人工呼吸◉短Jpn J Respir Care 2016；33：91-95

報◉

慢性期用タービン型人工呼吸器の酸素使用量についての考察―ピストン型人工呼吸器との比較から―

山本真 1）・道越淳一 2）

キーワード：人工呼吸器，タービン型人工呼吸器，酸素使用量

Ⅰ．緒

フランス；以下、LA）、
クリーンエア VS ULTRA（ResMed、言フランス；以下、ULTRA）、トリロジー 100（Respironics、

人工呼吸管理は、ICU や呼吸器専門病棟で行われアメリカ；以下、TL）、Puritan Bennett 560（COVIDIEN、てきた急性期管理だけでなく、現在では一般病棟や、アイルランド；以下、560）、Monnal T50（Air Liquide

在宅での慢性期管理にまで広がっている。急性期呼Medical Systems、フランス；以下、T50）それに VIVO50

吸管理で用いられる人工呼吸器は、全て FIO2 を 0.21 ～（Breas、スウェーデン）を検討対象とした。これらは、1.0 まで正確に調整する機能を有する。しかし、慢性期

現在わが国で使用されている主要な慢性期用タービン

用人工呼吸器では、FIO2 を調整する機能は稀で、同一型人工呼吸器である。これらの機種は、いずれも FIO2

換気条件下では人工呼吸器の酸素接続口から添加されの設定ができない。

1, 2）

る酸素流量で決定される。

なお、比較対照用のピストン型人工呼吸器には、LP6

神経・筋疾患などの慢性期人工呼吸患者は、高濃度の酸素添加を必要としない。しかし、経過中に呼吸器感染症を合併するなどの理由で、酸素化が悪化する事態は少なからず発生する。また、間質性肺炎患者の慢性期呼吸管理では多量の酸素を必要とすることも多い 3）。

plus（Aequitron Medical、アメリカ；以下、LP6）を用いた。

Ⅲ．方法

1．酸素使用量の測定

我々は、慢性期領域で用いられる人工呼吸器の主た一回換気量（以下、VT）が 300mL、400mL およびる駆動方式が、ピストン型からタービン型に変化し600mL において、FIO2 値が 0.5 および 0.8 を維持するたて、酸素使用量が以前より増大したと感じてきた。そめに必要な酸素使用量を、各機種で測定した。コンプこで、現在の慢性期医療（在宅医療を含む）に多く使ライアンス値を 50mL/cmH2O、気道抵抗値を 5cmH2O/われているタービン型人工呼吸器での酸素使用量を測L/ 秒とした SMS モデル肺（SMS、イギリス）を用い定し、ピストン型人工呼吸器と比較して検討したのでて模擬回路 A を作成した（Fig. 1）。

報告する。

VT の設定は、従圧式換気モードで、フローアナライ

Ⅱ．対象

タービン型人工呼吸器として、レジェンドエア（AIROX、1）大分協和病院 内科
2）小倉記念病院 検査技師部 工学課［受付日：2015 年 2 月 24 日 採択日：2015 年 11 月 2 日］

ザ PF-300TM（imtmedical、スイス；以下、PF300）で測定した VT が、目標値の±10mL 以内になるように人工呼吸器の吸気圧を設定した。ただし、対照用の LP6は従圧式換気モードがないため従量式換気とし、同様の方法で VT の設定を行った。換気設定は、全て IE 比1：3、吸気時間 1秒/ 回とした。

May 30, 201691

Yamamoto M, et al

酸素使用量の測定は、酸素接続口から酸素を供給し価から除外した。

た人工呼吸器を模擬回路で動作させ、PF300 で FIO2 の今回測定した他のタービン型全機種も同様にバック目標値の±1％以内となるように酸素流量計を調整し、フローの有無を観察したが、バックフローが測定され数分待って PF300 での測定値が安定したところで酸素た他のタービン型機種はなかった。なお、呼吸回路は、チューブを人工呼吸器の酸素接続口から外し、PF300それぞれの人工呼吸器メーカーが推奨する呼気弁回路で酸素流量を測定した。一方、対照用の LP6 は酸素接を用いた。

続口がないため、メーカー製の酸素添加用リザーバーチューブを吸気孔に接続した。測定は、各機種で各設

2．酸素 10L 添加での定常流および吸気フローの酸素定ごとに 3 回行い、平均値を求めた。平均値の比較は、濃度測定

t 検定を用いて P＜0.05 を有意とした。有意差検定は、タービン型人工呼吸器の特性を把握するため、定常流（bias flow）の流量および酸素濃度と、吸気フローSPSS12.0 を用いた。
なお、VIVO50 は、PF300 での酸素濃度測定が 5 分の酸素濃度を PF300 で測定した。互いのフローの影響以上たっても安定せず、測定値が上がり続けるというを除外するため、人工呼吸器と PF300 を直結させた模現象が見られた。VIVO50 は、PF300 による流量測定擬回路 B を作成した（Fig. 2）。定常流の酸素濃度の測より、呼気弁から人工呼吸器側への呼気流の噴き出し定は、安定した測定値を得るために、各機種で可能な（以下、バックフロー）が生じていることが判明し、換気回数最低値で測定した。定常流および吸気フロー

VIVO50 は呼気終末陽圧（positive end-expiratory pres-の酸素濃度の測定は、互いの影響を排除するため、そsure：PEEP）ゼロでは定常流が流れていなかったた

れぞれのフローが入ったところで PF300 と人工呼吸器

め、この酸素濃度の持続的上昇は、再呼吸現象に原因を遮断し、回路を閉じて測定した。

があると考えられた。そのため、VIVO50 は今回の評
Exhalation
Valve
TestLung

Ⅳ．結果

各機種ごと、VT 別の FIO2＝0.5 の酸素使用量の測定
結果を Table 1 に、FIO2＝0.8 のそれを Table 2 に示した。タービン型では、FIO2＝0.5 において、VT＝300mL

PF300と 400mL では全機種が有意に酸素使用量が大きかった。VT＝600mL では ULTRA のみ有意に酸素使用量

Ventilator Circuitが少なかったが、それ以外の機種は酸素使用量が有意に大きかった。FIO2＝0.8 では、測定可能とした 15L/Ventilator

OxygenLine分以下で、全てのタービン型の酸素使用量が有意に大きかった。ピストン型の LP6 では、等しい FIO2 を達成するための酸素使用量が、VT と用量依存関係があFig. 1‌Themodel circuit “A” for measurement of oxgen
consumption by the ventilator

TestLung

PF300るのに対し、タービン型ではそのような関係を認めなかった。タービン型機種の中で、ULTRA、T50 は、

Ventilator

OxygenLine

Exhalation
ValveFig. 2

92

May 30, 2016 he model circuit “B” for measurement of bias flow andT
inspiration flow by the ventilator

人工呼吸

Jpn J Respir Care Vol.33 No.1

Table 1 Oxygen consumption（L/min）for ventilators according to tidal volumes（FIO2＝0.5）
LP6ULTVT300mL

T50

＊＊＊

＊＊＊

＊＊＊

＊＊＊

＊＊＊

1.86±0.04

3.37±0.01

4.19±0.72

5.98±0.22

9.54±0.15

9.67±0.13400mL

2.59±0.14

3.27±0.15
＊＊＊

＊＊＊

＊＊＊

600mL

4.04±0.29

3.58±0.01

4.37±0.02

6.41±0.12

＊＊LA

＊＊

4.46±0.47

560

TL

＊＊＊

＊＊＊

＊＊＊

8.55±0.26

9.28±0.46

10.58±0.05＊＊

6.60±0.17＊＊＊6.43±0.09

Abbreviations：ULT：ULTRA；T50：Monnal T50；LA：Lagendair；560：PB560；TL：Trilogy100
VT：tidal volume
Significance level：＊＊＊：P＜0.001；＊＊：P＜0.01；＊：P＜0.05

Table 2 Oxygen consumption（L/min）for ventilators according to tidal volumes（FIO2＝0.8）
LP6VT
300mL
400mL
600mL

3.79±0.04
5.25±0.03
8.30±0.09

ULTT50

LA560

TL＞15.0＞15.0

14.48±0.10＞15.0＞15.0＞15.0＞15.0＞15.0

＊＊＊

＊＊＊

＊＊＊

7.83±0.03

7.87±0.08

10.03±0.05

＊＊＊

＊＊＊

＊＊＊

7.54±0.02

9.86±0.06

＊＊＊

＊＊＊

9.01±0.02

11.80±0.05

Abbreviations：ULT：ULTRA；T50：Monnal T50；LA：Lagendair；560：PB560；TL：Trilogy100
VT：tidal volumedata＞15.0 can not calculate p value.
Significance level：＊＊＊：P＜0.001；＊＊：P＜0.01；＊：P＜0.05

Table 3 O2 concentration and flow rate of inspiration flow and bias flow at 10L/min O2 addedT50

LA560

TL

VT＝30089.7±0.40
Ins flow O2（%）
98.5±0.65
Bias flow O2（%）
Bias flow（L/min）
9.0

ULT

90.6±2.89
99.3±0.58
5.0

98.2±0.12
99.6±0.06
2.4

84.3±1.33
96.2±2.93
9.4

81.3±2.18
87.2±0.20
8.1

VT＝400Ins flow O2（%）
69.0±2.36
Bias flow O2（%）
97.1±0.85
Bias flow（L/min）
8.984.8±1.20
97.5±0.72
5.3

89.9±1.02
97.5±1.86
2.6

76.2±1.15
97.3±0.21
3.4

78.9±1.05
88.1±0.06
8.3

VT＝600Ins flow O2（%）
53.7±1.96
Bias flow O2（%）
96.2±0.50
Bias flow（L/min）
9.3

68.5±1.22
95.9±0.72
5.465.8±2.06
94.4±0.30
3.155.6±1.58
93.4±0.87
3.962.3±1.94
87.7±0.06
8.3

Abbreviations：ULT：ULTRA；T50：Monnal T50；LA：Legendair；560：PB560；TL：Trilogy100
VT：tidal volume；Ins flow：inspiration flow

同一 FIO2 を得るための酸素使用量が比較的少なかっはそのような関係は見られなかった。定常流の流量は、た。しかし、この 2 機種は、流入酸素量を上げると酸IE 比 1：3、15 回/ 分での値を示すが、ULTRA がもっ素回路圧が上昇する現象が見られた。

とも大きく、次いで TL、Monnal、560 の順で、LA の酸素 10L 添加時でのタービン型人工呼吸器の定常流定常流が最も小さかった。なお、LA は換気回数を減と吸気フローの測定結果を Table 3 に示す。全機種とじて呼気相を延長させると、定常流が漸減し停止に至も吸気フローより定常流の方が酸素濃度が高いことがった。

分かった。吸気フローの酸素濃度は、全機種ともピストン型のような用量依存関係が見られたが、定常流でMay 30, 201693

Yamamoto M, et alⅤ．考察関係にならない理由である。今回 FIO2＝0.5 で、560 とTL で観察された、VT＝600mL の酸素使用量が、VT＝可搬型人工呼吸器の研究として、Blakeman らは、300mL や 400mL より少ない現象も、酸素濃度が異なポータブルベンチレータ 4 機種（LTV1200、HT70、る 2 つのフローによる回路内での混合気の構成の差にHAMILTON-T1、EMV）の酸素使用量について、FIO2起因している。

している。この 4 機種では、HT70

今回の測定では、ULTRA の酸素使用量が最も少なのみがピストン型であり、他はタービン型である。4 機

かったが、それは本機種の定常流の酸素濃度が高いこ種のなかでは、LTV1200 が最も酸素使用量が大きく、とと、定常流の流量が最大であることに起因している

酸素使用量が大きくなる要因として定常流を挙げていと考えられる。ただし、ULTRA と T50 では、高流量る。タービン型人工呼吸器の酸素使用量が大きいとい酸素を添加すると、酸素供給ラインの圧が上昇するとう問題を考察するにあたり、タービン型に特有の定常いう問題があった。ULTRA は、8L/ 分以上の酸素供流について検討する必要がある。

給をしないようディーラーから注意喚起がなされてい＝1.0 で比較検討

4）

今回の、酸素 10L/ 分添加による測定では、定常流のる 5）。他方、慢性呼吸管理の現場で現在数多く使われ酸素濃度は常に吸気フローの酸素濃度より高濃度であている TL、560 は、比較的大きな酸素使用量を必要とることが分かった。ピストン型人工呼吸器である LP6

することが判明した。

では、定常流は構造上存在せず、換気は全てピストンからの吸気フローに依存する。吸気フローが呼吸回路内を後ろから押し出す形で吸気が患者に送られる。したがってピストン型での酸素使用量は、吸気フローの酸素濃度のみが要因となるため、VT と単純な用量依存関係となる。
しかし、タービン型では吸気フローの他に定常流が影響する。呼吸回路は、通常の呼吸回路（標準内径

医療保険における酸素費用は、以下の式で求められている 6）。
酸素償還価格＝（R×Q×1,440×1.3）×日数
Ｒ：‌酸素購入価格（通常 0.18 ～ 0.19 円〈定置式液化酸素貯槽の場合〉）
Ｑ：1 分あたりの酸素流量（L）
係数 1,440：24 時間を分で換算したもの
1.3：補正率22mm）1.6m の長さでは、計算上約 600mL の容量がすなわち、酸素購入価格 0.19 円/ L であった場合は、ある。したがって、VT が 600mL 以内であれば、吸気

1 ヶ月 30 日として、酸素使用量 1L/ 分あたり 10,670 円

開始直前の呼吸回路内の酸素濃度が次回吸気に反映さが 1 ヶ月あたりの償還価格となる。

れ、吸気フローの酸素濃度は影響しないことになる。

わが国では、木村ら 7）は、急性期用人工呼吸器にお定常流がもし 12L/ 分であれば、それは 200mL/ 秒でける酸素使用量と経済性を検討し、100％酸素で最大あるため、今回の設定である呼気 3 秒では、定常流の1 日 2,600 円の赤字となる機種があると報告している。

酸素濃度のみが次回吸気での酸素濃度となる。

急性期医療での酸素費用の扱いは、出来高払いであれ定常流は、いずれの機種も 12L 以下であったため、ば、酸素使用量の多寡が経営に与える影響は少ない。

回路内に残存した前回の吸気フローと定常流の混合気

しかし、現在での慢性期医療の取り扱いは、特殊疾患が次回吸気として構成される。そのため、吸気酸素濃療養病床のみ酸素は出来高払いであるが、その他の療度は、定常流の酸素濃度と流量、吸気フローの酸素濃養型や 90 日以上の長期入院では、酸素費用の補填は保度の 3 要因が関係することになる。今回の我々の測定

険医療上存在せず、全て医療機関側の負担となる 6）。

では、吸気フローの酸素濃度は VT と用量依存関係にあしたがって、高用量の酸素が必要な場合は、無視しえるが、定常流の酸素濃度は、VT に関わらずほぼ一定でないコストが発生することになる。

あり、吸気フローの酸素濃度より高かった。そのため、もとより原資が限られている慢性期医療において、定常流が大きいほど FIO2 は高くなることになる。これ同じ FIO2 を維持するために多量の酸素を必要とする機は呼吸回路が酸素リザーバーの役割を果たすことにな種の使用は、対象患者が多いと病院の経営リスクとなるからである。そして、これがタービン型人工呼吸器りうる。よって高い FIO2 を必要とする患者には、酸素が、ピストン型のように酸素使用量が VT と用量依存使用量の少ない機種を選択することが現実的といえよ94

May 30, 2016

人工呼吸う。人工呼吸器メーカーに対しても、より酸素使用量の少ないシステムへの改良を求めたい。それは、定常流の流量を大きくすることで、呼吸回路自体をより積極的に酸素リザーバーとして使うことにより可能と思

Jpn J Respir Care Vol.33 No.1

参考文献
1） 木村謙太郎：在宅人工呼吸療法．人工呼吸療法：最近の進歩．西野
2） 山本卓編．東京，克誠堂出版，2000，pp195-207．

真：在院人工呼吸から在宅人工呼吸へ、医療機関の取り組み．人工呼吸．2007；24：105-11．
3） 栗原正人，川前金幸：肺線維症．呼吸管理の最新戦略．安われる。

本和正編．東京，克誠堂出版，2005，pp98-105．

Ⅵ．結論

タービン型人工呼吸器の酸素使用量は、機種による差はあるが、ピストン型人工呼吸器より大きく、かつピストン型で見られた VT と酸素使用量での用量依存

4） Blakeman TC, Branson RD：Evaluation of 4 new generation portable ventilators. Respir Care. 2013；58：264-72．
5） 人工呼吸器クリーンエア VS ULTRA 取扱説明書．東京，
フクダ電子，2013，pp33．
6） 酸素加算．医科点数表の解釈（38 版）．東京，社会保険研究所，2014，pp677-81．

関係は見られなかった。定常流の酸素濃度は、吸気フ7） 木村政義，丸川征四郎：人工呼吸器の酸素使用量と経済性ローの酸素濃度より高く、上記の現象は、呼気相で呼の検討．日本集中治療医学会雑誌．2000；7：355-9．

吸回路に流される定常流が原因と考えられた。
本論文の要旨は第 36 回日本呼吸療法医学会学術総会（2014 年、秋田）にて発表した。
本稿の全ての著者には規定された COI はない。

May 30, 201695