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肖雄箭　综述　林建东　审校

ABSTRACT

　　The clinical application of Helium－oxygen mixtures（Heliox） has become more and more popular，because it is superior than Air－Oxygen mixtures in physical characteristic. This paper focused on the mechanism of Heliox treatment for respiratory－systemic disease and the progress in Heliox clinical application.

　　Keywords：Helium－oxygen mixtures；clinical application

　　氦气（Helium，He）是一种小分子的惰性气体，结构比较稳定，在体内与生物膜及其他常用呼吸气体无相互反应。氦气具有低密度、高运动粘性系数的特性，在相同的条件下，氦气的流速是空气的2.68倍^[1]。其与氧气混合形成的氦－氧混合气（Helium－oxygen mixtures，Heliox）同样具有密度低，运动粘性系数高的特点，大大区别于空气或氧气。由于Heliox具有减低气流在气道中的阻力，降低气道压，增大吸气流速和呼气流速，促进氧气向肺泡弥散及二氧化碳的排除，减少呼吸作功等优点^[2]，越来越多地应用于急性重症哮喘（Acute Severe Asthma）、慢性阻塞性肺部疾病（Chronic Obstuctive Pulmonary Disease）、支气管炎、支气管肺发育不全和上气道阻塞性疾病的治疗^[3]。近年，有关Heliox的研究与应用在国外发展迅速，而国内鲜有报道。本文就近年来国外有关氦气的研究与应用进展作一综述。

　　一、Heliox治疗呼吸系统疾病的机理

　　1.降低气道阻力和气道压，减少呼吸功耗

　　Heliox能降低气道阻力的根本原因在于其自身的密度。首先，气体密度越低，Reynolds常数也低，Reynolds常数低可使气流形式由湍流向层流转变。在给定的驱动压力下，气体在层流形式的流速高于湍流；第二，在湍流条件下，气体流速和密度相反，即密度越低流速越快。气道阻力（airway resistance，Raw）指呼吸时气体在气道内流动所产生的阻力。气道阻力的大小主要与气道内径、气流速度、气体的粘度和密度等因素有关。不同的气体在同一气道内流动时，低密度气体所产生的气道阻力也低。在体外研究中发现不同浓度的Heliox能减少气管内插管的阻力^[4]。Tassaux^[5]在Heliox治疗23例气管插管并机械通气的重症COPD患者时对内源性呼气末正压（intrinsic positive end－expiratory pressure，iPEEP）的影响研究中发现，吸入Heliox能明显降低iPEEP、气道峰压（Ppeak）和气道平均压（Pmean），减少气压伤的危险。在一个前瞻性、随机交叉设计的研究中发现，在不改变病人呼吸形态的前提下，Heliox能明显减低拔除气管插管前的呼吸功耗，在重症COPD撤离机械通气、拔除气管插管方面起到重要的作用^[6]。

　　2. 改善氧合、增大吸气和呼气流速，促进二氧化碳排除

　　1995年Kass等应用Heliox治疗12例重症哮喘机械通气患者，49±25分钟后动脉血气开始改善，继续治疗所有患者PaO2明显上升^[7]。近年在对12例肺癌病人的双盲、随机对照性研究中发现，吸入Heliox能明显改善病人的动脉血氧饱和度和肺泡通气功能，增强病人的运动能力，减少呼吸困难的发生^[8]。Heliox在增大吸气和呼气流速的同时，增大肺泡有效通气量，改善通气血流比例，能促进二氧化碳的排除，减少二氧化碳的潴留，改善呼吸衰竭病人（尤其是呼吸性酸中毒患者）的动脉血二氧化碳分压、动脉血PH值。这在临床试验中已得到证实^[9]。

　　3. 肺内沉积率上升

　　严重的气道阻塞性疾病，吸入空气或高浓度氧。其气体在肺泡内的沉积有限而且少。但吸入Heliox，其在大、小气道沉积明显增多^[10]，这为严重气道阻塞性疾病的雾化治疗创造条件。在机械通气中，吸入适当浓度和流量的Heliox能改善严重气道阻塞性病变气雾剂的输送，能使气管内插管末端气雾剂的含量增加^[11]。这说明联合Heliox和气雾剂吸入治疗严重阻塞性气道疾病有一定的临床价值。

　　4.减少插管率，改善愈后

　　已证实，吸入氦气能缓解拔除气管插管后的发音尖锐，防止呼吸窘迫和重新再插管^[12]。同时Heliox能使支气管炎的哮喘评分得到改善，改善急性呼吸道合胞病毒感染（下呼吸道感染）的呼吸状况，减少气管插管和机械通气的发生^[13]。

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　　5.其他作用

　　氦气对心血管系统无直接作用，但仅在高iPEEP的状态下，吸入Heliox能改善血流动力学的稳定性，这可能是通过减少iPEEP、死腔量和动静脉分流而间接起作用的。

　　二、 Heliox在临床上的应用

　　自1934年Barach^[14]首先应用Heliox治疗上、下呼吸道阻塞疾病，到目前已有70年的历史，其间曾有消逝、停滞过，虽然Heliox不能解决气道阻塞，但它能降低气道阻力，使其它的治疗措施发挥治疗的作用。已证明Heliox对哮喘、COPD、呼吸窘迫综合征、支气管炎、支气管肺发育障碍、喉炎等呼吸道梗阻性疾病有明显疗效，尤其在机械通气患者，且对重症患者呼吸机撤离、气管插管拔除、高氨血症等也有一定疗效^[15]。

　　1. 哮喘

　　1995年Kass等应用Heliox治疗12例重症哮喘并机械通气患者49±25分钟后动脉血气开始改善，继续治疗所有患者PaO₂明显上升，PaCO₂基本降至正常，PH值改善^[7]，这和Heliox改善氧合、增大吸气和呼气流速、促进二氧化碳排除的作用有关。在随后的离体试验中也得到证实，药物诱导幼猪的严重支气管痉挛，经机械通气吸入Heliox能明显改善肺的有效通气功能、气体流速、气道阻力和顺应性^[16]。目前Heliox治疗哮喘多用于急诊的院前急救，其可通过直接吸入而迅速发挥作用。

　　2. 慢性阻塞性肺部疾病（COPD）

　　COPD患者中小气道变形、气道重塑明显，加之分泌物多且粘稠，有效通气量减少，通气/血流比例失调，气体交换功能下降，容易发生呼吸衰竭。Heliox通过降低气道阻力、气道压和呼吸功耗、改善氧合、促进二氧化碳的排除而达到治疗COPD的目的。一项回顾性研究显示，吸入Heliox能改善COPD发生急性恶化的征兆^[17]。结合前瞻性、随机交叉设计的研究，23例COPD急性恶化并机械通气患者吸入Heliox能明显减少呼吸功耗、降低iPEEP，表明Heliox能减少呼吸机的负担，为COPD的治疗提供一种新的方法^[18]。

　　3.支气管炎和肺癌

　　Torres等^[19]对38例急性支气管炎的婴儿进行对照性研究，吸入氦气的婴儿其临床呼吸状态包括临床评分、心动过速、呼吸急促显著改善，而且这个有益的作用在开始Heliox治疗的第一个小时就出现，并随着治疗的持续而发挥作用，对于肺癌的治疗目前尚处于Ⅱ期的临床实验研究，已证明吸入Heliox能改善血氧饱和度，增强病人的运动能力，改善肺泡通气和呼吸困难评分^[8]。

　　4. 呼吸窘迫综合征和呼吸衰竭

　　在一个随机对照研究中，发生呼吸窘迫综合征的婴儿吸入Heliox，所需的氧浓度明显减小，进行机械通气的时间短，死亡数少，并且支气管肺发育障碍发生率也小，这可能和减轻气道病变、肺水肿、改善缺氧和减少能量消耗有关^[20]。而对于各种原因引起的呼吸衰竭，由于Heliox能降低气道阻力和呼吸功耗，促进氧合和二氧化碳排除而达到治疗呼吸衰竭的作用。尤其是对于婴幼儿不能耐受气管插管或面罩给氧，单纯从鼻导管吸入Heliox治疗呼吸衰竭是可行而且有效^[21]。

　　5. 急性肺损伤和高氨血症

目前仅在动物试验阶段^[22]，高频振荡通气并吸入Heliox能改善急性肺损伤模型幼猪的肺部气体交换，增大潮气量，促进二氧化碳的排除。其机理是Heliox的低密度能使湍流时的阻力减小，另外其Reynolds常数低可使湍流向层流转变，减少了气道阻力和能量消耗。此试验的局限性在于增大的潮气量增加了肺损伤的可能性，且在某些情况下高碳酸血症对急性肺损伤是有利的，二氧化碳的排除反而对肺损伤有害。因此需要更多的试验来证明其他的有利机制参与了此过程，拓宽Heliox的临床适用性。Barr等^[23]将Heliox用于治疗高氨血症的小鼠，结果能明显降低血中氨的含量，其机理未明确，尚待更深入的研究。

　　6.脱机或拔除气管插管后的恢复

　　各种原因的呼吸功能不全行气管插管并机械通气后，经过一段时间的治疗，逐渐脱离呼吸机并拔除气管插管。在这个过程中，由于患者本身呼吸功能低下，上气道或整个气道的阻力通常上升，导致呼吸作功增多，加重呼吸肌负担而导致病情再度恶化，需重新插管或机械通气。Jaber等给18例连续机械通气48小时病人拔除气管插管后立即吸入Heliox，结果表明能明显减少病人地呼吸作功、改善舒适度^[24]。

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　　7.联合吸入气雾剂治疗呼吸系统疾病

　　由于Heliox物理学特性，其在小气道和肺泡内的沉积率大，而在大气道的沉积率小，故在下气道阻塞地病人中吸入Heliox联合气雾剂（β₂受体激动剂、激素或抗菌素）可达到一定的治疗作用，其机制不在于Heliox本身的治疗作用，而是吸入Heliox改变了气道的阻力和顺应性等，为其它地药物治疗提供有利地条件^[25]。

　　三、目前存在的问题

　　Heliox在临床上地应用已有70余年的历史，虽然其临床疗效明显，但由于其费用高、设备复杂，很难在临床上得到广泛应用，特别是在ICU中，其实用性仍存在争议。在上呼吸道阻塞疾病中，Heliox治疗似乎对于严重的呼吸窘迫是个合理的治疗措施，但Heliox没有治疗效果，而且在一个上呼吸道阻塞的随机对比研究中显示，吸入Heliox和给予肾上腺皮质激素治疗，在减轻病人症状方面没有明显的差别^[26]。而在哮喘的治疗中，目前的策略是病人自主呼吸，在最初应用支气管解痉剂治疗失败后才给予Heliox治疗，目的在于避免气管插管（因为氦气没有治疗作用），但这是相当危险的。特别是对于哮喘持续状态的病人，没有任何有利证据能够表明在急诊应用Heliox能改善病人的重症哮喘。因此从临床角度出发，限制了Heliox在重症哮喘的应用，特别是难于机械通气、气道高反应性和血流动力学不稳定的病人。

　　Heliox已应用于COPD病人（插管或未插管），在大多数COPD病人，无创通气治疗已成为最基本的治疗。COPD在急性失代偿期发生呼吸衰竭主要是因为呼吸作功增加，而无创通气能够减少呼吸功耗。已证实无创通气并吸入Heliox能进一步减少呼吸作功。但是没有证据证明无创通气并吸入Heliox在避免COPD病人插管方面优于吸入空－氧混合气。另一方面，Heliox已经应用于COPD插管并机械通气病人，能减少iPEEP和气道阻力，增大流速。但是对于气道高反应性状态的COPD病人仍缺乏有利证据。

　　总之，目前对于Heliox的研究仅局限于Heliox的物理学特性。Heliox用于治疗呼吸系统疾病的机制尚未清楚，加之医疗费用高，设备复杂，限制了Heliox在临床上的推广应用，特别是在危重病方面治疗价值。这需要更多、更深的临床研究来证实并设计出切实可行的Heliox呼吸装置，以使这一没有副作用的非药物、非创伤性疗法在临床上得以推广应用。

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