高流量鼻插管支持过程中流量设置对患者的影响

背景

在高流量鼻插管 (HFNC) 治疗期间，流量在生理效应中起着至关重要的作用。然而，对于初始流量设置和随后的滴定没有达成共识。因此，我们的目标是系统地综合 HFNC 治疗期间血流的影响。

方法

在此系统评价中，两名研究人员独立搜索了 PubMed、Embase、Web of Science、Scopus 和 Cochrane，以寻找 2022 年 7 月 10 日之前以英文发表的调查血流对 HFNC 治疗效果的体外和体内研究。我们排除了调查的研究儿科人群（< 18 岁）或仅使用一种流量。两名研究者独立提取数据并评估偏倚风险。该研究方案已在 PROSPERO 前瞻性注册，CRD42022345419。

结果

总共确定 32,543 项研究，其中 44 项被纳入。体外研究评估了流量设置对吸入氧气 (FiO2 )分数、呼气末正压和二氧化碳 (CO2) 清除的影响。这些影响依赖于流量，并且当流量超过患者吸气峰值流量时最大化，这因患者和疾病状况而异。体内研究报告说，较高的流量会改善氧合作用和死腔冲刷，并可减少呼吸功。较高的流量还会导致非依赖性肺区域的肺泡过度扩张和患者不适。流量对不同患者的影响在很大程度上是异质的。

解释

在 HFNC 治疗期间个性化流量设置是必要的，根据临床发现（如氧合、呼吸频率、ROX 指数和患者舒适度）滴定流量是一种务实前进方式。

介绍

在过去几年中，特别是在 COVID-19 大流行期间，重症监护区使用高流量鼻插管 (HFNC) 的情况有所增加。HFNC 已被证明可有效降低急性低氧性呼吸衰竭 (AHRF) 患者的插管率并预防拔管后呼吸衰竭。在预防慢性阻塞性肺疾病 (COPD) 患者的再插管方面，它也可能不劣于无创通气。与HFNC相关的患者预后改善归因于其生理效应，例如改善氧合、通气效率、减少呼吸功，避免患者自残肺部损伤，提高患者的舒适度和耐受性。HFNC 清除上呼吸道死腔，当输送的气流达到或超过患者吸气峰值流量时，其效果会最大化，从而导致吸入氧气 (FiO2) 的稳定分数和呼气末正压水平(PEEP) 。因此，流量设置在 HFNC 氧疗期间起着至关重要的作用。近年来，人们做出了重大努力来研究 HFNC 治疗期间流量设置对不同患者群体的影响。然而，对于最有效的初始流量设置及其后续滴定尚未达成共识。因此，我们系统地回顾了有关成人受试者 HFNC 治疗期间不同流量设置的生理和临床影响的现有证据，旨在为各种临床条件下的最佳 HFNC 流量设置提供基于证据的指导。

文献检索策略和结果

两位研究人员在 PubMed、Embase、Web of Science、Scopus 和 Cochrane 中独立进行了文献搜索，搜索了 2022 年 7 月 10 日之前发表的文章，使用以下关键词：（“高流量鼻插管*”或“高流量插管*”或“高流量氧疗”或“高流量氧疗”或“高流量疗法”或“HFNC”或“经鼻高流量”或“NHF”）和（“流量”）和（“成人”）。搜索仅限于以英文发表的论文。包括调查不止一种 HFNC 流量设置的原始研究。仅包括儿科人群、在 HFNC 治疗期间仅使用一种流程、评论文章、信件、摘要和社论的研究被排除在外。最初筛选研究标题和摘要，随后审查全文以选择包含在本次审查中的研究。审查协议已在 PROSPERO 前瞻性注册，CRD42022345419。两名研究人员独立提取数据并使用 Cochrane 协作偏倚风险工具评估偏倚风险。纽卡斯尔-渥太华量表用于评估非随机试验。关于研究选择、数据提取或质量评估的任何分歧都通过与第三位研究者的协商一致讨论来解决。总共确定32,543 项研究，并且由于图 1中显示的原因排除 32,395 项研究。对148 篇全文文章进行了资格评估，最终纳入44项研究，其中11项为体外研究、2项结合体外和体内研究调查 AHRF 患者、13 项调查健康个体的研究、 9项调查的AHRF患者、 5项研究检查COPD 患者，一项研究调查 AHRF 和 COPD 患者 ，以及3 名在程序镇静期间调查的患者。在体内研究中，只有四项是随机对照试验，而18项是随机交叉研。纳入的随机试验均未报告不完整的结果数据，但有10项试验未注册。他们都清楚地描述了随机序列生成，但只有五人解释了研究分配隐藏。由于 HFNC 在有意识的患者中流动的性质，不可能对参与者和/或治疗临床医生进行盲法。在随机对照或交叉试验（图 1）和非随机试验（表1）中未观察到明显的发表偏倚。

受试者在潮式呼吸期间吸气流量峰值

HFNC 旨在提供满足或超过患者峰值潮气吸气流量 (PTIF) 的流量 。几项研究报告了不同人群的 PTIF（表2 ）。

健康人

两项研究报告了健康成人志愿者 PTIF。里奇等人在研究参与者休息和运动期间报告了 PTIF。运动期间的 PTIF 更高（119.9± 20.0 对 27.9 ± 9.2 L/min）。此外，PTIF 随着运动强度的增加而增加。

肺部疾病患者

成年肺部疾病患者的 PTIF，尤其是呼吸衰竭患者的 PTIF 略高于健康人的 PTIF。不同疾病之间的 PTIF 存在细微差异（表 2）。据报道，AHRF 患者的平均 PTIF 为 34±9 L/min。在稳定性哮喘和 COPD 患者中观察到相似的 PTIF 中值。在稳定的气管切开患者中，在气管内测量时的平均 PTIF 为 30 (27, 32) L/min。有趣的是，Butt 等人在机械呼吸机上测量插管患者的 PTIF，压力支持为零和零 PEEP。他们测得的 PTIF 为 60 (40, 80) L/min，显著高于非插管自主呼吸患者的 PTIF。这种差异可能是由于需要克服气管导管的阻力或更严重呼吸系统疾病引起。

HFNC 治疗期间流量设置的体外证据

已进行多项基准研究以评估 HFNC 流量对气管 FiO2 PEEP的影响，以及死腔间隙。当 HFNC 流量低于 PTIF 时，FiO2在气管中低于设定的FiO2 （图2）。这可以通过上呼吸道中发生的空气夹带来解释，这会稀释输送的氧气浓度。当 HFNC 流量超过 PTIF 时，研究表明确实会产生一定水平的 PEEP, HFNC 流量与 PEEP水平之间呈二次相关。也就是说，除流量设置外，还有多种因素会影响 PEEP水平，包括口腔状态（张口呼吸与闭口呼吸）（图3 A、B）、肺顺应性（图 3B） 、气体类型（图3 C） 和鼻塞尺寸（图 3 C）。其中，口腔状态似乎是对 PEEP产生影响最大的变量。在闭口呼吸期间，当成人流量设置为 80 L/min 时，PEEP可高达 14.31 ± 1.33 cmH2O。然而，当嘴巴张开时，PEEP水平下降到几乎为。此外，在最需要 PEEP的较硬的肺中，PEEP水平较低。据报道，较轻的气体（例如氦氧混合气）和较小的鼻塞也会产生较低的 PEEP。最后，高HFNC流量似乎可以在更短的时间内清除 CO2 ，即使呼吸频率保持恒定（图4）。总体而言，当流量设置超过 PTIF 时，HFNC 可以产生一定量的 PEEP，稳定FiO2，并冲洗解剖死腔。然而，气道打开/关闭状态、肺顺应性、气体类型和叉头大小也会影响 HFNC 效果。FiO2与潮式呼吸期间 HFNC 流量与吸气峰值流量的流量比之间的关系。FiO2，吸入氧的分数；HFNC，高流量鼻导管。口腔状态（张口呼吸与闭口呼吸）（A、B）、肺顺应性（B）、气体类型（C）和鼻塞尺寸（C）对 PEEP水平的影响。PEEP，呼气末正压；HFNC，高流量鼻导管。CO 2清除率与 HFNC 流量设置之间的关系。CO2，二氧化碳；HFNC，高流量鼻导管。

成人受试者的不同流量设置

研究表明，在HFNC氧疗期间，流量设置对短期临床结果有显著影响和一项研究中的长期结果。

健康人通气

与体外研究类似，HFNC的生理效应被发现依赖于流量（表1）。随着HFNC流量从0升/分钟增加到40升/分钟，潮气量( Vt )增加并且呼吸频率 (RR )降低。然而，Okuda 等人报告 0 和 50 L/min 的 HFNC 流量之间的每分钟通气量没有变化，Parke 等人报告说，当 HFNC 流量 > 40 L/min 时，RR 趋于平稳。

气道压力

体外研究中的流量依赖性 PEEP效应也已在健康个体中得到证实，因为当 HFNC 流量增加时，呼气末食管压力 或下咽压力逐渐增加（图5 ）。然而，使用 HFNC 保持恒定的 PEEP具有挑战性，因为它会随着张口呼吸而显著降低 。当受试者张开嘴时，下咽压力从 5.2 (3.5, 7.0) cmH2O 降至 1.1 (− 0.9, 2.4) cmH 2O HFNC 设置为 50 L/min，鼻咽压力从 6.8 降至 0.8 cmH2O，HFNC 设置为 60 L/min。在使用非常高的流量（例如 100 L/min）时必须小心，因为它可以提供高达 11.9 ± 2.7 cmH2O的鼻咽压力，并且耐受性令人担忧。气道压力与 HFNC 流量设置之间的关系。HFNC，高流量鼻导管。

呼气末肺阻抗

除了气道压力显著升高可能性外，来自不同 HFNC 流量的肺区域输送气体分布不均也可能造成局部过度扩张的风险。三项使用电阻抗断层扫描 (EIT )评估各种 HFNC 流量的肺区域通气分布的研究报告称，随着 HFNC流量的增加，整体呼气末肺阻抗 (EELI) 增加。然而，EELI 的增加主要发生在肺的非依赖性区域。Plotnikow 等。据报道，EELI 从基线（室内空气）增加 35% 到 HFNC 设置为 30 L/min，在非依赖性区域从 30 到 50 L/min 增加 22% 。在肺依赖性区域，EELI 仅分别增加 18% 和 7.7%。由于非依赖肺区域很可能正常开放，这些发现表明非依赖区域过度扩张的潜在风险，导致肺损伤。

吞咽功能

三项研究调查了流量对健康志愿者在 HFNC 治疗期间吞咽功能的影响。赞岐报告说，当健康志愿者在 3 秒内吞咽 5 毫升蒸馏水时，HFNC 流量从 15 升/分钟增加到 45 升/分钟，吞咽反射的潜伏期缩短。因此，他们得出结论，HFNC 可能会增强吞咽功能。然而，Arizono 等人报告了相反的发现，因为在 30 mL 吞咽试验中，当 HFNC 流量≥ 40 L/min 时观察到窒息。此外，他们指出，与 10 L/min 相比，HFNC 流量 ≥ 20 L/min 时的吞咽努力更大。Allen 和 Galek 在他们的健康志愿者中发现流量依赖性影响喉前庭闭合 (dLVC) 的持续时间。由于 LVC 是一种有助于防止误吸的保护性反射，作者认为来自 HFNC 血流的 dLVC 调制可能有助于防止误吸。值得注意的是，在 50 和 60 L/min 的 HFNC 流量之间发现了很大的 dLVC 变化，强调了需要进一步研究 HFNC 流量对吞咽功能影响的现实 。应密切监测 HFNC 治疗期间的经口喂养，尤其是在可能需要治疗升级的严重低氧血症患者以及吞咽困难或误吸高风险的患者中。

急性低氧性呼吸衰竭患者

充氧

在 AHRF 患者的 HFNC 治疗期间，使用 SpO 2 /FiO2 (SF) 比率、PaO 2 /FiO2 (PF) 比率和 ROX评估氧合指数 (SF/RR) 。三项研究报告称，随着 HFNC 流量的增加，氧合作用得到改善（表2），而 Zhang 等人发现轻度低氧血症患者室内空气和 60 L/min 的 HFNC 流量之间的 ROX 指数没有显著变化。同样，Mauri 等人报道，当 HFNC 流量从 30 升/分钟增加到 60 升/分钟时，30% (17/57) 的 AHRF 患者的 ROX 指数没有变化或降低。他们进一步分析显示，与其他 40 名 ROX 指数随流量增加而增加的患者相比，17 名患者在 30 L/min 时具有更高的SF 比和 ROX 指数。有趣的是，同一作者在 2 年前对相似的患者群体进行一项研究，他们发现 30% 的患者在流量从 30 或 45 升/分钟增加到 60 L/min 后 PF 比率降低。

呼气末肺阻抗

与健康个体的研究结果类似，增加流量也改善了 AHRF 患者的整体 EELI（表3）。增加 HFNC 流量会产生更大的呼气末肺容积和 PEEP，这可能会导致主要发生在依赖肺区域的复张。然而，它也可能产生过度扩张，这在非依赖性肺区域更为明显。与 EELI 变化相关的氧合变化似乎取决于肺泡复张和过度扩张的平衡。曝气的区域分布取决于 HFNC 流量和患者。当流量从 30 升/分钟增加到 60 升/分钟时，Mauri 等人报告说 EELI 增加，但增幅不大。有趣的是，与使用面罩的 EELI 相比，依赖肺区域的 EELI 在 60 L/min 的 HFNC 下显著增加，而非依赖区域的 EELI 保持稳定。这些发现表明，与非依赖区域的过度扩张相比，依赖肺区域的复张更多。在一项包括 12 名 AHRF 患者的后续研究中，同一组作者比较了根据患者的预测体重（0.5、1.0 和 1.5 L/Kg/min）设置的不同流量的效果。他们分别使用 35、65 和 100 L/min 的中值流量。与 0.5 L/Kg/min 的 EELI 相比，非依赖性肺区域的 EELI 在 1.0 L/Kg/min 和 1.5 L/Kg/min 时增加（P=0.01），显著性达到 1.5 L/Kg/ min  （P < 0.05)，而依赖肺区域的 EELI 保持不变 ( P = 0.548)。两项研究均表明，60–65 L/min 的 HFNC 流量可能比肺过度膨胀引起更多的肺复张，而高流量（如 100 L/min）可能导致肺过度膨胀，尤其是在非依赖性肺区域。应注意这两项研究中患者之间的巨大差异，表明基于其生理效应的个性化流量滴定可能是一种在床边使用的实用方法。例如，Mauri 等人报道，在 30 或 45 L/min 的 HFNC 下，37% 的患者在依赖区域的 EELI 有所改善，但在 60 L/min 时没有改善。同样，张等人比较基线（室内空气）与 60 L/min 的 EELI，并使用区域复张（复张像素）来定义肺复张的潜力，其中复张像素在 60 L/min 时比基线时 > 10% 的像素被定义为复张的高潜力。他们发现 24 名患者中有 13 名 (54%) 具有很高的复张潜力。对于这些患者，他们指出，当 HFNC 流量从 0 升/分钟增加到 60 升/分钟时，复张主要发生在依赖肺部区域。对于研究中包括其余患者，7 名患者的 EELI 没有变化，4 名患者过度扩张但没有肺复张，主要发生在非依赖性肺部区域。三项研究中不同流量的区域容积分布差异可能是由于导致对 PEEP不同反应的因素，包括疾病严重程度、病因、肺病持续时间以及闭口呼吸与张口呼吸。无论如何，密切监测个体局部肺容量对不同流量反应可能有助于避免过度扩张和肺损伤。

吸气努力

除了容量的区域分布之外，动态跨肺压还反映了患者的吸气努力和肺部压力，这与肺损伤有关。食管压力的变化（△Pes) 是吸气努力的替代指标。当 HFNC 流量增加时，吸气努力（图 6 A）、压力-时间乘积（图 6 B）和 WOB（图 6 C）降低。毛里等人描述了 HFNC 流量和患者吸气努力之间的指数衰减相关性。患者努力的减少是由多种因素引起的，例如肺不张区域的复张、死腔冲洗的增加、鼻阻力的降低、分泌物清除的改善以及动态肺顺应性的增加。然而，他们还发现 43% 的患者增加了△当 HFNC 流量从 30 或 45 增加到 60 L/min 时的 Pes。表现出增加的患者△由于肺泡过度膨胀，Pes 会出现顺应性下降，特别是在他们肺部先前相对良好通气的区域，流速为 30 L/min 。因此，由于担心随着 HFNC 流量增加而没有肺复张患者可能会发生肺损伤，因此建议根据吸气努力滴定流量。流量设置对△Pes (A)、PTP( B ) 和 WOB (C)。HFNC，高流量鼻插管；△Pes：食管压力波动（cmH2O）；PTP：每分钟食管压力-时间乘积（cmH2O·s/min）；WOB，呼吸功（J/min）。

死腔和呼吸频率

另一个重要的流量相关效应是死腔的减少。平克姆等人报道呼出气体再呼吸量随着 RR 的增加而增加。此外，当 RR ≥ 25 次呼吸/分钟时，HFNC 在 20 L/min 下的再呼吸体积大于流量为 40 和 60 L/min 时的体积。然而，当 RR 为 15 次呼吸/分钟时，三种流量之间的再呼吸量没有差异。因此，作者提出，RR 可以用作当 RR 高时 HFNC 流量应该增加的指标。迄今为止的五项研究表明，当 AHRF 患者的 HFNC 流量增加时，RR 总体下降，其中两人报告每分钟通气量显著减少。

患者舒适度

毛里等人比较40 名 AHRF 患者的 30 和 60 L/min 以及 31 ℃ 和 37 ℃。患者在 37 ℃ 时的舒适度低于 31℃ 时的舒适度，但流量设置为 30 和 60 L/min 时的舒适度没有差异。尽管个体间差异很大，但他们报告在FiO2 ≥ 0.45 的患者亚组中，最低温度和最高流量的舒适度得分更高。然而，这并不一定意味着达到更好舒适度的最佳温度应该是 31℃。由于仅通过比较 20 分钟的时间段来评估温度差异，因此耐受性可能会随着时间的推移而提高。同样，其他三项评估 AHRF 患者舒适度的研究报告称，在低于 60–65 L/min 的流量设置之间没有显著差异。当 HFNC 流量设置为100L/min时，患者的舒适度显著降低。有趣的是，Butt 等人发现拔管后患者中，当 HFNC 流量设置为 ≥ 50 L/min 时，患者舒适度显著降低。因此，对于低氧血症和更高吸气需求的 AHRF 患者，更高的流量可能与更好的舒适度相关。患者对不同流量和温度反应的可变性再次凸显HFNC 设置个性化重要性。

治疗失败

只有一项研究比较使用不同流量对临床结果影响，该研究是在 40 与 60 L/min HFNC 拔管后低氧血症心脏手术患者中进行的。作者报告了两组间治疗失败率具有临床意义差异（30.3% 对12.1%，P = 0.11），再插管率分别为 15.2% 和 6.1% 。

HFNC 流量设置的个性化

对于 AHRF 患者，似乎更高的流量可以改善氧合和肺顺应性，并降低 WOB。这些临床益处至少部分归因于 PEEP和呼气末肺容积的增加。然而，应该注意的是，并非所有患者都对更高的流量有反应，一些患者的肺部容积分布可能不均匀，这可能导致非依赖性肺区域的肺泡过度膨胀。为了根据患者需求 (PTIF) 个性化流量设置，Li 等人设置 HFNC 流量以匹配 PTIF 或高于 PTIF 10、20 和 30 L/min。他们发现 SF 比率和 ROX 指数随着流量的增加而增加。然而，当流量设置为 PTIF 的 1.67 倍时，ROX 指数趋于稳定。目前，没有市售设备可以逐次监测 PTIF，因此这种方法可能不可行。对接等。在拔管前机械通气期间测量了 PTIF，并根据拔管后患者的舒适度将 HFNC 流量设置在 30 至 50 L/min 之间。他们报告PTIF 和 HFNC 流量之间的显著相关性。因此，拔管前在机械呼吸机上测量的 PTIF 可能是拔管后 HFNC 治疗期间流量设置的参考。然而，需要更多的研究来验证这些方法的准确性，并探索这些方法对局部肺通气和吸气努力的影响。此外，HFNC 治疗期间应用此方法设置流量的临床益处（例如需要重新插管）尚不清楚。在上述方法得到明确证明和设备上市之前，临床医生可以使用可以在床边轻松测量的实用评估，例如 SF 比率、RR、ROX 指数和舒适度来滴定 HFNC 流量。一种可能的策略是，当氧合开始达到平台期时，临床医生会停止向上流量滴定并在首次识别平台时返回到之前的流量。在 HFNC 流量滴定过程中，患者的舒适度也是关键考虑因素。然而，应该注意的是，轻度低氧血症患者的氧合、RR 和对 HFNC 流量舒适度的变化可能不敏感。

慢性阻塞性肺病患者

HFNC流量对COPD的主要影响是提高通气效率、压力时间乘积（图 6 B）、 WOB（图 6C）、和舒适。当HFNC流量增加时，七项研究报告 RR 降低，两项研究报告Vt增加（表3) 。此外，观察到更长的呼气时间，这可能有助于减轻空气滞留和 WOB。随着流量的增加，每分钟通气量相同或更低，但PaCO 2或PtCO 2更低。这一有趣的发现意味着肺泡通气得到改善。

程序镇静期间的患者

三项CT 比较程序镇静期间不同流量的有效性（表4），其中两项 RCT 比较了40 和 60 L/min 的 HFNC ，一项比较了HFNC 在 30 与 50 L/min。与低流量（30 或 40 升/分钟）的 HFNC 相比，高流量（50 或 60 升/分钟）的 HFNC 在手术结束时氧合作用更强（图 2）并且在手术过程中需要更少的干预，例如抬下颌。

结论

HFNC 氧疗的生理效应依赖于流量，并且在流量超过 PTIF 时最大化。然而，PTIF 因患者和疾病状况而异。更高的流量可以改善氧合作用和死腔冲刷，并可以减少呼吸功。值得注意的是，较高的流量还会导致非依赖性肺区域的肺泡过度扩张，并导致患者不适。流量对不同患者的影响在很大程度上是异质的。在 HFNC 治疗期间个性化流量设置是必要的，并且根据临床发现（如氧合、RR 和患者舒适度）滴定流量是一种务实的前进方式，至少目前如此。

Li et al. Critical Care (2023) 27:78 https://doi.org/10.1186/s13054-023-04361-5