氮氧通气与氦氧通气在中重度急性呼吸窘迫综合征患者中应用效果的对比研究

Effects of nitrogen-oxygen ventilation versus heliox ventilation in patients with moderate-to-severe acute respiratory distress syndrome

摘要

目的 比较氮氧通气与氦氧通气在中重度急性呼吸窘迫综合征（ARDS）患者中的应用效果。 方法 选取2023年6月—2025年1月福建医科大学附属龙岩第一医院收治的112例中重度ARDS患者，通过随机数字表法分为对照组和观察组，各56例。对照组接受氮氧通气，观察组接受氦氧通气。比较两组机械通气时间、总住院时间、住院费用、炎症因子水平［C反应蛋白（CRP）、白细胞介素-6（IL-6）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）］、血气指标［动脉血二氧化碳分压（PaCO₂）、动脉血氧分压（PaO₂）］、短期预后（并发症及28 d病死率）。 结果 观察组机械通气时间、总住院时间均短于对照组，住院费用低于对照组（P <0.05）。观察组与对照组通气前、通气后第1和3天BALF中CRP、IL-6、TNF-α水平比较， 结果 ①不同时间点CRP、IL-6、TNF-α水平比较，差异均有统计学意义（P <0.05）。②观察组与对照组BALF中CRP、IL-6、TNF-α水平比较，差异均有统计学意义（P <0.05）；观察组BALF中CRP、IL-6、TNF-α水平均低于对照组。③观察组与对照组BALF中CRP、IL-6、TNF-α水平变化趋势比较，差异均有统计学意义（P <0.05）。观察组通气后第3天PaCO₂水平低于对照组，PaO₂水平高于对照组（P <0.05）。两组通气后第3天PaCO₂水平均低于通气前，PaO₂水平均高于通气前（P <0.05）。观察组与对照组低血压、低血氧发生率比较，差异均无统计学意义（P >0.05）。观察组28 d病死率低于对照组（P <0.05）。 结论 相较于氮氧通气，氦氧通气可有效降低中重度ARDS患者气道压力、减轻肺部炎症反应，改善血气指标，降低28 d病死率，整体治疗效果更佳。

Abstract

Objective To compare the effects of nitrogen-oxygen ventilation versus heliox ventilation in patients with moderate-to-severe acute respiratory distress syndrome (ARDS). Methods A total of 112 patients with moderate-to-severe ARDS admitted to the Longyan First Hospital Affiliated to Fujian Medical University between June 2023 and January 2025 were selected. Using a random number table, they were divided into a control group and an observation group, each comprising 56 patients. The control group received nitrogen-oxygen ventilation, whilst the observation group received heliox ventilation. The two groups were compared in terms of the duration of mechanical ventilation, total length of hospital stay, hospital costs, levels of inflammatory markers [C-reactive protein (CRP), interleukin-6 (IL-6), tumor necrosis factor-α (TNF-α) ], blood gas parameters [partial pressure of carbon dioxide in arterial blood (PaCO₂), partial pressure of oxygen in arterial blood (PaO₂) ], short-term prognosis (complications and the 28-day mortality rate). Results The duration of mechanical ventilation and the total length of hospital stay were shorter, and the hospital costs were lower in the observation group than in the control group (P < 0.05). Comparison of CRP, IL-6 and TNF-α levels in bronchoalveolar lavage fluid (BALF) between the observation group and the control group before mechanical ventilation and on days 1 and 3 of ventilation showed that there were statistically significant differences in CRP, IL-6 and TNF-α levels across the time points (P < 0.05) and between the groups (P < 0.05), with their levels in the observation group being lower than those in the control group. A comparison of the change trends of CRP, IL-6 and TNF-α levels in BALF between the observation group and the control group revealed statistically significant differences (P < 0.05). On day 3 of mechanical ventilation, PaCO₂ in the observation group was lower than that in the control group, whilst PaO₂ was higher in the observation group (P < 0.05). On day 3 of mechanical ventilation, PaCO₂ was lower and PaO₂ was higher in both groups compared with pre-ventilation values (P < 0.05). There was no statistically significant difference in the incidence of hypotension or hypoxemia between the observation group and the control group (P > 0.05). The 28-day mortality rate in the observation group was lower than that in the control group (P < 0.05). Conclusion Compared with nitrogen-oxygen ventilation, heliox ventilation effectively reduces airway pressure, alleviates pulmonary inflammatory responses, improves blood gas parameters, and lowers the 28-day mortality rate in patients with moderate-to-severe ARDS, resulting in better overall therapeutic outcomes.

关键词

中重度急性呼吸窘迫综合征 / 氮氧通气 / 氦氧通气

Key words

moderate-to-severe acute respiratory distress syndrome / nitrogen-oxygen ventilation / heliox ventilation

急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome, ARDS）是临床常见的危重症综合征，多种致病因素导致肺毛细血管通透性增高、非心源性肺水肿，继而出现顽固性低氧血症、肺泡塌陷、通气功能障碍及脱机困难等临床表现^[1-2]。ARDS常伴随局部及全身炎症反应亢进、凝血功能紊乱，病情进展迅速且病死率较高。机械通气是中重度ARDS的核心支持手段，但常规通气模式易诱发肺损伤，加重炎症反应，影响预后^[3]。传统氮氧通气使用的混合气体在气道内多呈湍流状态，气道阻力较大，显著增加呼吸做功，甚至导致气压伤，使部分重症患者选择治疗方式受限^[4]。而氦氧通气是以氦气为主要惰性气体组分，其密度仅为氮气的1/7，可有效降低混合气体密度，减少湍流并促进层流形成，从而降低气道阻力与气道压力，改善氧弥散与二氧化碳排出，减轻呼吸负荷，同时抑制炎症因子释放，减轻肺组织炎症损伤^[5]。目前，氦氧通气已应用于哮喘、慢性阻塞性肺疾病等呼吸危重症治疗，动物实验也证实其可改善肺顺应性、减轻肺部炎症^[6]，但与传统氮氧通气相比，对中重度ARDS患者炎症控制、血气改善、通气时长及短期预后等方面的影响仍需进一步评估。因此，本研究通过比较两种通气方式的应用效果，探讨氦氧通气在中重度ARDS治疗中的应用价值，为临床优化通气策略、改善疾病预后提供可靠依据。

1 资料与方法

1.1　一般资料

选取2023年6月—2025年1月福建医科大学附属龙岩第一医院收治的112例中重度ARDS患者，通过随机数字表法分为对照组和观察组，各56例。对照组接受氮氧通气，观察组接受氦氧通气。对照组与观察组性别构成、年龄、体质量指数、氧合指数和病因构成比较，经χ² /t 检验，差异均无统计学意义（P <0.05）。两组资料有可比性（见表1）。本研究经医院医学伦理委员会批准（LYREC2023-k052-01），患者及家属均知情同意。

1.2　纳入与排除标准

1.2.1　纳入标准

①符合《急性呼吸窘迫综合征患者机械通气指南（试行）》^[7]中重度ARDS的诊断标准；②生命体征相对稳定，可耐受机械通气治疗；③对本研究所用通气相关气体及配套治疗无过敏反应；④临床资料完整，能够配合完成各项指标检测及随访。

1.2.2　排除标准

①合并严重心、肝、肾等重要脏器器质性病变；②心功能Ⅲ、Ⅳ级，存在休克状态；③由肺血栓栓塞、心源性肺水肿等非ARDS所致的急性呼吸衰竭；④合并自身免疫性疾病、先天性肺功能发育异常及肺部恶性肿瘤；⑤存在神经系统疾病或认知障碍，无法配合治疗及研究；⑥妊娠期或哺乳期女性。

1.3　治疗方法

对照组采用呼吸机（上海伟亚安医疗器械有限公司，VELA型）行氮氧混合通气，气体配比为60%氮气 + 40%氧气。患者取30°半卧位，予以瑞芬太尼镇痛、丙泊酚镇静，重症监护疼痛观察工具（critical-care pain observation tool, CPOT）评分为0分、RASS评分为-3分，充分吸净气道分泌物。通气模式选用容量控制模式，潮气量设置为8 mL/kg，呼吸频率18次/min，吸呼比1∶2，采用最佳氧合法滴定呼气末正压（positive end-expiratory pressure, PEEP）至5～8 cmH₂O并保持不变。调整吸入氧浓度至40%，稳定通气30 min，保持动脉血氧分压（arterial partial pressure of oxygen, PaO₂）≥0.95 mmHg后，持续给予氮氧通气3 h，全程监护患者生命体征，维持呼吸参数稳定。

观察组采用改良麻醉机呼吸回路行氦氧混合通气，气体配比为60%氦气 + 40%氧气。先关闭麻醉机空气通路，将氦气接入一氧化二氮通路，使用氧浓度监测仪校准浓度；通气前以纯氧预通气30 min排尽回路内氮气，再导入氦氧混合气并维持总流量稳定。患者体位、镇痛镇静方案、通气模式、潮气量、呼吸频率、吸呼比及PEEP水平均与对照组一致，吸入氧浓度稳定至40%，脉搏血氧饱和度（pulse oxygen saturation, SpO₂）达标后持续氦氧通气3 h，全程严密监测患者生命体征，若出现血流动力学或血氧明显波动，则立即终止研究。

1.4　观察指标

1.4.1　临床资料

记录患者机械通气时间、总住院时间、住院费用。

1.4.2　炎症因子水平

查看所有患者胸部CT，确定病变肺段后，在纤维支气管镜下对该肺段行支气管肺泡灌洗。经活检孔注入1～2 mL 2%利多卡因行局部麻醉，将纤维支气管镜顶端嵌顿于合适的支气管分支，用生理盐水进行2次灌洗，每次灌洗20 mL，以低于-100 mmHg的负压吸引获取支气管肺泡灌洗液（bronchoalveolar lavage fluid, BALF），弃去第1管，留取第2管BALF，分别于通气前、通气后第1、3天检测C反应蛋白（C-reactive protein, CRP）、白细胞介素-6（Interleukin-6, IL-6）、肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α, TNF-α）水平。

1.4.3　血气指标

通过手持式血气分析仪检测通气前、通气后3 d动脉血二氧化碳分压（partial pressure of carbon dioxide, PaCO₂）、PaO₂。

1.4.4　短期预后

通过复查和随访等方式记录患者并发症发生情况和28 d病死率。

1.5　统计学方法

数据分析采用SPSS 26.0统计软件。计数资料以构成比或率（%）表示，比较用χ²检验；计量资料以均数±标准差（x±s）表示，比较用t 检验或配对t 检验或重复测量设计的方差分析。P <0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1　两组机械通气时间、总住院时间、住院费用比较

观察组与对照组机械通气时间、总住院时间、住院费用比较，经t 检验，差异均有统计学意义（P <0.05）；观察组机械通气时间、总住院时间均短于对照组，住院费用低于对照组。见表2。

2.2　两组通气前后BALF中炎症因子水平的变化

观察组与对照组通气前、通气后第1和3天BALF中CRP、IL-6、TNF-α水平比较，采用重复测量设计的方差分析，结果：①不同时间点CRP、IL-6、TNF-α水平比较，差异均有统计学意义（F =929.915、914.763、950.461，均P =0.000）。②观察组与对照组BALF中CRP、IL-6、TNF-α水平比较，差异均有统计学意义（F =64.535、55.274、77.363，均P =0.000），观察组BALF中CRP、IL-6、TNF-α水平均低于对照组。③观察组与对照组BALF中CRP、IL-6、TNF-α水平变化趋势比较，差异均有统计学意义（F =69.485、34.508、44.954，均P =0.000）。见表3。

2.3　两组通气前后血气指标的变化

观察组与对照组通气前PaCO₂、PaO₂水平比较，经t 检验，差异均无统计学意义（P >0.05）。对照组与观察组通气后第3天PaCO₂、PaO₂水平比较，经t 检验，差异均有统计学意义（P <0.05）；观察组通气后第3天PaCO₂水平低于对照组，PaO₂水平高于对照组。通气前与通气后第3天PaCO₂、PaO₂水平比较，经配对t 检验，差异均有统计学意义（P <0.05）；两组通气后第3天PaCO₂水平均低于通气前，PaO₂水平均高于通气前。见表4。

2.4　两组并发症、28 d病死率比较

观察组与对照组低血压、低血氧发生率比较，差异均无统计学意义（P >0.05）。观察组28 d病死率比较，经χ²检验，差异有统计学意义（P <0.05）；观察组28 d病死率低于对照组。见表5。

3 讨论

治疗ARDS的关键是快速改善氧合、抑制肺部炎症进展、减少肺组织进一步损伤^[8-10]。患者气道高反应性与炎症因子大量释放，不仅加剧肺泡结构破坏，还会增加机械通气的难度与相关肺损伤风险^[11]。机械通气方式的选择会影响ARDS患者预后，临床常用的氮氧通气虽能满足基础氧合需求，但因混合气体密度较高，在气道内易形成湍流，会增加呼吸肌做功，且高气道压力易刺激气道黏膜，不利于肺损伤修复。氦氧混合气是一种低密度混合气体，自应用于临床以来已展现出独特优势。相较于氮氧混合气，氦氧混合气可显著降低气道阻力、减轻呼吸肌疲劳，还具备一定的细胞保护及抗炎作用，能够通过减轻肺组织炎性渗出、抑制炎症反应等保护肺功能^[12-13]。本研究通过比较两种通气方式在中重度ARDS患者中的应用效果，既验证了氦氧通气的临床优势，也为明确其抗炎机制、优化临床通气策略提供了实践支撑。

本研究结果显示，观察组与对照组均通过机械通气实现基础氧合支持，但其临床疗效及作用机制存在显著差异。两组通气模式均采用容量控制模式，维持相同的潮气量、呼吸频率及PEEP水平，而差异在于通气气体成分。对照组采用氮氧混合气（60%氮气 + 40%氧气），观察组采用氦氧混合气（60%氦气 + 40%氧气）并实现氦气循环利用。氮氧混合气密度较高，气道内易形成湍流，导致气道压力增大，不仅增加呼吸肌做功，还会刺激气道黏膜释放CRP、IL-6、TNF-α等炎症因子，加重肺组织炎症损伤^[14]，进而延长机械通气时间、住院时间及增加住院费用。而氦氧混合气具有密度低、运动黏性高的特性，相较于氮氧通气可显著降低气道阻力及气道压力，减少肺组织炎性渗出，有效抑制炎症因子释放，使通气后炎症因子水平明显低于对照组^[15]。同时有助于缓解呼吸肌疲劳、促进肺功能恢复，从而缩短机械通气及住院时间、降低住院费用。本研究结果进一步显示，观察组通气后PaCO₂显著低于对照组，PaO₂明显高于对照组。中重度ARDS患者常存在气道炎症导致的气道重塑、分泌物黏稠等问题，传统氮氧通气因气体密度较大，易形成湍流，导致气道峰压升高、气道阻力增加，不仅阻碍氧气弥散及二氧化碳排出，还会加重呼吸肌负荷。长期通气易引发膈肌失用性萎缩^[16-18]。而氦氧混合气具有低密度、雷诺系数小的特性，更易形成层流运动，在相同气道条件下可显著降低气道阻力及气道峰压。根据伯努利定律，其所需驱动压降低，能有效改善呼吸肌疲劳，减轻膈肌失用性萎缩，同时改善通气分布不均，促进氧气向肺泡弥散及二氧化碳排出，从而升高PaO₂、降低PaCO₂^[19]。此外，氦氧通气还可通过改善肺组织弹性，优化通气/血流比^[20]。这不仅能有效纠正低氧血症、减少二氧化碳潴留，还能为肺组织炎症修复创造有利条件，降低呼吸机依赖风险，为患者顺利脱机、加快康复提供支持^[21]。任德才等^[22]研究显示，在控制潮气量和SpO₂相对不变的情况下，氦氧通气1 h后气道峰压、平台压显著下降，而氮氧通气后气道压明显上升；同时，氦氧通气治疗患者病变肺段BALF中CRP、IL-6水平显著低于氮氧通气患者，且明显提升膈肌运动幅度及膈肌厚度变化率，改善呼吸肌功能。两项研究均证实氦氧通气相较于氮氧通气，可有效降低患者气道压力、减轻肺部炎症反应。而本研究中，研究对象为中重度ARDS患者，观察氦氧通气对血气指标和肺功能的改善作用，明确了其在纠正低氧血症、减少二氧化碳潴留、降低呼吸机依赖中的价值，且患者28 d病死率更低，进一步验证了氦氧通气在重症肺疾病治疗中的有效性，为其临床应用提供了更全面的循证依据。

综上所述，相较于氮氧通气，氦氧通气可有效降低中重度ARDS患者气道压力、减轻肺部炎症反应，改善血气指标，降低28 d病死率，整体治疗效果更佳。但应用时需严格控制氦氧混合气体配比，全程严密监测患者生命体征及血氧饱和度，若出现血压或SpO₂明显下降，必须立即终止。但本研究也存在一定的局限性，如样本量仅112例，且为单中心；研究周期较短，未进行远期预后及氦氧通气的长期安全性评价，也未深入探究氦氧通气改善肺功能及减轻炎症反应的具体分子机制。后续可扩大样本量、开展多中心研究，延长随访时间以明确远期疗效，并进一步规范氦氧通气的操作流程，为其在中重度ARDS患者中广泛临床应用提供更多依据。

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基金资助

福建省自然科学基金(2025J01318)

龙岩市科技计划项目(2022LYF17100)