脈波計

脈波計
肺の測定に使用されるプレチスモグラフまたは「ボディボックス」
メッシュ	D010991
メドラインプラス	003771

プレチスモグラフは、臓器または全身の容積の変化（通常は血液または空気の量の変動によって生じる）を測定するための機器です。この単語は、ギリシャ語の「plethysmos」（増加する、拡大する、いっぱいになる）と「graphein」（書く）に由来しています。^[1]

肺容積脈波計は、肺の機能的残気量（FRC）（呼吸筋が弛緩しているときの肺の容積）と全肺容量を測定するために一般的に使用されます。 ^[2]

従来のプレチスモグラフ (または「ボディ ボックス」) では、被験者または患者は、マウスピースが 1 つ付いた小さな電話ボックスほどの大きさの密閉されたチャンバー内に配置されます。通常の呼気の終わりに、マウスピースが閉じられます。次に、患者は吸気努力をするように求められます。患者が息を吸おうとすると (息を切らしているように見え、感じる動作)、肺が膨張し、肺内の圧力が低下して肺の容積が増加します。これは閉鎖系であるため、ボックス コンパートメントの容積が被験者の新しい容積に対応するために減少し、ボックス内の圧力が上昇します。

キャビンレス プレチスモグラフィーでは、患者はデスクトップの検査装置の横に座り、マウスピースを口に挿入します。患者は約 1 分間、一連の通常の潮汐呼吸を行います。この潮汐呼吸中、シャッターが開閉し、圧力と容積を測定する一連の急速な中断が発生します。^[3]キャビンレス プレチスモグラフィーで測定された肺容積は、体容積測定と同等であると考えられています。^[4]

ボイルの法則は、肺内の未知の容積を計算するために使用されます。まず、胸部の容積の変化が計算されます。箱の初期圧力とその容積の積は、膨張後の既知の圧力と未知の新しい容積の積に等しいとみなされます。新しい容積が判明したら、元の容積から新しい容積を引いたものが箱内の容積の変化であり、胸部の容積の変化でもあります。この情報を使用して、ボイルの法則を再度使用して胸部内のガスの元の容積を決定します。初期容積（未知）と初期圧力の積は、最終容積と最終圧力の積に等しくなります。この原理から、機能的残気量は、次のように容積と圧力の変化の関数であることが 示されます^{[5] 。}

${\displaystyle FRC=K_{V}{\frac {\Delta V_{box}}{\Delta P_{口}}},K_{V}\およそ P_{気圧}}$

肺が満杯の状態と空の状態の差は、病気や気道通過の制限を評価するために使用できます。閉塞性疾患では、一部の気道が正常に空にならないため FRC が増加しますが、制限性疾患では FRC が減少します。体容積脈波記録法は、気管支樹と連絡していない気腔を持つ患者に特に適しています。このような患者では、ヘリウム希釈により誤った低い値が表示されます。

体容積脈波計で計算できるもう一つの重要なパラメータは気道抵抗です。吸入中に胸部が膨張し、箱の中の圧力が上昇します。いわゆる抵抗ループ（キャビン圧力とフロー）を観察すると、病気が簡単に認識できます。抵抗ループが平面になると、肺のコンプライアンスが悪いことを示します。たとえば、 COPDは、対応する抵抗ループの独特の形状により簡単に発見できます。^[5]

一部の容積脈波計は腕、脚、その他の四肢に取り付けられ、循環能力の測定に使用されます。水容積脈波計では、四肢（例：腕）が水を満たしたチャンバー内に収められ、体積変化を検出できます。空気容積脈波計は同様の原理を使用しますが、空気で満たされた長いカフに基づいており、より便利ですが精度は劣ります。別の実用的な装置は、四肢（例：ふくらはぎの中央）の周囲を継続的に測定するために使用される水銀充填ひずみゲージです。 インピーダンス容積脈波計は、身体のこれらの領域における 静脈血栓症の検出に使用される非侵襲的な方法です。

もう一つの一般的なタイプのプレチスモグラフは陰茎プレチスモグラフです。この装置は陰茎の血流の変化を測定するために使用されます。一部の研究者はこの装置を性的興奮と性的指向を評価するために使用していますが、陰茎プレチスモグラフを検討した裁判所は一般的に、この技術は法廷で使用するには信頼性が不十分であると判断しています。^[6]陰茎プレチスモグラフの女性版に近いものは膣光プレチスモグラフで、これは膣内の血流を光学的に測定します。^[7]

プレチスモグラフィーは、呼吸を研究するための基礎研究および前臨床研究で広く使用されている方法です。次のようないくつかの技術が使用されます。

全身容積脈波記録法は、意識のある拘束されていない被験者の呼吸パラメータを測定するために使用され、気管支収縮の定量化も含まれます。

標準的な容積脈波計のサイズは、マウス、ラット、モルモットの研究用です。ご要望に応じて、ウサギ、犬、豚、霊長類などの他の動物用に、より大きな容積脈波計を製造することもできます。

プレチスモグラフには 2 つのチャンバーがあり、それぞれに呼吸気流計が取り付けられています。被験者はそのうちの 1 つ (被験者チャンバー) に配置され、もう 1 つは空のままです (参照チャンバー)。

圧力変化は差圧トランスデューサーによって測定され、一方のポートは対象チャンバーに、もう一方のポートは参照チャンバーに露出している。^[8]

ダブルチャンバー プレチスモグラフ (DCP) は、意識のある拘束された被験者の気道抵抗やコンダクタンスなどの呼吸パラメータを測定します。マウス、ラット、モルモットの研究用に、さまざまなサイズのプレチスモグラフが存在します。

ヘッドアウト構成は、ヘッドチャンバーがないことを除いて、上記の標準構成と同じです。

もちろん、カラーシール^{[さらなる説明が必要]}は引き続き適用され、体腔は気密状態のままです。胸部信号のみで、比気道抵抗 (SRaw) と比気道コンダクタンス (Sgaw) を除くすべてのパラメータを取得できます。

麻酔下容積脈波記録法では、被験者が麻酔されているため、肺抵抗と動的コンプライアンスが直接測定されます。

鎮静レベルに応じて、被験者は自発呼吸（SB 構成）または機械的人工呼吸（MV 構成）状態になります。コンプライアンスと抵抗を計算するには、フロー信号と圧力信号が必要です。

慢性脳脊髄静脈不全症と多発性硬化症との関連を明らかにするために、脳静脈血流が最近研究されている。小規模な研究であるため結論を導き出すには不十分だが、何らかの関連性が示された。^[9]

• 光電子容積脈波記録法
• 光電式容積脈波計
• 呼吸誘導性容積脈波記録

• Glaab T、Taube C、Braun A、Mitzner W (2007) マウスの肺機能の研究のための侵襲的および非侵襲的方法。 呼吸器研究 8 :63 (無料全文記事)

• 肺機能検査と医師の報酬に関する情報
• 前臨床研究で使用される脈波記録法に関する情報