呼吸機能検査：静的・動的肺気量

🧠 全体像：呼吸機能検査 pulmonary function test 呼吸機能検査（pulmonary function test） pulmonary function test（呼吸機能検査） は、①スパイロメトリーspirometryスパイロメトリー（spirometry）spirometry（スパイロメトリー）で気流、②肺気量 lung volume 肺気量（lung volume） lung volume（肺気量） 測定で拘束・過膨張hyperinflation過膨張（hyperinflation）hyperinflation（過膨張）、③肺拡散能diffusing capacity of the lung肺拡散能（diffusing capacity of the lung）diffusing capacity of the lung（肺拡散能）で肺胞‐毛細血管ガス移動を評価する。閉塞性障害obstructive defect 閉塞性障害（obstructive defect）obstructive defect（閉塞性障害） と拘束性障害 restrictive defect 拘束性障害（restrictive defect） restrictive defect（拘束性障害） は、単一の数値でなく組合せで判定する。

肺気量と肺容量

下図は全肺気量 total lung capacity (TLC) 全肺気量（total lung capacity (TLC)） total lung capacity (TLC)（全肺気量） （TLC）6,000 mLを100%として、4つの基本肺気量 lung volume 肺気量（lung volume） lung volume（肺気量） へ分けた代表値である。肺活量vital capacity 肺活量（vital capacity）vital capacity（肺活量） （VC）は残気量 residual volume, RV 残気量（residual volume, RV） residual volume, RV（残気量） を除く3区画の合計であり、通常のスパイロメトリー spirometry スパイロメトリー（spirometry） spirometry（スパイロメトリー） では残気量 residual volume, RV 残気量（residual volume, RV） residual volume, RV（残気量） を直接測定できない点も読み取れる。

pie
  title 全肺気量6,000 mLの内訳（成人の教科書的代表値）
  "予備吸気量（3,100 mL）" : 3100
  "一回換気量（500 mL）" : 500
  "予備呼気量（1,200 mL）" : 1200
  "残気量（1,200 mL）" : 1200

GLI参照式とLLN

GLIは、健康な集団の測定値から肺機能の予測値と正常範囲を計算する国際共同プロジェクトである。患者の実測値を、同じ年齢・身長・性別などをもつ健康者の分布と比べるために使う。スパイロメトリーspirometry スパイロメトリー（spirometry）spirometry（スパイロメトリー） 用のGLI-2012参照式は74,187人のデータを統合し、3〜95歳を切れ目なく扱えるようにした。¹

💡 LLN未満は「病気である確率95%」という意味ではない。 健康者の約5%も統計上はLLN未満となりうる。境界付近では測定品質、症状、曝露歴、検査前確率pretest probability検査前確率（pretest probability）pretest probability（検査前確率）、他の肺機能指標を合わせて判断する。²

固定の「予測値80%未満」では、年齢とともに変わる健康者間のばらつきを表せない。FEV₁FEV₁（forced expiratory volume in one second）/FVCFVC（forced vital capacity）を全年齢で0.70と切る方法も、若年者では閉塞を見逃し、高齢者では生理的低下を異常と判定しやすい。GLIとLLNは、この年齢ごとの中心値だけでなく、ばらつきも変わることを計算に組み込む。

GLI-2012スパイロメトリー spirometry スパイロメトリー（spirometry） spirometry（スパイロメトリー） 参照式の適用範囲は3〜95歳である。GLIには肺気量 lung volume 肺気量（lung volume） lung volume（肺気量） 用・DLCODLCO（diffusing capacity of the lung for carbon monoxide）用の別の参照式もあるが、開発集団と適用年齢は同一ではない。たとえばGLI-2017のDLCO式は4.5〜91歳のデータに基づき、主に欧州系集団から作られている。³ 検査装置がどの参照式・対象集団study population 対象集団（study population）study population（対象集団） を採用しているかを報告書で確認する。

人種・民族と参照式の関係は改訂された

⭐ ここはノートも装置の設定も古いまま残りやすい。 時点ごとに誰が何を述べたかで分けて押さえる。

💡 「人種中立」は「人種と無関係 unrelated無関係（unrelated） unrelated（無関係）」という意味ではない。 GLI Globalは4集団の観測値に重みを付けて平均した複合式であり、ステートメント自身が「真に人種非依存ではなく、適用にあたって人種を選ばなくてよいという意味である」と断っている。「other」式と比べて平均予測値はほぼ同じだが、正常範囲は広くなる。⁴

⚠️ ステートメントは勧告と同時に、この変更の効果は不確実で害の可能性もあるという注意と、肺機能検査pulmonary function test 肺機能検査（pulmonary function test）pulmonary function test（肺機能検査） を臨床・雇用・保険の判断にどう使うかを広く見直す必要があることを併記している。参照式の差し替えだけで完結する変更ではない。⁴

この論点が直接かかっているのはスパイロメトリー spirometry スパイロメトリー（spirometry） spirometry（スパイロメトリー） の参照式である。GLIのDLCO式と静的肺気量 static lung volume 静的肺気量（static lung volume） static lung volume（静的肺気量） 式には、他集団の参照データが足りないためそもそも人種・民族別の複数式が無く、主に欧州系集団のデータに基づく単一式である。²

スパイロメトリー

最大吸気maximal inspiration 最大吸気（maximal inspiration）maximal inspiration（最大吸気） 後にできるだけ速く強く呼出し、容量‐時間曲線 concentration-time curve 時間曲線（concentration-time curve） concentration-time curve（時間曲線） とフロー・ボリューム曲線 flow-volume curve フロー・ボリューム曲線（flow-volume curve） flow-volume curve（フロー・ボリューム曲線） を得る。

模式図の例では、正常はFEV₁ 4.0 L/FVC 5.0 L（80%）、閉塞性は1.3/3.1 L（42%）、拘束性restrictive 拘束性（restrictive）restrictive（拘束性） は2.8/3.1 L（90%）である。実臨床ではこの例示値ではなくLLNとzスコアを用いる。

容量―時間曲線 concentration-time curve 時間曲線（concentration-time curve） concentration-time curve（時間曲線） では、閉塞性は最終的にある程度の容量を呼出できても最初の1秒が遅く、拘束性restrictive拘束性（restrictive）restrictive（拘束性）は立ち上がり upstroke 立ち上がり（upstroke） upstroke（立ち上がり） が比較的速い一方で最終容量そのものが小さい。下図は上記の例示値を通るように描いた模式図で、曲線は最初の1秒の呼出量が大きい順に「正常」「拘束性restrictive拘束性（restrictive）restrictive（拘束性）」「閉塞性」を表す。中間時点は説明用であり、診断には実測曲線、再現性、LLN、TLCを用いる。

xychart-beta
    title "正常・閉塞性・拘束性の容量―時間曲線（模式図）"
    x-axis "努力呼出開始からの時間（秒）" [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]
    y-axis "累積呼出量（L）" 0 --> 5
    line "正常" [0, 4.0, 4.6, 4.85, 4.95, 5.0, 5.0]
    line "拘束性" [0, 2.8, 3.05, 3.1, 3.1, 3.1, 3.1]
    line "閉塞性" [0, 1.3, 2.0, 2.5, 2.8, 3.0, 3.1]

フロー・ボリューム曲線に現れる形

閉塞性と拘束性

flowchart TD
  A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='spirometry'>スパイロメトリー</span>"] --> B{"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='forced expiratory volume in one second'>FEV₁</span>/<span class='jp-term jp-term-diagram' title='forced vital capacity'>FVC</span>がLLN未満？"}
  B -->|"はい"| C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='obstructive ventilatory defect'>閉塞性換気障害</span>"]
  C --> D["必要に応じて<span class='jp-term jp-term-diagram' title='bronchodilator'>気管支拡張薬</span>反応を評価"]
  D --> E["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='lung volume'>肺気量</span>・<span class='jp-term jp-term-diagram' title='diffusing capacity of the lung for carbon monoxide'>DLCO</span>を追加"]
  E --> F{"RV/TLC・FRC/TLCが高値？"}
  F -->|"はい"| G["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='air trapping'>エアトラッピング</span>・<span class='jp-term jp-term-diagram' title='hyperinflation'>過膨張</span>を支持"]
  F -->|"いいえ"| H["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='lung volume'>肺気量</span>が正常でも閉塞は否定しない"]
  G --> Q{"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='diffusing capacity of the lung for carbon monoxide'>DLCO</span>低値？"}
  H --> Q
  Q -->|"はい"| R["肺気腫など<span class='jp-term jp-term-diagram' title='alveolar capillary bed'>肺胞毛細血管床</span>の障害を示唆"]
  Q -->|"いいえ"| S["喘息・<span class='jp-term jp-term-diagram' title='chronic bronchitis'>慢性気管支炎</span>などを<span class='jp-term jp-term-diagram' title='clinical signs'>臨床所見</span>と統合"]
  B -->|"いいえ"| I{"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='forced vital capacity'>FVC</span>低値？"}
  I -->|"はい"| J["拘束を疑いTLC測定<br>非特異的パターンや<span class='jp-term jp-term-diagram' title='air trapping'>エアトラッピング</span>も再評価"]
  J --> K{"TLC低値？"}
  K -->|"はい"| L["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='restrictive ventilatory impairment'>拘束性換気障害</span>"]
  L --> M{"<span class='jp-term jp-term-diagram' title='diffusing capacity of the lung for carbon monoxide'>DLCO</span>低値？"}
  M -->|"はい"| N["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='interstitial lung disease, ILD'>間質性肺疾患</span>など肺実質性"]
  M -->|"いいえ"| O["胸郭・神経筋・肥満など肺外性"]
  K -->|"いいえ"| P["非特異的パターン・<span class='jp-term jp-term-diagram' title='air trapping'>エアトラッピング</span>を再評価"]

障害の重症度

⭐ 重症度の刻み方も改訂されている。 2005年の基準はFEV₁の%予測値を70%・60%・50%・35%で切る5段階だったが、ERS/ATS 2022はFEV₁・FVC・DLCOなどすべての指標をzスコアで3段階に分ける方式へ改めた。%予測値は年齢によって刻みの幅が一定にならないためである。²

区切りは原文がこの書き方で、−4.0と−4.1のあいだは文面上どの区分にも属さない。3段階になった経緯は、zスコアへ移した当初の区切りが −2・−2.5・−3・−4 の4本だったところ、−1.65〜−2.5では死亡リスクの差が小さいためまとめて「軽度」とし、−2.51〜−4も中等度の死亡リスクを示す範囲としてまとめた、というものである。²

⚠️ 肺機能障害の重症度は、疾患の重症度と同じではない。 疾患の重症度には生活の質・機能障害・画像所見が含まれ、貧血・神経筋の筋力低下・薬剤の副作用など肺機能に由来しない要素にも左右される。また、この区分と生存との関連は小児では検証されていない。²

体プレチスモグラフィ

密閉室内でボイルの法則 Boyle's law ボイルの法則（Boyle's law） Boyle's law（ボイルの法則） を利用して胸腔内 intrathoracic 胸腔内（intrathoracic） intrathoracic（胸腔内） ガス量を測定する。スパイロメトリーspirometry スパイロメトリー（spirometry）spirometry（スパイロメトリー） では直接測れないRV・FRC・TLC、気道抵抗airway resistance (Raw) 気道抵抗（airway resistance (Raw)）airway resistance (Raw)（気道抵抗） を評価でき、閉塞性疾患occlusive (obstructive) disease 閉塞性疾患（occlusive (obstructive) disease）occlusive (obstructive) disease（閉塞性疾患） のエアトラッピング air trappingエアトラッピング（air trapping） air trapping（エアトラッピング）、拘束性障害restrictive defect 拘束性障害（restrictive defect）restrictive defect（拘束性障害） の確定、胸郭内ガス量の測定に有用である。検査には呼吸操作への協力が必要であり、「スパイロメトリーspirometry スパイロメトリー（spirometry）spirometry（スパイロメトリー） に協力できない患者向け」ではない。

圧‐流量ループは、正常、上気道などの中枢性閉塞、不均一な気道閉塞、喘息のような対称性閉塞、肺気腫にみられる呼気時虚脱で形が異なる。TLC低下は拘束性換気障害 restrictive ventilatory impairment 拘束性換気障害（restrictive ventilatory impairment） restrictive ventilatory impairment（拘束性換気障害） を確定するが、肺気量lung volume 肺気量（lung volume）lung volume（肺気量） だけで肺実質性・胸壁性・神経筋性を断定はできない。神経筋性では呼気筋力低下によりRVが増えることがあり、別途測定した最大吸気圧 maximal inspiratory pressure (MIP)最大吸気圧（maximal inspiratory pressure (MIP)） maximal inspiratory pressure (MIP)（最大吸気圧）・最大呼気圧maximal expiratory pressure (MEP)最大呼気圧（maximal expiratory pressure (MEP)）maximal expiratory pressure (MEP)（最大呼気圧）、臨床所見clinical signs 臨床所見（clinical signs）clinical signs（臨床所見） と合わせて判断する。

TLC低下を確認したら、次にFRC/TLC・RV/TLCを見る。両比が正常なら単純な拘束、両比が95パーセンタイル percentile パーセンタイル（percentile） percentile（パーセンタイル） を超えていて気流閉塞 airflow limitation (airflow obstruction) 気流閉塞（airflow limitation (airflow obstruction)） airflow limitation (airflow obstruction)（気流閉塞） が無ければ複雑な拘束で、TLCの低下に不釣り合いなほどFVCを下げる過程が複数働いていることを示す。肥満と神経筋疾患が代表的な原因である。気流閉塞airflow limitation (airflow obstruction) 気流閉塞（airflow limitation (airflow obstruction)）airflow limitation (airflow obstruction)（気流閉塞） も伴えば混合性 mixed 混合性（mixed） mixed（混合性） 障害になる。²

一回呼吸法DLCO

DLCOは一酸化炭素carbon monoxide, CO 一酸化炭素（carbon monoxide, CO）carbon monoxide, CO（一酸化炭素） が肺胞気 alveolar gas 肺胞気（alveolar gas） alveolar gas（肺胞気） から肺毛細血管 pulmonary capillary 肺毛細血管（pulmonary capillary） pulmonary capillary（肺毛細血管） 血へ移る能力を表す。スパイロメトリーspirometry スパイロメトリー（spirometry）spirometry（スパイロメトリー） が「空気を出し入れできるか」を調べるのに対し、DLCOは「肺胞まで来たガスを血液へ受け渡せるか」を調べる。欧州では同じ検査をTLCOと呼ぶことがある。

分子は1分あたりに血液へ移動したCO量、分母は肺胞気 alveolar gas 肺胞気（alveolar gas） alveolar gas（肺胞気） と肺毛細血管 pulmonary capillary 肺毛細血管（pulmonary capillary） pulmonary capillary（肺毛細血管） 血のCO分圧差で、単位は通常mL/min/mmHgである。COはHbへ強く結合するため、肺毛細血管pulmonary capillary 肺毛細血管（pulmonary capillary）pulmonary capillary（肺毛細血管） 血中のCO分圧をほぼゼロとみなせる。このため、吸気と呼気のCO濃度差 concentration difference 濃度差（concentration difference） concentration difference（濃度差） から肺胞‐毛細血管間の移動を測りやすい。ただしDLCOは膜だけの値ではなく、次の要素をまとめて反映する。

どう測るか

1. 残気量位residual volume level 残気量位（residual volume level）residual volume level（残気量位） まで呼出する。
2. 微量COと不活性トレーサーガス tracer gas トレーサーガス（tracer gas） tracer gas（トレーサーガス） を含む試験ガスを、全肺気量total lung capacity (TLC) 全肺気量（total lung capacity (TLC)）total lung capacity (TLC)（全肺気量） 近くまで速やかに吸入する。
3. 約10秒息を止める。
4. 呼出ガスのCO濃度低下からCO移動量を、トレーサーガスtracer gas トレーサーガス（tracer gas）tracer gas（トレーサーガス） の希釈からガスが到達した肺胞気 alveolar gas 肺胞気（alveolar gas） alveolar gas（肺胞気） 量（VA）を求める。⁵

KCOは単位肺胞気 alveolar gas 肺胞気（alveolar gas） alveolar gas（肺胞気） 量あたりのCO移動係数で、概念的にDLCO = KCO × VAの関係にある。ここでVAは体プレチスモグラフィbody plethysmography体プレチスモグラフィ（body plethysmography）body plethysmography（体プレチスモグラフィ）で測るTLCやFRCではなく、単回吸入した試験ガスが実際に到達した肺胞容積である。気道閉塞や不均等換気が強ければVAはTLCより小さくなりうる。

⚠️ KCOはDLCOを肺気量 lung volume 肺気量（lung volume） lung volume（肺気量） で単純に「補正」した値ではない。VAが低下するとKCOは非線形 non-linear 非線形（non-linear） non-linear（非線形） に変化するため、KCOが正常または高値でもDLCO低下をなかったことにはできない。DLCO、VA、KCO、VA/TLCを一緒に読み、低下がガス交換面積の減少、試験ガスの分布不良、膜・肺血管床pulmonary vascular bed 肺血管床（pulmonary vascular bed）pulmonary vascular bed（肺血管床） の障害のどれで説明しやすいかを考える。²

判定にはGLIなどの適切な参照式から求めたLLNとzスコアを使い、固定の「80%未満」だけで低値と決めない。ヘモグロビン濃度hemoglobin concentrationヘモグロビン濃度（hemoglobin concentration）hemoglobin concentration（ヘモグロビン濃度）、COHb（喫煙など）、吸入酸素分圧 partial pressure of oxygen 酸素分圧（partial pressure of oxygen） partial pressure of oxygen（酸素分圧） を考慮して解釈する。VAとKCOはDLCOの構成要素として確認し、VA/TLCが著しく低ければ不均等換気による検査ガスの分布不良も疑うが、VAでDLCOを機械的に「補正」しない。成人のVA/TLCは概ね0.85〜0.90が正常で、これを大きく下回るときはガス混合の障害がDLCO低値に寄与している可能性が高い。体プレチスモグラフィbody plethysmography 体プレチスモグラフィ（body plethysmography）body plethysmography（体プレチスモグラフィ） による肺気量 lung volume 肺気量（lung volume） lung volume（肺気量） が無い場合は、呼出中の不活性トレーサーガス tracer gas トレーサーガス（tracer gas） tracer gas（トレーサーガス） 波形が急な下降を示すことが分布不良の手がかりになる。²

アレルギー検査とアナフィラキシー

• 皮膚プリック試験skin prick test 皮膚プリック試験（skin prick test）skin prick test（皮膚プリック試験） はヒスタミン陽性対照と陰性対照を置く。
• アレルゲン特異的IgE specific IgE 特異的IgE（specific IgE） specific IgE（特異的IgE） （allergen-specific IgE）は臨床症状 clinical manifestation 臨床症状（clinical manifestation） clinical manifestation（臨床症状） と曝露歴に合わせて選択し、皮膚試験困難例や全身反応リスクが高い例で有用である。
• アナフィラキシーでは蕁麻疹、血管性浮腫angioedema血管性浮腫（angioedema）angioedema（血管性浮腫）、喘鳴、呼吸困難、頻脈、低血圧を来しうる。第一選択は大腿外側への筋注アドレナリン intramuscular adrenaline (IM epinephrine) 筋注アドレナリン（intramuscular adrenaline (IM epinephrine)） intramuscular adrenaline (IM epinephrine)（筋注アドレナリン） で、ステロイドは即効性 fast-acting (rapid-onset) 即効性（fast-acting (rapid-onset)） fast-acting (rapid-onset)（即効性） 救命治療の代替ではない。

まとめ

• FEV₁/FVC低下は閉塞、TLC低下は拘束を示す。
• 曲線の形、肺気量lung volume肺気量（lung volume）lung volume（肺気量）、DLCOを組み合わせて疾患局在を考える。
• 固定比や予測値80%のみで判断せず、LLN・zスコアと検査品質を確認する。
• 重症度もzスコアで刻む。軽度 −1.65〜−2.5、中等度 −2.51〜−4.0、重度 −4.1未満で、%予測値による旧5段階は使わない。
• 参照式の選び方は2023年のATSステートメントが人種・民族別から人種中立の平均式 GLI Global 平均式（GLI Global） GLI Global（平均式） への置き換えを勧告して変わった。報告書がどの式を使っているかを確かめる。
• DLCOは肺胞‐毛細血管膜だけでなく、ガス交換面積・肺毛細血管血液量pulmonary capillary blood volume, Vc肺毛細血管血液量（pulmonary capillary blood volume, Vc）pulmonary capillary blood volume, Vc（肺毛細血管血液量）・Hb量を合わせて反映し、VA・KCOと統合して解釈する。