高流量氧疗失败的早期预警指标

作者：张鲁涛

呼吸支持技术是重症患者器官功能支持体系的重要组成部分，是一系列改善、维持、替代自主呼吸作用的技术手段的总称，主要包括氧气疗法、机械通气、体外膜肺氧合（ECMO）技术等，近年来，呼吸支持技术以“在提供适度气体交换基础上，降低呼吸支持相关肺损伤"为核心发展方向，在无创呼吸支持、有创机械通气（lMV）、俯卧位通气以及体外呼吸支持等领域取得稳步发展，同时兼顾有效性、安全性与舒适性三大原则。如果突破上述原则，需要转化为其他更有效、更安全、更舒适的支持方式。

氧疗是指使用氧体积分数高于空气（约21%）的气体对患者进行治疗的医疗手段；低氧血症指血液中动脉血氧分压（PaO2）低于正常范围的病理状态；缺氧是机体氧供无法满足组织氧需求的病理生理状态，按病因可分为低张性缺氧、血液性缺氧、循环性缺氧、组织性缺氧四类。氧疗装置依据其提供的空氧混合气体与患者自主吸气时气体流速的匹配关系，可分为低流量和高流量装置。氧气属于特殊药品，临床使用需开具氧疗处方，对于无低氧血症的患者，不推荐给予氧疗。

呼吸衰竭主要分为Ⅰ型（低氧性）和Ⅱ型（高碳酸性）：①Ⅰ型呼吸衰竭的病理生理机制包括摄氧减少、肺泡通气不足、弥散障碍、通气血流比例失调及右向左分流。②Ⅱ型呼吸衰竭则主要因二氧化碳产生过多或清除减少导致。

结合氧的弥散与呼吸衰竭病理机制(如图中肺泡-毛细血管气体交换结构及通气血流比例示意图所示)，氧疗效果具有以下特点：①对于因摄氧减少(如高原低氧环境)或弥散功能障碍(如间质性肺病，因肺间质病变影响氧的弥散过程)导致的低氧状态，氧疗可有效提升动脉血氧分压。②对于Ⅰ型呼吸衰竭(由通气血流比例失调或右向左分流引发)，氧疗效果取决于右向左分流的流量大小：分流流量越大，氧疗效果越有限。

经鼻高流量湿化氧疗（HFNC）通过鼻塞为患者提供可控且恒定的吸氧浓度（21%~100%）、温度（31~37℃）和湿度的高流量吸入气体，具备呼气末正压（PEEP）效应、生理死腔冲刷、维持黏膜纤毛功能及降低呼吸功等独特生理学机制，在缓解呼吸困难、改善氧合方面疗效显著，且患者耐受性良好。

（1）生理学机制：HFNC可产生PEEP效应，维持肺开放与气血交换；高流速能冲刷上气道生理死腔，优化通气效率；同时通过精准温化（31~37℃）、湿化功能，改善呼吸道黏膜纤毛清除系统功能。

（2）生理学效应：HFNC能实现精确可控的吸氧浓度（21%~100%）；增加呼气末肺容积、改善气体分布；降低上气道阻力与呼吸功，减轻呼吸负荷。

（3）患者体验: 相较于传统氧疗, HFNC的舒适性更佳, 为患者提供了更易耐受的氧疗方式, 在轻中度呼吸衰竭等场景中应用广泛。

HFNC存在以下局限性：

（1）适用条件限制：需患者具备自主呼吸能力。

（2）PEEP效应不稳定：其提供的PEEP效应具有不确定性，与流量呈正相关，且受患者张口、闭口状态影响较大。

（3）呼吸支持局限性：因无人工气道，无法控制呼吸，难以保障肺组织和呼吸肌在疾病状态下充分休息。

（4）潜在肺损伤风险：若治疗过程中患者仍存在过强的呼吸驱动或吸气努力，可通过容积伤、压力伤、萎陷伤等机制引发继发性自戕性肺损伤（P-SILI），这是呼吸衰竭进展中需警惕的重要病理环节。

HFNC治疗失败的判定需结合有效性、安全性及舒适性三大原则，当治疗无法达到氧合目标、存在安全风险或患者无法耐受时，应考虑转为无创或有创机械通气。

1. 有效性相关预警指标

有效性指标直接反映氧疗目标的达成情况，是判断治疗失败的核心依据。

（1）氧合相关指标：对于Ⅰ型呼吸衰竭患者，若治疗后动脉血氧饱和度（SpO2）、动脉血氧分压（PaO2）未达到预期目标，或氧合指数（PaO2/FiO2）持续低于150 mmHg，提示氧合改善不佳。

（2）二氧化碳相关指标：Ⅱ型呼吸衰竭患者应用HFNC期间，若动脉血二氧化碳分压（PaCO2）未按预期下降甚至升高，且伴随临床症状加重，表明通气支持不足，需警惕治疗失败，并及时切换为无创或有创通气。

2024年Crit Care杂志发表的一项随机对照非劣效性试验比较了HFNC与NIV用于慢性阻塞性肺疾病急性加重合并急性-中度高碳酸血症性呼吸衰竭的疗效，结果发现：HFNC组的治疗失败率为25.7%，NIV组为14.3%。两组治疗失败率的风险差异为11.38%（95%CI 0.25~21.20，P=0.033），高于非劣效性界值9%。HFNC组治疗失败率为25.5%，NIV组为13.8%（风险差异11.69%；95%CI 0.48~22.60）。HFNC组插管率高于NIV组（14.2% vs 5.4%，P=0.026）。两组在治疗转换率、ICU和住院时长及28天死亡率方面均无统计学差异。

2. 安全性相关预警指标

安全性指标主要用于识别病情恶化及肺损伤风险，包括临床体征、评分系统及生理参数监测。

2.1  临床体征与呼吸努力评估

（1）崩溃气道: 指患者处于深度昏迷、濒临死亡、循环崩溃时, 不能保证基本的通气氧合; 一旦患者出现崩溃气道, 需按紧急气道处置。

（2）P-SILI：其发生与过强的呼吸驱动及吸气努力密切相关。从病理机制来看，过强的呼吸驱动（由缺氧、肺水肿、肺顺应性降低、炎症或烦躁等因素引发）会促使吸气努力增强，进而导致跨肺压波动增大、潮气量及呼吸频率升高；同时，肺的不均一性（如重力作用、局部炎症等）会使背侧肺组织呈现类似实变的塌陷特性，进一步加剧背侧跨肺压波动。这些变化通过容积伤、压力伤、萎陷伤等机制引发P-SILI，从而加重病情，也是HFNC治疗失败的重要预警信号。

呼吸驱动与呼吸努力存在内在关联：呼吸驱动是呼吸中枢发出神经冲动的强度，呼吸努力则是呼吸肌的机械性输出（包括收缩幅度与频率）。在临床中，我们可以通过呼吸窘迫的临床表现、呼吸频率增快或潮气量过大等特征，定性判别过强的呼吸努力及呼吸驱动。

2.2  评分系统

（1）ROX指数：是预测HFNC在肺炎所致急性呼吸衰竭中疗效的关键工具，计算公式为：ROX指数=SpO2/(FiO2×RR)。ROX指数整合了氧合状态指标（SpO2/FiO2）与呼吸努力指标（呼吸频率，RR）这两个核心呼吸参数。在临床应用中，不同时间节点的ROX指数临界值具有明确的指导意义：无论是治疗后2 h、6 h还是12 h，若ROX指数≥4.88，提示HFNC成功概率较高，可继续监测；若指数呈上升趋势，说明患者呼吸状态在改善。若ROX指数低于各时间节点的下限值（如2 h<2.85、6 h<3.47、12 h<3.85），则需考虑HFNC治疗失败，应及时评估气管插管的必要性；若指数处于高低限值之间（如2 h 2.85~4.87、6 h 3.47~4.87、12 h 3.85~4.87），需提高HFNC治疗强度，并在30 min后重新评估。

（2）ROX-HR指数：其在原始ROX指数基础上，纳入心率（HR）变量，公式为：ROX-HR指数=(SpO2/FiO2)/(RR×HR)×100。与ROX指数类似，ROX-HR指数也用于HFNC的早期疗效预测。在时间节点表现上，ROX-HR指数在10 h时，若阈值＞6.8，患者HFNC失败风险显著降低；同时，ROX指数和ROX-HR指数在10 h时的AUROC值分别达0.723和0.739，诊断准确性最高。一项结合心率与氧合指标预测HFNC效果的研究表明，ROX指数与HFNC结局存在明确关联，且其预测准确性随时间延长逐渐提升，AUROC值呈向1趋近的趋势。

（3）改良ROX指数：改良ROX指数源于氧合解离曲线的非线性特征——SpO2与PaO2并非线性关联。基于此，为更精准地反映患者氧合状态，研究者提出改良ROX指数，将原始ROX指数中的SpO2替换为PaO2，公式为改良ROX指数=（PaO2/FiO2）/RR。这一调整可规避SpO2与PaO2非线性关系带来的偏差，从而更准确地评估患者的氧合状态，提升对HFNC疗效的预测精度。

（4）VOX指数：一项关于NIV治疗新发急性低氧性呼吸衰竭的研究表明，潮气量在预测呼吸驱动与呼吸努力方面的作用优于呼吸频率，且潮气量的变化早于呼吸频率的改变。基于此，在HFNC疗效预测领域，研究者建立了新的预测体系——VOX指数，其公式为VOX指数=SpO2/(FiO2×Vt)（以潮气量替代ROX指数中的呼吸频率）。临床数据显示，若采用ROX指数预测，HFNC成功组与失败组在治疗初始时的ROX指数无显著统计学差异；而VOX指数在治疗开始时即表现出两组间的显著统计学差异，且在治疗前6 h内，VOX指数始终是预测HFNC疗效的有利指标，其AUROC值更接近1，诊断准确性更高。

（5）HACOR评分：在一项针对急诊科急性低氧性呼吸衰竭患者的前瞻性观察研究中，ROX指数与HACOR量表均能有效预测HFNC成败。HACOR量表：包含心率、酸中毒（pH）、意识状态（GCS）、氧合状态（PaO2/FiO2）及呼吸频率五项核心指标。若HACOR评分＜6分，提示HFNC成功可能性较高。更新版HACOR量表在原有维度基础上纳入不同基础疾病（如肺炎、心衰、肺源性ARDS等）的评分权重，可以更精准地区分复杂临床场景。该量表依据六项临床特征将治疗风险划分为四个等级：低风险（≤7分，NIV失败率12.4%）、中风险（7.5~10.5分，失败率38.2%）、高风险（11~14分，失败率67.1%）及极高风险（＞14分，失败率83.7%），为临床决策提供了更细化的分层依据。

2.3  生理参数监测

（1）压力波动指标：监测呼吸努力与呼吸驱动，可通过食道压波动（ΔPes）或鼻腔压摆动来体现。一项多中心队列研究分析了260例HFNC治疗患者的数据，建立了多变量回归模型以预测食道压＞10 cmH2O的风险。该模型显示，ΔPes的预测公式与碱剩余（BEa）、呼吸频率（RR）、氧合指数（PaO2/FiO2）密切相关。对于过高的呼吸阻力，可通过鼻腔压力摆动反映：在任意时间点，HFNC失败组的鼻腔压力摆动值均高于成功组，其风险阈值为5.1 cmH2O。

（2）其他指标：在针对ICU新冠患者的IMV预测模型研究中，SOFA评分、SpO2及呼吸努力体征在预测机械通气需求方面的表现优于ROX指数；且SOFA评分与ROX指数联合应用时，可能在预测机械通气需求上展现出更优的性能。在呼吸驱动与呼吸努力的监测领域，除辅助呼吸肌运动、矛盾呼吸、鼻翼扇动、颈部辅助呼吸肌收缩等临床体征外，肌电活动也可作为中枢驱动的有效标志，通过呼吸肌电图监测能反映呼吸肌驱动强度；膈肌增厚分数可体现呼吸肌努力程度；中心静脉压（CVP）波动可作为胸腔压力波动的无创替代指标，用于评估吸气努力。

2.4  生化标志物与综合临床评分

生物标志物与综合临床评分也是重要的评估维度：包括C反应蛋白、铁蛋白、D-二聚体、白介素-6、淋巴细胞计数、中性粒细胞与淋巴细胞比值、乳酸脱氢酶等，可从炎症、凝血、免疫状态等角度反映病情严重程度。综合临床评分：如APACHEⅡ评分等，通过整合多系统参数，为患者整体病情及预后判断提供参考。

3. 舒适性相关预警指标

患者对HFNC的耐受性是治疗持续的基础。若患者因鼻腔不适、干燥、呛咳等原因无法配合治疗，或出现明显烦躁、拒绝佩戴等情况，即使氧合指标暂时达标，也可能因治疗中断导致失败，需及时调整呼吸支持方式。

综上，HFNC的临床管理需围绕有效性、安全性、舒适性三维度系统开展：有效性方面，通过氧合（SpO2、PaO2、PaO2/FiO2等）与二氧化碳指标（PaCO2）评估治疗效果与疾病风险；安全性层面，需结合临床体征（病情恶化、崩溃气道、过强呼吸努力、呼吸窘迫、矛盾呼吸运动、三凹征、呼吸困难评分等等）、量化工具（ROX指数、ROX-HR指数、改良ROX指数、VOX指数等）、呼吸力学监测（鼻腔压和食道压摆动等）及生化/综合评分系统（APACHE Ⅱ、HACOR评分），防范过强呼吸驱动引发的P-SILI风险；舒适性则关注患者耐受性，其是治疗成败的重要影响因素。临床中，症状体征虽具有主观性，但仍是决策的关键参考，需在实践中不断积累经验，实现三者的动态平衡，以优化HFNC在急性呼吸衰竭等场景中的应用。

作者介绍

张鲁涛

河北医科大学第二医院呼吸与危重症医学一科，主任医师、科副主任、呼吸危重症亚临床专业主任；河北省呼吸与健康学会常委、中西医融合呼吸病分会候任主委、重症医学分会副主任委员，河北省医师协会委员及体外生命支持医师分会常委，河北省医学会呼吸病学分会委员及感染与危重症学组副组长；主要在呼吸与危重症医学一科加强医疗病房工作，2025年8月1日呼吸与危重症医学一科搬迁至正定院区。