呼吸器疾患における呼吸困難のサイエンスと臨床

東医大誌 77（2）

: 119

127, 2019

総   説

呼吸器疾患における呼吸困難のサイエンスと臨床 Scientific and clinical approach to dyspnea in respiratory disease

寺 本 信 嗣 Shinji TERAMOTO

東京医科大学八王子医療センター呼吸器内科

Department of Respiratory Medicine, Tokyo Medical University, Hachioji Medical Center

【要旨】 息切れは、呼吸器疾患の主要な症候であるが、適切な評価も治療も十分に行えていない現状 にある。感覚である息切れは、呼吸生理上は、呼吸困難と同義に扱われ、その病態生理も深く検討さ れている。それでもその発生要因の詳細がすべて明らかになったわけではない。しかし、呼吸器疾患 の治療薬の進歩により、疾患毎に息切れを改善する方法が検討されている。COPDでは、進歩した気 管支拡張による十分な気管支拡張効果が明らかな息切れ軽減効果を示す。症候としての息切れは、呼 吸器疾患患者の生活の質を低下させ、運動能を制限し、予後不良に導く。したがって、可能な限り定 量的評価を行い、息切れを改善する治療を実施することが予後改善に寄与する重要な臨床アプローチ となる。

は じ め に

臨床医学は日々進歩している。内視鏡、画像診断 などの急速な進歩によって、診断能は急激に向上し た。しかし、基本となる症候の把握がおざなりになっ ている危惧がある。息切れは、誰もが知る主要症候 の一つだが、正確に説明することはむずかしい。説 明ができないだけでなく、定量的な評価が困難であ るため、治療効果を判定することも難しい。そこで、

本稿では、原点に立ち返って、呼吸器疾患の主要症 状である息切れを定義し、評価方法を解説し、一部 の疾患ついては治療可能な現実が招来している現状 を解説する。

息切れの定義について

息切れは、医学英語では、

breathlessness ; shortness of breath ; dyspnea

「Respiartory sensation」において、この領域の一人

者である

Abraham Guz

と明言している

^1）

breath-

lessness

息切れを表現すると、get out of breathや

be winded、

あ る い は

be out of breath、be breathless、be short ^- winded

Dyspnea

30

11

29

31

1

28

キーワード

:

（別冊請求先

:

193

0998 東京都八王子市館町 1163 東京医科大学八王子医療センター呼吸器内科）

TEL : 042

665

5611

「息切れ」は、評価する側と評価される患者側とで、

最初から乖離があることを念頭に置く必要がある。

息切れとは、本来、呼吸をするのに努力を必要と したり、不快感を自覚することである

^2）

呼吸努力感や呼吸が自由にできない不快感であっ て、感覚である。したがって、表現型も多様であり、

Simon PM

13

含まれると報告している

^{3） 4）}

胸が圧迫される、空気がほしい、呼吸が重い、努力 しないと呼吸ができない、呼吸が浅い、十分に息を 吐けない、呼吸が早いなど、息切れには、様々な表 現の仕方がある。いれずも、呼吸努力を要する不快 な感覚であることに変わりはない。

感覚生理学からの息切れへの科学的アプローチ 呼吸困難も感覚であるため、感覚生理学的な科学 的アプローチが可能である。不快な感覚である呼吸 困難を生ずる不快な外的刺激（exogenous insults）が、

感覚受容器を経て求心神経路を介して、大脳皮質の 特定経領域に伝えられ、呼吸困難という特異な感覚 が発生すると考えられる。そこで呼吸困難は

Ste-

vens

が可能であり、これは

Ψ = k × Φ ⁿ

^{5） 6）}

Ψ

1）。実験的

に呼吸抵抗負荷時には、nは

1

Stevens

ほぼ

Ψ = k × Φ

感覚生理学を応用した運動時呼吸困難の定量的評価 呼吸困難は、何の負荷もかからない状況では生じ ない。一方で、その評価のためには、負荷量を一定 するか、負荷の増加に伴う呼吸困難の増加の関係を 定量化する必要がある。そこで、visual analog scale

（VAS）（ 図

2）、Borg scale（BS）（ 図 3）、Numerical Rating Scale（NRS） などの評価スケールが用いられ

⁷

^10）

Fletcher, Hugh ^- Jones（F, H ^- J）分類や British Medical Research Council

MRC

^{11〉 12）}

MRC

MRC

Grade 5

6

Grade 0

Grade 4

5

1

^13）

図

1 呼吸感覚の強さ（Ψ）と感覚を生じさせる受容器の刺

激（Φ）との間の関係の模式図

（Ψは、感覚（呼吸困難）の強さ、kは、定数、Φは 感覚を生ずる刺激（呼吸刺激）を表す、呼吸困難感も、

Stevens の法則 Ψ

k × Φ ⁿ

3 息切れの定量的評価に使われる 10 point Borg scale の

例（日本語訳で表示される場合もある）

図

2  息 切 れ の 定 量 的 評 価 に 使 わ れ る visual analog scale

（VAS）の例

まかな定量化はできるが、多くの健常者と軽症な患

者は

Grade 0

1

別ができない。また、治療介入しても、一段階改善 することは、まれで、治療効果の判定に用いること も難しい。つまり、大まかなクラス分けはできでも、

呼吸困難自体の定量的評価とはいいがたい。より鋭 敏で、定量性があり、連続変数として扱えるような 評価法が必要である。VAS、BS、NRSは、連続性 があり、定量性がある。しかし、このスケールを表 示して、呼吸困難度を提示しても、その呼吸困難刺 激、あるいは、呼吸困難を生ずる運動負荷量を定量 化しないと評価の意義は薄れる。そこで我々は、こ の欠点を補う方法として、運動負荷試験中に呼吸困 難感評価を行う、定量的呼吸困難評価法を考案した。

この方法では、エルゴメーターを用いて、運動負荷 量を漸増させ、各負荷量で、呼吸困難度を評価し、

運動負荷量と呼吸困難度の相関関係を回帰直線を用 いて定量化する。健康な正常人と慢性閉塞性肺疾患

（chronic obstructive pulmonary disease : 以下

COPD

可能であり、定量的呼吸困難指標が算出される（図

4、図 5） ^{14） 15）}

V

o 2

4

3

BS

X

Threshold Load of Dyspnea（TLD）、

自覚的最大努力による検査終了時の実測

V

o 2

Breakpoint Load of Dyspnea（BLD）とした。

定量的呼吸困難指標の臨床応用

息切れを呈する病気には呼吸器疾患、心疾患、血 液疾患、神経筋疾患、精神的疾患など多くの種類が あるが、坂道や階段を登る時の息切れで多いのは、

呼吸器疾患、心疾患、血液疾患である。息切れを生 ずる、呼吸器疾患は、主に

COPD

体動時の単位時間当たりの酸素摂取が低下する。呼 吸困難は主要な臨床症状で、予後改善のためにも、

治療が必要になる

^16）

表

1 修正 MRC（mMRC）息切れスケール質問票

グレード分類 あてはまるものにチェックしてください（1つだけ）

0

□

1

□ 2

のペ一スで歩いている時、息切れのために立ち止まることがある。

□ 3

100 m、あるいは数分歩くと息切れのために立ち止まる。 □ 4

□

（呼吸リハビリテーションマニュアル

:

図

4 Analytical parameters to evaluation of dyspneic sensation.

BSS : Borg Scale slope

, TLD : Threshold Load of Dyspnea, BLD : Breakpoint Load of Dyspnea

図

5 Correlations between dyspnea sensation expressed as Borg

scale score and V

o 2 during exercise in COPD patient and

operative patient.

することで、肺拡散能の低下とシャントの増加によ り、酸素摂取が低下し、呼吸数の増加とともに、呼 吸困難が悪化する。

COPD

^17）

呼吸機能の改善と呼吸困難感の軽減が確認できた。

しかし、その差は、ごくわずかであり、BSの最大 値でみるとさらに差は小さくなる。症例によっては、

BS

上記の定量的呼吸困難指標を導入すると

BSS

6）。つまり、この定量的な

この指標を用いると、この吸入抗コリン薬の効果 は

1

^{18） 19）}

COPD

それ未満の

COPD

ことが証明できた

^20）

COPD

この場合、10 cmを超える巨大ブラに対しては、外 科的切除が有効な症例がある。このような巨大ブラ 症例に対する外科手術の手術前後の呼吸機能の変化 については、検討がされてきたが、その際の呼吸困 難を分析した研究はなかった。そこで、上記の定量 的呼吸困難指標を用いて解析を行った。手術による 疼痛の影響を最小限にする目的で、手術前と手術後

6

2） ^15）

BSS

TLD

7）。

吸入薬による

COPD

COPD

SAMA

表

2  Quantitative dyspnea indices during exercise before and after bullectomy

Preoperative Postoperative p

Value BSS, BS/L/min 11.8±1.79 5.18±1.61 <0.01 TLD, ml/min 584±72.1 703±72.8 <0.01 BLD, ml/min 1,205±97.6 1,572±144.3 <0.01

BS max 7.3±0.78 4.5±0.74 <0.01

*Presented as mean±SE.

図

7 Patterns of change in BS

Vo, regression line before and after surgery when BSmax decreased after surgery. Arrows indicate following :

図

6 Quantitative dyspnea indices during exercise before and af- ter anticholinergic drug inhalation in COPD

（Teramoto et al. Chest 1993 ; 103 : 1774^-

82

（LAMA）が使用可能となった。同様に

β 2

2

（LABA）が使用可能となった。これらの薬剤で、

COPD

dual bronchodila- tor

しかし、エビデンスとしては、

LAMA

予後にも貢献することが明らかになっているため、

COPD

^{21） 22）}

LAMA

LAMA/LABA

明確な呼吸困難軽減作用をみると

LAMA/LABA

さらに最近の研究により日本人

COPD

LAMA

本人で得られたデータを比較すると、海外の

COPD

LAMA

MCID

COPD

MCID

8） ^{23） 24）}

その要因の一つとして、日本人では、同じレベル の呼吸機能障害があっても、生活の質が低下しない ことが寄与している可能性がある。同程度の呼吸機 能で

QOL

5

10

呼吸困難の発生機序の研究の進展

呼吸困難を治療するためには、その発生機序に対 する理解が必要である。呼吸調節系を中心に現在最 も受け入れられている説をまとめる

²⁵

^28）

（

1

（a） 化学調節系

化学調節に関係する受容器には中枢化学受容器と 末梢化学受容器がある。動脈血酸素分圧（PaO

2

図

8 TIO/OLO

^®

TIO ^®

動脈血炭酸ガス分圧（PaCO

2

PaCO 2

pH の低下により

PaO 2

（

b

呼吸中枢から発信された情報は脊髄を通して肺、

気道、呼吸筋に伝えられて吸息と呼息のリズムによ る呼吸活動が起きるが、肺・気道系に分布する肺伸 展受容器、イリタント受容器（刺激受容器）、C 線 維末端、および胸壁の呼吸筋の筋紡錘を介して化学 的、機械的な刺激の情報が迷走神経を通じて呼吸中 枢に伝達される。

（

c

呼吸は随意的に早くしたり、一時的に止めたりす ることができる。この呼吸様式の変化は大脳皮質に おける高位中枢から呼吸中核群へ影響が関与する。

興奮、不安、ストレスなどの感情の変化や精神的緊 張による影響も含まれる

（

2

呼吸困難のメカニズムも多くの仮説が提唱されて きたが、以下の

2

（a） 求心

^-

呼吸筋を運動させようとする中枢の指令（遠心シ グナル）と実際に可動する呼吸筋の長さ（求心シグ ナル）との間に不一致が生ずる際に呼吸困難として 大脳が感知するという「長さ

^-

1963

Cambell

Howell

最大の吸気筋である横隔膜には、筋紡錘がなく、求 心性シグナルが十分に入らないので、この説では、

十分に説明できない。そこで、現在は、求心性シグ ナルは、呼吸筋の長さだけでなく、迷走神経受容器、

化学受容器のすべての受容器をからの入力が含まれ る。そのうえで、呼吸筋中枢からの指令が強いにも かかわらず呼吸運動が追い付かないと呼吸困難が生 じやすくなる。すなわちある一定の換気を起こそう として予想以上に大きい呼吸筋の活動が必要な場合 に呼吸困難が生じるというものである。この説に従 うと、換気低下をもたらす気道抵抗負荷時や筋力低 下をもたらす疾患の呼吸困難感を説明し得る。また、

呼吸のドライブが亢進する病態である化学刺激や運 動時などの呼吸困難も説明できる。

（b） motor command説

呼吸困難の程度が、呼吸中枢から呼吸筋への運動 出力（motor command）と関連することから

motor

command theory

てきた。この説では、呼吸中枢からの運動出力のコ ピーが、中枢内にある

corollary discharge receptor と

discharge receptor

（

3

近年の研究により、呼吸困難は単一の感覚ではな く、発生機序の違いにより質的相違が生ずることが 明らかになっている。気管支喘息などの気道収縮時 に生ずる胸が固いと感じる胸部狭窄感（chest tight-

ness）は、気管支平滑筋の収縮が関与し、平滑筋内

effort, work sensation）による呼吸困難は、呼吸筋や腱など

corollary

discharge

た、息こらえをしたときに生ずる不快感（空気飢餓 感）air hungerは主に化学受容器活動の増強に由来

する（図

9）。呼吸器疾患と質的相違について表 3

にまとめた。

呼吸困難治療におけるオピオイド

呼吸困難の症状を緩和させる薬として、古くから モルヒネなどのオピオイドが試されてきた。オピオ イドは、「息苦しい」と感じる中枢の感受性の低下と、

呼吸数低下による酸素消費量の減少をもたらす。た だし、呼吸困難軽減と同時に呼吸抑制がみられ、中 枢の鎮静作用も生ずるため、眠気を催す。したがっ て、呼吸数減少効果を利用して、頻呼吸患者の呼吸 困難に有効な方法となる。一方で、重篤な呼吸不全 や気道分泌物が多い呼吸困難症例では十分な効果は できない。まずは、酸素投与を優先すべきである。

オピオイドの中では、モルヒネにエビデンスが集積 しており、ESMO Clinical Practice Guidelinesなど多 くのガイドラインで、呼吸困難に対して、モルヒネ の全身投与を推奨している

^29）

ヒドロモルフォンの全身投与やネブライザー投与、

フェンタニル皮下投与の呼吸困難の軽減効果が検討 されているが、いずれも明らかな効果を示せていな

い

^{30） 31）}

お わ り に

息切れは、最も主要な臨床症候であるが、十分理 解されていない。低酸素は息切れの悪化因子である が、低酸素のみでは息切れは生じない。この際、パ ルスオキシメータは無力であって、呼吸困難は、患 者本人の訴えを的確に把握しなければわからない。

さらに、その発生メカニズムと成因がわからないと 的確な対処はできない。身近で重要な臨床症候をき ちんと把握することは良医の大前提であると考え る。

文   献

1

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図

9 Pathways involved in pathophysiology of dyspnea. For simplicity, receptors in lungs, chest wall, and upper airways are shown schematically projecting directly to sensory cor- tex, but pathways likely reach cortex via brainstem.

（Manning HL and Mahler DA. Pathophysiology of

dyspnea. Monaldi Arch Chest Dis 2001 ; 56 : 4, 323

328. より引用）

表

3 Qualitative descriptors of breathlessness

Disorder Description

Asthma

mild Chest tightness

Asthma

severe Increased breathing effort Inability to get a deep breath

COPD Increased breathing effort

Inability to get a deep breath Interstitial lung disease Increased effort

Unsatisfied respiratory effort Chronic LV dysfunction Increased breathing effort

（Manning HL and Mahler DA. Pathophysiology of dyspnea. 

Monaldi Arch Chest Dis 2001 ; 56 : 4, 323

328. より引用）

UK : Saunders, 1999

13

: MRC

―いったいどの

MRC

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:

:

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Scientific and clinical approach to dyspnea in respiratory disease

Shinji TERAMOTO

Department of Respiratory Medicine, Tokyo Medical University, Hachioji Medical Center

Abstract

Dyspnea is one of the most frequent and distressing symptoms experienced by patients with lung disease and is usually defined as an uncomfortable awareness of breathing. Because dyspnea means breathlessness in Greek, the terms dyspnea and breathlessness can be used interchangeably. The scientific and clinical assessment of breathlessness usually focuses on the degree or intensity of the symptom during exercise, and much scientific effort has been dedicated to understanding the factors that determine the severity of breathlessness. Several investigators, including our team, have developed quantitative assessment indices of dyspnea during exercise, contributing to the assessment of the efficacy of therapeutic intervention for dyspnea in chronic respiratory diseases. The newly developed dual bronchodilators can considerably reduce dyspnea related to activities of daily living compared with the conventional mono bronchodilators in Japanese patients with COPD.

In this review, we dis- cuss the pathophysiological mechanisms leading to dyspnea, particularly those associated with COPD, assessment approaches, and modalities currently used to treat it.

〈Key words〉

: breathlessness, dyspnea, psychophysical law, COPD