人工呼吸器の分類・換気モード・設定・離脱

🧠 全体像：呼吸補助は、ガス交換を自力で保てないときに、適応と目標に合わせて選ぶ。人工呼吸器ventilators 人工呼吸器（ventilators）ventilators（人工呼吸器） のモードは「何を合図に吸気を始め（トリガー）、吸気中に何を一定にし（制御）、何を合図に呼気へ移るか（サイクル）」という1呼吸の約束事で説明できる。頻度と1回換気量が換気（CO₂排出）を、FiO₂とPEEP（平均気道内圧）が酸素化を決める。そして人工呼吸は始めた日から離脱を計画し、毎日の評価で減らしていく。

呼吸補助の考え方

自発呼吸でガス交換を維持できないときに呼吸補助を考える。判断には、診断、バイタルサインvital signバイタルサイン（vital sign）vital sign（バイタルサイン）、患者の状態（エネルギー消費energy expenditureエネルギー消費（energy expenditure）energy expenditure（エネルギー消費）、意識、気道のクリアランス能力）、血液ガス、胸部X線・CT・超音波を合わせて用いる。人工呼吸の適応はPaO₂やPaCO₂の絶対値だけでは決まらない。

⭐ 補助の種類は、病気の重症度ではなく適応と目標で選ぶ。 適応が合わないまま行った呼吸補助は、転帰をかえって悪化させうる。

呼吸補助の目標

目標は、呼吸筋の仕事量を減らすこと、ガス交換を改善すること（リクルートメントrecruitment (maneuver, e.g. lung recruitment in ARDS)リクルートメント（recruitment (maneuver, e.g. lung recruitment in ARDS)）recruitment (maneuver, e.g. lung recruitment in ARDS)（リクルートメント）、換気、死腔dead space死腔（dead space）dead space（死腔））、陽圧による心肺相互作用に配慮すること、呼吸力学respiratory mechanics 呼吸力学（respiratory mechanics）respiratory mechanics（呼吸力学） を整えることである。呼吸仕事量work of breathing 呼吸仕事量（work of breathing）work of breathing（呼吸仕事量） が増えると、酸素の需給が悪化し、交感神経が緊張し、呼吸筋自体が機能的に障害される。💡 酸素を与えるだけでは呼吸仕事量 work of breathing 呼吸仕事量（work of breathing） work of breathing（呼吸仕事量） は減らない。仕事量を下げたいなら、換気補助ventilatory support 換気補助（ventilatory support）ventilatory support（換気補助） が必要になる。

1つの診断の中にも複数のガス交換障害 gas exchange impairment ガス交換障害（gas exchange impairment） gas exchange impairment（ガス交換障害） が割合を変えて混在するので、どの障害が主かを見て手段を選ぶ。

障害の機序の詳細は呼吸不全を参照する。

陽圧が心臓に与える影響

胸腔内圧intrathoracic pressure 胸腔内圧（intrathoracic pressure）intrathoracic pressure（胸腔内圧） が上がると静脈還流が減って右室の前負荷が下がり、肺血管抵抗pulmonary vascular resistance 肺血管抵抗（pulmonary vascular resistance）pulmonary vascular resistance（肺血管抵抗） の上昇で右室の後負荷 afterload 後負荷（afterload） afterload（後負荷） が上がる。左室は前負荷が下がる一方、後負荷afterload 後負荷（afterload）afterload（後負荷） は下がる。陽圧は肺水腫の左心不全 Left-sided heart failure / LHF 左心不全（Left-sided heart failure / LHF） Left-sided heart failure / LHF（左心不全） には有利だが、循環血液量が不足している患者や右心不全では心拍出量を落とす。

flowchart TD
    A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='intrathoracic pressure'>胸腔内圧</span>の上昇"] --> B["静脈還流の低下"]
    A --> C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='pulmonary vascular resistance'>肺血管抵抗</span>の上昇"]
    A --> D["左室<span class='jp-term jp-term-diagram' title='afterload'>後負荷</span>の低下・左室仕事量の低下"]
    B --> E["右室前負荷の低下"]
    C --> F["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='right ventricular afterload'>右室後負荷</span>の上昇・右室仕事量の増加"]
    E --> G["右室1回拍出量の低下"]
    F --> G
    G --> H["左室前負荷の低下"]
    H --> I["左室1回拍出量・心拍出量の低下"]

陽圧の利益と危険の表は非侵襲的換気療法noninvasive ventilation非侵襲的換気療法（noninvasive ventilation）noninvasive ventilation（非侵襲的換気療法）にある。

酸素療法の選択

デバイスごとの供給濃度の数値、目標SpO₂、加湿の考え方は酸素療法oxygen therapy酸素療法（oxygen therapy）oxygen therapy（酸素療法）が正本である。ここでは、換気補助ventilatory support 換気補助（ventilatory support）ventilatory support（換気補助） へ進む前の選択肢の位置づけだけを示す。

⚠️ 授業資料との差：授業資料は非再呼吸式マスク non-rebreather mask 非再呼吸式マスク（non-rebreather mask） non-rebreather mask（非再呼吸式マスク） の到達濃度を10〜12 L/分でFiO₂ 95%と記し、高流量鼻カニューレhigh-flow nasal cannula 高流量鼻カニューレ（high-flow nasal cannula）high-flow nasal cannula（高流量鼻カニューレ） の流量を「ml/分」と書いている。95%は理論上の上限に近い値で、実際の吸入酸素濃度 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） はマスクの密着と吸気流量で下がり、およそ6〜9割とされる（一般知識）。同じ授業資料の別の頁（単純マスクの頁）は、リザーバー付きマスクを10 L/分でFiO₂ 60%と書いており、頁の間で食い違う。流量の単位は L/分である。数値は酸素療法oxygen therapy酸素療法（oxygen therapy）oxygen therapy（酸素療法）を参照する。

人工呼吸器の分類

人工呼吸器ventilators 人工呼吸器（ventilators）ventilators（人工呼吸器） の役割は、ガス交換と肺胞換気を保つことである。

現在の人工呼吸の主流は陽圧式であり、以下のモードの話はすべて陽圧式を対象とする。

1呼吸の約束事：トリガー・制御・サイクル・リミット

どのモードも、1回の呼吸を次の4点で記述できる。モードの商品名は製造者ごとに異なるが、この4点で見れば分類できる¹。

flowchart TD
    A["吸気トリガー<br>患者：圧または流量の変化<br>機械：時間"] --> B["吸気相<br>制御：圧または流量を一定に保つ<br>リミット：制御にブレーキをかける上限"]
    B --> C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='cycling'>サイクリング</span><br>患者：流量の低下<br>機械：時間"]
    C --> D["呼気相<br>PEEPまで圧が下がる"]
    D --> A

補助・補助調節・調節

主なモード

💡 PCVとVCVは「何を決めて、何が従属するか」で違う。 PCVは圧を決めるので、1回換気量と流量の形は肺のコンプライアンスと気道抵抗 airway resistance (Raw) 気道抵抗（airway resistance (Raw)） airway resistance (Raw)（気道抵抗） で変わる。VCVは流量（量）を決めるので、気道内圧が変わる。肺の状態が変わったとき、どちらの値を監視するかが違ってくる。

設定項目と効果

⭐ 頻度と1回換気量は主に換気とCO₂排出を、FiO₂とPEEP（平均気道内圧）は酸素化を決める。 血液ガスでPaCO₂が高ければ頻度か量を、PaO₂が低ければFiO₂かPEEPを動かす、と整理する。ただし1回換気量・プラトー圧plateau pressureプラトー圧（plateau pressure）plateau pressure（プラトー圧）・PEEPの目標は病態で変わる。ARDSの肺保護換気 lung-protective ventilation 肺保護換気（lung-protective ventilation） lung-protective ventilation（肺保護換気） は急性呼吸窮迫症候群acute respiratory distress syndrome, ARDS急性呼吸窮迫症候群（acute respiratory distress syndrome, ARDS）acute respiratory distress syndrome, ARDS（急性呼吸窮迫症候群）、COPD増悪はCOPD急性増悪 acute exacerbation 急性増悪（acute exacerbation） acute exacerbation（急性増悪） と重症喘息を参照する。

人工呼吸器の画面を読む

設定した値と、患者に実際に起きている値を分けて読む。

ICUで用いられる人工呼吸器 ventilators 人工呼吸器（ventilators） ventilators（人工呼吸器） の画面の例を2つ読む。どちらもモードの表示はP-CMVで、圧規定の補助調節にあたる。設定の吸気圧はPEEPの上に加える圧として扱われている。

例2の画面には、食道内圧esophageal pressure 食道内圧（esophageal pressure）esophageal pressure（食道内圧） と経肺圧 transpulmonary pressure 経肺圧（transpulmonary pressure） transpulmonary pressure（経肺圧） の波形、圧と容量のループも並ぶ。圧規定では1回換気量が肺のコンプライアンスと気道抵抗 airway resistance (Raw) 気道抵抗（airway resistance (Raw)） airway resistance (Raw)（気道抵抗） に従属するので、設定圧が適切に見えても、実測の呼気1回換気量を毎回確認する。

非侵襲的換気と侵襲的換気

非侵襲的換気

非侵襲的換気non-invasive ventilation, NIV 非侵襲的換気（non-invasive ventilation, NIV）non-invasive ventilation, NIV（非侵襲的換気） は、肺胞換気を改善し、呼吸仕事量work of breathing 呼吸仕事量（work of breathing）work of breathing（呼吸仕事量） を減らし、気道内圧を上げる。授業資料は、適切な適応で行えば、侵襲的換気と比べて死亡、合併症、敗血症、人工呼吸日数、鎮静の必要性が減り、早期離床early mobilization 早期離床（early mobilization）early mobilization（早期離床） がしやすいと示す。ただしこれは適応を選んだときの話である。ERS/ATSの指針で強い推奨があるのは COPD増悪の高CO₂血症と心原性肺水腫 cardiogenic pulmonary edema 心原性肺水腫（cardiogenic pulmonary edema） cardiogenic pulmonary edema（心原性肺水腫） で、急性の喘息増悪 asthma exacerbation 喘息増悪（asthma exacerbation） asthma exacerbation（喘息増悪） と、新たに起きた低酸素性呼吸不全 hypoxemic respiratory failure 低酸素性呼吸不全（hypoxemic respiratory failure） hypoxemic respiratory failure（低酸素性呼吸不全） には推奨を出していない²。装置、回路、インターフェース、設定、禁忌、導入と中止の判断は非侵襲的換気療法noninvasive ventilation非侵襲的換気療法（noninvasive ventilation）noninvasive ventilation（非侵襲的換気療法）が正本である。

COPD急性増悪 acute exacerbation 急性増悪（acute exacerbation） acute exacerbation（急性増悪） の高CO₂性呼吸不全は、胸郭の形、必要換気量の増大、疲弊exhaustion疲弊（exhaustion）exhaustion（疲弊）、気道の粘液、小気道small airways 小気道（small airways）small airways（小気道） の慢性炎症が重なって起こる。経過は、1日目に非侵襲的換気 non-invasive ventilation, NIV 非侵襲的換気（non-invasive ventilation, NIV） non-invasive ventilation, NIV（非侵襲的換気） で分時換気量 minute ventilation, V̇E分時換気量（minute ventilation, V̇E） minute ventilation, V̇E（分時換気量）、呼吸仕事量work of breathing呼吸仕事量（work of breathing）work of breathing（呼吸仕事量）、酸素需要oxygen demand 酸素需要（oxygen demand）oxygen demand（酸素需要） を下げて休ませ、2〜3日目に粘液の管理と呼吸理学療法 respiratory physiotherapy 呼吸理学療法（respiratory physiotherapy） respiratory physiotherapy（呼吸理学療法） を組み合わせ、7〜10日目ごろに離脱するか、長期の換気補助 ventilatory support 換気補助（ventilatory support） ventilatory support（換気補助） へ移る、と見通す。

侵襲的換気

気管挿管endotracheal intubation 気管挿管（endotracheal intubation）endotracheal intubation（気管挿管） または気管切開 tracheotomy/tracheostomy 気管切開（tracheotomy/tracheostomy） tracheotomy/tracheostomy（気管切開） から行う。気道の加温加湿 heated humidification 加温加湿（heated humidification） heated humidification（加温加湿） には加温加湿 heated humidification 加温加湿（heated humidification） heated humidification（加温加湿） 器か熱交換型フィルター filter フィルター（filter） filter（フィルター） を使い、人工気道は分離換気チューブ ventilation tube 換気チューブ（ventilation tube） ventilation tube（換気チューブ） や経皮的気管切開 tracheotomy/tracheostomy 気管切開（tracheotomy/tracheostomy） tracheotomy/tracheostomy（気管切開） など目的に応じて選ぶ。

離脱

離脱は、人工呼吸器ventilators 人工呼吸器（ventilators）ventilators（人工呼吸器） の設定を合理的に下げ、自発呼吸の努力を促す過程である。重症で再挿管のリスクが高い患者は、侵襲的換気から非侵襲的換気 non-invasive ventilation, NIV非侵襲的換気（non-invasive ventilation, NIV） non-invasive ventilation, NIV（非侵襲的換気）、酸素療法oxygen therapy 酸素療法（oxygen therapy）oxygen therapy（酸素療法） へと段階的に下げる。

離脱を進めるには、原疾患を十分に治療する、鎮静を最小限にして早期離床 early mobilization 早期離床（early mobilization） early mobilization（早期離床） を行い廃用 disuse (deconditioning) 廃用（disuse (deconditioning)） disuse (deconditioning)（廃用） を防ぐ、体液過剰fluid overload (volume overload)体液過剰（fluid overload (volume overload)）fluid overload (volume overload)（体液過剰）・負のエネルギーバランス・せん妄のような妨げる因子を取り除く、の3点を並行する。

毎日の評価の流れ

flowchart TD
    A["人工呼吸の開始時から離脱を計画する"] --> B["毎日：SATの開始安全基準を確認し鎮静を中断して覚醒を評価"]
    B --> C{"SBTの開始安全基準を満たすか"}
    C -->|"満たさない"| D["原因を見つけて対処し翌日に再評価"]
    C -->|"満たす"| E["SBT：CPAP 5 cmH₂O以下・PS 5 cmH₂O以下またはTピースで30分"]
    E --> F{"成功基準を満たすか"}
    F -->|"満たさない"| G["SBT前の設定へ戻し原因を検討"]
    F -->|"満たす"| H["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='extubation'>抜管</span>後の上気道狭窄と再挿管のリスクを層別化"]
    H --> I["リスクに応じた準備で<span class='jp-term jp-term-diagram' title='extubation'>抜管</span>"]
    I --> J["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='extubation'>抜管</span>後1時間は短い間隔で観察し必要なら予防的NIV"]

日本の3学会合同プロトコル（15歳以上が対象）の基準は次のとおりである³。数値は標準案であり、施設の状況に合わせて修正してよいとされている。

米国のATSとACCPの指針は、24時間を超えて人工呼吸を受けた患者に、離脱プロトコルによる管理、積極的なリハビリテーション、鎮静を最小にするプロトコルを条件付きで提案する。最初のSBTは、吸気圧補助をつけて行うことを条件付きで提案する⁴⁵。日本のプロトコルがCPAP、PS、Tピースのいずれでもよいとするのと比べ、押す方向が少し違うので、どの文書の推奨かを区別して覚える。

抜管の準備と抜管後

SBTに成功したら、抜管extubation 抜管（extubation）extubation（抜管） 後の上気道狭窄と再挿管のリスクを評価してから抜管 extubation 抜管（extubation） extubation（抜管） する³。

• 抜管extubation 抜管（extubation）extubation（抜管） 後上気道狭窄の危険因子は、48時間を超える挿管、女性、太い気管チューブ endotracheal tube気管チューブ（endotracheal tube） endotracheal tube（気管チューブ）、挿管困難difficult intubation挿管困難（difficult intubation）difficult intubation（挿管困難）、外傷である。危険因子が明らかなときはカフリークテスト cuff leak test カフリークテスト（cuff leak test） cuff leak test（カフリークテスト） で評価する。
• カフリークテストcuff leak test カフリークテスト（cuff leak test）cuff leak test（カフリークテスト） は、カフを入れた状態の1回換気量とカフを抜いた状態の1回換気量の差（カフリーク量）が110 mL以下、または差の割合が10%以下なら陽性で、上気道狭窄を予測する。感度は高いが特異度は低く、抜管extubation 抜管（extubation）extubation（抜管） の必須項目ではない³。ATSとACCPの指針も、抜管後喘鳴post-extubation stridor 抜管後喘鳴（post-extubation stridor）post-extubation stridor（抜管後喘鳴） の高リスク例にカフリークテスト cuff leak test カフリークテスト（cuff leak test） cuff leak test（カフリークテスト） を行い、失敗した例には抜管 extubation 抜管（extubation） extubation（抜管） の少なくとも4時間前からステロイドを投与することを条件付きで提案する⁴。
• 抜管extubation 抜管（extubation）extubation（抜管） 後は全例に再挿管のリスクがあると考え、1時間は15分ごとに呼吸数、SpO₂、循環、意識、呼吸困難、呼吸様式breathing pattern呼吸様式（breathing pattern）breathing pattern（呼吸様式）、咳の力、聴診auscultation聴診（auscultation）auscultation（聴診）、嗄声・喘鳴を評価する。超高リスクvery high risk 超高リスク（very high risk）very high risk（超高リスク） と高リスクでは30分の時点で血液ガスを確認する³。

抜管後の非侵襲的換気

⚠️ 予防（まだ呼吸不全でない高リスク例）と治療（すでに呼吸不全になった例）で、NIVの位置づけが逆になる点に注意する。

呼吸理学療法

呼吸理学療法respiratory physiotherapy 呼吸理学療法（respiratory physiotherapy）respiratory physiotherapy（呼吸理学療法） の目的は、呼吸力学respiratory mechanics 呼吸力学（respiratory mechanics）respiratory mechanics（呼吸力学） を整えることと、気道の粘液を排出することである。

術前の呼吸理学療法 respiratory physiotherapy 呼吸理学療法（respiratory physiotherapy） respiratory physiotherapy（呼吸理学療法） は周術期管理perioperative management 周術期管理（perioperative management）perioperative management（周術期管理） とリスク評価、ICUでの早期離床 early mobilization 早期離床（early mobilization） early mobilization（早期離床） はICUにおける理学療法 physiotherapy理学療法（physiotherapy） physiotherapy（理学療法）・栄養管理・心理的ケアも参照する。

まとめ

• 人工呼吸の適応は絶対値で決まらず、最適な呼吸補助は病気の重症度ではなく適応と目標で決まる。
• モードは、トリガー、制御、サイクルの3点で記述する。補助は患者が始め患者が終え、補助調節は患者または機械が始め機械が終え、調節は機械だけが決める。
• 頻度と1回換気量がCO₂排出を、FiO₂とPEEPが酸素化を決める。圧規定では1回換気量、量規定では気道内圧が従属変数 variables 変数（variables） variables（変数） になる。
• 画面は、設定値set point 設定値（set point）set point（設定値） と実測値を分け、総呼吸数が設定より多いかで患者のトリガーを読む。
• 離脱は毎日の評価（SAT、SBT、再挿管リスクの層別化）で進める。NIVは高リスク例の抜管 extubation 抜管（extubation） extubation（抜管） 後の予防には使うが、成立した抜管 extubation 抜管（extubation） extubation（抜管） 後呼吸不全の治療には使わない。