StudyMed医師国家試験

「上げすぎ」が命取り―COPD増悪の酸素はなぜ1段階ずつなのか

第116回医師国家試験 E問題 第41問(連問)

国試問題にチャレンジ

第116回 E問題 第41問

連問の共通文

次の文を読み,41と42の問いに答えよ。 83歳の男性。呼吸困難を主訴に救急外来を受診した。 現病歴:6年前から呼吸器疾患で入退院を繰り返しており,訪問診療と訪問看護を受けている。在宅酸素療法を受けている。昨日夜から呼吸困難が増悪し,様子を見たが改善しないため近所の人に連れられて来院した。 既往歴:26歳時に虫垂炎手術を受けている。 生活歴:一人暮らし。妻は3年前に死亡。二人の子供はいずれも県外在住。喫煙は20歳から20本/日を58年間。5年前に禁煙。 家族歴:父が80歳時に脳出血で死亡。 現症:来院時,意識レベルはJCSⅠ-1。呼吸困難のために会話が困難である。身長160cm,体重48kg。体温36.4℃。脈拍100/分,整。血圧124/72mmHg。呼吸数22/分。SpO2 88%(携帯用の酸素ボンベで鼻カニューラ1 L/分)。じっとりと汗をかいている。呼吸音は減弱しており,呼気時に喘鳴を聴取する。口すぼめ呼吸を認め,胸鎖乳突筋が発達している。 検査所見:血液所見:赤血球452万,Hb 15.3g/dL,Ht 44%,白血球9,200。血液生化学所見:総蛋白6.4g/dL,アルブミン2.8g/dL,AST 36U/L,ALT 32U/L,LD 338U/L(基準120~245),尿素窒素25mg/dL,クレアチニン0.8mg/dL,Na 140mEq/L,K 4.0mEq/L,Cl 102mEq/L。動脈血ガス分析(鼻カニューラ1 L/分酸素投与下):pH 7.33,PaCO2 56Torr,PaO2 58Torr,HCO3- 30mEq/L。

 初期対応として酸素投与を開始することとした。  適切な酸素投与量はどれか。

  1. a.鼻カニューラ  2 L/分
  2. b.鼻カニューラ  4 L/分
  3. c.鼻カニューラ  6 L/分
  4. d.フェイスマスク6 L/分
  5. e.フェイスマスク10 L/分

対話形式の解説

ドクタードクター
今回は、在宅酸素療法中の高齢男性が呼吸困難の増悪で来院した場面で、最初にどれだけ酸素を流すかを問う問題だ。注目してほしいのは血液ガスの中身。酸素が足りないことだけでなく、二酸化炭素がどうなっているかを読むことが、投与量を決めるカギになるよ。
医学生医学生
SpO2が88%なので、まずはしっかり酸素を上げたくなります。救急外来なら、とりあえずマスクで多めに流すイメージがあります。
ドクタードクター
その反射的な判断こそ、この問題が試している落とし穴なんだ。まず血液ガスを整理しよう。PaO2が60 Torrを下回っていて呼吸不全、そしてPaCO2が45 Torrを超えているからⅡ型呼吸不全だね。pHは酸血症側で、主な原因はCO2の貯留による呼吸性アシドーシスだ。
医学生医学生
HCO3-が30まで上がっているのは、代謝性アルカローシスも合併しているということですか。
ドクタードクター
いい疑問だね。慢性の呼吸性アシドーシスでは腎臓がHCO3-を再吸収して代償する。PaCO2が10 Torr上がるごとにHCO3-はおよそ3.5〜4 mEq/L上がるから、PaCO2 56 Torrなら予測値は約30。ぴったり合うので、別の病態というより、もともと高CO2血症が続いて代償が成立していたところに今回の増悪が重なってpHが下がった、と読むのが自然なんだ。
医学生医学生
腎生理の講義で習った代償の計算式が、こんなところで生きてくるんですね。背景は喫煙歴の長いCOPDの急性増悪ということでしょうか。
ドクタードクター
その通り。口すぼめ呼吸や胸鎖乳突筋の発達、呼気時の喘鳴は、長年の気流閉塞と過膨張を物語るCOPDらしい所見だ。では本題。慢性的にCO2が高い人に高濃度の酸素を急に入れると何が起きるかな。
医学生医学生
CO2ナルコーシスです。呼吸器内科の実習で、指導医に「COPDの人に酸素を上げすぎるな」と何度も言われました。でも、なぜそうなるのかは正直あいまいです。
ドクタードクター
大事なところだから整理しよう。慢性高CO2血症では、延髄の中枢化学受容体がCO2に慣れて反応が鈍り、呼吸のドライブは頸動脈小体などが感知する低酸素に頼る部分が大きくなる。そこに酸素をどっと入れると低酸素刺激が消えて換気が減る。さらに低酸素性肺血管収縮が解除されて換気血流比の不均等が悪化し、Haldane効果でヘモグロビンからCO2が離れる。これらが重なってPaCO2がさらに上がり、意識障害や呼吸停止に至るんだ。
医学生医学生
換気が減るだけじゃなく、いくつもの機序が重なっているんですね。では、どこまで酸素化すればいいんでしょう。
ドクタードクター
目標はSpO2 88〜92%、PaO2なら60 Torr前後。それ以上を目指す必要はない。この患者さんは1 L/分でSpO2 88%、PaO2 58 Torrと、目標にあと一歩届かない状態だ。だから流量を1段階だけ上げて鼻カニューラ2 L/分にするのが正解になる。
医学生医学生
鼻カニューラは1 L/分上げるごとにFiO2が3〜4%ずつ上がるんでしたよね。だから小刻みに調整しやすいと。
ドクタードクター
よく覚えているね。逆に鼻カニューラ4 L/分は一気に4倍で、FiO2は35%前後。必要以上に酸素化してCO2貯留を招くおそれがあるから、初手としては過量だ。6 L/分になると、そもそも鼻カニューラで実用的なのは5 L/分程度までで、それ以上は鼻粘膜の乾燥や刺激が強くなるだけ。しかも大幅な増量だからリスクも高い。
医学生医学生
フェイスマスクはどうですか。濃度を確実に上げるにはマスクのほうが良さそうに思えます。
ドクタードクター
簡易マスクは6 L/分でFiO2がおよそ40〜50%、10 L/分なら50〜60%程度と高濃度になり、この患者さんには明らかに多すぎる。しかも患者さんの換気量で実際のFiO2が変わりやすく、細かく調節したいⅡ型呼吸不全には向かない。10 L/分のマスクは重症のⅠ型呼吸不全なら選択肢になるけれど、今回は最も避けたい投与法だね。ちなみに簡易マスクは5 L/分未満だと呼気のCO2を再呼吸するおそれがある点も覚えておこう。
医学生医学生
Ⅰ型かⅡ型かで、同じ低酸素でも酸素の入れ方が真逆になるわけですね。少しずつ上げて、反応を見る、と。
ドクタードクター
そう、これを調節酸素療法という。そして上げっぱなしにしないことが大切だ。増量後はSpO2、呼吸状態、意識を観察し、30〜60分後に血液ガスを再検してPaCO2とpHを確認する。FiO2を正確に管理したいときはベンチュリーマスクも有用だよ。
医学生医学生
もし酸素を調整してもアシドーシスが改善しなかったら、どうするんですか。
ドクタードクター
そのときは非侵襲的陽圧換気、NPPVを考える。pH 7.35未満かつPaCO2 45 Torr超で努力呼吸が続く場合が目安で、COPD増悪の挿管率や死亡率を下げることが示されている。意識障害が進む、痰が多く出せないなどでNPPVが難しければ気管挿管も検討する。並行して、短時間作用性β2刺激薬の吸入、全身性ステロイド、細菌感染が疑われれば抗菌薬という薬物治療も進めるんだ。
医学生医学生
酸素だけで解決しようとせず、換気そのものを助ける手段と薬物治療を組み合わせるんですね。
ドクタードクター
その通り。「SpO2が低いから酸素を増やす」だけで終わらず、PaCO2とpHまで見て次の一手を決める。それがⅡ型呼吸不全を診るうえでの基本姿勢だよ。

まとめ

在宅酸素療法中のCOPD患者が増悪し、PaCO2上昇とHCO3-の代償性上昇を伴うⅡ型呼吸不全を呈している場合、酸素は低流量から少しずつ増やす調節酸素療法が原則です。慢性高CO2血症では呼吸ドライブが低酸素刺激に依存しており、高濃度酸素は低酸素刺激の消失、換気血流比の悪化、Haldane効果を介してCO2ナルコーシスを招くおそれがあります。目標はSpO2 88〜92%(PaO2 60 Torr前後)で、本例では鼻カニューラを1 L/分から2 L/分へ1段階上げ、血液ガスを再検してPaCO2とpHを確認するのが適切です。酸素調整と薬物治療でも呼吸性アシドーシスが改善しなければNPPVを検討します。呼吸不全をⅠ型・Ⅱ型に分けて酸素投与の方針を変える考え方は、救急・病棟を問わず日常的に求められる重要な臨床判断です。

解答・解説

正解はaです

所見の整理

・83歳男性。6年前から呼吸器疾患で入退院を繰り返し、在宅酸素療法(HOT:home oxygen therapy)と訪問診療・訪問看護を受けている。つまり慢性呼吸不全が既にある。 ・喫煙は20本/日×58年で、喫煙指数(Brinkman指数:1日本数×喫煙年数)は1,160と非常に高い。5年前に禁煙している。 ・前夜から呼吸困難が増悪し、会話も困難。呼吸数22/分、脈拍100/分、発汗あり。SpO2は鼻カニューラ1 L/分で88%にとどまる。 ・呼吸音の減弱、呼気時の喘鳴、口すぼめ呼吸、胸鎖乳突筋(呼吸補助筋)の発達がみられる。いずれも気流閉塞と肺の過膨張が長く続いていることを示す、COPD(慢性閉塞性肺疾患)に典型的な身体所見である。 ・BMIは48÷(1.6×1.6)≒18.8とやせ型で、アルブミン2.8 g/dLと低栄養がある。COPDでは呼吸仕事量の増大や全身性炎症によりやせ・低栄養をきたしやすい。 ・白血球9,200と軽度上昇、体温36.4℃で、明らかな発熱はない。

動脈血ガス分析の読み方

鼻カニューラ1 L/分の酸素投与下で pH 7.33、PaCO2 56 Torr、PaO2 58 Torr、HCO3- 30 mEq/L である。 ・PaO2 60 Torr以下は呼吸不全の基準を満たし、PaCO2が45 Torrを超えているのでⅡ型呼吸不全(肺胞低換気を伴う呼吸不全)である。 ・pHは7.35未満で酸血症であり、主因はPaCO2上昇による呼吸性アシドーシスである。 ・HCO3-は30 mEq/Lまで上昇している。慢性呼吸性アシドーシスでは腎の代償によりPaCO2が10 Torr上がるごとにHCO3-はおよそ3.5〜4 mEq/L上昇するため、PaCO2 56 Torr(正常40から16上昇)に対する予測値は約30 mEq/Lとなり、ほぼ一致する。つまり、以前から高CO2血症が続き腎性代償が成立している状態(慢性Ⅱ型呼吸不全)に、今回の増悪が重なってpHが低下したと読める。

診断

高度喫煙歴、HOT導入済みの慢性呼吸不全、典型的な身体所見、Ⅱ型呼吸不全からCOPDの急性増悪と診断する。意識レベルJCSⅠ-1(だいたい清明だが今ひとつはっきりしない)の軽い意識の変化はあるが、この程度のPaCO2で高度の傾眠をきたすことは少なく、現時点ではCO2ナルコーシスには至っていない。ただし次に述べるように、酸素の与え方次第でCO2ナルコーシスへ進みうる状態である。

設問の考え方:Ⅱ型呼吸不全への酸素投与

慢性的に高CO2血症が続く患者では、延髄の中枢化学受容体がCO2(脳脊髄液のpH低下)に慣れて反応が鈍くなり、換気の駆動は頸動脈小体などの末梢化学受容体が感知する低酸素に大きく依存している。ここに高濃度酸素を急に与えると、①低酸素による呼吸刺激が消えて換気量が減る、②低酸素性肺血管収縮が解除されて換気血流比の不均等が悪化し死腔換気が増える、③Haldane効果によりヘモグロビンからCO2が遊離する、などの機序でPaCO2がさらに上昇し、意識障害・呼吸停止に至るCO2ナルコーシスを招く。 したがってⅡ型呼吸不全では、低流量から少しずつ酸素を増やす「controlled oxygen therapy(調節酸素療法)」が原則である。目標はSpO2 88〜92%程度(PaO2 60 Torr前後)で、それ以上に上げる必要はない。本例は1 L/分でSpO2 88%、PaO2 58 Torrと目標にわずかに届かない程度であるから、流量を1段階だけ上げて鼻カニューラ2 L/分とし、SpO2・呼吸状態・意識を観察したうえで30〜60分後に動脈血ガスを再検してPaCO2とpHの変化を確認するのが妥当である。

選択肢考察

  1. ○a.  鼻カニューラ  2 L/分

    現在の1 L/分でSpO2 88%、PaO2 58 Torrと、目標(SpO2 88〜92%、PaO2 60 Torr前後)にあと少し届かない状態である。鼻カニューラでは流量1 L/分増加ごとに吸入酸素濃度(FiO2)がおおよそ3〜4%ずつ上がるとされ、1 L/分から2 L/分への増量は小幅な変更で済む。わずかな増量で低酸素を補正しつつ、呼吸抑制とCO2蓄積のリスクを最小限に抑えられるため、Ⅱ型呼吸不全を伴うCOPD増悪の初期対応として適切である。増量後はSpO2と意識状態を観察し、血液ガスでPaCO2の上昇やpHの低下がないことを確認する。

  2. ×b.  鼻カニューラ  4 L/分

    1 L/分から一気に4倍の流量に上げることになり、FiO2はおよそ35%前後まで上昇する。必要以上に酸素化が改善すると低酸素による呼吸刺激が失われ、PaCO2がさらに上がってCO2ナルコーシスを招くおそれがある。慢性の高CO2血症がある患者では、まず小幅な増量で反応をみるべきで、初期対応としては過量である。

  3. ×c.  鼻カニューラ  6 L/分

    鼻カニューラで実用的に用いるのはおおむね5 L/分程度までで、それ以上流量を上げてもFiO2はあまり上がらず、鼻粘膜の乾燥や刺激感が強くなるだけである。加えて、Ⅱ型呼吸不全の患者に対して1 L/分から6 L/分へと大幅に増やすことはCO2ナルコーシスの危険が高く、選択すべきでない。

  4. ×d.  フェイスマスク6 L/分

    簡易酸素マスク(フェイスマスク)の6 L/分ではFiO2はおよそ40〜50%に達し、本例に必要な濃度を大きく上回る。さらに簡易マスクは患者の換気量によって実際のFiO2が変動しやすく、酸素濃度を細かく調節したいⅡ型呼吸不全には向かない。高濃度酸素によりCO2ナルコーシスをきたすおそれがあるため不適切である。

  5. ×e.  フェイスマスク10 L/分

    10 L/分のマスク投与ではFiO2は50〜60%程度となり、高濃度酸素投与に当たる。Ⅰ型呼吸不全の重症低酸素血症であれば選択肢となるが、慢性的な高CO2血症を背景とした本例では換気抑制からCO2ナルコーシスに陥る危険が最も大きく、最も避けるべき投与法である。

COPD急性増悪の初期治療(ABCアプローチ)

・A(Antibiotics:抗菌薬):喀痰の膿性化や量の増加など細菌感染が疑われる場合に投与する。 ・B(Bronchodilators:気管支拡張薬):短時間作用性β2刺激薬(SABA)の吸入が第一選択で、効果が不十分なら短時間作用性抗コリン薬を併用する。 ・C(Corticosteroids:ステロイド):全身性ステロイド(プレドニゾロン30〜40 mg/日を5日間程度)が回復を早め、再増悪を減らす。 これに酸素療法と、必要に応じた換気補助を組み合わせる。

換気補助の適応

酸素を少量ずつ調節しても呼吸性アシドーシス(pH 7.35未満かつPaCO2 45 Torr超)が改善しない、あるいは呼吸補助筋を使った努力呼吸が続く場合は、非侵襲的陽圧換気(NPPV:マスクを用いて気管挿管せずに陽圧をかける人工呼吸)を行う。NPPVはCOPD増悪の挿管率・死亡率を下げることが示されている。NPPVが使えない、意識障害が進む、喀痰が多く排出できないなどの場合は気管挿管による侵襲的人工呼吸を考慮する。本例もpH 7.33であり、酸素調節と薬物治療への反応が乏しければNPPVの適応となりうる。

酸素投与デバイスとFiO2の目安

・鼻カニューラ:1〜5 L/分程度で使用。FiO2はおおよそ「21+流量(L/分)×3〜4」%で、24〜40%程度。低流量で細かい調節がしやすい。 ・簡易酸素マスク:5 L/分以上で使用(それ未満では呼気中のCO2を再呼吸するおそれがある)。FiO2は40〜60%程度。 ・リザーバー付きマスク:6〜10 L/分以上でFiO2 60〜90%程度。高濃度酸素が必要なⅠ型呼吸不全に用いる。 ・ベンチュリーマスク:患者の呼吸パターンに左右されずに24〜50%程度の一定のFiO2を供給できる。FiO2を正確に管理したいⅡ型呼吸不全に適する。 低流量システム(鼻カニューラ、簡易マスク)のFiO2は患者の1回換気量や呼吸数で変わるため、上記の値はあくまで目安である。

CO2ナルコーシス

高CO2血症によって意識障害、自発呼吸の減弱、呼吸性アシドーシスをきたした状態。頭痛、発汗、皮膚の紅潮、羽ばたき振戦、傾眠から昏睡へと進む。PaCO2の絶対値よりも急激な上昇とpH低下が重要で、慢性的に代償されていればPaCO2が高くても意識は保たれうる。

Ⅰ型・Ⅱ型呼吸不全

呼吸不全は室内気吸入時のPaO2 60 Torr以下と定義され、PaCO2 45 Torr以下をⅠ型、45 Torr超をⅡ型とする。Ⅱ型は肺胞低換気が主体で、COPD、神経筋疾患、肺結核後遺症、胸郭変形などでみられる。

POINT

・Ⅱ型呼吸不全(PaCO2 45 Torr超)を伴うCOPD増悪では、酸素は低流量から少しずつ増やす(調節酸素療法)。 ・目標はSpO2 88〜92%、PaO2 60 Torr前後。高すぎる酸素化は不要でむしろ有害である。 ・高濃度酸素は、低酸素性呼吸刺激の消失、換気血流比の悪化、Haldane効果によりPaCO2を上昇させ、CO2ナルコーシスを招く。 ・酸素増量後は血液ガスを再検しPaCO2・pHを確認する。アシドーシスが改善しなければNPPVを検討する。 ・HCO3-上昇は慢性の高CO2血症に対する腎性代償の証拠である。 ・COPDの身体所見:口すぼめ呼吸、呼吸補助筋(胸鎖乳突筋)の発達、呼吸音減弱、呼気延長・呼気時喘鳴、樽状胸郭。

※問題・正答は厚生労働省の公開資料をもとに掲載しています。