人工呼吸

特Jpn J Respir Care 2016；33：122-30

集

人工呼吸療法 ―今後の展望

陽圧機械換気の道筋とその理論背景
山田芳嗣・内田寛治
キーワード：肺保護換気，driving pressure，ストレス，ストレイン，cyclic opening and collapse，
recruitment and derecruitment

このような 30 ～ 40 年の歴史を思い返してみると、Ⅰ．は じ め に

人工呼吸療法の改善の多くは、生理学的考察に基づい

今号の特集は「人工呼吸療法―今後の展望」である。

た理論の進歩だけでなく、機械の着実な進歩が寄与しそこで、人工呼吸療法における換気モードの変遷と研ている部分が大きい。根本原理は同じでも、人工呼吸究の展開を過去から現在まで体験してきた 1 人とし器、体外循環機器およびモニタリングの機器が進歩して、その道筋を個人的な観点で総括し、現在におけるたことによって安全性、有効性が格段に向上している。

見解と今後への展望を述べてみたい。
人工呼吸療法の 40 年の歴史を個人的に振り返ってみて、結局鍵を握るのは生理学であると強く思う。今Ⅱ．人工呼吸設定のパラダイムシフト―driving pressure を基軸にした換気条件の設定―

年の第 38 回日本呼吸療法医学会学術集会に来日した

肺保護換気を規定するベンチレータの設定パラメー

Brochard 教授も期せずして呼吸管理の臨床における生タは、一回換気量（tidal volume：VT）、プラトー圧、理学の重要性を強調していた。40 年前に遡ると重症肺PEEP が基本である。急性肺損傷（acute lung injury：

傷害の領域で呼気終末陽圧（positive end-expiratory

ALI）・急性呼吸促迫症候群（acute respiratory distresspressure：PEEP）が重要なテーマであり、至適 PEEP

syndrome：ARDS）に対する肺保護換気の有用性は多の議論が盛んであった。Suter らは、O2 delivery や呼数の大規模ランダム化比較試験（randomized controlled

吸器コンプラアンスを最大にする PEEP が至適である

trial：RCT）によって確立し、理想的な設定値が世界と NEJM 誌に発表した 。70 年代に重症呼吸不全に対的に検討されてきた。

1）

して体外式膜型人工肺（extracorporeal membrane ox-

その中で最も有名な研究は、2000 年の NEJM 誌にた後、80 年掲載された北米 ARDS Net の臨床試験であり、ALI/

代は高頻度換気（high frequency ventilation：HFV）

ARDS 患者を対象に予想体重（predicted body weight：が注目を集めた。その後、呼吸筋活動と呼吸仕事量かPBW）あたり 6mL/kg の低 VT を用いた人工呼吸の有ら至適呼吸器設定を決定する試み、人工呼吸器関連肺用性を示した 3）。以後次々に大規模な多施設 RCT が実損傷（ventilator-induced lung injury：VILI）のメカ

施され、人工呼吸設定に関するものだけに限っても、高

ニズム研究、VILI を防止する方策としての肺保護換気

い PEEP 設定を用いた人工呼吸の生命予後への有用性（lung-protective ventilation）概念の提唱、実践から現を検討した 3 つの研究（ALVEOLI、EXPRESS、LOVS）

在へと至っている。

がある 4 ～ 6）。しかし対象が数百名以上の大規模臨床試

ygenation：ECMO）の適用が試みられ東京大学医学部附属病院

122

November 30, 20162）

麻酔科・痛みセンター

験で有意な有用性を示せたのは、前述の低 VT の死亡率の低下だけである（表 1）。肺保護換気の設定値をピ

人工呼吸

Jpn J Respir Care Vol.33 No.2

ンポイントで規定して推奨することは依然として困難の条件（プラトー圧 30cmH2O 以下、VT 7mL/kgPBWである。

以下）を満たした症例が 1,745 例あり、それらの症例

吸気時プラトー圧と PEEP との差であるドライビン

を対象にΔP、プラトー圧、VT の生存率への影響を検

グ圧（driving pressure：ΔP）は、これまで第一義的討した。各々のパラメータを中央値で区分して 2 群にな設定項目としては認識されていなかったが、Amato

分けて比較したところ、プラトー圧、VT の大小は影はこれを肺に加えられるストレス（圧）の指標ではな

響しなかったが、ΔP は低い群の生存率が 10％程度高く、ストレイン（容量変化）の指標として認識し、こかった。この結果はΔP を低く保つことで、肺保護換れが生存予後に最も相関するという仮説を立てた。そ気条件下でもさらに生存率を改善できる可能性を示唆して過去に発表された RCT データを 2 次利用して統しており、区分に用いられたΔP の中央値 13cmH2O を計的に解析して検証した結果を 2015 年に NEJM 誌で考慮するとΔP を 15cmH2O 以下に設定するのが望ま発表した 7）。

しいであろう。本論文は、肺保護換気の有効性を検討

60 日生存の多変量 Cox 回帰モデルを用いた相対死した数多くの RCT の大半を用いて、その個別データ

亡リスクの検討とともに、マルチレベル媒介分析を統を統計的に解析したものであるが、医療統計の威力を計解析手法として用いて、治療前の肺病態の重症度の発揮した重要な成果であると捉えられる。

影響をベースラインのエラスタンスによって調整することで取り除いた。

Driving pressure は cyclic strain を表す臨床で最も簡便に使えるパラメータである。人工呼吸器での設定

モデルに残った説明変数はトライアル、年齢、死亡も容易にでき、また任意の換気モードを用いた時のモリスク（APACHE または SAPS Ⅱ）、組み入れ時の動

ニターも容易である。本発表を契機に、人工呼吸器設

脈血 pH、組み入れ時の PaO2/FIO2、第 1 日のΔP の 6

定時の主要パラメータとして利用される時代に入った種類であった。このモデルに、ベースラインのコンプと考えるべきだろう。

ライアンス、第 1 日の VT、プラトー圧、PEEP を各々
1 つずつ追加したモデルを設定して、解析し直しても、追加変数の有意な寄与はなく、またΔP の相対リスクの大きさも変わらなかった（表 2）。

Ⅲ．周術期の人工呼吸との接続
ΔP の制御を基軸とした肺保護換気は、自然に周術期の最適な人工呼吸に接続する。

約 3,000 症例のデータを 2 つの人工呼吸設定の変数

肺保護換気が健常肺に陽圧人工呼吸を施す、全身麻に着目して、1 つの変数は平均としてマッチし、もう

酔下外科手術を受ける患者にもよく作用するか、すな

1 つの変数は大きく異なる 5 つのサブグループに分割

わち術後肺合併症（postoperative pulmonary compli-

して比較したものが図 1 である。プラトー圧の増加

cation：PPC）を予防する効果があるかどうかが検討に伴って死亡リスクが増大するのは、ΔP の増加によされている。過去の 17 の RCT から 2,250 人のメタ解ってプラトー圧が上がる場合のみ（図 1A）であって、析を行った Neto らによると、driving pressure が PPC

ΔP を一定にして PEEP を増加させても死亡リスクはの発生率上昇と有意に関連した一方、VT と PEEP は変わらない（図 1B）。一方 PEEP を上げて死亡リスク

関連性を見せなかった 8）。

が減るのは、PEEP の増加と一緒にΔP が小さくなる

2015 年、米国で 3 施設にまたがる 7 万人規模の観察時だけである（図 1C）。PBW で標準化した VT を減研究結果が報告された。Ladha らは、18 歳以上の非心少させても死亡リスクは変わらない（図 1D）。対照的

臓手術患者（開胸手術を除く）で術後の重大呼吸器合に呼吸系コンプライアンスで標準化した VT（これが併症（術後 3 日以内の再挿管、呼吸不全、肺炎、肺水

まさしくΔP である）の低下に伴って死亡リスクは低腫）の発生頻度を検討した 9）。患者の予後に影響する

下する（図 1E）
。これらの結果から、死亡リスクと最と考えられる年齢、性別、術前合併症、手術侵襲なども強く相関しているパラメータはΔP であると結論づを交絡因子とし、肺保護換気群と非肺保護換気群で傾けている。

向スコアマッチングを適用することで、換気条件以外

Amato の論文では、さらに興味深いデータを提供している（図 2）
。データベースの中に肺保護換気設定の群間の不均一性を最小化して比較した。
その結果、肺保護換気が PPC 頻度の低下と有意に相November 30, 2016123

Yamada Y, et al

表1

人工呼吸設定による患者予後への影響を調べた RCT の代表的なもの（文献 7 の table S1 より改変）

Years ofrecruitment

Patients（N）

Randomization
Cont./Treat.

Agemean（SD）

Sepsis at
Entry（％）

Pneumonia/
Aspiration

MV.Daysat entry

Interventions（within treatment-arm）

Outcome Treatment-arm（RR; 95％ CI）

Amato et al.

1991-1995

53

24/29

34（13）

83％

28％

1

VT≤6mL/kg; ΔP≤20cmH2O
PPLAT≤40cmH2O

0.38（0.18 扌 0.79）

Stewart et al.

1995-1996

118

59/59

59（18）

40％

58％

0

VT≤8mL/kg;
PPEAK≤30cmH2O

0.99（0.60 扌 1.70）

Brochard et al.

1994-1996

113

57/56

57（15）

n.a.

n.a.

2

VT＜10mL/kg;
PPLAT≤25cmH2O

1.28（0.73 扌 2.25）

Brower et al.

1994-1996

52

26/26

48（16）

23％

54％

n.a.

VT≤8mL/kg;
PPLAT≤30cmH2O

1.11（0.48 扌 2.57）

ARDSnet VT

1996-1999

861

429/432

51（17）

27％

49％

1

VT≤6mL/kg;
PPLAT≤30cmH2O

0.74（0.58 扌 0.93）

ARDSnet PEEP

1999-2002

545

271/274

51（17）

38％

55％

1

Higher PEEP guided byhigher PEEP/FIO2 table;
VT＝6.0±0.9mL/kg/pbw

1.11（0.80 扌 1.54）
Stopped for futility

EXPRESS

2002-2005

767

382/385

60（15）

61％

72％

1.5

Highest PEEP keeping
PPLAT＜30cmH2O;
VT＝6.1±0.3mL/kg/pbw

0.87（0.69 扌 1.09）↑ vent. free days
stopped for futility

LOVS

2000-2006

983

508/475

56（17）

47％

64％

2

Higher PEEP guided byhigher PEEP/FIO2 table;
VT＝7.0±1.5mL/kg/pbw

0.88（0.71 扌 1.08）↓ refract. hypoxemia

Talmor et al.

2004-2007

61

31/30

53（20）

48％

20％

n.a.

Higher PEEP guided byesophageal-pressure;
VT＝7.6±1.5mL/kg/pbw

0.49（0.20 扌 1.24）↑ oxygenation↑ compliance, rs

Lower vs. Higher
VT-trials：

Higher vs. Lower
PEEP-trials：

表2

Model 1：
（1）TRIAL（2）Age（3）Risk of Death（4）Arterial pH at entry（5）PaO2/FIO2 at entry
ΔP - 1st day

多変量 Cox 回帰モデルによる 60 日死亡の相対リスク（文献 7 の table S8 より改変）
High vs. Lower-VT trials－Multivariate－（N＝1,020）

High vs. Lower-PEEP trials－Multivariate－（N＝2,060）

RR（95% C.I.）

P-valueRR（95% C.I.）

P-valueRR（95% C.I.）

P-value--1.51（1.36 ～ 1.69）
1.34（1.20 ～ 1.49）
0.69（0.63 ～ 0.77）
0.85（0.77 ～ 0.95）
1.35（1.24 ～ 1.48）＜0.001＜0.001＜0.001＜0.001
0.004＜0.001--1.64（1.50 ～ 1.79）
1.41（1.29 ～ 1.54）
0.68（0.63 ～ 0.74）
0.88（0.80 ～ 0.96）
1.50（1.35 ～ 1.68）

0.83＜0.001＜0.001＜0.001
0.005＜0.001--1.59（1.48 ～ 1.70）
1.38（1.29 ～ 1.48）
0.68（0.64 ～ 0.72）
0.87（0.81 ～ 0.93）
1.41（1.31 ～ 1.51）＜0.001＜0.001＜0.001＜0.001＜0.001＜0.001＜0.0010.12

1.48（1.28 ～ 1.71）
0.98（0.88 ～ 1.10）＜0.0010.75

1.41（1.30 ～ 1.53）
1.01（0.92 ～ 1.10）＜0.0010.90＜0.0010.42

1.51（1.35 ～ 1.68）
1.05（0.90 ～ 1.23）＜0.0010.52

1.40（1.30 ～ 1.51）
1.02（0.95 ～ 1.10）＜0.001
0.58

0.008
0.65

1.51（1.31 ～ 1.75）
0.99（0.87 ～ 1.13）＜0.0010.90

1.37（1.22 ～ 1.53）
1.04（0.93 ～ 1.15）＜0.0010.53＜0.0010.78

1.50（1.34 ～ 1.68）
0.99（0.91 ～ 1.09）＜0.0010.90

1.41（1.32 ～ 1.52）
1.03（0.95 ～ 1.11）＜0.001
0.51

Combined analysis－Multivariate－（N＝3,080）

Model 2（including variables 1-5 as above）：
ΔP - 1st day
Compliance,RS

1.41（1.26 ～ 1.59）
1.18（0.96 ～ 1.44）

Model 3（including variables 1-5 as above）：
ΔP - 1st day
Tidal Volume - 1st day

1.32（1.19 ～ 1.47）
1.04（0.95 ～ 1.14）

Model 4（including variables 1-5 as above）：
ΔP - 1st day
Plateau Press. - 1st day

1.44（1.10 ～ 1.88）
0.94（0.72 ～ 1.23）

Model 5（including variables 1-5 as above）：
ΔP - 1st day
PEEP - 1st day

1.36（1.24 ～ 1.49）
0.97（0.80 ～ 1.18）

モデルに残った説明変数はトライアル、年齢、死亡リスク（APACHE または SAPS Ⅱ）、組み入れ時の動脈血 pH、組み入れ時のPaO2/FIO2、第 1 日のΔP の 6 種類であった（モデル 1）。このモデルに、ベースラインのコンプライアンス（モデル 2）、第 1 日の VT（モデル 3）、プラトー圧（モデル 4）、PEEP（モデル 5）を各々 1 つずつ追加し解析し直しても、追加変数の有意な寄与はなく、またΔPの相対リスクの大きさも変わらなかった。

124

November 30, 2016

人工呼吸

Airway Pressure（cm of water）

Resampling A：
matched PEEP
40

40

30

30

ΔP

20
10

Resampling C：
matched Plateau Pressure
40

ΔP

30

20

20

10

PEEP 10PEEP
0Multivariate Relative Risk
of Death in the Hospital

Resampling B：
matched ΔP

0576 607 635 574 597

0566 577 696 568 582
No. of Patients in Subsample

2.0

2.0

2.0

1.4

1.4

1.4

1.0

1.0

1.0

0.7

0.7

0.7

P＜0.001

0.5
0.0

S1

S2

S3
A

P＝0.61

0.5

S4

0.0

S5

Jpn J Respir Care Vol.33 No.2

S1

S2

S3
B

PEEP

604 574 592 622 597

P＜0.001

0.5

S4

Contrast

ΔP

0.0

S5

S1

S2

S3
C

S4

S5

Contrast

Higher plateau pressure: Not always risky Higher PEEP: Not always protective
Resampling D：- matched PPLAT,- decreasing ranks of VT/PBWResampling E：- matched PPLAT,- decreasing ranks of VT/CRS（＝ΔP）

35

35

PPLAT
30
（cmH2O）

PPLAT
30（cmH2O）

25
10

25

VT/PBW（mL/kg）

Scaling VT to CRS

20

Instead of PBW

6

15
VT/CRS（ΔP, cmH2O）
10

4

5

8

620

611

623

607

600

1.4

Relative risk
（adjusted mortality rate＊）

Relative risk
（adjusted mortality rate＊）（Sub-sample N）： 611

1.2
1.0
0.8
0.6

P＝0.92

S1

S2：mortality rate adjusted for

＊

図1

S3
,

S4

S5
/

,

,

/

,

624

644

598

614

S3

S4

S5

1.4
1.2
1.0
0.8
0.6

P＜0.001

S1

S2（Cox Proportional Hazard Regression）‌人工呼吸設定 RCT をまとめて多変量調整したのちに、PEEP、ΔP、プラトー圧、VT、による死亡リスクを検討したサブグループ解析（文献 7 の Fig 1、Fig S5 より改変）

November 30, 2016125

Yamada Y, et al（N＝1,745）

Cumm. Survival（%）（adjusted＊）

100

Cumm. Survival（%）（adjusted＊）

100

Cumm. Survival（%）（adjusted＊）

100＊：survival adjusted for

All with Plateau-pressure≤30cmH2O & VT≤7mL/ibw

95
90

stratiﬁcation：（N）

P＜0.00185
80

ΔP≤MEDIAN（989）75
70

ΔP>MEDIAN（756）9590

P＝0.9885
80

PPLAT≤MEDIAN（955）75

PPLAT>MEDIAN（790）

70

95
90
85

P＝0.3080

VT>MEDIAN（867）75

VT≤MEDIAN（878）

70
0

10

20

30

40

50

60

Days after randomization

図2

肺保護換気設定を満たす患者の生存曲線（文献 7 の Fig S6 より改変）関した。さらに、プラトー圧、PEEP、VT を層別化しした 3）。

て比較したところ、プラトー圧 16cmH2O 以下、PEEP

その傷害メカニズムは、大きく 2 つの機序が提唱さ5cmH2O が最も保護的である一方、VT は影響しなかれ、overdistension（過膨張、過伸展）と、cyclic open-った 。本結果も、前述のΔP を適切に保つという考

ing and collapse（換気サイクルで反復する開通と虚脱）

え方と矛盾せず、全身麻酔中の人工呼吸作戦も同様にである。さらにその傷害機転に対する生体反応として考えてよいことが示唆される。

炎症反応が起こり、肺ひいては遠隔臓器を障害するい9）肺保護換気の考え方が、ΔP というパラメータを中

わゆる biotrauma が発生すると考えられている。

心に、健常肺、障害肺でも同様に考えられる時代になるものと考えられる。

Ⅳ．Ventilator-induced lung injury の傷害メカニズム  
人工呼吸自体が肺を傷害するという考えは、古くから臨床的にレスピレータ肺 ventilator lung などと呼ばれていたが、初めて実験的に明確にしたのは Webb and1．ストレス‐ストレイン関係
陽圧人工呼吸のような力学的侵襲の傷害メカニズム
を生理学的に考えるには、ストレス‐ストレイン関係を想定する必要がある。
最も基本的な式は、以下のように示される。
Stress＝K×strain
ストレスは弾性体に外力が加えられた時、それに抗。そして 1980 年代より VILI としてして構造体内部に発生する単位面積当りの力（応力）盛んに研究され、2000 年の NEJM 論文により臨床的であり、その時の構造体の変形量をストレインという。

にも実証され、ALI の病態生理の基本概念として確立

K は構造体の弾性を表す係数である。呼吸器系の場合

Tierney である

126

10）

November 30, 2016

人工呼吸

Jpn J Respir Care Vol.33 No.2は、構造体の変形は肺気量の変化量ΔV で測られるので、特に肺については、肺の内外の圧力差 transpulmonary pressure（ΔPL）を用いて、次式のように表される 11）。
ΔPL（stress）＝ELspec×（ΔV/FRC）（strain）
ELspec：specific‌
elastance；特異的エラスタンス
FRC：functional‌residual capacity；機能的残気量
過大なストレスおよびストレインが肺組織を傷害する基本要因であると考えられるので、この 2 つをどのように制限すればよいのかが肺保護換気の戦略になる。これまでプラトー圧はΔPL の代替として、VT はストレインの代替として位置付けられているが、プラ
トー圧は胸壁のエラスタンス（コンプライアンスの逆数）が患者の特性（肥満度・胸郭変形・体位など）、病態（肺の直接損傷・間接損傷など）によって大きく

図3

肺全体の連続する線維構造（文献 13 より）

肺実質の結合織はバネ状に記しており、末梢の長軸の結合織に結合している。

変化するため、ΔPL を十分に表さないし、VT は患者によって、FRC が大きく異なるため、ストレインを十2 つの fiber support system からなることが知られて分に表さない。

いる。肺門から気道に沿って長軸方向に伸びている線

陽圧人工呼吸の力学的傷害機転は過大なストレスが維性ネットワークと臓側胸膜に始まり小葉隔壁まで入肺にかかり過度のストレインが発生し、肺が傷害を受り込んでいく線維性ネットワークによって形成されてけるというものである。ここで明らかになるのは、傷いる。肺の微小構造は肺胞管（alveolar duct）の周囲害に至るのは換気量の絶対量ではなく、ストレスなしに開口する肺胞（alveolus）である（図 3）13）。

の肺気量を分母にした換気量の割合、すなわちストレ肺を拡張するのに必要な圧力には、肺胞の内面に存インが重要であることである。ストレス‐ストレイン

在する液層と気相の界面に発生する表面張力に抗しての間に線型関係が成り立つ範囲では、この関係により広げるために圧力が必要である。表面張力に抗する圧

ストレスとストレインは同値であり、つながりを持つ。

14）
力は、液相のみの場合と比較して高い（図 4）。またこのように考えると、圧のパラメータである driving

サーファクタントを喪失すると、この表面張力はさらpressure が cyclic strain の臨床的指標であることは 1に大きくなる。表面張力に抗する圧力 P、容量 V、肺つ納得できる。

胞表面積 A の関係式は以下のように示される 13）。

次に問題になるのは、ストレスなしの状態での肺気量が何かである。Amato は、Gattinoni らの人工呼吸
下の ARDS 患者を対象とした CT 画像解析を用いた研究12）に基づき、呼気終末における含気領域の大きさ

P・dV＝γ・dA

γ；表面張力係数

肺胞の形状が一定だとすると、A は V を使って以下のように置き換えられる。
A＝k V2/3（functional lung size）とした 。

k；‌肺内のすべての曲面を包含した形状ファクター

7）

したがって P と V は以下のように関係付けられる。
2．肺の微小構造

P＝γ・dA/dV＝γ（2/3 ＊ k V－1/3）

ストレス‐ストレイン関係は肺を全体 1 つの弾性体

この結果より、表面張力に抗して肺胞が潰れないたとして捉えたものであり、細胞分子レベルの傷害機転めに必要な圧力は肺容量が小さくなると増大するたと関係付けるには肺の微小構造を考える必要がある。

め、肺容量の小さな肺胞は潰れやすく、大きな肺胞が肺は 20 回以上分岐を繰り返す分岐構造を持つ気道

過伸展することになる。

系とその先に開通した数億の肺胞からなる。肺の伸び

肺胞管を中心とした構造をみると、上述に力の釣り

縮みを構造的に支える重要な役割を果たす結合組織は合いがどのような関係になるのかが理解できる。末梢November 30, 2016127

Yamada Y, et al

Air-ﬁlled

VolumeSaline-ﬁlled

Slope
ARDS

Lower inﬂection point

図4

Upper inﬂection point

Pressure

圧―容量曲線のシェーマ（文献 14 の Fig 1 より）

健常肺にそれぞれ生食を入れた場合、空気を入れた場合、傷害肺に空気を入れた
場合。

A

Axial

B

Septal

図 6 肺胞壁にかかる肺胞相互の圧力（文献 15 の Fig 6A、6B より）
Ａ．均等に拡張した肺胞。
Ｂ．‌正常な拡張性を持つ肺胞の中心に拡張性の悪い肺胞がある場
合、ストレスが拡張性の悪い肺胞に集中する。
Peripheral

図5

Peripheral

肺胞と肺胞管の構造と結合組織（文献 15 の Fig 5 より）肺胞が一様に膨らんでいる時には、共有されている肺胞間壁が、構造の堅牢性を維持するために相互に頼っている。矢印は表面張力の膨張圧力。

展より細胞障害性が少なかった。これら基礎的知見が、
open lung approach を肯定する理論的根拠にもなっている。
3．cyclic opening and collapse 換気サイクルで反復性弾性ネットワークによって伝わる肺胞外側からの張する開通と虚脱力によって全体として支持され、自由肺胞壁の界面に

人工呼吸中は肺内の liquid bridge が細気道や肺胞管

働く表面張力と肺胞口を取り巻くよう肺胞管の弾性ネなどの気腔の中で形成され、押し込まれ、破裂するのットワークの力の釣り合いによって肺胞口の開閉が規を繰り返す。また液体が充満した末梢気腔に吸気時に定されていることが理解できる（図 5） 。

air bubble が侵入しずり応力や法線応力などの界面ス

15）

拡張性の悪い肺胞領域の周囲に正常な拡張性を持つ

トレス（interfacial stress）が動的に変化し末梢気道

肺胞が集中すると周囲からの line element が集中し、17）の内面を構成する気道上皮を障害する（図 7）。この拡張性の悪い肺胞構造に及ぼすストレスは大幅に増幅

傷害性は毎回呼吸に伴う動的なエネルギーの消費で推15）される（図 6）
。周囲の肺胞腔に液体が貯留しベンチ定するのが適当であろう。この liquid bridge や air bub-

レータでかけた高い陽圧がかからず内圧が低くなるとble の障害機転を弱めるために、適当な PEEP をかけ中心の正常な含気を持つ肺胞は過伸展を起こす。Ts-ることは重要である。

chumperlin らは in vitro の系で肺胞上皮に対する変形の回数、期間、振幅について細胞障害性を検討した 16）。

4．Recruitment and derecruitment

周期的な変形が起きるほうがより障害性が強かった。

肺保護換気を考えるうえで、PV カーブは重要であ

また、最大伸展を同一にしても緊張性の伸展に小さなるが、現在よくいわれている PV カーブを使った肺保反復性の伸展を上乗せしたほうが、大きな反復性の伸護換気の解釈は誤りが多い。まず、最大吸呼気 PV カ

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November 30, 2016

人工呼吸

A

Jpn J Respir Care Vol.33 No.2

C

a1
θ

a3
a2

I

B
1

5

6

2

a1

3

θ
4

図7

a3
a2

II

Atelectrauma の可能性のある部位のシェーマ（文献 17 の Fig 1 より）

A．虚脱した末梢気道。吸気時に送り込まれる空気が、介在する液体による上皮細胞へ機械的ストレスをかける。B．肺胞水腫の場合、肺胞の折れ曲がりやひだ部分が押し広げられると、上昇している表面張力や肺胞表面液の粘性によって、肺胞上皮が障害される。C．虚脱して液体が充満している肺胞（a3）は、空気が入るにしたがって、
角度θが増大し、近接する空気を含む肺胞と、前進する液体表面の局面によって引き剥がされる。これらが atelectrauma を引き起こす。

ーブは最大拡張と完全呼出を施行した特殊な状態のもディリクルートメントが起きないと仮想した場合の呼気 PV カーブのであると認識すべきである。図 8 で示すように、リクルートメントは最大吸気カーブの全般にわたって起こる。吸気開始から傾きの小さい直線で始まり lower
トの開始の圧を意味している。また、ディリクルート
メントも最大呼気カーブの広い範囲にわたって起こっている。呼気側に upper inflection point を明確に認め

UIP

容量

inflection point が明確に有る場合は、リクルートメン

ディリクルートメント
された容量

呼気

吸気

れば、その圧あたりからディリクルートメントが始まる。この圧まで PEEP を高く設定することは現実的で

LIPなく、PEEP によって最大拡張からのディリクルート
メントを完全に防止することは不可能である。呼気側

肺胞の開存状態の最大化という観点でみて、最適 PEEP

吸気時リクルート
メントされる容積密度

容 積 密 度ィリクルートメントはほぼ終了である。したがって、

容 積 密 度カーブに lower inflection point があれば、その点でデ

呼気時ディリク
ルートメントされる
容積密度は成立しがたい。
PV カーブは肺の開存状態の取りうる最大範囲を表すもので、より少量で行われる通常人工呼吸時の拡張・収縮とは直接に関係はない。呼気終末・吸気開始のポイントが PV カーブのどこにあるかを認識しておくことが重要である。
毎回呼吸については、コンプライアンスをモニターすることが重要であり、VT/ΔP また弾性圧－V カー
ブをモニターできれば毎回のリクルートメント / ディ
リクルートメントが起こっていないことを確認でき

圧力

図 8 PV‌ カーブとリクルートメント、ディリクルートメン
トの容積密度概略図
リクルートメントは LIP（lower inflection point）から UIP（upper
inflection point）まで吸気全体にわたって起こる。ディリクル
ートメントは呼気のカーブの変曲点からすでに開始されている。

る。

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Yamada Y, et al

上述のメカニズムをふまえて考えても、絶対値としての至適 PEEP はない。また VT は単一の値に設定する対象ではなく、変動を監視すべき対象である。最も第一に制御すべき条件は driving pressure であるとい

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5） Mercat A, Richard JC, Vielle B, et al：Positive end-expiratory
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6） Meade MO, Cook DJ, Guyatt GH, et al：Ventilation strategy

える。
このようにΔP は重要な予後決定因子であるが、ΔPが小さければ小さいほどよいのか、カットオフ値が存在するのかは明らかになっておらず、その解明は今後の重要な課題である。ΔP の制御を基軸とした肺保護
換気の明らかな欠点は、本来肺にかかるΔP を制御す

using low tidal volumes, recruitment maneuvers, and highpositive end-expiratory pressure for acute lung injury andacute respiratory distress syndrome：a randomized controlled trial. JAMA. 2008；299：637-45.
7） Amato MB, Meade MO, Slutsky AS, et al：Driving pressure and survival in the acute respiratory distress syndrome. N Engl J Med. 2015；372：747-55.

べきであるのに、胸壁の変動が考慮されていないこと

8） Neto AS, Hemmes SN, Barbas CS, et al：Association be-である。特に胸壁のコンプライアンスの低下が想定さ

tween driving pressure and development of postoperative

れる場合は、食道内圧の変動を測定し、正確な transpulmonary pressure としてのΔP を評価して調節することが重要になるであろう。

Ⅴ．お わ り に
傷害肺に対する理想的人工呼吸法の解明を目指して行われてきた多くの臨床研究の結果から、ΔP という概念があぶり出されてきており、より人工呼吸をシンプルに捉えることが可能となってきている。しかしこ

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れらを臨床応用するうえで、肺内で起きている生理学

11） Chiumello D, Carlesso E, Cadringher P, et al：Lung stress

的、生化学的な変化が全体として弾性総体としての肺and strain during mechanical ventilation for acute respi-の換気状態にどのように影響しているかを意識することは常に重要である。

ratory distress syndrome. Am J Respir Crit Care Med.
2008；178：346-55.
12） Gattinoni L, Pesenti A, Avalli L, et al：Pressure-volume
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COI に関し、山田芳嗣と内田寛治は日本光電工業（株）から 200万円超の研究費収入がある。

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