睡眠or清醒，高流量鼻导管对通气影响有差别吗？

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来源：医学界急诊与重症频道

HFNC在睡眠/觉醒状态下对通气的影响

临床研究的异质性经常使得我们在对比研究结果时产生困惑。例如有研究显示 HFNC 可增加呼气相气道内压力[3, 9-13]，增加功能残气量[14, 15]，改善气体交换；但另外一些研究则未能观察到呼气末肺容积的增加[16]。我们并不清楚这些看似矛盾的结果，究竟是受试群体本身疾患的差异，还是 HFNC 治疗的生理学特征有什么前提条件所致。

仔细分析，大多数实验都是在患者清醒而非睡眠时做的，而清醒/睡眠对呼吸形式是有一定的影响的。为了了解其影响大小，在 HFNC 的诞生地新西兰，Mundel 等[2] 招募了 10名健康成年男性志愿者做了一个验证实验，分别检测睡眠及觉醒状态下，不同流速的 HFNC 对受试者潮气量及呼吸频率的影响。此外还使用了鼻腔模型用于评估不同气流流速下压力-流速变化特征，同时与 CPAP 进行对比。

实验结果显示，对于清醒受试者，随着 HFNC 流速的增加，潮气量显著增大（在0，15，30，45 L/min流速下，分别为 0.7 ± 0.1，0.8 ± 0.2，1.0 ± 0.2，1.3 ± 0.2 L），与此同时呼吸频率逐步降低（16 ± 2，13 ± 3，10 ± 3，8 ± 3次/分），而总体分钟通气量并未发生改变。呼吸频率的下降主要是呼气时间延长所致（在 0，30，45 L/min流速下分别为 3.1±0.8，4.9±1.5，6.0±2.3 s）。死腔率也从基线的 0.2 ± 0.05 降低到 45 L/min下的 0.1 ± 0.06，结合我们前面提到的研究，潮气量的增加和气道 CO2 的冲刷可能共同发挥了作用，致使其几乎下降了一半。


图3：一例典型的随HFNC流速增加出现的潮气量及呼吸频率变化特点。与基线对比，HFNC的不同流速均引起呼吸频率下降及潮气量增加。使用的设备是呼吸感应体积描记仪（respiratory inductance plethysmography ，**）（摘自J Appl Physiol (1985). 2015 Jun 15; 118(12): 1525–1532.）

只有三名志愿者参加了睡眠状态下使用 HFNC 的监测。虽然睡眠前依然是潮气量增加呼吸频率下降的特点，但入睡后却观察到潮气量下降，而呼吸频率却没有任何变化，最终使分钟通气量降低约 20%。睡眠时潮气量减小似乎并没有增加死腔率，只能提示其呼吸负荷显著降低，其原因可能是多方面的，例如吸气阻力下降（详见后），或是上气道 CO2 被有效冲刷清除了部分死腔，再有 HFNC 对气体的预处理降低了机体用来对吸入气体加温加湿所付出的氧耗。

在鼻腔模型中压力-流速变化曲线，可以看出在没有呼吸辅助的情况下，吸气相和呼气相的鼻腔阻力没有什么变化，且吸气末、呼气末气流速度为零时鼻腔压力均与大气压相等。而提供 HFNC 气流后，在呼气末，鼻腔压力不归零，相当于提供了一个呼气末正压（PEEP），在特定 HFNC 流速下其高低受鼻导管管径影响。呼气过程中鼻腔峰压则同时取决于鼻导管管径和呼气流速大小这两个因素，但显然后者更为关键。总之，HFNC 增加呼气相鼻腔阻力，相对应带来呼气相鼻腔压力的升高。

在吸气相，只有当主动吸气流速超过 15 L/min（也就是HFNC提供的气流速度），鼻腔压力才变为负压，除此之外的时间都是高于大气压的，这一点不同于自主呼吸（从吸气开始一直到结束都为负压）。根据气动方程，其中 为鼻腔与气管之间的驱动压差，为鼻腔阻力为气流速度，吸气相在驱动压增加而鼻腔阻力减小的情况下，有助于改善气道局部的空气动力学。

CPAP 的压力-流速变化曲线特征与无呼吸辅助时一致，提示与 HFNC 不同，持续气道内正压通气并不改变鼻腔阻力特征，可见两者的工作原理不尽相同。


图4：左图A为鼻腔模型示意，左侧入口处可提供双向气流，流速范围 ±35 L/min用以模拟吸气呼气过程，右侧出口则分别连接CPAP和HFNC（两种鼻导管均为临床常用的尺寸）及对照。右图B为压力-流速曲线。可以看到提供HFNC时，只有当吸气相流速超过设定的15 L/min，鼻腔内才出现负压，而呼气末压力均高于大气压。呼气流速越大，鼻腔压越高，提示阻力增加明显。吸气相恰恰相反，HFNC可降低鼻腔阻力，但程度不如甚明显。CPAP在整个呼吸周期都不会改变鼻腔阻力，与自主呼吸时保持一致。（摘自J Appl Physiol (1985). 2015 Jun 15; 118(12): 1525–1532.）

作者据此推测，睡眠/觉醒周期中对同样条件下 HFNC 不同的生理反应，可能是导致许多临床研究结果不一致的原因所在。不难想象，接受 HFNC 治疗后，一部分患者的呼吸困难状况得以改善，感觉更加舒适，加上之前的疲劳可能就会进入睡眠，进而改变生理学特征。不同的研究之间，同一研究群体内均有可能出现，且观察窗口时间越长，这种情况的发生几率越高，相应就会影响实验结果。这对我们临床医生同样是一个提醒，在进行医学研究过程中，必须时刻注意各种可能的干扰因素，以免非但没有解决临床问题，反而带来更多的困惑。

生理学及临床意义

COPD 患者经常采用缩唇呼吸（pursed-lip breathing）以降低呼吸频率，延长呼气时间以改善呼气流速受限及动态肺膨胀，但同时不可避免的会增加呼吸做功，造成呼吸肌肉疲劳，故无法长时间维持。而 HFNC 在清醒患者中降低呼吸频率，减少死腔的作用正好满足这类患者的需要，且可以提供长时间的呼吸支持。同时呼气相的气道正压还可以帮助打开陷闭的小气道，改善通气。对于合并有肺泡塌陷的心肺功能不全的患者，这种深慢且带有呼气末正压的呼吸支持方式，同样非常适合。而呼吸浅快，特别是睡眠状态下的患者，通过 HFNC 减少解剖死腔，减轻呼吸负荷同样不失为一个有效手段。

后记

之所以在此费时费力地对这两篇生理学文章进行细致解读，一是为了和各位同道共同学习呼吸生理知识，再则也是对各位临床医生一个提醒，基础研究永远是临床研究的先行者，只有从病理生理学角度把问题阐释清楚，才能更好的引领临床工作者不断前行。对于临床医生来说，虽然没有条件开展这类研究，但是应该时刻关注自己研究领域中的相关进展，把理论上的东西掌握，吃透，再去进行合理的临床试验设计，不走弯路，不做无用功，得到的结果就能真实可信，并经得住时间的考验。