日本禁煙学会雑誌

第 6 巻第 2 号

2011 年（平成 23 年）5 月 2 日《原著論文》

呼気負荷マスク「ゆくすえくん」の開発－禁煙教育・喫煙防止教育のための新たなツールとしての可能性－
飯塚眞喜人 1 、市ノ瀬薫 2 、小林秀行 2 、冨田和秀 3 、武島玲子 1 、高橋晃弘 21．

茨城県立医療大学医科学センター、2．アール医療福祉専門学校理学療法学科 、3．茨城県立医療大学理学療法学科【目【方的】 慢性閉塞性肺疾患（COPD）を再現できる小型・軽量の呼気負荷マスクを開発する。
法】 一方向弁側面に通気口（直径 2 mm、板厚 2 mm、4 〜 8 個）をあけエアシールマスクに組み込み呼気負荷を与えた。10 名の健常者でマスク装着前と各通気口数で FEV1%、% FEV1 等を得 、COPD の病期分類と対応させた。
【結 果】 FEV1% は負 荷なし 、 通 気 口 数 8 、7 、6 、5 個の順に 89.4±6.3（平 均 ±SD）、60.5±9.6 、57.2±
7.6 、49.9±6.4 、41.5±5.3 ％、%FEV1 は 順 に 93.1±7.8 、59.6±10.8 、56.7±9.3 、50.4±8.8 、41.4±7.3 ％、%FVC は順に 102.3±5.2 、96.3±3.7 、96.9±6.2 、98.7±7.9 、96.5±8.0 ％であった。
【考【結察】 通気口数 6 個で全員 COPD の 2 〜 3 期相当となった。
論】 健常者に COPD を再現できた。

キーワード：禁煙教育 、喫煙防止教育 、慢性閉塞性肺疾患 、呼気負荷マスク

1．はじめに日常の外来診療や健診の現場で短時間に実施できる禁煙治療の方法としては「5A アプローチ（ Ask ,喫煙により種々の健康被害を受ける事は周知の事
1）

実である 。世界保健機関（WHO ）は喫煙による健Advice , Assess , Assist , Arrange）」という指導手

康 被 害の拡 大を憂 慮して 、2003 年に「タバコの規順が世界各国で採用されている 。そして 、禁煙意制に関する世界保健機関枠組条約」を採択し 、2005

志のない患者は 、喫煙の健康状態（危険性）に関す

年に効力が発生した。日本では 2003 年に「健康増る知識に乏しい場合が多く 、Advice の指導方法を進法」が施行され 、25 条で「不特定多数の人が集ま施行されるべきであると禁煙ガイドラインに述べらる場所での受動喫煙防止が非喫煙者の権利であるとれている 。Advice の中には 、タバコの使用と現在

共に管理責任者の義務である」と明記された。喫煙の健康／病気 、社会的・経済的なコスト 、子供やは WHO の「疾病と関連の健康問題についての国際

家庭への影響などと関連付けるなどの指導が含まれ」において「ニコチン依
統計分類第 10 版（ ICD-10）

る 。しかし 、喫煙の害に関する正確な知識を十分存」として扱われている。日本でも 2006 年から保険に与えても 、禁煙意志のない喫煙者を禁煙に至らせ

3）

1）

3）

2）

適用による禁煙治療が可能になった 。喫煙者に禁る事は容易ではない。我々はその原因の一つにタバ

煙治療を受けさせるために 、そして禁煙を成功させ

コ病にかかった時の苦痛について 、実感を持てないるためには 、禁煙への動機付けを強化しなくてはな

事にあるのではないかと考えた。

1）

らない 。

喫煙を始めたきっかけは 、友人の影響や好奇心が
4）

多くを占め 、すでに多くの未成年はタバコが有害
5）

連絡先〒 305-0394
茨城県稲敷郡阿見町阿見 4669-2
茨城県立医療大学医科学センター

TEL: 029-840-2212
e-mail:であることを知識として持っている 。そこでタバコ病にかかった時の苦痛を実感を持って理解させることができれば 、喫煙を新たに始める人は減少する

飯塚眞喜人と考えたが 、現在 、禁煙教育や喫煙防止教育に使FAX: 029-840-2312

用できるタバコ病を実感できるツールは開発されていない。

受付日 2010 年 12 月 17 日 採用日 2011 年 3 月 28 日

呼気負荷マスク「ゆくすえくん」の開発 －禁煙教育・喫煙防止教育のための新たなツールとしての可能性－

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図 1 呼気負荷装置の外観
A：呼気負荷装置の弁を抑える蓋と弁を取り外した写真。B：弁と押さえる蓋を取り付けた呼気負荷装置の写真。C：呼気負荷装置をエアシールマスクの内側に取り付けた写真。

慢性閉塞性肺疾患（Chronic obstructive pulmo-nary disease , COPD）は主要なタバコ病の一つである。 日 本の場 合 、COPD は 1999 年 度まで 10 大 死
因に計 上されることはなかったが 、2000 年から第6）10 位となっている 。 また 、2001 年に日 本で行われた大規模疫学調査では約 530 万人の COPD 罹患7）者がいると推定されている 。COPD の特徴に呼気時の流量制限がある。一秒率が 70 ％以下になるとCOPD と診断され 、一秒量によりその重症度（1 〜
6）4 期）が判定される 。我々は呼気時の流量制限を与えるマスクを作成し 、このマスクを用いて COPD になったときの苦しみをまだ COPD を発症していない
喫煙者に積極的に疑似体験させることにより禁煙への動機付けを強化できると考えた。また非喫煙者が喫煙を開始することを抑止できるであろうと考えた。
呼気時流量制限を再現する呼気負荷装置はいくつか考案されている。例えば Starling 抵抗器を利用する
8）

方法 や持続的気道内陽圧人工呼吸器を用いる方法
9）がある。しかしいずれの方法も装置が大掛かりである。このほか呼息筋のトレーニングを行うための非 能 動 型 呼 吸 運 動 訓 練 装 置（Threshold PEP,

一方 、呼気時には人体側が外側に比べて陽圧になる

Respironics, USA）も販売されているが 、口呼吸にため 、一方向弁が閉まる。この時 、図１B 矢印 2 により訓練を行う点で 、安静時に人が行っている鼻呼示すように通気口を通して外側に流れるように工夫

吸を再現できない。またこの装置はばねによる一方した。通気口の数によって呼気負荷量を調節するこ

向弁で 、ある一定圧力以上で弁が開き急激に流量がとができる。
図 2a-e に呼気負荷装置の詳細な部品を示す。そ増大する点で COPD の病態とは著しく異なる。
それゆえ本研究では小型 、軽量 、鼻呼吸・口呼れぞれ図 1A の a-e に対応する。図 2a は台座で 、直吸どちらでも可能で 、装着後も自由に運動ができる

径 40 mm、厚み 1 mm のアクリル円板の中央に直径

新たな呼気負荷マスクを作成することを目的とした。

15 mm の穴を開けたドーナツ板である。この中央に弁を受けるアクリル管（図 2b）を取り付け 、通気口

2．方法となる直径 2.0 mm の穴を 8 から 4 個開けた。弁との2-1．被験者

密着面積を大きく確保するためやや肉厚のアクリル

呼吸器系 、循環器系および神経系に疾患を有して管 を 用 いた（外 径 21 mm、 厚 み 2 mm、 長 さ 10

いない健常成人 10 名（男性 5 名 、女性 5 名）を対象
被験者には本研究の目的と内容を説明し同意を得mm）。 図 2c は弁のずれを防 止するための構 造で 、外径 30 mm、厚み 2.5 mm、長さ 14 mm のアクリ
ル管を 、幅約 10 mm、高さ約 9 mm の脚が 2 本できた。また 、本人の希望によりいつでも実験を中止でるように削った。これを図 2b の外側になるように入きるようにした。

れて 、台座（図 2a）に 2 本の脚を接着した。厚さ 1とした。平均年齢は 23.8 歳（21 〜 42 歳）であった。

〜 2 mm のシリコンゴムシート（ KE-106 、 信 越 化
2-2．呼気負荷装置の構成および記録方法

学工業）にポリプロピレンシート（厚み 0.2 mm ）を

呼気負荷装置の基本構造は図 1A、B に示すよう貼り付けて弁を作 成した（図 2d）。 弁の直 径は 23

な一方向弁である。吸気時 、人体側が外側に比べてmm の円形である。弁が外れないように上から直径30 mm、厚み 1 mm のアクリル円板の中央に直径 15mm の穴を開けたドーナツ板で押えた（図 2e）。 弁陰圧となるため一方向弁が開き 、ほとんど抵抗無く気体が外側から人体側へと流入する（図 1B 矢印 1）。

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は b と c にできた隙間約 4 mm を上下に移動するこ（ FEV1% ）は「（ FEV1 ÷ FVC ）×100」の式を用いて求とにより弁が開閉する。さらに弁の端１か所に直径めた。そして一秒量の標準回帰式 を用い一秒量の

約 3 mm の綿球を詰めることにより 、わずかな圧力

予測値を得 、一秒量の予測値に対する FEV1 の百分の変化により開閉する 1 方向弁を作成することがで率（%FEV1）を算出した。また Baldwin の予測式をきた。この呼気負荷装置をエアシールマスクにシリ用い予測肺活量を得 、予測肺活量に対する FVC のコン系接着剤で固定した（図 1C）。

百分率（ %FVC）を算出した。呼気負荷は 、負荷な10）

しから通気口の数 8 、7 、6 、5 、4 個と段階的に増2-3．手 順大させた。

実験中の測定環境は 、室温 23.0 ℃（± 1.0）、湿度

後日 、「呼気負荷装置の装着体験は禁煙教育に有51.6 ％（± 6.1）、気圧 758.6 mmHg（± 4.0）であった。

効であると思う」についてアンケートを行い「そう実験中 、疲労などの影響を少なくするため各呼気負思う」を 5 点 、「ややそう思う」を 4 点 、「どちらと荷の間に 、適宜休息をとらせた。その間に 、食事もいえない」を 3 点 、「あまりそう思わない」を 2 点 、や運動など内的環境が変動するような行為を行わな「そう思わない」を 1 点とした。

いよう配慮した。
2-4．解 析呼気負荷装置を組み込んだエアシールマスクをス
パイロメーター（マイクロスパイロ HI-601 、日本光得られたデータは平均値 ± 標準偏差で示した。呼電）に取り付けた。そして椅子座位にて努力肺活量

気負荷の段階的増大による各呼吸パラメーター値の、 一 秒 量（FEV1）を 計 測 した。 一 秒 率（FVC ）

変化について一元配置分散分析後 、多重比較（ボン
フェローニの方法）を行い 、有意水準を p ＜ 0.05とした（ PASW Statistics 18）。

図2

呼気負荷装置の部品

3．結果

作成した呼気負荷装置は 、約 6 g であった。図 3Aに各被験者における FEV1% と呼気負荷量の関係を示す。男女差は顕著でなかったため 、以下では合わせて解析を行った結果を示す。また通気口 4 個の時の呼吸パラメーターを 2 例で計測しなかったため統計解析から除外した。FEV1% は負荷なし 、通気口
数 8 、7 、6 、5 個 の 順 に 89.4 ± 6.3 、60.5 ± 9.6 、57.2 ± 7.6 、49.9 ± 6.4 、41.5 ± 5.3 ％と有意に減少した（図 3A、p ＜ 0.001）。通気口数 8 個と 7 個間で有意差はなかったがそれ以外の組み合わせではすべて有意 差があった。 通 気 口 数 8 個では 2 名 、7 個では 1
名の一秒率が 70 ％以上であったが 、6 個以下では全員の一秒率が COPD の診断基準である 70 ％以下となった。

%FEV1 は、順に 93.1 ± 7.8 、59.6 ± 10.8 、56.7 ± 9.3 、50.4 ± 8.8 、41.4 ± 7.3 ％と有意に減少した（図 3B、p ＜0.001）。通気口数 8 〜 6 個では全員が 30 ％以上であったが 、5 個の時 1 名が 4 期の COPD に相当する 30 ％未満となった。

%FVC は 、負荷なし 、通気口数 8 、7 、6 、5 個の 順 に 102.3 ± 5.2 、96.3 ± 3.7 、96.9 ± 6.2 、98.7 ±
7.9 、96.5 ± 8.0 ％であった。負荷なしに比べて有意
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図 3 呼気負荷量と FEV1%、%FEV1 の関係
A： 呼 気 負 荷 量（通 気 口の数）と FEV1% の関 係。
70% 未満で COPD と診断される（点線）。B：呼気負荷量と %FEV1 の関係。COPD の病期分類（I-IV期）の境界を点線で示す。各シンボルは 1 名からのデータを示す。

に減少したのは通気口が 8 個の時のみで 、後の通気口数では負荷なしに比べて有意差はなかった。
つまり呼 気 負 荷を加えることによって 、%FVCには大きな影響を与えず COPD の診断基準である

FEV1% および %FEV1 を減少させた。そして通気口6 個のときに全被験者が 2 から 3 期の COPD 診断基準の範囲に入った。
「呼気負荷装置の装着体験は禁煙教育に有効であると思う」については平均 4.4（ n ＝ 5）であった。

4．考

察

本研究では 、禁煙教育や喫煙防止教育の場で容易に使用できる新たな呼気負荷マスクを開発した。
つまり従来の呼気負荷装置に比べて小型軽量であり 、装着後も自由に運動することが可能である。被験 者 間 でかなりの 差 が 認 められたが 、FEV1% と%FEV1 の指標から 、通気口数が 6 個のときに全被験者が 2 〜 3 期の COPD と同等になることを明らかにした。COPD の場合 、肺胞破壊により気道の閉塞が生じるが 、呼気負荷マスクでは外部から与えた
呼 気 抵 抗 であり 、 閉 塞 場 所 が 異 なる。 すでにStarling 抵抗器を用い健常者に呼気負荷を与えた場
合の病態生理学的特徴と COPD との類似点につい11）て数多くの研究がなされている 。これらの研究は 、運動負荷を与えた時に動的過膨張が顕著に起きない
点で COPD とは異なるが、腹腔内圧の呼気時の増大、呼息相の増大と吸息相の減少 、動脈血二酸化炭素濃度の増大 、肺毛細血管内の血液量の減少 、最大
運動負荷を決める要因が耐えがたい呼吸困難感であることなどの点で COPD と一致することを明らかに

呼気負荷マスク装着による COPD 疑似体験のためにした。動的過膨張が見られなかった理由として呼気は 、各個人に合った呼気負荷量に設定するのが理想

負荷時間が短時間であったことが推測されている。

であるが 、種々の負荷量で FEV1% や %FEV1 を調本研究で開発した呼気負荷マスクは小型軽量のためべることは現実的ではない。本研究結果から 、通気長時間にわたり装着が可能であり 、今後 、動的過口 6 個の呼気負荷マスクを禁煙教育に用いるのが良

膨張や残気量の増大など長期にわたる気道閉塞の結いと考えられる。我々は喫煙を続けた時の行末を暗果生じる病態の仕組みやその予防方法について健常

示する「ゆくすえくん」という愛称をこの呼気負荷人を用いた更なる研究の発展が望める。

マスクにつけた。

アンケート調査の結果 、呼気負荷マスクが禁煙教「慢性閉塞性肺疾患（ COPD ）の予防・早期発見育推進のために有用であることが示唆された。アンに関する検討会」の報告書には 、COPD について医

ケートでは禁煙教育への有効性についてのみ質問し師や看護師等の医療従事者のなかでも 、必ずしも理

たが 、おそらく喫煙防止教育にも使用できると思わ解は十分ではなく 、さまざまなツールを用いて医療

れ 、今後の検討が必要である。スパイロメーターに従事者全体に COPD の患者の負担の理解 、COPD

よる呼吸機能の計測には 、被験者の慣れが必要で 、が予防可能な疾患であることの理解の浸透を図るこ

安定した結果を得るために 2 〜 4 回の練習を要した。

とが必要であると述べられている 。本研究で開発

12）

呼気負荷マスク「ゆくすえくん」の開発 －禁煙教育・喫煙防止教育のための新たなツールとしての可能性－

13

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したゆくすえくんは 、一般の人々への禁煙教育や喫

ppon21/database/1/5miseinenkitsuen/5miseinenk
itsuen.html
6） 社団法人日本呼吸器学会 :COPD（慢性閉塞性肺煙防止教育のみならず 、医療従事者に COPD 患者の負担を理解させるツールとしても有用であろう。

疾 患）診 断と治 療のためのガイドライン第 ２ 版．
2004．
7） Fukuchi Y, Nishimura M, Ichinose M, et al.：

なお本論文の要旨は第５回日本禁煙学会学術総会にて発表した。

5．謝2011 年（平成 23 年）5 月 2 日

Prevalence of chronic obstructive pulmonary
disease in Japan: result from the Nippon COPD
eoidemiology（NICE）study．Eur Respir J 2001;
18（suppl 33）, 275s，
8） Iandelli I, Aliverti A, Kayser B, et al.: Determinants of exercise performance in normal men
with externally imposed expiratory flow
limitation. J Appl Physiol 2002; 92（5）: 19431952.
9） O'Donoghue FJ, Catcheside PG, Jordan AS, et al.:Effect of CPAP on intrinsic PEEP，inspiratory
effort，and lung volume in severe stable COPD．
Thorax 2002; 57（6）：533-539.
10）日本呼吸器学会肺生理専門委員会：日本人のスパ

辞

予備実験を手伝ってくださった本多早苗さん 、犬田和成君 、瀬谷健太郎君 、友部有希子さん 、平岡
優一君に深く御礼申し上げます。
参考文献

1） 2003-2004 年度合同研究班報告 : 循環器病の診断と治療に関するガイドライン ，禁煙ガイドライン．
Circulation Journal 2005; 69（suppl Ⅵ）, 1005-

1103.
2） 社団法人日本循環器学会 : あなたにもできる禁煙ガイド．PASSPORT to STOP SMOKING [ 第 3版 ], 2005
3） 中村正和：効果的な禁煙指導 - 医療機関（禁煙外来を含む）での指導の実際．日医会誌 2002; 127（7）: 1025-1030.
4） 荒井信成 , 上地勝 , 富樫泰一 : 本学学生における喫煙行動および知識・態度に関する調査研究 . 茨城大学教育学部紀要 2009; 58: 423-438.
5）「未成年の喫煙および飲酒行動に関する全国調査」
研究班 : 2000 年度未成年の喫煙および飲酒行動に関する全国調査報告書 . 2001; p 1-66.
http://www.kenkounippon21.gr.jp/kenkouni

イログラムと動脈血液ガス分圧基準値．日呼吸会誌

2001; 39（5）: 巻末 .
11）Aliverti A, Kayser B, Macklem PT: A humanmodel of the pathophysiology of chronic
obstructive pulmonary disease. Respirology 2007;
12（4）: 478-485.
12）慢性閉塞性肺疾患（COPD）の予防・早期発見に関する検討会 : 今後の慢性閉塞性肺疾患（COPD）の予防・早期発見のあり方について . 2010.
http://www.mhlw.go.jp/stf/houdou/2r9852000
000z9eb.html

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Development of Expirator y Loading Face Mask "YUKUSUE-KUN"- A possible new tool for the tobacco cessation and anti-smoking education Makito Iizuka1, Kaoru Ichinose 2, Hideyuki Kobayashi 2, Kazuhide Tomita3
Reiko Takeshima1, Akihiro Takahashi 2
Purpose
We aimed to develop a light weight expiratory loading mask which makes it possible to reproduce an airflow
limitation typically associated with one of the major tobacco-related diseases, chronic obstructive pulmonary disease(COPD).
Methods
The expiratory loading mask was made by embedding one-way expiratory valves with variable resistance in a sealed
face mask. Resistance valves were created by making holes (i.e., between 4-8 holes, 2.0 mm in diameter, wall
thickness 2.0 mm) in a diaphragm inserted into the face mask. We subsequently determined FEV1 (Forced Expiratory
Volume in one second) and FVC (Forced Vital Capacity) in 10 healthy volunteers and used these values to determine%FEV1 (FEV1 /predicted FEV1 x 100%) and FEV1% (FEV1 /FVC x 100%) first without the mask and in each of
expiratory load conditions. These values were compared with the diagnostic and stage classification criteria of COPD.
Results
Under no load, 8, 7, 6 and 5 holes of load conditions, the mean FEV1% ± SD were 89.4 ± 6.3, 60.5 ± 9.6, 57.2 ± 7.6,
49.9 ± 6.4, and 41.5 ± 5.3%; the mean %FEV1 were 93.1 ± 7.8, 59.6 ± 10.8, 56.7 ± 9.3, 50.4 ± 8.8, and 41.4 ± 7.3%;
the mean percent forced vital capacity to the predicted forced vital capacity were 102.3 ± 5.2, 96.3 ± 3.7, 96.9 ± 6.2,
98.7 ± 7.9, and 96.5 ± 8.0%, respectively.
Discussion
With 6 holes of load, the FEV1% and %FEV1 for all subjects approximated to those for the patients with the stage
2 ~ 3 COPD.
Conclusion
We could make a healthy subject similar conditions to the stage 2 ~ 3 COPD with a newly developed expiratory
loading mask.
Key words
Tobacco cessation education, Anti-smoking education, Chronic obstructive pulmonary disease,
Expiratory loading mask
Center for Medical Sciences, Ibaraki Prefectural University of Health Sciences, Ibaraki, Japan
Department of Physical Therapy, Ahru Medical Care and Welfare Professional Training College, Ibaraki, Japan3.
Department of Physical Therapy, Ibaraki Prefectural University of Health Sciences, Ibaraki, Japan
1.
2.

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15