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OLV中の低酸素血症の予測・予防・治療~予防② [anesthesiology]

Hypoxemia during One-lung Ventilation: Prediction, Prevention, and Treatment

Anesthesiology 2009年6月号より

OLV中の低酸素血症の予防

下側肺の正しい人工呼吸法
OLV中の低酸素血症の発生頻度を減らすには、よく考えて人工呼吸を行う必要がある。筋弛緩の効いている側臥位の患者に対し、下側肺の換気を行う際には三つの問題点に留意しなければならない。

第一に、下側肺は拡張しづらくなっている。その原因は、縦隔の重み、腹部臓器および横隔膜の頭側偏位による圧、および下側胸壁の圧およびコンプライアンス低下である。そのため、換気を行っている下側肺には容易に無気肺が生ずる。下側肺において無気肺や肺胞虚脱が起こると、低酸素性肺血管収縮(HPV) が発生し、下側肺の肺動脈抵抗が上昇する。すると、換気が行われていない上側肺への血流が増え、シャント率が上昇してしまう。したがって、下側肺に無気肺が発生しないような換気方法を実施することが、不可欠である。

第二に、OLV中は下側肺に無気肺が生ずるのを避けるため、換気量(および気道内圧)をやや上昇させなければならないのだが、下側肺の肺容量が増えすぎると、下側肺への血流が阻害され非換気側肺への血流が増えて、シャントが増加することがある。

第三に、お粗末な人工呼吸管理を行っていると、少なくともOLVを要する患者の特性によっては、肺傷害が発生することがある。

各患者の肺のメカニクスや血流の状態に応じ、肺胞の開存を維持しながら血流を保つことを適える、ある程度の幅を持った人工呼吸の方法が、理論的には存在する。しかし、各症例において最適な人工呼吸法を見出す、実際的な方法はないのが実状である。したがって、患者の状態、生理学的な論拠、およびその時点で最善と思われる臨床的根拠に基づいて個別具体的な患者に応じた最適な人工呼吸法を誂える必要がある。人工呼吸法についての研究は、大半が、呼吸生理に着目していて、様々な病態を有する限られた数の患者を対象に行われている。呼吸生理に着目した研究を行うのであれば、肺血流に異常がほとんどない患者を対象とするのが理想である。つまり、肺葉切除や片肺全摘の患者は除外するのが望ましいということである。だが、実際には大多数の研究では、肺血流に異常のある患者は除外されてはいない。というわけで、肺葉切除や片肺全摘の患者に当てはめることのできるエビデンスは少ない。

OLV中の低酸素血症、そしておそらく無気肺の発生を抑えることを目的とした人工呼吸法には二つの流れがある:PEEPをかけない高一回換気量(10-12mL/kg)で換気する方法と、PEEPをかけて中等度一回換気量(6-8mL/kg)で換気する方法の二つである。高一回換気量で換気をすると、吸気相に肺胞が開く。一回換気量が大きいほど、呼出に時間がかかるため、大半の肺胞は呼気相のほぼ終わりまで開存していると考えられる。しかし、この換気方法が最適とは言い難い状況に至る二つのシナリオがあり得る。

第一に、一回換気量が大きいと肺胞が過度に拡張し、肺が過膨張する。その結果、患者によっては急性肺傷害が発生する可能性がある。ARDSネットワークの研究および多数の動物実験では、すでに傷害されている肺であれ、健康な肺であれ、高一回換気量および周期的な無気肺が悪影響を及ぼすことが明らかにされている。そして、酸素化だけを人工呼吸法を評価する際のエンドポイントするのは当を失しているという見解が示されている。OLV中の人工呼吸法によって招来される炎症反応や肺傷害についてのデータは、非常に数少ない。Wriggeらは、PEEPなし高一回換気量(12mL/kg)またはPEEP10cmH2O低一回換気量(6mL/kg)による人工呼吸を行い、手術3時間後に全身および肺の炎症性メディエイタを測定した。その結果、血漿または気管内採痰中のTNFα、IL-1、IL-6、IL-8、IL-10およびIL-12の量に有意差は認められないことが分かった。したがって、肺傷害が発生していない正常肺では、手術による炎症反応が、人工呼吸によって引き起こされる炎症反応を凌駕するものと考えられる。だが、すでに肺傷害があったり、長時間にわたりOLVを行ったりする場合は、高一回換気量で人工呼吸を行うと、臨床的にもはっきりと分かる肺傷害が引き起こされてもおかしくない。我々が行ったラットを用いた実験では、中等度の傷害を引き起こすような人工呼吸を行ったところ、正常群では明かな肺傷害は発生しなかったが、少量のエンドトキシンを投与した群では相当な肺傷害が生ずるという結果が得られた。最近行われた臨床研究では、食道亜全摘術に対するOLVを、PEEPなし高一回換気量(9mL/kg)またはPEEPあり低一回換気量(5mL/kg)で行ったところ、高一回換気量群の方がサイトカイン発現量と肺水分量が多かった。だが、開胸手術において肺に悪影響を及ぼす原因は、OLVだけではないことに留意すべきである。この研究の対象患者のうち半数は、手術に先立ち化学療法および放射線療法を受けており、手術時間は5時間におよび、食道亜全摘によってリンパ流が妨げられる、といった他の要素も勘案しなければならない。したがって、肺傷害があったり、手術が長時間に及んだりする場合には、PEEPなし高一回換気量で人工呼吸を行うと下側肺が傷害される可能性があるため、そのような状況ではPEEPをかけて低一回換気量で人工呼吸管理を行うのが望ましいと考えられる。

第二に、気道閉塞のある患者では、一回換気量が大きいと、設定された呼気時間では呼気終末に至っても吸気が最後まで呼出されず、内因性PEEPが発生することがある。内因性PEEPのレベルは、一回換気量、呼気時間、抵抗およびコンプライアンスで決定される。肺の手術を受ける患者の多くに、程度はともかく気道閉塞があり、OLV中に内因性PEEPが発生していることが分かっている。小さい内因性PEEPであれば、特に問題はなく、むしろ肺胞を開き無気肺を防ぐのに役立つ。内因性PEEPが大きいと、肺が過膨張するおそれがあり、換気側肺の血流が低下し酸素化が悪くなる可能性がある。

WriggeらはPEEPなし高一回換気量とPEEPあり低一回換気量を比較し、術中の酸素化に有意差はないことを明らかにした。OLV中に一回換気量を8mL/kgから15mL/kgまで増やして酸素化について調べた先行研究でも、有意差は認められていない。つまり、OLV中に高一回換気量にすると、PEEPをかけて中~低一回換気量で換気をする場合と比べ、酸素化は良くならないのに、肺傷害が発生する可能性が生ずると結論づけられる。

低一回換気量では肺の過膨脹は起こりがたいが、一回換気量が少ないと、特に吸入気酸素分圧が高いときは、無気肺が生じやすく、そのため酸素化が悪化する可能性がある。したがって、低一回換気量にするときは、無気肺を防ぐためPEEPをかける必要がある。しかし、様々な状況において、どれぐらいのPEEPをかければOLV中の酸素化が改善するのかという問題については、いろいろな意見のあるところである。最近の研究では、OLV中に低~中程度のPEEP(約4-5cmH2O)をかけると酸素化が改善する一方で、8-10cmH2OまでPEEPを挙げるとそれ以上の改善は得られず、むしろ患者によっては酸素化が悪化する場合もある、と報告されている。PEEPは酸素化改善の万能策ではなく、患者によっては無効であることを示した研究も発表されている。OLV中にPEEPを、0、5、8または10cmH2Oに設定したところ、酸素化に差は生じなかったという結果も報告されている。別の研究では、OLV中に酸素化不良に陥ったり、OLV前の両肺換気時に酸素化がすでに不良であったりする場合には、PEEPが有効であるとされている。人工呼吸器で設定したPEEPとauto-PEEPの相互作用の様態によって、設定したPEEPが肺のメカニクス、ひいては酸素化を改善するか否かが決まる。このことを裏付けるような研究がValenzaらによって行われ、一秒量が大きい患者、つまりauto-PEEPが生じがたい患者では、一秒量が少ない患者よりもPEEPの効果を得やすいという結果が得られている。Slingerらが行った最近の研究では、呼気終末圧(=設定したPEEP+auto-PEEP)が圧容量曲線上のLIP(lower inflection point)の圧に近似するようにPEEPをかけた場合には、酸素化が改善することが示されている。以上の知見から、ひどい無気肺がある場合にはPEEPをかけると酸素化が改善するが、PEEPをかけなくても呼気終末圧で十分肺胞が開存しているのであれば、PEEPをかける必要はないということが分かる。また、内因性PEEPは肺自体が持つメカニクス特性だけで生ずるわけではなく、換気方式にも影響されるということを銘記しなければならない。つまり、PEEPをかけている時には、人工呼吸器設定が内因性PEEPを惹起していないかどうかを考える必要がある、ということである。内因性PEEPを臨床的に評価するには、流量時間曲線または圧容量曲線を見ればよい。どちらか一つは最近の麻酔器に搭載されている人工呼吸器のモニタ上に表示されるので、麻酔中でも簡単に確認できる。呼気が次の吸気によって中断されず、呼気流量が次の吸気が開始される前にゼロになっていれば、完全に呼出が行われていることを意味し、内因性PEEPが生じている可能性は非常に低い。呼気流量がゼロになる前に次の吸気が始まる場合は、たいていauto-PEEPが発生している。

OLV症例は呼吸生理が複雑で、背景疾患は患者によって大きく異なり、関連する研究が示す知見にもばらつきがある。そのため、換気側肺の無気肺を防ぎ、かつ血流を妨げないような、OLVに適した人工呼吸器設定(一回換気量、換気回数およびPEEP)の決定版を見いだすのは困難であり、未だにこの点については議論が繰り広げられ、研究も重ねられている最中である。この問題には多くの解決策があるのかもしれないが、それぞれ異なる方法で行われている諸研究の結果すべてを比較分析し総合した上で、エビデンスに依拠した臨床的に応用可能な対応策を導き出すのは容易ではない。ともかく、我々が現在採っている管理方法をここに紹介する:OLVは、PIP 20-25cmH2O、PEEP 5cmH2OのPCVで開始する(この設定だと、肺コンプライアンスや肺容量にもよるが、一回換気量は450-650mL[6-8mL/kg]になる)。左肺の場合は一回換気量が6-7mL/kg、右肺は7-8mL/kgになるようにPIPを調節する。PEEPは変えない。換気回数およびI:E比は呼気流量が概ねゼロになり、呼気終末に酸化炭素分圧が30-35mmHgとなるように設定する。この方法(PIP 30cmH2O、PEEP 5cmH2O)で人工呼吸を行い、動脈血酸素飽和度90%未満を低酸素血症と定義し臨床試験を行ったところ、FIO2>0.5における低酸素血症発生頻度はわずか4%であった。特筆すべきは、SpO2が91%を下回った患者は皆無であったことである。ただし、この研究では対象患者に偏りがあったので、本法を実際の個別具体的な症例に適用するときは、患者にあわせて調整する必要がある。

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