High-flow nasal cannula oxygen therapy versus non-invasive positive pressure ventilation in treating patients with acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease type Ⅱ respiratory failure complicated with respiratory muscle fatigue
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摘要:目的 比较经鼻高流量湿化氧疗（HFNC）和无创正压通气（NPPV）在治疗慢性阻塞性肺疾病急性加重期（AECOPD）Ⅱ型呼吸衰竭合并呼吸肌疲劳患者中的疗效。方法 选取AECOPD Ⅱ型呼吸衰竭住院患者90例，按辅助呼吸肌动用评分法分为A组46例（轻度呼吸肌疲劳）和B组44例（重度呼吸肌疲劳）。根据随机数字表法随机将A组分为A1组24例（HFNC治疗）、A2组22例（NPPV治疗）；将B组分为B1组19例（HFNC治疗）、B2组25例（NPPV治疗）。比较4组患者治疗前后动脉血氧分压[pa（O2）]、动脉血氧二氧化碳分压[pa（CO2）]、辅助呼吸肌动用评分、平静呼吸膈肌移动度（DEq）及用力呼吸膈肌移动度（DEd）；比较4组插管率及换组率。结果 治疗24、48 h后，4组pa（O2）高于治疗前，pa（CO2）低于治疗前，差异有统计学意义（P < 0.05）；B2组pa（O2）高于B1组，pa（CO2）低于B1组，差异有统计学意义（P < 0.05）。治疗24、48 h后，B2组辅助呼吸肌动用评分较治疗前降低，差异有统计学意义（P < 0.05），B2组较B1组评分降低，差异有统计学意义（P < 0.05）。治疗48 h后，4组DEq大于治疗前，DEd小于治疗前，差异有统计学意义（P < 0.05）；B2组DEq大于B1组，DEd小于B1组，差异有统计学意义（P < 0.05）。B1组插管率高于B2组，差异有统计学意义（P < 0.05）。4组换组率比较，差异无统计学意义（P>0.05）。结论 HFNC和NPPV在治疗AECOPD Ⅱ型呼吸衰竭合并轻度呼吸肌疲劳患者时疗效相似；在治疗合并重度呼吸肌疲劳患者时，NPPV疗效优于HFNC。Abstract:Objective To compare efficacy of high-flow nasal cannula oxygen therapy (HFNC) and non-invasive positive pressure ventilation (NPPV) in treatment of patients with acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease (AECOPD) type Ⅱ respiratory failure complicated with respiratory muscle fatigue.Methods A total of 90 hospitalized patients with AECOPD type Ⅱ respiratory failure were divided into group A (46 cases, mild respiratory muscle fatigue) and group B (44 cases, severe respiratory muscle fatigue) according to auxiliary respiratory muscle utilization score. Group A was randomly divided into group A1 (n=24, HFNC treatment) and group A2 (n=22, NPPV treatment), and group B was divided into group B1 (n=19, HFNC treatment) and group B2 (n=25, NPPV treatment) according to random number table method. Arterial partial pressure of oxygen [pa(O2)], arterial partial pressure of oxygen carbon dioxide[pa(CO2)], auxiliary respiratory muscle mobilization score, diaphragm excursion during quite breathing (DEq) and diaphragm excursion during deep breathing (DEd) were compared before and after treatment in four groups; intubation rate and group change rate were compared among the four groups.Results After 24 and 48 hours of treatment, pa(O2) in four groups was significantly higher than treatment before, and pa(CO2) was significantly lower than treatment before (P < 0.05); pa(O2)in the group B2 was significantly higher than that in the group B1, and pa(CO2) was significantly lower than that in the group B1 (P < 0.05). After 24 and 48 hours of treatment, the score of assisted respiratory muscle utilization in the group B2 was significantly lower than that before treatment, and was significantly lower in the group B2 than that in the group B1 (P < 0.05). After 48 hours of treatment, DEq in four groups was significantly higher than before treatment, and was significantly lower than before treatment (P < 0.05). DEq in the group B2 was significantly higher, and was significantly lower than that in the group B1 (P < 0.05). The intubation rate in the group B1 was significantly higher than that in the group B2 (P < 0.05). There was no significant difference in the change rate among the four groups (P>0.05).Conclusion HFNC and NPPV have similar efficacy in the treatment of patients with AECOPD type Ⅱ respiratory failure complicated with mild respiratory muscle fatigue. The efficacy of NPPV is superior to HFNC in treating patients with severe respiratory muscle fatigue.
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Ⅱ型呼吸衰竭是增加慢性阻塞性肺疾病急性加重期(AECOPD)患者死亡率的严重并发症[1]。呼吸肌疲劳是AECOPD患者预后不佳的重要危险因素，由于持续气流受限，肺内PEEP不断增加, COPD患者存在不同程度的呼吸肌疲劳[2]。研究[3-4]表明，在合并轻度呼吸肌疲劳患者中经鼻高流量湿化氧疗(HFNC)和无创正压通气(NPPV)均能改善氧合状态，缓解呼吸肌疲劳，但HFNC在纠正高碳酸血症方面仍有不足; 而在合并中重度呼吸肌疲劳患者中仅有关于NPPV的应用研究。本研究比较HFNC和NPPV在AECOPD Ⅱ型呼吸衰竭合并呼吸肌疲劳患者中的应用疗效。
1. 资料与方法
1.1 一般资料
选取2019年1月—2020年10月在山西省汾阳医院呼吸与危重症医学科住院的患者为研究对象。研究对象根据2018《GOLD指南》以及《慢性阻塞性肺疾病急性加重诊治专家共识》(2017版)诊断为AECOPD, 且合并Ⅱ型呼吸衰竭。本研究内容，经本医院理委员会批准，所有患者和(或)家属签署知情同意书。
根据入组标准选取100例住院患者，按照辅助呼吸肌动用评分分组[3], 评分0~2分为A组50例(轻度呼吸肌疲劳), 3~5分为B组50例(重度呼吸肌疲劳)。根据随机数表法分为A1组25例(HFNC组，轻度呼吸肌疲劳), A2组25例(NPPV组，轻度呼吸肌疲劳); B1组25例(HFNC组，重度呼吸肌疲劳), B2组25例(NPPV组，重度呼吸肌疲劳)。治疗过程中A1组、A2组、B1组均有患者因换组或者行气管插管而脱落，最后入组患者90例(A1组24例、A2组22例、B1组19例、B2组25例)。
纳入标准: ①患者既往肺功能已明确诊断为慢性阻塞性肺疾病，因咳嗽、咳痰、气短加重、痰量增多等呼吸道症状持续恶化，需要住院治疗; ②血气分析(未吸氧状态下): 动脉血氧分压[pa(O2)] < 60 mmHg, 动脉血氧二氧化碳分压[pa(CO2)]>50 mmHg者; ③血流动力学稳定者; ④患者意识清楚，可自主排痰; ⑤急性呼吸衰竭发作者。排除标准: ①不满18周岁者; ②呼吸衰竭窒息者; ③神志不清，镇静无效的精神运动性躁动者; ④持久性呼吸道分泌物排放困难者; ⑤心率 < 50次/min且反复无常者; ⑥补充血液和血管活性无效者; ⑦严重的室性心律失常者; ⑧神经肌肉功能障碍者; ⑨存在NPPV、HFNC禁忌者; ⑩除外肺部影像提示合并肺部感染的患者; 患者及家属不同意入组治疗。
1.2 方法
基础治疗: 4组患者均应用抗感染、解痉、平喘等对症支持治疗。
无创辅助通气治疗: HFNC(斯百瑞OH-70C高流量氧疗系统) 起始参数设置: 流速20~30 L/min, 氧体积分数(FiO2): 30~40%, 温度为34 ℃。后续密切观察患者呼吸、心率情况，根据患者耐受情况、经皮血氧饱和度及血气结果调整流量、FiO2和温度。NPPV(凯迪泰FLEXO系列多功能双水平无创呼吸机) 模式为S/T模式，起始参数设置: 吸气相压力(IPAP)12~20 cmH2O, 呼气相压力(EPAP) 4~6 cmH2O, 呼吸频率12~15次/min, 依据患者耐受程度、经皮血氧饱和度及血气结果调整参数设置。
治疗期间HFNC或NPPV应用时长不少于6 h/d, 其余时间应用鼻导管吸氧(流量3 L/min)治疗。
1.3 观察指标
血气分析指标: 4组患者均于治疗前、治疗24、48 h后采集动脉血，应用床旁血气分析仪(灵悦ABL80血气分析仪)行血气分析，记录各时点pa(O2)、pa(CO2)。
辅助呼吸肌动用评分[5]: 无明显的颈部肌肉紧张及周期收缩为0分; 颈部肌肉紧张但无明显肌肉活动为1分; 可见颈部轻微的收缩活动为2分; 颈部肌肉中度收缩，不伴有肋部及锁骨上窝凹陷为3分; 颈部肌肉强烈收缩，伴有肋部及锁骨上窝凹陷为4分; 颈部肌肉强烈收缩，伴腹部矛盾运动为5分。评估并记录各时间点的评分。
膈肌移动度: 4组患者均于治疗前、治疗后48 h行床旁超声(SonoSite C60便携式彩色超声诊断仪)检查。患者取半卧位，超声凸阵探头置于右侧锁骨中线或腋前线与肋弓下缘交界处，超声透声窗为肝脏，探头指向头侧，取样线垂直于膈肌顶部并与长轴夹角 < 30 °。分别测量平静呼吸膈肌移动度(DEq)和用力呼吸膈肌移动度(DEd)，测量3次，每次测量休息2 min, 取平均值。测量部位于体表做标记，保证每次检查位置相同。
记录4组插管率, HFNC组更换为NPPV组及NPPV组更换为HFNC组的换组率。每次检查评估各项指标前均停止使用HFNC或NPPV, 鼻导管吸氧30 min, 吸氧流量3 L/min。
1.4 统计学分析
通过SPSS 26.0软件进行统计学分析。对所有计量资料进行正态性检验，符合正态分布的计量资料以(x±s)表示，组间比较应用单因素方差分析或独立样本t检验，组内治疗前后应用配对样本t检验。计数资料用率(%)表示，组间比较应用χ2检验或者Fisher确切概率法。P < 0.05为差异有统计学意义。
2. 结果
2.1 一般资料比较
本研究最终入组患者90例，治疗前4组患者年龄、性别、体质量指数(BMI)、病程、发作次数及合并高血压、糖尿病、冠心病及吸烟史等计数、计量资料比较，差异均无统计学意义(P>0.05)。见表 1。
表 1 4组一般资料比较(x±s)指标 A1组(n=24) A2组(n=22) B1组(n=19) B2组(n=25) F/χ2 P 年龄 72.16±7.03 73.09±5.54 72.47±10.48 70.40±7.90 0.510 0.671 男性占比/% 70.83 68.18 68.42 68.00 0.113 0.990 BMI/(kg/m2) 21.59±2.94 21.49±1.65 22.45±2.23 21.63±2.21 0.726 0.539 病程/年 14.20±6.55 14.22±7.41 15.89±8.47 16.00±9.02 0.362 0.781 高血压/例 12 10 8 11 0.307 0.959 糖尿病/例 6 7 5 8 0.448 0.930 冠心病/例 7 4 6 5 1.351 0.717 吸烟史/例 19 17 12 16 2.365 0.500 发作≥2次/年占比/% 41.66 40.90 47.36 44.00 0.289 0.982 2.2 治疗前后血气分析比较
治疗前, 4组pa(O2)、pa(CO2)比较，差异无统计学意义(P>0.05)。治疗24、48 h, 4组pa(O2)高于治疗前, pa(CO2)低于治疗前，差异有统计学意义(P < 0.05)。治疗24、48 h后, A1组与A2组pa(O2)、pa(CO2)比较，差异无统计学意义(P>0.05), B2组pa(O2)高于B1组, pa(CO2)低于B1组，差异有统计学意义(P < 0.05)。见表 2。
表 2 治疗前后4组血气分析指标比较(x±s)mmHg 组别 n pa(O2) pa(CO2) 治疗前 治疗24 h 治疗48 h 治疗前 治疗24 h 治疗48 h A1组 24 51.83±5.05 76.33±3.97* 82.79±3.61* 65.35±4.64 59.50±5.56* 54.61±5.35* A2组 22 52.18±5.33 77.18±3.80* 84.18±2.28* 65.90±7.64 61.34±7.90* 56.23±9.15* B1组 19 51.84±5.68 70.68±5.56* 75.89±3.24* 67.45±5.31 66.07±5.10* 64.44±4.53* B2组 25 49.92±6.69 74.24±4.20*# 80.84±6.23*# 68.11±7.74 61.97±7.51*# 57.76±7.51*# pa(O2): 动脉血氧分压; pa(CO2): 动脉血二氧化碳分压。与治疗前比较, *P < 0.05; 与B1组比较, #P < 0.05。 2.3 治疗前后辅助呼吸肌动用评分比较
治疗前, A1组与A2组, B1组与B2组的辅助呼吸肌动用评分比较，差异无统计学意义(P>0.05)。治疗24、48 h后, A1组、A2组、B1组辅助呼吸肌动用评分较治疗前比较，差异无统计学意义(P>0.05), B2组评分较治疗前降低，差异有统计学意义(P < 0.05)。治疗24、48 h后, A1组与A2组比较，差异无统计学意义(P>0.05), B2组评分较B1组降低，差异有统计学意义(P < 0.05)。见表 3。
表 3 治疗前后4组辅助呼吸肌动用评分(x±s)分 组别 n 治疗前 治疗24 h后 治疗48 h后 A1组 24 1.79±0.41 1.79±0.41 1.70±0.46 A2组 22 1.90±0.29 1.68±0.47 1.81±0.50 B1组 19 3.36±0.49 3.15±0.50 3.05±0.52 B2组 25 3.44±0.50 2.80±0.57*# 2.64±0.48*# 与治疗前比较, *P < 0.05; 与B1组比较, #P < 0.05。 2.4 治疗前后膈肌移动度比较
治疗前, A1组与A2组, B1组与B2组膈肌活动度比较，差异无统计学意义(P>0.05)。治疗48 h后, 4组DEq大于治疗前, DEd小于治疗前，差异有统计学意义(P < 0.05); A1组与A2组比较，差异无统计学意义(P>0.05), B2组DEq大于B1组, DEd小于B1组，差异有统计学意义(P < 0.05)。见表 4。
表 4 4组治疗前后膈肌移动度比较(x±s)cm 组别 n 治疗前DEq 治疗48 h后DEq 治疗前DEd 治疗48 h后DEd A1组 24 2.05±0.09 1.74±0.08* 5.06±0.12 5.92±0.07* A2组 22 1.99±0.11 1.72±0.06* 5.00±0.10 5.95±0.09* B1组 19 2.28±0.09 2.04±0.07* 4.45±0.09 5.01±0.12* B2组 25 2.23±0.09 1.87±0.12*# 4.43±0.07 5.10±0.15*# DEq: 平静呼吸膈肌移动度; DEd: 用力呼吸膈肌移动度。与治疗前比较, *P < 0.05; 与B1组比较, #P < 0.05。 2.5 插管率和换组率比较
A1组、A2组和B1组的气管插管率分别为4.17%、4.55%和21.05%, A组组间比较，差异无统计学意义(P>0.05)。B1组插管率高于B2组，差异有统计学意义(P < 0.05)。4组换组率比较，差异无统计学意义(P>0.05)。见表 5。
表 5 4组换组率、插管率比较[n(%)]指标 A1组(n=24) A2组(n=22) B1组(n=19) B2组(n=25) 插管 1(4.17) 1(4.55) 4(21.05) 0* 换组 0 2(9.09) 2(10.53) 0 与B1组比较, *P < 0.05。 3. 讨论
目前，临床治疗Ⅱ型呼吸衰竭的主要方式有无创辅助通气和有创机械通气。无创辅助通气是治疗Ⅱ型呼吸衰竭的首选治疗手段，临床常用方式包括NPPV和HFNC。NPPV优点是可提供调控压力的气体[5], 缺点是面罩可能使患者感到压迫感，湿化不足可促使痰栓形成等[6]。HFNC优点是患者舒适度较好，缺点是提供的压力支持比较小且不稳定[7]。目前HFNC治疗Ⅱ型呼吸衰竭方面尚无明确建议[8]。但仍有研究发现, HFNC治疗效果与NPPV相似; 也有研究认为HFNC清除CO2的能力较差。目前关于HFNC的应用仅有少量研究关注呼吸肌疲劳这一影响因素。慢性阻塞性肺病(COPD)患者同健康成人相比，其呼吸肌功能均存在不同程度的障碍，且随着病情加重，疲劳程度随之增加[9]。当进入急性加重期后, COPD患者由于缺氧会导致呼吸肌疲劳加重，呼吸肌疲劳又会加重呼吸衰竭，从而进入恶性循环。
本研究发现，在A组(轻度呼吸肌疲劳), HFNC和NPPV在改善缺氧、缓解高碳酸血症及改善呼吸肌疲劳效果相似，该结果和相关HFNC在Ⅱ型呼吸衰竭应用的研究结果相似[10-11]; 在B组(重度呼吸肌疲劳)，NPPV组的疗效较HFNC组好。在重度呼吸肌疲劳的COPD患者中，可能存在长时间的呼吸肌疲劳，因此纠正这类患者的CO2潴留，需要更有力的呼吸支持手段。本研究通过临床评估和膈肌超声联合评估患者呼吸肌疲劳程度，结果发现, 4组患者在接受治疗后呼吸肌疲劳状态均有不同程度的缓解。在轻度呼吸肌疲劳的2组中，HFNC同NPPV的缓解效果相似，而在重度呼吸肌疲劳的2组中, NPPV的疗效较HFNC好。膈肌超声通过测量平静呼吸和用力呼吸的膈肌位移，可用于评估患者膈肌运动情况。研究表明[12], COPD患者其平静呼吸和用力呼吸的膈肌运动均存在不同程度障碍。本研究中应用2种不同呼吸治疗手段后，患者的膈肌移动度均有不同程度的好转，其中A组(轻度呼吸肌疲劳)与杨圣强等[11]研究结果相似，其机制可能与2种氧疗手段提供的压力大小有关。
目前NPPV缓解呼吸肌疲劳的疗效及机制讨论较多，有学者认为NPPV可以提供足够的呼吸压力支持，替代部分呼吸肌完成肺通气作用，让患者的呼吸肌得到充分休息[13], 达到减少呼吸肌做功的作用。目前有关HFNC对呼吸肌作用机制的研究较少。在临床实际应用HFNC的过程中，发现部分患者会不由自主地张口呼吸，部分高流速气体从口中溢出，使得HFNC在口咽部形成的呼气末正压通气(PEEP)不稳定[14]。HFNC更多是改善肺换气状态，通过流速产生的压力较小且不稳定，不能有效的让呼吸肌得到休息，因此合并呼吸肌疲劳的AECOPD Ⅱ型呼吸衰竭患者也许需要一个更稳定且压力更大的PEEP以减少呼吸做功，改善呼吸肌疲劳状态。
本研究中，在重度呼吸肌疲劳的2组中，HFNC组的插管率与NPPV组比较有显著差异。因此在重度呼吸肌疲劳患者中，选择HFNC治疗可能会延误患者治疗，进而导致患者发生气管插管。本研究仍有部分患者因不能耐受或者不能纠正氧合而换组治疗，后续观察发现NPPV组患者更换为HFNC组后，仍可以纠正Ⅱ型呼吸衰竭。这可能与HFNC具有良好的湿化效果，可以促进痰液排出有关，因此对痰液较多的患者HFNC的治疗效果可能更好。
本研究没有评估患者的预后，将在后续的研究中进行定期随访，对比HFNC和NPPV对患者预后的影响; 其次本研究没有对呼吸机参数进行统计分析，没有对比呼吸机压力、流速等参数对本实验的影响; 并且本研究没有对患者进行右心功能测定，如肺动脉压力等，因此可能对实验结果造成影响，后续研究中应尽量对患者进行相应评估; 最后本研究样本量少，可能存在个体差异，因此需要进一步扩大样本量证实研究结果。
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表 1 4组一般资料比较(x±s)
指标 A1组(n=24) A2组(n=22) B1组(n=19) B2组(n=25) F/χ2 P 年龄 72.16±7.03 73.09±5.54 72.47±10.48 70.40±7.90 0.510 0.671 男性占比/% 70.83 68.18 68.42 68.00 0.113 0.990 BMI/(kg/m2) 21.59±2.94 21.49±1.65 22.45±2.23 21.63±2.21 0.726 0.539 病程/年 14.20±6.55 14.22±7.41 15.89±8.47 16.00±9.02 0.362 0.781 高血压/例 12 10 8 11 0.307 0.959 糖尿病/例 6 7 5 8 0.448 0.930 冠心病/例 7 4 6 5 1.351 0.717 吸烟史/例 19 17 12 16 2.365 0.500 发作≥2次/年占比/% 41.66 40.90 47.36 44.00 0.289 0.982 
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表 2 治疗前后4组血气分析指标比较(x±s)
mmHg 组别 n pa(O2) pa(CO2) 治疗前 治疗24 h 治疗48 h 治疗前 治疗24 h 治疗48 h A1组 24 51.83±5.05 76.33±3.97* 82.79±3.61* 65.35±4.64 59.50±5.56* 54.61±5.35* A2组 22 52.18±5.33 77.18±3.80* 84.18±2.28* 65.90±7.64 61.34±7.90* 56.23±9.15* B1组 19 51.84±5.68 70.68±5.56* 75.89±3.24* 67.45±5.31 66.07±5.10* 64.44±4.53* B2组 25 49.92±6.69 74.24±4.20*# 80.84±6.23*# 68.11±7.74 61.97±7.51*# 57.76±7.51*# pa(O2): 动脉血氧分压; pa(CO2): 动脉血二氧化碳分压。与治疗前比较, *P < 0.05; 与B1组比较, #P < 0.05。
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表 3 治疗前后4组辅助呼吸肌动用评分(x±s)
分 组别 n 治疗前 治疗24 h后 治疗48 h后 A1组 24 1.79±0.41 1.79±0.41 1.70±0.46 A2组 22 1.90±0.29 1.68±0.47 1.81±0.50 B1组 19 3.36±0.49 3.15±0.50 3.05±0.52 B2组 25 3.44±0.50 2.80±0.57*# 2.64±0.48*# 与治疗前比较, *P < 0.05; 与B1组比较, #P < 0.05。
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表 4 4组治疗前后膈肌移动度比较(x±s)
cm 组别 n 治疗前DEq 治疗48 h后DEq 治疗前DEd 治疗48 h后DEd A1组 24 2.05±0.09 1.74±0.08* 5.06±0.12 5.92±0.07* A2组 22 1.99±0.11 1.72±0.06* 5.00±0.10 5.95±0.09* B1组 19 2.28±0.09 2.04±0.07* 4.45±0.09 5.01±0.12* B2组 25 2.23±0.09 1.87±0.12*# 4.43±0.07 5.10±0.15*# DEq: 平静呼吸膈肌移动度; DEd: 用力呼吸膈肌移动度。与治疗前比较, *P < 0.05; 与B1组比较, #P < 0.05。
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表 5 4组换组率、插管率比较[n(%)]
指标 A1组(n=24) A2组(n=22) B1组(n=19) B2组(n=25) 插管 1(4.17) 1(4.55) 4(21.05) 0* 换组 0 2(9.09) 2(10.53) 0 与B1组比较, *P < 0.05。
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