人工呼吸◉短Jpn J Respir Care 2018；35：201-3

報◉

低流量の酸素供給で高濃度酸素吸入が可能な酸素マスクの開発

安部俊吾

キーワード：リザーバーマスク，低流量酸素供給，高濃度酸素吸入，二酸化炭素除去フィルター

ィルターを設置する。

Ⅰ．は じ め に

Fig. 1 に試作品を示す。マスクは麻酔導入に用いる

酸素マスクは口や鼻の周辺に高濃度酸素を供給する

ディスポーザブルマスクを使用し、通常 L 字管を接続ことで血液中の酸素分圧を高め、組織の低酸素状態をする部位にプラスチック板を乗せて呼気一方弁とした。

改善する目的で行われる。現在、最も高濃度の酸素投

マスクに開けた穴に人工鼻を固定し、同部を二酸化炭与が可能とされる酸素マスクは非再呼吸式リザーバー

素除去フィルターの接続部とした。二酸化炭素除去フマスクであり、酸素療法ガイドラインにも 90％以上のィルターはプラスチック容器に約 100g のソファーソー

酸素吸入が可能であると記載されている 1）。しかし、実ブ TM を充填して作製した。リザーバーは 1.5L の市販際の吸入酸素濃度は 60％程度にとどまるとの指摘があのビニール袋を用い、その端に酸素供給用のビニールる 2 ～ 4）。吸入酸素濃度が低くなる原因はマスクと顔面チューブを接続した。

。よっ

被験者は心肺疾患の既往がなく、喫煙歴のない 51 歳てマスクと顔面の間隙をなくせばより高濃度酸素の吸男性（著者）。試作した酸素マスクを顔面に密着して入が可能である。しかし、マスクと顔面の間隙をなく装着し、ヘッドバンドで固定した。仰臥位安静呼吸にの間隙からルームエアが流入するためである

3, 4）

すと低流量の酸素供給で使用した時、患者が換気困難に陥る危険性が生じる 4）。今回これらの問題を解決す

reservoir

るため、新しい構造の酸素マスクを試作したので報告

CO2 detector

する。

exhalation valve

Ⅱ．方法と対象
CO2 removal ﬁlter

従来型非再呼吸式リザーバーマスクに次のような改良を加えた。

Air-cushioned anesthetic face mask・‌マスクを密着型とし、マスクと顔面の間隙をなくす。
・‌マスクとリザーバーの接続部に装着された吸気弁を除く。
・‌マスクとリザーバーの接続部に二酸化炭素除去フ
田窪リウマチ整形外科 麻酔科［受付日：2016 年 12 月 8 日 採択日：2018 年 6 月 15 日］

Fig. 1

Trial product of the new oxygen mask

A partial-rebreathe reservoir mask with CO2 removal filter
was used for the 51-year-old healthy volunteer. The face mask
was fitted tightly to prevent air entrainment and 5L/minuteof oxygen was given for 10minutes.

November 30, 2018201

Abe Sて 100％酸素を 5L/ 分で供給し、酸素投与開始 10 分

そこでマスクと顔面の間隙を塞ぎかつ低流量で使用

後にそけい部より動脈血を採取した。血液ガス分析はできるよう次の 2 点を改変した。①呼気の一部を再利GASTAT navi（Techno Medica 社、日本）を用いて用する再呼吸式とする。②二酸化炭素の再呼吸を防ぐ行った。同酸素マスク使用中、人工鼻と二酸化炭素除ため呼気から二酸化炭素を除去する。その結果、5L/去フィルターの間に ETCO2 モニター（メインストリ分の酸素供給で使用したがリザーバーは空にならず、ーム型）を設置し、同部を通過するガスの二酸化炭素二酸化炭素の再呼吸もなかった。よってこの方式のリ分圧を持続的に観察した。また麻酔器 Acoma PRO-45

ザーバーマスクが低流量の酸素供給で使用し得ると考（アコマ医科工業、日本）に付属した酸素センサをマスえられた。

ク内に装着し、マスク内酸素濃度を測定した。また麻酸素マスク使用時の PaO2 については次のように報告

酔器 Acoma PRO-45 に付属した気道内圧計とマスクのされている。簡易酸素マスクで 5L/ 分の酸素を投与し内腔を接続し、マスク内圧を測定した。

た時、平均 217.5mmHg 5）、麻酔回路で 5 ～ 10L/ 分のⅢ．結果酸素を供給した時、平均 345.16 ～ 392mmHg 6 ～ 8）。よって今回の結果は麻酔回路を用いた場合に近かった。し同酸素マスク使用中、リザーバーは呼吸に合わせてかし、吸入酸素濃度は 70％程度と予想を下回った。そ容易に膨縮した。呼吸回数は概ね 10 回 / 分で ETCO2の原因は呼気弁や二酸化炭素除去フィルターの気密性は 37mmHg を示した。モニター画面上二酸化炭素濃が不完全だったことによると考えている。吸気時にマ度はほぼ矩形波を示し、吸気時に二酸化炭素は検出さスク内が陰圧になることで呼気一方弁や二酸化炭素除れなかった（Fig. 2）。動脈血液ガス分析は pH 7.373、去フィルターの微細な間隙からルームエアが混入した

PaCO2 43.4mmHg、PaO2 342.7mmHg であった。またものと思われる。これが自作の限界であり、もちろん吸気時のマスク内酸素濃度は酸素投与開始から約 3 分

この試作品をそのまま臨床に使用できるわけではない。

でプラトーに達し、概ね 70％を示した。また吸気時マ気密性の高いものを作製すれば吸入酸素濃度は麻酔回

スク内圧は大気圧に比べ 2 ～ 3hPa 低かった。同酸素路を用いた時と同程度になると考えている。

マスク装着による不快感は少なく、使用中も会話が容

今後の課題は 3 つあると考える。呼気一方弁の構造、易であった。以上のデータ収集に要した時間は計 1 時

マスク内死腔量の減量、長時間使用可能な二酸化炭素間であったが、この間 ETCO2 モニターで吸気時に二除去フィルターの開発である。それぞれについて以下酸化炭素は検出されなかった。に述べる。

Ⅳ．考察

今回試作した呼気一方弁はプラスチック板の重みで閉じる仕組みである。よって仰臥位で使用しなければ現在市販されている非再呼吸式リザーバーマスクは機能しない。解決には一方弁がバネで閉じる構造にすマスクと顔面の間隙がルーズであり、吸気へルームエる必要がある。この時 PEEP が発生すると考えられる

アが混入することで吸入酸素濃度が低下する。マスクので、その程度は適度に調節されなければならない。と顔面の間隙を塞げば高濃度酸素の吸入は可能である

この方式の酸素マスクではマスク内の空間が死腔にが、6L/ 分など低流量の酸素供給下に使用した場合リなる。試作品では市販のディスポーザブルマスクを使ザーバーが空となり患者が換気困難に陥る危険性があ用したのでその死腔量がおよそ 150mL であった。肺る 4）。

胞低換気を伴う症例ではこの死腔量が問題となる可能性がある。マスクを顔面の凹凸に合わせた形状にし、死腔量を減らす試みが必要と考える。
今回、二酸化炭素除去フィルターは 100g のソファー
ソーブ TM を用いて作製し、計 1 時間の使用で吸気中にFig. 2

End-tidal CO2 curve during the oxygen mask use

The monitor showed ETCO2 of 37mmHg and no CO2 was detected at inhalation. Respiratory rate was almost 10times/minute.

202

November 30, 2018

二酸化炭素は検出されなかった。一般に 100g のソーダライムが吸収できる二酸化炭素は 26L とされている 9）。例えば一回換気量 500mL、呼吸回数 12 回 / 分、

人工呼吸

ETCO2 40mmHg の場合、1 分間に呼出される二酸化炭素は約 316mL になる。ソーダライム 100g が完全に反応したと仮定して 82 分が使用限度となる。呼気の一部は大気中へ放出されるので全ての呼気が二酸化炭去フィルターを通過するわけではない。しかし患者の状態によっては耐用時間が短くなる可能性もある。このため現状では使用時間を 1 時間以内とするのが妥当

Jpn J Respir Care Vol.35 No.2

参考文献1） リザーバーシステム．酸素療法ガイドライン（第 1 版）．
日本呼吸器学会肺生理専門委員会編．日本呼吸管理学会酸素療法ガイドライン作成委員会編．東京，メディカルビュ
ー，2006，pp40-1．
2） Sim MA, Dean P, Kinsella J, et al：Performance of oxygen delivery devices when the breathing pattern of respiratory failure is simulated. Anaesthesia. 2008；63：938-40.
3） Standley TD, Smith HL, Brennan LJ, et al：Room airと考えている。これを踏まえ使用法について考えてみdilution of heliox given by facemask. Intensive Care Med.

る。ICU で使用する場合はフィルター交換の頻度を下

2008；34：1469-76.

げるためより長時間の使用に耐える二酸化炭素除去フィルターの開発が必要であろう。事故や災害に伴う救急搬送時には現状でも有用ではないかと考えられる。
いずれにせよ二酸化炭素の再呼吸がないか何らかのモニタリングは必要と考える。

Ⅴ．結4） 萬知子，森山潔，本保晃ほか：非再呼吸式リザーバーマスクの装着具合と供給酸素流量が吸入酸素濃度に及ぼす影響―高機能患者シミュレータを用いた研究―．日集中医誌．2014；21：607-13．
5） Sasaki H, Yamakage M, Iwasaki S, et al：Design ofoxygen delivery systems influences both effectivenessand comfort in adult volunteers. Can J Anaesth. 2003；

語

低流量の酸素供給で高濃度酸素の吸入ができる酸素

50：1052-5.
6） Rajan S, Mohan P, Paul J, et al：Comparison of margin ofsafety following two different techniques of preoxygenation. J Anaesthesiol Clin Pharmacol. 2015；31：165-8.

マスクの開発を試みた。二酸化炭素除去フィルターを

7） Baraka AS, Taha SK, Aouad MT, et al：Preoxygenation：

組み込んだ部分再呼吸式リザーバーマスクを顔面に密comparison of maximal breathing and tidal volume

着させることで、これまでよりも高濃度の酸素吸入が可能であることを示した。耐用時間を長くすることが今後の課題である。

breathing techniques. Anesthesiology. 1999；91：612-6.
8） Choiniere A, Girard F, Boudreault D, et al：Voluntary
hyperventilation before a rapid-sequence induction of anesthesia does not decrease postintubation PaCO2 . AnesthAnalg. 2001；93：1277-80.

本稿の要旨は、第 38 回日本呼吸療法医学会学術集会（2016 年、名古屋）において発表した。

9） 新井達潤，中西和雄：二酸化炭素吸収装置．麻酔・蘇生学講義．新井達潤編．東京，克誠堂出版，2001，pp31．

本稿の著者には規定された COI はない。

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