Respiratory Failure（呼吸衰竭）
⚡ 資料更新至：2026（整合 Pocket Medicine 9th Ed. + weaning/HFNC/NIV 近代 RCT）
參考來源： Subira PSV vs T-piece (JAMA 2019)、Hernández post-extubation HFNC/NIV (JAMA 2016/2019)、FLORALI (NEJM 2015)、ROX index (AJRCCM 2019)、HACOR (Intensive Care Med 2016)
一、定義與分類
Respiratory Failure（呼吸衰竭）：肺部無法提供足夠的氣體交換，導致低氧血症（±高碳酸血症）
Type I：Hypoxemic Respiratory Failure（低氧型）
- 定義：PaO₂ <60 mmHg（室內空氣下）
- 機轉：V/Q mismatch、Shunt（右到左）、Diffusion defect
- PaCO₂ 正常或降低（代償性過度換氣）
- 病生理核心：氧合（oxygenation）問題 → 處置重點在提高 FiO₂、PEEP/recruitment、治療肺實質病灶
- 常見病因：pneumonia、ARDS、pulmonary edema、 PE、pneumothorax
Type II：Hypercapnic Respiratory Failure（高碳酸型）
- 定義：PaCO₂ >45 mmHg（± 低氧血症）
- 機轉：泵衰竭（ventilatory pump failure，通氣不足）
- pH 下降（acute）；chronic → 代謝代償 HCO₃⁻ 升高、pH 接近正常
- 病生理核心：通氣（ventilation）問題 = 死腔↑、呼吸驅動↓、或呼吸肌力/負荷失衡 → 處置重點在「增加肺泡通氣」（NIV/IPPV、移除負荷、逆轉鎮靜）
- 常見病因：COPD（最常見）、myasthenia gravis、botulism、sedative overdose、obesity hypoventilation syndrome（OHS）、respiratory muscle fatigue、chest wall/neuromuscular disease
Type I vs II 一句話分
Type I = 換不了氧（A-a gradient↑、CO₂ 不高）；Type II = 排不掉 CO₂（PaCO₂>45）。兩者可並存（如嚴重 COPD AE 既低氧又高碳酸）。
Type III：Perioperative Respiratory Failure
- 手術後肺不張（Atelectasis）→ 低氧
- 預防：早期下床活動、incentive spirometry
Type IV：Shock-related
- 灌流不足（組織缺氧）→ 呼吸肌氧需求增加
二、Pathophysiology（低氧血症機轉）
| 機轉 | 描述 | A-a gradient | 對 O₂ 的反應 |
|---|---|---|---|
| V/Q mismatch | 最常見；pneumonia、COPD、PE | 升高 | 良好 |
| Shunt（真性分流） | 右→左；ARDS、atelectasis、pneumonia consolidation、intracardiac shunt | 升高 | 差（100% O₂ 無法完全矯正） |
| Diffusion limitation | 運動時；ILD | 升高 | 良好 |
| Hypoventilation | 低通氣；CO₂↑、O₂↓ | 正常 | 良好 |
| Low FiO₂ | 高海拔 | 正常 | 良好 |
A-a gradient 計算：
- A-a = PAO₂ - PaO₂
- PAO₂ = FiO₂ × (Pb - PH₂O) - PaCO₂/0.8
- 室內空氣（FiO₂=0.21，Pb=760 mmHg，PH₂O=47）：PAO₂ ≈ 150 - PaCO₂/0.8
- 正常值：<10-15 mmHg（年齡越大越高）
- 公式：正常 A-a gradient ≈ (age/4) + 4
臨床用法：低氧 + A-a 正常 → hypoventilation（Type II 泵衰竭）或 low FiO₂；低氧 + A-a 升高 → 肺實質/vascular 問題（shunt、V/Q、diffusion）。Shunt 是唯一給 100% O₂ 仍矯正不佳者。
三、臨床評估
症狀：
- dyspnea（呼吸困難，詳見 Dyspnea 呼吸困難）
- 發紺（cyanosis）：SaO₂ <85% 時出現
- 意識改變（hypercapnia：CO₂ narcosis；acute hypercapnia → asterixis、somnolence、headache）
- 使用輔助肌（accessory muscles）、nasal flaring、retractions、paradoxical（abdominal）breathing → respiratory muscle fatigue 警訊
ABG 判讀（搭配 ABG）：
- 看 pH：<7.35 acidemia / >7.45 alkalemia
- 看 PaCO₂：>45 → respiratory acidosis（或 metabolic alkalosis 代償）；<35 → respiratory alkalosis
- 看 HCO₃⁻ 與代償：判斷 acute vs chronic
- acute respiratory acidosis：PaCO₂ 每升 10 → pH 約降 0.08、HCO₃⁻ 約升 1
- chronic：PaCO₂ 每升 10 → HCO₃⁻ 約升 3.5、pH 近乎正常（renal compensation）
- 算 A-a gradient 判斷低氧機轉（見上）
- P/F ratio（PaO₂/FiO₂） 評估低氧嚴重度（Berlin ARDS 標準，須 PEEP ≥5）：
-
300：正常 / 輕度受損
- 200-300：輕度 ARDS
- 100-200：中度 ARDS
- ≤100：重度 ARDS
-
四、低氧血症治療（Oxygen Therapy）
低流量（Low-flow）氧療
| 裝置 | FiO₂ | 備注 |
|---|---|---|
| Nasal cannula | 24-44%（1-6 L/min） | 輕中度低氧；每 1 L/min ≈ FiO₂ +4% |
| Simple face mask | 35-55%（5-10 L/min） | 最低流量 5 L/min（否則 CO₂ 回流） |
| Non-rebreather mask（NRM） | 60-90%（10-15 L/min） | 儲氣袋；嚴重低氧、暫時性橋接 |
高流量氧療（High-Flow Nasal Cannula，HFNC）
- 高達 60 L/min、FiO₂ 21-100%（精確設定）
- 機轉/優點：溫熱加濕氣體（耐受性佳、利於分泌物清除）、沖洗上呼吸道死腔（減 CO₂ 再吸入）、產生輕微 PEEP 效應（每 10 L/min 約 0.5-1 cmH₂O，閉口時）、降低吸氣功
- 適應症：acute hypoxemic respiratory failure（AHRF）、post-extubation support、預氧合/插管前、不插管（DNI）緩和
- FLORALI trial（NEJM 2015；PaO₂/FiO₂ ≤300、非高碳酸）：HFNC vs 標準 O₂ vs NIV 三組，第 28 天插管率三組無顯著差異（38% vs 47% vs 50%, P=0.18）；但 HFNC 組 ventilator-free days 較多、且90 天 mortality 顯著較低（HFNC 較 NIV、較標準 O₂ 皆優）。
- 重點：HFNC 在 AHRF 不是「降插管率」的鐵證，而是「氧合/舒適/可能改善存活」；嚴重低氧（P/F <200）獲益較明顯。
非侵入性正壓通氣（NIV：Noninvasive Positive Pressure Ventilation）
最強適應症（證據最充分）：
- COPD acute exacerbation（AECOPD）+ hypercapnia（pH <7.35 且 PaCO₂ >45） → BiPAP，降插管率與 mortality（首選）
- acute cardiogenic pulmonary edema（ACPE） → CPAP 或 BiPAP，改善氧合/減呼吸功，降插管率
- immunocompromised + acute hypoxemic respiratory failure（避免插管相關 infection）
模式：
- BiPAP：IPAP（吸氣正壓，決定潮氣量/通氣 → 排 CO₂）＋ EPAP（呼氣正壓 = PEEP → 氧合/克服 auto-PEEP）
- 典型起始：IPAP 10-12 cmH₂O、EPAP 4-5 cmH₂O，依 pH/PaCO₂ 與潮氣量逐步上調 IPAP（壓力差 = pressure support）
- CPAP：單一固定正壓；適合 OSA、ACPE（純氧合問題、無需主動排 CO₂ 者）
NIV 禁忌（相對/絕對）：
- 心跳/呼吸停止、無自主呼吸驅動
- 無法保護氣道、意識嚴重下降（GCS 低、無法配合）、誤吸高風險
- 大量分泌物無法清除
- 血流動力學不穩定、致命性心律不整
- facial trauma/surgery/deformity 無法密合、近期 upper GI surgery
- vomiting、upper GI hemorrhage、bowel obstruction
NIV 失敗指標（→ 應插管，勿延誤）：
- 意識惡化（GCS 下降）、躁動無法配合
- 分泌物多、無法清除
- NIV 1-2 小時內無改善（pH、PaCO₂、RR、氧合未改善）
- 血流動力學不穩定
- 用 HACOR score 客觀量化（見第六節）
五、acute hypercapnic respiratory failure 管理（Type II）
AECOPD with Hypercapnia
- Controlled O₂（目標 SpO₂ 88-92%）：避免高氧抑制低氧驅動（hypoxic drive）並惡化 V/Q（Haldane effect）
- NIV BiPAP（首選）：用於 pH <7.35 且 PaCO₂ >45；降低插管率、住院 mortality
- 支氣管擴張劑（SABA + SAMA 霧化）
- systemic corticosteroid（Prednisolone 40 mg PO × 5 天）
- 若有 infection 證據 → antibiotic
- （治療細節見 COPD）
COPD acute exacerbation：目標 SpO₂ 88-92%，NOT 100%！ 過度給氧可經 V/Q 與 Haldane 機轉增加 CO₂ 滯留 → 加重 hypercapnia 與 acidosis。
Neuromuscular Disease（MG、ALS、GBS）
- 評估呼吸肌力：NIF / MIP（Negative Inspiratory Force）< -20~-25 cmH₂O 變弱 → 插管警訊
- GBS：FVC <20 mL/kg、MIP < -30、MEP < +40（「20/30/40 rule」），或快速下降趨勢 → 預防性插管
- NIV 可延緩插管，但無法保護氣道/分泌物多者需早期插管或 tracheostomy（NIV 不應用於延誤明確需插管者）
六、Weaning 與 Extubation（脫機與拔管）
拔管前準備（每日評估）
- 病因好轉、氧合可（如 P/F >150-200、FiO₂ ≤0.4-0.5、PEEP ≤5-8）、血流動力學穩、無持續鎮靜、能咳嗽
- 通過 Spontaneous Awakening Trial（SAT，停鎮靜） 再做 SBT（ABC 配對，paired SAT+SBT 改善預後）
Spontaneous Breathing Trial（SBT，自主呼吸試驗）
- 方式：T-piece（無支持） 或 低度 PSV（PS 5-8 cmH₂O ± PEEP 0-5）/ CPAP，觀察 30 分鐘–2 小時
- 通過指標：RR <35、SpO₂ >90%、HR/BP 穩、無明顯呼吸窘迫；RSBI（f/Vt）<105 預測脫機成功（>105 多失敗）
- PSV vs T-piece 證據（Subira et al. JAMA 2019, n=1153）：30 分鐘 PS 8 cmH₂O 的 SBT，相較 2 小時 T-piece，成功拔管率較高（82.3% vs 74.0%, P=0.001），再插管率無差異（11.1% vs 11.9%），且住院與 90 天 mortality 較低 → 支持「較短、較不費力」的 PSV SBT 作為常規。
- COPD 次族群 meta-analysis：PSV 的 SBT 拔管成功率亦略優於 T-piece（RR 1.14），再插管與 mortality 無差異。
- 註：較不費力的 PSV SBT 通過率高，代價是可能「過度樂觀」漏掉邊緣病人 → 高風險者拔管後須積極預防（見下）。
Cuff-leak Test（套囊漏氣測試）
- 目的：screening post-extubation laryngeal edema / stridor 風險（高風險：插管久、創傷性插管、女性、大號管、再插管史）
- 方法：抽掉 cuff 氣，量「漏氣量」或漏氣百分比；cuff-leak volume 偏低（常用 <110 mL，或 <氣道潮氣量 10-15%）→ laryngeal edema/拔管後 stridor 風險增
- 失敗處理：拔管前給 systemic corticosteroid（≥4-12 h 前數次給予） 可降低 post-extubation stridor 與再插管率（用於 cuff-leak 陽性高風險者，非常規全體）
- 注意：cuff-leak 陽性「不」等於不能拔管；需綜合判斷，並備 reintubation/喉鏡。
Extubation 失敗預測與後續支持
- 拔管失敗高風險因子：年齡 >65、chronic cardiopulmonary disease（heart failure、中重度 COPD）、APACHE II >12、BMI >30、分泌物多/咳嗽弱、困難或延長脫機、多重共病、脫機當天高 PaCO₂。
- 拔管後預防再插管（依風險分層）：
- 低風險 → HFNC 優於傳統 O₂（Hernández JAMA 2016, n=527：72 h 再插管 4.9% vs 12.2%, P=0.004）。
- 高風險 → HFNC 非劣於 NIV（Hernández JAMA 2016, n=604：再插管 22.8% vs 19.1%，達非劣；HFNC 耐受性/舒適更佳、副作用少）。
- 高風險（尤其高碳酸/心肺病） → HFNC + 預防性 NIV 交替 優於單用 HFNC（Thille/Hernández JAMA 2019, n=641：第 7 天再插管 11.8% vs 18.2%, P=0.02；postextubation respiratory failure 亦較低）。
- COPD 高碳酸拔管後：HFNC 非劣於 NIV（Tan et al. Crit Care 2020, n=86），耐受與舒適較佳 → 可作替代或交替方案。
- 實務：已發生 established post-extubation respiratory failure 才補 NIV「救援」反而可能延誤插管、增死亡 → NIV 在拔管後應作「預防性」用於高風險者，一旦惡化即果斷插管。
七、臨床評估工具（升階決策）
ROX Index（預測 HFNC 失敗 / 是否該插管）
- ROX = (SpO₂ / FiO₂) / 呼吸速率（RR）
- 驗證 cutoff（Roca et al. AJRCCM 2019，pneumonia 所致 AHRF；ROX 越高越安全）：
- 2 h：ROX <2.85
- 6 h：ROX <3.47
- 12 h：ROX <3.85
- → 低於對應時間點 cutoff = HFNC 失敗（需插管）風險高 → 考慮升階 NIV/插管；ROX ≥4.88 持續則失敗風險低、可續用 HFNC。
- 用法：動態看趨勢（隨時間不升反降者更危險），單點低值勿過度延誤插管。
HACOR Score（預測 NIV 失敗）
- 五項床邊變數：Heart rate、Acidosis（pH）、Consciousness（GCS）、Oxygenation（PaO₂/FiO₂）、Respiratory rate（總分上限 25 分）
- NIV 開始後 1 小時 HACOR >5 分 → NIV 失敗風險高（原始研究 1 h AUC 0.88；cutoff 5 分 specificity ~90%）
- 臨床意涵：HACOR >5 的高風險者，≤12 h 內早插管 較晚插管住院 mortality 低 → 別硬撐 NIV。
八、Clinical Pearls
- Type I = 低氧（PaO₂ <60，A-a↑）；Type II = 高碳酸（PaCO₂ >45）；兩者可並存。
- Shunt = 100% O₂ 無效（區分真性分流 vs V/Q mismatch 的關鍵）。
- A-a gradient 正常 + 低氧 = hypoventilation（Type II）或 low FiO₂。
- COPD + 高碳酸（pH<7.35）→ NIV BiPAP（首選）；O₂ 目標 88-92%。
- FLORALI：HFNC 在 AHRF 不顯著降插管率，但 ventilator-free days 多、90 天 mortality 較低（嚴重低氧獲益較明顯）——別記成「HFNC 降插管率」。
- SBT：30 min PSV 8 cmH₂O 成功拔管率優於 2 h T-piece（Subira JAMA 2019），再插管率相同；RSBI <105 預測成功。
- 拔管後預防：低風險用 HFNC；高風險 HFNC≈NIV；高風險（心肺病/高碳酸）HFNC+NIV 交替最佳。
- Cuff-leak 陽性高風險 → 拔管前給 steroid 降 stridor/再插管；陽性不等於不能拔。
- ROX <2.85(2h) / <3.47(6h) / <3.85(12h) → HFNC 可能失敗 → 升階；看趨勢。
- HACOR >5 at 1h → NIV 失敗風險高 → 早插管（≤12h）別硬撐。
- GBS = FVC 追蹤：<20 mL/kg 或快速下降（20/30/40 rule）→ 預防性插管。
- OHS（Obesity Hypoventilation Syndrome）：BMI ≥30 + PaCO₂ >45（排除其他原因）→ 長期 NIV 或 CPAP。
🔗 相關筆記
- Mechanical Ventilation 機械通氣 — 模式、設定、weaning 細節、auto-PEEP
- ARDS — 重度 Type I、肺保護策略、P/F 分級
- COPD — AECOPD、Type II、NIV 適應
- Dyspnea 呼吸困難 — 鑑別診斷
- ABG — ABG 判讀、A-a gradient
Key References
- Frat JP, et al. High-flow oxygen through nasal cannula in acute hypoxemic respiratory failure (FLORALI). N Engl J Med. 2015;372(23):2185-96. PMID: 25981908
- Subirà C, et al. Effect of pressure support vs T-piece ventilation strategies during spontaneous breathing trials on successful extubation: a randomized clinical trial. JAMA. 2019;321(22):2175-2182. PMID: 31184740
- Fonseca LM, et al. Pressure support ventilation versus T-piece as spontaneous breathing trials for extubation of COPD patients: systematic review and meta-analysis. Lung. 2024;202(2):211-216. PMID: 38472401
- Hernández G, et al. Effect of postextubation high-flow nasal cannula vs conventional oxygen therapy on reintubation in low-risk patients: a randomized clinical trial. JAMA. 2016;315(13):1354-61. PMID: 26975498
- Hernández G, et al. Effect of postextubation high-flow nasal cannula vs noninvasive ventilation on reintubation and postextubation respiratory failure in high-risk patients: a randomized clinical trial. JAMA. 2016;316(15):1565-1574. PMID: 27706464
- Thille AW, et al. Effect of postextubation high-flow nasal oxygen with noninvasive ventilation vs high-flow nasal oxygen alone on reintubation among patients at high risk of extubation failure: a randomized clinical trial. JAMA. 2019;322(15):1465-1475. PMID: 31577036
- Tan D, et al. High-flow nasal cannula oxygen therapy versus non-invasive ventilation for COPD patients after extubation: a multicenter, randomized controlled trial. Crit Care. 2020;24(1):489. PMID: 32762701
- Roca O, et al. An index combining respiratory rate and oxygenation to predict outcome of nasal high-flow therapy (ROX index validation). Am J Respir Crit Care Med. 2019;199(11):1368-1376. PMID: 30576221
- Roca O, et al. Predicting success of high-flow nasal cannula in pneumonia patients with hypoxemic respiratory failure: the utility of the ROX index. J Crit Care. 2016;35:200-5. PMID: 27481760
- Duan J, et al. Assessment of heart rate, acidosis, consciousness, oxygenation, and respiratory rate to predict NIV failure in hypoxemic patients (HACOR scale). Intensive Care Med. 2016;43(2):192-199. PMID: 27812731