNC和NPPV對慢阻肺伴有輕度高碳酸血癥患者的結果顯示,二者均能降低患者的PaCO2水平,且HFNC和NPPV之間差異無統計學意義[49,50]。但也有小樣本的研究結果證明[51],應用HFNC后可能引起pH值下降,PaCO2增高。有4項RCT對長期(12個月)應用HFNC進行了研究[50,52,53,54],結果顯示與常規長期氧療相比,長期應用HFNC可以減少慢阻肺患者急性加重次數和天數,減少住院次數[50,54],能夠顯著降低PaCO2[52,53,54],改善健康相關生活質量[53,54],但對肺功能、6 min步行距離、呼吸困難癥狀和氧合的改善存在一定分歧。目前,慢阻肺穩定期患者HFNC的臨床研究仍然較少,缺乏較大規模的前瞻性隨機對照研究提供證據支持。 推薦建議:對于意識清楚的急性低氧血癥合并高碳酸血癥患者,可在密切監測下,嘗試HFNC,若1 h后病情加重,建議立即更換無創呼吸機或氣管插管,不建議作為常規一線治療手段(證據等級Ⅱ)。對于慢阻肺穩定期患者,存在長期氧療指征時(即PaO2≤55 mmHg或SaO2<88%伴或不伴有高碳酸血癥;或55 mmHg 表3 經鼻高流量濕化氧療臨床應用推薦 六、HFNC臨床操作 1.HFNC參數設置及撤離標準: (1)HFNC參數設置:①Ⅰ型呼吸衰竭:氣體流量(Flow)初始設置30~40 L/min;滴定FiO2維持脈氧飽和度(SpO2)在92%~96%,結合血氣分析動態調整;若沒有達到氧合目標,可以逐漸增加吸氣流量和提高FiO2最高至100%;溫度設置范圍31~37 ℃,依據患者舒適性和耐受度,以及痰液黏稠度適當調節。②Ⅱ型呼吸衰竭:氣體流量(Flow)初始設置20~30 L/min,根據患者耐受性和依從性調節;如果患者二氧化碳潴留明顯,流量可設置在45~55 L/min甚至更高,達到患者能耐受的最大流量;滴定FiO2維持SpO2在88%~92%,結合血氣分析動態調整;溫度設置范圍31~37 ℃,依據患者舒適性和耐受度,以及痰液黏稠度適當調節。 (2)HFNC撤離標準:原發病控制后逐漸降低HFNC參數,如果達到以下標準即可考慮撤離HFNC:吸氣流量<20 L/min,且FiO2<30%。 (1)上機前應和患者充分交流,說明治療目的的同時取得患者配合,建議半臥位或頭高位(>20度); (2)選擇合適型號的鼻塞,建議選取小于鼻孔內徑50%的鼻導管[55]; (3)嚴密監測患者生命體征、呼吸形式運動及血氣分析的變化,及時做出針對性調整; (4)張口呼吸患者需囑其配合閉口呼吸,如不能配合者且不伴有二氧化碳潴留,可應用轉接頭將鼻塞轉變為鼻/面罩方式進行氧療; (5)舌后墜伴HFNC效果不佳者,先予以口咽通氣道打開上氣道,后將HFNC鼻塞與口咽通氣道開口處連通,如仍不能改善,可考慮無創通氣其他呼吸支持方式; (6)避免濕化過度或濕化不足,密切關注氣道分泌物性狀變化,按需吸痰,防止痰堵窒息等緊急事件的發生; (7)注意管路積水現象并及時處理,警惕誤入氣道引起嗆咳和誤吸,應注意患者鼻塞位置高度高于機器和管路水平,一旦報警,應及時處理管路冷凝水; (8)如若出現患者無法耐受的異常高溫,應停機檢測,避免灼傷氣道; (9)為克服呼吸管路阻力,建議最低流量最好不小于15 L/min; (10)注意調節鼻塞固定帶松緊,避免固定帶過緊引起顏面部皮膚損傷; (11)使用過程中如有機器報警,及時查看并處理,直至報警消除; (12)使用過程中出現任何機器故障報錯,應及時更換并記錄報錯代碼提供廠家售后,嚴禁報錯機器繼續使用[45,55,56]。 為避免交叉感染,每次使用完畢后應為HFNC裝置進行終末消毒,HFNC消毒連接儀器自帶的消毒回路進行儀器內部消毒即可。HFNC的表面應用75%酒精或0.1%有效氯進行擦拭消毒,HFNC鼻導管、濕化罐及管路為一次性物品,按醫療垃圾丟棄。HFNC的空氣過濾紙片應定期更換,建議3個月或1 000 h更換一次。 七、問題與展望 HFNC作為新的呼吸支持技術在臨床得到廣泛應用,對輕中度低氧性呼吸衰竭患者具有積極的治療效果,在臨床應用中如何規范合理使用,明確其適應范圍,尚需要進一步的臨床研究。另外HFNC設備還有待于進一步提高和完善,是否有必要將其技術整合到有創和無創呼吸機中尚需要進一步論證和臨床認可。期待本共識能夠對臨床醫務人員正確選擇臨床適應證,明確其臨床價值和局限性,規范應用,為挽救患者生命、促進其盡早康復起到積極的作用。