はじめに

人工呼吸の適応は，低酸素血症や高二酸化炭素血症のようなガス交換障害だけではない．空気の通り道が狭くなって気道抵抗が上昇している状態（閉塞性呼吸不全）や，肺が固くなって膨らみにくくなっている状態（拘束性呼吸不全）では，呼吸をするために多くの労力〔呼吸仕事量（work of breathing：WOB）〕を要する．また，神経筋疾患では呼吸筋力が弱くなるため，相対的に呼吸仕事量が大きくなる．このような呼吸仕事量が増大した病態でも，呼吸仕事量軽減目的で人工呼吸器が使用される．さらに，呼吸仕事量増大とガス交換障害は共存していることが多いため，両者のバランスを考慮した人工呼吸設定が重要である．

時定数

「気道抵抗」と「コンプライアンス」を掛け合わせた値を「時定数」と呼ぶ．時定数（秒）は，肺の63%（1-1/e）の空気が出ていくのに要する時間であり，息を吐き終わるにはおよそ時定数の5倍の時間を要する．つまり，時定数が1秒であれば，息を吐き終わるまでに5秒要するということになる．気道抵抗が2倍になれば（閉塞性呼吸不全），呼出時間は2倍になり，コンプライアンスが1/2倍になれば（拘束性呼吸不全），呼出時間は1/2倍になることを表している．

１正常肺の典型的人工呼吸器設定

表1に主な病態別人工呼吸器設定を示す．適切な人工呼吸器の設定法は，必ずしも一通りとは限らない．このため，どの人工呼吸モードを使うかということにこだわるのではなく，設定した結果が，患者の酸素化・換気を適切にサポートしているか，患者の呼吸仕事量を適切に軽減できているかを評価することが重要である．

肺実質そのものには大きな異常はないが，①呼吸の指令を出す部位に障害がある場合（薬物中毒，術後，鎮静・鎮痛中，意識障害）や，②呼吸筋力に異常がある場合（神経筋疾患，脊髄損傷，胸壁疾患）がこの群に該当する（図1）．

1）自発呼吸が十分保たれていない場合

1モード

自発呼吸が不安定な場合は，確実な換気量を保つため，A/C（assist control）モードを使用する．自発呼吸が不十分な場合，SIMV（synchronized intermittent mandatory ventilation）を使用しても，動作様式はA/Cと同様になる．従量式（volume-controlled ventilation：VCV），従圧式（pressure-controlled ventilation：PCV）は，いずれでもよい．

2設定

一回換気量は6～7 mL/kg，呼吸回数は10～16回/分に設定する．近年，システマティック・レビューの結果，急性呼吸窮迫症候群（acute respiratory distress syndrome：ARDS）を合併してない人工呼吸患者において，一回換気量を7 mL/kg以下にした場合と，10 mL/kg以上にした場合では，10 mL/kg以上の群でARDS発症率が高かったという報告^1）があるため，一回換気量は6～7 mL/kgに抑える．酸素化障害・換気障害や無気肺は高度でないことが多いため，呼気終末陽圧（positive end expiratory pressure：PEEP）やfraction of inspiratory oxygen（F_IO₂）を意図的に高く設定する必要はなく，PEEP 3～5 cmH₂O，F_IO₂ 0.4～0.5で開始する．気道抵抗や肺の柔らかさ（コンプライアンス）は正常であるため，プラトー圧は容易に低く保つことができる．

理想体重

人工呼吸器の一回換気量は，体重1 kgあたり6 mLのように表現されることが多いが，この体重とは実測体重ではなく，理想体重を用いる．理想体重は以下の式で求められる．

　男性：50＋0.91×（身長cm－152.4）

　女性：45＋0.91×（身長cm－152.4）

つまり，太っていてもやせていても，身長が同じであれば一回換気量は同じ値ということになる．

3設定調節法

SpO₂ 93～97%を目標に，F_IO₂を0.1～0.2ずつ増減する．PaCO₂上昇によるpH低下があれば，呼吸回数を増やし，PaCO₂低下によるpH上昇があれば，呼吸回数を減らす．本人の自発呼吸が安定していれば，持続的気道陽圧法（continuous positive airway pressure：CPAP）へモード変更する．

PaCO₂と分時換気量

一般的に，PaCO₂は分時換気量（一回換気量×呼吸回数）に反比例すると言われるが，正確には分時肺胞換気量に反比例する．つまり，死腔を考慮する必要がある．

（A）一回換気量500 mL×呼吸回数12回/分＝分時換気量 6,000 mL

（B）一回換気量600 mL×呼吸回数10回/分＝分時換気量 6,000 mL

前の2つの設定は，一見いずれも同じ分時換気量に見える．しかし，死腔（約150 mL）があることを考慮すると，真にガス交換に関与している肺胞換気量は，一回換気量－死腔量と考えられるため，分時肺胞換気量は以下のようになる．

（A）一回換気量（500－150）mL×呼吸回数12回/分＝分時肺胞換気量 4,200 mL

（B）一回換気量（600－150）mL×呼吸回数10回/分＝分時肺胞換気量 4,500 mL

このように，（A）と（B）では肺胞換気量が異なっていたことがわかる．ARDSや過膨張肺では死腔量がさらに大きくなっていることが多いため，肺胞換気量を考える際に死腔量を特に意識する必要がある．

この群に分類される患者は，基本的に肺実質には異常がないが，著明な呼吸努力を呈していることが多い．このため，気管挿管時に鎮静薬・筋弛緩薬などを使用して患者の呼吸努力を抑制した場合，分時換気量低下・換気血流不均等増加により，著明な低酸素血症・高二酸化炭素血症を引き起こす危険性がある．このため，人工呼吸器モニター（特に一回換気量，呼吸回数，分時換気量），生体モニター〔特に血圧，脈拍，EtCO₂（end tidal carbon dioxide）〕，動脈血ガス分圧測定の観察が重要である．