人工呼吸

特Jpn J Respir Care 2015；32：158-62

集

呼吸管理における最近のモニタリング

自発呼吸のモニタリング：呼吸数、一回換気量、呼吸中枢の興奮度、食道内圧、横隔膜運動と肋間筋運動、横隔膜電位
岡原修司・森松博史
キーワード：呼吸仕事量，横隔膜運動，RSBI，人工呼吸器離脱

Ⅰ．自発呼吸とはに進行すると、左心不全により肺水分量が増大し、肺胞虚脱を起こしやすくなり、呼吸仕事量自体も増大す

自発呼吸は延髄にある呼吸中枢からの刺激によってる 2）。また、これらのストレスにより内因性のカテコ始まる。延髄から出力された信号は横隔神経や脊髄・ラミンが放出され、不整脈を誘発する。このように強肋間神経を介して呼吸筋に伝わり、吸気が開始される。

い呼吸努力には左心不全や呼吸不全を誘発する可能性

自発呼吸を調節する主な 3 つの構成要素は、①呼吸に関する情報を収集し、中枢に入力する受容器（化学・伸展受容器）②情報を調整し、インパルスを効果器へと出力す
る脳の中枢調節器（橋・延髄・皮質）③換気を実行する効果器（呼吸筋）が考えられる。逆に、自発呼吸を抑制した場合（鎮静薬や人工呼吸による過剰なサポート）、数時間の人工呼吸であっても人工呼吸誘発性横隔膜機能不全を発症し、筋原線維の損傷と萎縮を引き起こす可能性があり 3）、適度な自発呼吸を温存しておくことも重要である。

である。このうち①に関して、化学受容器を介して低自発呼吸を評価するうえで注意しなければならない

酸素血症や高二酸化炭素血症およびアシドーシスが呼のは、一定の条件下（評価には安静臥位もしくは安静吸に影響するほか、間質性肺炎や肺水腫では肺毛細血坐位）で評価することである。呼吸はバイタルサイン

管近傍受容器により浅く早い呼吸に、運動時には関節の中でも唯一随意調節が可能であり、容易に変動する。

や筋肉の受容器によって換気量が増大するなど、様々

なるべく一定の条件で 1 点のみではなく、繰り返し評な調節が存在する 。呼吸不全に陥った場合には、こ価していく必要がある。

1）の呼吸調節系により病態を代償するため、呼吸数や換気量、換気様式が変化する。

Ⅱ．自発呼吸のモニタリング

では、なぜ詳細な自発呼吸の評価が必要なのか。強ここでは患者の自発呼吸をモニタリングできる指標

い努力呼吸を患者が呈する場合、初期では多大な換気についてまとめる。複数の指標を組み合わせて、呼吸量によって血液ガスは正常に保たれることが多い。し不全の早期発見・早期介入を行うことで予後改善につかしながら、血液ガス分析が保たれているからといっながる可能性がある。これらの指標は自発呼吸の評価て努力呼吸を放置した場合、強い吸気努力は胸腔内圧から、呼吸サポートの必要性や人工呼吸器離脱の評価を低下させ、左心系の前・後負荷を増大させる。さらに応用できる。

岡山大学病院158

麻酔科蘇生科

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人工呼吸

1．呼吸数

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①非侵襲的に呼気中の二酸化酸素を測定するカプ

呼吸数は患者の評価において、我々が最も頻用する指標の 1 つである。なぜなら、呼吸数の測定が簡便かつ患者の状態を直接的に反映するからである。呼吸数ノグラフィーによる評価②呼吸流速を感知する音響トランスデューサー付
きのアコースティック呼吸センサーは二酸化炭素の貯留以外に、乳酸蓄積を含む代謝性アなどが臨床応用されている。Mimoz らによればどちシドーシスや心不全、そして精神的な要因でも増加すらも高い精度で呼吸数を示す 8）ことが報告されている。

る。よって呼吸数自体は呼吸に限らず患者の容態変化の初期のサインであり、様々な病態の増悪を予見でき2．一回換気量る可能性がある。Lynn らは敗血症や肺塞栓、うっ血一回換気量も呼吸調節系によりコントロールされ、性心不全などの臨床経過において SpO2 低下を示す前呼吸数や呼吸パターンとともに大きく変化する。安静に代償性の頻呼吸が見られること 4）を示唆している。

時の基準値は理想体重あたり 6 ～ 8mL 程度である。

呼吸数をモニタリングすることで重篤な状態に移行す

少なすぎると死腔率の上昇のため換気効率が低下し、る前に察知し、対応することができる。また、それ以多すぎると肺・胸郭の拡張に必要な呼吸仕事量が増大外にも多くの症例において急変する前に頻呼吸が先行する。肺胸郭コンプライアンスと気道抵抗によって、す る こ と が 示 さ れ て お り 、rapid response team

呼吸仕事量を最適化する呼吸パターンが存在する（図（RRT）の要請基準にも呼吸数が採用されている。

1）9）。このとおり呼吸数、そして一回換気量のバラン

5）呼吸不全症例においても呼吸数増加は多くの場合状態悪化を示し、患者の予後判定において重要な項目である。非侵襲的陽圧換気（noninvasive positive pressureventilation：NPPV）成否の予測因子の 1 つスは非常に重要であり、人工呼吸離脱時の指標としても利用されている。
Yang らは人工呼吸器離脱において、離脱成功を予であり、人測する様々な因子について検討した 10）。彼らは一回工呼吸器離脱時の spontaneous breathing trial（SBT）

換気量の他に、分時換気量、呼吸数、最大吸気力、コの開始基準および成功基準 7） としても重要な因子でンプライアンス、PaO2/FIO2、そして呼吸数（/分）をある。表 1 に人工呼吸器離脱時の予測因子を示す。

一回換気量（L）で除した値である浅速呼吸指数（rapid6）では実際にどの程度であれば、問題とすべきか。成shallow breathing index：RSBI） の 検 討 を 行 っ た。

人を対象とした研究の場合、呼吸数 30/分を閾値とす

人工呼吸離脱に際して RSBI が最も優れた予測因子でる研究が多く、25/分以上では要注意、30/分以上の場あり、感度・特異度から算出される receiver operating

合には精査および治療介入の必要がある。また、呼吸characteristics（ROC）－area under the curve（AUC）

数は年齢によって大きく異なるため、そのことも考慮は 0.89 と最高値であった。加えて様々な指標の中、に入れなければならない。

ROC－AUC が 2 番目に高かったのは一回換気量（0.87）《測定方法》であった。その後も RSBI は人工呼吸器離脱成功のカ

胸腹部の上下運動の診察により簡便に測定可能であットオフ値：105 未満が臨床・研究において使用されるが、継続的な測定は限界がある。最近では非侵襲的ている。また、ある成人モデル（分時換気量：4L）にに呼吸数を連続的に測定できる装置として、2 つの方

おいて RSBI が 37 ～ 59 で呼吸仕事量の最小値を示し、法が存在する。

60 以上に上昇すると仕事量が飛躍的に上昇する 11）と
表1

人工呼吸器離脱の予測因子

人工呼吸器からの情報

人工呼吸器以外の情報

・最大吸気圧・酸素化（PaO2/FIO2）・分時換気量・呼吸数・一回換気量・重症度スコア（APACHE Ⅱ，SOFA）
・Rapid shallow breathing index（RSBI）
・肺コンプライアンス
・気道閉塞圧（P0.1）
・呼吸仕事量November 30, 2015

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Okahara S, et al

呼吸仕事量

正常

高気道抵抗

弾性抵抗上昇合計合計MIN

合計
弾性弾性

図15弾性

MIN気流

気流

0MIN

10 15 200気流

5 10 15 20
呼吸数（／分）05

10 15 20

肺・胸郭条件に応じた呼吸仕事量の変化と呼吸数との関係（文献 9 から改変）

呼吸仕事量は気流抵抗と弾性抵抗の成分に分かれ、仕事量を最小にする呼吸数が存在する。
弾性抵抗が上昇した場合には呼吸数を増やして、高気道抵抗の場合には呼吸数を減らして呼吸仕事量を減少させる。の報告があり、それらの値を目安に患者の呼吸負荷を呼気終末に吸気弁を閉塞し、吸気開始から 0.1 秒後の評価することができる。

気道内陰圧を測定する。いくつかの論文では、人工呼吸器離脱の予測因子として最も信頼性が高く、成否の3．呼吸中枢の興奮度

閾値は 3.5cmH2O であると報告されている 13）。

呼吸中枢は延髄に存在し、呼息ニューロン・吸息ニューロン群がネットワークを形成し、周期的に活動電位が発生することで、呼吸のサイクルを管理している。

4．食道内圧臨床において食道内圧を測定することの意義は、また、大脳皮質からの信号も受けており、随意的にあ①呼吸仕事量の算出る程度コントロールできる。これらすべての信号は橋②経肺圧の測定に存在する呼吸調節中枢にて統合され、肺・胸郭・筋の 2 点である。自発呼吸中の患者に対して呼吸仕事量肉からの情報を受け、最終的に呼吸神経活動として発を測定するためには胸腔内圧が必須である。胸腔内圧射される 。呼吸筋へは神経を介して、収縮の命令がは食道内圧に近似することができ、吸気における食道活動電位として届けられるが、その収縮の強さは活動内圧と肺気量の変化に加えて、胸郭コンプライアンスする筋線維の数に比例し、それは活動電位の強さと頻から呼吸仕事量を算出することができる 14）。臨床的度によって決定される。そして最終的に胸郭および肺には機能的残気量位での胸腔内圧を基準として、そのの拡張、吸気の強さに反映される。また、呼吸中枢は変化分より算出する。非挿管状態での基準値は 0.3 ～中枢および末梢に存在する受容器からフィードバック

0.6J/L15）と報告されているが、呼吸不全の指標としてを受ける。の一定の見解はないため、絶対値だけではなく、経時

9）

このような複雑なシステムの根幹となる呼吸中枢か的な変化を見る必要がある。

らの活動電位を、臨床において直接的に抽出するのはまた、人工呼吸管理中では気道内圧と食道内圧を同不可能である 12）。我々はこの呼吸中枢の興奮をその時に測定することで、経肺圧（＝気道内圧－胸腔内圧）末端である呼吸数や換気量で評価するのみであった。

を測定でき、呼吸器を設定するうえで有効である。努しかしながら中枢の信号という点では横隔膜電位

力呼吸の症例において、プラトー圧がたとえ 20cmH2O（electrical activity of diaphragm：Edi） を 介 し て 評であったとしても、吸気時の胸腔内圧が－20cmH2O価することに期待が持たれている。

であった場合には経肺圧は 40cmH2O となり、肺障害その他に呼吸中枢の出力を示す指標として、P0.1 が挙げられ、呼吸負荷に対する呼吸中枢の反応を示す。

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November 30, 2015の可能性が高くなる。このような症例では食道内圧を計測する価値がある。

人工呼吸

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《測定方法》

NAVA は横隔膜の活動電位をもとに換気補助を行い、バルーン付きチューブを食道下部 1/3（食道内の心患者と人工呼吸器の同調性を改善する。Edi ＆ NAVA

臓の裏側辺り）に留置し、バルーンを空気で満たしては同調性だけではなく、最近では Edi 自体を呼吸中枢測定する。カテーテルが胃内にあれば、自発吸気時にの興奮度の指標として臨床応用しようとする動きもある。

は陽圧を示す。胃内まで挿入し、徐々に抜いて胸腔内

Edi の強弱や経時的な変化が我々に提供してくれるに入ると吸気時に陰圧に変化する。最終的には胸部レ情報は、以下の 3 点である。
・呼吸回数

ントゲンにて位置の確認を行う。

・呼吸パターンや呼吸努力の強さ（横隔膜の興奮度）
5．横隔膜運動と肋間筋運動・神経換気効率（Edi に対する一回換気量）

安静時には次の 3 パターンの呼吸が認められる。
・腹式呼吸：横隔膜による上腹部と下部胸郭の運臨床における Edi 評価に関する報告は限られている。人工呼吸離脱失敗群で抜管前の Edi が有意に高値であったと示されている 20）。また絶対値だけでなく、動・胸式呼吸：肋間筋による上部胸郭の運動

SBT 開始前から T ピースに変更後の Edi の急上昇が・胸腹式呼吸：胸式・腹式両方が組み合わさった呼吸器離脱失敗と関連しているとも報告されてい運動る 21）。我々も人工呼吸患者に Edi モニタリングを行

呼気は肺と胸郭の弾性によって受動的に戻る。呼吸っているが、呼吸負荷と連動しているように思われる不全では努力性胸式呼吸であることが多く、呼吸補助（図 2）。Edi 値の基準値としては健常者で 10μV、COPD筋（胸鎖乳突筋や中斜角筋）の緊張亢進、吸気時の鎖では 20 ～ 30μV が目安であり、安静時においてこれ骨上窩陥凹、奇異性呼吸などを認める。中でも胸腹部を大きく逸脱する症例や継続的な Edi 上昇は呼吸不全

非同期運動は、呼吸不全時の定性的な評価項目としての増悪を示唆する所見として注意すべきである。しか使用されているしながら Edi 自体が専用カテーテルの位置や鎮静、中。

16）

適切な横隔膜の運動は自発呼吸において非常に重要であり、超音波を用いた横隔膜機能の評価が試みられ枢神経系の異常などの影響を受け、その評価は他の指標との組み合わせで考える必要がある。ている。定量的に吸気・呼気の横隔膜の厚みの変化《測定方法》（delta diaphragm thickness：Δtdi） を 測 定 し た り、専用の電極付き胃管カテーテルを使用し、経食道的吸気・呼気での横隔膜の移動距離を測定する。人工呼に Edi を測定する。深さの目安は鼻から耳、耳から剣吸器離脱においてこのΔtdi と RSBI を比較した論文

状突起までの距離を参考にして算出される。最終的にでは、抜管成功に対するΔtdi（30％以上をカットオフ）

は電極からの心電図波形を参考にして調節を行う。の感度が 88％、特異度が 71％と非常に高い特異度を我々の施設では、人工呼吸器離脱困難症例では抜管前示した。その研究での RSBI（105 未満をカットオフ）

から Edi を測定し、さらに抜管後 24 時間は Edi モニの感度は 87％、特異度は 33％であったタリングを継続し、呼吸状態の評価の参考としている。

。Δtdi は17）

簡便さでは RSBI に劣るが、特異度の高さから今後の可能性が期待されている。

Ⅲ．まとめ

自発呼吸をモニタリングするためのツールも技術の6．横隔膜電位（Edi）進歩とともに増加しており、様々な角度からより正確

Edi の歴史は Sinderby らのチームが 1998 年に専用に評価できるようになってきている。ただ、自発呼吸の経鼻胃管を用いて Edi を測定したことに始まり、健常の評価をただ 1 つの指標のみで完全に行えるものはい者と慢性閉塞性肺疾患（chronic obstructive pulmonary

まだ存在しない。呼吸不全をより早期に発見するため

diseases：COPD）症例での電位差を報告したに様々な指標を複合的に評価し、より正確に把握し重。その18）

翌年に彼らは Edi を応用した神経制御の人工呼吸モードを発表した。この概念をもとに neurally adjusted症化を未然に防ぐ必要がある。

19）

ventilatory assist（NAVA）が開発されることとなった。

本稿の全ての著者には規定された COI はない。

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Okahara S, et al

PEEPウィニング前の画面

図2

PEEPウィニング後の画面

呼吸器設定に応じた横隔膜電位（Edi）の変化

NAVA モードで補助換気施行中。自発呼吸を Edi にて感知し、補助換気。
呼吸器設定をウィニングしていく過程で、PEEP 減量後に呼吸努力を認めた。それに伴い、Edi の上昇を確認。PEEP を戻すことで、低下した。

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