Application of non-invasive mechanical ventilation with different oxygen concentrations in patients with acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease and type Ⅱ respiratory failure
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摘要:目的
探讨慢性阻塞性肺疾病急性加重期(AECOPD)合并Ⅱ型呼吸衰竭患者无创机械通气中应用不同吸入氧浓度对其血气指标、血清高迁移率族蛋白B1(HMGB1)、白细胞介素-27(IL-27)水平的影响。
方法选取收治的152例AECOPD合并Ⅱ型呼吸衰竭患者为研究对象, 按照随机数字表法分为A组(n=76)及B组(n=76)。A组无创机械通气中吸入氧浓度为45%, B组吸入氧浓度为60%。比较2组不同时点的血气指标、血清HMGB1、IL-27水平变化; 记录治疗期间患者并发症的发生情况。
结果治疗7 d后, A组动脉血氧分压[pa(O2)]、pH值水平高于B组, 动脉血二氧化碳分压[pa(CO2)]水平低于B组，差异有统计学意义(P < 0.05)。治疗1、7 d后, A组血清HMGB1、IL-27水平低于B组，差异有统计学意义(P < 0.05)。治疗期间, 2组患者并发症总发生率比较，差异无统计学意义(P>0.05)。
结论与60%吸入氧浓度相比, AECOPD合并Ⅱ型呼吸衰竭患者接受吸入氧浓度为45%的无创机械通气治疗的临床效果更好，患者的血气指标、血清HMGB1和IL-27水平显著改善，且安全性较高。
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关键词:
- 慢性阻塞性肺疾病急性加重期 /
- 呼吸衰竭 /
- 无创机械通气 /
- 吸入氧浓度 /
- 血气指标 /
- 血清高迁移率族蛋白B1 /
- 白细胞介素-27
Abstract:ObjectiveTo investigate the influence of different fractions of inspired oxygen used in non-invasive mechanical ventilation on blood gas parameters and serum high mobility group box-1 (HMGB1) and interleukin-27 (IL-27) levels in patients with acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease (AECOPD) and type Ⅱ respiratory failure.
MethodsA total of 152 patients with AECOPD and type Ⅱ respiratory failure were selected as the subjects of the study and divided into group A (n=76) and group B (n=76) using a random number table method. The fraction of inspired oxygen used in non-invasive mechanical ventilation in the group A was 45%, while was 60% in the group B. The changes in blood gas parameters, serum HMGB1 and IL-27 levels at different time points were compared between the groups; the occurrence of complications during treatment was recorded.
ResultsAfter 7 days of treatment, the arterial oxygen partial pressure [pa(O2)] and pH levels in the group A were significantly higher than those in the group B, while the arterial carbon dioxide partial pressure [pa(CO2)] level was significantly lower than that in the group B (P < 0.05). After 1 day and 7 days of treatment, the serum HMGB1 and IL-27 levels in the group A were significantly lower than those in the group B (P < 0.05). During the treatment period, there was no significant difference in the overall incidence of complications between the two groups (P>0.05).
ConclusionCompared with 60% inhaled oxygen concentration, AECOPD patients with type Ⅱ respiratory failure receiving non-invasive mechanical ventilation with an inhaled oxygen concentration of 45% have better clinical outcomes. The patients' blood gas indicators, serum HMGB1 and IL-27 levels are significantly improved, and the treatment is relatively safe.
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慢性阻塞性肺疾病(COPD)是临床常见的肺部疾病，其发病率与病死率在全球范围内逐渐递增[1-2]。COPD急性加重期(AECOPD)会引发Ⅱ型呼吸衰竭，与患者肺功能进一步下降及较高的病死率密切相关[3-4]。如何减轻AECOPD合并Ⅱ型呼吸衰竭患者的临床症状、改善其预后，是临床重点关注的问题。目前，在常规对症治疗的基础上联合应用无创机械通气仍是临床治疗AECOPD合并Ⅱ型呼吸衰竭的常见手段，而无创机械通气中不同吸入氧浓度对患者的临床疗效有所差异，有关吸入氧的适宜浓度仍存在争议[5]。血清高迁移率族蛋白B1(HMGB1)、白细胞介素-27(IL-27)在机体炎症反应的发生发展中发挥重要作用，其中HMGB1可在炎症条件下与晚期糖基化终产物受体、Toll样受体结合，启动多条信号通路，放大炎症效应; IL-27表达可诱导CD4+ T细胞增殖，促进多种炎症因子的合成分泌，加重炎症反应，其水平变化与COPD合并Ⅱ型呼吸衰竭患者的病情严重程度、预后密切相关[6-7]。本研究对比了无创机械通气中应用不同吸入氧浓度治疗对AECOPD合并Ⅱ型呼吸衰竭患者的血气指标、血清HMGB1、IL-27水平的影响，旨在为临床选择无创机械通气中合适的吸入氧浓度提供参考。
1. 资料与方法
1.1 一般资料
选取2020年1月—2022年12月于本院接受无创机械通气治疗的158例AECOPD合并Ⅱ型呼吸衰竭患者为研究对象，依据随机数字表法分为A组(无创机械通气中吸入氧浓度为45%, n=80)和B组(无创机械通气中吸入氧浓度为60%, n=78)。纳入标准: ①诊断符合AECOPD、Ⅱ型呼吸衰竭的诊断标准[8]者; ②均接受无创机械通气治疗者; ③患者性别不限，年龄≥18岁; ④患者知情同意。排除标准: ①既往存在家庭呼吸机使用史患者; ②合并其他类型肺部疾病患者; ③存在口咽部创伤或手术史患者; ④需立即气管插管治疗患者。治疗期间, A组1例患者死亡, 2例患者进入ICU, 1例患者未完成治疗周期脱落; B组2例患者进入ICU。最终纳入统计学分析患者152例, A组、B组各为76例。本研究经医院伦理委员会批准, 2组患者一般临床资料比较，差异无统计学意义(P>0.05)。见表 1。
表 1 2组患者一般临床资料比较(x±s)[n(%)]指标 A组(n=76) B组(n=76) t/χ2 P 性别 男 39(51.32) 34(44.74) 0.659 0.417 女 37(48.68) 42(55.26) 年龄/岁 57.81±6.29 56.92±5.17 0.953 0.342 体质量指数/(kg/m2) 23.47±1.29 23.86±1.61 1.648 0.101 基础疾病 糖尿病 23(30.26) 20(26.32) 0.292 0.589 高血压 26(34.21) 22(28.95) 0.487 0.485 吸烟史 37(48.68) 34(44.74) 0.238 0.626 COPD病程/年 3.62±1.37 3.27±1.26 1.2 方法
所有患者入院后均接受止咳化痰、抗炎、抗感染、纠正电解质紊乱等常规对症治疗。沙美特罗替卡松粉吸入剂(舒利迭; 规格: 每揿含沙美特罗25 μg和丙酸氟替卡松250 μg; 注册证号: H20140404; 法国Glaxo Wellcome Production公司), 1吸/次, 2次/d, 连续使用7 d。采用VPAPIII ST-A with QuickNav无创机械通气系统(瑞思迈医疗器械有限公司)行无创机械通气治疗，采用鼻导管或面罩连接呼吸机，通气模式为S/T模式，参数设置: 呼吸频率12~16次/min, 氧流量4~5 L/min, 初始治疗时吸气相正压(IPAP)10 cmH2O, 呼气末正压(EPAP)4 cmH2O, 待患者适应后，调整IPAP为10~20 cmH2O, EPAP为5~10 cmH2O; 1~3次/d, 每次通气3~4 h, 日通气时间≥8 h。A组患者吸入氧浓度为45%, B组患者吸入氧浓度为60%, 2组患者均连续治疗7 d。
1.3 观察指标
① 血气指标: 分别于治疗前及治疗后1、7 d取患者股动脉血5 mL, 采用全自动血气分析仪(cobas-b-123型，瑞士罗氏公司)检测患者动脉血氧分压[pa(O2)]、动脉血二氧化碳分压[pa(CO2)]和pH值。②血清HMGB1、IL-27水平检测: 分别于治疗前和治疗后1、7 d取患者空腹肘静脉血5 mL, 采用酶联免疫吸附法检测血清HMGB1、IL-27水平。③并发症: 记录患者治疗期间并发症的发生情况。
1.4 统计学分析
采用SPSS 23.0软件进行数据分析。计量资料以(x±s)表示，组间比较行t检验，组内不同时间点比较行重复测量方差分析; 计数资料以[n(%)]表示，行χ2检验或Fisher精确概率检验。检验水准α=0.05, P < 0.05表示差异有统计学意义。
2. 结果
2.1 2组患者治疗前后血气指标比较
治疗7 d后, A组pa(O2)、pH值水平高于B组, pa(CO2)水平低于B组，差异有统计学意义(P < 0.05)。见表 2。
表 2 2组患者治疗前后血气指标比较(x±s)指标 时点 A组(n=76) B组(n=76) pa(O2)/mmHg 治疗前 53.28±7.52 54.91±6.68 治疗1 d后 67.24±8.85 65.92±9.03 治疗7 d后 95.13±8.27* 82.49±9.35 pa(CO2)/mmHg 治疗前 68.27±8.54 69.63±7.48 治疗1 d后 53.48±6.65 55.29±7.23 治疗7 d后 39.79±5.28* 47.31±7.15 pH值 治疗前 7.23±0.11 7.20±0.15 治疗1 d后 7.36±0.12 7.33±0.09 治疗7 d后 7.39±0.05* 7.34±0.07 pa(O2): 动脉血氧分压; pa(CO2): 动脉血二氧化碳分压。与B组比较, * P < 0.05。 2.2 2组患者治疗前后血清HMGB1水平比较
治疗1、7 d后, A组血清HMGB1水平低于B组，差异有统计学意义(P < 0.05)。见表 3。
表 3 2组患者治疗前后血清HMGB1水平比较(x±s)μg/L 组别 高迁移率族蛋白B1 治疗前 治疗1 d后 治疗7 d后 A组(n=76) 4.08±1.13 3.25±0.79* 2.14±0.95* B组(n=76) 4.12±1.09 3.69±1.03 2.67±0.84 与B组比较, * P < 0.05。 2.3 2组患者治疗前后血清IL-27水平比较
治疗1、7 d后, A组血清IL-27水平低于B组，差异有统计学意义(P < 0.05)。见表 4。
表 4 2组患者治疗前后血清IL-27水平比较(x±s)ng/L 组别 白细胞介素-27 治疗前 治疗1 d后 治疗7 d后 A组(n=76) 187.24±39.26 125.31±20.81* 75.49±19.48* B组(n=76) 183.57±41.22 157.25±19.62 102.64±15.53 与B组比较, * P < 0.05。 2.4 2组并发症发生情况比较
治疗期间, 2组患者并发症总发生率比较，差异无统计学意义(P>0.05)。见表 5。
表 5 2组患者并发症发生情况比较[n(%)]组别 口咽干燥 鼻压伤 胃肠胀气 一过性低氧血症 合计 A组(n=76) 3(3.95) 2(2.63) 1(1.32) 0 6(7.89) B组(n=76) 1(1.32) 2(2.63) 1(1.32) 1(1.32) 5(6.58) 3. 讨论
AECOPD患者往往存在反复发作的低氧血症，会使肺小动脉痉挛，血流阻力增加，导致肺动脉血管重塑; 同时，随着肺功能的降低，患者呼吸肌收缩能力下降，易造成二氧化碳潴留，最终引发Ⅱ型呼吸衰竭，进一步增加患者的病死率。无创机械通气可通过减轻气流阻塞、增加动脉血氧饱和度来达到改善通气、缓解呼吸肌疲劳、减轻临床症状的效果。既往临床无创机械通气中多采用高浓度氧吸入治疗，以迅速改善低氧血症。但有研究[9]发现，过量吸入氧会增加呼吸中枢麻痹与继发性肺损伤的风险。无创机械通气中采用何种浓度的吸入氧治疗，尚需进一步研究。
本研究对比了无创机械通气中应用不同吸入氧浓度对AECOPD合并Ⅱ型呼吸衰竭患者血气指标及血清HMGB1、IL-27水平的影响。HMGB1是调节机体氧化应激及炎症反应的重要非组蛋白，具有启动并维持肺泡上皮细胞瀑布式炎症级联反应的作用，其水平变化与机体炎症反应的发生发展关系密切[10]。本研究发现，治疗1、7 d后, A组血清HMGB1水平显著低于B组，提示在无创机械通气中应用45%吸入氧浓度，可降低AECOPD合并Ⅱ型呼吸衰竭患者血清HMGB1水平，有利于患者机体炎症反应的控制。分析其原因可能是: 无创机械通气可改善患者气道通气状态，在降低气道阻力及患者呼吸肌做功的同时，提高肺泡换气功能，从而改善呼吸状态，减轻肺损伤; 但吸入氧浓度会对肺功能产生一定影响，浓度越高，肺部炎症反应越重，单核细胞合成分泌大量肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-6等炎症因子，最终导致血清HMGB1水平升高[11]。
IL-27是由抗原呈递细胞分泌的细胞因子，可介导并激活多种信号级联反应，参与机体Th1细胞免疫应答，促进肿瘤坏死因子-α、干扰素-γ等细胞因子的合成与分泌[12]。一项有关血清IL-27水平与COPD合并Ⅱ型呼吸衰竭关系的分析研究[13]发现, COPD合并Ⅱ型呼吸衰竭患者的血清IL-27水平较单纯COPD患者、健康者显著升高，并与患者肺功能以及病情严重程度相关，认为IL-27参与气道炎症反应。本研究发现，治疗1、7 d后, A组血清IL-27水平显著低于B组，提示在无创机械通气中应用45%吸入氧浓度，可降低AECOPD合并Ⅱ型呼吸衰竭患者的血清IL-27水平，促进患者康复。高吸入氧浓度会诱导血管内皮生长因子信号通路改变，导致肺泡上皮细胞死亡，加重肺部炎症反应，使细胞炎症因子水平显著升高; 而高水平的细胞炎症因子会反过来促进IL-27的合成与分泌，使其水平显著升高[14]。
本研究结果显示，治疗7 d后, A组pa(O2)、pH值水平显著高于B组, pa(CO2)水平显著低于B组，提示采用45%吸入氧浓度的无创机械通气能更好地纠正AECOPD合并Ⅱ型呼吸衰竭患者的缺氧状态，改善其血气指标。COPD患者由于长期处于低氧状态，机体已具备低氧适应性，完全适应当前的低氧状态; 当吸入高浓度、高流量氧气时，可能会破坏机体的低氧适应性“稳态”，加重肺部炎症反应，不利于因呼吸衰竭造成的缺氧状态的改善[15]。研究[5]发现，与60%吸入氧浓度相比，在无创机械通气中应用45%吸入氧浓度能显著改善老年COPD合并呼吸衰竭患者的血氧指标和呼吸状况，并认为45%吸入氧浓度更符合患者机体状态，有利于相关组织正常生理功能的维护。本研究中，2组患者的并发症发生率无显著差异，进一步表明2种吸入氧浓度的安全性相当。但本研究为单中心临床试验，纳入样本量较少，后续研究拟扩大样本量，进一步多角度研究不同吸入氧浓度对AECOPD患者合并Ⅱ型呼吸衰竭的疗效，并对研究结果进行验证。
综上所述，与60%吸入氧浓度相比, AECOPD合并Ⅱ型呼吸衰竭患者接受吸入氧浓度为45%的无创机械通气治疗可获得更好的临床效果，患者血气指标改善效果更好，血清HMGB1、IL-27水平下降更显著，安全性较高。
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表 1 2组患者一般临床资料比较(x±s)[n(%)]
指标 A组(n=76) B组(n=76) t/χ2 P 性别 男 39(51.32) 34(44.74) 0.659 0.417 女 37(48.68) 42(55.26) 年龄/岁 57.81±6.29 56.92±5.17 0.953 0.342 体质量指数/(kg/m2) 23.47±1.29 23.86±1.61 1.648 0.101 基础疾病 糖尿病 23(30.26) 20(26.32) 0.292 0.589 高血压 26(34.21) 22(28.95) 0.487 0.485 吸烟史 37(48.68) 34(44.74) 0.238 0.626 COPD病程/年 3.62±1.37 3.27±1.26 
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表 2 2组患者治疗前后血气指标比较(x±s)
指标 时点 A组(n=76) B组(n=76) pa(O2)/mmHg 治疗前 53.28±7.52 54.91±6.68 治疗1 d后 67.24±8.85 65.92±9.03 治疗7 d后 95.13±8.27* 82.49±9.35 pa(CO2)/mmHg 治疗前 68.27±8.54 69.63±7.48 治疗1 d后 53.48±6.65 55.29±7.23 治疗7 d后 39.79±5.28* 47.31±7.15 pH值 治疗前 7.23±0.11 7.20±0.15 治疗1 d后 7.36±0.12 7.33±0.09 治疗7 d后 7.39±0.05* 7.34±0.07 pa(O2): 动脉血氧分压; pa(CO2): 动脉血二氧化碳分压。与B组比较, * P < 0.05。
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表 3 2组患者治疗前后血清HMGB1水平比较(x±s)
μg/L 组别 高迁移率族蛋白B1 治疗前 治疗1 d后 治疗7 d后 A组(n=76) 4.08±1.13 3.25±0.79* 2.14±0.95* B组(n=76) 4.12±1.09 3.69±1.03 2.67±0.84 与B组比较, * P < 0.05。
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表 4 2组患者治疗前后血清IL-27水平比较(x±s)
ng/L 组别 白细胞介素-27 治疗前 治疗1 d后 治疗7 d后 A组(n=76) 187.24±39.26 125.31±20.81* 75.49±19.48* B组(n=76) 183.57±41.22 157.25±19.62 102.64±15.53 与B组比较, * P < 0.05。
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表 5 2组患者并发症发生情况比较[n(%)]
组别 口咽干燥 鼻压伤 胃肠胀气 一过性低氧血症 合计 A组(n=76) 3(3.95) 2(2.63) 1(1.32) 0 6(7.89) B组(n=76) 1(1.32) 2(2.63) 1(1.32) 1(1.32) 5(6.58)
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