High-flow nasal cannula versus noninvasive ventilation in stabilized hypercapnic exacerbation: a physiological crossover trial - 29/05/26

Doi : 10.1016/j.aicoj.2026.100092 
Fernando Vieira a, b, c, Annia Schreiber a, b, Mattia Docci a, b, Antenor Rodrigues a, b, Vorakamol Phoophiboon a, b, d, Carles Subira a, b, e, Matthew Ko a, b, Mayson L.A. Sousa a, b, f, g, Tai Pham h, i, Thomas Piraino j, Remi Coudroy k, Giulia Cavalot l, Irene Telias b, m, Detajin Junhasavasdikul n, Martin Dres o, p, Michael C. Sklar a, b, Laurent Brochard a, b,
a Keenan Research Centre, Li Ka Shing Knowledge Institute, St. Michael's Hospital, Unity Health Toronto, ON, Canada 
b Interdepartmental Division of Critical Care Medicine, University of Toronto, Toronto, ON, Canada 
c Fisher & Paykel Healthcare Ltd., Auckland, New Zealand 
d Division of Critical Care Medicine, Department of Medicine, Faculty of Medicine, Chulalongkorn University, Bangkok, Thailand 
e Critical Care Department, Institut de Recerca Sant Pau (IR Sant Pau), Hospital de la Santa Creu i Sant Pau, Barcelona, Spain 
f Translational Medicine Program, Research Institute, Hospital for Sick Children, University of Toronto, Toronto, Canada 
g Department of Respiratory Therapy, College of Rehabilitation Sciences, Rady Faculty of Health Sciences, University of Manitoba, Winnipeg, Canada 
h AP-HP, Hôpital de Bicêtre, DMU CORREVE, Service de Médecine Intensive-Réanimation, FHU SEPSIS, Groupe de Recherche Clinique CARMAS, Université Paris-Saclay, Le Kremlin-Bicêtre, France 
i Inserm U1018, Equipe d'Epidémiologie Respiratoire Intégrative, Centre de Recherche en Epidémiologie et Santé des Populations, Université Paris-Saclay, UVSQ, Univ. Paris-Sud, Villejuif, France 
j Department of Anesthesia, McMaster University, Hamilton, ON, Canada 
k CHU de Poitiers, Service de Médecine Intensive Réanimation, Poitiers, France; INSERM CIC 1402, IS-ALIVE Research Group, Université de Poitiers, Poitiers, France 
l Department of Emergency Medicine, San Giovanni Bosco Hospital, Torino, Italy 
m Division of Respirology and Critical Care Medicine, University Health Network and Sinai Health System 
n Division of Pulmonary and Pulmonary Critical Care, Department of Medicine, Faculty of Medicine Ramathibodi Hospital, Mahidol University, Bangkok, Thailand 
o Neurophysiologie Respiratoire Expérimentale et Clinique, INSERM, UMRS1158, Paris, France 
p Service de Médecine Intensive - Réanimation (Département "R3S"), Paris, France 

Corresponding author.

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Abstract

Background

Evidence comparing high-flow nasal cannula (HFNC) and non-invasive ventilation (NIV) in acute hypercapnic respiratory failure remains controversial. We compared their short-term effects on breathing effort, ventilation, CO 2 clearance, and preference.

Methods

A randomized, crossover, non-inferiority trial was conducted in patients with stabilized hypercapnic exacerbation requiring NIV or HFNC. Baseline oxygen therapy was followed by a randomized sequence of NIV and HFNC at 30 and 50 L.min −1 . The primary endpoint was to assess non-inferiority of HFNC 50 L.min −1 compared to NIV. Diaphragm, parasternal intercostal, and transversus abdominis muscle activity were assessed using thickening fraction (TF) and the product of TF and respiratory rate (TF•RR). Ventilation was evaluated using electrical impedance tomography and transcutaneous partial pressure of carbon dioxide (tcCO 2 ).

Results

21 patients (mean ± SD age 69 ± 11 years, 82% COPD) were enrolled. In 17, diaphragm thickening fraction (TFdi) was available: HFNC 50 L.min −1 was non-inferior to NIV in reducing TFdi (p = 0.122, 95% CI: −19.1–3.4), as was HFNC at 30 L.min −1 (p = 0.413, 95% CI: −17.0–5.7). Only HFNC 50 L.min −1 reduced TFdi•RR (p = 0.036) and respiratory rate compared to baseline (p = 0.001). HFNC at 50 L.min −1 decreased the baseline TFdi by 18% ± 36% (p = 0.033), whereas NIV did not decrease it. HFNC and NIV reduced tcCO₂ compared to baseline. Minute ventilation and the estimated ventilatory ratio were lower with HFNC than NIV (p < 0.01). HFNC was the preferred strategy by the patients.

Conclusions

In stabilized hypercapnic exacerbation, HFNC and NIV reduced tcCO₂, but only HFNC lowered ventilatory ratio and minute ventilation. HFNC at 50 L.min −1 reduced diaphragm activity and was non-inferior to NIV in this regard, while being preferred by patients.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : High-flow nasal cannula, Non-invasive ventilation, Diaphragm ultrasound, Hypercapnic respiratory failure, Non-inferiority

Abbreviations : BMI, Bpm, cmH 2 O , CO 2 , COPD, COT, CPAP, GCS, DBP, DICOM, EELV, EIT, FEV1, FiO 2 , FVC, HFNC, HFNC30, HFNC50, Hz, IQR, L.min-1, MHz, mL, mmHg, MV, NIV, PaCO 2 , PCO2, PEEP, pH, PvCO 2 , RR, SBP, SD, SpO 2 , tcCO 2 , TF, TFdi, TFdi•RR product, TFpi, TFtra


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