−41− 松江市立病院医学雑誌 第 24 巻 第 1 号：41−46，2020
呼気ガス分析装置を用いた Fick 法による
心拍出量測定の意義についての検討
杉原 辰哉
1），小山 卓也
1），広江貴美子
2），古志野海人
2），山口 直人
2）大嶋 丈史
2），松田 絋治
2），中村 琢
2），佐貫 仁宣
2），岡田 清治
2）門永 陽子
1），田中 雄二
1），太田 哲郎
2） 要 旨 【目的】呼気ガス分析装置を使用した直接 Fick 法と推定値を用いた間接 Fick 法による心拍出量を 比較検討すること . 【方法】対象は心臓カテーテル検査時に心拍出量測定を実施した心内短絡疾患や重症三尖弁閉鎖不 全を含む 16 例（年齢 67.5±14.5 歳，男性 9 例，女性 7 例）．呼気ガス分析装置による直接法と La-Farge − Miettinen 法および 3.0×体重（kg）の予測式による間接法で酸素消費量を測定し，それぞ れ直接 Fick 法と間接 Fick 法で得られた心拍出量について Bland-Altman 分析より相関および bias の 一致度について検討した . 【結果】酸素消費量は直接法が間接法よりも高い傾向であり，相関および一致度は不良であった． 心拍出量も同様に相関および一致度は不良であったが，高心拍出量になるほど bias が大きくなる 傾向が認められた . 【結語】間接 Fick 法による心拍出量の測定は直接 Fick 法と一致度が不良であり，その解釈には注 意が必要である．心肺運動負荷装置のガス分析機能を用いた酸素消費量の直接測定は 1 呼吸ごとの 測定で測定期間中に変動することや，心臓カテーテル検査時の測定は必ずしも安静仰臥位として予 想される酸素消費量に一致しないことに留意する必要があると考えられる . Keywords：呼気ガス分析装置，直接 Fick 法，心拍出量測定 は じ め に 心拍出量の測定は酸素消費量を実測し Fick の原理 を用いて算出する直接 Fick 法が最も標準的な方法と されている1）．しかし，酸素消費量の実測は容易では ないため一般には用いられず，実際の臨床においては 簡便な間接 Fick 法（酸素消費量に推定値を使用）や 熱希釈法が用いられている． ESC/ERS 肺高血圧のガイドラインでは，熱希釈法 で測定した心拍出量は直接 Fick 法と良い相関がある との報告をもとに熱希釈法を推奨している2）．しかし 熱希釈法による心拍出量は低心拍出量状態や三尖弁閉 鎖不全症，心内シャント疾患では信頼性が低く3，4）， Fick 法で測定する必要がある．心肺運動負荷試験（Cardiopulmonary exercise testing: CPX）で用いられる呼気ガス分析装置は Breath-by-breath 法によって 1 呼吸ごとの酸素消費量を直接測定 しているが，この Breath-by-breath 法による測定値を 使用して求めた直接 Fick 法による心拍出量と間接 Fick 法の比較検討はされていない． 本研究の目的は，呼気ガス分析装置を使用した直接 Fick 法と推定値を用いた間接 Fick 法による心拍出量 を比較検討することである． 方 法 対象は心臓カテーテル検査（心カテ）時に呼気ガス 分析装置を用いて直接 Fick 法による心拍出量測定を 実施した 16 例（年齢 67.5±14.5 歳，男性 9 例，女性 7 例）で，そのうち心内短絡疾患は 7 例（肺体血流比： 1）松江市立病院 検査部 2）松江市立病院 循環器内科 原 著
−42− Qp/Qs ≧ 1.3），重症三尖弁閉鎖不全症は 1 例であった． Fick 法による心拍出量（L/min）は，酸素消費量（mL/ min）÷［｛大動脈血酸素飽和度（%）−混合静脈血酸 素飽和度（%）｝×1.36×Hb（g/dl）×10］によりそれ ぞれ計算した． 酸素消費量（mL/min）は，以下の直接法（1）と間 接法（2）（3）の方法より求め比較した．（1）呼気ガ ス分析装置を使用して直接的に求めた酸素消費量 （VO2D），（2）LaFarge − Miettinen の予測式5）より，男性：
138.1−（11.19×loge 年齢）＋（0.378×心拍数）×体 表面積，女性：138.1−（17.04×loge 年齢）＋（0.378 ×心拍数）×体表面積から間接的に求めた酸素消費量 （VO2LM），（3）3.0×体重（kg）の予測式6）より間接的 に求めた酸素消費量（VO2BW）と比較した． CPX で用いられる呼気ガス分析装置を用いた酸素 消費量測定は，心臓カテーテル開始時にマスクを介し て流量計センサーを装着し，血液ガス採取時の安定し た状態の 5 分間の平均値を求めた．酸素消費量のグラ フは経時的な変動を観察するために移動平均 8（標準 設定）と 20 をそれぞれ表示し比較した（図 1）． 測定装置は，臨床用ポリグラフ（日本光電株式会社）， 呼気ガス分析装置は Cpex-1（インターリハ株式会社）， 血液ガス測定は RAPID Point 500（SIMENS Healthineers Japan）を用いた． 測定値は平均±標準偏差（mean±SD）で表記し， 統計学的処理は EZR ver 1.40 を使用した7）．2 つの測 定方法の相関（r）は Pearson の積立相関係数より求め， 有 意 水 準 は 5 % と し た． 測 定 値 間 の 一 致 度 は Bland-Altman 分析8）を用い，2 つの測定方法の差の平 均（bias）および 95 % 信頼区間（CI）を求めた． 結 果 患者測定データを表 1 に示す．酸素消費量の直接法 と間接法の比較は，VO2Dと VO2LMの相関は r = 0.316（p = 0.234），一致度は bias±SD = 62.2±52.3（95 %CI = 36.0 to 88.4），VO2Dと VO2BWの相関は r = 0.289（p = 0.278），一致度は bias±SD = 61.0±51.8（95 %CI = 35.2 to 86.8）で相関および一致度は不良であった（図 2）． また症例ごとの酸素消費量の差は直接法が間接法より も高値になる傾向が認められたが，症例ごとに大きく 変動していた（図 3）． 心拍出量の直接法と間接法の比較は，CODと COLM 呼気ガス分析装置 Cpex-1 (インターリハ社) 流量計 センサー 移動平均8 （標準設定） 移動平均20 VO2(mL/min) 200 400 600 VO2(mL/min) 200 400 600
呼気ガス分析装置
Cpex-1 (インターリハ社)
流量計
センサー
移動平均
8
（標準設定）
移動平均
20
VO2(mL/min) min 0 1 2 3 200 400 600 VO2(mL/min) 200 400 600 min 0 1 2 3 図 1：心臓カテーテル検査時の呼気ガス分析装置を用いた酸素消費量測定 心臓カテーテル室内に呼気ガス分析装置を設置し，リアルタイムに酸素消費量を測定した . 表 1：患者測定データ−43− -200 -100 0 100 200 0 100 200 300 400 -200 -100 0 100 200 0 100 200 300 400 0 100 200 300 400 0 100 200 300 400 0 100 200 300 400 0 100 200 300 400 VO2LM (mL/min) VO2BW (mL/min)
VO2D(mL/min) VO2DとVO2LMの平均 （mL/min）
VO 2D と VO 2LM の差 （ mL/ mi n ） VO 2D と VO 2 BW の差 （ mL/ mi n ）
r=0.316 p=0.234
r=0.289 p=0.278
VO2D(mL/min) bias±SD：62.2±52.3 95%CI：36.0 to 88.4 bias ＋2SD −2SD bias±SD：61.0±51.8 95%CI：35.2 to 86.8 VO2DとVO2BWの平均 (mL/min) bias ＋2SD −2SD図 2：酸素消費量の直接法（VO2D）と間接法（VO2LM，VO2BW）の比較
酸素消費量は相関および一致度は不良であった . 図 3：症例ごとの酸素消費量の直接法（VO2D）と間接法 （VO2LM，VO2BW）の差 酸素消費量は直接法が間接法よりも高値傾向であった. 症例 （No） 直接法と間接法の差 (mL/min) VO2D とVO2LMの差 VO2D とVO2BWの差 -100 -50 0 50 100 150 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 の相関は r = 0.392（p = 0.133），一致度は bias±SD = 1.5 ±1.3（95 %CI = 0.9 to 2.1），CODと COBWの相関は r = 0.446（p = 0.083），一致度は bias±SD = 1.5±1.3（95 %CI = 0.9 to 2.1）で酸素消費量と同様に相関および一致度 は不良であり，心拍出量が大きくなるほど bias が大 きくなる傾向が認められた（図 4）． 考 察 酸素消費量の実測は，麻酔器に付属する呼吸代謝モ ニターや生態情報モニターに質量分析装置や間接熱量 計を接続して測定した報告が多く9-11），容易に測定する ことは困難である．一方で呼気ガス分析装置は，本来は 心臓リハビリテーション領域における心肺運動負荷試験 （CPX）で用いられており，持ち運びや測定方法が容易 である．また基礎代謝測定やエネルギー代謝が測定可能 なために栄養評価モニタリングとしての活用法について も報告されているが12），この呼気ガス分析装置を用いた 酸素消費量及び心拍出量の評価の意義は明らかでない．
今回の研究では酸素消費量は直接法が間接法よりも 高値になる傾向が認められた．酸素消費量を運動強度 の単位13）である METs［VO 2（mL/min）÷体重（kg） -5.0 -3.0 -1.0 1.0 3.0 5.0 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 -5.0 -3.0 -1.0 1.0 3.0 5.0 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 COLM （L/min） COD (L/min) COD (L/min) CO D と CO LM の差 (L / m in ) CO D と CO BW の差 (L / m in ) CODとCOLMの平均 (L/min) CODとCOBWの平均 (L/min) COBW （L/min） bias±SD：1.5±1.3 95%CI：0.9 to 2.1 bias±SD：1.5±1.3 95%CI：0.9 to 2.1
r=0.392 p=0.133
r=0.446 p=0.083
bias ＋2SD −2SD bias ＋2SD −2SD 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 METs1.2
METs
METs
0.9
METs
0.9
VO2D VO2LM VO2BW 座位安静時
1.0METs
（直接法） （間接法） （間接法）
図 4：心拍出量の直接法（COD）と間接法（COLM，COBW）の比較
心拍出量も酸素消費量と同様に相関および一致度は不良であったが，高心拍出量ほど bias が大きくなる傾向が認められた . 図 5：運動強度単位（METs）に換算した直接法と間 接法の酸素消費量の差 直接法は 1.2METs に対し，間接法は 0.9METs と 間接法で想定された値よりも増加している状態で あった . ÷ 3.5］に換算すると，心カテ時の直接法は約 1.2METs に対し，間接法はともに約 0.9METs であった（図 5）． 間接法の酸素消費量は，半鎮静状態で得られた安静仰 臥位を想定した予測式であるが14），この差は心カテ時 には間接法で想定された安静時の値より酸素消費量が 増加している状態であることを示していると考えられ た．我々の施設では，心カテ時には鎮静のための前投 薬は使用していないが，十分な鎮静下で検査を実施す れば間接法との差は少なくなると考えられる． 呼気ガス分析装置を用いた酸素消費量の変動は患者 によって異なり，測定中にも変動が認められた（図 6）． 酸素消費量の実測値は変動が小さい症例でも 1 呼吸ご とのばらつきを認めており，変動が大きい場合は酸素 消費量の平均値に影響を及ぼす可能性があると考えら れた． 心拍出量は直接 Fick 法と間接法の比較では心拍出 量が大きくなるほど bias が大きくなる傾向がみられ た．これまでの報告でも 2 つの方法における bias が 認められるが15，16），報告によって bias の傾向は異なる
−45−
移動平均
20
平均値
移動平均
8
（標準設定）
移動平均
8
（標準設定）
移動平均
20
0 1 2 3 200 400 600実測値
実測値
(min)平均値
VO2 (mL/min) 0 1 200 400 600 VO2 (mL/min) 2 3 0 1 2 (min)3 (min) 0 1 2 (min)3 200 400 600 VO2 (mL/min) 200 400 600 VO2 (mL/min) 0 1 2 (min)3 200 400 600 VO2 (mL/min) 200 400 600 VO2 (mL/min) 0 1 2 (min)3安定した記録ができた症例
安定した記録ができなかった症例
結果となっている．特に高心拍出量の評価については 間接法では慎重に解釈する必要がある． 今回の研究対象は 16 例と少なく，また，半鎮静状 態で得られた安静仰臥位の検討症例がないことがこの 研究の限界であり，今後，症例を増やして検討したい． 結 語 間接 Fick 法による心拍出量の測定は直接 Fick 法と 一致度が不良であり，その解釈には注意が必要である． 心肺運動負荷装置のガス分析機能を用いた酸素消費量 の直接測定は 1 呼吸ごとの測定で測定期間中に変動す ることや，心臓カテーテル検査時の測定は必ずしも安 静仰臥位として予想される酸素消費量に一致しないこ とに留意する必要があると考えられる． 本研究に関して，開示すべき COI 関係にある企業 などはありません． 文 献 1）福田恵一：肺高血圧症治療ガイドライン（2017 年 改訂版）http://www.j-circ.or.jp/guideline/pdf/JCS2017_ fukuda_h.pdf2）Galie N, Humbert M, Vachiery JL, et al.: 2015 ESC/ ERS Guidelines for the diagnosis and treatment of pul-monary hypertension: The Joint Task Force for the Diagnosis and Treatment of Pulmonary Hypertension of the European Society of Cardiology (ESC) and the Eu-ropean Respiratory Society (ERS): Endorsed by: Association for European Paediatric and Congenital Cardiology (AEPC), International Society for Heart and Lung Transplantation (ISHLT). Eur Heart J 2016; 37: 67-119 3）森 善樹：心臓カテーテル検査によって得られた 結果をどう解釈するか．日小循誌 2015; 31: 148-156 図 6：呼気ガス分析装置で測定中の酸素消費量の変動 酸素消費量は患者の安静状態によってばらつきに差があり，平均値に影響を及ぼす可能性がある .
4）Balik M, Pachl J, Hendl J: Effect of the degree of tricus-pid regurgitation on cardiac output measurements by thermodilution. Intensive Care Med 2002; 28: 1117-1121 5）LaFarge CG, Miettinen OS: The estimation of oxygen
consumption. Cardiovasc Res 1970; 4: 23-30
6）Fanari Z, Grove M, Rajamanickam A, et al.: Cardiac output determination using a widely available direct continuous oxygen consumption measuring device: A practical way to get back to the gold standard. Cardio-vasc ReCardio-vasc Med. 2016; 17: 256-261.
7）Kanda Y: Investigation of the freely available easy-to-use software EZR for medical statistics. Bone Marrow Transplantation 2013; 48: 452-458
8）Bland JM, Altman DG: Statistical methods for assessing agreement between two methods of clinical measure-ment. Lancet 1986; 1: 307-310
9）Schmitz A, Kretschmar O, Knirsch W, et al.: Compari-son of calculated with measured oxygen consumption in children undergoing cardiac catheterization. Pediatr Cardiol. 2008; 29: 1054-1058
10）Narang N, Thibodeau JT, Levine BD, et al.: Inaccuracy of estimated resting oxygen uptake in the clinical set-ting. Circulation. 2014; 129: 203-210
11）Rutledge J, Bush A, Shekerdemian L, et al.: Validity of the LaFarge equation for estimation of oxygen con-sumption in ventilated children with congenital heart disease younger than 3 years–a revisit. Am Heart J 2010; 160: 109-114
12）大島 拓：各種デバイスによる栄養状態評価と必要 エネルギー投与量算出−間接熱量測定の活用は，そ の限界を知ることから．Intensivist 2019; 11: 319-326 13）Ainsworth BE, Haskell WL, Herrmann SD, et al.: 2011
Compendium of physical activities: a second update of codes and MET values. Med Sci Sports Exercise. 2011; 43: 1575-1581
14）Kendrick AH, West J, Papouchado M, et al.: Direct Fick cardiac output: are assumed values of oxygen consump-tion acceptable? Eur Heart J. 1988; 9:337-342
15）Gonzalez J, Delafosse C, Fartoukh M, et al.: Compari-son of bedside measurement of cardiac output with the thermodilution method and the Fick method in mechan-ically ventilated patients. Crit Care 2003; 7: 171-178 16）Dhingra VK, Fenwick JC, Walley KR, et al.: Lack of
agreement between thermodilution and fick cardiac out-put in critically ill patients. Chest 2002; 122: 990-997
