医療・看護

【人工呼吸器】ICUの登竜門!人工呼吸器のキホンと抑えておきたいモード3選!

皆様こんにちこんばんは!現役ICU・認定看護師のNパパです!

今回は人工呼吸器のおはなしです。

Nパパ

この記事はこのような人にオススメ!

  • ICU経験が3年目未満の人
  • 人工呼吸器が苦手な人
  • 人工呼吸器のモードを知りたい人

人工呼吸器はICUでは最もメジャーな医療機器の1つでないでしょうか。

そしてICUナースの登竜門でもあると思います。

人工呼吸器って最初は教科書を見て勉強するんですが「教科書に書いてあるモードの名前と臨床で見ている人工呼吸器のモードの名前が全然違う・・・」

という方も多いと思います。

でも大丈夫です。

基本の3つのモードを覚えるだけで機種が変わっても簡単に理解することができます。

今回は以下の3つのモードに焦点を当てています。

  1. A/C:アシストコントロール
  2. SIMV:エスアイエムブイ
  3. CPAP(PSV):シーパップ

ということで、早速いきましょう!

この記事を読むことで・・

  • 人工呼吸器の仕組みが分かります
  • 人工呼吸器のモードの基礎が分かります
  • 人工呼吸器の用語が分かります
Nパパ

人工呼吸器やフィジカルアセスメントについても解説しています!

【人工呼吸器】

  1. 人工呼吸器の基本
  2. BIPAPの正体
  3. CPAP(PSV)をはじめから丁寧に
  4. SIMVをはじめから丁寧に

人工呼吸器の適応を簡単に理解する

 人工呼吸器の適応は各種ガイドラインなどで確認はできますが、初学者にとっては少し分かりづらい。

どうすれば簡単に理解できるか?

答えは簡単で、呼吸の成り立ちを理解すると分かります。

なぜかと言うと??

人工呼吸器の出番=正常な呼吸ができなくなった状態

だからです。

正常な呼吸の成り立ち

正常な呼吸の成り立ちを簡単に示すと

  1. 脳(呼吸中枢=延髄)から呼吸の指令が出る
  2. 脊髄を通って呼吸筋に伝わる
  3. 呼吸筋(大部分は横隔膜)が働き呼吸(吸う・吐く)が成立する
  4. 肺胞と肺毛細血管でガス交換(酸素と二酸化炭素の交換)を行う

ざっくりと、このような形になります。

この一連の流れがいわゆる「外呼吸」と言われる呼吸になります。

(内呼吸もありますが、これはショックと深く関係します)

人工呼吸器の出番(適応)とは上記のどれかが機能しなくなる状態です。

3つにまとめると

  1. 中枢の障害により指令が上手く出せない
  2. 筋肉が機能しないあるいは筋肉への情報伝達が上手くできない
  3. ガス交換が上手く機能しない(ガス交換障害)

簡単に言えばこの3つの状態になると人工呼吸器が必要になります。  

具体的に言うと

1は脳出血により延髄が圧迫されて、呼吸中枢が障害されると自発呼吸が出なくなります。

2は神経筋疾患により筋肉の萎縮や神経伝達ができない状態になると指令は出ても呼吸運動ができなくなります。

3は肺炎などにより障害されますが、これは程度によって酸素療法などによってカバーできることもありますね。

ガス交換

肺胞の周りには毛細血管がびっしりくっついた状態になっています。

イメージとしては肺胞がぶどうの房になっていて、その周りにマスクメロンの皮みたいに網状に毛細血管がまとわりついている。こんなイメージです。

そこで酸素と二酸化炭素の受け渡しが行われています。

【ガス交換:イメージ図】

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人工呼吸器の仕組み

人工呼吸器の仕組みは、いくつかのセクションに分けて考えます。

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まずはアウトレット(中央配管)から酸素と空気を人工呼吸器に供給します。

酸素濃度(FIO2)はブレンダーで空気と酸素を設定の割合でブレンド(混ぜて)して患者さんに提供します。

例えばFIO2:0.6(60%)で設定すると、酸素の割合を6割であとは空気を4割に調整されます。

仕組みで覚えておきたいのは、上記の図は加温加湿器を使用するため、吸気と呼気の回路が分かれていることです。

施設により異なりますが人工鼻(HME:heat&moisture exchanger)を使用している場合は吸気と呼気どちらも人工鼻を通過するような回路構成になっています。

吸気弁と呼気弁はそれぞれ吸気時は呼気弁を閉じて患者側にガスを送れるように、そして呼気時は吸気弁を閉じて人工呼吸器にガスを戻すようになっています。



押さえておきたい3つのモード

最近ではAIがウィニングしてくれたり、横隔膜電位などの新たな指標をトリガーとするなど、人工呼吸器に関する用語ははますます複雑になっていて、初学者を人工呼吸器嫌いにする要因の1つになっているのではと思ってしまう^^;

そして人工呼吸器を販売している各社によって名称が異なるため、初学者にとってはカオスな状況に。。泣

私自身、とことん突き詰める!と言うタイプではなく、簡単に考えてその知識を応用していく方が好きなので、まずはシンプルに知識を入れていくことが大事だと思っています。

ということで!

まずは基本の3つのモードを覚えましょう!

  • A/C(アシスト/コントロール)
  • SIMV(エスアイエムブイ)
  • CPAP(シーパップ)

これとPS(プレッシャーサポート/ピーエス)を覚えれば名前が変わっていても惑わされることはなくなります。

【人工呼吸器】

  1. 人工呼吸器の基本
  2. BIPAPの正体
  3. CPAP(PSV)をはじめから丁寧に
  4. SIMVをはじめから丁寧に

A/C  アシスト/コントロール

このモードは導入初期にまず使われることの多いモードです。

臨床ではアルフベッドをとってエーシーなどとも言われます。

このモードには2つの役割があります。

1つ目の役割【Control】

まず1つ目の役割としてC  コントロールがあります。

これは、吸い始めも吸い終わりも機械(人工呼吸器)が関与します。

つまり人工呼吸器が全ての呼吸をコントロールしていると言うことです。

例えば、COVID-19の患者さんが心肺停止になって人工呼吸器管理を始めたとします。

 患者さんは心肺停止になっているので、自発呼吸はありませんよね?

なので、人工呼吸器は1分間の呼吸回数や換気量(VCVの場合)をどのくらいにするのか、何秒吸うか?を決めておかなければなりません。

例えば上記の心肺停止の患者さんにモードをA/Cに設定して、換気回数(f)を15回/min・1回換気量を500mlで設定しましょう。

設定【モード:A/C 換気回数:15 回/min 1回換気量:500ml】

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設定【モード:A/C 換気回数:15 回/min 1回換気量:500ml】

換気回数は1分間当たりの回数なので、60秒間に15回呼吸をするということは

4秒に1回(60÷15=4)、決められた吸気時間と換気量で人工呼吸器からガスが送られます。

ちなみに、1回の換気量は500mlで回数は15回なので、1分間のトータルの換気量(分時換気量MV-Minutes Volume)は。。

500ml×15回=7500ml=7.5L/min

になります。

この7.5Lを覚えて置いてください。あとで大事になってきます。

2つ目の役割【Assist】

2つ目はA アシストの部分です。

コントロールは吸い始めと吸い終わりは機械が決めていましたよね?

アシストとの大きな違いは「吸い始めは患者さんが決める」ことです。

ただし吸い始めのきっかけを患者さんが作ったあとは、機械が吸い終わるまで責任を持って面倒を見ます。

図で見てみましょう。

先ほどの心肺停止の患者さんが覚醒して自発呼吸が出てきました。

設定【モード:A/C 換気回数:15 回/min 1回換気量:500ml】

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設定【モード:A/C 換気回数:15 回/min 1回換気量:500ml】

コントロールと異なり呼吸のタイミングは患者さんに吸ったタイミングよって決まります。

吸い始めは患者さん、それ以降は機械が担当するので

吸ったタイミングで決められた換気量を送ります。

この患者さんの自発呼吸の回数が20回/minだったとしましょう。

分時換気量(1分間の換気量)は

500ml×20回=10,000ml=10L/min

となります。

C コントロールの時と同じ設定でも患者さんの呼吸によって分時換気量が大きく変わるのが分かると思います。

これがAの部分とCの部分の違いです。

これが合体したモード(A/C)なので

自発呼吸がない(設定の回数より少ない場合も含む)場合は全て機械が担当する。

自発呼吸があれば全ての自発呼吸に対して決められた設定で機械がガスを送る

ということになります。

自発呼吸が不安定な患者さんや肺の状態が悪い患者さんには適しているモードです。

ただし・・

呼吸のタイミングを患者さんが決められるとはいえ、全ての自発呼吸に対して機械任せの呼吸が送られてきます。(逆に言えば吸い始めてからは患者さんが関与できない)

そうするとしっかり覚醒して自発呼吸がある患者さんにとっては自発呼吸とぶつかってしまう(非同調)原因にもなります。

臨床でのイメージは

導入初期はA/Cで肺の状態が改善したり意識障害が改善したら後に説明するCPAPに変更するというイメージでOKです。

おすすめ書籍①

下記リンクの本はこの記事の参考にしている人工呼吸器の参考書です。

有名な田中竜馬先生の書籍ですが一言で紹介すると「簡潔明瞭」に書かれているので本当に分かりやすいです!

ICUに異動して先輩に勧められて購入した本でもありますが、認定になってからも見返してます^^;

SIMV エスアイエムブイ

SIMVのイメージとしてはSIMVが好きな先生はこのモードを使ってるという感じです。

人工呼吸器管理の多くはその診療科(先輩が使ってる設定)やこれまでの経験によって決めているケースが多いのが現状だと思います。

モードの良し悪しは様々議論されていますが、人工呼吸器のセッティングでは患者さんが快適なのが”一番の善”だと思っています。

なので、モードの優劣ではなく個の患者さんをみて快適か非同調をアセスメントすることが重要なのだと思います。

SIMVの単語の意味は

Sは同期する(Synchronized)

Iは間欠的に(Intermittent)

MVは強制換気する(Mechanical Ventilation)

ということです。

言葉では分かりづらいと思うので、図をみてください。

例えば心臓外科の開胸術直後の患者さんにSIMVで人工呼吸器を開始しました。

まだ覚醒はなく自発呼吸もない状態と仮定しましょう。

【モード:SIMV 換気回数(f):15回/分 1回換気量:500ml】

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【モード:SIMV 換気回数(f):15回/分 1回換気量:500ml】

アレ?と思った方もいるんじゃないでしょうか?

そうです。

自発呼吸がない場合はA/Cと何ら変わらないんです。

なぜかというと、SIMVのSを省くと!

IMV:間欠的強制換気

間欠的に強制換気(決められた換気量(圧)・換気回数・吸気時間)を送るという機能が働くからです。

では自発呼吸が出た場合にA/Cとどう変わるのでしょう?

さて、心臓外科の患者さんが覚醒して自発呼吸が出てきました・・・

設定は先ほどと変わらず、下記の設定です。

【モード:SIMV 換気回数(f):15回/分 1回換気量:500ml】

変わったのは患者さんの自発呼吸が18回/分になったことです。

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【モード:SIMV 換気回数(f):15回/分 1回換気量:500ml】

このような形です。

紫の波形緑色の波形に分けましたがご察知の通り紫はSIMVで規程された強制換気の部分(1回換気量:500ml)です。

緑色の部分は自発呼吸です。

自発呼吸は18回/分・設定の換気回数が15回/分だとします。

そうすると換気回数を上回った3回分は紛れもない患者さん自身の呼吸になります。

なので換気量はバラバラになります。

A/CとSIMVの波形の違いを見てみましょう。

どちらも設定や自発呼吸の回数は同じにしましょう。

【モード:A/C 換気回数(f):15回/分 1回換気量:500ml 自発呼吸18/分】

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【モード:A/C 換気回数(f):15回/分 1回換気量:500ml 自発呼吸18/分】

 A/Cの場合は自発呼吸全てに機械換気が入ります。

SIMVでは・・

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【モード:SIMV 換気回数(f):15回/分 1回換気量:500ml 自発呼吸18/分】



波形で見ると違いが分かると思います。

分時換気量を計算すると

A/C:自発呼吸18回/分×1回換気量500ml=9000ml=9L/min

SIMV(自発呼吸の1回換気量を300mlと仮定):15回×500ml + 3回×300ml=8400ml=8.4L/min

になります。

つまりSIMVは換気回数を上回った部分の自発呼吸には何もサポートが入らないってことです。

ちなみにSIMVの場合はトリガーウィンドウという概念があります。

これは設定の換気回数は保障するけど、できる限り患者さんが吸ったタイミングで吸気を送りまっせ!ということです。

おすすめ書籍②】

この本は人工呼吸器だけでなく鎮静・鎮痛をはじめ集中治療に関わる知識を網羅的に学ぶことができます。

ICUに配属して2〜3年目の頃からがおすすめです♪

トリガーウィンドウは設定の換気回数によって決まり、そのウィンドウ内で患者さんの吸気努力が検知されれば、そのタイミングで吸気を送る仕組みになっています。

一方でウィンドウ外の自発呼吸に関しては、特にサポートは入ることはありません。

【SIMV】

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【A/C】

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A/CとSIMVを比較すると全ての自発呼吸に対して機械換気が入るか否かで判別がつくと思います。

ちなみにSIMVの自発呼吸の波形は、患者さんの吸気の仕方によって形が変わります。

分かりやすいように便宜上、機械換気と同じ形にしています。

SIMVのメリットは全ての自発呼吸に機械換気が入らないため、換気回数(設定)を減らしていけば、自発呼吸優位になっていくのでSIMVだけでウィニングが可能になります。

SIMVが好きな先生が好んで使っている印象がありますが、集中治療を専門とする医師はあまり使うことがないように思います。

CPAP シーパップ

CPAPは本当にシンプルです。

PEEPのように持続的に陽圧をかけているだけです。

つまり自発呼吸がなければ、呼吸の運動は成り立ちません。

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CPAP:PEEP5【自発呼吸なし】

自発呼吸がなければこのような波形となり人工呼吸器は無呼吸と判断してバックアップ換気が入るでしょう。

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CPAP:PEEP5【自発呼吸あり】

PS(プレッシャーサポート)= 圧支持

PSは自発呼吸に対して圧の補助を行うものです。

Nパパ

最初は機械換気とPSの違いが分かりませんでした・・。

簡単に説明すると一番の違いは

PSは患者さんが吸いたい分だけ吸わせてあげる

機械換気は設定された時間・量(圧)だけ吸わせる

という違いがあります。

例えば、A/C(PCV;換気量ではなく圧で規程する)の設定は

・吸気圧:20cmH20

・吸気時間:1秒

・換気回数:15回/分

・PEEP:8cmH2O

このような形です。

患者さんが吸おうとすると、1秒で20cmH20の気道内圧に達するまでガスが送られます。

また、自発呼吸がなければ呼吸のサイクルは4秒に1回と規定されてしまいます(60÷15=4)

一方で、CPAPにPSを設定するとしましょう。

・PEEP:5cmH20

・PS:5cmH20

設定はこれだけです。

めっちゃシンプルです。

つまり換気回数の設定はありませんから、患者さんが呼吸をしないとPSが作動しません。

また、吸気時間の設定はないので患者さんが吸いたい分が吸えます。

ん???

と思った方もいると思います。

ピコ様


じゃあPSは何を基準に吸い終わったって判断するのよ!!



PSについてはtermination criteria(ターミネーション クライテリア)という考え方で吸気の終わりを判断します。

また英語が出てきたー!!と思った方。

言葉は覚えなくても大丈夫ですw

要は患者さんの吸気の終わりを吸うスピードで判断します。

具体的には「患者さんの吸気流量(スピード)が下がったことを確認して吸気が終わりなんだな」と判断しています。

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フロー波形(基線より上側が吸気・下側が呼気)

吸い始めはスーッと誰もが勢いよく息を吸いますよね?

その状態を100%の状態だとします。

そうすると、少しづつ息を吸う速度は落ちていくはずです。

その速度がMAXの25%まで落ちたら吸気の終わりと判断して、PSを終了して呼気に転じます。

こうすることで、患者さんの吸いたい分だけ吸えることができます。

ターミネーションクライテリアはおそらく人工呼吸器のデフォルトでは25%に設定されていると思います。

施設によってはCEさんが設定を変えている所もあるかと思います。

Nパパ

ここで質問です!

ちなみにこのPSはA/CとSIMVのどちらのモードに適応できるでしょうか?

正解はSIMVです。

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SIMVのグラフィック

SIMVではトリガーウィンドウ外の呼吸にはサポートが入りません。

なので、SIMVにPSを設定することで緑色の自発呼吸に対してPSが作動します。

A/Cは自発呼吸全てに機械換気が入るでしたよね?

なので、そもそもPSが入る余地がないんです。

【SBTとCPAP】

CPAPは人工呼吸器離脱を評価するためのモードであるとも言えます。人工呼吸器の離脱にはウィニングやSBT(自発呼吸試験)など様々な方法があります。

*SBT=Spontaneous Breathing Trial

最近ではSBTと呼ばれる方法が主流となりつつあります。SBTというのは少しづつ設定を自発呼吸優位にしていくウィニングと異なって呼吸不全の状態でA/Cから人工呼吸器を開始してPEEPやFIO2など一定の条件を満たしたらバスっとCPAP+PSに変更するという方法です。

これで耐えられれば離脱、耐えられなければまたA/Cに変更という手法になります。

これによって人工呼吸器期間が短縮すると考えられています。

ということで基本のモードを説明しました。

お分かり頂けたでしょうか?

この3つのモードを覚えておけば、モードの名前が変わっても設定項目やグラフィックを見ることでどのモードに当てはまるか考えることができます。

まとめ

  • 人工呼吸器の適応は呼吸の成り立ちから考える
  • A/CのAは全ての自発呼吸に対して機械換気を送る機能
  • A/CのCは自発呼吸がない場合に設定された回数で機械換気を送る機能
  • SIMVは設定された換気回数分は機械換気であとは自発呼吸
  • CPAPはPEEPのみをかけているモード
  • PSは自発呼吸に対して吸いたい分だけサポートする機能
Nパパ

最後まで読んでいただきありがとうございました!

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