一般病棟でこそ使ってみよう！経皮的 CO
2
モニ
タリング装置（TOSCA
®
）
KKR札幌医療センター 呼吸器科福家 聡
要 旨 適切な呼吸管理に欠かせない PaCO2 のモニタリングにおいては，動脈内留置カテーテルを用いた方法が主に用い られているが，侵襲的であることや継時的変化をリアルタイムに捉えることができないなどの問題がある．我々はこれま で非侵襲的かつリアルタイムのモニタリングが可能な，経皮的動脈血二酸化炭素分圧（PtcCO2 ）装置（TOSCA®）に ついて基礎的検討と臨床応用についての検証をしてきた． まず TOSCA®の精度を基礎的な条件下で検討した．被験者の動脈血二酸化炭素分圧を任意にコントロールし，経皮的 に測定した PtcCO2 が個人内での PaCO2 変化を変化させたところ，良好な相関を認めた．また急性変化に対する PtcCO2 の追随性も良好であった． 臨床での使用経験として急性期における症例では，気管支喘息重積発作や COPD 増悪，肺結核後遺症患者での急性期 NPPV 導入について検討した．これらの症例では，呼吸不全が進行した際には NPPV の設定変更や挿管人工呼吸管理が 必要となる場合もあり，刻々と変化していく病態を把握し評価するという点において，経時的な PaCO2 のモニタリング が必須である．また慢性期の症例においては，一般呼吸器科病棟における管理を想定した．慢性呼吸不全とくに II 型呼吸 不全では，酸素療法中に CO2 ナルコーシスをきたす懸念があり，常にそのモニタリングを行うことが重要である．一方， 高齢者が多い肺結核後遺症や COPD 患者における呼吸管理では人工呼吸器は適応外であることも多く，NPPV による呼 吸管理を一般病棟で行う．II 型呼吸不全を呈し NPPV による呼吸管理を行った症例について経皮 CO2 モニターの使用経 験，在宅 NPPV 使用患者の急性悪化時におけるモニタリング，肺結核後遺症による慢性 II 型呼吸不全に対する慢性期 NPPV 導入のいずれにおいても，経皮 CO2 モニターにより患者の病態に則した NPPV 管理が可能であった． TOSCA®によるモニタリングは，医療者および患者の両者にとっての負担が少なく，マンパワーが十分ではない病棟 や夜間においては特に本装置の有用性が期待される． Key words：呼吸器疾患，一般病棟，経皮的 CO2 モニタリング，経皮的二酸化炭素分圧測定，非侵襲的陽圧換気療法 第₂₆回日本呼吸ケア・リハビリテーション学会学術集会 日本呼吸ケア・リハビリテーション学会誌 2017年 第26巻 第 3 号 469- 474 ヒ ー ブ レ イ ク セ ミ ナ ー Ⅴ は じ め に 適切な呼吸管理に欠かせない動脈血二酸化炭素分圧 （PaCO₂ ）のモニタリングにおいては，動脈内留置カテー テルを用いた方法が標準的方法であるが，侵襲的である ことや継時的変化をリアルタイムに捉えることができな いなどの問題がある．また呼気 CO₂ モニターについても 不均等換気のない正常肺であることが前提の方法である （図 ₁ ）．今回は，非侵襲的かつリアルタイムのモニタリ ングが可能な，経皮的動脈血二酸化炭素分圧（PtcCO₂ ） 測定装置（TOSCA®）の基礎的評価と臨床での使用方法 について解説する． 経皮的動脈血二酸化炭素分圧測定とは？ 今回紹介する，「経皮的動脈血二酸化炭素分圧測定装 置」（TOSCA®）は，皮膚にセンサーを装着することで， PaCO₂ を測定できる機器である．この機器の利点は， ・医師がいなくても，PaCO₂ が測定できること． ・₁₂時間にわたり連続的に測定し，モニタリングでき ること． ・針を刺したりしないため，患者への負担が少ないこ と． ・センサーが外れても，患者への害はなく安全である こと． などが，挙げられる． 特に一般病棟や医師が不在の場合にも，安全に呼吸状 態のリアルタイムの評価ができる． TOSCA®のしくみ 耳たぶや胸壁に装着したセンサーによって皮膚を₄₂℃ に温める（迅速に使用できるように一時的に₄₄℃まで上 昇する）．その結果，皮下の毛細血管が拡張し，そこに動一般病棟での経皮的 CO2 モニタリング 図 1 TOSCA®の特徴 動脈ライン 呼気CO2 TOSCA (経皮的CO2) 正確性 標準 肺が正常でなければ 信頼できない。 個人ごとに多少の 補正が必要。 経時的評価 一定の時間ごと 連続的 連続的 対象患者 術中 ICUなど 術中 挿管管理 すべて 使用される部署 手術室、ICU 手術室、ICU すべて (特に一般病棟で 有用) 医療者の負担 取扱いが煩雑。 自己抜去の リスクがある。 簡便 12時間ごとに 付け替え
TOSCA 500
TCM TOSCA
図 2 PtcCO2 と PaCO2 の相関 －ゆっくり変化させた場合－ PaCO 2 PtcCO2 y= 1.137x -1.847 r2= 0.979 Subject 1 25 30 35 40 45 50 55 60 25 30 35 40 45 50 55 60 y= 1.013x -3.125 r2= 0.926 subject 2 PaCO 2 PtcCO2 25 30 35 40 45 50 55 60 25 30 35 40 45 50 55 60 y = 1.037x + 1.208 r2= 0.975 subject 3 PaCO 2 PtcCO2 25 30 35 40 45 50 55 60 25 30 35 40 45 50 55 60 y = 1.106x -4.985 r2= 0.975 subject 4 PaCO 2 PtcCO2 25 30 35 40 45 50 55 60 25 30 35 40 45 50 55 60 y = 1.335x -15.794 r2= 0.947 subject 5 PaCO 2 PtcCO2 25 30 35 40 45 50 55 60 25 30 35 40 45 50 55 60 y = 0.938x + 5.819 r2= 0.913 subject 6 PaCO 2 PtcCO2 25 30 35 40 45 50 55 60 25 30 35 40 45 50 55 60 y = 1.353x -14.371 r2= 0.921 subject 7 PaCO 2 PtcCO2 25 30 35 40 45 50 55 60 25 30 35 40 45 50 55 60 y = 1.544x -19 r2= 0.978 subject 8 PaCO 2 PtcCO2 25 30 35 40 45 50 55 60 25 30 35 40 45 50 55 60 y = 1.095 x + 1.023 r2= 0.98 subject 9 PaCO 2 PtcCO2 25 30 35 40 45 50 55 60 25 30 35 40 45 50 55 60 (mmHg) (mmHg) (mmHg) (mmHg) (mmHg) (mmHg) (mmHg) (mmHg) (mmHg) (mmHg) (mmHg) (mmHg) (mmHg) (mmHg) (mmHg) (mmHg) (mmHg) (mmHg) (mmHg)れ込んだ動脈血から二酸化炭素が皮膚表面に拡散し，そ の分圧をセンサーを通じて測定している．加温は₄₂℃の ため，₁₂時間までの連続装着においては低温やけどの危 険はほとんどない． TOSCA®の精度評価 被検者の PaCO₂ をゆっくりと変化させた場合と急速に 変化した場合に，TOSCA®で経皮的に測定した PtcCO ₂ に 正確に反映されるかどうかを検証した₁,₂）．被験者の PaCO₂ を任意にコントロールできる機器（DUOGRAPH） を用いて被検者の PaCO₂ をゆっくりと変化させた場合 （実験 ₁ ）に，PtcCO₂ は正確に反応した（図 ₂ ）．その結 果，個人内での PtcCO₂ と PaCO₂ 比較では良好な相関を 認めた（r＝₀.₉₆-₀.₉₉）．また，PtcCO₂ と PaCO₂ 回帰グ ラフの傾きはほぼ ₁ に近似していた（₀.₉₃₈-₁.₅₄₄）． PaCO₂ を急速に変化させた場合（実験 ₂ ）の PtcCO₂ は 平均₉₅秒程度で追随していた（図 ₃ ）．実験 ₂ で得られた PtcCO₂ を，実験 ₁ から得た補正式で補正した値は PaCO₂ の変化を良好に反映した．センサーの装着部位は，左右 の耳朶ではほとんど左右差は認めず，前脛骨への装着と 比較して胸壁への装着の方が耳朶との相関関係が良好で て問題なく使用できると判断した． 一般病棟での使用 各種呼吸器疾患（気管支喘息，慢性閉塞性肺疾患 （COPD），肺結核後遺症など）の急性期や慢性期呼吸管 理の実際について報告する． 症 例 提 示 1 ．症例 1 ：喘息重積発作における急性期 NPPV の使 用3）（図 4 ） ₃₀歳代 男性． 前日夕から発作があり，翌日当科へ紹介された．受診 時には意識はやや傾眠傾向，発汗著明，脈拍₁₁₈／分整， 聴診上全肺野に笛声音を聴取した．顔貌は苦悶様．動脈 血ガス分析（室内気）では pH ₇.₃₂，PaCO₂ ₅₁.₇ Torr， PaO₂ ₄₄.₅ Torr と呼吸性アシドーシスを呈しており，薬 物治療の開始後も意識レベルが低下しており入院直後に NPPV（BiPAP Synchrony®）を装着した．鼻マスク，S
モード，IPAP ₁₂ cmH₂O，EPAP ₈ cmH₂O，O₂ ₁₀ L で開
始し，呼吸困難，動脈血ガス分析も改善したため約 ₄ 時 間で離脱．再増悪は認めなかった． subject 4 35 40 45 50 55 60 65 0 5 10 (mmHg) (min) subject 5 35 40 45 50 55 60 65 70 0 5 10 15 (min) (mmHg) 35 40 45 50 55 60 subject 6 (mmHg) 0 5 10 15 (min) 35 40 45 50 55 60 65 0 5 10 15 subject 7 (mmHg) (min) 35 40 45 50 55 60 65 70 75 0 5 10 15 subject 8 (mmHg) (min) 35 40 45 50 55 60 65 0 5 10 15 subject 9： (mmHg) (min) ●PtcCO2, ■PaCO2 PaCO2 PtcCO2 図 3 PaCO2 の急性変化に対する PtcCO2 の関係
一般病棟での経皮的 CO2 モニタリング 2 ．症例 2：肺結核後遺症における急性期NPPV4）（図 5 ） ₆₀歳代 女性． II 型慢性呼吸不全を呈する肺結核後遺症の症例であっ たが，NPPV は導入せずに経過観察していた．しかし増 悪をきたし II 型呼吸不全の進行を認め，急性期に NPPV を導入した症例．pH は血液ガス分析が必要であったが， PaCO₂ は TOSCA®でモニタリング可能であった． 3 ．症例 3 ：COPD における急性期 NPPV5）（図 6 ） ₆₉歳代 男性． II 型慢性呼吸不全を呈する COPD で通院中であったが， 喘鳴，呼吸困難で当科を受診．低酸素血症と高炭酸ガス 血症を認めた．臨床経過，検査・画像所見より COPD 増 悪と判断した．受診時にPaCO₂ ₈₇ Torr（PtcCO₂ ₉₂ Torr）
であり，NPPV による換気補助を開始し，ステロイドホ
症 例
38歳 男性
現病歴
前日夕から発作があり、翌日当
科へ紹介された。
現 症
意識はやや傾眠傾向、発汗著明、
脈拍118整、聴診上全肺野に笛声音を聴取。
動脈血ガス分析 (室内気) ：pH 7.32，PaCO
251.7Torr、PaO
244.5Torr
経 過
顔貌は苦悶様。薬物治療を開始
したが意識レベルも低下しており入院直後
にNPPV(BiPAP Synchrony
Ⓡ)を装着した。
鼻マスク、Sモード、IPAP 12cmH
2O、EPAP
8cmH
2O、O
210Lで開始し、呼吸困難、動脈
血ガス分析も改善したため約4時間で離脱。
再増悪は認めなかった。
NPPV (BiPAP synchrony
Ⓡ)
IPAP 6cmH
2O, EPAP 10cmH
2O
PtcCO2 60 50 40 (Torr) SpO2 100 90 (%) Pulse 120 100 (/min) 19:00 1:00 図 4 喘息重責発作での急性期 NPPV 使用 PtcCO2 7月18日 19:00 7月19日1:00 7:00 13:00 7月20日1:00 7:00 7.25 7.3 7.35 7.4 pH ～ ～ ～ ～ ～ ～ NPPV PC mode I/E=13/4cmH2O Torr Torr Torr mmol/L (room air) pH 7.25 PaCO2 75.0 PaO2 40 HCO3- 31.8 80 70 60 50 図 5 肺結核後遺症患者における急性期 NPPV 導入●
PaCO
287Torr
●
PaCO
275Torr
●
PaCO
261Torr
PtcCO2 80 60 40 (Torr) 100 90 Pulse 120 100 (/min) 19:00 1:00 7:00 13:00 19:00 図 6 COPD 増悪SpO
2PtcCO
2SpO
2PtcCO
2a)
b)
図 7 センサーを外してしまう場合 ルモン，気管支拡張薬および抗菌薬投与，呼吸理学療法 による排痰によって徐々に高炭酸ガス血症は改善した． 図に示すように，PaCO₂ と PtcCO₂ との乖離はほとんど 認めず，経時的に PtcCO₂ をモニターすることで厳重に 呼吸状態を管理することができた． 4 ．症例 4 ：不穏によりセンサーを外してしまう症例 （図 7 ） ₇₆歳 男性． 肺結核後遺症，原発性肺癌にて当科入院中．肺結核後 遺症による II 型呼吸不全を呈し，TOSCA®によるモニタ リングを開始した．しかし不穏状態のため無意識のうち一般病棟での経皮的 CO2 モニタリング にセンサーに触れてしまい，センサーの方と皮膚の接触 不良を起こしていた a）．センサーと耳クリップをテープ で固定することで接触不良を回避し，安定したモニター が可能になった b）． PaCO2 と PtcCO2 が乖離している場合の原因
光の干渉（low signal IQ）：コンタクトジェルの不足， クリップが密着していないことによる．
還流不足（low perfusion index）：末梢の環流が不良 で，うっ血傾向や長時間同じ場所にセンサーを装着して いる際などに表示される． メンブレンの管理：定期的交換とメンブレン内の電解 液添加を遵守していない場合に表示される．またセン サーにコンタクトジェルやゴミが付着したままキャリブ レーションボックス内へ収納した場合などに表示される． 考 察 立川ら₆）は，非侵襲的換気療法研究会による慢性期 COPDに対する NPPV 療法の実態調査について報告して いる．この報告では，慢性期 COPD に対して長期に NPPVを導入する基準として，₈₈％の施設で PaCO₂ を， ₇₇％の施設で夜間低換気，₆₉％の施設で高炭酸ガス血症 を 伴 う 増 悪 を 挙 げ て い る．PaCO₂ の 値 と し て は ₅₅ mmHg以上を₅₂％，増悪回数は年に ₂ 回以上を₅₆％の施 設が重視している．また導入後の IPAP の設定基準とし て，PaCO₂ の低下度，PaCO₂ の絶対値などを用いていた． この報告からもわかるように，慢性呼吸器疾患における 呼吸不全の評価および管理において，夜間も含めた高炭 酸ガス血症の評価が不可欠である． 呼吸状態や換気療法のモニタリングとして，動脈血二 酸化炭素分圧を測定する際には，動脈ラインを挿入し一 定時間ごとに動脈血ガス分析を行うことが標準的な方法 である．しかし，煩雑な取り扱いや自己抜去の危険性を 考慮すると，手術室や ICU などの厳重な管理が可能な状 態では施行できるが，一般病棟では施行は困難である． さらに，一定時間ごとの評価のみが可能であり，リアル タイムに経時的な評価は不能である．また呼気 CO₂ を用 いる方法では，肺が正常であることと，不均等換気がな いことが前提条件であるし，気管内挿管が必要であるた め，慢性呼吸器疾患の場合には不適切である．本稿で触 れた経皮的 CO₂ モニターである TOSCA®は，個人ごとに PaCO₂ と PtcCO₂ の補正が必要であるものの，₁₂時間に わたり連続的にリアルタイムにモニタリングが可能であ る．また非侵襲的な方法であるため，患者や取り扱う医 療従事者に対しても負担の少ない方法であると言える （図 ₁ ）．マンパワーが十分ではない病棟においても，夜 間の呼吸状態を的確に評価することが可能であり，本装 置の有用性が期待されている．今後さらに機器が改良さ れ，軽量，コンパクト化され，パネル表示も改良された 際には，病棟での使用はもとより，これまで十分にアプ ローチができなかった在宅での夜間の呼吸状態に応じた 治療につながると思われる． ま と め 呼吸不全の評価においては，SpO₂ と PaCO₂ の両方を 評価することが必要であり，特に II 型呼吸不全では，人 工呼吸器や補助換気療法を導入する判断を迫られる．ケ アする医療者がいち早くその状態に気がつき，適切な処 置へつなげていくことが重要である．TOSCA®によるモ ニタリングは，医療者および患者の両者にとっての負担 が少ない一方で，連続的に呼吸状態を正確に把握できる ことから，特にマンパワーが十分ではない一般病棟や夜 間において医療者の力強い味方になる．さらに在宅での 有用性についても期待が高まっている． 著者の COI（conflicts of interest）開示：本論文発表内容に関 して特に申告すべきものはない．
Transcutaneous PCO₂ measurement system for the inpatients
with respiratory disease Satoshi Fuke
Department of respiratory medicine, KKR Sapporo Medical Center
文 献
₁ ） Fuke S, Miyamoto K, Ohira H, et al.: Evaluation of transcuta-neous CO₂ responses following acute changes in PaCO₂ in
healthy subjects. Respirology ₁₄: ₄₃₆-₄₄₂, ₂₀₀₉.
₂ ） 福家 聡：呼吸管理における非侵襲的モニタリング 経皮的 CO₂モニター 基礎的検討および臨床使用経験．日呼ケア リハ学誌 ₁₇: ₂₃₁-₂₃₆, ₂₀₀₇. ₃ ） 福家 聡：COPD と気管支喘息の呼吸管理．並木昭義，氏 家良人，升田好樹編：よくわかる人工呼吸管理テキスト， 改訂第 ₆ 版，南江堂，東京，₂₀₁₄，₂₄₉-₂₅₅． ₄ ） 福家 聡，斎藤拓志，高階太一，他：経皮的 CO₂分圧測定 装置を使った肺結核後遺症患者の CO₂モニタリングの有用 性．日呼ケアリハ学誌 ₁₉: ₄₈-₅₂, ₂₀₀₉. ₅ ） 宮本顕二，福家 聡：Bedside Teaching 経皮的ガスモニ ターの最新の話題．呼吸と循環 ₅₈: ₅₀₃-₅₀₉, ₂₀₁₀. ₆ ） 立川 良，室 繁郎，谷澤公伸，他：慢性期 COPD に対す る非侵襲的陽圧換気（NPPV）療法の実態調査．日呼ケアリ ハ学誌 ₂₅: ₃₈₉-₃₉₄, ₂₀₁₅.
