34 調節呼吸による肺の機能的並びに形態学的

調節呼吸による肺の機能的並びに形態学的 変化に関する実験：的研究

金沢大学医学部第一外科学教室（主任 ト部美代志教授）

      山   田    修

       （昭和34年12．月10日受付）

（本論文の要旨は第2回および第3回日本麻酔学会総会に．おいて発表した）

 近年における外科手術の目覚しい進歩は抗生物質の 発見や高性能のSulfa剤の登場による強力な化学療 法と共に麻酔学の発達に負うところが大きい．就中開 胸手術に対して気管内挿管麻酔が果す役割は極めて大 きく，これと関連して麻酔中行われる調節呼吸の意義 もまた大きい．         ・  手術中の呼吸を入為的に調節しようとする試みは，

古くはSauerbruchの陰圧手術室に始まり，陽圧麻酔 器に発展し，さらにCrafoord 1）等のSpiropulsator，

Mautz 2）のRespiratofと次第に改良発達して現在使 用されている陽陰圧呼吸型式によるRespiratorとな

った．

 気管内挿管麻酔により関胸術を施行する場合には炭 酸ガス蓄積が起り易いことは既に多くの報告によって 明らかなことであるが，炭酸ガス蓄積は酸塩基平衡の 失調をきたして循環系や神経系に悪影響を及ぼし，諸 種の合併症に関係が深い．この原因は換気不全による ものであり，これを排除するためには何らかの人為換 気を行って有効な換気量を増加させねばならない．こ の目的を満足させるものとして間激的陽圧呼吸及び陽 陰圧呼吸の両呼吸型式に．よる調節呼吸法がある．

 著者は犬について，この両呼吸型式による調節呼吸 がどのような肺の機能的並びに形態学的変化を起す か，また閉胸時と開胸時により相違があるか否か，加 圧の安全な限界はどの程度かを決定しようと試みた．

実 験 方 法  1♂実験対照及び実験群の分類

 健康な雑種成犬89頭を使用し，これを次の各群に分 けて実験を行った．

  対照群（閉胸下自然呼吸群）    4例

閉胸下間歓的陽圧呼吸群    形態学的検索    機能的検索

開胸下間激的陽圧呼吸群    形態学的検索    機能的検索  遠忌下面陰圧呼吸群    形態学的検索    機能的検索  開胸下面陰圧呼吸群    形態学的検索   ・機能的検索 2．麻  酔

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 Thiopellta1 Sodium（R母voPa1）あるいはAmobar・

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curarine Chloride（Amelizol）0、41ng〆kgの静注によ って筋弛緩を得て自発的呼吸運動を消失せしめ，気管 Tubeに．人工呼吸装置を連結して調節呼吸を開始し た，調節呼吸中Hyperventilationの状態にあるとき は筋弛緩剤の効果が消退した後にも自然呼吸運動を再 開して調節呼吸に逆らうことはなかったが，換気圧が 小さく従って換気量の比較的少ない場合筋の緊張回復 によって調節呼吸に対する抵抗が大になると思われた ときには適宜筋弛緩剤を追加投与し，終始充分な筋弛 緩の下で全く機械的に調節呼吸を行われるように留意

した．

 3．呼吸装置

 本研究に使用した電動式人工呼吸装置は東京泉工舎 Exprimental Studies on the Functional and Morphblogical Changes of Lung Caused by Con−

trolled Respiration． Osamu Yamada， Department of Surgery（Director：Pro￡M． Urabe），

SchoQl of Medicine， University of Kaロazawa，

230 ^山

の初期の製品で，その主要成分は電動機による歯桿の 往復運動によって伸縮する蛇腹型の呼吸嚢，加圧時に 開く吸気弁，除圧時に．開く呼気弁よりなり，蛇腹の伸 縮の振幅の毎分伸縮回数を変化させることによって調        ヒ  節呼吸の圧及び回数をある程度任意に調節することが 出来る．呼吸圧の調節は単に蛇腹の振幅の大小によっ て行われるのみなので，陽圧及び陰圧の大小を変える ことは可能であるが，その帰山期の圧，いいかえれば 全体的な気管内圧のLevelを上下することは不可能 である．またこの装置による加圧相と陰圧相の時間的 比率は概そ1：1で，呼吸数を変えることは出来て もこの比率を変化させることは出来ず，且つ，これに よって作られる気管内圧曲線の波形も第1図の如き曲 線で，これも一定不変である．

第1図 閉胸下間歓的陽圧呼吸時及び 陽陰圧呼吸時における気管内圧曲線

（犬：No．51十20cmH20，鍵盤的陽 圧呼吸，No．30十20〜一15crnH20    1 陽陰圧呼吸）

旧歓的陽 圧呼吸

陽陰圧呼 吸

 調節呼吸が生体に及ぼす機能的影響就中循環動態に 及ぼす影響が調節呼吸の加圧相と陰圧相の時間的比率 並びに気管内庄曲線の波形によっても異なることは厩 にMotley 3・4）等， Price 5）等によって研究されてい るが，著者の使用した装置ではこれらの点に点ずる吟 味は不可能である．従って本論文における論述はすべ て加圧相と陰圧相の時聞的比率1：1で，気管内圧曲 線は第1図に示した如き曲線であるという限られた条 件を前提としたものである．

 4．調節呼吸の圧，回数及び持続時間

 間歓的陽圧呼吸では吸気相に十10〜40cmH20の圧 を加え，呼気相は血圧に開放，陽陰圧呼吸では吸気相 に十10〜40c胆H：20の陽圧，呼気相に一5〜30c血H20 の陰圧を加えた．呼吸回数は毎分20回前後，調節呼吸

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の持続時間は原則として連続2時間とし，特に長時間 続けた場合の形態学的変化を見る目的で数例のものに

は6時間持続した．

 5．開胸例は両側第5肋間で開胸し，開胸器を装着 して肋間を開卸し，胸廓運動を妨げたままの状態で調 節呼吸を行った．

 6．機能的検索

 各部血圧の測定：外頸静脈及び股静脈より心臓 Catheterを挿入， X線透視下にその尖端を右心房，

肺動脈（左右枝の分岐部），肺毛細管（wedge），下大 静脈（第3腰椎の椎体上面の高さ）に達せしめ，各部 位の圧の測定を行った．これらの圧は前腋窩線の高さ を原点として水柱Manometerにより測定し，水銀柱 に換算した．末梢動脈圧は股動脈にCanulaを挿入し て水銀Manometerで測定した．これらの各部位の圧 には多少とも呼吸性の動揺が認められるので，すべて 陽圧相の圧すなわち自然呼吸では呼気時の圧，間歓陽 圧呼吸及び陽陰圧呼吸では吸気時の圧を読むことに統 一した．

 血液の分析＝股動脈ふら末梢動脈血を，肺動脈に おいた心臓Catheterから混合静脈血を同時に採取し 夫々血液Gas及びpHの測定に供した．血液Gasの 測定にはVan Slyke氏検圧装置を用い， Van Slyke

＆Nei11氏法6）により血中02含量（Vo1％）及び CO2含量（mM／のを測定した．血液のpHは硝子電 極pH計を用いて室温における全血pHを測定し

Rosentha17）あるいは斎藤等8）の係数によって温度補 正を加え38。Cの全血pH：を求めた．

 呼吸気の測定：呼気及び吸気の採取は常に血液の 採取と同時に，通常3分間行った．自然呼吸の際には 吸気は大気であり，呼気は一方弁を用いてその全量を Douglas Bagに採取した．間心的陽圧呼吸あ際には 吸気は入信呼吸器の吸気回路の途中の二二から直接 Sampling Tubeに採取し，呼気は全量をDouglas Bagに採取した．陽陰圧呼吸の場合に．も吸気は同様に．

吸気回路の途中から採取したが，呼気はこれをDoug・

1as Bagに集めることは出来ないので，呼気回路の途 中でCO2吸収装置のロ側にGas−meterを挿入して 呼気回路の流量を測定して呼気量となし，且つ呼気 SampleをSampling Tubeに採取した．これらGas SampleはVan Slyke＆Sendfoy氏9）法或いは Scholander氏10）法によって分析して02含量（Vo1 回目及びCO2含量（Vo1％）を求めた．一方Douglas Bagに集めた呼気はGas・meterでその量を測定し，

同時に測定した気温と気圧によってSTPD（Standafd

Temperature， Pressure and Dry）及びBTPS（Body

Tempefatufe， Pressure， Satufated with Water Vapor）

に換算した．

 肺循環諸値：の算出：以上の各測定値から次の諸式 を用いて肺循環諸値を算出した．

 02消費量Vo2cc／min（STPD）＝換気量1／min     （STPD）×みio（吸気02含量Vol％一呼気     02含量Vo1％）

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 7．形態学的検索：所定の実験終了後動物を殺し て肺を易咄，肉眼的及び組織学的に検索した．動物の 屠殺から肺の易咄まではこの操作による肺の欝血及び 損傷を極力避けるように留意した．すなわちThio・

penal Sodium（Ravona1）ある、いは Amobarbital Sodium（Isomita1）急速静注によって心停止を起さ せ，直ちに調節呼吸を停止し，前胸壁を一塊として切 除し，気管内圧を＋10cmH20に加圧して肺を膨らま せ気管をclampしてから心肺を一塊として別出し，

肺門部で気管，脈管を結紮して肺を分離し，肺の所見 を肉眼的に観察した．次いで肺を10％Formalin液で 固定，両側肺の平等から組織片をどり，Para価n包埋 後切片としてHematoxilin−Eosin染色を行って検鏡

した．

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   肺胞毛細管血02飽和度は直接測定出来ない    ので，肺胞毛細管血02分圧＝肺胞気02分    圧と仮定して求める

有効肺血流量Q多〃min＝心搏出量〃min       ×有効月麺堕率％、、3）

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        心搏出量cc／sec

実 験 成 績

 調節呼吸中に死亡した例はなく，全例よく間歓的陽 圧呼吸あるいは陽陰圧呼吸に耐えることが出来た．

 A．機能的検索成績

 1．閉三下における二刀的陽圧呼吸（第1表）

 開胸することなく間欺的陽圧呼吸を行った例につき その機能的変化を自然呼吸時のそれと比較して述べ る，間歓的陽圧呼吸時に用いた圧は＋10cmH20程度 のもの6例，＋20cmH20程度のもの5例，十30cmH20 以上の大きな圧を用いたもの4例である．   一  換気量は陽圧の平なる程大となり，十10cmH20で

は11．37μ／minである．自然呼吸時の全換気量と比 較すると，十10cmH20では自然呼吸時と大差はなく，

十20cmH20，十30cmH20では自然呼吸時に比して夫 々2．3倍，4．5倍と増大している（第2図）．i回換気量 の変化は略ζ同様の傾向を示している．

 02消費量は換気量の増加にもかかわらず間敏的陽 圧呼吸によって殆んど増加しない．従って02摂取は 甚だしく低下し，その程度は加える圧が大なる程著し くなる．いいかえれば肺において吸気中から，02を摂 取する能率が低下している．

 Alveolar Equationによって算出した肺胞気02分

圧は十10cmH20の加圧によって自然呼吸時と殆んど

変りなく，＋20cn1H20によって自然呼吸時の101mm

Hgに比して約30％上昇して134mmHgとなる．しか

し一層陽圧を大にしても肺胞気02分圧は上昇を示さ

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第2、図 閉胸下における調節呼吸    時の全換気量：の変動

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圧の程度如何にかかわらず有効肺胞換気率は自然呼吸 時に比して低下する．すなわち自然呼吸時44．1％が 十10clnH20間激的陽圧呼吸時には41．6％に；・自然呼 吸時44．1％が＋20clnH20間射的陽圧呼吸時には 43・7％に，更に自然呼吸時55．7％が十30cmH：20以 上の間菅野陽圧呼吸では46．9％に低下している．

 有効肺血流率は主として肺胞の換気の良否を表現 するもので，自然呼吸時には70％程度：であるが十10、

cmH20間判的陽圧呼吸の時58・8％で自然呼吸時に及

ばず，一ト20cmH20間漱的陽圧呼吸の時97．2％と著し

く上昇し，十30cmH20以上の間歓的陽圧呼吸の時

95．9％と再び低下の傾向が現われてくる．すなわち有

効肺血流率は＋20cmH20間海上陽圧呼吸時に最高値

を示している，       、

234 ^山

 末梢動脈血02含：量は十10cmH20間野薄陽圧呼吸 群において自然呼吸時（13．4Vo1％）より減少して12・3 Vo1％となり，十20clnH20間漱的陽型呼吸群において は自然呼吸時12．5Vol％が14．1 Vo1％と：増加し，

十30crnH20間歓的陽圧呼吸群においては自然呼吸時

12．3Vo1％が14．4 Vol％と：『増加した．

 末梢動脈血02飽和度は十10cmH20間激的陽圧呼 吸群に，おいて79．8％で，自然呼吸時の87．4％よりか なり低下し，十20cmH20，・十30cmH20闇歓的陽圧呼 吸例に．おいて夫々97．5％，96，7％と充分な02飽和 度を示している（第3図），

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第3図 閉門下における調節呼吸時の   末梢動脈血02飽和度の変動

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十20cmH20以上の大きな圧を用いた問漱的陽圧呼吸 例においては平均22mmHgを示しこれらの自然呼吸 時の平均36mmHgに比して低下が著しい（第4図）．

 動静脈血02較差は大きな圧；を用いた間歓的陽圧呼 吸時増大する．十10cm：H20聞漱的陽圧呼吸群におい ては動静脈血02較差4．2Vo1％で自然呼吸時と殆ん ど同じく，十20cmH20 i群において7．6 Vol％，十30 cmH：20群において7．9 Vo1％となり，これらの群の 自然呼吸時動静脈血02較差3．4Vo1％，3．6 Vo1％に 比して甚だしく増大している．

 心搏出量は大きな圧を用いた間量的陽圧呼吸に際し て減少する．十10cmH20間激的陽圧呼吸群において

1．70β／min，十20cm：H20群に：おいて1．07μ／min，十30 cmH20群において1．09μ／minで夫々の自然呼吸時の

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第4図 劇薬下における調節呼吸時の   混合静脈血02分圧の変動

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第5図 閉胸下における調節呼吸時     の心搏出量の変動

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5図）．

 心搏数の増減は種々で一定の傾向を示さない．

 1回搏出量は心搏出量の増減と同様に間欺的陽圧呼 吸によって減少し，加える圧が大なる程1回搏出量は 少なくなる．すなわち＋10cmH20間歓的陽圧呼吸群 において自然呼吸時16．6cc／beatが調節呼吸時11，5 cc／beatに，＋20cmH20聞欺的陽圧呼吸群において は15．2cc／beatが8．2cc／beatに，十30cmH20以上 の群においては15．5cc／beatが7．Occ／beatに減少し

た．

 末梢動脈血圧（股動脈圧）は間歓的陽圧呼吸の際に

は加圧の大なる程低下し7＋10cmH20間欧的陽圧呼

吸出において平均10mmHgの低下，＋20cmH20例 において平均16mmHgの低下，十30cmH20例にお いては平均25mmHgの低下を示した．

 肺動脈圧は間激的陽圧呼吸によって上昇する．自然 呼吸時の肺動脈圧は平均8．1〜8．6mmHgで，＋10 cmH20の間歓的陽圧呼吸群においては肺動脈圧10・7 mmHg， 十20cmH20 i群においては11．1mmHg，十30 cmH20群においては10．7mmHgと上昇した．肺毛 細管圧（wedge pressure）も大きな圧を用いた間激的 陽圧呼吸によって上昇し，＋10cmH20間歓的陽圧呼 吸群においては自然呼吸時に比して殆んど変らず，

十20cmH：20群において4．2mmHgが6．OmmHgに，

十30cmH20群において5．1mmHgが8．4mmH：gに夫 々上昇した．

 従って肺動脈圧並びに肺毛細管圧と心搏出量から算 出された全面血管抵抗並びに肺小動脈抵抗は間歓心陽 圧呼吸によって著しく増大している．すなわち全肺血 管抵抗は十iOcmH20間歓的陽圧呼吸群において自然 呼吸時338dyne／sec・cm−5のものが間歓心陽圧呼吸 時には766dyne／sec・cm−5に＝，十20cmH20の群に．

おいては281dyne／sec・cm−5が935 dyne／sec・cm−5 に．，十30cmH：20のi群においては333 dyne／sec・cmr5 が777dyne／sec・cr5に夫々増大した．肺小動脈抵 抗は＋10cmH20聞歓的陽圧呼吸群に．おいて自然呼吸 時125dyne／sec・cm−5が間漱的陽圧呼吸時には532 dylle／sec．cm−5月目，十20cmH20の群においては233 dylle／sec・cm−5が474 dyne／sec・cm−5に，，十30cm H20の群においては167 dyne／sec・cm−5が275 dyne

／sec・cm−5に夫々増大している．而して肺小動脈抵抗 の増大ど気管内に加える陽圧の大きさの関連をみる

と，大きな陽圧を加えた例では肺魚動脈抵抗の増大は 却って軽度である．これは間隔的陽圧呼吸を行った場 合，肺動脈圧，肺毛細管圧共に上昇するが，後者の上 昇の方が一層著明なため1こ大きな陽圧を加える程肺動 脈一品毛細管の圧勾配は縮小し，肺小動脈抵抗は減少 するものである．

 圧に．対する右室の仕事は間隔的陽圧呼吸によって却 って減少する．すなわち十10cmH20漫雨的陽庄呼吸 例においては自然呼吸時に比して増減種々であり，

十20cmH2d溶血的陽圧呼吸群においては自然呼吸時 4・1joule／minが間歓的陽圧呼吸時には2．8 joule／min に，十30cmH20群においては2．6 joule／minが1．5 joule／minに夫々減少している．閲読的陽圧吸呼によ って肺血管の圧が上昇するにもかかわらず右室の仕事 が減少するのは心搏出量の甚だしい減少に基くもので

ある．

 洋藍的陽圧呼吸による右心への静脈還流の変化を窺 うために数例について下大静脈圧及び右房圧を測定し た．下大静脈圧及び心房圧は共に間歓的陽圧呼吸によ って上昇し，その上昇の程度は後者の方が大である．

従って面心的陽圧呼吸によって下大静脈一急激の圧勾 配は縮小し，且つ大きな陽圧を用いた間漱的陽圧呼吸 程その縮小が著しい（第6図）．

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第6図 閉山下における調節呼吸時  の下大静脈一右陽圧勾配の変動

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緩衝塩基についてみると，十10cmH：20間歓的陽圧呼 吸群において自然呼吸時pH 7．38 Paco234mmHg

（BB＋）b 45 mEq／μが間漱的陽圧呼吸時にはpH 7．33 Paco241mmHg￠B＋）b 45 mEq／βとなって呼吸性 Acidosisを示し，十20cmH20及び十30cmH20間歓 的陽圧呼吸群においてpHは上昇して7．50及び7．45，

Paco2は甚だしく低下して13mmHg，（BB＋）bも減少 して36及び35mEq／βとなり呼吸性Alkalosisと代謝 性Acidosisの状態を示している．

 2．閉胸下における陽陰圧呼吸（第2表）

 動物を開胸することなく陽陰圧呼吸を行った例に。つ いてその機能的変化を自然呼吸時と比較すると第2表 の如くである．陽陰圧呼吸に用いた圧は十10，一5〜

10cmH206例，十20，一15〜20cmH204例，十30〜

40，一20〜30cmH204例であり，陽陰圧呼吸の際の 換気数は20回／分である．

 全換気：量は陽陰圧の大なる程大となり＋10，一10 cmH20 陽陰圧呼吸群においては平均 4．70〃mim

（BTPS），十20，一20cmH露0群においては6．17β／min，

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