中华急诊医学杂志  2018, Vol. 27 Issue (4): 361-366
经鼻高流量氧疗与无创正压通气比较治疗慢性阻塞性肺疾病合并中度呼吸衰竭的观察性队列研究
谈定玉, 凌冰玉, 孙家艳, 耿平, 徐军, 朱华栋, 于学忠     
225001 江苏省扬州,江苏省苏北人民医院急诊科(谈定玉、凌冰玉、孙家艳、耿平);100730 北京,中国医学科学院北京协和医院急诊科(徐军、朱华栋、于学忠)
摘要: 目的 对比经鼻高流量氧疗(HFNC)和无创通气(NIV)治疗慢性阻塞性肺疾病(COPD)合并急性中度Ⅱ型呼吸衰竭的疗效,探讨HFNC治疗COPD合并呼吸衰竭的可行性。方法 回顾性分析2017年4月至2017年12月ICU收治的合并中度Ⅱ型呼吸衰竭(动脉血气pH 7.25~7.35,PaO2>50 mmHg)COPD的患者。入ICU后4 h内采用HFNC治疗并持续2 h以上,且在第一个24 h内至少使用4 h者,进入HFNC组;类似使用NIV治疗的患者为NIV组。观察两组治疗失败率(治疗期间患者更换到另一组的呼吸支持方式,或进行有创通气)及28 d病死率等指标。结果 入选82例患者,其中HFNC组39例,NIV组43例。HFNC组患者治疗失败率为28.2%,低于NIV组(39.5%),但Kaplan-Meier曲线分析两组差异无统计学意义(Log Rank检验1.228,P=0.268)。HFNC组28 d病死率为15.4%,与NIV组(14%)差异无统计学意义(Log Rank检验0.049,P=0.824)。HFNC组入选24 h内气道护理干预次数显著低于NIV组[5(3-8)次比11(7~15)次],而入选24 h内呼吸支持时间显著长于NIV组[16(9~22) h比8(4~11) h](P均<0.05)。NIV组治疗期间鼻面部皮损发生率为20.9%,显著高于HFNC组的5.1%(P<0.05)。结论 对于COPD合并急性中度Ⅱ型呼吸衰竭,HFNC与NIV具有类似的治疗效果,且HFNC具有更好的治疗耐受性,是临床治疗COPD呼吸衰竭新的有潜力的呼吸支持方式。
关键词: 慢性阻塞性肺疾病     呼吸衰竭     经鼻高流量氧疗     无创通气     队列研究    
High flow nasal cannula oxygen therapy versus non-invasive ventilation for chronic obstructive pulmonary diseases with acute-moderate hypercapnic respiratory failure: an observational cohort study
Tan Dingyu , Ling Bingyu , Sun Jiayan , Geng Ping , Xu Jun , Zhu Huadong , Yu Xuezhong     
Emergency Department, Northern Jiangsu People's Hospital, Yangzhou 225001, China (Tan D, Ling B, Sun J, Geng P); Department of Emergency, Peking Union Medical College Hospital, Chinese Academy of Medical sciences, Beijing 100730, China (Xu J, Zhu H, Yu X)
Abstract: Objective To compare the efficacy of high flow nasal cannula oxygen therapy (HFNC) and non-invasive ventilation (NIV) in the treatment of chronic obstructive pulmonary disease (COPD) with acute-moderate typev respiratory failure, and to explore the feasibility of HFNC in the treatment of COPD with respiratory failure. Methods Patients diagnosed with COPD with acute moderate type Ⅱ respiratory failure (Arterial blood gas pH 7.25-7.35, PaO2 > 50 mmHg) admitted to the ICUs from April 2017 to December 2017 were retrospectively analyzed. All patients who were treated with HFNC within the first 4 hours after the admission to the ICUs, and continued for more than 2 hours and for at least 4 hours within the first 24 hours were included in the HFNC group. Those treated with NIV in the same conditions were included in the NIV group. The end point was the failure rates of treatment (changing to respiratory support method in another group or invasive ventilation) and 28-day mortality. Results Eighty-two patients (39 in the HFNC group and 43 in the NIV group) were enrolled. The HFNC group had a treatment failure rate of 28.2%, which was lower than that of the NIV group (39.5%). However, Kaplan-Meier curve analysis showed no significant difference between the two groups (Log Rank test 1.228, P=0.268). The 28-day mortality rate in HFNC group was 15.4%, which was no different from 14% in NIV group (Log Rank test 0.049, P=0.824). The number of airway care interventions within the first 24 hours was significantly lower in the HFNC group than in the NIV group [5 (3~8) vs. 11 (7~15)], whereas the duration of respiratory support within the first 24 hours was significantly longer in the HFNC group than in the NIV group [16 (9~22) hours vs. 8 (4~11) hours] (all P < 0.05). The incidence of nasal facial lesions in the NIV group was 20.9%, significantly higher than that of HFNC group (5.1%, P < 0.05). Conclusion For COPD with acute moderate type Ⅱ respiratory failure, HFNC has similar therapeutic effects as NIV. HFNC has better therapeutic tolerance and is a new potential respiratory support method for clinical treatment of COPD with respiratory failure.
Key words: Chronic obstructive pulmonary diseases     Respiratory failure     High-flow nasal cannula oxygen therapy     Non-invasive ventilation     Cohort study    

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary diseases, COPD)是一种严重危害人类健康的常见病、多发病。COPD急性加重(acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease, AECOPD)或合并肺炎是COPD患者死亡的重要因素。Ⅱ型呼吸衰竭是COPD常见严重并发症,无创通气(non-invasive ventilation, NIV)是指南推荐的标准治疗手段[1-2]。然而,临床实践过程中存在NIV禁忌证或不耐受的患者较多,目前尚没有公认的替代治疗方法。经鼻高流量氧疗(high-flow nasal cannula, HFNC)是一种通过无需密封的导管,经鼻输入经过加温湿化的高流量混合气体的新型氧疗方法,已被证实对急性Ⅰ型呼吸衰竭有良好的治疗效果[3, 4]。目前关于HFNC治疗COPD的文献报道非常有限,一些个案报道显示HFNC对AECOPD伴呼吸衰竭患者有良好的疗效和安全性[5-6]。本研究通过回顾性队列分析对比HFNC和NIV治疗COPD合并急性中度Ⅱ型呼吸衰竭的疗效,来探讨HFNC治疗COPD合并呼吸衰竭的可行性。

1 资料与方法 1.1 一般资料

采用回顾性研究方法,选择2017年4月至2017年12月于本院急诊ICU、综合ICU及呼吸ICU住院,根据2013年《中国慢性阻塞性肺疾病诊治指南》诊断为AECOPD或COPD合并肺炎,且动脉血气pH 7.25~7.35,PaCO2>50 mmHg(mmHg=0.133Kpa)。排除标准为:①不足18周岁;②严重呼吸衰竭需要即刻气管插管:呼吸频率>40次/min以上、严重低氧(高浓度吸氧下氧合指数<150)、严重呼吸性酸中毒pH<7.25、意识障碍(格拉斯哥评分<8分)等;③存在NIV禁忌者:口面部创伤、痰多排痰能力差、血流动力学不稳定等;④短期预后不良者,7天内死亡风险大者,正在进行姑息性治疗;⑤其他器官功能衰竭;⑥气管切开者;⑦出院后失访者;⑧入ICU接受普通氧疗4 h以上,后因插管预氧合或作为补救措施而使用HFNC或NIV者。本研究符合医学伦理学标准,经医院伦理委员会批准,因本研究为回顾性研究,知情同意得以豁免。

根据患者入ICU后首次使用的呼吸支持方式(HFNC或NIV)及时间进行分组。入ICU后4 h内采用HFNC治疗并持续2 h以上,且在第一个24 h内至少使用4 h者,进入HFNC组(新西兰费雪派克);NIV组(BiPap Vision伟康或飞利浦V60)为入ICU 4 h内采用NIV治疗并持续2 h以上,且在第一个24 h内至少使用4 h者。治疗期间可给予鼻导管普通氧疗。两组患者在入选后因各种原因更换为另一种呼吸支持方式,或进行气管插管有创机械通气,该患者分组仍为最初的分组。

参与研究的各ICU的COPD患者的气管插管指针为[7]:pH≤7.20,且治疗中PaO2进行性上升;缺氧难以纠正(充分氧疗条件下PaO2<50 mmHg);严重意识障碍:昏迷、昏睡或谵妄;呼吸或心搏停止;呼吸抑制(呼吸频率<8次/min)或严重呼吸困难(呼吸频率>40次/min)。

1.2 数据采集

根据电子病历系统,记录入选患者入ICU时间、年龄、性别、基础病史、COPD病史年限及基础用药、此次急性发病至入ICU时间、影像学特征、急性生理与慢性健康状况评分Ⅱ(APACHEⅡ)、简化急性生理学评分(SAPSⅡ)。入选时血气分析参数,及生命体征如心率、呼吸频率、血压、脉搏氧饱和度等。记录两组患者HFNC及NIV初始参数设置,每日治疗时间及参数设置,呼吸支持变更情况及时间(从NIV变更为HFNC或相反,或气管插管有创通气),及呼吸支持变更的原因。记录患者每日气道护理干预次数、初始呼吸支持治疗后24 h的实际呼吸频率及血气分析情况。记录整个治疗期间鼻面部皮肤破损情况、ICU住院时间及总住院时间。根据住院病历及随访情况确定28 d存活情况。

1.3 观察指标

主要观察终点为治疗失败率,指治疗期间患者更换到另一组的呼吸支持方式,或进行气管插管有创通气。次要观察终点为28 d病死率,入选24 h内气道护理干预次数和呼吸支持时间,及治疗期间鼻面部皮损发生率。同时观察两组患者治疗24 h后的呼吸频率和氧合指数、呼吸支持时间、ICU住院时间及总住院时间。

1.4 统计学方法

采用SPSS 17.0统计软件对研究数据进行分析处理。计量资料采用Kolmogorov-Smirnov检验分布情况,呈正态分布以以均数±标准差(x±s)表示,呈偏态分布以中位数(四分位数)表示,两组比较采用成组t检验或Mann-Whitney U检验;计数资料以百分数表示,采用χ2检验。采用Kaplan-Meier法绘制累积失败率和生存曲线,并对曲线进行Log Rank检验。以P<0.05为差异具有统计学意义。

2 结果 2.1 入选病例基本情况

筛选了入ICU的COPD患者共277例,符合血气分析标准者142例,60例因各种原因排除,最终入选82例患者,其中HFNC组39例,NIV组43例(图 1)。入选患者平均年龄为72(65~79)岁,男性占65.9%,平均COPD病史8.2年,此次,急性发作至入ICU时间为5(4~9) d,41.4%的患者为COPD合并肺炎。入ICU时,入选病例平均呼吸频率为27(24~32)次/min,动脉pH 7.31±0.28,PaO2 58.5±11.4 mmHg(表 1)。

COPD:慢性阻塞性肺疾病;HFNC:经鼻高流量氧疗;NIV:无创通气 图 1 患者入选流程 Figure 1 Flow chart of patients enrollment

表 1 入选病例基本情况 Table 1 Baseline characteristics of selected patients
指标 所有患者
n=82)
HFNC组
n=39)
NIV组
n=43)
P
男性(例,%) 54
(65.9)
24
(61.5)
30
(69.8)
0.645
年龄 72
(65~79)
74
(69~79)
71
(67~76)
0.424
COPD年限(年) 8.2
(6~14)
9
(6.5~15)
8
(5~13.5)
0.793
基础疾病(例,%)
  糖尿病 22
(26.8)
9
(23.1)
13
(30.2)
0.618
  心血管疾病 37
(45.1)
18
(46.2)
19
(44.2)
1.0
  慢性肝病 7
(8.5)
4
(10.3)
3
(7.0)
0.703
  慢性肾病 23
(28.0)
9
(23.1)
14
(32.3)
0.461
  脑血管病 13
(15.9)
7
(17.9)
6
(14.0)
0.764
  恶性肿瘤 9
(11.0)
4
(10.3)
5
(11.6)
1.0
COPD基础用药(例,%)
  吸入皮质激素 40
(48.8)
18
(46.2)
22
(51.2)
0.665
  β受体激动剂 49
(49.8)
23
(59.0)
26
(60.5)
1.0
  抗胆碱能药物 33
(40.2)
17
(43.6)
16
(37.2)
0.654
发病至入ICU时间(d) 5
(4~9)
4
(3~7)
6
(4~10)
0.177
  入ICU时
  APACHEⅡ评分 17.8±4.9 18.7±4.7 17.4±4.3 0.662
  SAPSⅡ评分 33.1±7.4 34.7±9.2 32.0±6.9 0.571
  动脉血PH 7.31±0.28 7.32±0.25 7.30±0.28 0.378
  脉搏氧饱和度(%) 88.6±4.4 87.7±3.0 89.1±4.6 0.205
  PaO2(mm Hg) 58.5±11.4 56.6±10.9 59.7±11.9 0.082
  平均动脉压(mm Hg) 93.7
(82.2~103.4)
88.5
(81.4~97.6)
95.3
(82.8~106.6)
0.286
  心率(次/min) 106
(88~118.5)
104
(86~116.5)
107
(92.5~120)
0.441
  呼吸频率(次/min) 27
(24~32)
28
(23~32)
27
(24~31)
0.113
  氧合指数(mm Hg) 133.2±10.1 137.8±11.1 131.5±8.4 0.282
  合并肺炎(例,%) 34
(41.4)
14
(35.9)
20
(46.5)
0.375
注:HFNC经鼻高流量氧疗;NIV无创通气;COPD慢性阻塞性肺疾病;APACHEⅡ急性生理与慢性健康状况评分Ⅱ;SAPSⅡ简化急性生理学评分

HFNC组初始吸氧体积分数为0.3(0.2~0.4),气体流速50(40~50)L/min。NIV组初始吸氧体积分数为0.4(0.3~0.6),吸气相压力IPAP 10(8~12)cmH2O(1 cmH2O=0.098 Kpa),呼气相压力EPAP 4(4~5)cmH2O。开始NIV治疗的24 h内平均呼气末潮气量为5.4±2.4 mL/kg理想体质量。两组患者年龄、基础疾病、COPD基础用药、入ICU时APACHEⅡ和SAPSⅡ评分、生命体征及血气分析参数差异无统计学意义(表 1)。

2.2 观察指标分析

HFNC组患者治疗失败率为28.2%,低于NIV组(39.5%),但Kaplan-Meier曲线(图 2)显示两组累积失败率差异无统计学意义(Log Rank检验1.228,P=0.268)。两组气管插管有创通气发生率差异无统计学意义。HFNC组28 d病死率为15.4%,与NIV组(14%)差异无统计学意义(图 3,Log Rank检验0.049,P=0.824)。(表 2

HFNC:经鼻高流量氧疗;NIV:无创通气 图 2 Kaplan-Meier曲线累积失败率分析 Figure 2 Kaplan-Meier curve analysis for cumulative failure rate

HFNC:经鼻高流量氧疗;NIV:无创通气 图 3 Kaplan-Meier曲线累积生存率分析 Figure 3 Kaplan-Meier curve analysis for cumulative survival rates

表 2 两组结局情况分析 Table 2 Outcomes between patients in the two groups
指标 HFNC组(n=39) NIV组(n=43) P
主要结局指标(例,%)
  治疗失败率 11(28.2) 17(39.5) 0.268
  有创通气 8(20.5) 9(20.9) 1.0
次要结局指标
  28天病死率(%) 6(15.4) 6(14.0) 0.824
  气道护理干预(次/d)a 5(3~8) 11(7~15) 0.045
  平均治疗时间(h)a 16(9~22) 8(4~11) 0.031
  鼻面部皮损(例,%) 2(5.1) 9(20.9) 0.036
其他
  呼吸频率(次/min)b 22(18~26) 25(23~30) 0.115
  PaO2(mmHg)b 48.2±8.4 50.5±10.1 0.446
  氧合指数(mmHg)b 181.4±21.5 201.6±26.6 0.081
  呼吸支持时间(d) 6(4~8) 7(5~10) 0.729
  ICU住院时间(d) 7(5~9) 9(5~12) 0.648
  总住院时间(d) 10(7~13) 11(6~15) 0.363
  注:HFNC经鼻高流量氧疗;NIV无创通气。a初始治疗24 h内;b为初始治疗24 h后

HFNC组入选24 h内气道护理干预次数显著低于NIV组[5(3~8)次比11(7~15)次],而入选24 h内呼吸支持时间显著长于NIV组[16(9~22) h比8(4~11) h](均P<0.05)。NIV组治疗期间鼻面部皮损发生率为20.9%,显著高于HFNC组的5.1%(P<0.05)。两组患者治疗24 h后的呼吸频率、PaO2和氧合指数、呼吸支持时间、ICU住院时间及总住院时间均差异无统计学意义。

2.3 治疗失败原因分析

NIV组治疗不耐受显著高于HFNC组(47.1%比9.0%,P=0.026),而呼吸窘迫、低氧血症和二氧化碳潴留加重发生率两组间差异无统计学意义。(表 3)。NIV组治疗失败者中11例(64.7%)为COPD合并肺炎,与HFNC组(6例,54.5%)差异无统计学意义。

表 3 治疗失败原因分析 Table 3 Cause analysis of treatment failure
因素 HFNC组(n=11) NIV组(n=17) P
治疗不耐受 1(9.0) 8(47.1) 0.026
呼吸窘迫加重 4(36.4) 3(17.6) 0.381
低氧血症加重 2(18.2) 1(5.9) 0.543
二氧化碳潴留加重 4(36.4) 5(29.4) 1.0
  注:HFNC  经鼻高流量氧疗;NIV  无创通气
3 讨论

COPD患者常并发Ⅱ型呼吸衰竭,除常规氧疗外,常需机械通气来纠正严重低氧血症、呼吸性酸中毒,缓解呼吸窘迫和呼吸肌疲劳。多项研究表明,AECOPD时NIV可降低PaO2,改善呼吸性酸中毒,缓解呼吸窘迫,降低气管插管率、住院天数以及病死率[8-11]。因此,NIV已成为COPD合并呼吸衰竭的一线治疗。Toft-Petersen等[12]进行的大规模队列研究发现2004年NIV占AECOPD患者辅助通气的36%,至2011年所占比例升至67%,接受NIV患者的平均年龄从71.5岁升至73.6岁,提示NIV在AECOPD中使用越来越广泛。而HFNC是一种新型氧疗方法,已被证明对于急性低氧血症性呼吸衰竭有良好的治疗效果[13]。本研究显示对于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,但HFNC具有更好的治疗耐受性,更少的气道护理干预及鼻面部皮损发生率。提示HFNC治疗COPD合并中度呼吸衰竭非劣效于NIV,是临床治疗COPD新的有潜力的呼吸支持方式。

为维持呼吸兴奋性,低流量吸氧是COPD患者主要氧疗方法,故一些关于HFNC的大型研究排除了Ⅱ型呼吸衰竭患者[13]。但HFNC氧体积分数和气体流量分开设置,可提供高流量低氧体积分数的气体,加之呼气末正压效应、缓解呼吸窘迫、降低呼吸功及良好的耐受性,理论上HFNC适用于COPD患者。因此,近来国内外学者开始尝试使用HFNC治疗AECOPD。Pilcher等[14]发现和鼻导管氧疗相比,HFNC(35 L/min)可以使二氧化碳分压降低1.4 mmHg,呼吸频率降低2次/min。Pavlov等[5]使用HFNC(55 L/min)治疗4例伴有严重Ⅱ型呼吸衰竭的AECOPD患者,HFNC明显缓解呼吸性酸中毒,避免了气管插管和无创通气。王丽娟等[6]报道一例90岁AECOPD患者,有创通气后无法耐受NIV且二氧化碳潴留明显,而患者对HFNC依从性较好,血二氧化碳从90 mmHg将至60 mmHg。上述研究多为病例报道,近期Lee等[15]在一项入选92例合并中度Ⅱ型呼吸衰竭AECOPD(含COPD并肺炎)的观察性研究中,发现HFNC与NIV有类似的气管插管率和30天病死率,两组治疗6 h和24 h后血气参数亦无差别。本研究结果与Lee等的研究结果基本一致,发现HFNC可以显著改善二氧化碳潴留和低氧血症,具有良好的有效性和安全性。

目前HFNC治疗COPD机制方面的研究报道较少,除了在其他研究中证实的可控性精准给氧及充分加温湿化等机制外,HFNC治疗COPD可能的机制尚有:①减少解剖死腔:HFNC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。Fricke等[16]发现HFNC可以降低COPD患者的解剖死腔来缓解二氧化碳潴留。②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(1.5~7cmH2O)。Parke等[17]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,减少呼吸功。

虽然NIV在COPD的治疗中具有重要地位,但临床实践过程中超过15%的患者因幽闭恐惧、皮肤破损或皮疹、眼睛刺激症状,及影响交谈、进食饮水等因素拒绝或不能耐受NIV[18-19],从而恶化临床结局,增加医疗成本。Lee等[15]研究发现AECOPD患者接受HFNC和NIV治疗的时程差异无统计学意义,提示HFNC与NIV耐受性类似。而本研究发现第一个24 h HFNC组治疗时程明显长于NIV,更贴近于临床实际。本研究进一步分析了HFNC和NIV治疗失败的情况,提示治疗不耐受是NIV治疗失败的重要原因,HFNC较NIV具有更佳的舒适性和耐受性。

本研究中HFNC治疗失败率为28.2%,低于NIV的39.5%,两组未见统计学差异考虑与入选病例数相对较少有关。即使如此,治疗失败原因分析显示HFNC治疗耐受性显著优于NIV。在其他疾病治疗中HFNC的高度舒适及依从性,在本研究COPD人群中同样得到验证。HFNC可提供高达60 L/min的气体流量,但同时可提供37℃及绝对湿度44 mg H2O/L(相对湿度100%)的加温湿化能力,充足的加温湿化功能有效控制了高流量气体冲刷鼻咽腔带来的不适。高效的加温湿化增加黏膜湿度,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[20]。长时间NIV治疗带来的鼻面部皮损临床较常见,亦增加治疗不耐受。与NIV显著不同的是HFNC使用特制的大孔鼻塞进行氧疗,皮损发生率极低,同时患者自觉自由呼吸,无幽闭感,这些均有效降低了治疗不耐受的发生。

对NIV耐受性和依从性不佳的患者常常自行取下鼻面罩,或者因为咳痰、饮水及进食等原因中断治疗。上述情况均显著增加气道护理干预次数,且常需要加强NIV患者的心理疏导和配合教育,显著增加护理工作量。HFNC因为独特的鼻塞设计,很少存在治疗中断的情况,亦不影响沟通及饮水进食等,是与NIV比较的一大优势。本研究尚存在一些不足。首先,由于入排标准较严格,最终入选样本量较少,可能影响统计结果。其次,因为样本量相对小,未对HFNC治疗失败的危险因素进行分析,因为有研究提示HFNC治疗失败可能导致呼吸衰竭患者气管插管延迟,预后更差[21]。最后,这是一项回顾性研究,在患者选择上可能存在一定的偏倚。目前国内外尚未见HFNC治疗COPD的随机对照研究报道,因此,有必要进行相关的研究来进一步验证HFNC治疗COPD合并呼吸衰竭的有效性和安全性。

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