人工呼吸

特Jpn J Respir Care 2013；30：4-11

集自動ウィーニング機構

HAMILTON-G5：Adaptive support ventilation（ASV ）TM渕上竜也 1）・照屋孝二 2）・垣花学 1, 2）・須加原一博 2）

キーワード：ASV，％分時換気量，人工呼吸，ウィーニング

定められたアルゴリズムに基づいて人工呼吸を行う。患

はじめに者の自発呼吸の有無にかかわらず分時換気量を保証する、以下 ASV）

ので直前まで完全な強制換気の状態だった場合も、患者は、フィードバックの原理に基づいた自動制御機構（いの自発呼吸が出現すると速やかに適応して、適切なサポわゆるクローズドループ）を基盤とした換気モードで、ート圧（PS 圧）による圧補助換気（pressure support

気道抵抗やコンプライアンスなど肺メカニクスの変化

ventilation：PSV）に移行しウィーニングを開始する（図や自発呼吸の有無など呼吸状態の変化に応じて換気設

1）。その後、患者の呼吸状態によって PS 圧を自動的に定を自動的に変更し、分時換気量を保証する 1, 2）。

調節し、PS 圧が一定のサポートレベル以下に到達する

Adaptive support ventilation（ASVTM

操作者は目標とする分時換気量、酸素濃度、気道内圧の設定を調整するのみで、人工呼吸器があらかじめ自発呼吸なし（挿管時期）と人工呼吸離脱可能となる。この一連の過程が、ASVを用いた「自動ウィーニング」である（図 2）。

自発呼吸はあるが不安定（回復期）

自発呼吸あり
（抜管時期）【一般的な呼吸管理で使用する換気モードでは？】
調節呼吸

調節呼吸＋PSPS【ASV で行う呼吸管理だと…】
目標呼吸回数図1

調節呼吸

May 30, 2013

PS

麻酔からの覚醒を想定した人工呼吸ウィーニングにおける従来の換気モードと ASV の比較

1）琉球大学医学部附属病院
2）琉球大学医学部附属病院

4〈自発呼吸回数により、調節呼吸回数を減少〉

集中治療部
麻酔科

人工呼吸

弱い自発呼吸（自発呼吸発生初期など）

徐々に自発呼吸が強くなる（徐々に回復していく）

Jpn J Respir Care Vol.30 No.1

抜管を考慮できる
自発呼吸【一般的な呼吸管理で行う PS 圧の調整】
高いPS圧

設定変更

PS圧を徐々に低下抜管を考慮できるPS圧設定変更【ASV が行う呼吸管理だと…】
自発呼吸の強さによってPS

図2

圧を増減させる

ASVでは最小PS圧
5 cmH2Oまで調整します。

自発呼吸患者の人工呼吸ウィーニングにおける従来の換気モードと ASV の比較説する。

ASV の基本的な考え方
ASV は、分時換気量保証を主な目標として換気を行う。分時換気量を保証する換気モードとしては、1977年に Hewlett らが紹介した強制分時換気（mandatoryminute volume：MMV）がある 3）。MMV は、患者の自発分時換気量が設定された分時換気量を下回った場合に、人工呼吸器が換気を供給するシステムで、さまざまな人工呼吸器に異なった名称で搭載された。しかし MMVのアルゴリズムには限界があり、頻呼吸、Auto-PEEPの発生、死腔換気の増大、複雑な操作に起因する設定ミスなど、患者に不利益となる場合があることが指摘された 4）。ASV は患者の肺の状態に応じて呼吸ごとに
図3

HAMILTON-G5TM 本体と架台安全域を設け、その範囲内で一回換気量（tidal volume：VT）や呼吸回数（f）を調整し、換気パラメータを安全域内に維持する。このため従来の MMV で問題となっ

ASV は、スイス HAMILTON MEDICAL 社製のガ
リレオ・ゴールド（以下ガリレオ）、ラファエルカラー、ラファエル XTC、HAMILTON-C1、HAMILTON-C2、
HAMILTON-G5 （以下 G5）、HAMILTON-S1（国内TM未発売）、HAMILTON-T1（国内未発売）、HAMILTON-C3（国内未発売）に搭載されている。
本稿では、G5（図 3）でのウィーニングについて概た好ましくない呼吸パターンを回避し、適切に分時換気量を保証することができる。
ASV は、さらに患者にとって最小の呼吸仕事量になるよう VT と f を自動的に調整する（後述）。

ASV の導入
ASV は、基本的には換気量保証の従圧式 SIMV モー

May 30, 2013

5Fuchigami T, et al

2,000
分時換気量＝呼吸回数×一回換気量

1,500
一回換気量

VT ↓f↓

VT ↑f↓（A）

1,000500（D）

目標分時換気量（%MV）
扌（B）
0

図4（C）

↑
セーフティフレーム02040
呼吸回数60

ASV のグラフィック画面

操作者は目標分時換気量（%MV）を設定し、人工呼吸器がセーフティフレームの中で、VT や f を自動的に調整し、患者の実測値（＋マーク）を Otis の式で導かれる目標値（○マーク）に近づける。セーフティフレーム
は最大一回換気量（A）と最小一回換気量（B）、最大呼吸回数（C）と最小呼吸回数（D）で規定される。

ドとして動作し、自発呼吸の有無にかかわらず導入でを設定し、次いで高圧アラーム、PEEP、酸素濃度、吸きる。患者の自発呼吸によって吸気トリガーされるす気立ち上がり時間、ETS（呼気トリガー感度のことでべての呼吸は、プレッシャーサポート（PS）と吸気サ

通常は初期設定値＝25％で使用）、吸気トリガーの様式イクルで補助される。吸気サイクルは、呼気への転換（圧ないしフロー）と感度の設定を行う。

が吸気流速に基づいて行われる。吸気トリガー（自発G5 は始業時の設定に基づいて 3 回のテスト換気を行呼吸）がない場合、強制換気があらかじめ設定された

い、ASV が開始される。テスト換気中の f と VT が測吸気圧とタイムサイクルで行われる。

定され、ASV グラフィック画面上に＋マークで表示さG5 では、操作者が患者の身長と性別を入力することれる。この実測値（＋マーク）が目標値（○マーク）とで理想体重（ideal body weight：IBW）が自動計算さ比較され、実測値（＋マーク）が目標値（○マーク）にれる。この IBW は HAMILTON 社の最新マニュアル

近づくように、VT を調節するために吸気圧が、f を調

では下記の式で計算される。

節するために強制換気回数がそれぞれ自動的に設定変⃝成人男性 IBW（kg）＝0.9079×身長（cm）−88.022（cm）× kg/cm⃝成人女性 IBW（kg）＝0.9049×身長（cm）−92.006（cm）× kg/cm⃝小児 IBW（kg）＝更される（図 4）。

適切な %MV の調整「通常の分時換気量」とされる 100%MV は患者の状態によって妥当性が変化し、必ずしも適切な分時換気0.0033×身長（cm）＋0.3237×身長（cm）量と一致しない。それゆえ ASV 開始後、設定した目標＋14.386（cm）×kg/cmに達した時点（つまり ASV グラフィック画面で、＋マ2

ASV では IBW を基準に目標とする分時換気量を決ークと○マークが重なった時点）で終末呼気二酸化炭定し、これを達成するよう換気が行われる。この目標素濃度（end tidal CO2：ETCO2）や動脈血ガスを評価分時換気量は％分時換気量（% minute volume、以下し、必要に応じて %MV の設定を変更する。原則とし%MV）により増減が可能となる。すなわち %MV を 100て、ETCO2 や動脈血二酸化炭素分圧（arterial carbon％に設定した場合に、「通常の分時換気量」が保証されdioxide partial pressure：PaCO2）が高ければ %MV のる。
「通常の分時換気量」は、成人では IBW 1 kg あた引き上げを検討し、ETCO2 や PaCO2 が低ければ %MVり 100mL。小児では IBW 1 kg あたり 200mL とする（例の引き下げを検討する。

えば、70kg の成人では 7 L/ 分）。この目標値は、呼吸我々は、開心術後の患者に原則的に 100%MV で ASV回数（f）と一回換気量（VT）の多様な組み合わせで達を開始しているが、患者の体格や麻酔からの覚醒状態成され、縦軸を VT、横軸を f とした ASV グラフィック

や体温によっては、相対的に低換気となる症例をしば画面では曲線上に表される（図 4）。目標とする %MVしば経験する。体温や肥満度などのパラメータを考慮

6May 30, 2013

人工呼吸（A）
図5

Jpn J Respir Care Vol.30 No.1

（B）

HAMILTON-G5TM の Dynamic Lung 画面（A）と Vent Status 画面（B）「00：36」は患者の呼吸状態が抜管可能な条件内に入って 36 分経過したことを示す。

して個々の患者に最適な %MV を予想することも難しは消失した場合には、速やかに PS 圧を増加させ強制い。ASV 開始時は、カプノグラムや動脈血ガス分析な換気を再開するなどして換気を維持する。

どを用いて速やかに %MV の「滴定」を行う必要がある。

ASV による自動ウィーニング

ASV の肺保護機構
ASV では %MV が保証されるが、これをみたす全て

ASV では常に自発呼吸が可能で、直前は完全な強制の VT と f の組み合わせが安全というわけではない。過換気の状態だった場合でも自発呼吸が出現すると直ち

剰な VT は肺を過膨張させ、逆に少なすぎる VT では有に適応して適切な PS による補助換気を行い、同一の効な肺胞換気が行われないリスクが生じる。f が過多呼吸モードのままでウィーニングが進行する。そのたの場合は動的な肺の過膨張をもたらし、Auto-PEEP のめ ASV 施行中は患者の自発呼吸状態や人工呼吸器の原因となる。少なすぎる f は、低換気や無呼吸の原因動作状況を把握することが重要となる。具体的には吸となる。このような不適切な VT と f の組み合わせを制気圧、総呼吸回数、自発呼吸回数を表示する ASV モ

限するため、ASV では人工呼吸器の測定値に基づいたニタリング画面や各パラメータをシリンダ状に表示し内部計算によって自動的に VT と f の「許容範囲」を定た Vent Status 画面（図 5-B）でウィーニングの状況をめ、さらに医師による「許容範囲」の調整も行うこと確認する。強制換気回数が 0 で、吸気圧が 8 hPa 以下、ができる。

吸入酸素濃度や自発呼吸回数や分時換気量が抜管可能前述した ASV グラフィック画面では、肺保護戦略にとされる範囲内に入ると、Vent Status 画面では抜管よって自動設定された 4 つの安全域、すなわち最大一可能となった時刻からの経過時間が表示され ASV で回換気量（A）と最小一回換気量（B）、最大呼吸回数のウィーニングは終了する。この時点で著者らは、念（C）と最小呼吸回数（D）を、セーフティーフレームのために Spont（CPAP＋PS）モードに変更し、最終（＝「許容範囲」）として表す（図 4）。この（A）〜（D）

的には自発呼吸トライアル（SBT）を行った上で気管の 4 つの安全域は、ASV のアルゴリズムの中で以下のチューブを抜去している。

ように決定される。

ASV では人工呼吸器が常に呼吸状態を評価し %MVa）最大一回換気量を維持することから、ある時点でウィーニングが終了

ASV では、最大一回換気量を設定することで、圧損していても何らかの原因により自発呼吸が減弱あるい傷や容量損傷を回避する。この上限値は 2 つの原則かMay 30, 20137

Fuchigami T, et alら決定される。すなわち、高圧アラームの設定値による第 1 の原則か、IBW から導く第 2 の原則に従う。
第 1 の原則では、最大一回換気量は、最大吸気圧と肺コンプライアンスの積となる。この最大吸気圧は、高圧アラーム設定より 10hPa 低い値に自動設定される。

大呼吸回数を算出する。これは、以下の式となる。
最大呼吸数＝60÷
（3×呼気時定数）＝20÷呼気時定数
この結果が、第 1 の原則で算出した値より大きくなった場合は、第 1 の原則を有効とする。

プラトー圧 35hPa 以下を推奨する場合、高圧アラームd）最小呼吸数は 45hPa を目安に設定する。体重 70kg、肺コンプライ

ASV は、最小呼吸数を設定して、少なすぎる呼吸回

アンス 50mL/hPa の患者で高圧アラームを 45hPa に設数を制限するが、この値は 5 回 / 分で一定である。こ定すると、最大吸気圧は 35hPa に自動設定される。PEEPの最少呼吸数は、最大一回換気量を制限する。

を 5 hPa にすると、気道内圧は 30hPa の範囲で換気さ

上記（A）〜（D）で規定された許容範囲内では、多様れ、得られる一回換気量は 30（hPa）×50（mL/hPa）＝

な一回換気量と呼吸回数の組み合わせが可能だが、ASV1,500mL 以下と計算される。

では更に具体的な一回換気量と呼吸回数の目標を定め

一方、第 2 の原則では一回換気量は IBW 1 kg あたる。すなわち %MV と IBW および測定された呼気時定り 22mL となる。これは高圧アラームを非常に高く設定数から Otis の式 5）を用いて、最小の呼吸仕事量となるした場合に用いられる。例えば、IBW 70kg、肺コンプように最適な呼吸回数を算出し目標一回換気量を設定

ライアンス 50mL/hPa の患者で、高圧アラームを 60hPaする。導かれた値は、画面上に目標値として 1 点（○（つまり最大吸気圧は 50hPa）、PEEP を 5 hPa に設定マーク）で表される（図 4）。

した場合、第 1 の原則では最大一回換気量は 50（mL/このような肺保護機構によって、ASV は拘束性あるhPa）×45（hPa）＝ 2,250（mL）となるが、第 2 の原則

いは閉塞性換気障害患者の呼吸不全にも使用できる 6, 7）。

で導かれる 22×70（kg）＝1,540mL が優先される。
b）最小一回換気量

G5 のモニタ画面の特徴

ASV では、一回換気量の最小値を設定することで、ASV では単一の換気モードの中で、従来では異なっ死腔による無効換気を回避する。この値は、死腔量にた複数の換気モードと同様な動作を行うが、ASV が選より決定される。死腔量は 2.2×IBW で計算され、ASV択した換気補助の妥当性や患者の気道や肺の問題を速では死腔量の 2 倍を最小一回換気量とする。よって最やかに評価し対応することは重要である。G5 では肺コ小一回換気量は、4.4×IBW となる。例えば、IBW 70kg

ンプライアンスや気道抵抗などのパラメータを dynamic

では、目標換気量の下限は 308mL となる。

lung と呼ばれる動的な肺の概念図として表示する（図c）最大呼吸数5-A）。Dynamic lung では、肺の面積は換気量を表し、ASV は、頻呼吸による Auto-PEEP の発生を回避す

肺の形状によって肺コンプライアンスや気道抵抗を表るため、呼吸回数に上限を設けている。この最大呼吸現している（なめらかな形状なら良好な状態、不均一数は、第 1 の原則では目標分時換気量÷最低一回換気で角張っていれば不良な状態）。Graphic user interface量の式で算出され、%MV と IBW から得られる。IBW（GUI）と言われるこのような試みは、自動車や航空機

70kg で、%MV が 100% では、（7,000mL÷308mL＝）など他の領域と同様に人工呼吸の安全性の向上に寄与

22 回となる。ところが、これではより大きな %MV をすることが期待される 8）。

設定する場合、呼吸回数が無制限に増加することにな

前述した Vent Status 画面（図 5-B）では、吸入酸素る。ASV では、呼気能力を考慮した第 2 の原則を用い濃度や PEEP といった操作者による設定値を自発呼吸て、頻呼吸のリスクを回避する。の頻度や分時換気量などの患者の測定値と同一の画面

第 2 の原則では、呼気能力は呼気時定数によって測に統合して患者の呼吸状態を表現している。この画面定される。ほぼ完全な呼気状態を達成するためには、少に統合されたパラメータの値は間接的に患者の状態をなくとも「2×呼気時定数」の呼気時間が必要で、「1×把握するものとして重要である。従来は設定項目、測呼気時定数」に等しい最小吸気時間と「2×呼気時定数」

定項目として別途表示されていた数値を 1 つの画面にに等しい最小呼気時間を与えるという原則に基づき最集めた Vent Status 画面の構成は多忙な臨床の場で効8May 30, 2013

人工呼吸

Jpn J Respir Care Vol.30 No.1

（例）642006

図6121823 （時）当院 ICU での心臓手術後患者の人工呼吸で抜管した時刻別の症例数の分布
午後に入室し術当日でなければ、翌朝以降に抜管する傾向が示唆された。

たとする報告 11）がある一方で、PCV と PSV を用いた率的に医療者の認知性を向上させる。

対照群と比べて挿管時間に差がなかったとする報告 12）

心臓手術後人工呼吸での有用性もあり評価は定まっていない。早期抜管できたとする

当 ICU では、人工呼吸器の設定変更は麻酔科出身の2 つの報告では、ASV 群のプロトコールで %MV の積集中治療専従スタッフと麻酔科の当直医師が行ってい極的な調整が図られていた。挿管時間を短縮できなかる。我々は 2004 年に G5 の「先発機種」となるガリレった報告では ASV 群で強制換気の VT が対照群より大オを、2009 年からは G5 を集中治療室に導入し、主にきい傾向があった。一方で ASV 群で強制換気と PSV心臓血管外科手術を中心に術後人工呼吸管理を目的にの間の自動的なモード変更が頻回に行われていたこと予定入室となった症例に使用してきた。従来の人工呼から ASV の安全性も指摘された 12）。

吸器では、医師の観察の頻度によって呼吸モードや換自動ウィーニング機構の評価としては、挿管時間の気回数、PS 圧の設定変更が適切に行われずウィーニン短縮に加えて操作の省力化（操作者の介入頻度）や熟グと抜管が遅れることがあったが、現在は ASV を用練した臨床医との結果の同一性など様々な因子が考えいて均一な術後人工呼吸ウィーニングを行っている。

られる。臨床現場では、ICU といえども 24 時間常に心臓手術後の人工呼吸では G5 が第一選択の人工呼吸一定の条件とは言い難い。我々の施設で心臓術後の入器となっており、およそ 90％の症例で ASV のみで管室患者 44 例の挿管時間を後ろ向きに検討したところ 6理できている。

〜 8 時間と 15 〜 16 時間に 2 峰性の分布が認められ、そ自動ウィーニングが期待される換気モードとしては、の理由として午前 0 〜 6 時の深夜勤務帯で抜管を避けなどがあるが、る傾向にあったことが示唆された（図 6）。このようにこれらは PSV の PS 圧設定について自動的な変更を行挿管時間を「均一に分布するデータ」として検討する臨うもので、自発呼吸の回復が前提となる 9）。一方 ASV

床研究も現実的には難しい。ASV など自動ウィーニングは無呼吸の患者にも適応できるので、全身麻酔からの機構を評価する臨床研究は慎重に進める必要がある。

ASV の他にスマートケア

TMや PAV＋TM

覚醒過程にある患者のウィーニングの自動化という点でより優れている。

注意すべき点と対処法

これまでに心臓手術後患者の ASV を用いた人工呼吸

G5 による ASV はウィーニングの省力化が期待でき管理に関する臨床研究では、SIMV および PSV を用いるが、人工呼吸器の動作を規定する因子は従来医師やた従来の管理に比べて早期抜管が可能とする報告や看護師が行っている患者観察を網羅しているわけでは

圧規定従量換気（pressure regulated volume control：ない。胸の動きや呼吸音など従来通りの患者観察が重PRVC）を用いた対照群に比べて早期抜管が可能だっ要である点は、G5 を用いていても変わらない。Dynamic10）

May 30, 20139

Fuchigami T, et al

SpO2 と EtCO2 測定

ASV の基本設定 3 項目を自動調整【％分時換気量・PEEP/CPAP・酸素濃度】“ 換気 ” ＆ “ 酸素化 ” を完全自動化

図7HAMILTON-G5 SW2

新たに換気と酸素化の制御を完全自動化した Intellivent- ASVTM モードを搭載した最新モデル。

lung で表示する概念図も気管チューブを通して人工たり自発呼吸モード（Spont）へ変更するなどして、自呼吸器が得た情報を表示しているに過ぎず、例えば片発呼吸を促すように対処する。

肺換気によって生じた肺コンプライアンスや換気量の我々は ASV を使用可能な人工呼吸器としてガリレ

異常も両肺で換気する概念図の形状変化として表されオと G5 を有しているが、呼気弁の機能に若干の差異るなど、構造の限界も理解する必要がある。

がありガリレオでは「呼気閉塞」が問題となることがASV のアルゴリズムでは VT よりも f の増加で分時あった。G5 や G5 以外の廉価な後発機種では呼気弁の換気量を増加させる傾向にあり、BMI が高い患者での制御機構が改善されており、ガリレオで見られた「呼低換気の場合、時に %MV の調整では最大呼吸数に到気閉塞」は生じにくい。

達するものの妥当な %MV が達成できない症例に遭遇する。このような場合は IBW の設定値を、実体重を目安により大きく設定して VT 増加を誘導し対応することがある。

進化する ASV
従来の G5 にパルスオキシメータやカプノグラムを付加し、SpO2 や ETCO2 の値をフィードバックして自慢性閉塞性肺疾患（chronic obstructive pulmonary

動的に FiO2 や PEEP、%MV を調節する「完全」クロdisease：COPD）患者では、肺の過膨張に十分注意すーズドループ機構を採用した Intellivent- ASVTM が本る必要があることがモデル肺を用いた研究や臨床研究邦でも使用可能となった（図 7）。この最新の換気モーで指摘されている 13, 14）。高圧アラーム設定によって最ドは、特に ARDS での人工呼吸で従来の ASV より低大吸気圧を調整することにより一回換気量を厳密に制い気道内圧と一回換気量で同等の酸素化を得ることが限する

報告されている 15, 16）。Intellivent- ASVTM を搭載した。それでも換気量の調整が困難な場合は、換11）気モードの変更も考慮する。

人工呼吸器（HAMILTON-G5 SW2）では、自動的に優れた適応性から自発呼吸を「さぼる」患者も認め

SBT を行う Quick Wean 機能も使用可能である。GUIられる。鎮痛・鎮静状態を評価するとともに、代償さも視認性を向上させており、さらに安全で速やかな自れない呼吸性アシドーシスでなければ、%MV を減じ動ウィーニング機構として注目される。

10May 30, 2013

人工呼吸Intellivent- ASVTM では脈拍の呼吸性変動から循環動態の安定を評価しウィーニングに反映するなど安全性への配慮もなされているが、末梢循環不全や体動等でJpn J Respir Care Vol.30 No.1

7） Iotti GA, Polito A, Belliato M, et al：Adaptive support
ventilation versus conventional ventilation for total ventilatory
support in acute respiratory failure. Intensive Care Med.
2010；36：1371-9.

SpO2 モニタリングが不安定な症例や ETCO2 と PaCO2

8） Wachter SB, Johnson K, Albert R, et al：The evaluationの解離が大きい症例では適応を慎重に検討すべきであof a pulmonary display to detect adverse respiratory eventsろう。

using high resolution human simulator. J Am Med Inform
Assoc. 2006；13：635-42.

まとめ

G5 での ASV について、自動ウィーニング機構としての可能性、安全性について概説した。ASV に酸素化や換気に関するモニタリング機能を付加し、「完全」なクローズドループ機構を構築した Intellivent- ASVTMについても、今後注目していきたい。
本稿の全ての著者には規定された COI はない。
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May 30, 201311