ARDS人工呼吸中の肺胞虚脱・再開通～考察① [critical care]
Lung Opening and Closing during Ventilation of Acute Respiratory Distress Syndrome
American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 2010年3月15日号より
考察
ALI/ARDS症例においてPEEPを上昇させると、二つの現象が同時に発生すると考えられる：一方では、呼気終末に圧がかかることによって含気が保たれている部分が余計に膨らみ、過膨張と歪みが発生する。もう一方では、PEEPを上昇させると虚脱を免れる部分が増え、肺胞の虚脱と再開通が呼吸するごとに繰り返し発生する部分が減る。リクルートメント可能な肺組織量の割合が低い患者では、高めのPEEPをかけても虚脱・再開通を繰り返す部分の量には有意な影響はあらわれず、低めのPEEPであっても虚脱・再開通を繰り返す部分は肺重量のうち無視しうる程度を占めるに過ぎない。反対に、リクルートメント可能な肺組織量の割合が高い患者では、PEEPを5cmH2Oから15cmH2Oへと上昇させると、虚脱・再開通を繰り返す肺組織量が概ね半減する。リクルートメント可能な肺組織量の多寡によらず、PEEPを上昇させると、上昇させた分だけ肺胞の歪みが増大することが分かった。リクルートメント可能な肺組織量の割合が高い患者は予測FRCが小さかったにも関わらず、リクルートメント可能な肺組織量が少ない患者と同じようにPEEP上昇による肺胞の歪みの増大が認められた。驚くべきことである。以上の結果から、一回の呼吸周期中のリクルートメント量が吸気終末の肺胞の歪みに及ぼす影響の大きさは、人工呼吸器設定によって左右されると考えられる。実際、リクルートメント可能な肺組織量が多い患者では、吸気開始時に一回換気量が送り込まれるのは、「開存している」肺組織（つまりFRC）であると考えられるが、この部分の容量は比較的小さい。一方、吸気終末に「開存している」肺組織は、吸気開始時にすでに開存している部分と、吸気開始時には無含気であったが吸気中にリクルートメントされた部分（つまり虚脱・再開通を呈する肺組織）との合計である。このようにして、吸気開始時の「新生児肺(baby lung)」が、吸気が送り込まれて大きくなる。したがって、リクルートメント可能な肺組織が多いほど、ある一定の一回換気量およびPEEPによる吸気終末における肺胞の歪みの実質増大量は小さいと考えられる。つまり、PEEPによる過膨脹から肺が「守られている」ということである。
気道内圧を45cmH2Oまで上昇させても無含気のまま残る肺組織の量を観測した過去の報告によると、その量はALI/ARDS患者ではほぼ一定である（全肺組織量の～25%）。このことから、ALI/ARDS発生時からの「中心病変」、つまりリクルートメント不能な肺組織またはconsolidationが起こっている肺組織を取り囲む炎症部位の大きさがリクルートメント可能な肺組織の量に相当すると我々は考えた。本研究における局所解析で、この考えがうまく説明されたと思われる。実際、リクルートメント可能な肺組織の割合が高い患者では、consolidationは肺実質全体に均一に分布していたが、リクルートメント可能な肺組織の割合が低い患者ではconsolidationは主に肺底部に局在し、「大葉性」パターンの分布であることが示唆された。リクルートメント可能な肺組織の占める割合が低い患者では、気道内圧を45cmH2Oにしたときに、一旦リクルートメントされた肺組織が再虚脱する現象（derecruitment）が認められた（肺を10等分し肺尖から数えて8番目から10番目の領域；Figure 2A）。一方、リクルートメント可能な肺組織の占める割合が高い患者では気道内圧を45cmH2Oにすると、リクルートメント可能な肺組織の占める割合が低い患者でderecruitmentが見られた部分（上乗せ圧が両群で同等の部分）でも、中等度のリクルートメントが得られた。したがって、肺底部における無気肺の成因は、リクルートメント可能な肺組織量の多寡によって異なると考えられる。実際、リクルートメント可能な肺組織の占める割合が低い患者では、虚脱肺組織は大葉性とも称すべき分布を示すため、虚脱肺胞の開放圧閾値が高く、したがって過去に報告されている通り、開放圧が十分でないと（45cmH2O程度の高い圧でも閾値に達していなければ）局所的な肺胞虚脱が生ずるものと考えてもよかろう。以上をすべて踏まえると、本研究で得られた結果から以下の仮説が裏付けられる。リクルートメント可能な肺組織の占める割合が低い患者では、初期病変が解剖学的にも機能的にも限局化（区画化）されている。反対に、リクルートメント可能な肺組織の占める割合が高い患者では、病変が肺実質全体に広がり、限局化は認められず、浮腫を伴う炎症が全体に認められ、肺重量が増え、虚脱肺胞が広範囲に出現する。さらに、本研究で得られた結果は、CTや胸部X線写真で得られる所見を、ALI/ARDS患者の肺の機能形態を明らかにするのにどのように役立てればよいのかということについても、道筋を示すことができる可能性がある。事実、リクルートメント可能な肺組織の占める割合が低い患者では（Puybassetらが過去に明らかにした通り）、無気肺が「大葉性」パターンの分布を呈することが多いことを踏まえると、画像上の肺の形態を視覚的に検討することによって、高いPEEPをかけても効果が得られず過膨脹が発生する危険性の大きい患者を、最初から選別することができるかもしれない。
教訓 無気肺が「大葉性」パターンの分布を呈している場合、リクルートメント可能な肺組織が少ない可能性が高いようです。ALI/ARDS発生時からの「中心病変（リクルートメント不能な肺組織）」を取り囲む炎症部位の大きさがリクルートメント可能な肺組織の量に相当します。
American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 2010年3月15日号より
考察
ALI/ARDS症例においてPEEPを上昇させると、二つの現象が同時に発生すると考えられる：一方では、呼気終末に圧がかかることによって含気が保たれている部分が余計に膨らみ、過膨張と歪みが発生する。もう一方では、PEEPを上昇させると虚脱を免れる部分が増え、肺胞の虚脱と再開通が呼吸するごとに繰り返し発生する部分が減る。リクルートメント可能な肺組織量の割合が低い患者では、高めのPEEPをかけても虚脱・再開通を繰り返す部分の量には有意な影響はあらわれず、低めのPEEPであっても虚脱・再開通を繰り返す部分は肺重量のうち無視しうる程度を占めるに過ぎない。反対に、リクルートメント可能な肺組織量の割合が高い患者では、PEEPを5cmH2Oから15cmH2Oへと上昇させると、虚脱・再開通を繰り返す肺組織量が概ね半減する。リクルートメント可能な肺組織量の多寡によらず、PEEPを上昇させると、上昇させた分だけ肺胞の歪みが増大することが分かった。リクルートメント可能な肺組織量の割合が高い患者は予測FRCが小さかったにも関わらず、リクルートメント可能な肺組織量が少ない患者と同じようにPEEP上昇による肺胞の歪みの増大が認められた。驚くべきことである。以上の結果から、一回の呼吸周期中のリクルートメント量が吸気終末の肺胞の歪みに及ぼす影響の大きさは、人工呼吸器設定によって左右されると考えられる。実際、リクルートメント可能な肺組織量が多い患者では、吸気開始時に一回換気量が送り込まれるのは、「開存している」肺組織（つまりFRC）であると考えられるが、この部分の容量は比較的小さい。一方、吸気終末に「開存している」肺組織は、吸気開始時にすでに開存している部分と、吸気開始時には無含気であったが吸気中にリクルートメントされた部分（つまり虚脱・再開通を呈する肺組織）との合計である。このようにして、吸気開始時の「新生児肺(baby lung)」が、吸気が送り込まれて大きくなる。したがって、リクルートメント可能な肺組織が多いほど、ある一定の一回換気量およびPEEPによる吸気終末における肺胞の歪みの実質増大量は小さいと考えられる。つまり、PEEPによる過膨脹から肺が「守られている」ということである。
気道内圧を45cmH2Oまで上昇させても無含気のまま残る肺組織の量を観測した過去の報告によると、その量はALI/ARDS患者ではほぼ一定である（全肺組織量の～25%）。このことから、ALI/ARDS発生時からの「中心病変」、つまりリクルートメント不能な肺組織またはconsolidationが起こっている肺組織を取り囲む炎症部位の大きさがリクルートメント可能な肺組織の量に相当すると我々は考えた。本研究における局所解析で、この考えがうまく説明されたと思われる。実際、リクルートメント可能な肺組織の割合が高い患者では、consolidationは肺実質全体に均一に分布していたが、リクルートメント可能な肺組織の割合が低い患者ではconsolidationは主に肺底部に局在し、「大葉性」パターンの分布であることが示唆された。リクルートメント可能な肺組織の占める割合が低い患者では、気道内圧を45cmH2Oにしたときに、一旦リクルートメントされた肺組織が再虚脱する現象（derecruitment）が認められた（肺を10等分し肺尖から数えて8番目から10番目の領域；Figure 2A）。一方、リクルートメント可能な肺組織の占める割合が高い患者では気道内圧を45cmH2Oにすると、リクルートメント可能な肺組織の占める割合が低い患者でderecruitmentが見られた部分（上乗せ圧が両群で同等の部分）でも、中等度のリクルートメントが得られた。したがって、肺底部における無気肺の成因は、リクルートメント可能な肺組織量の多寡によって異なると考えられる。実際、リクルートメント可能な肺組織の占める割合が低い患者では、虚脱肺組織は大葉性とも称すべき分布を示すため、虚脱肺胞の開放圧閾値が高く、したがって過去に報告されている通り、開放圧が十分でないと（45cmH2O程度の高い圧でも閾値に達していなければ）局所的な肺胞虚脱が生ずるものと考えてもよかろう。以上をすべて踏まえると、本研究で得られた結果から以下の仮説が裏付けられる。リクルートメント可能な肺組織の占める割合が低い患者では、初期病変が解剖学的にも機能的にも限局化（区画化）されている。反対に、リクルートメント可能な肺組織の占める割合が高い患者では、病変が肺実質全体に広がり、限局化は認められず、浮腫を伴う炎症が全体に認められ、肺重量が増え、虚脱肺胞が広範囲に出現する。さらに、本研究で得られた結果は、CTや胸部X線写真で得られる所見を、ALI/ARDS患者の肺の機能形態を明らかにするのにどのように役立てればよいのかということについても、道筋を示すことができる可能性がある。事実、リクルートメント可能な肺組織の占める割合が低い患者では（Puybassetらが過去に明らかにした通り）、無気肺が「大葉性」パターンの分布を呈することが多いことを踏まえると、画像上の肺の形態を視覚的に検討することによって、高いPEEPをかけても効果が得られず過膨脹が発生する危険性の大きい患者を、最初から選別することができるかもしれない。
教訓 無気肺が「大葉性」パターンの分布を呈している場合、リクルートメント可能な肺組織が少ない可能性が高いようです。ALI/ARDS発生時からの「中心病変（リクルートメント不能な肺組織）」を取り囲む炎症部位の大きさがリクルートメント可能な肺組織の量に相当します。
2010-04-12 07:25
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