人工呼吸

特Jpn J Respir Care 2013；30：172-5

集

肺保護療法の最適化をめざす

肺保護療法のエビデンスと問題点
藤野裕士
キーワード：人工呼吸関連肺傷害，急性呼吸促迫症候群，肺保護療法

Ⅰ．は じ め に

Ⅱ．肺保護療法で重要な生理学的要素

急性呼吸促迫症候群（acute respiratory distress synd­

1．High stretch injury

rome：ARDS）は、この病態が認識されてから半世紀

人工換気の際に肺胞が過膨張を起こすと機械的傷害が経過しさまざまな基礎 / 臨床研究を通じて病態の理が生じる。大変理解しやすい概念であるが、ヒトで実

1）解や治療法が進歩してきた 。ARDS をはじめとする集際に安全な気道内圧は不明である。傷害は圧そのもの

中治療領域の疾患は患者数が相対的に少なく、個々の患と圧がかかっている時間の両方が関与すると推測され、者の年齢、基礎疾患、合併症、治療のばらつきが多い

小動物ではヒトと同程度の気道内圧でも分単位で傷害こともあり大規模臨床試験によるエビデンスを得ることが起こる 4）。臨床現場では肺傷害患者の人工呼吸の際、は難しい。また ARDS では長らく 1994 年に American-

上限気道内圧は一般的に 30cmH2O とされる。しかしこ

European Consensus Conference（AECC）で策定されの数字は臨床試験によって定められたものではなく、深た診断基準を用いてきたが、診断基準そのものが抱え吸気（total lung capacity）時の気道内圧が 30cmH2Oる問題がある 。ARDS の新診断基準については他項で程度であり、現実的に起こりえる値であるから安全な詳述されるはずであるので、ここで触れることは差しはずだとの仮定に過ぎない。傷害肺の虚脱肺胞に含気控える。ARDS は肺への直接傷害によるもの（primaryを与えるために 30cmH2O 以上の気道内圧を短時間付ARDS）と肺外の炎症が肺へ波及することによるもの

加する肺リクルートメント手技では逆に気道内圧が高（secondary ARDS）の 2 種類に分けられてきた 。しいからと言って必ず肺傷害が生じるわけではない実例

かしながらこの 2 種類の ARDS を同一疾患と扱って良である 5）。

2）3）いのか疑問視されてきた。また診断基準の低酸素血症の定義として PaO2/FIO2（P/F 比）を用いたが、気道

2．Low volume injury

内圧の情報がないため P/F 比と予後が相関しないとい傷害された肺胞はサーファクタント枯渇、炎症によう問題もある。つまり臨床試験の結果がどうであれ対る細胞浸潤 / 浮腫といった病理変化の影響により虚脱し象を変えて追試をした場合、同じ結果が得られない可やすくなることが知られている。虚脱肺胞に人工呼吸を能性がある。こういった問題が根底にあることを前提行うと吸気時に肺胞が含気を回復し呼気時に虚脱するとした上で肺保護療法の生理学的根拠とエビデンスにということが繰り返される。この周期的虚脱 / 再開放について論じたい。

より肺胞組織に構造疲労が起こり肺傷害が進展するこ

大阪大学大学院医学系研究科生体統御医学講座
治療医学教室172

November 30, 2013

麻酔・集中と、肺胞虚脱を呼気終末陽圧（positive end-expiratorypressure：PEEP）で防ぐと肺傷害が軽減するという基人工呼吸

Jpn J Respir Care Vol.30 No.2

礎実験によるデータがある 6）。また虚脱肺胞が存在す

ARDS でも secondary ARDS は primary ARDS よりもると周辺組織に強い牽引力がかかる可能性があること

胸郭コンプライアンスが低いため同一最高気道内圧の場が理論的に示唆されてきた 。こういった生理学的背合は肺にかかる圧は低い。調節呼吸であれば気道内圧景により、虚脱肺胞は存在するだけで肺傷害悪化の原のみを考えれば良いが、自発呼吸が混在する場合は肺因となるため全ての肺胞は全呼吸サイクルにわたり含気を広げる圧は（胸膜圧＋気道内圧）となり評価が著しを保持していなければならないという概念（open lung

く困難になる。補助換気を例にとるとプレッシャーサstrategy）が現れた 。しかし基礎実験結果を解釈す

ポート換気に代表される陽圧換気では十分に換気補助る際には注意が必要である。肺虚脱に関する研究は通を行っている場合、胸膜圧はそれほど大きくなく最高常摘出肺で行われる 6）。摘出肺は呼気時に完全虚脱す

気道内圧を肺保護の指標として用いることができるが、るが、生体肺では胸郭の存在により虚脱を防ぐ方向に気道圧開放換気（airway pressure release ventilation：働く。実際の臨床試験のうち PEEP に関連した試験でAPRV）のように高圧相で換気補助を行わない呼吸器差が出にくいのはこうした要素が関係しているのかも

モードでは最高気道内圧は肺保護の指標には全くならしれない。

ない 13）。APRV については別の項で解説されると思わ

7）8）

れるが、有用性を検討する際には胸膜圧を設定条件あ3．Inspiratory flow
人工呼吸関連肺傷害は基本的に機械的傷害であって肺胞とガスの流れに関連した組織傷害と定義でき、ガスが流れるところに傷害が起こる。すなわち吸気ガスるいは評価項目として加えなければ適切な評価ができない。

Ⅲ．臨床的エビデンスの解釈が肺胞を広げる過程も肺傷害に関係する可能性がある。

既に述べた基礎研究をもとにして臨床でのエビデン動物の系で検討を行うと正常肺に high stretch injury

スと意味を解釈する。いくつかの換気モードに関してを起こす過程で、同一の一回換気量では吸気流速が大は別の項で詳述されると思われるので、重複を避ける

きいほど肺傷害の進展が早いことが示されている 9）。まため基本的要素に注目して解説を試みる。

た、傷害肺を用いた場合、より低いガス流量で肺傷害の進展に影響することも分かっているが 10）、動物の系

1．低一回換気量

では検討時間が短いため通常用いられる換気量でガスARDS ネットワークにより低一回換気量による生命流量が肺傷害に影響するかどうかの証拠は得られてい予後に対する有効性を示した無作為臨床試験（rando­ない。

mized controlled trial：RCT）により保護的換気法に高頻度振動換気法（high frequency oscillatory ventila­

関する注目が一気に高まった 14）。低一回換気量の有効tion：HFOV）は高い PEEP と生理学的死腔以下の換気性を示したのみならず、経過中低一回換気量群の方が量で換気を行う特殊な換気法であり、上の high stretch

P/F 比は低値であり、ガス交換を指標として呼吸管理をinjury と low volume injury の両方の観点から人工呼評価することの危険性も示した意味も持つ。この研究

吸関連肺傷害を起こしにくい呼吸器モードであると考はその後対照群の呼吸器設定に関する批判を受けたもえられてきた。しかし、動物で肺容量の変化から計のの結果に関しては現在まで一貫して受け入れられて測した HFOV 中のガス流量は 180L/min に及ぶことがいると言って良い 15）。その後のメタ分析などを経て予分かった 12）。患者での実際の流量を正確に計測するこ後は最高気道内圧に関連することも示されたが 16）、患とは難しいものの HFOV は人工呼吸関連肺傷害の観点者の安全を保証できる気道内圧は既に述べたように不から全ての点で理想的とは言えない。

明である。実際、気道内圧による気胸の発生率を検討11）した研究では差を見いだせず気道内圧が低くても気胸
4．Trans-pulmonary pressure
陽圧人工呼吸の際に気道に加える圧は肺と胸郭を広げるために消費される。肺傷害を考える際には肺を広は発生している 17）。これは肺胞の傷害程度により同じ気道内圧でも影響が異なることや、前述した自発呼吸の有無、吸気流速が影響した可能性がある。

げるのに使われる圧のみが問題となる。例えば、同じ

November 30, 2013173

Fujino Y

2．高 PEEP

Ⅳ．まPEEP そのものの有用性を検討した研究はないが、肺とめ傷害患者の人工呼吸において PEEP が不要だという議ARDS 患者は背景が多様である上に患者数が相対的論は恐らく存在しない。従って問題は最適 PEEP をどに多くなく、人工呼吸療法による予後の差を RCT でのように決定するかである。ARDS ネットワークによ証明するのは潜在的に難しい。しかし、人工呼吸は特る PEEP に関する RCT では生命予後に全く差はなか殊な呼吸器を用いる場合を除くと余分な医療コストをった。PEEP を上げると最高気道内圧も上昇するた

生まない場合も多く、議論となっている個々の人工呼め PEEP の肺保護作用が相殺される、あるいは PEEP吸療法は禁じられるべきものではない。しかし、それを上げる前に肺リクルートメント手技を用いて肺胞のらの使用においては生理学的背景を理解し適切に運用含気を回復する必要がある、などの反論はあるが、現しなければ患者に害をなす危険性もあることは念頭に時点ではことさら高い PEEP を付加する根拠は乏しい。

置かなくてはならない。

18）

呼吸療法の中で PEEP 様の効果を狙ったものは PEEP

著者には規定された COI はない。

そのもの以外にも高頻度振動換気法、部分液体換気などがあるが、どれも RCT で有効性を証明することはできなかった 19-21）。高 PEEP と肺リクルートメント手技を組み合わせた人工呼吸戦略を open lung strategy と呼ぶ場合があるが 22）、高 PEEP そのものの有効性が証明できておらず、現時点では概念的なものにすぎない。最近、腹臥位による人工呼吸で有効性が報告されたが 23）、
これは換気分布の均等化、リクルートメント効果などの効果が大きい可能性があり open lung strategy のエビデンスと考えても良いのかもしれない。

参考文献
1） Ashbaugh DG, Bigelow DB, Petty T, et al：Acute respiratory
distress in adults. Lancet. 1967；290：319-23.
2） Bernard GR, Artigas A, Brigham KL：The AmericanEuropean Consensus Conference on ARDS, definitions,mechanisms, relevant outcomes, and clinical trial coordination.
Am J Respir Crit Care Med. 1994；149：818-24.
3） Mergoni M, Martelli A, Volpi A, et al：Impact of positiveend-expiratory pressure on chest wall and lung pressurevolume curve in acute respiratory failure. Am J RespirCrit Care Med. 1997；156：846-54.
4） Dreyfuss D, Soler P, Basset G, et al：High inflation pressure

3．自発呼吸ICU での人工呼吸において自発呼吸の存在は当然とされ、これまでの人工呼吸器開発における大きな目標の一つが自発呼吸との同調性であった。筋弛緩は基本的に同調性が確保できないときに限られてきたが、重pulmonary edema：respective effects of high airway
pressure, high tidal volume, and positive end-expiratory
pressure. Am J Respir Crit Care Med. 1988；137：1159-64.
5） Fujino Y, Goddon S, Dolhnikoff M, et al：Repetitive highpressure recruitment maneuvers required to maximally
recruit lung in a sheep model of acute respiratory distresssyndrome. Crit Care Med. 2001；29：1579-86.

症 ARDS のような特殊な状況では自発呼吸により胸膜

6） Muscedere JG, Mullen JBM, Gan K, et al：Tidal volume at

圧が上がり、もともと高い気道内圧と併せて肺傷害を

low airway pressure can augment lung injury. Am J Respir

増悪する因子となりうる。Papazian らは ARDS 患者に 48 時間筋弛緩薬を投与すると生存率を優位に改善できることを報告した 24）。これは重症 ARDS 患者では患者の自発呼吸と共存した補助換気が成立せず、調節呼吸の方が患者にとってむしろ安全な場合があることを示している。筋弛緩そのものは長期にわたると呼吸筋

Crit Care Med. 1994；149：8-13.
7） Mead J, Takishima T, Leith D：Stress distribution in lungs：
a model of pulmonary elasticity. J Appl Physiol. 1970；28：596-608.
8） Slutsky AS：Ventilator-induced lung injury：from baro­
trauma to biotrauma. Respir Care. 2005；50：646-59.
9） Maeda Y, Fujino Y, Uchiyama A, et al：Effects of peakinspiratory flow on development of ventilator-induced

萎縮をもたらし人工呼吸日数を延長する危険性をはらlung injury in rabbits. Anesthesiology. 2004；101：722-8.

むため投与は慎重でなくてはならないが 25）、別の項目

10） Fujita Y, Fujino Y, Uchiyama A, et al：High peak inspiratoryで解説される体外循環による呼吸補助（extracorporeal
membrane oxygenation：ECMO）と併せて治療の選択肢として意識しておく必要がある 26）。

174

November 30, 2013

flow can aggravate ventilator-induced lung injury in rabbits.
Med Sci Monit. 2007；13：BR95-100.
11） Goddon S, Fujino Y, Hromi J, et al：Optimal mean airway
pressure during high-frequency oscillation. Anesthesiology.
2001；94：862-9.

人工呼吸

Jpn J Respir Care Vol.30 No.212） Fujita Y, Uchiyama A, Mashimo T, et al：Permissive19） Young D, Lamb SE, Shah S, et al：High-frequency oscillation

hypercapnia instituted via reduction of pressure amplitude

for acute respiratory distress syndrome. N Engl J Med.

on pulmonary tissue protection during high frequency

2013；368：806-13.

oscillatory ventilation is not protective in a rat model of20） Ferguson ND, Cook DJ, Guyatt GH, et al：high-frequency

acid-induced lung injury. Med Sci Monit. 2009；15：BR207-oscillation in early acute respiratory distress syndrome. N12.

Engl J Med 2013；368：795-805.

13） Yoshida T, Uchiyama A, Matuura N, et al：Spontaneous21） Kacmarek RM, Wiedemann HP, Lavin PT, et al：Partialbreathing during lung protective ventilation in experimental

liquid ventilation in adult patients with acute respiratory

acute lung injury model：high transpulmonary pressure

distress syndrome. Am J Respir Crit Care Med. 2006；173：

associated with strong spontaneous breathing effort may
worsen lung injury. Crit Care Med. 2012；40：1578-85.

882-9.
22） Amato MBP, Barbas CSV, Medeiros DM, et al：Effect of14） The acute respiratory distress syndrome network：ventilationa protective-ventilation strategy on mortality in the acutewith lower tidal volumes as compared with traditional

respiratory distress syndrome. N Engl J Med. 1998；338：

tidal volumes for acute lung injury and acute respiratory
distress syndrome. New Engl J Med. 2000；342：1301-8.
15） Dellinger RP, Levy MM, Rhodes A, et al：Surviving sepsis
campaign：international guidelines for management ofsevere sepsis and septic shock：2012. Crit Care Med. 2013；41：580-637.
16） Eichacker PQ, Gerstenberger EP, Banks SM, et al：Meta-347-54.
23） Guerin C, Reignier J, Richard J-C, et al：Prone positioningin severe acute respiratory distress syndrome. N Engl JMed. 2013；368：2159-68.
24） Papazian L, Forel J-M, Gacouin A, et al：Neuromuscular
blockers in early acute respiratory distress syndrome. NEngl J Med. 2010；363：1107-16.

analysis of acute lung injury and acute respiratory distress

25） Levine S, Nguyen T, Taylor N, et al：Rapid disuse atrophy

syndrome trials testing low tidal volumes. Am J Respirof diaphragm fibers in mechanically ventilated humans. N

Crit Care Med. 2002；166：1510-4.

Engl J Med. 2008；358：1327-35.

17） Weg JG, Anzueto A, Balk RA, et al：the relation of peu­

26） Peek GJ, Mugford M, Tiruvoipati R, et al：Efficacy andmothorax and other air leaks to mortality in the acuteeconomic assessment of conventional ventilatory support

respiratory distress syndrome. N Engl J Med. 1998；338：versus extracorporeal membrane oxygenation for severe

341-6.

adult respiratory failure（CESAR）：a multicentre rando­

18） The national heart, lung and blood institute ARDS clinicalmized controlled trial. Lancet. 2009；374：1351-63.

trials network：higher versus lower positive end-expiratory
pressures in patients with the acute respiratory distresssyndrome. N Engl J Med. 2004；351：327-36.

November 30, 2013175