呼吸道疾患治疗的新途径——吸入氦-氧混合气
作者：解立新 金贵清 刘又宁
单位：100853 北京，解放军总医院
关键词：
中华内科杂志980432 氦-氧混合气(heliox)在临床应用已有数十年的历史，可促进氧的弥散、二氧化碳排除、降低气道压及降低呼吸功耗等，近年来在国外，有关研究与临床应用越来越受到重视。本文综述国外有关报道，以供读者参考[1，2]。
一、氦-氧混合气治疗呼吸道疾患的机制
1.增加肺泡有效通气量，促进氧合：气体在气道中是以对流和弥散形式进行转运。在呼吸衰竭时，通气血流比值(
A/
)比例失调，机体为保证通气，就需增加呼吸功耗，增加进入狭窄气道的对流，反而可以进一步导致呼吸肌疲劳及肺泡通气不足。氦-氧混合气由于其密度比空气要低，根据Graham定律，相同条件下氦-氧混合气在小气道的流速比空气要高，从而改善气体对流与弥散，纠正A/失调，增加肺泡有效通气量，促进氧气向肺泡弥散，改善氧合[3]。Anderson等[4]应用111In标记Teflon微粒测定，发现吸入氦-氧混合气后24小时肺泡沉积率远远高于吸入空气比率，从而证明能增加肺泡有效通气量，而且作者还发现哮喘患者比正常人效果更为明显，动脉血二氧化碳分压(PaCO2)亦明显好转。
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2.降低气道阻力：大气道阻塞、慢性阻塞性肺疾病(COPD)等患者，在普通机械通气条件下，呼气阻力(Re)值常大于>2 000，即以湍流形式存在，如再伴有气道黏膜水肿、黏液栓和气道痉挛等会使湍流成分更高，相同流速条件下气道阻力上升。应用氦-氧混合气，可使呼气阻力值明显下降，促使气流向层流转变，从而明显降低气道阻力[1]。附表为不同条件下氧气、空气、氦气及氦-氧混合气的物理特性，从中可以看出氦-氧混合气的明显优势[2]。
附表 呼吸气体的物理特性 气体
百分比(%)
密度
黏性系数
运动黏性系数
相对流速
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氧气
100
1.429
211.4
147.9
0.96
空气
100
1.293
188.5
145.8
1.00
氦气
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100
0.197
201.75
1127.1
2.68
氦/氧
20/80
1.178
209.5
177.8
1.04
氦/氧
40/60
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0.929
207.5
223.4
1.18
氦/氧
60/40
0.678
205.6
303.2
1.38
氦/氧
80/20
0.429
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203.6
474.6
2.06
3.降低呼吸功耗：在机械通气控制呼吸时，呼吸功(Wb)=气道峰压(Ppeak)×潮气量(VT)。如有气道痉挛、水肿、阻塞等使气体形成湍流导致气道峰压升高或(及)因死腔增大、肺泡有效通气量减少而增大潮气呼吸，增大每分通气量，则必然导致呼吸功耗增加[5]。由于氦-氧混合气能促使气流向层流转变，减少死腔，从而可以明显降低呼吸功耗。Manthous等[6]应用氦-氧混合气(80%氦)治疗重症哮喘机械通气患者，结果发现患者气道峰压明显下降，作者认为氦-氧混合气可以减少动态肺过度膨胀，增大呼气流速，降低肺泡自身呼气末正压(auto-PEEP)水平，故而明显缓解呼吸肌疲劳，降低呼吸功耗。Onorato和Wanner[7]认为氦-氧混合气可以降低功能残气量，纠正A/比例失调，促进氧合，从而缓解呼吸肌疲劳，减少呼吸功的消耗。Skrinskas等[8]应用不同浓度氦-氧混合气观察对气道狭窄模型的作用，发现在呼吸频率为24次/分钟时，氦-氧混合气(80%氦)较吸入空气的呼吸功耗降低36%，在呼吸频率36次/分钟时，呼吸功耗降低31%。
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4.增大呼气流速，减少肺过度充气，促进CO2的排出：在用力呼气时，气道内压与胸内压大致相等处，产生等压点，限流段位于下游气道，肺泡与等压点间的上游段气流为层流，且其阻力主要与气体黏性系数有关。而在等压点和限流段的下游段气流阻力主要与密度有关。当吸入氦-氧混合气时，由于气道内压下降，使等位点向上游气道移位，而限流段位置并未改变。等位点的移位使低密度依赖肺区横截面积增大，氦-氧混合气的作用更为明显，呼气流速加快[1，8]。Papamoschou[9]提出He-O2/N2-O2≈
，从中可以看出在同样条件下，吸入氦-氧混合气比吸入空氧混合气时呼气流速要高。Skrinskas等[8]证明氦-氧混合气中以80%氦为主的氦-氧混合气的呼气流速最高，其后依次是70%氦的氦-氧混合气、50%氦的氦-氧混合气、30%氦的氦-氧混合气、空气、100%氧。Swidwa等[10]提出PaCO2=K(VCO2/VA)(K为常数，VCO2为CO2产量，VA为肺泡通气量)，由于氦-氧混合气可促进肺泡通气量增加，则PaCO2就会下降。
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5.其他作用：目前一般认为氦-氧混合气对心血管系统无直接作用，但可能会改变肺、支气管及血管的反应性。另外，鉴于临床上氦-氧混合气对肺间质纤维化等疾患的疗效比较理想，Rozova等通过观察大鼠肺气-血屏障超微结构的变化，认为氦对肺气-血屏障有一定的作用，可促进氧及二氧化碳的弥散，且以肺毛细血管内皮对氦的反应性最为敏感[11，12]。由于这一方面研究极少，尚有许多问题需要解决。
二、临床应用
自1934年Barach首先应用氦-氧混合气治疗上、下呼吸道阻塞性疾患，到目前已有60余年的历史。现已证明氦-氧混合气对如喉头水肿、气管异物、气管外肿瘤压迫及因烧伤、肿瘤等导致气管狭窄、成人呼吸窘迫综合征、COPD及肺水肿等均有明显疗效，尤其是对机械通气患者。且对外科术后恢复、多脏器功能衰竭治疗及长期氧疗患者等也有良好疗效[2]。
1.哮喘与COPD：Kass和Castri-otta[11]应用氦-氧混合气(60%～70%氦)治疗12例重症哮喘合并酸中毒、高二氧化碳血症患者，其中5例经气管插管机械通气，其余为面罩治疗，49.2±25.2分钟后动脉血气即开始改善，经继续治疗所有患者PaO2明显上升，PaCO2基本降至正常，pH值由7.23升至7.32。作者认为氦-氧混合气不仅有助于氧合，且可促进CO2排出，有利于患者病情的尽快缓解。Austan[12]报道1例28岁女性重症哮喘患者，应用99%氧气面罩加压治疗，pH为7.17，PaCO2为77 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)，PaO2为75 mmHg；吸入氦-氧混合气(56%氦)20分钟后，pH为7.28，PaCO2为59 mmHg，PaO2为215 mmHg，40分钟后，pH 为7.37，PaCO2为43 mmHg。Habib等[13]认为吸入氦-氧混合气时有利于平喘药物在小气道的沉积，故而与平喘药物联合应用会明显增强其疗效。Houck等[14]分别选择不同浓度的氦-氧混合气(80%氦，60%氦，40%氦)、空气及100%氧观察对阻塞气道的作用，结果发现不同浓度的氦-氧混合气较空气及纯氧均有明显的降低气道阻力及呼吸功的作用，且气道阻塞愈明显则效果愈佳。对于行机械通气治疗的COPD患者，吸入氦-氧混合气既能促进氧合，又可促进体内CO2排出，并可减少气压伤，显示出氦-氧混合气极大的优越性[15]。
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2.脱机后的康复：各种原因的呼吸功能不全行气管插管机械通气后，经过一段时间治疗，逐渐脱离呼吸机，但由于患者本身呼吸功能低下，一旦脱离，往往因明显增大呼吸功耗，加重呼吸肌负担而致病情再度恶化。Rodeberg等[15]报道严重气道阻塞性疾患病人脱机后多至92%患者需再次气管插管。作者对8例脱机后常规治疗无效的呼吸窘迫明显的患者，应用氦-氧混合气(50%～70%氦)面罩吸入，平均28±5小时，其中6例缓解。
3.手术后的恢复：胸外科、心血管外科等患者手术后由于心肺在手术中受到较大的创伤，往往需在术后行机械通气辅助呼吸，应用氦-氧混合气进行机械通气或面罩加压治疗，既能达到减轻心肺负荷又能避免机械通气的副作用。Kostylev[16]对心、肺手术后的781例患者行氦-氧混合气(50%～67%氦)治疗，发现氦-氧混合气能明显降低因手术所致的肺不张、休克等并发症，降低心脏负荷，促进患者顺利恢复，并能增加氟烷等麻醉药物的稳定效果，且有利于患者术后尽快苏醒。Yahagi等[17]对3例心脏手术后机械通气时出现呼吸、循环衰竭且常规治疗无效的患者，应用氦-氧混合气治疗，在吸入氧浓度逐渐降低的情况下，静动脉分流占总血流量百分数(s/T)明显减小，PaO2明显上升，肺动态顺应性明显改善，作者认为，由于肺动态顺应性可以敏感地反应出小气道的阻塞情况，故而认为氦-氧混合气对肺泡水肿、萎陷均有良好的改善作用。
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4.其他疾病所致的呼吸道疾患：Elleau等[18]应用氦-氧混合气(78%氦)治疗小儿呼吸窘迫综合征，结果表明氦-氧混合气不仅可以降低氧疗浓度，而且有利于提前脱机。Boorstein等[19]报道1例纵隔肿瘤压迫大气道并伴有双侧胸水的呼吸衰竭患者，应用100%氧面罩加压治疗无效，给予氦-氧混合气(80%氦)后一般情况明显好转，PaO2上升，呼吸变缓，哮鸣音消失，持续氦-氧混合气治疗期间同时进行化疗，2周后病情好转出院。作者认为氦-氧混合气治疗是避免气管插管的有效手段。Zhukovsky等[20]应用氦-氧混合气(60%)治疗肺结节病等间质性疾患，结果发现PaO2上升。CO2产量明显下降，同时作者发现肺泡气氧分压也明显升高，提示氦-氧混合气治疗机制是促进氧向肺泡弥散。Wolfson等[21]应用氦-氧混合气治疗先天性支气管肺发育不良患儿，发现氦-氧混合气可明显降低气道阻力，降低呼吸功耗，使患儿病死率降低。
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四、尚待解决的问题与应用前景
虽然氦-氧混合气应用于临床治疗已有60余年的历史，但由于各种原因目前远远没有广泛应用于临床，国内基本是空白，主要是因为氦气价格昂贵，医疗成本过高，患者难以负担。近年来我们初步解决了氦气的循环再利用问题，并利用麻醉机的工作原理初步研制出循环式氦-氧辅助呼吸装置，并已开始进行基础和临床研究，以期进一步完善。但目前仍有很多问题如氦-氧混合气对肺气-血屏障究竟有何影响、辅助呼吸装置气道加温、加湿等问题尚待解决，此外，如氦-氧混合气面(鼻)罩治疗的最适浓度范围、长期吸入氦-氧混合气对机体的影响等亦尚不清楚。
虽然尚存在上述许多问题，但氦-氧混合气作为一种未发现有任何副作用的非药物、非创伤性疗法，其应用前景还是非常诱人的。如能在机械通气技术中彻底解决氦的循环再利用问题，以氦代替氮与氧混合，同样通气容积条件下的压力与呼吸功将明显下降，可望显著减少机械通气对肺的损伤。我们的临床实践表明，采用闭合气路面(鼻)罩吸入氦-氧混合气，对重症哮喘、COPD等患者的疗效是很理想的，配合药物治疗可使相当部分患者避免有创机械通气治疗。我们认为，通过对循环式氦-氧混合气辅助呼吸装置的进一步完善和推广，其应用前景是广阔的。
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参考文献
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16 Kostylev EG. Klinicheskoe primenenie geliǐ-kislorodnykh smeseǐ. Khirurgiia, 1984, 11:91-96.
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17 Yahagi N, Kumon K, Tanigami H, et al. Helium/oxygen breathing improved hypo-xemia after cardiac surgery: case reports. Anesth Analg, 1995, 80:1042-1045.
18 Elleau C, Galperine RL, Guenard H, et al. Helium-oxygen mixture in respiratory distress syndrome: a double-blind study. J Pediatr, 1993, 122:132-136.
19 Boorstein JM, Boorstein SM, Humphries GN, et al. Using helium-oxygen mixtures in the emergency management of acute upper airway obstruction. Ann Emerg Med, 1989, 18:688-690.
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20 Zhukovsky LI, Tsyrulnikov VA, Kogosov YA, et al. Heliox effect on ventilation and blood oxygen transport in patients with restructive ventilation insufficiency. Probl Tuberk, 1987, 6:27-31.
21 Wolfson MR, Bhutani VK, Shaffer TH, et al. Mechanics and energetics of brea-thing helium in infants with bronchopulmonary dysplasia. J Pediatr, 1984, 104:752-757.
(收稿：1997-05-22 修回：1997-09-15), 百拇医药
单位：100853 北京，解放军总医院
关键词：
中华内科杂志980432 氦-氧混合气(heliox)在临床应用已有数十年的历史，可促进氧的弥散、二氧化碳排除、降低气道压及降低呼吸功耗等，近年来在国外，有关研究与临床应用越来越受到重视。本文综述国外有关报道，以供读者参考[1，2]。
一、氦-氧混合气治疗呼吸道疾患的机制
1.增加肺泡有效通气量，促进氧合：气体在气道中是以对流和弥散形式进行转运。在呼吸衰竭时，通气血流比值(
A/)比例失调，机体为保证通气，就需增加呼吸功耗，增加进入狭窄气道的对流，反而可以进一步导致呼吸肌疲劳及肺泡通气不足。氦-氧混合气由于其密度比空气要低，根据Graham定律，相同条件下氦-氧混合气在小气道的流速比空气要高，从而改善气体对流与弥散，纠正A/失调，增加肺泡有效通气量，促进氧气向肺泡弥散，改善氧合[3]。Anderson等[4]应用111In标记Teflon微粒测定，发现吸入氦-氧混合气后24小时肺泡沉积率远远高于吸入空气比率，从而证明能增加肺泡有效通气量，而且作者还发现哮喘患者比正常人效果更为明显，动脉血二氧化碳分压(PaCO2)亦明显好转。, 百拇医药
2.降低气道阻力：大气道阻塞、慢性阻塞性肺疾病(COPD)等患者，在普通机械通气条件下，呼气阻力(Re)值常大于>2 000，即以湍流形式存在，如再伴有气道黏膜水肿、黏液栓和气道痉挛等会使湍流成分更高，相同流速条件下气道阻力上升。应用氦-氧混合气，可使呼气阻力值明显下降，促使气流向层流转变，从而明显降低气道阻力[1]。附表为不同条件下氧气、空气、氦气及氦-氧混合气的物理特性，从中可以看出氦-氧混合气的明显优势[2]。
附表 呼吸气体的物理特性 气体
百分比(%)
密度
黏性系数
运动黏性系数
相对流速
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氧气
100
1.429
211.4
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空气
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1.293
188.5
145.8
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3.降低呼吸功耗：在机械通气控制呼吸时，呼吸功(Wb)=气道峰压(Ppeak)×潮气量(VT)。如有气道痉挛、水肿、阻塞等使气体形成湍流导致气道峰压升高或(及)因死腔增大、肺泡有效通气量减少而增大潮气呼吸，增大每分通气量，则必然导致呼吸功耗增加[5]。由于氦-氧混合气能促使气流向层流转变，减少死腔，从而可以明显降低呼吸功耗。Manthous等[6]应用氦-氧混合气(80%氦)治疗重症哮喘机械通气患者，结果发现患者气道峰压明显下降，作者认为氦-氧混合气可以减少动态肺过度膨胀，增大呼气流速，降低肺泡自身呼气末正压(auto-PEEP)水平，故而明显缓解呼吸肌疲劳，降低呼吸功耗。Onorato和Wanner[7]认为氦-氧混合气可以降低功能残气量，纠正
A/比例失调，促进氧合，从而缓解呼吸肌疲劳，减少呼吸功的消耗。Skrinskas等[8]应用不同浓度氦-氧混合气观察对气道狭窄模型的作用，发现在呼吸频率为24次/分钟时，氦-氧混合气(80%氦)较吸入空气的呼吸功耗降低36%，在呼吸频率36次/分钟时，呼吸功耗降低31%。, 百拇医药
4.增大呼气流速，减少肺过度充气，促进CO2的排出：在用力呼气时，气道内压与胸内压大致相等处，产生等压点，限流段位于下游气道，肺泡与等压点间的上游段气流为层流，且其阻力主要与气体黏性系数有关。而在等压点和限流段的下游段气流阻力主要与密度有关。当吸入氦-氧混合气时，由于气道内压下降，使等位点向上游气道移位，而限流段位置并未改变。等位点的移位使低密度依赖肺区横截面积增大，氦-氧混合气的作用更为明显，呼气流速加快[1，8]。Papamoschou[9]提出
He-O2/N2-O2≈，从中可以看出在同样条件下，吸入氦-氧混合气比吸入空氧混合气时呼气流速要高。Skrinskas等[8]证明氦-氧混合气中以80%氦为主的氦-氧混合气的呼气流速最高，其后依次是70%氦的氦-氧混合气、50%氦的氦-氧混合气、30%氦的氦-氧混合气、空气、100%氧。Swidwa等[10]提出PaCO2=K(VCO2/VA)(K为常数，VCO2为CO2产量，VA为肺泡通气量)，由于氦-氧混合气可促进肺泡通气量增加，则PaCO2就会下降。, 百拇医药
5.其他作用：目前一般认为氦-氧混合气对心血管系统无直接作用，但可能会改变肺、支气管及血管的反应性。另外，鉴于临床上氦-氧混合气对肺间质纤维化等疾患的疗效比较理想，Rozova等通过观察大鼠肺气-血屏障超微结构的变化，认为氦对肺气-血屏障有一定的作用，可促进氧及二氧化碳的弥散，且以肺毛细血管内皮对氦的反应性最为敏感[11，12]。由于这一方面研究极少，尚有许多问题需要解决。
二、临床应用
自1934年Barach首先应用氦-氧混合气治疗上、下呼吸道阻塞性疾患，到目前已有60余年的历史。现已证明氦-氧混合气对如喉头水肿、气管异物、气管外肿瘤压迫及因烧伤、肿瘤等导致气管狭窄、成人呼吸窘迫综合征、COPD及肺水肿等均有明显疗效，尤其是对机械通气患者。且对外科术后恢复、多脏器功能衰竭治疗及长期氧疗患者等也有良好疗效[2]。
1.哮喘与COPD：Kass和Castri-otta[11]应用氦-氧混合气(60%～70%氦)治疗12例重症哮喘合并酸中毒、高二氧化碳血症患者，其中5例经气管插管机械通气，其余为面罩治疗，49.2±25.2分钟后动脉血气即开始改善，经继续治疗所有患者PaO2明显上升，PaCO2基本降至正常，pH值由7.23升至7.32。作者认为氦-氧混合气不仅有助于氧合，且可促进CO2排出，有利于患者病情的尽快缓解。Austan[12]报道1例28岁女性重症哮喘患者，应用99%氧气面罩加压治疗，pH为7.17，PaCO2为77 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)，PaO2为75 mmHg；吸入氦-氧混合气(56%氦)20分钟后，pH为7.28，PaCO2为59 mmHg，PaO2为215 mmHg，40分钟后，pH 为7.37，PaCO2为43 mmHg。Habib等[13]认为吸入氦-氧混合气时有利于平喘药物在小气道的沉积，故而与平喘药物联合应用会明显增强其疗效。Houck等[14]分别选择不同浓度的氦-氧混合气(80%氦，60%氦，40%氦)、空气及100%氧观察对阻塞气道的作用，结果发现不同浓度的氦-氧混合气较空气及纯氧均有明显的降低气道阻力及呼吸功的作用，且气道阻塞愈明显则效果愈佳。对于行机械通气治疗的COPD患者，吸入氦-氧混合气既能促进氧合，又可促进体内CO2排出，并可减少气压伤，显示出氦-氧混合气极大的优越性[15]。
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2.脱机后的康复：各种原因的呼吸功能不全行气管插管机械通气后，经过一段时间治疗，逐渐脱离呼吸机，但由于患者本身呼吸功能低下，一旦脱离，往往因明显增大呼吸功耗，加重呼吸肌负担而致病情再度恶化。Rodeberg等[15]报道严重气道阻塞性疾患病人脱机后多至92%患者需再次气管插管。作者对8例脱机后常规治疗无效的呼吸窘迫明显的患者，应用氦-氧混合气(50%～70%氦)面罩吸入，平均28±5小时，其中6例缓解。
3.手术后的恢复：胸外科、心血管外科等患者手术后由于心肺在手术中受到较大的创伤，往往需在术后行机械通气辅助呼吸，应用氦-氧混合气进行机械通气或面罩加压治疗，既能达到减轻心肺负荷又能避免机械通气的副作用。Kostylev[16]对心、肺手术后的781例患者行氦-氧混合气(50%～67%氦)治疗，发现氦-氧混合气能明显降低因手术所致的肺不张、休克等并发症，降低心脏负荷，促进患者顺利恢复，并能增加氟烷等麻醉药物的稳定效果，且有利于患者术后尽快苏醒。Yahagi等[17]对3例心脏手术后机械通气时出现呼吸、循环衰竭且常规治疗无效的患者，应用氦-氧混合气治疗，在吸入氧浓度逐渐降低的情况下，静动脉分流占总血流量百分数(
s/T)明显减小，PaO2明显上升，肺动态顺应性明显改善，作者认为，由于肺动态顺应性可以敏感地反应出小气道的阻塞情况，故而认为氦-氧混合气对肺泡水肿、萎陷均有良好的改善作用。, http://www.100md.com
4.其他疾病所致的呼吸道疾患：Elleau等[18]应用氦-氧混合气(78%氦)治疗小儿呼吸窘迫综合征，结果表明氦-氧混合气不仅可以降低氧疗浓度，而且有利于提前脱机。Boorstein等[19]报道1例纵隔肿瘤压迫大气道并伴有双侧胸水的呼吸衰竭患者，应用100%氧面罩加压治疗无效，给予氦-氧混合气(80%氦)后一般情况明显好转，PaO2上升，呼吸变缓，哮鸣音消失，持续氦-氧混合气治疗期间同时进行化疗，2周后病情好转出院。作者认为氦-氧混合气治疗是避免气管插管的有效手段。Zhukovsky等[20]应用氦-氧混合气(60%)治疗肺结节病等间质性疾患，结果发现PaO2上升。CO2产量明显下降，同时作者发现肺泡气氧分压也明显升高，提示氦-氧混合气治疗机制是促进氧向肺泡弥散。Wolfson等[21]应用氦-氧混合气治疗先天性支气管肺发育不良患儿，发现氦-氧混合气可明显降低气道阻力，降低呼吸功耗，使患儿病死率降低。
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四、尚待解决的问题与应用前景
虽然氦-氧混合气应用于临床治疗已有60余年的历史，但由于各种原因目前远远没有广泛应用于临床，国内基本是空白，主要是因为氦气价格昂贵，医疗成本过高，患者难以负担。近年来我们初步解决了氦气的循环再利用问题，并利用麻醉机的工作原理初步研制出循环式氦-氧辅助呼吸装置，并已开始进行基础和临床研究，以期进一步完善。但目前仍有很多问题如氦-氧混合气对肺气-血屏障究竟有何影响、辅助呼吸装置气道加温、加湿等问题尚待解决，此外，如氦-氧混合气面(鼻)罩治疗的最适浓度范围、长期吸入氦-氧混合气对机体的影响等亦尚不清楚。
虽然尚存在上述许多问题，但氦-氧混合气作为一种未发现有任何副作用的非药物、非创伤性疗法，其应用前景还是非常诱人的。如能在机械通气技术中彻底解决氦的循环再利用问题，以氦代替氮与氧混合，同样通气容积条件下的压力与呼吸功将明显下降，可望显著减少机械通气对肺的损伤。我们的临床实践表明，采用闭合气路面(鼻)罩吸入氦-氧混合气，对重症哮喘、COPD等患者的疗效是很理想的，配合药物治疗可使相当部分患者避免有创机械通气治疗。我们认为，通过对循环式氦-氧混合气辅助呼吸装置的进一步完善和推广，其应用前景是广阔的。
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(收稿：1997-05-22 修回：1997-09-15), 百拇医药