人工呼吸◉原

Jpn J Respir Care 2017；34：162-71

著◉

吸気流量の増加を伴う頻呼吸時における吸気筋活動の評価法の検討―表面筋電図を用いた実験的観察研究―

関口浩至 1, 2）・登川雅子 3）・近藤

豊 2）・花城和彦 4）・久木田一朗 2）

キーワード：頻呼吸，吸気筋，表面筋電図，吸気流量，平均二乗平方根

要旨

頻呼吸は呼吸仕事量の増加を示唆する重要な兆候であり、臨床現場で見逃されてはならない呼吸状態の 1 つである。呼吸仕事量の評価のためには呼吸数の計測が定量的方法の 1 つであるが、頻呼吸の際に呼吸補助筋の収縮が出現する場合は、呼吸補助筋の活動度も呼吸仕事量を推測する指標となる。健常成人男性をマスク式人工呼吸器装着
下で吸気流量の増加を伴う実験的な頻呼吸状態とした。斜角筋、胸鎖乳突筋および外肋間筋の筋収縮レベルを分析するために、表面筋電図信号を平均二乗平方根（root mean square：RMS）を用いて定量化した。回帰分析による解析では吸気流量と RMS の間には正の相関関係が認められた。吸気時間 1.2 秒の時と比較して吸気時間が 0.4 秒まで短縮すると RMS は斜角筋で約 5.1 倍、胸鎖乳突筋で約 4.6 倍、さらに外肋間筋で約 3.5 倍に増大した。実験的な条件下ではあるが、頻呼吸時の吸気筋活動を表面筋電図測定によって定量的に評価することができた。

随して呼吸補助筋などの収縮が出現する努力性呼吸 7）

Ⅰ．は じ め にでは筋収縮レベルの変化も頻呼吸中の呼吸仕事量を推頻呼吸は呼吸仕事量の増加を示唆する重要な兆候の測する補足的指標となるが、定量的評価法としては検1 つであり 、臨床現場で見逃されてはならない呼吸状証が必要であろう。筋収縮は運動単位の動員（recruit-

態の 1 つである。一回換気量が増加すると弾性収縮力

ment）と発火頻度（rate coding）によって調節されてに抗する仕事量が増大する。一方で、呼吸数が多く吸おり、その活動電位を示す筋電図には当然発揮される気流量が増加するほど気道抵抗に抗する仕事量も増大

パワーの大きさが反映される。特に表面筋電図は比較する。コンプライアンスの低下した患者では、分時換的非侵襲であり、一定時間における筋電図信号の平均気量の増大など呼吸仕事量が比較的増加する状況に対パワーを表わす平均二乗平方根（root mean square：

して、浅く速い呼吸が観察されることもある。しかRMS）8, 9）を筋活動の分析に用いることで、頻呼吸中のしながら、呼吸数がさらに増加していくと、気道抵抗

吸気筋活動の定量的評価手段となり得るため、将来的などの影響でさらに呼吸仕事量が増大する 4）。呼吸仕な臨床応用が期待できる。本研究の目的は、健常成人

事量の評価には呼吸数の計測が簡便で定量的な方法の男性を対象として、斜角筋、胸鎖乳突筋および外肋間

1 つであるが、どの程度の呼吸回数増加が呼吸仕事量筋の表面筋電図を計測し、呼吸数の増大による吸気流の増大につながるのかは明確ではない 5, 6）。頻呼吸に付量の増大が、筋収縮活動の変化として定量的に評価で

1）

2, 3）

1）社会医療法人友愛会豊見城中央病院 集中治療室
2）琉球大学大学院医学研究科 救急医学講座
3）社会医療法人友愛会豊見城中央病院 検査科
4）琉球大学大学院医学研究科 衛生学・公衆衛生学講座［受付日：2017 年 2 月 3 日 採択日：2017 年 9 月 11 日］

162

November 30, 2017

きるのかを検証することである。

人工呼吸

Jpn J Respir Care Vol.34 No.2

Ⅱ．対象と方法
1．対象
定期的にスポーツを行っている非喫煙の成人男性ボ

a

b

c

ランティア 22 名を対象とした。被験者にはマラソン、野球そしてサッカーなどの競技者が含まれており、実験を遂行するために高い負荷の実験条件に耐える被験者を選定した 10）。被験者には肺気腫、気管支喘息、気胸、過換気症候群、狭心症そして心筋梗塞などの呼吸器・循環器疾患の既往はなく、呼吸機能検査にて呼吸d

機能障害がないことを確認した。
Fig. 1

2．倫理的配慮
被験者には実験内容に関して説明し、同意を得た。
本研究は社会医療法人友愛会、豊見城中央病院倫理委
員会（承認番号：R018）の承認を得た。
3．実験体位と機器

Locations of the electrodes placed on the bodysurfacea：Reference electrode on the acromion. b：the right middle
scalene muscle. c：the right sternocleidomastoid muscle. d：theexternal intercostal muscle in the eighth intercostal space.

電計には Viking Quest version 12（CareFusion，USA）

実験時の体位はベッド上ファーラー位（45 度）としを使用した。入力インピーダンスは 200MΩ、同相信号

た。換気マスクは呼気ポートなしのフルフェイスマス

除去比は 110dB、ハムフィルターはオフとした。16bit

クをヘッドギアにて確実に被験者の頭部に固定し、人の A/D コンバータを用いて最大サンプリング周波数

工呼吸器（ニューポート TM HT-70；Newport Medical，

100kHz、バンドパスフィルターは 20Hz ～ 3kHz でデUSA）に接続した。人工呼吸器は自発呼吸モードとし、ータを記録した。

設定圧支持換気（pressure support ventilation：PSV）と呼気終末陽圧（positive end-expiratory pressure：

4．実験手順PEEP）はゼロとした。吸気時の筋電図の信号を増大

被験者にマスクと電極を装着後、メトロノームのリさせる目的で圧トリガーはこの機種で最も感度の低い

ズムに合わせて吸気と呼気のタイミングを被験者に口9cmH2O に設定した11）

頭で指示した。メトロノームのリズムは 18 回 / 分から

生は吸気トリガーランプの点灯で確認した。

最大 50 回 / 分まで 2 回ずつ増加させた。1 つの呼吸リ。マスク内の自発呼吸努力の発Fig. 1 に筋電図測定部位を示す。斜角筋間溝に超音波ズムの測定と次の測定との間は約 20 秒間メトロノーム

エコープローベ（7.5-MHz linear probe）を置き胸鎖乳を止め、安静呼吸をさせた。新しい測定に入る前には突筋を避けながら右中斜角筋と右後斜角筋を同定し12）、必ず被験者の疲労感や気分不良の自覚、口唇や指の痺

その直上の皮膚に表面電極（20mm diameter，silver/

れの有無を確認した。自覚症状がある場合や被験者自silver chloride，Natus ；Natus Neurology，USA）を身が何らかの理由で実験の中止を訴えた場合には実験貼付した。胸鎖乳突筋用の電極は甲状軟骨から約 5cm

はすぐに中止することとした。必要ならば実験室と同外側の筋直上の皮膚に貼付した 11）。外肋間筋用の電極

じフロア内にある救急外来の施設が利用できる体制下は右前腋窩線上の第 8 肋間に貼付した 13）。電極間インで実験を行った。吸気時間は 1.2 秒（18 回 / 分）からピーダンスが可能な限り低くなるように擦過パウダー

0.05 秒ずつ短縮し、50 回 / 分のリズムでは 0.4 秒となを用いて皮膚を研磨した。電極間距離は 2cm とし、電った。計測は 10 呼吸を 1 行程とし、測定時間は呼吸数

極はビニールテープで固定し、不関電極の位置は右肩の増加とともに短縮し 18 回 / 分のリズムでは 36 秒間、峰とした。実験開始前に筋電図の基線のノイズが著明

最終 50 回 / 分では 12 秒間となった。吸気のタイミン

な場合は再度、皮膚研磨を実施し電極を貼り直した。筋グが安定してくる 5 呼吸目から約 5 秒間、筋電図と心®

November 30, 2017163

Sekiguchi H, et al

電図波形を記録した。人工呼吸器の画面に表示された

平均±標準偏差（中央値）で示した。呼吸数 18 回 / 分

10 呼吸の平均値を一回換気量とした。実験プロトコーと 50 回 / 分時の一回換気量、吸気流量および RMS のルは最終段階である 50 回 / 分の呼吸数に達するか、上比較には Wilcoxon 符号順位検定を用いた。また、各被記のような自覚症状が出現し実験が中止するまで継続

験者において、吸気流量（L/ 分）と斜角筋、胸鎖乳突した。

筋ならびに外肋間筋の RMS（μV）の関係を回帰分析

筋電図データの解析方法はコンピュータに保存されを用いて解析した。決定係数（R2）が 0.7 以上の場合

た筋電図信号のうち 5 秒間の筋電図信号を筋電計に搭に強い相関があると判断した。p は 0.05 以下を有意と載された解析システムを用いて RMS（μV）として定した。

量化した。吸気流量（L/ 分）を一回換気量と吸気時間Ⅲ．結から算出した。呼吸数 18 回 / 分と 50 回 / 分について、
斜角筋、胸鎖乳突筋および外肋間筋の RMS（μV）値、

果

1．被験者の特性ならびに一回換気量（mL）、吸気流量（L/ 分）を比較

被験者の平均年齢は 32±7 歳、身長、体重そして肺した。さらに、呼吸数 18 回 / 分（吸気時間 1.2 秒）時

活量はそれぞれ 170±8cm、68±8kg、4,576±658mL での斜角筋、胸鎖乳突筋ならびに外肋間筋の RMS を基あった（Table 1）。22 名中 20 名は実験プロトコールを準として、各呼吸数における RMS の比率を求めた。

完遂した。2 名の実験中止理由はマスク装着の圧迫感に耐えられないことであり、ともに健康を損なう有害5．統計解析

事象はなかった。吸気時間を 0.05 秒ずつ短縮させなが

年齢（歳）、身長（cm）、体重（kg）、肺活量（mL）

ら、呼吸数を 18 回 / 分から 50 回 / 分まで増加させたは平均±標準偏差で、一回換気量（mL）、吸気流量（L/

際の吸気呼気比は最短 1：1.2 から最長 1：2 の間で変分）
、斜角筋、胸鎖乳突筋、外肋間筋の RMS（μV）は化した。筋電図の生データを Fig. 2 に示した。

Table 1

Subjects’ characteristics and results of pulmonary function tests

Subject
numberAge（years）

Height（cm）

Weight（kg）

Type of Sport

VC
（L）

VC％

FEV1.0％

1

46

173

73

Marathon

4.45

114

83

2

29

168

67

Baseball

4.26

104

90

3

40

167

61

Soccer

4.3

111

82

4

25

153

59

Weight-lifting

3.78

100

89

5

41

155

62

Boxing

3.47

97

93

6

22

171

64

Marathon

4.65

108

85

7

26

173

72

Baseball

4.52

106

94

8

34

175

80

Baseball

4.69

113

84

9

22

170

65

Marathon

3.91

91

97

10

27

167

65

Baseball

4.45

109

90

11

27

169

58

Marathon

4.62

111

88

12

27

180

77

Marathon

5.9

133

94

13

32

172

63

Soccer

4.79

116

78

14

29

167

65

Baseball

4.42

109

87

15

24

163

67

Baseball

3.65

90

92

16

46

165

61

Cycling

4.56

123

77

17

28

166

74

Soccer

4.67

115

84

18

32

172

62

Soccer

4.65

112

92

19

41

182

80

Boating

5.82

139

83

20

34

185

82

Basketball

5.95

135

89

VC, vital capacity；VC％, vital capacity％；FEV1.0％, forced expiratory volume in 1.0 s（％）

164

November 30, 2017

人工呼吸

A

B

I

Jpn J Respir Care Vol.34 No.2

C

E

I

E

I

1

2
3
［second］

E

500

［μV］

0
−500
500
0
−500
500
0
−500

0

1

2

3

4

5 0

Fig. 2

4

5 0

1

2

3

4

5

Representative raw EMG data

EMG data of the scalene（the second row）, sternocleidomastoid（third row）, and external intercostal（bottom row）muscles withelectrocardiogram（ECG）data（top row）. Respiratory rhythm at（A）18 breaths/min,（B）30 breaths/min, and（C）50 breaths/min.
（I）the inspiratory phase,（E）the expiratory phase. The vertical line represents the root mean square（RMS in μV）of the EMG.
The horizontal line represents the time（s）. Amplitude and frequency（firing rate）of EMG signal is related to the magnitude ofmuscle force. Amplitude and frequency（firing rate）of EMG signal increased with the rise of the respiratory rhythm.

2．換気量と吸気流量（吸気時間 1.2 秒）の時の RMS を 1 とした場合の RMS

Fig. 3 には呼吸数が 18 回 / 分と 50 回 / 分時の一回の比率の変化を示す。呼吸数 50 回 / 分（吸気時間 0.4

換気量と吸気流量の比較結果を示した。呼吸数 18 回 /秒）では筋電図の信号は斜角筋で約 5.1 倍、胸鎖乳突筋

分では一回換気量が 916±165（927）mL であったのにで約 4.6 倍そして外肋間筋で約 3.5 倍に達した。Table

対して 50 回 / 分では 480±70（482）mL であった（p2 に各被験者の斜角筋、胸鎖乳突筋ならびに外肋間筋＜0.0001）。一方、呼吸数 18 回 / 分の吸気流量は 45±9の吸気流量と RMS の回帰分析の結果を示した。斜角筋（47）L/ 分であったのに対して 50 回 / 分では 72±10では 16 名の被験者の R2 が 0.7 以上を示した。胸鎖乳（72）L/ 分であった（p＜0.0001）。

突筋と外肋間筋では 11 名が R2≧0.7 を示した。Fig. 5は代表例として 3 名（被験者 1、11、15）の吸気流量

3．平均二乗平方根（root mean square：RMS）と RMS の関係をグラフに示した。被験者 1 と被験者

呼吸数 18 回 / 分における斜角筋の RMS は 86±58

15 では吸気流量と RMS の間に強い正の相関を認めた。

（76）μV であり、50 回 / 分では 349±185（307）μV

これに対して被験者 11 では吸気流量と RMS の関係をであった。一方、胸鎖乳突筋では呼吸数 18 回 / 分で示すプロットのパターンが異なっていた。

103±61（74）μV、50 回 / 分では 406±158（371）μVであった。外肋間筋では呼吸数 18 回 / 分で 39±25（28）Ⅳ．考察

μV、50 回 / 分では 109±67（90）μV であった。各吸気

実験的に作られた吸気流量の増大を伴う呼吸数増加

筋の RMS は呼吸数 50 回 / 分の時のほうが 18 回 / 分のの際の斜角筋、胸鎖乳突筋ならびに外肋間筋の活動変時よりも有意に増加した（p＜0.0001）。Fig. 4 に斜角筋、化を表面筋電図を用いて評価することができた。また、

胸鎖乳突筋ならびに外肋間筋について呼吸数 18 回 / 分

各吸気筋の活動レベルを変化率として定量的に評価す

November 30, 2017165

Sekiguchi H, et al

1,200

1,000

100

Volume［mL］

800

80
70

600

60
50

400

40
30

200

Inspiratory ﬂow［L/min］

90

20
10

0

18［per min］
1.2［s］

50［per min］
0.4［s］

18［per min］
1.2［s］

50［per min］
0.4［s］

0

600

500

RMS［μV］

400

300

200

100

0

Fig. 318［per min］ 50［per min］ 18［per min］ 50［per min］ 18［per min］ 50［per min］
1.2［s］
1.2［s］
0.4［s］
1.2［s］
0.4［s］
0.4［s］
Scalene muscle
Sternocleidomastoid muscle
External intercostal muscle

Comparisons of tidal volume, inspiratory flow and RMS values in 18 and 50 breaths/min

Comparisons of tidal volume（mL）（left bars graph）and inspiratory flow（L/min）（right bars graph）measured at
18 and 50 breaths/min（inspiratory times of 1.2 and 0.4 s）, respectively（upper panel）. Comparisons of root meansquare（RMS）values measured at 18 and 50 breaths/min（inspiratory times of 1.2 and 0.4 s）in the scalene muscles（left bars graph）, sternocleidomastoid muscles（middle bars graph）, and external intercostal muscles（right bars
graph）, respectively（lower panel）. The differences in the medians are significant at P＜0.0001, measured using the
Wilcoxon signed rank test, respectively.

166

November 30, 2017

人工呼吸

8

Jpn J Respir Care Vol.34 No.2

Scalene muscles

7
6
Ratio

5
4
3
2
1
0

18
20
（1.2）
（1.15）

8

30
40
（0.9）
（0.65）
Respiratory rhythm［per min］
（Inspiratory time［second］
）

50
（0.4）

Sternocleidomastoid muscles

7
6
Ratio

5
4
3
2
1
0

18
20
（1.2）
（1.15）

8

30
40
（0.9）
（0.65）
Respiratory rhythm［per min］
（Inspiratory time［second］
）

50
（0.4）

External intercostal muscles

7
6
Ratio

5
4
3
2
1
0

18
20
（1.2）
（1.15）

Fig. 430
40（0.9）（0.65）
Respiratory rhythm［per min］
（Inspiratory time［second］
）

50
（0.4）

‌ hanges in RMS ratios with increasing respiratory rhythm and progressive shortening of theCinspiratory time

Changes in root mean square（RMS）ratios with increasing respiratory rhythm and progressive shorteningof the inspiratory time in the scalene muscles（upper panel）, sternocleidomastoid muscles（middle panel）,
and external intercostal muscles（lower panel）. The vertical line represents the ratio of RMS values relative
to that at 18 breaths/min and 1.2 s inspiratory time. The horizontal line represents the respiratory rhythm（per min）and the inspiratory time（s）.

November 30, 2017167

Sekiguchi H, et al

Table 2
Subject
numberResults of regression analysis between inspiratory flow and RMS

Scalene muscle
R2

F-testt-value

Sternocleidomastoid muscle
p-value

R2

F-testt-valuep-value

External intercostal muscle
R2

F-testt-valuep-value＜.00011

0.98＜.000129＜.00010.96＜.000118＜.00010.84＜.0001920.76＜.00017＜.00010.93＜.000115＜.00010.5

0.000840.000830.85＜.000110＜.00010.95＜.000117＜.00010.82＜.00019＜.000140.86＜.000110＜.00010.82＜.00019＜.00010.84＜.00019＜.000150.76＜.00017＜.00010.71＜.00016＜.00010.76＜.00017＜.000160.8＜.00018＜.00010.81＜.00018＜.0001

0.05

0.21

1

0.21

7

0.66

＜.00015＜.00010.55

0.001440.00140.61

0.000650.000680.78

0.000380.00030.66

0.000150.00010.8＜.00017＜.000190.93＜.000115＜.0001

0.4

0.005

3

0.005

0.37

0.008

3

0.008

10

0.97

＜.000122＜.00010.98＜.000125＜.00010.88＜.000110＜.000111

0.69＜.00016＜.00010.69＜.00016＜.00010.68＜.00016＜.0001120.93＜.000114＜.00010.63＜.000150.00010.88＜.000111＜.0001130.79＜.00018＜.0001

0.47

0.002

4

0.002

0.82

＜.00018＜.0001140.95＜.000118＜.00010.62

0.000150.00010.96＜.000120＜.000115

0.93＜.000114＜.00010.9＜.000111＜.00010.97＜.000120＜.000116

0.96＜.000119＜.00010.94＜.000114＜.0001

0.13

0.11

2

0.11

17

0.91

＜.000113＜.00010.93＜.000114＜.0001

0.14

0.08

2

0.08

18

0.48

＜.00014＜.0001

0.32

0.01

3

0.01

0.4

0.004

3

0.004

19

0.95

0.0014180.00140.89＜.000112＜.00010.92＜.000113＜.000120

0.25＜.00013＜.0001

0.15

0.07

2

0.07

0.21

0.04

2

0.04

R , coefficient of determination；F-test, p-value based on F-test；t-value, significance of each explanatory variable；p-value, significanceprobability of each explanatory variable

400
300
200
100
0

A-2
R2＝0.96

40 45 50 55 60 65 70 75 80
Inspiratory ﬂow［L/min］

A-3
R2＝0.84

40 45 50 55 60 65 70 75 80
Inspiratory ﬂow［L/min］

Fig. 5

400
300
200
100
0

400
300
200
100
0

RMS［μV］

B-1
R2＝0.69

40 45 50 55 60 65 70
Inspiratory ﬂow［L/min］

B-2
R2＝0.69

RMS［μV］

RMS［μV］

40 45 50 55 60 65 70 75 80
Inspiratory ﬂow［L/min］

400
300
200
100
0

40 45 50 55 60 65 70
Inspiratory ﬂow［L/min］

B-3
R2＝0.68

40 45 50 55 60 65 70
Inspiratory ﬂow［L/min］

RMS［μV］

400
300
200
100
0

A-1
R2＝0.98

RMS［μV］

400
300
200
100
0

RMS［μV］

RMS［μV］

RMS［μV］

RMS［μV］

2

400
300
200
100
0

400
300
200
100
0

400
300
200
100
0

C-1
R2＝0.93

25

35
45
55
65
Inspiratory ﬂow［L/min］

C-2
R2＝0.9

25

35
45
55
65
Inspiratory ﬂow［L/min］

C-3
R2＝0.97

25

35
45
55
65
Inspiratory ﬂow［L/min］

Correlation of inspiratory airflow with RMS values

Correlation of inspiratory airflow（L/min）with RMS values（μV）in Subject 1（A-1, A-2, and A3）, Subject 11（B-1, B-2, and B3）, andSubject 15（C-1, C-2, and C3）. Inspiratory flow vs. root mean square（RMS）value for the scalene muscles（Top：A-1, B-1, and C-1）,
sternocleidomastoid muscles（Middle：A-2, B-2, and C-2）,and external intercostal muscles（Bottom：A-3, B-3, and C-3）,respectively.
R2 indicates coefficient of determination.

168

November 30, 2017

人工呼吸

Jpn J Respir Care Vol.34 No.2

ることができた。頻呼吸時のように吸気流速が速くな

可能性、②筋肉への負荷が大きくなる場合に運動ニュ

る場合には気道抵抗に逆らって肺内に空気を吸い込むーロンと支配筋線維からなる運動単位のうち、筋繊維

ためには吸気筋は強く、速く収縮する必要がある。表量が多く発生張力が大きいものが動員されていく可能面筋電図を用いることで、この吸気筋の収縮を RMS 増性（サイズの原理）24, 25）がある。特に本研究では吸気大として評価することができる。ベッドサイドでは、流量の増加に対してサイズの大きな吸気筋の速筋線維

人工呼吸器からの離脱時に PSV を漸減させていく過程が動員された可能性 19, 26）が大きいと考えられる。また、や spontaneous breathing trial（SBT）施行時に頻呼他の骨格筋の研究では漸増負荷運動中に RMS が増加

吸となった場合に呼吸補助筋の活動度を RMS の変していく途上で、大きなサイズの運動単位の動員と乳化を用いて客観的に評価することができる 11）。人工呼酸産生に関わる嫌気性代謝の関係が示唆されている 18）。

吸器の換気条件を呼吸仕事量を軽減できる至適な設定

Fig. 5 の B1 から B3 に示されるような RMS の急激なとするために、呼吸補助筋の活動を表面筋電図で評価増加では、速筋など比較的大きなサイズの運動単位のすることにも応用できる可能性がある

動員が推測される。呼吸筋活動における嫌気性代謝の

5, 6）。表面筋電図14）による測定は心電図モニタリングと同様に比較的低侵影響については今後の検証が必要であろう 20）。

襲であり、ノイズ除去など課題はあるが、今後有用性

本研究には幾つかの限界がある。第一に本実験の頻を検証できれば、ICU などにおけるモニターの 1 つと

呼吸は自発呼吸ではあるものの、意図された吸気時間なる可能性もある。これまでの研究では換気量や吸の短縮など限定された実験条件のもとで作られたもの

気圧の変化に対する吸気筋の筋電図活動を対象としたであり臨床で遭遇する頻呼吸とは生理学的に異なる可ものが多く、頻呼吸の際の研究は比較的少ない。

能性がある。また、今回の被験者はいずれも若い健常

その理由の 1 つとして、他の骨格筋を対象とした自転

成人男性であり運動競技者でもあった。長期の人工呼車エルゴメーターを用いた漸増負荷運動の例が挙げら

吸管理中の患者と比較すると吸気流量の増加に対するれるが、与えられた実験条件を用いて頻呼吸の研究

吸気筋の耐久性が異なる可能性がある。長期の人工呼の追試を試みると、有用なデータを得るためには、特吸管理や過剰な人工呼吸条件設定により呼吸筋の萎縮

殊な実験機器やデータ分析のための鍛錬を積んだ評価

や筋線維タイプの変化などが生じた場合には、健常成者が必要であった。また、頻呼吸を対象とした研究と人と比較して頻呼吸時には、より早期から多くの運動

しては熱を加えることで体温を意図的に上昇させ頻呼単位が動員される可能性もある 27, 28）。第二に本研究で吸を引き起こさせる動物実験 19）が報告されているが、は表面筋電図を用いているため他の隣接する筋肉の影

その手法をヒトに応用するのは難しい点が多い。トレ

響を完全に防ぐことはできない。特に、外肋間筋の筋

ッドミルによる歩行運動負荷時の吸気筋の活動の変化

電図の信号は、内肋間筋収縮の影響を受ける可能性がを評価した研究もあるが、筋電図信号の増加が如何ある。第三に呼吸リズムはメトロノームで指示されてなる要因によってもたらされたのか生理学的な検証はいたが、一回換気量は被験者の吸気努力に依存してお十分ではなく、換気量や吸気流量などとの関係が必ずり一定ではない。本研究では一回換気量が一定ではな

しも確かではない。そこで本研究では DeVries ら

い自発呼吸を定量的に評価するために一定時間におけ

15）

16, 17）

18）

20）

が

21）

報告している間欠的な短い負荷運動を繰り返し実施していく実験手法を用い、グラフ上にプロットされた筋
電図の傾きの変化から吸気筋の発火頻度の増加や運動単位（motor units）動員の評価を試みた。

る RMS の平均値を用いて評価した。

Ⅴ．結語

健康成人を対象に実験的に呼吸数を増やし吸気流量

興味深いのは Fig. 5 が示すように吸気流量と RMS のを増大させ、吸気流量増大時の斜角筋、胸鎖乳突筋な関係は被験者間で異なり、さらには同一被験者であっらびに外肋間筋の活動変化を、表面筋電図を用いて定ても斜角筋、胸鎖乳突筋そして外肋間筋の各吸気筋の量的に評価することができた。

間で同じではなかったことである。その理由としては、①吸気流量の増加に対して呼吸パターンが変化 22, 23）することによって呼吸補助筋や肋間筋の活動に影響した

November 30, 2017169

Sekiguchi H, et alface electromyograms of the scalenes during quiet breath-〈謝辞〉
本研究に被験者として参加してくれたボランティアの方々、そing in humans. Respir Physiol Neurobiol. 2006；150：75-81.

して電気生理学的な知識・技術を指導してくださった京都大学

15） Schmidt M, Chiti L, Hug F, Demoule A, et al：Surface elec-

名誉教授の森谷敏夫先生に深謝いたします。

tromyogram of inspiratory muscles：a possible routine monitoring tool in the intensive care unit. Br J Anaesth. 2011；

本稿の全ての著者には規定された COI はない。

106：913-4.
16） Yokoba M, Abe T, Katagiri M, et al：Respiratory muscle

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November 30, 2017

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人工呼吸

Jpn J Respir Care Vol.34 No.2

Verification of the evaluation method for inspiratory muscle activity during tachypnea with anincrease in inspiratory flow: An experimental cross-sectional study using surface electromyograms
Hiroshi SEKIGUCHI 1, 2）, Masako NOBORIKAWA 3）, Yutaka KONDO 2）,
Kazuhiko HANASHIRO 4）, Ichiro KUKITA 2）
Intensive Care Unit, Tomishiro Central Hospital, Social Medical Care Corporation Yuuai-Kai

1）

Department of Emergency and Critical Care Medicine, Graduate School of Medicine, University of the Ryukyus

2）

Department of Laboratory, Tomishiro Central Hospital, Social Medical Care Corporation Yuuai-Kai

3）

Department of Public Health and Hygiene, Graduate School of Medicine, University of the Ryukyus

4）

Corresponding author：Hiroshi SEKIGUCHI
Intensive Care Unit, Tomishiro Central Hospital, Social Medical Care Corporation
Yuuai-Kai
25, Ueta, Tomigusuku, Okinawa, 901-0243, Japan
Key words：tachypnea, inspiratory muscle, surface electromyogram, inspiratory flow, root mean square
Abstract
Tachypnea is an important indicator that suggests an increase in the work of breathing and is also an indicatorthat should not be overlooked in the clinical setting. Measuring the respiratory rate is one of quantitative method
for evaluating the work of breathing. In addition, when the contraction of accessory muscles accompanies tachypnea, changes in the muscle contraction level are also complementary indicators to estimate the work of breathing
during tachypnea. In this study, tachypnea with an increase in inspiratory flow was experimentally generatedusing a mask-type ventilator attached to healthy male subjects, and the surface electromyographic signals were
quantified using the root mean square（RMS）to analyze the changes in the contraction levels of the scalene, sternocleidomastoid, and external intercostal muscles. Regression analysis revealed a positive correlation between an
increase in inspiratory flow and RMS. When the inspiratory time was reduced to 0.4 s, electromyographic signals
increased by 5.1-fold（scalene muscle）, 4.6-fold（sternocleidomastoid muscle）, and 3.5-fold（external intercostal
muscle）compared with the values at initial measurement（1.2 s）. Therefore, although under experimental conditions, the inspiratory muscle activity during tachypnea could be evaluated quantitatively using surface electromyogram.
Received February 3, 2017
Accepted September 11, 2017

November 30, 2017171