人工呼吸◉解Jpn J Respir Care 2019；36：39-45

説◉

タービン式人工呼吸器

木内耕己

キーワード：タービン式人工呼吸器，汎用人工呼吸器，搬送用人工呼吸器，在宅用人工呼吸器

Ⅰ．は じ め に人工呼吸器（mechanical ventilator）は機械的換気装置である。呼吸治療戦略に基づいた適切なモード選択や設定調整については議論も盛んであり重要であることは間違いないが、それは人工呼吸器が換気装置としての基本となるガス駆動源が安定的に稼働していることがあってこそ成り立つものであり、その供給方法と

表1

人工呼吸器へのガス供給方法①中央ガス設備で圧縮気体を作製し配管を通じて各病棟に供給する⇒ 配管端末器から取り出す②医療用ガスボンベメーカーが圧縮気体を作製しボンベを各病棟に供給する⇒ ボンベから取り出す③人工呼吸器内蔵圧縮機で圧縮気体を作製、供給する⇒ そのまま使用する特性について理解しておくことは重要である。
人工呼吸器が換気を行うために使用する気体は酸素

based ventilator」1, 2）と表記されていることが多い。とと空気である。それらを混合して吸入気酸素濃度を調ころが人工呼吸器の換気の駆動源として使用される圧整し要求された吸気流量を供給する。酸素や空気を人縮機は、モータの機械的エネルギーによって流体にエ工呼吸器に供給する方法は主に 3 種類ある（表 1）。こ

ネルギーをもたらす装置であり、厳密にはタービンとのうち空気の供給に③のタイプを使用する人工呼吸器は異なる。日本工業規格（JIS B 0132）では圧縮機を「コをタービン式人工呼吸器という。本稿ではタービン式ンプレッサ」、圧縮機のうち吐出圧＜200kPa のものを人工呼吸器について、機器の分類と特徴および臨床使「ブロワ」としている。人工呼吸器に内蔵される圧縮機用における注意点などについて述べる。

は一般的に吐出圧＜200kPa なので本来は「ブロワ内蔵Ⅱ．タービン式人工呼吸器とは型人工呼吸器」と表現するのが正確かもしれない。実際、人工呼吸器メーカーにどう呼称しているかヒアリ

タービンとは、ある流体のもつ運動エネルギーを回ングしてみたが各社それぞれで異なっており統一され転運動に変え、そこから機械的動力を得る装置をいう。

たものではなかった。本稿では混乱を招かぬよう便宜

代表的なものは水車である。水の流れによるエネルギ

上タービン式人工呼吸器に統一して表現することとすーを羽根車に通し回転運動に変換しそれを利用して穀る。

物を製粉する、といったような仕組みとなっている。

タービン式人工呼吸器の送気方式は各機種によって一般的に圧縮機を内蔵する人工呼吸器は「タービンさまざまな特徴があるが、代表的なものを図 1 に示す。

式人工呼吸器」と表現され、海外の論文でも「turbine-

これはその機種の使用目的に応じて必要とされる性能

横浜市立市民病院

臨床工学部と、小型化や省コスト化とのバランスで人工呼吸器メーカーが選択していると考えられる。①は直接的にタMay 30, 2019

39

Kiuchi Kに応じて換気の駆動源が異なる。今回テーマとして取空気（大気）り上げるタービン式人工呼吸器は主に②・③・④で使ミキシング
チャンバ①

用されることが多い。それぞれについて解説する。
タービン

高圧酸素

1．汎用人工呼吸器（図 2）

バイパス制御弁

汎用人工呼吸器が使用される環境は幅広い。ICU においては急性呼吸促迫症候群（acute respiratory dis-空気（大気）tress syndrome：ARDS）などの重症呼吸不全の管理ミキシング
チャンバ②

としてオプション機能が多彩な高機能人工呼吸器が選択されることが多い。一方で意識障害や手術後覚醒不タービン

高圧酸素

良などにおける換気補助目的であれば汎用人工呼吸器で十分対応できる。
ICU における治療によって急性呼吸不全の状態を脱空気（大気）

流量制御弁

ミキシング
チャンバ

③

人工呼吸管理が余儀なくされた場合、ベッドコントロールの必要性によって人工呼吸器を装着したまま ICU

タービン

高圧酸素したものの、呼吸筋力低下や意識障害遷延などで長期から一般病棟への転棟が行われる。一般病棟の場合、

図1

人工呼吸器のガス送気略図

表2

人工呼吸器の用途別分類

酸素の配管端末器は人工呼吸器だけでなく鼻カニュラやフェイスマスク、リザーバマスクなどの酸素療法器

2, 4, 5）①高機能人工呼吸器（ICU ventilator）：
重症の急性呼吸不全に使用される②汎用人工呼吸器（mid-level ventilator）：
ICU 以外の一般病棟でも使用される③搬送用人工呼吸器（transport ventilator）：
CT 検査や転院の際に使用される④在宅用人工呼吸器（home care ventilator）：
在宅療養で使用される具でも使用されるため各病室に設置されていることが多い。一方で空気の配管端末器は人工呼吸器以外に利用する場面が少ない。設備投資の観点からも一般病棟の全ての病室に空気の配管端末器を設置するのは現実的ではない。したがって転棟先に空気の配管端末器がない場合にはタービン式の汎用人工呼吸器を選択する必要がある。
2．搬送用人工呼吸器（図 3）

ービン回転数をコントロールする。機構が単純だが要タービン式人工呼吸器が開発されたことで拡大した求される流量や圧に対してタービン回転数を調整する

用途の 1 つは、人工呼吸器装着患者の搬送時であろう。

ので応答遅れを生じる可能性がある。搬送用や在宅用

搬送時は患者の病態によってベッドサイドモニタ、輸など小型化が求められる人工呼吸器はこのタイプが多液ポンプ、補助循環装置などを携行することがある。

い。②はタービンを定常的に回転させバイパス流量をしたがって付帯する物品類は少なく小さいに越したこ制御弁でコントロールする。換気応答性はよいがターとはない。人工呼吸器で空気の供給源にボンベを使用ビンを定速回転させているため消費電力が増える。③するのは、準備が手間であること、重量が大きいこと、はタービンで発生させた高圧ガスを流量制御弁（吸気搬送先に空気配管がない場合はボンベが空になった時弁）でコントロールする。より精密な流量調節が可能に対応できないことなどから考えてもデメリットが大だが機構が複雑化する 3）。

きいため、搬送用人工呼吸器では酸素ボンベのみ使用

Ⅲ．タービン式人工呼吸器の用途別分類と特徴され、空気ボンベは使用されない。
ここで気をつけなければいけないのは、空気の供給

人工呼吸器は用途によって大きく 4 種類に分けられ方法は必ずしも内蔵型タービンとは限らないというこる（表 2）。これらの人工呼吸器はそれぞれの使用環境とである。タービンを使用しない搬送用人工呼吸器で40

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人工呼吸

Savina300（Dräger、ドイツ、ドレーゲル）

C3（Hamilton、スイス、日本光電工業）

monnal T75（Air Liquide、フランス、IMI）

VELA（Vyaire、アメリカ、IMI）

Jpn J Respir Care Vol.36 No.1

SERVO-air（Getinge、スウェーデン、フクダ電子）

V60（Philips、アメリカ、フィリップスレスピロニクス）

図2（汎用人工呼吸器）内には製造元、国、日本での販売メーカを記載した。（各メーカーから写真提供）

monnal T60（Air Liquide、フランス、IMI）

Oxylog3000（Dräger、ドイツ、ドレーゲル）

T1（Hamilton、スイス、日本光電工業）

paraPAC plus（Smith Medical、アメリカ、スミスメディカル）【タービン内蔵タイプ】【ベンチュリ機構内蔵タイプ】
図3（搬送用人工呼吸器）内には製造元、国、日本での販売メーカを記載した。（各メーカーから写真提供）

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Kiuchi K

はベンチュリ機構が内蔵されている。どちらのタイプ

中の基本ではあるが、ベッド移動時における各種カテも移動時は酸素ボンベにホースアセンブリを接続してーテルの事故抜去防止や画像結果の確認などに気を取使用するが、ボンベが空になる、ボンベの元栓を開けられ、ベッドサイドモニタには目が行く（特に SpO2 低

忘れるなどで酸素供給が止まった時の動作がそれぞれ下はなぜか皆がよく気付く）ものの人工呼吸器にまでで異なる。ベンチュリ機構内蔵タイプは酸素供給が途注意が及ばないという医療スタッフは経験上非常に多絶するとベンチュリ効果で周辺大気から取り込んでいい。解決方法はさまざま考えられるが、まずは人工呼た空気も同時に供給されなくなり換気自体が即座に停吸器の特徴をしっかり理解したうえで観察ポイントを止する。人工呼吸器のアラームは当然鳴動するのだがお互いに確認しておくべきだろう。

医療スタッフの誰かが消音ボタンを 1 回押してしまえ

ベンチュリ機構内蔵タイプはその機構特性上 FIO2 のば再鳴動するまでしばらく気付かないことも起こりう

下限が 0.4 ～ 0.5 程度となる。タービン式では FIO2 0.21る。自発呼吸がない、もしくは弱い場合には非常に危での換気も可能であり余計な酸素投与を防ぐことがで険であるが、患者の胸郭の動きやカプノメータによるきる。

呼吸数モニタおよび波形の変化で比較的早期に気付くことができる。一方で、タービン内蔵タイプは酸素供

3．在宅用人工呼吸器（図 4）

給が途絶してもタービンは作動できるので空気によるタービン式人工呼吸器のなかには圧縮酸素を必ずし換気は可能であり危険度は低下する。ただし胸郭の動も必要としない機種がある。代表的なものでいえば在き、カプノメータの波形や数値からは気付くことはで宅用人工呼吸器がそれにあたる。機器内部の小型ターきない。高濃度酸素が必要な患者の場合、結果的にはビンを用いて空気のみでの換気補助を行う。酸素投与

SpO2 が低下してから気付くことになり対処が遅れてしが必要な場合は低流量ガスを機器に取り込むことになまうことになる。搬送時において人工呼吸器が安全かるが、厳密な FIO2 の設定はできない。しかし在宅療養

つ確実に稼働していることを常に確認することは基本が可能な病態であることを前提として使用するのであTrilogy（Philips、アメリカ、フィリップスレスピロニクス）

monnal T50（Air Liquide、フランス、IMI）

Astral150（ResMed、アメリカ、フクダ電子）

図4（42May 30, 2019

A40（Philips、アメリカ、フィリップスレスピロニクス）

NIP nasal V（ResMed、アメリカ、帝人ファーマ）

在宅用人工呼吸器）内には製造元、国、日本での販売メーカを記載した。（各メーカーから写真提供）

人工呼吸

れば、酸素濃縮器を用いた低流量酸素で必要十分なケ

Jpn J Respir Care Vol.36 No.1が存在するのもまた事実である。次項にて解説する。

ースがほとんどである。

Ⅴ．機種ごとの性能比較

Ⅳ．タービン式人工呼吸器の性能

機種ごとの性能比較における評価項目には気道内圧タービン式人工呼吸器は一般病棟でも使用されるこの PTP（pressure time product）、PTP 0.3、PTP 0.5、とを想定されているためか高機能人工呼吸器の簡易版

トリガ遅れ時間がある（図 5）2）。PTPtrig は患者が自と捉えられる傾向がある。しかしタービンによるガス発呼吸を始めてから陽圧のサポートが始まるまでに必供給能力が空気配管式よりも劣っているかというとそ要な仕事量にあたる。これが大きければ患者にとってうとも言い切れない。最大吸気流量は機種によって差呼吸努力がより必要であるといえる。PTP 0.3 や PTPはあるものの空気配管式で 180Lpm 程度、タービン式0.5 は陽圧のサポートが始まってから 0.3 秒後および 0.5で 240Lpm 程度と、実はタービン式のほうが高い。マ秒後までに人工呼吸器がサポートすべき仕事量のうちスクリークを前提とした非侵襲的陽圧換気（noninva-どこまで到達しているかを示す。これが小さければ追sive positive pressure ventilation：NPPV）対応機に従性が悪いと考えられる。

おいては、リークに応じてフローを調節する必要があ

搬送用人工呼吸器の中で、タービン内蔵タイプとベり高性能なタービンがその技術を支えている。また近ンチュリ機構内蔵タイプで比較する研究が報告されて年タービン性能は向上してきており、旧世代機種に比いる 6）。ここではタービン内蔵タイプはベンチュリ機

べてタービンのサイズは 1/10 程度まで小型化されてい構内蔵タイプに比べて PTP は小さく、PTP 0.3、PTPる機種もある。タービン式人工呼吸器の中には抜管後0.5 ともに大きいと評価している（図 6）。これは臨床のハイフローセラピーに対応するオプションを設ける上日常的に経験する事象である。重度の呼吸障害によ機種も出てきた。これらからわかるように、いわゆるって強い努力呼吸がある患者などでは高機能人工呼吸高機能機種との差はほとんど感じることはなく選択で器でさえも同調性に難渋することがある。そのようなきるようになっている。また、タービンの小型化、軽患者が CT 検査や病棟移動する際に、ベンチュリ機構

量化が進むことで搬送用、在宅用人工呼吸器において内蔵タイプの搬送用人工呼吸器に付け替えるとシーソはさらにその恩恵を受けることができるだろう。

ー呼吸の出現、明らかなトリガ非同調、PETCO2 の上昇

一方で、高機能人工呼吸器との優劣がつくことはななどが起こることがある。その際は高機能人工呼吸器

くなってきているとはいえ数多くの機種が存在する人と同じ設定にするのではなく患者に合わせて設定調整

工呼吸器においては、メーカーや世代によって性能差し、搬送用人工呼吸器に付け替えた後も呼吸が安定し

pressurePIP

④

PEEP

①

①：TDT（Trigger Delay Time）②：PTP（Pressure Time Product during trigger）③：PTP 0.3（PTP during the ﬁrst 0.3sec）④：PTP 0.5（PTP during the ﬁrst 0.5sec）③②0.3sec
0.5sec

図5time人工呼吸器の性能評価（TDT、PTP、PTP 0.3、PTP 0.5）（文献 2 より引用改変）

May 30, 201943

Kiuchi K

1,000

100
8060

Ideal PTP（％）

PTP（msec・cmH2O）

800

600

400

40200200−20−40
ガスパワー式（タービンなし）

図6

タービン式

PTP 0.3

PTP 0.5

PTP 0.3

ガスパワー式（タービンなし）

PTP 0.5

タービン式

搬送用人工呼吸器の性能比較（タービンなし vs タービンあり）（文献 6 より引用改変）ていることを確認したうえで移動を開始すべきである。
それでも対応できない場合はタービン内蔵タイプの人と患者から声をかけていただくことを経験する。
酸素消費量についても検討が必要である。特に搬送用人工呼吸器や在宅用人工呼吸器は酸素消費量が少な工呼吸器での搬送も検討する。
空気配管式人工呼吸器とタービン式人工呼吸器で性いことは酸素の安定供給に寄与するため重要である。

能比較した結果、比較的新しい世代の人工呼吸器であ主にベースフローを抑えている人工呼吸器は酸素消費ればトリガ遅れ時間や PTP 0.3 では大きな差がない、量が少ない傾向にある。各機種のベースフローおよびとする研究報告がある 1）。タービン性能の向上や各社酸素消費量については把握しておいたほうがよい。のソフトウェアの工夫などによってガス供給源が換気

人工呼吸器は一般的に耐用期間が設定されているが、性能に影響しないところまで進んできているものと考

タービンはその期間であれば交換なく使用できるものえられる。また、タービン式人工呼吸器の中でも性能がある。耐用期間を超えて長期で使用する場合にはオ差は存在しているとする研究がある 。機種別で PTPーバーホール時にタービン交換によって費用が追加発や PTP 0.3 を比較すると比較的古い機種に比べて比較生することを念頭に入れておく必要がある。在宅用人的新しい機種は結果がよい。同施設内で発売時期にギ工呼吸器ではメーカーとのレンタル契約が主なので検ャップがあるものを所持している場合にはこの点を考討する必要はない。

2）

慮して運用方法を検討したほうがよい。

Ⅶ．さ い ご に

このほかにも一回換気量の正確性、バッテリの性能（重量と使用時間の比率）、FIO2 の安定性などが評価項目として挙がっている 。
7）

Ⅵ．その他考慮すべき性能

人工呼吸器においてガス供給源による性能差は小さくなってきているが、全てを新しい機種で統一できる施設は多くない。また本稿で在宅用と分類した人工呼吸器を一般病棟で使用するケースや、搬送用と分類しタービン式人工呼吸器は各病棟の個室や在宅で使用た人工呼吸器を一般病棟用として使用するケースもあするケースがあり、静音性が求められる。たとえばる。現実的には各施設が持つ各種人工呼吸器の特徴をSavina300 ではタービン周囲に消音材を配して静音性理解し使いこなしていく必要があり、ガス駆動源の違を向上させている。また最近の在宅用であればかなりいを把握し対応することが重要な場面も実際には存在静かに動く。在宅療養方針となり汎用人工呼吸器からする。

在宅用人工呼吸器に変更した時「静かになって嬉しい」44

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PTP やトリガ遅れを実際に測定、評価するのは難し人工呼吸

い。参考となるような各研究についても使用するシミ
ュレータや設定がそれぞれ異なることもあり一概に機種の良否を判定することはできない。まずは自施設で所持している、もしくは今後購入を検討している人工呼吸器について医療スタッフ自身が強い自発呼吸、弱い自発呼吸の応答を試してみるとよい。実際明らかに

Jpn J Respir Care Vol.36 No.1

2） Delgado C, Romero JE, Puig J, et al：Performance of the
new turbine mid-level critical care ventilators. Respir Care.
2017；62：34-41.
3） 丸川征四郎，福山 学：人工呼吸器ハンドブック 2009/2014．
東京，医学図書出版，2009/2014．
4） L’Her E, Roy A, Marjanovic N：Bench-test comparison of
26 emergency and transport ventilators. Crit Care. 2014；
18：506.

違いを体感できることもある。これらを通じて適切な

5） Baboi L, Subtil F, Guérin C：A bench evaluation of fraction

人工呼吸器の選択や観察ポイントの把握に努めていたof oxygen in air delivery and tidal volume accuracy in

だきたい。

home care ventilators available for hospital use. J Thorac
Dis. 2016；8：3639-47.
本稿の著者には規定された COI はない。
参考文献

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7） Blakeman TC, Branson RD：Evaluation of 4 new generation portable ventilators. Respir Care. 2013；58：264-72.

based versus compressed gas-based ventilators. IntensiveCare Med. 2009；35：1368-76.

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