人工呼吸◉短Jpn J Respir Care 2019；36：80-82

報◉High Flow Nasal Cannula治療における鼻カニュラ先端径が治療に及ぼす影響―TTL モデル肺・CAD・3D プリンタを使用した実験―濵本達矩 1）・高村清広 1）・上村秀彦 1）・石守哲也 1）
高橋一久 1）・内田貴之 2）・原山信也 2）・蒲地正幸 2）

キーワード：high flow nasal cannula，nasal high flow system

呼吸器 VELA TM（Vyaire、米国）を装着、一回換気量Ⅰ．は じ め に500mL、呼吸回数 10 回 / 分になるよう人工呼吸器を設High flow nasal cannula（HFNC）は専用鼻カニュ定（モード：P-A/C、吸気圧：7cmH2O、吸気時間 1.3 秒、ラ・ブレンダ・加温加湿器・回路を用いて鼻腔から高呼吸回数 10 回 / 分、PEEP：3cmH2O、I：E＝1：3.6）し、流量の混合ガスを投与できるため、軽度の PEEP 様効閉口状態の健常模擬患者モデル（鼻孔部 10mm）を作

果や上気道 CO2 ウォッシュアウト効果 、さらには成した。CAD・3D プリンタにて作成した 3 種類の形状

noninvasive intermittent ventilation（NIV）の必要性の異なる各種カニュラ（A：内径 6mm 外径 7mm 模擬を減少させる効果 3）が期待されている。鼻カニュラの鼻腔閉塞度〈Nares Occlusion：70％ area〉
・B：内径 3

プロング径（内径・外径）・形状にはさまざまなデバイ

mm 外径 7mm 模擬鼻腔閉塞度〈Nares Occlusion：70％

スがあり、Sivieri らは鼻腔とカニュラの閉塞度が気道area〉
・C：内径 3mm 外径 4mm 模擬鼻腔閉塞度〈Nares内圧に与える影響について4）

Occlusion：40％ area〉）（Fig. 1-A）
、空気－酸素ブレン

我々は、カニュラ先端径（内径・外径）の違いが治ダ（サンユーテクノロジー、日本）、加温加湿器 MR850

療効果に影響を与えるのではないかと考え Computer-（Fisher＆Paykel HEALTHCARE、ニュージーランド）、Aided Design（CAD）
・3D プリンタにて作成した鼻カ呼吸回路 RT202（Fisher ＆ Paykel HEALTHCARE、ニニュラを用いて、PEEP 様効果と CO2 ウォッシュアウュージーランド）を使用した。酸素濃度は 21％、設定ト効果を測定し治療効果を比較検証した。

流量は 10 ～ 60L/ 分まで 10L/ 分刻みに増加させ、鼻カ1）

2）

Ⅱ．方TTL モデル肺報告している。

ニュラ先端から 10mm を鼻孔中央に挿入固定し HFNC法

治療を施行した。その際に、HFNC 治療のフロー増加（Michigan Instrument、米国）のTMに伴う呼気抵抗の増加から PEEP 様効果の指標となるTM呼気終末回路内圧の上昇、機能的残気量の増加を予測（IMT Analytics、スイス）と模擬鼻腔回路（内径：10し、呼気終末回路内圧と呼気一回換気量をフローアナmm、長さ：14cm の正円型のストレート蛇管 2 本・Y

ライザ PF300 と PC 解析ソフト Flow Lab にて測定し字管）、模擬気管回路（L 字管〈内径：15mm、長さ：た（n＝10）（Fig. 1）。さらに、CO2 ウォッシュアウト20cm〉
・EtCO2 アダプタにて作成）（Fig.1-C）を装着し、効果を検証するため CO2 ボンベから微量流量計を介しもう片肺側には TTL モデル肺を駆動させるための人工て TTL モデル肺内部へ CO2 を添加し、模擬気管回路両肺を連結し、片肺側にフローアナライザ PF-300

1）産業医科大学病院 臨床工学部
2）同 集中治療部［受付日：2018 年 7 月 23 日 採択日：2019 年 1 月 24 日］

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May 30, 2019に装着した EtCO2 モニタ OLG-2800 TM（日本光電工業、日本）にてモニタ値が 40mmHg 前後になるよう微量流量計を調節し、HFNC の設定流量変更後、2 分間 EtCO2

人工呼吸

Jpn J Respir Care Vol.36 No.1

値を安定させ EtCO2 モニタにて測定した（Fig. 1-B）。

にて設定流量 10L/ 分から有意に低下した。また、カ得られたデータは統計ソフト EZR を用いて、各カニュ

ニュラ A、B、C 間の比較ではカニュラ B は 30L/ 分かラでの治療前後の比較には Wilcoxon 符号付順位和検

ら A、C に比べ有意に低下した（Fig. 2-A）。呼気終末定、カニュラ A、B、C 間の比較には Friedman 検定、回路内圧は全てのカニュラにて 10L/ 分から有意に上昇

Bonferroni の多重比較検定を行った。

し、B＞C＞A の順に高い結果となった。また、A、B、Ⅲ．結C 間の比較では 20L/ 分から B は A、C に比べ有意に果上昇した（Fig. 2-B）
。EtCO2 値は HFNC 装着前に比べカニュラ A は 20L/ 分を除いて有意に上昇し、カニュ呼気一回換気量は、Flow 増加に伴い全てのカニュラ

ACannula：A

Cannula：B

Cannula：C

ID：6mm
OD：7mm

ID：3mm
OD：7mm

ID：3mm
OD：4mm

CO2 bottle

B

Ventilator

Micro ﬂowmeter

EtCO2 monitor

CSimulated
trachea＆nasal cavity

Gas ﬂow rate
analyzer

TTL model lung
Right lung compliance：0.15L/cmH2O
Left lung compliance：0.15L/cmH2O

CannulaFig. 1ATidal volume during exhalation

Cannula used this time and experiment equipment

B
Internal pressure of end expiratory circuit

CEtCO2

Tidal Volume（mL）
530
520
510
500
490
480
470
460
450440430

Friedman Test
Pressure（cmH2O）
Friedman Test
EtCO2（mmHg）
Friedman Test
Bonferroni Test
Bonferroni Test
45
＊ Bonferroni Test8＊p＜0.05＊p＜0.05＊p＜0.05
Signiﬁcant compared
Signiﬁcant compared
Signiﬁcant compared7
B to A and C
B to A and C
A to B and C＊6A
AA（ID 6mm、OD 7mm）
（ID 6mm、OD 7mm）
（ID 6mm、OD 7mm）＊5（n＝10）（n＝10）（n＝10）＊＊40＊4＊B
B
B（ID 3mm、OD 7mm）
（ID 3mm、OD 7mm）
（ID 3mm、OD 7mm）
3＊＊（n＝10）（n＝10）（n＝10）2
CCC＊＊（ID 3mm、OD 4mm）
（ID 3mm、OD 4mm）
（ID 3mm、OD 4mm）
1（n＝10）（n＝10）（n＝10）
35
0＊0 10 20 30 40 50 60 Flow rate（L/min）
0 10 20 30 40 50 60 Flow rate（L/min）
0 10 20 30 40 50 60 Flow rate（L/min）Fig. 2

Effect of each cannula on tidal volume, expiratory terminal circuit pressure, EtCO2

May 30, 201981

Hamamoto T, et al

ラ B は 40L/ 分から、カニュラ C は 50L/ 分から有意にⅤ．結上昇した。また、カニュラ A、B、C 間の比較では、カ語

ニュラ A は 10、30、40L/ 分にて B、C に比べ有意にPEEP 様効果は閉口状態において鼻孔閉塞度だけで上昇、B、C 間では 10L/ 分から 50L/ 分まで有意差ななく、カニュラ内径の細さにも依存した。また、CO2しという結果となった。
（Fig. 2-C）。

ウォッシュアウト効果もカニュラ内径の細さに依存しⅣ．考察

我々は Sivieri ら 4）同様、閉口状態において鼻孔閉塞度が高くなる程、呼気抵抗となり、PEEP 様効果に優れるのではないかと予想した。しかし、Fig. 2-B に示したように呼気終末回路内圧の上昇は、鼻孔閉塞度だけでなく、カニュラ内径の細さが PEEP 様効果に大きく影響していると考えられた。これは、カニュラ内径がた。
COI に関して、著者の蒲地正幸は奨励寄付金として、ファイザー株式会社より 1,000,000 円、日本血液製剤機構より 1,000,000 円、バイエル薬品株式会社より 1,000,000 円、その他報酬として、フクダ電子西部北販売株式会社より 222,740 円、旭化成ファーマ株
式会社より 445,480 円、ファイザー株式会社より 114,552 円、コヴィディエンジャパン株式会社より 111,370 円、日本光電工業株
式会社より 110,440 円の報酬がある。その他の著者には規定された COI はない。

細くなることでカニュラ先端からの流速が上昇し、単位面積あたりの圧力が増加することからさらに呼気抵抗が増すためと思われる。

本稿の一部は、日本集中治療医学会第 2 回九州支部学術集会（2018 年 7 月、佐賀）において発表した。

CO2 ウォッシュアウト効果について、カニュラ間の比参考文献

較では、内径が細い程、カニュラ先端からの流速が上

1） Parke R, McGuinness S, Eccleston M：Nasal high-flow ther-

昇するため、高いウォッシュアウト効果も得られることが示唆された。また、カニュラ A は内径が太くカニュラ先端からの流速が低いこと、鼻孔閉塞度が高いため呼気抵抗が増加することの双方が重なった結果、B、Cに比べ EtCO2 値が優位に上昇したと思われた（Fig.2-C）。
一般に、HFNC 治療などのジェット流が存在する場合は気道内に乱流が発生するため CO2 を測定することは困難である。我々が実験で使用した模擬鼻腔、気管が実際の生体のような複雑な形状ではないことから、乱流の影響を受けずに CO2 の測定が可能であったと考えられた。一方、本実験は生体の形状や生理学的な換気ドライブなどの生体反応を正確に再現できていないため、その解釈には限界がある。今後、さらなる追究のため臨床実験の必要性が考えられた。

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May 30, 2019apy delivers low level positive airway pressure. Br J Anaesth. 2009；103：886-90.
2） Kernick J, Magarey J：What is the evidence for the use ofhigh flow nasal cannula oxygen in adult patients admitted
to critical care units? A systematic review. Aust Crit Care.
2010；23：53-70.
3） Parke RL, McGuinness SP, Eccleston ML：A preliminary
randomized controlled trial to assess effectiveness of nasal
high-flow oxygen in intensive care patients. Respir Care.
2011；56：265-70.
4） Sivieri EM, Gerdes JS, Abbasi S：Effect of HFNC flow rate,cannula size, and nares diameter on generated airway pressures：an in vitro study. Pediatr Pulmonol. 2013；48：50614.