呼吸リハビリテーション勉強ノート

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Last updated 2012-03-01

私が呼吸療法認定士の受験対策のためにまとめたメモです。
個人的にまとめたものなのですので、ご利用は自己責任においてお願いいたします。
最新版はそのつど更新していきたいと思います。

Index  





血液ガスの基礎  

大気圧について  


呼吸を勉強するにあたり、まずは、私達の周りにある大気について知らなければなりません。

私達は普段空気の重さを感じることはありませんが、空気には重さがあります。
それが 大気圧 といわれるものです。

この大気圧は、高さによって変わってきます。
平地と高い山とを比べると、高い山の上の方が大気圧は低くなります。

この大気圧の基準となる気圧が“1気圧”です。
まずはこの基準となる1気圧を憶えましょう。

圧力の単位は分野によって変わります。
天気予報ではhPa(ヘクトパスカル)という単位が使われますし、医療で扱われる血液ガスデータではmmHg(ミリメートルエイチジー)という単位が使われます。
その単位間の換算は、以下のレートで決まっています。

1気圧=1013hPa=760mmHg

mmHgのHgというのは水銀のことなので、760mmの水銀柱の重さが1気圧の重さと同じであるということになります。

圧力の単位にはこの他にも、水銀ではなく水で表した単位もあります。
cmH20です。水の柱にすると何cmになるかということです。

水銀と水の重さはどちらが重いでしょうか?
答えは、水銀です。
同じ体積であれば、水銀の重さは水の重さの 13.6倍 にもなります。

というわけで、mmHgとcmH20の換算は以下の通りです。

760mmHg=760×13.6mmH2O=10336mmH2O=1033cmH2O

また、血液ガスの単位としてtorr(トール)という単位が用いられることもあります。
torr=mmHg
です。

torrというのは、イタリアの科学者エヴァンジェリスタ・トリチェリが1643年に初めて水銀を用いて大気圧を測定したため、そのトリチェリの名前からとってtorrという単位になりました。


酸素濃度について

大気中の気体は全て酸素というわけではありません。
大気中の気体のうち、酸素が占める割合のことを 酸素濃度 といいます。

大気中の酸素濃度は、20.9%です。


酸素分圧について

血液ガスデータをみると、酸素は濃度ではなく、分圧で表されています。
PaO2は、動脈血酸素 分圧 です。
それでは、分圧とは何でしょうか?
その名の通り、 圧が分かれている のです。

何の圧を分けているのでしょうか?
それは、大気圧です。

上記で、大気圧は760mmHgであると書きました。
この全体の圧である760mmHgを、それぞれの気体が分け合っているのです。
その それぞれの気体が持つ圧力 のことを、分圧といいます。

分圧の求め方は、全体の圧である大気圧に、それぞれの気体の濃度を掛けることで求められます。

大気圧(mmHg)×ガス濃度(%)=ガス分圧(mmHg)

この式を使用して、大気中の酸素分圧を求めてみましょう。

760mmHg×20.9%=158.8mmHg となります。

酸素以外の気体の分圧の求めてみましょう。

窒素(78%)
760mmHg×78%=592.8mmHg

二酸化炭素(0.03%)
760mmHg×0.03%=0.228mmHg


気体の状態について

気体の体積は、環境の温度や圧力によって変化します。
そのため、温度や圧力などの環境の基準を決めて考える必要があります。
上記でみてきたのは、標準状態と呼ばれる環境条件でのものです。

英語表記すると、STPD(standard temperature and pressure dry)です。

それでは、標準状態とはどのような状態でしょうか?

温度0℃、1気圧、湿度0%

の状態のことです。

さて、呼吸をみていく上では、気体は人間の身体の中で存在することもあるわけですから、全てこの標準状態で考えるわけにはいきません。
人間が空気を吸気すると、気管分岐部では37℃に加温され、湿度も100%の状態になります。
これを基準とした状態を、BTPS(body temperature ambient pressure saturated with water vapor)といいます。

温度37℃(体温)、1気圧、湿度100%(水蒸気飽和状態)

の状態のことです。
これには良い邦訳がないので、BTPSと憶えて下さい。

それでは、BTPSの状態では気体はどうなるのでしょうか?
ここで影響してくるのは、体内にある飽和水蒸気です。
この水蒸気は、圧力を持っています。
温度37℃の時の飽和水蒸気圧は決まっていますので、そのまま憶えて下さい。

37℃の飽和水蒸気圧:47mmHg   です。

つまり、体内に吸入された気体について考える時には、大気圧からこの飽和水蒸気圧を差し引いて考えなければなりません。
体内に吸入された状態での酸素分圧の計算は以下のようになります。

(760mmHg−47mmHg)×0.209=149mmHg≒150mmHg

標準状態(STPD)での酸素分圧よりも約10mmHg低いことが分かります。

空気を体内に吸入して気管内へ入った時の酸素分圧は150mmHgと憶えて下さい。

肺胞内の酸素分圧について

これまで、気管内に入った所までの酸素分圧をみてきましたが、その酸素が肺胞にまで達した時にはどうなるでしょうか?

ここで、動脈血酸素分圧について見てみましょう。
動脈血酸素分圧とは、その名の通り動脈の中にある酸素の分圧のことです。
肺胞の周りには毛細血管がとりまいていて、肺胞の中に入ってきた酸素はその毛細血管から取り込まれるわけです。

この動脈血酸素分圧の正常値は、90〜100mmHgです。

それでは、気管内へ入った時の酸素分圧は150mmHgなのに、動脈に入った時には100mmHgということは、50mmHgはいったいどこへ行ったのでしょうか?

これには、2つの理由があります。





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呼吸療法の歴史  

1929年 タンクベンチレータ(鉄の肺)の作製
1934年 呼吸理学療法の実施
1956年 血液ガス分析装置の開発
1965年 高気圧酸素療法の実施
1981年 カプノメータの臨床使用
1983年 パルスオキシメータの臨床使用
1985年 在宅酸素療法の保険適用
1990年 在宅人工呼吸療法の保険適用
1996年 第1回呼吸療法認定士認定試験の実施


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呼吸療法に関係する法律  

1897年 伝染病予防法
1948年 医師法
      医療法
      性病予防法
1951年 結核予防法
1987年 臨床工学技士法
1989年 エイズ予防法
1995年 製造物責任(PL)法
1999年 感染症法
2000年 介護保険法
2003年 感染症法改正
2003年 個人情報保護法
2005年 結核予防法改正

感染症の種類

全数把握の対象
■一類感染症(7)
エボラ出血熱、クリミア・コンゴ出血熱、重症急性呼吸器症候群(病原体がSARSコロナウイルスであるものに限る)、痘そう、ペスト、マールブルグ病、ラッサ熱
■二類感染症(6)
急性灰白髄炎、コレラ、細菌性赤痢、ジフテリア、腸チフス、パラチフス
■三類感染症(1)
腸管出血性大腸菌感染症
■四類感染症(30)
E型肝炎、ウエストナイル熱(ウエストナイル脳炎を含む)、A型肝炎、エキノコックス症、黄熱、オウム病、回帰熱、Q熱、狂犬病、高病原性鳥インフルエンザ、コクシジオイデス病、サル痘、腎症候性出血熱、炭疽、つつが虫病、デング熱、ニパウイルス感染症、日本紅斑熱、日本脳炎、ハンタウイルス肺症候群、Bウイルス病、ブルセラ症、発しんチフス、ボツリヌス症、マラリア、野兎病、ライム病、リッサウイルス感染症、レジオネラ症、レプトスピラ症
■五類感染症(14)
アメーバ赤痢、ウイルス性肝炎(E型肝炎及びA型肝炎を除く)、急性脳炎(ウエストナイル脳炎及び日本脳炎を除く)、クリプトスポリジウム症、クロイツフェルト・ヤコブ病、劇症型溶血性レンサ球菌感染症、後天性免疫不全症候群、ジアルジア症、髄膜炎菌性髄膜炎、先天性風しん症候群、梅毒、破傷風、バンコマイシン耐性黄色ブドウ球菌感染症、バンコマイシン耐性腸球菌感染症

定点把握の対象
■五類感染症(28)
RSウイルス感染症、咽頭結膜熱、A群溶血性レンサ球菌咽頭炎、感染性胃腸炎、水痘、手足口病、伝染性紅斑、突発性発しん、百日咳、風しん、ヘルパンギーナ、麻しん(成人麻しんを除く)、流行性耳下腺炎、インフルエンザ(高病原性鳥インフルエンザを除く)、急性出血性結膜炎、流行性角結膜炎、性器クラミジア感染症、性器ヘルペスウイルス感染症、尖圭コンジローマ、淋菌感染症、クラミジア肺炎(オウム病を除く)、細菌性髄膜炎、ペニシリン耐性肺炎球菌感染症、マイコプラズマ肺炎、成人麻しん、無菌性髄膜炎、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌感染症、薬剤耐性緑膿菌感染症


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呼吸ケアにおける評価項目  

respi-evaluation.tiff


呼吸管理に必要な解剖  

胸郭

胸郭は胸壁と横隔膜からなる。
胸壁 :骨性胸壁(脊椎骨・肋骨・胸骨・肩甲骨・鎖骨)と筋肉からなる
横隔膜:胸部と腹部を隔てる筋肉の膜

胸腔

胸腔は胸膜でできた閉鎖された空間である。
壁側胸膜(胸壁と横隔膜の表面を内張りするように被う)と臓側胸膜(肺の表面を被う)があり、胸水を挟んで接している。
胸膜は常に大量の胸水を産生し、同等量の胸水を吸収することでバランスがとられている。
胸膜内は陰圧に保たれている。
胸腔内圧:安静吸気時-4~-8cmH2O、呼気時-2~-8cmH2O
ただし、声門を閉じた努力吸気では-40cmH2O、努力呼気では+40cmH2Oにも達する。

気管支肺胞系

鼻・口から終末細気管支までのガス導管部を気道と呼ぶ。

上気道:鼻腔から咽頭まで

下気道:咽頭より末梢

kidou.tiff


気管:第6頚椎下縁の高さで喉頭の輪状軟骨の下端に始まり、第4-5胸椎の高さで左右の主気管支に分岐する。長さは約10~12cm。
気管の周囲には気管軟骨と膜様部がある。

気管軟骨:気管の前壁から側壁にかけての馬蹄型の軟骨。幅3~4mmで16~20個あり、互いに靱帯で連結されている。これにより気管の内腔はつぶれることなく保たれるようになっている。

膜様部:軟骨がなく、平滑筋を含んだ膜で、気管の後方を被う。

気管の太さ

  成人:16.5mm 乳幼児:9.4~10.8mm 新生児:約5mm

気管の長さ

  成人:10~12cm 乳幼児:4.5~5cm 新生児:約4cm

門歯から気管分岐部までの長さ

  成人:26cm(男)、23cm(女) 乳幼児:約10cm

【メモ】
上記の数値は気管挿管時の気管チューブの太さや長さの決定に必要である。

左右主気管支について

・気管分岐部における左右主気管支の成す角度:約70°
・主気管支が気管長軸の延長線と成す角度
右:約25°(20~40°) 左:約45°(40~60°)
・左主気管支は右主気管支と比べて長く、細い。

main-bronchi.tiff

【メモ】
この角度のため、気管異物は右気管支に落ち込みやすく、また気管内に深く挿入されたチューブの先端は右気管支に入りやすい。

気管支について

bronchi.tiff

■換気に関与できるのは、呼吸細気管支より末梢である。

■小葉気管支までは軟骨を有するので機械的な虚脱を起こしにく
い。

■細気管支より末梢の気道は主として平滑筋と弾力線維よりなる。

平滑筋について

平滑筋は気管から細気管支まで広い範囲に分布する。肺胞周囲にも存在する。
平滑筋は中枢から細気管支までは気道壁内に輪状に存在するが、終末細気管支あるいは呼吸細気管支ではらせん状に取り囲むように存在する。
平滑筋は気道の管腔を調節している。
気管支喘息発作では平滑筋が攣縮して気道が狭窄する。

粘液上皮・粘液腺について

気管・気管支の壁内面を被う粘膜上皮は主として線毛円柱上皮よりなり、その中に粘液を産生する杯細胞が混在する。
線毛運動によって粘液や異物は口側に送り出される。
細気管支の上皮は中枢側では単層の線毛円柱細胞で被われているが、末梢に行くに従って細胞の丈は短くなり円柱から立方上皮に移行する。
杯細胞は細気管支の中枢側には少数存在するが末梢に行くにつれて減少し、消失する。
粘液腺の腺房を生産する2種類の細胞:杯細胞、漿液細胞
粘液腺は気管支から小葉気管支まで広く分布するが、細気管支には存在しない。
粘液腺と軟骨の分布はほぼ一致する。

肺胞について

肺胞は径0.1~0.2mmの嚢状構造で、約3億個ある。
肺胞表面はⅠ型およびⅡ型肺胞上皮細胞にくまなく被われている。
Ⅰ型肺胞上皮細胞:扁平で極めて薄く、肺胞表面の大部分を被う細胞。
Ⅱ型肺胞上皮細胞:立方形で、主として肺表面活性物質(肺サーファクタント)を分泌して肺胞の虚脱を防ぐ役割をしている。

肺について

右肺には3個、左肺には2個の肺葉がある。


右肺  左肺
B1 肺尖枝  B1+2 肺尖後枝
B2 後上葉枝  B3 前上葉枝
B3 前上葉枝  B4 外側中葉枝
B4 上舌枝
B5 内側中葉枝 B5 下舌枝
B6
上-下葉枝
B6
上-下葉枝
B7
内側肺底枝

B8
前肺底枝
B8
前肺底枝
B9
外側肺底枝
B9
外側肺底枝
B10
後肺底枝
B10
後肺底枝


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呼吸の生理  

換気とガス交換

適切なガス交換を維持するための3つの要素
1.大気と肺胞の間で空気を出し入れする「換気」
2.肺胞と毛細血管の間で酸素と二酸化炭素が互いに移動する「ガス交換」
3.酸素化された血液が心臓に戻っていく「血流」


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血液ガスのアセスメント  

■血液ガスは、主に動脈から採取した動脈血を用いて分析される。
■動脈血は、医師にしか採血が認められていない。

血液ガスのアセスメントのための指標

記号
意味
内容
酸塩基平衡の指標
PaCO2
動脈血二酸化炭素分圧
肺における換気量。動脈血中の二酸化炭素の分圧を表し、細胞のCO2産生と肺のCO2交換の均衡をみる。
pH
水素イオン濃度指数
体内の酸塩基平衡。呼吸機能と腎機能によって調節される。
HCO3-
重炭酸イオン
体内で行われる生化学反応の結果生じる緩衝塩基。血液中に存在し、pHを規定する因子の一つ。
BE
ベースエクセス
重炭酸イオンを含む全緩衝塩基の値と正常値の値の差。
ガス交換の指標
PaO2
動脈血酸素分圧
肺における酸素化を示す。Pは圧力、aは動脈を意味する。動脈血中の酸素の分圧を表す。年齢によって基準値が異なる。
SaO2
動脈血酸素飽和度
動脈血中のヘモグロビンに、酸素がどの程度結合しているかを表す酸素化の指標。体内の酸素濃度を表す。

動脈血液ガスの基準値

pH
7.35~7.45
PaCO2
35~45Torr
HCO3-
22~26mEq/L
BE
-3~3mEq/L
PaO2
80~100Torr
SaO2
95~98Torr

pHの維持について

pHは、肺と腎臓によりコントロールされている。
肺 :CO2の排泄
腎臓:HCO3-(重炭酸イオン)の排泄
上記のコントロールをすることで、pHを7.35~7.45に維持することができている。

Henderson-hasselbalchの式

換気の評価

肺胞換気量(VA)

一回換気量は約500mlであるが、この全てが肺胞に届いて換気されているわけではない。
  →約150mlは解剖学的死腔(VD)であり、ガス交換には直接関与していない。

ということは、実際に肺胞でガス交換に関与する換気量を計算するには、
肺胞換気量(VA)=(一回換気量-解剖学的死腔) × 呼吸数


で求められる。

【例題】
A:一回換気量500mlで呼吸数12回/分の人
B:一回換気量300mlで呼吸数20回/分の人
さて、AとBの人では、どちらが肺胞換気量が多いでしょうか?

【答え】
A:肺胞換気量=(500ml-150ml)×12=4200ml
B:肺胞換気量=(300ml-150ml)×20=3000ml
よって、「Aの人の方が多い」でした。
Bの人は呼吸数がAの人の約2倍にもなっているため、換気量が増えていそうな印象を受けますが、実際は解剖学的死腔を考えると、たいして増えていないことが分かります。
このことから分かることは、浅く早い呼吸は有効な換気が得られず、危険である!ということです。

肺胞換気量とPaCO2の関係

PaCO2=0.863×CO2産生量(VCO2)/肺胞換気量(VA)


上の式から分かるように、
肺胞換気量↓ → PaCO2↑
肺胞換気量↑ → PaCO2↓
の関係が成り立つ。

低酸素血症とは?

低酸素血症とは、動脈血酸素分圧(PaO2)が60mmHg未満に低下した状態。

低酸素血症の機序

1.肺胞低換気
2.換気血流比不均等分布
3.拡散障害
4.シャント
※2~4がA-aDO2を拡大させる

■SaO2とPaO2との関係

血液中には、酸素は2種類の形で存在している。
1つは、赤血球でヘモグロビン(Hb)と結合した酸素。
もう1つは、血液という液体に溶解した酸素である。

SaO2
ヘモグロビンと結合している酸素の飽和度(%)
PaO2
血液中に溶解した酸素の分圧(mmHg)

PaO2SaO2
30mmHg60%
40mmHg75%
60mmHg90%(ここが低酸素血症の値。重要!)
100mmHg98%

PaO2の値は、年齢・投与されている酸素濃度・PAO2(肺胞気酸素分圧)・PaCO2に影響される。

Sao2は、ヘモグロビンが結合できる酸素の最大量に対して、実際にヘモグロビンと結合している酸素量の比を表している。細胞に運ばれる酸素が十分維持できているかを表す。

SaO2(%)=ヘモグロビンと結合している酸素÷(Hb(g/100ml)×1.34(ml/1gHb))


(※1gHb中の最大酸素量は1.34ml)

■ヘモグロビン1分子は何分子の酸素と結合する?

→ 4分子

混合静脈血酸素飽和度(SvO2)

生体での組織全体の酸素化能の指標である。
現状では、各組織の酸素化を把握することは不可能であるため、組織全体の酸素需要に見合う酸素供給がなされているかを、この指標を用いて把握する。

測定方法:Swan-Ganzカテーテルに光ファイバーを組み込んだカテーテルを肺動脈幹まで挿入して測定し、反射光分析法によって連続的に測定する。

SvO2の近似式は以下である。
SvO2=SaO2-VO2/(CO-Hb×1.39)


SaO2:動脈血酸素飽和度
VO2:酸素消費量
CO:心拍出量
Hb:ヘモグロビン濃度

正常値:65~80%(重症者では65~70%以上が目標)
低下の原因:心拍出量の低下、低酸素血症、貧血、酸素消費量増加


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呼吸のモニタリング  

呼気終末CO2分圧(PetCO2)
PetCO2(end-tidal CO2)は、肺胞気CO2分圧を反映する。
PaCO2とほぼ等しい。
人工呼吸器管理中の換気状態を把握することができる。

高値:
1.換気量の低下
2.炭酸ガス散生の増加:高体温、振戦、痙攣など
3.炭酸ガスの異常負荷:炭酸水素ナトリウムの投与など

低値:
1.人工呼吸器回路への接続不良による吸引ガスへの大気混入
2.肺の機能異常、心拍出量の低下、肺血栓塞栓症など
3.高肺胞換気量

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呼吸不全  

■呼吸不全の診断基準

1.室内気吸入時のPaO2分圧が60Torr以下となる呼吸器系の機能障害、またはそれに相当する異常状態
2.1型呼吸不全:低酸素型呼吸不全 PaCO2 ≦ 45
2型呼吸不全: 低換気型呼吸不全 PaCO2 > 45

■動脈血ガス組成の正常値

PaO2 臥位ではPaO2=100-0.4×年齢(Torr)
座位ではPaO2=100-0.3×年齢(Torr)

PaCO2=40±5(mmHg)

■結合酸素と溶存酸素

呼吸によって肺から取り込まれた酸素は、
結合酸素:ヘモグロビンと結合している酸素(大部分)
溶存酸素:血漿中に溶解している酸素(一部)
という2つの形で血中に存在する。


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X線画像による評価  

画像の濃度の違い


濃度
代表例
ガス濃度 ⇒黒
肺野、気管・気管支内腔、胃泡
脂肪濃度
脂肪
水濃度 ⇒白
心血管など実質臓器、気管支壁、横隔膜、筋肉
金属(Ca)濃度
骨、石灰化、金属性異物


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酸素療法  

医療用空気



圧縮空気
合成空気
酸素
20.93%
22%
窒素
78.10%
78%
二酸化炭素
0.03%
0%
アルゴンなど
0.94%
0%
水分
多少含有
なし
有毒ガス、塵埃など
ときに混入
なし


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人工呼吸器  

心疾患・呼吸器疾患患者への理学療法では、特に急性期では人工呼吸器が装着された患者へ介入することがある。
人工呼吸器についての知識を理解し、人工呼吸器装着中から理学療法士として介入する意義は大きい。

人工呼吸療法の目的

1.換気量の維持
2.呼吸仕事量の軽減
3.酸素化の改善

人工呼吸が生体に及ぼす影響

自発呼吸
陰圧換気
人工呼吸
陽圧換気

自発呼吸 ⇒ 吸気筋を収縮させることにより、胸腔内圧を陰圧にし、肺胞を拡張させる(肺胞を外側から引っ張る)ことで吸気を行う
人工呼吸 ⇒ 人工呼吸器から送気を行い、気道内・肺胞内を陽圧にし、肺胞を拡張させる(肺胞を内側から押し広げる)ことで吸気を行う

人工呼吸のデメリット

換気血流比不均等分布の増加
圧外傷(バロトラウマ)
胸腔内圧の上昇 ⇒ 静脈還流量の減少、心拍出量の減少、腎・肝機能低下、脳圧亢進、消化管出血


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呼吸療法における英語・略語集  

A-aDO2(alveolar arterial oxygen difference)  肺胞気動脈血酸素分圧較差
ALI(acute lung injury)  急性肺傷害
APRV(airway pressure release ventilation)  気道圧開放換気
ARDS(acute respiratory distress syndrome)  急性呼吸促迫症候群
BD(base deficit)  塩基欠乏
BE(base excess)  塩基過剰
BiPAP(bilevel positive airway pressure)  2種類の陽気道内圧
CaO2(arterial oxygen content)  動脈血酸素含量
Cdyn(dynamic compliance(of lung))  動肺コンプライアンス
CHF(continuous hemofiltration)  持続的血液濾過(法)
CI(cardiac index)  心係数


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引用・参考文献  

1)石原英樹 編:呼吸器ケアエッセンス、メディカ出版、2006
2)細田多穂 監修:シンプル理学療法学シリーズ 内部障害理学療法学テキスト、南江堂、2008
3)塚本玲三・相馬一亥 編:チーム医療のための呼吸循環管理マニュアル、医学書院、2002
4)尾崎孝平 著・諏訪邦夫 監修:おもしろいほどスラスラわかって臨床につかえる!血液ガス・酸塩基平衡教室、メディカ出版、2009


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