呼吸不全

🧠 全体像：呼吸不全は酸素化不全と換気不全 ventilatory failure 換気不全（ventilatory failure） ventilatory failure（換気不全） を分け、肺胞気alveolar gas肺胞気（alveolar gas）alveolar gas（肺胞気）、V/Q不均衡、シャント、拡散、低換気のどこに障害があるかを考え、酸素投与と換気補助 ventilatory support 換気補助（ventilatory support） ventilatory support（換気補助） を原因治療につなげる。

定義と分類

呼吸不全は、呼吸器系respiratory system 呼吸器系（respiratory system）respiratory system（呼吸器系） が適切な酸素化、二酸化炭素carbon dioxide, CO₂ 二酸化炭素（carbon dioxide, CO₂）carbon dioxide, CO₂（二酸化炭素） 排出、またはその両方を維持できない状態である。

術後無気肺atelectasis無気肺（atelectasis）atelectasis（無気肺）に関連するIII型（周術期。PaO₂低下とPaCO₂上昇が併存しA-aDO₂が開大する混合型）、ショックに伴う呼吸筋低灌流をIV型と呼ぶ拡張分類もあるが、普遍的分類ではない。臨床ではI型・II型と発症速度を優先する。PaO₂・PaCO₂の診断閾値や型の呼び方の流儀の違いは急性呼吸不全acute respiratory failure急性呼吸不全（acute respiratory failure）acute respiratory failure（急性呼吸不全）にまとめてある。

生理学的な定義（酸素の供給または二酸化炭素 carbon dioxide, CO₂ 二酸化炭素（carbon dioxide, CO₂） carbon dioxide, CO₂（二酸化炭素） の除去ができない状態）は理論的で、呼吸補助を始めるべきかという治療適応 therapeutic indications 治療適応（therapeutic indications） therapeutic indications（治療適応） を直接には決めない。臨床の呼吸不全の評価は、「いま呼吸補助を始めれば転帰がよくなるか」を探す作業である。

⚠️ 授業資料との差：授業資料は、PaO₂が60 mmHg未満、または年齢から予測した値（100 −（年齢÷10×5））を下回ることを低酸素血症の基準に挙げる。この式は10歳ごとに5 mmHgずつ下がるとする簡便式で、現行のBTS指針の式（100 − 0.3×年齢）より係数が大きく、高齢者でより低い値まで「正常」としてしまう。BTSの式は酸素療法oxygen therapy酸素療法（oxygen therapy）oxygen therapy（酸素療法）を参照する。

酸素化障害の機序

低V/Qは「換気の悪い肺胞に血流が残る」状態であり、V/Q = 0がシャントである。死腔dead space 死腔（dead space）dead space（死腔） は換気されるが血流が乏しい高V/Qで、PEなどで増える。

flowchart TD
    A["低酸素血症"] --> B{"A-a較差"}
    B -->|"正常"| C["低吸入酸素または<span class='jp-term jp-term-diagram' title='alveolar hypoventilation'>肺胞低換気</span>"]
    B -->|"開大"| D["V/Q不均衡・シャント・<span class='jp-term jp-term-diagram' title='diffusion impairment'>拡散障害</span>"]
    D --> E{"高濃度酸素への反応"}
    E -->|"良好"| F["V/Q不均衡・<span class='jp-term jp-term-diagram' title='diffusion impairment'>拡散障害</span>を示唆"]
    E -->|"不良"| G["真のシャントを示唆"]

拡散障害

肺胞から血液への酸素の移動量は、肺胞と血液の分圧差、ガスが通る面積、拡散距離diffusion distance拡散距離（diffusion distance）diffusion distance（拡散距離）、ガスの拡散係数 diffusion coefficient 拡散係数（diffusion coefficient） diffusion coefficient（拡散係数） で決まる（フィックFick フィック（Fick）Fick（フィック） の式：拡散量 = 面積／距離 × 拡散係数diffusion coefficient拡散係数（diffusion coefficient）diffusion coefficient（拡散係数） × 分圧差）。肺胞壁alveolar wall 肺胞壁（alveolar wall）alveolar wall（肺胞壁） や毛細血管壁 capillary wall 毛細血管壁（capillary wall） capillary wall（毛細血管壁） の肥厚、両者の間の距離の増加、拡散面積の減少、毛細血管の通過時間 Transit time 通過時間（Transit time） Transit time（通過時間） （接触時間）の短縮で拡散能 diffusing capacity (DLCO) 拡散能（diffusing capacity (DLCO)） diffusing capacity (DLCO)（拡散能） が落ちる。健常者は通過時間 Transit time 通過時間（Transit time） Transit time（通過時間） の前半で肺胞と血液の酸素分圧 partial pressure of oxygen 酸素分圧（partial pressure of oxygen） partial pressure of oxygen（酸素分圧） が平衡に達するので、運動で通過時間 Transit time 通過時間（Transit time） Transit time（通過時間） が短くなっても保たれるが、拡散障害diffusion impairment 拡散障害（diffusion impairment）diffusion impairment（拡散障害） があると運動時に平衡に達せず、低酸素血症が表に出る。

換気血流比不均衡と死腔

V/Qが低い領域が低酸素血症の原因になる。極端な例が、V/Qが無限大の死腔換気 dead-space ventilation 死腔換気（dead-space ventilation） dead-space ventilation（死腔換気） と、V/Qが0のシャントである。死腔換気dead-space ventilation 死腔換気（dead-space ventilation）dead-space ventilation（死腔換気） が増える代表的な原因は、肺塞栓、肺血圧の低下、West zone 1（気道内圧が高く、肺血管圧pulmonary vascular pressure 肺血管圧（pulmonary vascular pressure）pulmonary vascular pressure（肺血管圧） が相対的に低い領域）である。V/Qが1から0.1へ下がると、肺胞気alveolar gas 肺胞気（alveolar gas）alveolar gas（肺胞気） の酸素分圧 partial pressure of oxygen 酸素分圧（partial pressure of oxygen） partial pressure of oxygen（酸素分圧） は大きく下がり、二酸化炭素carbon dioxide, CO₂ 二酸化炭素（carbon dioxide, CO₂）carbon dioxide, CO₂（二酸化炭素） 分圧は上がる。

シャントの内訳

シャント率が大きいほど、吸入酸素濃度fraction of inspired oxygen, FiO₂ 吸入酸素濃度（fraction of inspired oxygen, FiO₂）fraction of inspired oxygen, FiO₂（吸入酸素濃度） を上げても動脈血酸素分圧 arterial partial pressure of oxygen, PaO₂ 動脈血酸素分圧（arterial partial pressure of oxygen, PaO₂） arterial partial pressure of oxygen, PaO₂（動脈血酸素分圧） は上がりにくい。ヘモグロビン14 g/dL、PaCO₂ 40 mmHg、動静脈酸素含量 oxygen content 酸素含量（oxygen content） oxygen content（酸素含量） 差5 mL/dLとした計算モデルでは、シャント率が30%を超える領域でFiO₂を上げても上昇は小さく、50%ではほぼ平坦になる。これが「酸素不応性の低酸素血症＝シャント」の根拠である。

高CO₂血症の機序

CO₂産生量（VCO₂）が増えるか、肺胞換気量alveolar ventilation, V_A 肺胞換気量（alveolar ventilation, V_A）alveolar ventilation, V_A（肺胞換気量） が低下するとPaCO₂が上昇する。分時換気量minute ventilation, V̇E 分時換気量（minute ventilation, V̇E）minute ventilation, V̇E（分時換気量） が保たれて見えても、死腔増加increased dead space 死腔増加（increased dead space）increased dead space（死腔増加） により有効肺胞換気が不足することがある。肺胞換気量alveolar ventilation, V_A 肺胞換気量（alveolar ventilation, V_A）alveolar ventilation, V_A（肺胞換気量） は分時換気量 minute ventilation, V̇E 分時換気量（minute ventilation, V̇E） minute ventilation, V̇E（分時換気量） と死腔 dead space 死腔（dead space） dead space（死腔） の割合で決まるので、次のようにも書ける。

• 中枢駆動低下：オピオイド、鎮静薬、脳幹障害
• 呼吸ポンプrespiratory pump 呼吸ポンプ（respiratory pump）respiratory pump（呼吸ポンプ） 障害：神経筋疾患、胸郭変形chest wall deformity胸郭変形（chest wall deformity）chest wall deformity（胸郭変形）、肥満低換気
• 気道抵抗airway resistance (Raw) 気道抵抗（airway resistance (Raw)）airway resistance (Raw)（気道抵抗） 増大・疲弊exhaustion 疲弊（exhaustion）exhaustion（疲弊） ：COPD、重症喘息
• 死腔増加increased dead space 死腔増加（increased dead space）increased dead space（死腔増加） ：PE、過伸展hyperextension過伸展（hyperextension）hyperextension（過伸展）、重症肺疾患
• CO₂産生の急激な増加：悪性高熱症 malignant hyperthermia, MH悪性高熱症（malignant hyperthermia, MH） malignant hyperthermia, MH（悪性高熱症）

肺胞低換気alveolar hypoventilation 肺胞低換気（alveolar hypoventilation）alveolar hypoventilation（肺胞低換気） では、高CO₂血症が先に高度になり、低酸素血症はあとから出る。低換気による低酸素はFiO₂を上げると補正しやすいので、酸素だけを足すと高CO₂血症が隠れる。

急性と慢性

PaCO₂値だけで挿管を決めず、pH、意識、呼吸仕事量work of breathing呼吸仕事量（work of breathing）work of breathing（呼吸仕事量）、分泌物、循環、経時変化evolution 経時変化（evolution）evolution（経時変化） を見る。

呼吸不全を構成する要素

血液ガスの数値だけでなく、呼吸という仕事を支える要素のどこが壊れているかを見る。

臨床では、ガス交換障害gas exchange impairment ガス交換障害（gas exchange impairment）gas exchange impairment（ガス交換障害） に加えて、機能的残気量functional residual capacity (FRC) 機能的残気量（functional residual capacity (FRC)）functional residual capacity (FRC)（機能的残気量） の変化、呼吸力学respiratory mechanics 呼吸力学（respiratory mechanics）respiratory mechanics（呼吸力学） と呼吸仕事量 work of breathing呼吸仕事量（work of breathing） work of breathing（呼吸仕事量）、循環不全と心負荷、神経障害、筋・骨格の障害、気道機能の障害をあわせて評価し、他臓器の機能、継続できるか、合併症の危険まで見る。

機能的残気量

機能的残気量functional residual capacity (FRC) 機能的残気量（functional residual capacity (FRC)）functional residual capacity (FRC)（機能的残気量） は呼気終末の肺容量 lung capacity 肺容量（lung capacity） lung capacity（肺容量） であり、ガス交換の緩衝容量でもある。吸気はこの容量と混ざるため、小さいほど無呼吸で急速に脱飽和する。均質な肺構造が壊れると、肺傷害を起こしやすく、ガス交換も呼吸仕事 work of breathing 呼吸仕事（work of breathing） work of breathing（呼吸仕事） の効率も落ち、合併症の源になる。

呼吸仕事量と心肺相互作用

• 弾性仕事elastic work 弾性仕事（elastic work）elastic work（弾性仕事） （呼吸パターン、弾性収縮力elastic recoil弾性収縮力（elastic recoil）elastic recoil（弾性収縮力）、小気道small airways 小気道（small airways）small airways（小気道） の機能）と、抵抗性・粘性viscosity粘性（viscosity）viscosity（粘性）・気流制限airflow limitation 気流制限（airflow limitation）airflow limitation（気流制限） の仕事（機能的残気量functional residual capacity (FRC)機能的残気量（functional residual capacity (FRC)）functional residual capacity (FRC)（機能的残気量）、動的過膨張dynamic hyperinflation動的過膨張（dynamic hyperinflation）dynamic hyperinflation（動的過膨張）、筋機能）が増えると、分泌物の貯留、低換気、不均等換気、無気肺atelectasis無気肺（atelectasis）atelectasis（無気肺）、心負荷、呼吸筋疲労respiratory muscle fatigue 呼吸筋疲労（respiratory muscle fatigue）respiratory muscle fatigue（呼吸筋疲労） が連鎖する。
• 大きな陰圧の変動は左室後負荷 afterload 後負荷（afterload） afterload（後負荷） を上げ、両心室の前負荷と肺の濾過圧を上げて、心不全を起こしうる。陽圧は前負荷と左室後負荷 afterload 後負荷（afterload） afterload（後負荷） を下げるので左心不全 Left-sided heart failure / LHF 左心不全（Left-sided heart failure / LHF） Left-sided heart failure / LHF（左心不全） の治療になりうるが、右心不全を誘発することがある。
• 重度の呼吸窮迫では、呼吸筋が全身の酸素消費と心拍出量の大きな割合を使い、交感神経の緊張も強まる。
• 仕事量の増加は身体所見に出る。鼻翼呼吸nasal flaring鼻翼呼吸（nasal flaring）nasal flaring（鼻翼呼吸）、発汗、補助筋（胸鎖乳突筋sternocleidomastoid / SCM胸鎖乳突筋（sternocleidomastoid / SCM）sternocleidomastoid / SCM（胸鎖乳突筋）、胸腕、肋間、腹筋）の動員、気管牽引と肋間陥凹、25回/分超または8回/分未満の呼吸数である。

陽圧換気positive-pressure ventilation 陽圧換気（positive-pressure ventilation）positive-pressure ventilation（陽圧換気） の循環への影響と人工呼吸の使い方は人工呼吸器ventilators 人工呼吸器（ventilators）ventilators（人工呼吸器） の分類・換気モード・設定・離脱にまとめてある。

症例で型を読む

診断

呼吸不全の診断は、血液ガスの閾値を満たすかどうかだけでなく、呼吸補助が必要かを探る目的で行う。

1. ABC、意識、呼吸数、努力呼吸、発語speech (verbalization)発語（speech (verbalization)）speech (verbalization)（発語）、胸郭運動を評価する。
2. SpO₂を連続測定し、動脈血液ガスarterial blood gas, ABG 動脈血液ガス（arterial blood gas, ABG）arterial blood gas, ABG（動脈血液ガス） でPaO₂、PaCO₂、pH、HCO₃⁻、乳酸を確認する。
3. 胸部画像、肺・心エコー、心電図、血算・電解質を原因に応じて行う。
4. 薬物、中枢、神経筋、上気道、胸膜、肺実質、肺血管、心臓を系統的に調べる。

酸素療法

• de novo急性低酸素血症 acute hypoxemia 急性低酸素血症（acute hypoxemia） acute hypoxemia（急性低酸素血症） 性呼吸不全ではSpO₂ 94〜98%を一つの目安とするが、酸素目標は病態と高CO₂血症リスクに応じて個別化する。¹
• COPDなど高CO₂血症リスクでは、まず88〜92%を目標にし、血液ガスを早期再検する。
• 「低酸素ドライブを消すから酸素を与えない」は誤りである。CO₂上昇にはV/Q変化やハルデン効果 Haldane effect ハルデン効果（Haldane effect） Haldane effect（ハルデン効果） などが関与し、生命を脅かす低酸素を放置しない。
• 鼻カニュラnasal cannula鼻カニュラ（nasal cannula）nasal cannula（鼻カニュラ）、マスク、高流量鼻カニュラhigh-flow nasal cannula, HFNC 高流量鼻カニュラ（high-flow nasal cannula, HFNC）high-flow nasal cannula, HFNC（高流量鼻カニュラ） を必要なFiO₂・流量に応じて選ぶ。デバイスごとの濃度と注意点は酸素療法oxygen therapy酸素療法（oxygen therapy）oxygen therapy（酸素療法）と人工呼吸器ventilators 人工呼吸器（ventilators）ventilators（人工呼吸器） の分類・換気モード・設定・離脱を参照する。
• 酸素療法oxygen therapy 酸素療法（oxygen therapy）oxygen therapy（酸素療法） は酸素化を改善するが、呼吸仕事量work of breathing 呼吸仕事量（work of breathing）work of breathing（呼吸仕事量） や酸素需要 oxygen demand 酸素需要（oxygen demand） oxygen demand（酸素需要） そのものは下げない。仕事量の増大が主問題なら、酸素を増やすのではなく換気補助 ventilatory support 換気補助（ventilatory support） ventilatory support（換気補助） へ進む。

換気補助

NIV・HFNCは開始後早期に呼吸数、意識、pH、酸素化、同調entrainment 同調（entrainment）entrainment（同調） 性を再評価し、不成功時の挿管を遅らせない。挿管にあたっての前酸素化 preoxygenation前酸素化（preoxygenation） preoxygenation（前酸素化）、気道確保の階層、困難気道difficult airway 困難気道（difficult airway）difficult airway（困難気道） への備えは全身麻酔の術中管理と気道確保にある。

補助の種類は病気の重症度ではなく、適応と目標で選ぶ。適応が合わない呼吸補助は転帰を悪化させうる。人工呼吸の適応も、PaO₂やPaCO₂の絶対値では決まらない。侵襲的換気のモード、設定、離脱は人工呼吸器ventilators 人工呼吸器（ventilators）ventilators（人工呼吸器） の分類・換気モード・設定・離脱にまとめてある。

原因治療

• 肺炎：適切な抗菌薬と感染源評価
• COPD・喘息：気管支拡張薬 bronchodilator気管支拡張薬（bronchodilator） bronchodilator（気管支拡張薬）、副腎皮質ステロイド、適応に応じ抗菌薬
• 肺水腫：利尿、血圧管理BP control血圧管理（BP control）BP control（血圧管理）、心疾患治療
• PE：抗凝固、リスクに応じ再灌流
• 薬物：拮抗薬と気道・換気支持
• 神経筋疾患：原因治療、分泌管理、早期換気評価

Hbは酸素含量 oxygen content 酸素含量（oxygen content） oxygen content（酸素含量） に重要だが、単に酸素運搬 oxygen transport 酸素運搬（oxygen transport） oxygen transport（酸素運搬） 量を上げる目的のルーチン輸血は行わず、出血、虚血、Hb値 b valueb値（b value） b value（b値）、全身状態に基づく。

まとめ

• 呼吸不全をI型の酸素化不全とII型の換気不全 ventilatory failure 換気不全（ventilatory failure） ventilatory failure（換気不全） に分け、発症速度も評価する。
• V/Q不均衡は酸素に反応しやすく、真のシャントは反応が乏しい。シャント率が大きいほど、FiO₂を上げてもPaO₂は上がりにくい。
• 診断は閾値を満たすかではなく、機能的残気量functional residual capacity (FRC)機能的残気量（functional residual capacity (FRC)）functional residual capacity (FRC)（機能的残気量）、呼吸仕事量work of breathing呼吸仕事量（work of breathing）work of breathing（呼吸仕事量）、循環、神経・筋、気道を含めて呼吸補助が必要かを探る。
• 高CO₂血症は肺胞換気不足で生じ、値だけでなくpHと呼吸疲弊 exhaustion 疲弊（exhaustion） exhaustion（疲弊） を重視する。
• 高CO₂血症リスクがあっても必要な酸素投与を控えず、88〜92%を目標に血液ガスで調整する。
• HFNC・NIVは早期再評価し、失敗時の挿管を遅らせない。