超音波断層法による横隔膜の機能評価

原 著

嗜略嫡39第蟻，雛鴛．〕

超音波断層法による横隔膜の機能評価

東京女子医科大学 第一内科学教室 （主任：滝沢敬夫教授， ワカ イ 若 井 指導 ヤス 安 ：金野公郎教授） ミチ 理 （受付 平成2年10，月17日）

Diaphragmatic F1111ction Measured by Ultrasonograplly

Yasumichi WAKAI

Department of Medicine I（Head：Prof， Takao TAKIZAWA， Director：Prof． Kimio KONNO） Tokyo Women’s Medical College

Direct measurement of diaphragmatic length and shortening in human has not been shown． The

purpose of this study is to assess the diaphragmatic function by ultrasonography． First， to know the

accuracy and the best position of measurement， zone of apposition of the diaphragm（Zappo）was

measured by ultrasonography and chest x−p in five normal subjects． Second， to measure ventilation by

ultrasonography， the shortening of Zappo and tidal volume were measured in three normal subjects

and one emphysema in standing posltion。 Third， to assess the abnormal lung volume in disease， the

length of zone of apposition（Lappo）was measured in four emphysema， four fibros｛ng lung disease patients and five normal sublects． We found that the difference between ultrasonography and chest

x−pwas about 2 mm and right mid axillary line was the best position． Tidal volume increased up to 1．5

Lin proportion to the shortening of Zappo in normal subjects． Lappo was shorter童n emphysema and longer in fibrosing lung disease than in normal sublects． We conclude that（1）ultrasonographic

measurement of Zappo is accurate and the best position is right mid ax孟11ary line，（2）ventilation may

be measured by ultrasonography over the range from FRC to 1．5 L above FRC in standing normal

human，（3）Lappo may be an indicator of the abnormal lung volume in disease．

緒 言 骨格筋の収縮による張力発生機序を生理学的に 解析する際に筋の長さと収縮の程度は最も基本的 な因子であり，これは呼吸において主要な吸気筋 である横隔膜でも同様である．しかし横隔膜は複 雑な三次元形態を有する膜様筋肉で，しかも体表 から観察できないため人で横隔膜の長さと収縮を 直接測定して機能評価することは不可能である．

したがってpneumomagnetometer1）2）や

inductance・pneumograph3）等による間接的評価 法が広く用いられている． 犬では横隔膜にクリスタルを埋め込みsono− micrometQryによってその収縮が直接測定され 多くの知見が得られている4）．近年，超音波断層法 の解像度が向上したため人において横隔膜の一部 で横隔膜が胸壁に接する部分（zone of apposition 一図1）の長さと収縮を非侵襲的に直接，しかも 動的に描出できるようになった．安静呼気終末時 には横隔膜の大部分がzone of appositionを構 成5｝し，しかもKnightらはX線透視で測定した zone of appositionの短縮が実際の収縮と一致す る6）ことを報告しているので，超音波断層法に よって測定したzone of appositionの長さと収縮 の程度から横隔膜の機能評価が可能と思われる． 本研究では，本法の臨床応用を目的に，始めに 超音波断層法による測定の正確さと最適な測定場

↑

aPPO8ition

⊥．一一．．

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（From Rocho5t●r et al，198D

at FRC 図1 横隔膜のシェーマとピストンモデル dome ollipticaI cy置indroid 所を明らかにし，次にzone of appositionの収縮 と一回換気量の関係から本法による換気量測定の 可能性を検討した．さらに肺気腫患者と間質性肺 疾患患者のzone of appositionの長さを測定し鑑 別診断法としての応用を試みた． 方 法 超音波断層法による横隔膜のzone of apposi− tionの測定精度と最適な測定部位を検討するた めに健常男子5人（表1）においてzone of appo・

sitionの上縁を超音波断層法と胸部X線法に

よって測定し，その差を比較した．被験者は立位 で両上肢を挙上して頭上で組みrelaxし，背部を 柱に固定し姿勢を一定に保持する．spirometerを 用いて，RV， FRC， FRC＋1L， TLCの肺気量位 をとらせる．超音波断層装置（YMSRT−3600，プ ローブは3．5MHzのlinear型で通常の2倍の16 cm幅の断層像を描出可能）を用いて，各肺気量の 横隔膜のzone of apposition上縁（写真1）を測 定し体表にマークする（写真2上）．このマークに 鉄線を貼り付け各回気潮位で正面と側面の胸部 X線写真を撮影した（写真2下）．両法による測定 差を胸部X線写真を基準にして右前胸部鎖骨中 ｛’． 1｛． C・ph・li・．｝

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apposition’ 毒 素

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Skin Pleura 写真1 円円（右中腋窩線） Rib

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｝・・b 横隔膜のzone of apposition上縁の超音波断 線，右中腋窩線，右背部肩甲骨中線で検討した． 超音波断層法が頭側の場合（＋），尾側の場合（一） とした． 次に体表からの換気量測定の可能性を検討する ために健常男子3名（表1：B，C， D）と肺気腫 患者1名（表2：G）で一回換気量を段階的に変化

させzone of appositionの収縮とchest wall各部

位の距離変化を同時に測定した．被験者に前述の 姿勢をとらせ右中腋窩線上で超音波断層法を用い てzone of appositionの全長を描出し，その長さ Lappo（第10肋骨下縁からzone of apposition上 縁までの距離）を超音波断層装置の画面上で，内 蔵された距離測定プログラムを用いて測定した． 同時に4ch・pneumomagnetometer7）によりrib cageの前後距離Lrc（ap）， abdomenの前後距離 L ab（ap）， rib cageの左右側方の距離L rc （1ateral），剣状突起恥骨結合間の上下距離Lxp

をpolygraphに記録した．一回換気量はマウス

ピースを介してpneumotachometerでpoly・

表1 健常男子5名の身体計測と肺機能値

Height Weight TLC FRC

RV

％TLC RV／TLC

Subject Age Sex

（cm） （kg） （L） （％）

A

35

M

172 64 7．8 4．5 2．6 120 33 B 25

M

170 55 6．2 3．8 1．9 96 30 C 25

M

175 65 6．8 4．1 2．3 102 33 D 25

M

168 60 6．3 4．1 2．3 105 37 E 25

M

165 60 7．0 5．9 2．5 114 36

購

F園騨

購

響馴願

蕪iv ・舞

耀灘

羅

写真2上：体表にマークしたzone of appositionの上縁．線は頭側からRV， FRC， FRC十1．OL（破線）， TLCを示し，この写真はFRCで撮影した． 下：写真上のマークに鉄線を貼りつけて撮影した胸部X線写真正面像（AP）と側面 像（LP）。 FRCで撮影した． graphに記録し，同時にoccilloscopeでモニター しながら0．5しから2．5しまで段階的に増加させ た．全てのパラメータを同時に測定するために2 台のビデオカメラを用いて超音波断層像とpoly− graphを撮影し1本のビデオテープに合成して記 録した．各パラメーターは一回換気に伴う変化量

」LをFRCからTLCまでの最大の変化量∠L

maxに対する百分率で示した． さらに本法を用いて疾患における横隔膜の位置 と可動性の異常を診断するために肺気腫患者，間 質性肺疾患患者各4名（表2），健常男子5名（表 1）で右中腋窩線におけるRV， FRC， TLCの Lappoと肺気量（He希釈法）を測定した． 結 果 超音波断層法とX線写真で測定したzone of

apposition上縁の差は最大±15mm，平均＋

表2 患者の身体計測と肺機能値

Ht

Wt

％VC FEV％ TLC FRC

RV

％TLC RV／TLC

Subj． Age Sex Diagnosis

（cm） （kg） （％） （L） （％） F 77

M

163 47 58 42 7．8 6．5 5．7 135 73 Emphysema G 84

M

156 51 98 36 8．7 6．5 5．2 172 60 Emphysema

H

56

M

163 47 87 37 9．5 6．8 5．8 166 62 Emphysema 1 80 F 150 41 63 49 5．8 5．1 4．7 187 82 Emphysema ∫ 56 F 156 45 117 83 _{4．0 2．3 1．3} 91 33 IIP

K

80

M

166 55 70 94 6．D 4．7 3．1 110 46 IIP L 26 F 152 40 55 92 3．3 2．1 1．2 77 37 且P

M

50 F 155 52 57 96 2．6 1．5 0．7 59 28

DM

IIP：特発性間質性肺疾患， HP：過敏性肺臓炎， DM：皮膚筋炎． 2．26±6．1mmで超音波断層法ではX線写真法よ り頭側に位置する傾向を示した．測定部位別には， 右中腋窩線上と右背部では即興気量位とも差は少 なく，右前胸部鎖骨中線上でRVを測定した際に やや差が大きかった（表3）．次にLappoの収縮 と一回換気量の関係であるが，健常人では一回換 気量1．5しまでの範囲で両者が比例した．この範囲 でchest wallの他のパラメータの変化は少なく， 一回換気量増加に対してLappoの収縮の寄与が 最大であった．一回換気量が1．5Lを超えるとこの 関係は逆転しzone of appositionはそれ以上収縮 せず，rib cageの拡張と挙上が換気：量増加に貢献 した（図2上）． 肺気腫患者では一回換気量0．5から1．Oしの範囲 でzone of appositionの収縮と一回換気量が比例 したが，この少ない換気量の範囲ですでにchest wallの他のパラメータがLappoと同様の比率で 増加した（図2下）．zone of appositionの長さ， Lappoは患老の肺気量の異常を反映して肺気腫 で短く，間質性肺疾患で長い傾向を示した．肺気

腫では健常人と比較してRVとFRCのLappo

が短く，肺気量の増加と対応した．問質性肺疾患

では健常人と比較してFRCとTLCのLappo

が長い傾向を示し，各肺気量の低下に対応した． 肺気腫と間質性肺疾患を比較すると，RV， FRC，

TLCの全ての肺気量位において肺気腫のLappo

は短い傾向を示した．またTLCとRVのLappo

の差，つまり横隔膜の上下の可動距離は肺気腫と 間質性肺疾患の両者において健常人の約半分で 表3 zone of apposition上縁の超音波断層法と胸 部X線法の差

しung volume Mid axilla Mid clavicula Mid scapula

RV．

eRC

sLC

一〇，8±4．2 @1．4±1．9 @2．6±4．6 8．8±4．2＊ 黷P．8±8．4 ￨0，4±12．1 3．6±4．7 P．8±2，9 Q．0±4．9 値はmean±SD（mm），＊：p〈0．05，測定は右側で行った． あった（図3上下）． 考 察 人において超音波断層法によるzone of appo− sitionの測定はX線写真による測定と正確に一 致する．本研究で両者の差は平均して約2mmで あったが超音波断層装置の距離測定精度が1mm であることを考慮すると本法の正確さが示され た． Loringは犬で超音波断層法を用いて横隔膜の area of appositionの上縁を右中腋窩線で測定し てX線写真と比較し，両者の差は0．05±0．46から 0．28±0．45cm（mean±SD）8）と報告しており本研 究と同様に両者の差は少ない． ただし本研究における両法の比較にはいくつか の問題点がある．第一にX線写真においてzone of appositionの上縁がレントゲンビームに対し て必ずしも平行ではないためX線写真上のzone of appositionの位置が超音波断層法で測定した どの位置と対応するのか厳密には決定できない． 第二に超音波断層像は厚みの無い断層面として描 出されるが実際は約1cmの厚さの情報を平均し

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TIDAL VOLUME （ml） 図2上：一回換気量とchest wa11各部の距離変化． 各一回換気量に伴う距離変化をFRCからTLCま での最大の距離変化に対する百分率で表した．対象 は健常男子3名，BarはSD， 下：肺気腫患者の1例． 杢 ｝ ｛ て画像化しているためzone of appositionの上縁 がプローブに対して斜めに走向すると実際の位置 と一致しないことがある．第三に両法の測定は spirometerでモニターし同一の肺気量でなされ ているが，測定が同時では無いのでわずかに肺気 量が異なった可能性がある．しかし前述のように 人と犬において両法は正確に一致したことからこ れらの影響は少ないと考えられ，臨床的にzone of appositionを測定する場合，超音波断層法はX 青写真法より無侵襲でbed sideでの機i動性に富 むため有利と思われる． 超音波断層法の欠点はzone of appositionの上

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一

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一一

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一

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一一

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一

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NEF NEF NEF

RV FRC TLC 図3 上二疾患における肺気量異常．N：健常男子 （n＝5），E：肺気腫（4）， F：間質性肺疾患（4）， ＊：p＜0．05． 下：疾患におけるzone of appositionの長さ．右中 腋窩線で測定した． 縁が肋骨と重なると描出できない点であるが，多 くの場合プローブをわずかに平行移動することで 描出が可能になるので大きな妨げにはならない． Loringは肋間からプローブを傾けて描出し，その 角度から補正している8》が臨床的には煩雑であ る． 超音波断層法による測定部位は右中腋窩線が最 適である．右鎖骨中線ではRVで差が大きく他の 肺気量では測定値の分散が大きかった（表3）．他 の測定部位より肋間が狭く超音波断層像が得にく いことが原因の一つと考えられる．右背部肩甲骨

中線では右中腋窩線同様良好な結果が得られた． この部位は横隔膜のcrural partと対応している が右中腋窩線のcostal partと異なり，横隔膜の起

始部を描出することができないのでzone of

apposition上縁の相対的位置の描出には適して もその長さや収縮の測定には適さない．犬では横

隔膜のcostal partとcrural partが機能的に異な

る9）ことが報告されており，今後本法を改良して 人における両partの機能解析が可能かもしれな い． FRCから1．5しの範囲で本法で測定したzone of appositionの収縮と一回換気量が良好に比例 したため立位の健常人ではこの範囲で体表からの 換気量測定が可能である．zone of appositionの 収縮と一回換気量が良好に比例した理由はいわゆ る横隔膜のピストンモデル10）（図1）が成立し，さ らに本法による測定が実際の筋の収縮と一致した ためと思われる． 横隔膜のピストンモデルとは「横隔膜は中心部 が腱で筋組織を含まず，安静換気時には大部分が 胸郭に接してzone of appositionを構成するた め，楕円柱（zone of apposition）の上に楕円蓋（横 隔膜ドーム：中心腱十横隔膜の一部）を載せた形 に近似できる，zone of appositionでは筋繊維の 走向が胸郭表面と平行なため張力は体軸方向に発 生し，換気はzone of appositionの収縮によって 横隔膜ドーームが形状を一定に保ったままピストン 様に運動する」というシュミレーションの一つで ある． 本研究で一回換気量1．5しまでの範囲でzone of appositionの収縮の変化率が他のchest wall の各部位の変化率に比べて明らかに大きく，特に 0．5∼1．Oしの範囲ではrib cageの前後，側方への 変化が少ないので（図2上），一回換気量の大部分 がzone of appositionの収縮によって得られ，胸 郭の拡張による関与が少ないことが明らかであ る．したがってモデルにおける横隔膜ドームの断 面積の変化が少ないためzone of appositionの収 縮が楕円柱のピストン様運動に対応し，換気量に

比例したと考えられる．BrownらはX線透視を

用いて安静換気時横隔膜は．ほとんど形状をかえ ず，上下に運動する11）ことを報告し，また吉野は胸 部CT写真から構成した横隔膜の三次元立体画像 の解析から横隔膜が楕円柱に楕円ドームが旧った 形状でFRCから一回換気量の少ない気量内にお いて，この形状を保ちつつピストン様の運動をす る7）ことを報告しており，これら二つの報告は本 研究同様ピストンモデルの成立を支持している． 肺気腫患者では一回換気量0．5から1．Oしの範囲 でzone of appositionと換気量：が比例した．しか し他のchest wallの各部位もzone of apposition

の変化と同様の比率で変化しており（図2下），一 回換気量に対する横隔膜の寄与は少ないと考えら れ，zone of appositionは換気量測定の良好な指 標にはなり得ない． zone of appositionの短縮と実際の筋の収縮に 関しては，緒言で述べたようにKnightらは犬の zone of appositionにマークを埋め込み2方向か らのX線解析から両者が良好に相関する6）ことを 示している．本来，横隔膜の収縮は横隔膜ドーム

の下降のみならず下部胸郭を受動的に拡張す

る10）．それに伴い横隔膜は胸壁から“peel away” するためにzone of appositionの短縮は実際の筋 の収縮にみかけの短縮が加わっている．本研究で 明らかなようにFRCから1．0∼1．5しの肺気量変 化の範囲においては胸郭の拡張は少なくみかけの 短縮は無視できzone of appositionの短縮と実際 の筋の収縮が一致すると考えられる． なお図2上はchest wallのcon丘gurationを多 相面的に解析する上で有用である．健常人では zone of appositionの変化率は一回換気量1．5L 以下では大きく1．5L以上ではほとんど変化しな い．同時に測定したchest wallの各部位はこれと 逆の傾向を示した。つまり一回換気量1．5Lを境に 横隔膜主体の呼吸から横隔膜に他の呼吸筋が加 わった呼吸に変換することが理解できる．ただし 下部胸郭は横隔膜の収縮によって受動的に拡張す るため，本図から各呼吸筋の関与を推定するため にはさらに筋電図を用いた解析が必要である．ま た肺気量変化をrib cage pathwayとdiaphragm−

abdomen pathwayに分離して考える際にabdo− menの前後方向の変位は必ずしも横隔膜の変位

を正確に示さない12）が，本図からも両者に解離が みられることが明らかである． zone of appositionの長さLappoは疾患にお ける肺気量の異常を反映し肺気腫で短く間質性肺 疾患で長い傾向を示し補助鑑別法として応用可能 と思われる．健常人に比べて肺気腫ではRVと

FRCのLappoが短く，間質性肺疾患ではFRC

とTLCのL appoが長い．また両疾患において

RVとTLCのLappoの差は健常人の約半分で

あった（図3）．これは従来，横隔膜の位置の異常 と可動性の低下を吸呼気の胸部X線写真から診 断していることと対応する．胸部X線写真法では 患者が息切れや検査法に不慣れなため正確な吸呼 気位がとれないことが多く必ずしも満足な結果が 得られないのに対し，超音波断層法では患者の呼 吸を観察しながらbed sideで測定できるため臨 床的有用性が高いと思われる． 以上より超音波断層法による横隔膜のzone of appositionの測定は臨床応用が可能で横隔膜機 能評価に有用である． 結 論 1）超音波断層法による横隔膜のzone of appo− sitionの測定は胸部X線写真による測定と正確 に一致し，臨床応用が可能である． 2）超音波断層法による測定部位は右中州死線 が最適である． 3）健常人では立位においてFRCから約1．5L 範囲で超音波断層法で測定したzone of apposi− tionの収縮と一回換気量が比例し，この範囲で本 法による体表からの換気量測定が可能である． 4）zone of appositionの長さLappoは肺気腫 と間質性肺疾患の肺気量の異常を反映し補助鑑別 法として有用である。 稿を終わるにあたり，御校閲を賜りました滝沢敬夫 教授，ならびに，御指導戴きました金野公郎教授に深 甚なる感謝の意を表します． また，本研究の遂行に適切な御助言をいただいた吉 野克樹先生をはじめとする肺機能室の諸兄，ならびに 教室の皆様に感謝いたします． 文 献

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