硬くなる肺、増えるシャント―肺炎の呼吸生理を一気に整理する
第111回医師国家試験 G問題 第68問(連問)
国試問題にチャレンジ
連問の共通文
次の文を読み,66~68の問いに答えよ。 84歳の男性。早期胃癌の治療のため入院中である。 現病歴:2か月前から上腹部痛を自覚し,改善がないため受診した。上部消化管内視鏡検査で胃前庭部小彎の早期胃癌と診断された。5日前に入院し,翌日に内視鏡的粘膜下層剝離術が行われたが,同日夜に200mL程度の吐血があり,緊急で内視鏡的止血術が行われた。吐血した際には激しい咳を伴っていた。昨日から38.7℃の発熱と呼吸困難とを自覚している。 既往歴:60歳時に胆囊摘出術。 生活歴:喫煙は60歳まで10本/日を40年間。飲酒歴はない。石綿などの粉塵吸入歴はない。 家族歴:父親が肺癌で死亡。母親が脳梗塞で死亡。 現症:意識は清明。身長154cm,体重41kg。体温37.6℃。脈拍96/分,整。血圧112/60mmHg。呼吸数16/分。SpO2 92%(リザーバー付マスク 6L/分酸素投与下)。眼瞼結膜と眼球結膜とに異常を認めない。心音に異常を認めないが,両側の胸部にcoarse cracklesを聴取する。腹部は平坦,軟で,肝・脾を触知しない。下腿に浮腫を認めない。 検査所見:尿所見:蛋白(-),糖(-),ケトン体(±),潜血(-)。血液所見:赤血球378万,Hb 11.4g/dL,Ht 33%,白血球16,800(桿状核好中球8%,分葉核好中球76%,好酸球3%,単球3%,リンパ球10%),血小板33万。血液生化学所見:総蛋白6.1g/dL,アルブミン2.3g/dL,総ビリルビン0.6mg/dL,AST 32U/L,ALT 59U/L,LD 363U/L(基準176~353),尿素窒素15mg/dL,クレアチニン0.6mg/dL,血糖169mg/dL,HbA1c 6.0%(基準4.6~6.2),Na 135mEq/L,K 3.9mEq/L,Cl 99mEq/L,脳性ナトリウム利尿ペプチド〈BNP〉120pg/mL(基準18.4以下)。免疫血清学所見:プロカルシトニン0.20ng/mL(基準0.05未満),CRP 18mg/dL。尿中レジオネラ抗原陰性,尿中肺炎球菌抗原陰性。動脈血ガス分析(リザーバー付マスク 6L/分酸素投与下):pH 7.45,PaCO2 35Torr,PaO2 63Torr,HCO3- 25mEq/L。仰臥位のポータブル胸部エックス線写真(A)及び胸部CTの水平断像(B)と冠状断像(C)とを別に示す。
この患者にみられる可能性が高いのはどれか。

- a.肺胞気-動脈血酸素分圧較差〈A-aDO2〉の低下
- b.肺コンプライアンスの低下
- c.肺内シャントの減少
- d.PaO2/FIO2比の上昇
- e.気道抵抗の低下
対話形式の解説
ドクター
医学生
ドクター
医学生
ドクター
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ドクター
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ドクター
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ドクター
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ドクター
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ドクターまとめ
誤嚥を契機とした両側性細菌性肺炎では、肺胞が炎症性の滲出液で満たされ、サーファクタント機能も低下するため、肺は硬く膨らみにくくなり肺コンプライアンスが低下します。同時に、血流はあっても換気されない肺胞が増えて肺内シャントが増加し、A-aDO2は開大、P/F比は低下し、分泌物や気道浮腫により気道抵抗はむしろ上昇しえます。シャントによる低酸素血症は酸素投与で改善しにくく、高濃度酸素下でもPaO2が伸びないことがその手がかりになります。A-aDO2はPAO2=FIO2×(760−47)−PaCO2/0.8から求め、肺胞低換気・吸入気酸素分圧低下では正常、拡散障害・換気血流比不均等・シャントでは開大すると整理しておきましょう。呼吸生理の指標を病態と結びつけて理解することは、呼吸不全の評価や人工呼吸管理を考える基礎になります。
解答・解説
正解はbです
病態の整理
84歳の男性。ESD(内視鏡的粘膜下層剝離術)当日に、激しい咳を伴う吐血があった。数日後に発熱と呼吸困難が出現し、両側のcoarse crackles、白血球16,800/μL、CRP 18mg/dL、プロカルシトニン上昇、両肺の浸潤影を認める。誤嚥を契機とした両側性の細菌性肺炎と考えられ、縦隔気腫を合併している。 動脈血ガスは、リザーバー付マスク6L/分の酸素投与下でpH 7.45、PaCO2 35Torr、PaO2 63Torrである。高濃度の酸素を吸入しているのにPaO2が低い。PaCO2は上昇しておらず、低酸素血症が主体のⅠ型呼吸不全である。
呼吸生理から考える
肺炎では、肺胞腔が炎症性の滲出液・細胞で満たされ、肺胞上皮の障害によってサーファクタント(肺胞の表面張力を下げる物質)の機能も低下する。その結果、次のような変化が起こる。 1. 含気のある肺胞が減り、肺が硬く膨らみにくくなる → 肺コンプライアンスの低下 2. 血流はあるが換気されない肺胞が増える → 肺内シャントの増加(換気血流比が0に近い領域の増加) 3. シャントと換気血流比不均等によって、肺胞気の酸素分圧に比べて動脈血の酸素分圧が大きく下がる → A-aDO2の開大 4. 酸素化能が障害される → PaO2/FIO2比(P/F比)の低下 5. 気道内の分泌物や炎症による気道の狭窄 → 気道抵抗は低下せず、むしろ上昇する方向にはたらく
本例での概算
リザーバー付マスク6L/分のFIO2はおおよそ0.6とされる(患者の呼吸パターンで変動するため目安にすぎない)。 ・P/F比 ≒ 63 ÷ 0.6 ≒ 105と著しく低い。 ・肺胞気酸素分圧 PAO2 = FIO2 ×(大気圧760 − 飽和水蒸気圧47)− PaCO2 ÷ 0.8 ≒ 0.6 × 713 − 35 ÷ 0.8 ≒ 428 − 44 ≒ 384Torr ・A-aDO2 ≒ 384 − 63 ≒ 320Torr 仮にFIO2を低めの0.4と見積もっても、A-aDO2は約180Torrとなる(基準は室内気で10〜20Torr程度以下)。いずれにしても著明に開大している。 以上から、この患者にみられる可能性が高いのは肺コンプライアンスの低下である。
選択肢考察
- ×a. 肺胞気-動脈血酸素分圧較差〈A-aDO2〉の低下
A-aDO2は、肺胞気酸素分圧(PAO2)と動脈血酸素分圧(PaO2)の差であり、肺胞で酸素がどれだけ効率よく血液に移行しているかを表す。肺炎ではシャントと換気血流比不均等によってA-aDO2は開大する。本例ではFIO2を約0.6とするとA-aDO2は約320Torrであり、低めの見積もりでも100Torrを大きく超える。低下することはない。
- ○b. 肺コンプライアンスの低下
肺コンプライアンスは、一定の圧をかけたときに肺がどれだけ膨らむか(容量変化÷圧変化)を示す指標である。肺炎・ARDSでは、肺胞腔が滲出液で満たされて換気に参加できる肺胞が減る。さらにサーファクタントの機能低下により表面張力が増すため、肺は硬く膨らみにくくなり、コンプライアンスは低下する。この患者の呼吸困難の一因でもある。人工呼吸管理下では、同じ一回換気量でも気道内圧(プラトー圧)が高くなる形で現れる。
- ×c. 肺内シャントの減少
肺内シャントとは、換気されていない肺胞を流れた血液が、酸素化されないまま動脈側に合流する現象である。肺炎で滲出液が充満した肺胞にも血流は残るため、シャントは増加する。シャントによる低酸素血症は、酸素濃度を上げても改善しにくいのが特徴である。本例で高濃度酸素下でもPaO2が63Torrにとどまっていることはこれに合致する。
- ×d. PaO2/FIO2比の上昇
P/F比は酸素化能の指標であり、健常者ではおよそ400〜500である。ARDSの重症度分類(Berlin定義)では、PEEP 5cmH2O以上の条件下で200<P/F≦300を軽症、100<P/F≦200を中等症、P/F≦100を重症とする。本例はFIO2を約0.6とするとP/F比は約105と著しく低下している。上昇することはない。
- ×e. 気道抵抗の低下
気道抵抗は主に気道の内径で決まり、内径が細くなると大きく増加する(抵抗は半径の4乗に反比例する)。肺炎では、気道内の分泌物・滲出液、炎症による気道粘膜の浮腫、反射性の気管支収縮などが起こる。これらはいずれも気道を狭める方向にはたらき、気道抵抗は上昇しうる。coarse cracklesは気道内に分泌物が存在することを示す。気道抵抗が低下する理由はない。
低酸素血症の5つの機序とA-aDO2
1. 肺胞低換気:A-aDO2は正常。PaCO2が上昇する(例:薬物による呼吸抑制、神経筋疾患)。 2. 吸入気酸素分圧の低下:A-aDO2は正常(例:高地)。 3. 拡散障害:A-aDO2は開大する(例:間質性肺炎)。酸素投与で改善しやすい。 4. 換気血流比不均等:A-aDO2は開大する(例:COPD、肺塞栓)。酸素投与で改善しやすい。 5. シャント:A-aDO2は開大する(例:肺炎、ARDS、無気肺、肺動静脈瘻)。酸素投与で改善しにくい。
A-aDO2の計算
PAO2 = FIO2 ×(PB − PH2O)− PaCO2 ÷ R (PB:大気圧760Torr、PH2O:飽和水蒸気圧47Torr、R:呼吸商0.8) 室内気(FIO2 0.21)では、PAO2 ≒ 150 − PaCO2 ÷ 0.8 となる。A-aDO2の基準は室内気で10〜20Torr程度以下で、加齢とともにやや大きくなる。FIO2が高くなるほどA-aDO2は大きくなるため、評価は吸入酸素濃度を考慮して行う。
肺コンプライアンス
・低下する病態:肺炎、ARDS、肺水腫、間質性肺炎・肺線維症、無気肺など(肺が硬くなる) ・増加する病態:肺気腫(弾性線維が破壊されて肺が膨らみやすくなるが、呼気時にしぼみにくい)、加齢
ARDSのBerlin定義(2012年)
・明らかな誘因から1週間以内に発症、または呼吸器症状が新たに出現・増悪 ・胸部画像で両側性の陰影(胸水・無気肺・結節だけでは説明できない) ・心不全や輸液過剰だけでは説明できない呼吸不全 ・PEEP(またはCPAP)5cmH2O以上の条件下でのP/F比による重症度分類:軽症 200<P/F≦300、中等症 100<P/F≦200、重症 P/F≦100
POINT
・肺炎・ARDSでは肺コンプライアンスが低下し、肺内シャントは増加し、A-aDO2は開大し、P/F比は低下する。 ・シャントによる低酸素血症は酸素投与で改善しにくい。 ・A-aDO2が開大するのは拡散障害・換気血流比不均等・シャントである。肺胞低換気と吸入気酸素分圧の低下では開大しない。 ・PAO2 = FIO2 ×(760 − 47)− PaCO2 ÷ 0.8
