走进高流量鼻导管
尽管高流量鼻导管（high-flow nasal cannula，HFNC）在临床上已经应用多年，并在部分病患中观察到很好的治疗效果，例如减少呼吸做功，缓解呼吸肌肉疲劳，改善氧合，促进痰液引流等等，但基本上都是临床研究，从得到的结果中去反向推测其生理学机制，所以经常会有结论不一致，前后矛盾的现象发生，甚至引起争论。其实在开展一项临床研究之前，首先应该搞清楚，本研究所采用的技术其科学基础是什么，与研究目的之间有怎样的逻辑关系。这个道理放在 HFNC 上同样如此。直到最近，两篇含金量极高的生理学研究[1, 2]问世后，为我们得以窥视 HFNC 作用机制全貌打开了一扇窗户，本文在此做一个简要介绍。
HFNC是否真的可以减少解剖死腔？
机体在代谢过程中产生出来的 CO2，主要通过呼吸系统排出体外。正常情况下，在呼气末期，气道内的气体 CO2浓度达到顶峰（约 5~6%），远远高于大气中的 0.04%。而下一次的吸气，会将气道内这些富含 CO2的气体重复吸入肺泡，导致潮气量中只有 60 - 70%是新鲜气体。占潮气量约 1/3 的气体无法有效参与换气过程，其体积基本与机体的生理死腔相一致。对于呼吸困难的患者，如何减少死腔，提高呼吸效率，一直是医务工作者们努力的方向。近年来 HFNC 的推广应用，其中一个重要的理论就是可以减小死腔，提高通气效率，真的是这样吗？
由于呼吸道解剖结构复杂，而且缺乏直接观测气体运动的有效手段，关于 HFNC 可以冲刷口咽部 CO2以减小解剖死腔的理论，一直都是基于临床或者动物实验的观察推测出来的，直接证据例如气道内 CO2浓度的下降[3]，或血液或组织的 PCO2明显下降[4-6]；还有些研究是从呼吸频率及分钟通气量减少的情况下PCO2能够保持稳定或下降这一点，
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间接推测死腔量的减少[4, 7]。但是问题仍然存在，到底需要多大的气流，相应又能减少多少死腔，对患者呼吸带来多大的帮助呢？
德国科学人员 Moller 等近期做了一个非常精彩的研究[1]：他们使用了两种上呼吸道模型，一个是相对简单的单管模型（tube model，TM），由一个喷嘴（由氯化钠晶体打磨而成，内径 12 mm）和一个圆管（蓝宝石晶体管壁，内径 26 mm，外径 31 mm，长度 130 mm）构成，前者模拟气道中最狭窄的鼻瓣膜区，后者代表气道容积；另一个模型则要复杂得多，是根据健康志愿者的 CT断层扫描图像，使用 3D打印机重建出来的，能够真实的反映人体上呼吸道的解剖结构（upper airway model，UAM）。为了便于比较死腔清除效果，两个模型均被人为划分为前后两个区域，分别为TM1（28 ml）、TM2（25 ml）、UAM1以及UAM2（共56 ml）。
对于 TM模型，可以同时使用中波红外 CO2吸收光谱仪（midwave infrared CO2 absorption spectroscopy, MWIR）和放射性氪伽玛成像（radioactive krypton gamma camera imaging）两种技术分别对示踪气体混合氧（Carbogen，构成比为 6% 的 CO2，21% 的O2和 73% 的 N2）和放射性氪（81 mKr）进行影像捕捉从而对气体清除率进行定量评估。前者成像速度 1000 帧/秒，后者 25 帧/秒。UAM模型受打印材质所限，只能使用 81 mKr 伽玛成像系统。
图1：TM（左）和UAM（右）结构及分区示意图（摘自J Appl Physiol (1985). 2015 Jun 15;118(12):1525-32.）
在分别给不同的模型注入示踪气体后，作者先后使用不同气流速度的 HFNC 予以通气，并应用相应的设备进行影像捕捉及进行后台数据处理。
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结果证实，两种成像系统在示踪气体清除率的计算上关联度极高（r = 0.97，P
图2：左图为TM模型，图A为对照，图B为提供30 L/min的流量下的影像资料。（i）至（iv）分别代表呼气流速达峰，呼气流速为30 L/min，15 L/min及呼气末四个时间点。可以直观看到，随着呼气逐渐进入末期，管内的示踪气体浓度越来越低；右图为UAM模型，分别显示不同流量下，不同时间点模型内示踪气体的浓度。同样，随着气体流量的增加以及时间的延长，示踪气体浓度也是呈现明显下降趋势。（摘自J Appl Physiol (1985). 2015 Jun 15;118(12):1525-32.）
考虑到本研究是在停止填充示踪气体后才开始使用 HFNC，相当于是模拟准静态的屏气阶段（上一次呼气结束至下一次吸气开始前的时间，正常呼吸中约持续 0.5 - 1.0 s），而事实上由于 HFNC 是持续吹入新鲜气流的，机体从呼气开始就已经在清除死腔了，所以本研究结果会低估HFNC实际的清除死腔效果。近期 Van Hove等[8]也在 3D 打印的上气道模型中证实，当 HFCN 气流速度从0增加到 60 L/min，吸入 CO2浓度可降低 65%。
生理学及临床意义：
HFNC 有效的冲刷上气道的 CO2，相当于减小死腔，或者可直接降低血液中 PCO2，或者降低分钟通气量（潮气量降低或者呼吸频率下降）。而呼吸频率的降低，可以进一步减少呼吸做功，延长呼气时间进而有机会排出更多的 CO2。
死腔率（Vd/Vt）与潮气量成反比，COPD 或肺栓塞等肺泡死腔显著增大、或 ARDS这样大量肺泡塌陷实变的病患，为了维持肺泡通气量，不得不被迫加快呼吸频率，相应带来呼吸肌肉疲劳等一系列严重后果。本研究中模型容积都接近人体的平均鼻腔容积 55 ml，相当于生理性解剖死腔的 1/3。如试验结果所示，30 L/min的气流能在 1秒内完全清除
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鼻腔内的示踪气体，可想而知处于呼吸功能衰竭边缘的危重症患者来说，这样的支持是何等的重要。
当然必须承认这毕竟不是人体实验，无法囊括潮气量和呼吸形式等其它多种变量的影响。
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