呼吸器系疾患・入門編

　呼吸器疾患は、循環器、消化器と並ぶメジャーなのに、茫漠としており取っ付きにくいということを耳にしますが、なぜでしょう。そもそも、呼吸器の臨床の特徴は何でしょうか。

　第1は、なんといっても呼吸器疾患の種類の多さでしょう。肺感染症、気管支喘息、COPDと慢性気道感染症、間質性肺炎、過敏性肺炎などのアレルギー性肺疾患、膠原病肺、じん肺症、肺循環障害、肺腫瘍と、外因的にも内因的にもきわめて多種多様です。それは、呼吸器系がガス交換臓器であることに由来する宿命ともいえます。肺はヒトの臓器のなかで最も直接に広く外界に曝(さら)されており、そして我々生物が、生命維持に必要欠くべからざる酸素を体内に取り込み、エネルギー代謝によって発生する炭酸ガスを外界に放出するという基本的な役割を担っています。そして、その肺を守るための精緻な防御系は同時に炎症・免疫反応の場でもあります。さらには、心臓と直列の血流配置のために全身の影響を受けやすいといった理由であります。

　第2の特徴は、こうした疾患の種類を縦軸とすれば、横軸ともいうべき基盤となる学問領域も、当然のことながら多岐にわたっていることです。病理学、生理学、免疫学、といった病因・病態を理解するための学問だけでなく、診断・治療に直結する画像診断、気管支鏡、呼吸管理、抗生物質や抗癌剤の使い方など、技術面でも学ぶべき分野は実に広いといえます。

呼吸器系疾患について短時間で勉強することはとても無理なことなのですが、本日の勉強会では、その入門編ということで、時間の許す限り、下に示したような項目について、順を追ってレクチャーしたいと思います。

第一部
呼吸器系の構造と機能
■1.肺・胸部の構造と弾性
■2.気管より肺胞までの構造
■3.気管支と肺胞の機能
■4.肺気量分画
■5.肺気量分画の変化
■6.動的肺機能
■7.肺胞気ガス組成
■8.血液中の酸素
■9.酸素の運搬
■10.酸素運搬の異常
■11.低酸素血症に対する生体反応
■12.炭酸ガスの運搬
■13.おまけ：過換気症候群

第二部
呼吸器系疾患の診断
■1.身体所見
■2.形態学的診断
■3.機能的診断
■4.病理、細菌、血液検査

第三部
呼吸器系疾患の病態
■1.急性上気道炎
■2.急性気管支炎
■ CDCと米国小児科学会---新たな小児科診療ガイドライン
■3.肺炎
■4.間質性肺炎
■5.肺線維症
■6.気管支拡張症
■7.慢性肺気腫
■8.慢性気管支炎

第一部
呼吸器系の構造と機能

■1.肺・胸部の構造と弾性

『肺とは形態的にはどの様な臓器でしょうか』という質問に対し、おおかたの人は、『胸の中に左右一個ずつ有り、風船のように膨らんで、ぶよぶよした臓器です』と答えるでしょう。しかし、実際亡くなられた方の解剖などでお目にかかる肺は、くすんだ赤またはピンク色をしており、“たらこ”のような感じの小さな臓器です。

これは、肺が大気圧中におかれると自然にこのような小さな形になろうとし、一方、胸郭内にある場合はこれと違って、胸郭自身が持つ物理的な力によって、大きく膨らむ性質を持っているからです。このように、何らかの力により、長さや形状が変化し、その力を取るとまた元に戻る性質を“弾性”と呼んでいます。すなわち、肺は弾性を有する臓器であり、疾患により弾性が変化することで肺機能に大きな影響が生じることが知られています。

それでは、胸郭と肺との関係について考えてみましょう。

テレビのドキュメンタリーなどでアフリカのサバンナにおいて繰り広げられる弱肉強食のシーンをよく自にします。その中で、哀れにも内臓を食われたシマウマの胸郭(特に肋骨)が、妙に外に向かって広がっているのに気がついた方もいるのではないでしょうか。
胸郭は、束縛する組織や肺がなくなると、自然に外に向かって広がった形で留まる性質があります。すなわち、胸郭にも“弾性”があるのです。

ここで、肺と胸郭との関係を図で説明しましょう。

fig-1 は、胸郭を正中線で解剖した前後の断面模式図です。先に述べたように、肺は取り出すとしぼんで小さくなり、逆に、胸郭は拡大したところで止まり事す。実際の体の中では、これら2つの弾性体が

fig-2 のように、逆向きの力を釣り合わせたところで止まっているのです。
すなわち、肺は外に出したときよりもずっと大きな体積へと膨らみ(空気で満たされる)、胸郭は内側へ引っ張られた形で止まっているのです。

このようにバランスが取れた状態、すなわち$安静呼気位(私たちが体の力を抜いて息をはいた状態)に、肺内にある空気の量を$機能的残気量と呼び、成人で約2.5～3リットルあります。

■2.気管より肺胞までの構造

人は前述のような安静呼気位から、呼吸筋の力によって胸郭を拡張し肺内に空気を吸入するわけですが、その空気が通る道筋を気道と呼んでます。

fig-3 に示したとおり、口腔および鼻腔を通過した空気は、気管という直径1～1.5cmのチューブに入り平均で23分岐したのち肺胞に達します。
16分岐までは、空気を運ぶだけでガス交換を行わないため、$導入気道と呼ばれています。
17分岐目の気管支には、肺胞が芽のように開いており、特別に$呼吸細気管支という名前がつけられています($移行帯)。そして、肺胞でできた管である$肺胞道を過ぎた後、$肺胞嚢で終わります。$呼吸細気管支以後の構造では、ガス交換が行われるため$呼吸帯とも呼ばれています。

さて、口腔及び鼻腔を含め導入気管支の体積は、皆さんが予想するであろう量よりもはるかに少なく、たった150mLしかありません。一方、呼吸帯の体積は、安静呼気位において2500～3000mLもあります。すなわち、肺は、細いストローの先に大きな風船をつけたような臓器と言えます。

したがって、病変が導入気道に発生した場合の方が、呼吸帯に同じ量の病変がおこった場合よりずっと早くから症状が出やすいとともに、重症となるのも容易に理解できます。
サバンナで繰り広げられるライオンたちの狩りをみても、彼らが、本能的に導入気道を閉塞することにより肺機能を短時間で不能とし、獲物を死に至らしめているのも道理にかなったことと言えましょう。

■3.気管支と肺胞の機能

さてここで、気管支と肺胞の構造をもう少し細かく見てみましょう。気管から始まる中枢気管支は、

fig-4 のように、内腔が気管支上皮で覆われていますが、それを構成する細胞は主として、線毛細胞(線毛運動によって異物を咽頭へ運ぶ役目をする)、杯細胞(粘液を分泌し気道表面の潤滑と異物除去に役立つ)、基底細胞(他の上皮細胞が失われたときの予備細胞)より成り立っています。
その下方に、粘膜固有層を隔てて気管支平滑筋が周囲を取り巻いています。平滑筋は、その収縮により気管支内腔断面積を変化させ、空気の出入りの調節を行っています。この調節機構に破綻を来し、過剰な収縮を起こしたりする病気の一つに気管支喘息があります。
(ここで、質問です。どうして、気管支に平滑筋があるのでしょう？気管支を収縮させて空気の出入りを抑制しなければならないのは、生理的にどういう時なのでしょうか？？？動脈には血圧を維持する為に、平滑筋が備わっていて、これは、合目的なのだが・・・)

その下方には粘膜下支持組織があり、気管支腺が存在します。ここで分泌された粘液は、気道腔内に開口し異物の除去や細菌防御に役立ちます。その下方は気管支軟骨が取り囲んでおり、気管支がつぶれるのを防ぐ役目をしています。気管支が分岐を繰り返すとともに徐々に気管支軟骨と気管支腺が失われ、末梢気管支、特に膜様気管支と呼ばれるところでば、完全に腺や軟骨が消失し、直接肺胞で囲まれ、肺胞の拡張度が気管支内腔の開口度に大きな影響を与えています。

肺胞は、

fig-5 に示したように、肺胞上皮と毛細血管が組み合わさった構造をしており、特に肺胞Ⅰ型細胞は、非常に薄い細胞質をもって肺毛細血管と接し(肺胞腔内と血管腔内の距離は平均1.5ミクロン)、酸素と炭酸ガスの交換を効率的に行っています。一方、肺胞Ⅱ型細胞は、$サーファクタントという界面活性物質を産生し、肺胞が虚脱するのを防ぐのに役立っています。

■4.肺気量分画

ここまでは、呼吸器系の構造とそれに基づく機能に関して説明しました。ここからは、その機能を更に深く解説します。

『機能的残気量』というのは、肺と胸郭の弾性力が釣り合った状態の時、肺内にある空気の量の事でしたね。安静で息を吐いた時、すなわち筋肉の収縮がまったくなくなった状態、または、臨終の方が最後に息を引き取った状態がこれに当たります。さて、我々はこの状態から呼吸筋といわれる筋肉を収縮させて、外気を吸ったり吐いたりするわけです。

まず、吸気(息を吸う事)から説明しましょう。
吸気には、吸気筋と呼ばれる3つの筋群(①頚部の筋、②外肋間筋、③横隔膜)の収縮が必要となります。頚部の筋肉収縮(主として深吸気の時に働く)は胸郭を上方に持ち上げ、外肋間筋(肋骨と肋骨の間にある筋)の収縮によって胸郭は外方に拡張し、さらに横隔膜が下方に変位することで肺内に空気が流入します。
それでば、どこまで空気が流入すると吸気が止まるのでしょうか。

fig-6 の下図で示したように、いっぱいに空気を吸うと、肺が元に戻ろうとする力は機能的残気量の時よりずっと大きくなります(内向きの太い矢印)。これは、風船を大きく膨らました時、より一層元へ戻ろうとする力が大きくなるのと同じです。胸郭のほうは、自然な形を通り越して拡がるので、かえって縮まろうとする方向に力が働きます(内向きの細い矢印)。それを支えるのが筋力(外向きの太い破線の矢印)です。したがって、肺と胸郭をあわせた弾性力と吸気筋力が釣り合ったところで吸気は止まります。この時に、肺内にあるガスの量を$総肺気量と呼びます。総肺気量は、体の大きさによって異なるのみでなく、年齢とともに増加してゆきますが、若い人では約6リットルぐらいあります。

さて、今度は息をいっぱいに吐いた時のことを考えてみましょう。この時は呼気筋(①腹直筋、②内肋間筋)が収縮します。腹直筋が収縮すると、横隔膜より下の腹腔(肝臓、膵臓、大及び小腸などが入っている腔のこと)の圧が高くなり、横隔膜を上方へ押し上げ肺を収縮させます。また、内肋間筋(肋骨と肋骨の間にある筋肉ですが、外肋間筋と筋肉の走行が異なる)が収縮することで、胸郭が内側へ押し縮められて肺が収縮します。すなわち、これら2つの筋群の収縮で空気が体外へ排出されるのです。

fig-7 の下図で示したように、機能的残気量に比して、胸郭が広がろうとする弾性力(外向きの太い矢印)ば著明に増加します。肺は充分に小さくなり、大気中での自然な大きさに近くなるため、弾性力をほとんど発揮しません。したがって、呼気筋力(内向きの破線の矢印)と胸郭弾性力(外向きの実線矢印)が釣り合ったところで呼気ば終了するのです。
この時、肺の中にあるガスの量を$残気量と呼び、総肺気量の約25～30%を占めます。機能的残気量は総肺気量の約40～50%ぐらいです。

総肺気量と残気量との差が、皆さんもよくご存知の“肺活量”です。オリンピック体操選手の体格は平均的日本人と大きくは変わりません。しかし、彼らは非常に大きな肺活量を持っています。この理由の多くは、彼らが人並みはずれた筋力により、肺及び胸郭を大きく拡張及び収縮できるからです。このようにして、二つの弾性体と呼吸筋(吸気筋と呼気筋)との相互作用で、肺内外に空気が出入するわけです。

■5.肺気量分画の変化

肺気量分画は一種のポンプ装置である肺においてガスの量的分布（分画）の指標として主に換気されるガスや肺内に残存するガスの分布を表現するために用いられています。呼吸器系ではこの量的分布を表現するために標準基準委が設定され肺気量分画の基本となっています。

肺気量分画の各指標は換気機能障害を理解するうえで欠くことのできない基本概念であり、同時に障害の性質や程度も表現することができる指標として重要です。

fig-8 に肺機能測定結果を示します。最も左が健康人の安静呼吸、深吸気、および深呼気時のトレーシングです。安静時には、機能的残気量から約400～500mL吸ったり吐いたりを繰り返しています(小さい波)。ここで、深呼吸をします。一気に吸い上げ、あるところまで行くと吸気が終了します(上向きの大きな波)。ここが総肺気量で、肺胸郭の弾性力と吸気筋力が釣り合ったところでしたね。
そこから一気に空気を吐き出すと、やはりあるところまで行くとそれ以上吐けなくなります(下向きの大きな波)。ここが残気量で、胸郭の弾性力と呼気筋力が釣り合ったところです。

次に肺の弾性が変化する典型的な疾患として、肺気腫と肺線維症を例に出し、肺気量がいかにして変化するかを見てみましょう。

肺気腫は、肺胞が煙草により破壊されることで、肺自身が柔らかくなる病気です。風船で言えば、ゴムがだんだん伸びてきてフニャフニャになった状態を想像していただければよいでしょう。fig-6 の上図(じょうず)を見てください。肺の弾力が失われるために、内側へ向いた欠印が小さくなったと想像してください。すると、胸郭が外へ広がろうとする矢印の方が大きいため、肺は外側へ引っ張られ、新しく釣り合ったところでは、風船の容量すなわち機能的残気量は増加します(fig-8 の中央)。

次に、いっぱいに吸った時はどうでしょうか？フニャフニャ風船ですから、いっぱいに吸った時、すなわち総肺気量も増加します(fig-8 の中央、上向きの大きた波)。また、息を吐いた時はどうでしょう。肺気腫患者さんは、肺のみでなく細気管支にも病変があり、正常人より細くなっているため、息を吐いていくうちにこれらの気管支が閉塞してしまい、それ以上息を吐き出すことができなくなります。すたわち、残気量が著明に上昇するのが特徴的です(fig-8 の中央、下向きの大きい波)。

次に、肺線維症の肺気量に関して説明しましょう。肺線維症は肺間質(肺胞細胞を支えている組織)に線維が沈着して硬くなってくる病気です。
風船で例えれば、ゴムが厚く、また、硬くなった状態と考えればよいでしょう。また、fig-6 の上図(じょうず)を見てみましょう。肺の弾性が上昇して、内側へ向く矢印が大きくなったと想像してください。内側へ向く矢印が外側へ向く矢印より大きくなるから、新しく釣り合ったところでの風船の容量、すなわち機能的残気量は著明に減少します。

同様に、総肺気量も著明に減少します。(fig-8 の右図)。残気量も正常より小さくなる傾向にありますが、機能的残気量や総肺気量の減少に比べると、その変化は小量に留まります(fig-8 の右図)。

■6.動的肺機能

さて、ここまでは機能的残気量、総肺気量、残気量という肺気量分画に関して説明しましたが、これらは安静呼気、最大吸気、最大呼気での肺内のガス量を問題にしているわけです(静的肺機能)。

次に、総肺気量まで吸った息がどのくらいの流量で体外ヘ呼出されるかという問題(動的肺機能)に関して説明しましょう。これも風船を想像するとよく分かります。

fig-9 は、正常、肺気腫、肺線維症を例にとってあります。正常では、いっぱいに空気を吸った総肺気量から一気に吐き出した場合、１秒間に呼出される空気の量($1秒量FEV1)は、肺活量の80%以上に達します(肺活量が4000mLなら、1秒量は3200mL以上)。

しかし、肺気腫では風船に弾力がなく(fig-9 の中央)、さらに流出する気道に狭い部分が存在するため、1秒量は肺活量の80%以下になり、重症患者さんにおいては30%にまで低下します。すなわち、このような患者さんでは呼出(息を吐くこと)に問題があり、強い息切れが生じます。

一方、肺線維症患者さんでは、風船の弾力が上昇するため、空気の流出はすばやく、1秒量は肺活量の80%以上になります。しかしゴムが硬いため、肺活量自体が正常人よりずっと小さく、1秒量そのものは正常人に比べずっと小さい値となります。特に重症な患者さんでは吸気(息を吸い込むこと)に問題があり、肺を十分に拡張できず、浅い呼吸を強いられることが常で、やはり強い息切れを自覚します。

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ピークフローメーターとは？

　ピークフローメーターとはピークフロー値（最大呼気流量）を測定する簡便な呼吸機能検査器具です。ピークフロー値とは、吐く息の勢いが一番強い所の空気の流量で、気管支が狭くなるほど低下します。

　喘息発作時には気管支が細くなり、空気の流れが悪くなっています。（気流制限）従来、気流制限の程度を知るために、呼吸機能、特に１秒量（１秒間に吐ける空気の量）を測定していましたが、医療機関でしか測れませんでした。

　最近、わが国でもピークフローメーターが普及し、家庭や職場で気流制限の程度を簡単に測定できるようになりました。ピークフロー値（最大呼気流量）は１秒量と良い相関関係をもっているため、発作の程度や喘息のコントロール状態を、数値として客観的につかむことができます。糖尿病の血糖値、高血圧の血圧に相当するのが喘息のピークフロー値です。

　測り方ですが、できるだけ深く息を吸いこみ、ピークフローメーターのマウスピースを口にくわえます。息がもれないように注意して、できるだけ勢いよく吐き出します。ピークフロー値を示す目盛を読みとります。これを３回くりかえし、最高値を記録していきます。吐く息の勢いが強いと目盛がより上がるようになっています。喘息の状態が悪く気流制限があると、吐く息の勢いが減るのでピークフロー値は上がりません。

　ピークフローメーターは主に、患者自らが喘息の状態を客観的にモニターするために使います。症状がない正常時のピークフロー値と比較すると、気流制限の程度と喘息のコントロール状態が分かります。朝と夜のピークフロー値の変動が大きい場合は、喘息のコントロールが良くないと言えます。また発作の時には、症状が出る前に数値が落ちてくるので、より早く対処できます。医師と前もって決めておけば、数値の落ち方の程度によって対処内容を変える事もできます。他に、診断に使われたり外来で喘息をモニターするためにも使われます。

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■7.肺胞気ガス組成

ここまでは、肺気量(静的肺機能)及び一秒量(動的肺機能)について説明しました。ここからは、外気が呼吸によって体内に入った時、どのようにして肺胞さらには血液に到達するかを見てみましょう。

外気中には、大まかに酸素(O2)が21%と窒素(N2)79%が含まれています。また、大気圧は1気圧の時760mmHgを示します。この外気には、鼻、口腔を通過する際に水蒸気が加わり、その時の飽和水蒸気圧は47mmHgです(fig-10)。

(fig-10)

気管に入った空気自体の圧は外気と変わらず760mmHgです。また、酸素と窒素との割合(21:79)も変わりませんから、吸入気(気管に入った空気)のうち$酸素分圧(大気圧のうち、どのくらいが酸素で占められているか)は、(760－47)×0.21=150mmHgとなります。さらにこのガスが肺胞へ到達すると、そこでは酸素が血液側へ拡散し、炭酸ガス(CO2)が肺胞側へと拡散する動的平衡状態にあります。正常では、250mLの酸素が血液に流入するのに対し、200mLの炭酸ガスが肺胞へ流出します(1:0.8)。したがって、肺胞では酸素の分圧が、炭酸ガスの分圧を引いだ以上に(実際は肺胞気炭酸ガス分圧を先ほどの0.8で割った値)下がります。炭酸ガスは酸素に比べ拡散能力が20倍も高いために、肺胞中と動脈血の炭酸ガス分圧は同じです(正常で40mmHg)。したがって、肺胞気の酸素分圧は(150－40)/0.8＝100mmHgになります。

一方、炭酸ガスと違って、酸素分子が肺胞から動脈側へ移行するには抵抗があり、実際動脈血中の酸素分圧(PaO2)は90～95mmHgとなります。したがって、肺胞と動脈血との間には酸素分圧差が正常でも5～10mmHg存在します。この差のことを$肺胞気動脈血酸素分圧較差(A-aDO2)といい、後に述べる$シャント、$換気血流比の不均等、$拡散障害などの肺障害において増加します。

■8.血液中の酸素

酸素は毛細血管へ拡散した後に、一部は血漿に直接溶けますが(PaO2を95mmHgとした時、100mLの血液に直接溶けている酸素の量＝0.003x95＝0.29mL)、あとの大部分はヘモグロビンという赤血球中の蛋白質に結合します[100mLの血液中ヘモグロビンに結合する酸素量=1.34xHb mL(Hb;ヘモグロビン量、15g/dL)]。

赤血球が肺胞と接触している時間は約0.75秒といわれていますが、ヘモグロビンは fig-11

(fig-11)
で見られるように、約O.25秒で飽和度75%(静脈血の酸素飽和度)から飽和度100%(動脈血の酸素飽和度)へ変化します。すなわち動脈では1.34x15x1.0=20.1mLの酸素が100mL血液中のヘモグロビンに結合して移動するのです。

(もう少し詳しく知りたい人は、ホームページ Lecture ★血液ガスの基礎知識を参照のこと)

■9.酸素の運搬

さて、ヘモグロビンに酸素が結合したとしても、それを運ぶ交通手段がなければ酸素を組織まで運ぶ事はできません。この役目を担うのが心臓です。心臓というポンプで血液は組織へ運ばれるのですが、運ばれる血液量は、“一回拍出量(心臓が一回収縮した時に流出する血液量)X心拍数”となります。

簡単な図を使ってこの関係を説明してみましょう(fig-12)。

(fig-12)
波止場で船よりの積み下ろしが換気に相当します。トラックの運行に相当するのが血流です。そして積み込まれた荷物にあたるのが、酸素の総量です。図中のHbはヘモグロビン量を示しますが、これは酸素を収納するコンテナと考えた方がわかりやすいかもしれません。

SaO2は酸素飽和度を示し、コンテナが何%荷物を積載しているかを示します。PaO2は酸素分圧を示します。また、心臓の一回拍出量にあたるのがトラックの荷台の大きさ、心拍数にあたるのがトラックの便数と考えることができます。

我々が日常生活を送っている状態、この図でいうと組織という工場が正常に稼動している状態において、工場は積み荷のすべてを使いきるわけではなく、コンテナに約75%の積み荷を残したまま波止場へ戻ってくるのです(fig-11、fig-13参照)。

■10.酸素運搬の異常

配達される酸素(積み荷)が少なくなる状態には、大きく分けて2つあります。

１つ目は、ヘモグロビン(コンテナ)が少なくなる状態で、貧血といいます。いくらすべてのコンテナが荷物(酸素)でいっぱいとなっても、コンテナ数が少なければ運搬される積み荷(酸素)の総量は増えません。

２つ目は、肺でヘモグロビンを充分酸素化できない状態、すなわちコンテナに十分な荷物が積み込めない状態です(低酸素血症)。それには、次の3つの病態があげられます。

◎第1番目はシャントです。これは、肺胞換気が欠如した領域に血流が存在すること、すなわち静脈血が肺で酸素化されないまま動脈血に混合することで発生します。fig-13 を見てください。

(fig-13)
工場で積み荷(酸素)を下ろしたトラックが、復路を波止場へ向かって走っていますが、波止場の手前にバイパスがあり、積み荷の少ないトラックCが往路へ流入したと考えたらよいでしょう。トラックAは、正常に換気されている肺胞からやってきているため十分に酸素を積んでいます。トラックAとCが混合するので、運ばれる酸素の総量は正常よりずっと少なくなります。このような事態を補正する目的で、酸素吸入を行った場合(波止場での積み荷を増加させた状態)、どうなるのでしょうか。

いくら積み荷が増えても、一台に積める荷物に制限があるためトラックAの積載量に変わりはありませんし、トラックCにも変化がないので、低酸素血症を補正することばできません。
シャントは重症肺炎や多臓器不全などに伴う呼吸窮迫症侯群などで見られます。

◎第2番目が換気血流不均等という状態です(fig-14 参照)。

(fig-14)
これは、換気に対して血流が多い状態、すなわちトラックの台数に比して船が小さいため、波止場におろされる荷物が少ない状態を示します。トラックは少ない荷物を積んだ状態で出発するのです(低酸素血症)。しかしこの場合は、酸素吸入で波止場に多くの積み荷(酸素)がおろされれば、トラックの積み荷も増える、すなわち低酸素血症が改善されるのが特徴的です。換気血流不均等は肺炎や細気管支炎などの時によく見られます。

◎第3番目は払散障害です。この状態は、肺胞から血流への酸素拡散に障害があることによって、低酸素血症を来す状態です。これは fig-15 のように、

(fig-15)
波止場からトラックまでの運搬距離が長いため積み込みに時間がかかり、また、トラックの停車時間が制限されているため(fig-11、血流と肺胞の接触時間はO.75秒)、充分積み込まないうちに発車してしまう状態と考えればよいでしょう。この場合でも、酸素吸入で船からの積み下ろしを多くすると、荷役人(にやくにん:沖中士)さんたちが一回に多くの荷物を運んでくれるため、トラックは満載され出発できるので低酸素血症は改善されます。拡散障害は間質性肺臓炎や肺線維症で特徴的です。

■11.低酸素血症に対する生体反応

さて、トラックの荷物が少ない場合、どのように体は対処するのでしょうか。工場の方は休むわけにはいきません(死んじゃう）。そこで、トラックの荷台を大きくしたり(一回拍出量を増加させる)、便数をあげること(心拍数を上昇する)でこれに対処します。実際、貧血や低酸素血症で、胸がドキドキするのはこれが原因です。また、いよいよ積み荷が少なくなると、帰りの便に残す積み荷を減らすことで、これに対処することもできます。酸素が足りなくなるから嫌気性代謝によって乳酸アシドーシスになり、酸素解離曲線が右側にシフトするアレです。Lecture 血液ガスの基礎知識を見た人は、おわかりですね。(静脈血酸素飽和度の低下)。(だから、代謝性アシドーシスにβブロッカーが使えない理由がわかりますね。)

ところが、運送会杜がストライキを起こす、すなわち心臓の働きが悪くなると、貧血や低酸素血症がなくても、工場はたちまち酸素不足に陥って体自身が動かなくなってしまいます。これが心不全といわれる状態です。酸素の運搬は肺だけの営みではなく、心臓との協力によって運営されていることが理解されたことと思います。

■12.炭酸ガスの運搬

一方、炭酸ガスについてはどうでしょうか。炭酸ガスば、ヘモグロビンに結合して運ばれるのが5%、血漿に溶けているのが5%、後の大部分が重炭酸イオンとして血中に存在します。

炭酸ガスと重炭酸の平衡は下の式のようになっています。

CO2 ＋ H2O ⇔ H2CO3 ⇔ HCO3- ＋ H+

組織で発生した炭酸ガス(C02)は水と結合して炭酸となりますが(右へ進む)、赤血球中では炭酸脱水酵素により、この反応は瞬時に行われます。そして、この炭酸が重炭酸イオンと水素イオンに別れて静脈血中に存在します。静脈血と肺胞の炭酸ガス分圧は、正常ではそれぞれ45mmHgと40mmHgのため、上の式は今度は左向きに進み、分圧差で炭酸ガスは肺胞へ排出されます。炭酸ガスは拡散能力が非常に高いので、血管から肺胞への移行は肺疾患でも末期にならないとほとんど低下しません。したがって、肺胞気の炭酸ガス分圧を規定するのは換気なのです。実際、動脈血炭酸ガス分圧は肺胞換気量に反比例します。すなわち、一回換気量が2分の1になり、呼吸数が変わらない場合は、動脈血炭酸ガス分圧は約2倍になります。

重症の肺気腫患者さんでは、呼気障害が強く、呼吸数が少なくなるだけでなく一回換気量も減ってくるため、動脈血炭酸ガス(HCO3-)が非常に高くなり、呼吸性アシドーシスという状態になります。一方、コンサートなどで興奮し、ハアハアして一回換気量が増えるだけでなく呼吸数も増加した場合は、動脈血炭酸ガスが急激に低下し、呼吸性アルカローシスという状態になり、ひどい時には失神してしまいます。

■13.過換気症候群

過換気症候群

概論

過換気症候群は、不随意的に起こる過呼吸発作（呼吸数および１回換気量の増大）により、体内での二酸化炭素（炭酸ガス、CO2）生産量を超えて二酸化炭素（炭酸ガス、CO2）が過剰に排出されるために、血中の二酸化炭素（炭酸ガス、CO2）が減少し、さらに血液がアルカリ性へと傾く状態（呼吸性アルカローシス）となる。それにより全身の様々な臓器に多彩な症状を呈する。一般的に過換気症候群は心理的、情緒的不安定性（家庭や仕事でのストレス、人間関係の不均衡など）が原因となる。若い女性に多く、25歳以下が70％以上を占める。

病態生理

過換気症候群の発症には、運動、疲労、入浴後、暖かい部屋、発熱、飲酒、注射、手術などの身体的要因や、興奮、怒り、沸泣、不満、恐怖、失望、悲観などの心理的要因などが契機となることが多い。この状態では呼吸促進やため息が起こりやすく、それらは本来は心的緊張から自らを救う手段となるが、習慣化すると過剰反応としての過換気発作が自然に形成される結果となる。発作が起きると過剰な呼吸により動脈血炭酸ガス（CO2)分圧が低下する。さらにこれにより血液中では次の反応　Hイオン+HCO3イオン→H2CO3→H2O+CO2　が起こり、低下した炭酸ガス(CO2)の量を戻そうとする。このときに水素イオン(Hイオン)が使われ、それにより血液はアルカリ性へと傾き呼吸性アルカローシスとなる。これらによって以下に述べるような生体の様々な反応が生じる。

(1)中枢神経系：動脈血炭酸ガス分圧の低下は脳血管収縮作用をもつので、脳血流は減少し、さらに反射性に脳動脈の攣縮が起きて脳虚血となる。また、アルカローシスにより血液から脳の細胞組織中への酸素の移行が悪化する。この結果、意識水準の低下、失神などの中枢神経症状が生じる。

(2)循環器系：胸部痛、心電図変化が起こる。胸部痛の機序は低炭酸ガス血症に起因する肋間筋（肋骨の間の筋、呼吸するときに使われる筋）の痙攣、胃内に飲み込まれた空気による横隔膜（胸部と腹部を隔てる筋、息を吸うときに使われる筋）圧迫などとされている。

(3)筋肉症状：アルカローシスにより筋肉内のKイオンやCaイオンが低下し、筋硬直、テタニー症状が誘発される。

(4)末梢神経症状：アルカローシスによる全身および部分的な痺れや違和感を訴える。

臨床症状

(1)発作時：
　　呼吸器系、循環器系、消化器系、神経系症状と多種多彩な症状を呈する。発作性の過喚気に伴い、吸気性呼吸困難（息を吸うのが困難になる）、空気飢餓感、胸内苦悶感を訴える。呼吸性アルカローシスのため血清Ca値が低下し、四肢、口周囲のしびれ感、テタニー型全身性筋硬直などの知覚異常を認め、また意識障害、失神、けいれんが起こることもある。これらの症状がさらに不安、恐怖感を増強させ過喚気を促進させる。持続時間は30分から1時間と長く、症状が身体所見や臨床検査所見と一致しないことが多い。

(2)寛解期（発作が出ていないとき）：
　　めまい、頭重感、胸痛、心悸亢進、全身倦怠感、腹痛、あくび等の不定愁訴が多く、これらの症状が憎悪、寛解したりして持続するが、特別な器質的疾患がみられないのが特徴である。

呼吸器系：呼吸困難、あくび、ため息
循環器系：動悸、頻脈、不整脈
消化器系：吐き気、嘔吐、腹痛、口腔内乾燥
神経系：めまい、頭痛、耳鳴り、手足の痺れ、視力障害、失神
筋肉系：振戦、テタニー、けいれん
精神症状：不安感、不穏状態
全身症状：疲労感、不眠

診断

(1)随意的にコントロール不可能な過喚気発作があり、呼吸性アルカローシスを呈する。
(2)呼吸性アルカローシスに関連した諸症状（テタニー型硬直性痙攣、めまい、意識障害など）がみられる。
(3)努力性過喚気（意識して呼吸をたくさんすること）により同様の症状が誘発できる。
(4)息こらえや紙袋を用いての再呼吸法（paper bag rebreathing）または5％CO2ガスの吸入によって症状が急速に改善する。
(5)多彩な臨床症状と関連する原因となるべき器質的疾患がない。

治療

(1)発作時：
　　呼吸困難感や呼吸性アルカローシスによる様々な症状に対し、心配のないことを説明して安心させ、ゆっくりとした呼吸をさせるようにすることが大切である。次に袋を用いた呼気再呼吸法（paper bag rebreathing）や5％CO2吸入により呼吸性アルカローシスの改善をはかる。また、ジアゼパムなどの精神安定剤が有効なことも多い。なおこれらの治療に際しては、低酸素血症に十分注意しなければならない。

(2)寛解期（発作が出ていないとき）：
　　過換気症候群の中には発作を繰り返す症例や慢性化している症例もあり、これらの症例に対しては心身医学的見地から患者の不安や恐怖を除去できるようよく本症候群を説明し、発作時には慌てることなく、(a)呼吸を意識的に浅く遅くすること、(b)ペーパーバッグ法を試みることなどを指導し、過換気や呼吸困難感を患者自身がコントロールできる自信をつけさせることが重要である。また、深呼吸や呼吸数の多い呼吸を行わない呼吸法を習得することが有効であるとの報告や、ヨガによる呼吸訓練で炭酸ガス換気応答が改善したとの報告もある。
　　薬物療法としては、不安の強い症例に対してジアゼパムなどの精神安定剤が有効なことも多く、また交感神経症状が強い症例ではβ遮断剤の投与が有効との報告があるが、β遮断剤は気管支喘息では禁忌な薬剤であるため、使用に際しては十分な配慮が必要である。

やさしい呼吸器系疾患（入門編）