人工呼吸◉総Jpn J Respir Care 2015；32：190-9

説◉

人工呼吸と自発呼吸との同調・不同調

内山昭則

キーワード：補助換気，自発呼吸努力，不同調，人工呼吸モード，内因性 PEEP

要旨

自発呼吸を残した人工呼吸法には、肺機能の改善、鎮静薬の減量、呼吸筋傷害や筋委縮による呼吸筋筋力低下の予防といった利点があり、自発呼吸努力と人工呼吸をどのように同調させていくのかは大きな課題である。補助換
気では、吸気開始相、吸気中、吸気から呼気への転換タイミングの 3 つの相で不同調が発生する。吸気開始相の不同調は誤動作、ミストリガー、トリガー遅れ、2 回トリガー、逆トリガーに分けられる。気道内圧波形や流量波形を用いた診断が役に立ち、換気条件の適正化によって不同調を減らすことができる。また、内因性 PEEP は不同調の 1 つの大きな原因であり、内因性 PEEP に対する対策も重要である。吸気中と吸気から呼気への転換タイミン
グの不同調は人工呼吸モードによって特徴がある。一般的には従量式換気よりも従圧式換気、さらにプレッシャーサポート換気の順で同調性はよくなるが、それぞれに注意点があるため気道内圧波形や流量波形を用いた調整が必要である。

はじめに低下の予防といった利点がある。
仰臥位の患者では、筋弛緩下の人工呼吸時には腹側呼吸不全患者での人工呼吸法の有用性はいうまでもの横隔膜の動きが大きく、背側の横隔膜の動きは小さないが、人工呼吸器が開発された当初は人工呼吸と自い。これに比べ自発呼吸時にはいわゆる背側肺 depen-発呼吸をうまく組み合わせることは難しかった。人工dent lung となる背側の横隔膜の動きが大きい。背側呼吸から離脱し、いつかは自発呼吸に戻ることが治療

肺 dependent lung は血流が豊富であり、この部分のの大きな目的であり、これまでの人工呼吸器の発展の換気が改善すると肺全体の換気血流の不均等分布が小大きなポイントは、人工呼吸中に自発呼吸とどのようさくなり、肺酸素化能が改善する。このため、自発呼に共存していくかであった。そして、現在でも自発呼吸努力に同調させた補助換気のほうが肺機能はよくな

吸努力と人工呼吸をどのように同調させていくのかはる可能性がある。胸腔内圧の陰圧は胸腔内の気道を拡大きな課題である。

げるように作用するため、気道抵抗が減少する可能性

Ⅰ．自発呼吸を温存した補助換気法の有効性もある。また、筋弛緩薬を併用しなければ呼気努力を温存することができ、特に咳嗽による気道清浄化作用

自発呼吸を残した人工呼吸法には、肺機能の改善、を維持できる。このように、自発呼吸努力の維持は肺鎮静薬の減量、呼吸筋傷害や筋委縮による呼吸筋筋力機能の改善に大きく寄与でき、自発呼吸にうまく同調

大阪大学医学部附属病院

190

November 30, 2015

集中治療部

した補助換気モードでは動脈血ガスを改善できる可能性がある 1）。

人工呼吸

人工呼吸を要する ICU 患者 128 名を対象に、鎮静Jpn J Respir Care Vol.32 No.2

Ⅲ．吸気開始相の不同調薬を中止して 1 日 1 回完全覚醒させる群と覚醒させな

1．誤動作、オートトリガー（auto triggering）

い群を比較検討した報告では、1 日 1 回覚醒させた群では人工呼吸期間と ICU 入室期間が短縮した 。こ

自発呼吸努力がないのに誤って人工呼吸器がトリガのように、人工呼吸中の持続鎮静が予後に影響するこーされてしまう誤動作の原因には、心臓の拍動、呼吸とが明らかになっている。より自発呼吸努力との同調器回路のリーク、呼吸器回路内の水分貯留、呼吸器回性のよい人工呼吸法は鎮静薬の必要性を少なくできる路の揺れなどがある。呼吸性アルカローシスを伴うよことが期待でき、予後の改善に寄与する可能性がある。

うな換気回数の不自然な増加やノコギリ状の揺れが気また、呼吸筋傷害の発生や呼吸筋委縮は人工呼吸中道内圧や流量波形に見られる時には発生が疑われる。の大きな問題である。14 人の脳死患者に 19 ～ 69 時

そのような場合には、患者の胸腹部の動きをよく見て間人工呼吸を行った時の横隔膜を検討した報告では、自発呼吸努力があるかどうかを観察する。一時的に呼短期間の人工呼吸であってもタンパク質分解によって吸器回路を外したり、トリガー感度を鈍くして補助換

横隔膜に筋組織は委縮し、筋力が低下することが示さ気が消失しないかを確かめることも役立つ。心拍動がれた 。これに対し、動物実験結果ではあるが自発呼呼吸器回路に伝わることも大きな原因の 1 つである

吸を人工呼吸で補助する補助換気モードでは、自発呼

5）
（図 1）
。気道内圧や流量波形を観察し、心電図など吸努力のない調節換気モードに比べて筋力の低下が少の心臓の拍動と波形の振れが一致していないかを確認ないという研究結果があり 、自発呼吸努力を残したする。

2）

3）

4）

誤動作の対策は、呼吸器回路を点検し、回路リーク、補助換気が呼吸筋機能にとっても有用である可能性が回路内の水分貯留、回路の揺れなどの原因を除去する。

ある。

鋭敏過ぎるトリガー感度は誘因になりやすいため、誤Ⅱ．不同調の分類

動作しない最も鋭敏なトリガー感度設定とする。心拍いわゆるバッキングやファイティングなどは誰が見動など対処ができない場合にも、トリガー感度を適切ても明らかな不同調があるが、最近の人工呼吸器に標に設定することが重要である。気道内圧や流量波形を準装備されているグラフィックモニターの気道内圧波観察し、心拍動による波形の揺れよりもトリガー感度形や流量波形は不同調の判別に有用である。また、近を高くする必要がある。

年、食道内圧や横隔膜筋電図が利用できる人工呼吸器
2．ミストリガー（ineffective triggering）、トリガーも登場しており、より正確に自発呼吸努力をモニターでき、これらを用いて診断できるような不同調もある。

遅れ（trigger delayed triggering）

不同調には換気の時相によって表 1 に示すような種

ミストリガーの判別には、グラッフィクモニターの気道内圧波形や流量波形が有用である。それはトリガ類がある。

表1不同調の種類●吸気開始相✓ 誤動作、オートトリガー auto triggering✓ ミストリガー ineffective triggering✓ トリガー遅れ delayed triggering✓ 2 回トリガー double triggering、breath stacking✓ 逆トリガー reverse triggering、entrainment●吸気相✓ 初期流速の不一致 dyssynchrony of initial inspiratory pressurization✓ 吸気流量パターンの不一致 dyssynchrony of inspiratory flow pattern●吸気から呼気への転換相✓ 早すぎる吸気終了 premature termination✓ 遅すぎる吸気終了 prolonged inspiration

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Uchiyama A

Flow triggering sensitivity（A）1L/min40

Flow

Esophageal
Pressure

40

2002020

Auto triggering

2020

15

151010550010864201086420Cardiac
Oscillation

mmHg

100100505000

図1心臓の拍動による誤動作 5）

Decrease in
expiratory ﬂow

0.6
Flow（L/s）

2s

40mmHgBloodPressure

Flow triggering
sensitivity

L/min

20040

AirwayPressure（B）4L/min

L/min

00.6
Ineﬀective triggering

20
AirwayPressure 10（cmH2O）
0Drop of pressure

図28sTime（s）

ミストリガー時の気道内圧と流量波形 6）ー閾値に至らない気道内圧の低下や流量波形の吸気側進歩により減少しており、流量トリガーのほうが圧トリへのぶれであり、流量波形上では必ずしも吸気側となガーよりトリガーにかかる時間は少し早いともいわれてっているわけではなく呼気流量の減少として表れる場

いる 7）。患者側の因子としては過鎮静などによる呼吸ド6）合もある（図 2）。トリガー遅れとは、自発呼吸努力

ライブの低下、呼吸筋力低下や、大きな要因として内が発生してから人工呼吸器が反応するまでの時間が長因性呼気終末陽圧（positive end-expiratory pressure：いことである。

PEEP）＝ 内 因 性 PEEP（intrinsic PEEP、auto PEEP

ミストリガーやトリガー遅れの人工呼吸器側の関連もしくは dynamic hyperinflation）がある。

因子は、人工呼吸器の性能上の問題や鈍すぎるトリガ

内因性 PEEP とは、肺胞が呼気相にガスを十分にー設定がある。トリガーにかかる時間は人工呼吸器の呼出できず膨らんだ状態のままとなることであり、こ192

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人工呼吸

Pressure（cmH2O）
Flow（L/min）（A）PEEP 0 cmH2O

Pressure（cmH2O）
Flow（L/min）（B）PEEP 10 cmH2O

Jpn J Respir Care Vol.32 No.2

Ineﬀective Triggering8060

Esophageal
Pressure

FlowAirwayPressure

40200205408010202530ﬂow

Paw6015Pes402002005401015202530time（s）

図3

内因性 PEEP によるミストリガー（A）
カウンター PEEP によるミストリガーの改善（B）8）の時の呼気終末肺胞内圧のことである。内因性 PEEPの原因は、呼気時の気道抵抗が大きいこと（細い気管Airway
Pressure

内チューブ、慢性閉塞性肺疾患〈chronic obstructive

Ideal expiratory
ﬂow curve

pulmonary disease：COPD〉、喘息など）や呼気時間が短いため肺胞気を十分に呼出できないことなどである（呼吸数や一回換気量が多い場合に起こりやすい）。
自発呼吸努力が始まっても胸腔内圧が内因性 PEEP値を越えなければ口元には伝わらないため、呼吸仕事量増大、ミストリガー、トリガー遅れ、トリガー仕事量の増大の原因となる（図 3（A））。
8）

Inspiration
FlowExpiration

図4

The end of expiration

内因性 PEEP の発生が疑われる例

呼気時間が短いため呼気終末の呼気流量が 0 となっていない。

内因性 PEEP への対策としては過大な一回換気量や吸気圧設定を低くするべきであるが、換気補助が不十分だと吸気時間が長くなったり、呼吸回数が多くなレベルの PEEP をかける（カウンター PEEP）方法がったりすることもあるため、むしろ吸気圧を上げたほ

8）ある（図 3（B））
。内因性 PEEP 値は自発呼吸努力がうがよい時もあり、あくまでも適正化であることを忘ない場合には呼気閉塞法による気道内圧測定によってれてはならない。呼気時間を十分に取れる吸気時間設測定できる。しかし、補助換気時では一般的には難し定とする必要があるが、呼気時間の設定には呼出が終く、食道内圧測定により正確な自発呼吸努力の測定法了してから吸気相に移っているべきであり、流量波形を用いる必要がある。そのため、実際にどれだけのが役に立つ（図 4）。補助換気時には、不適切トリガ

PEEP をかければよいのかわからない時は、患者の呼ー設定によるトリガー遅れは吸気時間を延長し呼気時吸パターンを見ながら PEEP 設定を変更していくし間の短縮するため、さらに内因性 PEEP を増強させ、か今のところは方法がない。

トリガー遅れを大きくするといった悪循環が発生する可能性もあり、トリガー設定の適正化が重要である。

3．2 回トリガー（double triggering、breathstacking）

内因性 PEEP の対策として、内因性 PEEP と同じ

1 回の自発呼吸努力に際して、人工呼吸器が 2 回ト

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Uchiyama A

1.2

Flow（L/s）

01.2
Double triggering

40
AirwayPressure（cmH2O） 20
08s

図5Time（s）

2 回トリガー発生時の流量波形と気道内圧波形 9）リガーされて換気を行うことである（図 5）9）。吸気ド

正確に評価できる方法が普及するにつれてより知られライブと比較して吸気補助が小さく、一回換気量が少るようになった。これまでミストリガーや 2 回トリガなかったり、吸気時間が患者の吸気努力よりも短かっーと考えられていたものの一部は逆トリガーであったたりする場合に発生する。2 回トリガー時はデータ上可能性もある。このような逆トリガーは、一回換気量の一回換気量は小さくとも呼出は不完全であり、真のや経肺圧が増大し肺保護的な換気が行えない一因であ

一回換気量は増加し肺保護換気とはなっていない可能

ったり、呼吸筋が興奮しながら引き延ばされたため人性が高いため、対策が必要である。内科 ICU において、工呼吸に伴う筋傷害に繋がる可能性もある。

assist/control モードで換気中の患者 254 人の 26％に2 回トリガーが認められた 10）。その時の担当医師の対Ⅳ．換気モードと不同調

処法は、16％は観察のみ、32％は鎮痛鎮静薬で対処、一般的に用いられている人工呼吸モード、量規定換52％は人工呼吸条件の変更であった。プレッシャーサ気（volume control ventilation：VCV）やプレッシャポート換気（pressure support ventilation：PSV）へーコントロール換気（pressure control ventilation：のモード変更と吸気時間の延長が、不同調を伴う呼吸PCV）の補助換気、PSV にはそれぞれ表 2 に示すよ数の割合（asynchrony index）の低下に最も効果的でうな特徴がある。患者側の自由度が増すため VCV、あったという報告がある。

PCV、PSV の順で自発呼吸への同調性は高くなるが、不同調の問題は依然として残っている。それぞれのモ

4．逆トリガー（reverse triggering、entrainment）
本来の不同調とは異なるが、人工呼吸と自発呼吸とのードにおける吸気から呼気への転換相と吸気流量パターンの問題点について以下に示す。

関連に関して人工呼吸によって自発呼吸努力が誘導され11）
る逆トリガーという現象が報告されている（図 6）。

1．量規定換気（VCV）assist / control mode

まだ不明な部分も多いが、迷走神経などを介した反射

VCV では一回換気量だけではなく、通常、吸気流のような面があり、鎮静などによって大脳皮質、皮質量と流量パターンや吸気時間が固定されているため、下など上位中枢の活動がむしろ低下した場合に表れや患者の自発呼吸努力によってトリガーされた補助換気すい面もあるとされている。近年、食道内圧測定や横の場合には図 7 のような不一致が起こりうる。例えば、

隔膜筋電図といった人工呼吸中の自発呼吸努力をより前述した 2 回トリガーも吸気時間が固定されている

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人工呼吸

Jpn J Respir Care Vol.32 No.2

Flow
0.8L/sec
0L/secTidal Volume
300mL0mL
Airway Pressure
10cmH2O
0cmH2O
Esophageal Pressure
3cmH2O
1sec

0cmH2O

図6time（sec）

逆トリガー発生時の波形（流量、換気量、気道内圧、食道内圧）11）

表2

人工呼吸モードの特徴

VCV（量規定）

PCV（圧規定）

PSV（圧支持）調節できる場合あり調節できる場合あり

吸気の初期流量

設定した流量に従う

吸気流量パターン

設定したパターンに従う 設定圧を維持するように調整 設定圧を維持するように調整

吸気から呼気への転換相 設定した吸気時間に従う 設定した吸気時間に従う

サイクリングオフ基準の設定によって患者に同調させる

Flow（L/min）
The setting of inspiratory time
> duration of inspiratory eﬀort

Double triggering

PleuralPressure（cmH2O）
The setting of inspiratory time
< duration of inspiratory eﬀort
PleuralPressure（cmH2O）

図7

VCV における不同調

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Uchiyama A

VCV で見られやすい。グラッフィクモニターの気道

イクルオフ設定と呼ばれている。通常は吸気の最大流内圧波形や流量波形を見ながら一回換気量、流量や吸量に対する吸気流量の低下度合いによって設定されて気時間の設定を変える必要がある。

おり、吸気の最大流量の 25 ～ 30％まで吸気流量が低より自発呼吸への追随性のよい PCV や PSV に変更下した時点で呼気相に転換するものが多い。実は肺メするのが、1 つの方法である。一回換気量が保証されカニクスによって吸気流量パターンは異なっており、るという点を重視したい場合は VCV の一種である疾患によっては PSV 吸気時間が短くなったり、長くdual controlled ventilation（DCV）を利用するのも一なったりするため、サイクルオフ設定の調整も必要とつの方法である。DCV では「流量一定」ではなく、「圧なることもある（図 9）。このような場合にもグラッ一定」となるように吸気を送られ、流量波形は PCV

フィクモニターの気道内圧波形や流量波形がサイクルと同じとなる。
人工呼吸器によってモード名が異なり、オフ設定を調整するのに役立つ。

pressure regulated volume control：PRVC（Maquet）、volume target pressure control（Newport）、adaptive
pressure ventilation（Hamilton）、auto-flow（Dräger）、

4．初期流量設定の不一致
最近は PCV や PSV といった圧設定を目標とした換気モードにおいて初期吸気流量を変更して、気道内圧

volume control＋（Bennett）と呼ばれている。の立ち上がりを設定できる人工呼吸器が多い。一般的
2．プレッシャーコントロール換気（PCV）assist /に呼吸不全患者では自発呼吸努力が強く、呼吸数も多control mode

いため、早い初期流速が必要であることが多い。一方、吸気流量が規定されていない PCV では、VCV より早過ぎる初期吸気流速は不快であり、肺傷害の発生が自発呼吸との同調性に優れるはずであるが、PCV に吸気流量と関係する可能性を示唆する報告もある 12）。

おいても吸気時間の不一致の問題は残っており、吸気グラッフィクモニターの気道内圧波形を観察し、自発時間の設定は重要であるが、流量波形のパターンが 1

呼吸努力と一致した初期流量設定を行うとよい（図つの目安になる（図 8）。

10）。

Ⅴ．不同調と予後

3．プレッシャーサポート換気（PSV）
PSV は吸気時間、吸気からの呼気への転換タイミ

不同調の存在と予後との関連を示唆する報告がいく

ングまでも患者の自発呼吸に一致させ、同調性を改善つかある。内科 ICU 患者で人工呼吸開始から 24 時間したモードである。PSV における吸気から呼気への以内のミストリガーの頻度を測定し、ミストリガーが転換タイミングはターミネーションクライテリアやサ呼吸数の 10% 以上の頻度で見られた症例では人工呼（A）Too short（B）Appropriate（C）Too long

AirwayPressure

FlowShort

図8196

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Inspiratory TimeLong

流量波形を用いた PCV 吸気時間の設定法

人工呼吸

Jpn J Respir Care Vol.32 No.2

（A）Normal lung mechanics

Flow

AirwayPressure（C）Low lung compliance（B）High airway resistance

Flow

AirwayPressure

図9（A）Slow

肺メカニクスの PSV への影響

（B）Moderate（C）Too First

AirwayPressure

Flow

Slow

図 10

Initial pressurizationFirst

PSV か PCV における初期流量設定の気道内圧波形への影響

吸期間が長かったという報告がある 13）。また、不同によって患者の呼吸筋の発生圧を随時算出することが調の換気が人工換気数の 10％を越える患者では、そでき、より同調性の高い補助換気を可能としている。

うではない患者と比較して ICU 死亡率や院内死亡率

しかし、肺メカニクスの設定と内因性 PEEP によるが高値であるという報告もある。内因性 PEEP の不同調には問題点が残る。自発呼吸努力のモニタリン

存在や肺メカ二クスの異常は不同調の大きな原因であグを気道からではなく、横隔膜筋電図測定によって補り、もともと肺機能の低下が予後に影響している可能助換気を行うという新しい概念の人工呼吸モードが性が高いが、不同調を改善できれば予後を改善できる

NAVA である。NAVA は理論的にはより速く、正確可能性もある。に自発呼吸努力の測定が可能となる。ノイズの混入な

14）

不同調を改善できる人工呼吸モードとして比例補助

ど筋電図測定上の問題点は残るが今後のさらなる発展換気（proportional assist ventilation：PAV）と神経調が期待される。残念ながら、これらのより同調性の高節換気（neurally adjusted ventilatory assist：NAVA）

い NAVA や PAV モードで予後が改善したという結がある。PAV モードは肺メカニクスを想定すること果は得られてはいない 15）。

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Uchiyama A

自発呼吸努力を残した補助換気は有用な可能性が高
いが、補助換気が肺傷害と関連を示唆する研究結果がある。吉田らは傷害肺では補助換気では自発呼吸の強7） Uchiyama A, Imanaka H, Taenaka N, et al：A comparativeevaluation of pressure-triggering and flow-triggering inpressure support ventilation（PSV）for neonates using ananimal model. Anaesth Intensive Care. 1995；23：302-6.

さによっては肺に直接かかる圧である経肺圧が増大し

8） Hess DR：Ventilator waveforms and the physiology of

肺傷害を進行させる可能性を示した 。そして Papazianpressure support ventilation. Respir Care. 2005；50：166-16）

らの、重症急性呼吸促迫症候群（acute respiratory distress syndrome：ARDS）の早期に 48 時間の筋弛緩下の人工呼吸が予後を改善したという報告がある 17）。吉
田らも肺傷害の程度によっては自発呼吸を残した補助換気よりも、筋弛緩のほうが肺傷害の程度が軽くなる可能性を示した 18）。不同調の存在が肺傷害とどのように関与するのかははっきりとはしていないが、筋弛緩の効果の一部が不同調の改善にある可能性がある。
今後の研究が待たれるところである。

86.
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12） Maeda Y, Fujino Y, Uchiyama A, et al：Effects of peak

本稿の著者には規定された COI はない。

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人工呼吸

Jpn J Respir Care Vol.32 No.2

Patient-ventilatory dyssynchrony during mechanical ventilation
Akinori UCHIYAMA
Department of Intensive Care Unit, Osaka University Hospital
Corresponding author：Akinori UCHIYAMA
Department of Intensive Care Unit, Osaka University Hospital
2-5 Yamadaoka, Suita-city, Osaka, 565-0871, Japan
Key words：‌assist ventilation, spontaneous breathing effort, dyssynchrony, mechanical ventilation mode, intrinsic PEEP
Abstract
Dyssynchrony between spontaneous efforts and mechanical ventilation is one of big problems in patientswith respiratory failure. Dyssynchrony occurs in three phases, triggering phase, inspiratory phase, and cycling
off phase of inspiration. In triggering phase, dyssynchronies are classified into auto triggering, ineffectivetriggering, delayed triggering, double triggering（breath stacking）, and reverse triggering（entrainment）. One
of big reasons of dyssynchrony in triggering phase is an intrinsic PEEP. Initial inspiratory pressurization andinspiratory flow pattern are remarkable points of synchrony in inspiratory phase. Premature termination of
inspiratory assist and prolonged inspiration are dyssynchronies in cycling off phase of inspiration. In examining
dyssynchrony, several problems specific to mechanical ventilation modes exist in each mode. Graphical tracing
waves of airway pressure and flow are useful to resolve problems around dyssynchrony. Careful examinationof graphical tracings and patients’ breathing pattern can minimize problems around dyssynchrony.

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