カプノグラフィー

カプノグラフィー
典型的なカプノグラム。正常な呼吸サイクル。
その他の名前	終末期CO2（PETCO2）
メッシュ	D019296
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カプノグラフィーは、二酸化炭素（CO
₂）を呼吸ガス中に測定する。麻酔や集中治療中に使用するためのモニタリングツールとして主に開発されてきた。通常はCOのグラフとして表示される。
₂（キロパスカル（kPa）または水銀柱ミリメートル（mmHg）で測定）を時間に対してプロットしたもの、またはあまり一般的ではないがより有用な呼気量（容積カプノグラフィーとして知られる）に対してプロットしたもの。プロットには吸入COも表示されることがある。
₂再呼吸システムを使用する場合に重要です。呼吸の終わり（呼気）に測定する場合、それは「呼気終末」COと呼ばれます。
₂（PETCO ₂）。^[1]

カプノグラムは、吸入および呼気中のCO濃度または分圧を直接モニターするものである。
₂、およびCOの間接モニター
₂動脈血中の分圧。健康な人では、動脈血と呼気ガスCOの差は
₂分圧差は非常に小さい（正常差は4～5mmHg）。ほとんどの肺疾患や先天性心疾患（チアノーゼ性病変）の一部では、動脈血と呼気ガスの差が大きくなり、心血管換気システムの新たな病理や変化の兆候となる可能性がある。^{[2] [3]}

酸素化とカプノグラフィーは関連しているものの、呼吸の生理学においては異なる要素である。換気は肺が膨張してガス交換を行う機械的プロセスを指すが、呼吸はさらにガス交換（主にCO）を説明する。
₂とO
₂）は肺胞レベルで呼吸する。呼吸のプロセスは、2つの主な機能に分けられる。COの除去
₂老廃物を排出し、新鮮な酸素で組織を補充する
₂酸素化（通常はパルスオキシメトリーで測定）は、このシステムの後半部分を測定する。カプノグラフィーは、COの排出を測定する。
₂これは酸素化状態よりも臨床的に有用である可能性がある。^[4]

通常の呼吸サイクルでは、1回の呼吸は吸気と呼気の2つの段階に分けられます。吸気の開始時に肺が膨張し、CO
₂自由ガスが肺に充満する。肺胞がこの新しいガスで満たされると、CO
₂肺胞に満たされる二酸化炭素は、肺胞の換気と二酸化炭素を運ぶ灌流（血流）に依存している。
₂交換のために。呼気が始まると、空気が気道から押し出されるため肺の容積は減少します。CO
₂呼気の終わりに吐き出されるCOは、体全体の組織からの代謝の副産物として生成されます。CO
₂呼気のために肺胞に二酸化炭素を運ぶには、組織から肺胞への十分な血流を確保するために、心血管系が健全であることが必要です。心拍出量（心臓から送り出される血液の量）が減少すると、二酸化炭素を肺胞に運ぶ能力が低下します。
₂も減少し、呼気CO量の減少に反映される。
₂心拍出量と呼気終末COの関係
₂は直線的であり、心拍出量が増加または減少すると、CO
₂も同様に調整される。したがって、呼気終末CO
₂心臓血管系の健全性、特に心臓がどれだけうまく血液を送り出せるかに関する重要な情報を提供することができる。^[5]

COの量
₂呼吸ごとに測定されるCOは、COを送達するために健全な心血管系を必要とする。
₂肺胞は肺の機能単位です。呼気の第1段階では、CO
₂肺に運ばれたガスは、ガス交換に関与しない一定の空間、つまり死腔を占める。呼気の第2相は、CO
₂肺内の二酸化炭素は、体外へ出る途中で気道に押し上げられ、死腔からの空気とガス交換を担う機能肺胞内の空気が混合される。第3相は呼気の最終段階であり、CO
₂肺胞からのみ排出され、死腔からは排出されない。形状と絶対値の変化は呼吸器系や心血管系の障害を示す可能性があるため、臨床場面ではこれら3つの段階を理解することが重要である。^[6]

モニター上のカプノグラム
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• 気道の完全性の評価
• 気管内チューブの配置の確認
• 集中治療室における転帰の予測因子
• 術中合併症（空気塞栓症、血栓塞栓症など）
• ACLS（二次救命処置）におけるCPRの使用
• 処置鎮静モニタリング

麻酔中は、患者と麻酔投与装置（通常は呼吸回路と人工呼吸器）の2つの構成要素が相互作用します。2つの構成要素間の重要な接続は気管内チューブまたはマスクであり、CO
₂通常はこの接合部で監視されます。カプノグラフィーはCOの排出を直接反映します
₂肺から麻酔装置に送られる。間接的には、 COの生成を反映している。
₂組織と循環によるCOの輸送
₂肺へ^[7]

期限切れのCO
₂時間ではなく呼気量に関係し、曲線の下の面積はCOの量を表す。
₂呼吸中のCO濃度を測定でき、1分間でCO濃度を測定できる。
₂1分間の排泄量は代謝の重要な指標である。COの急激な変化は
₂肺や心臓の手術中に排泄されると、通常は心肺機能に重大な変化が生じることを意味します。^[8]

カプノグラフィーは、低換気、食道挿管、回路の切断などの呼吸器系有害事象の早期発見において、臨床判断のみよりも効果的であることが示されており、患者の傷害を防ぐことができます。鎮静下で行われる処置中、カプノグラフィーは、パルスオキシメトリーよりも、換気の頻度や規則性など、より有用な情報を提供します。^{[9] [10]}

カプノグラフィーは、生命を脅かす状態（気管チューブの位置異常、予期せぬ換気不全、循環不全、呼吸回路の欠陥）を検出し、患者の潜在的に回復不可能な傷害を回避するための迅速かつ信頼性の高い方法を提供します。

ASA（アメリカ麻酔科学会）のクローズドクレーム研究によると、カプノグラフィーとパルスオキシメトリーを併用することで、回避可能な麻酔事故の93%を予防できた可能性があるという。^[11]

カプノグラフィーは、救急医療従事者による病院前環境での患者の評価と治療に役立てるためにますます使用されています。これらの用途には、気管内チューブまたは盲目的挿入気道デバイスの位置の確認と監視が含まれます。気管内にチューブが適切に配置されていると、患者の気道が保護され、救急隊員が患者に代わって呼吸できるようになります。食道にチューブが誤って配置されていると、検出されない場合、患者の死につながる可能性があります。^[12]

2005 年 3 月のAnnals of Emergency Medicineに掲載された研究では、連続カプノグラフィーを使用して挿管を確認する現場挿管と使用しない現場挿管を比較したところ、モニタリング グループでは認識されなかった誤挿管がゼロであったのに対し、モニタリングなしのグループでは誤挿管が 23% であったことが示されました。^[13]アメリカ心臓協会(AHA) は、2005 年のCPRおよび緊急心血管ケア ガイドラインで、チューブの配置を確認するためにカプノグラフィーを使用することの重要性を認めています。^[14]

AHAはまた、新しいガイドラインの中で、間接的に心拍出量を測定するカプノグラフィーは、CPRの効果をモニターし、自発心拍再開（ROSC）の早期兆候としても使用できると指摘している。研究によると、CPRを行う人が疲れると、患者の呼気終末CO
₂（呼気終了時に放出される二酸化炭素量であるPETCO2 ）は低下し、その後、新しい救命士が交代すると上昇する。他の研究では、患者が自発的な循環を再開した場合、最初の兆候は、循環の急速な流れによって輸送されなかったCOが洗い流されるため、PETCO2の急上昇であることが多いことがわかっている。
₂同様に、PETCO2の急激な低下は患者の脈が失われたことを示している可能性があり、CPRを開始する必要があるかもしれません。^[15]

救急隊員は二酸化炭素を採取する特殊な鼻カニューレを使用して、挿管されていない患者のPETCO2状態も監視し始めている。精神状態の変化や重度の呼吸困難のある患者でPETCO2値が高い場合は、低換気を示しており、患者を挿管する必要がある可能性がある。患者のPETCO2値が低い場合は、過換気を示している可能性がある。^[16]

カプノグラフィーは、患者の呼吸ごとに換気を測定するため、救急隊員に患者の呼吸状態に関する早期警告システムを提供し、患者の状態の悪化傾向を迅速に明らかにすることができます。パルスオキシメトリーで測定される酸素化と比較すると、カプノグラフィーは、心血管の健全性をより正確に反映するために役立ついくつかの欠点があります。パルスオキシメトリーのみを測定することの欠点の1つは、患者の呼吸が止まった場合に酸素補給（鼻カニューレ経由など）を行うと酸素飽和度の低下が遅れ、医療介入が遅れる可能性があることです。カプノグラフィーは、換気状態を直接評価し、心臓機能を間接的に評価する迅速な方法を提供します。臨床研究により、喘息、うっ血性心不全、糖尿病、循環ショック、肺塞栓、アシドーシス、およびその他の病状におけるカプノグラフィーのさらなる用途が明らかになり、カプノグラフィーの病院前使用に影響を与える可能性があります。^[17]

集中治療室では、看護師、特に呼吸療法士（RRT）がカプノグラフィーを使用して、栄養補給に使われる経鼻胃管が食道ではなく気管に挿入されていないか確認することがあります。^[18]通常、チューブが誤って挿入された場合、患者は咳をしたり嘔吐したりしますが、集中治療室の患者のほとんどは鎮静状態か昏睡状態です。経鼻胃管が誤って食道ではなく気管に挿入された場合、チューブ栄養が肺に入り、生命を脅かす状況になります。モニターに典型的なCO
₂波形を確認して配置を確認する必要があります。^[19]

カプノグラフィーはCOに関する情報を提供します
₂二酸化炭素の生成、肺灌流、肺胞換気、呼吸パターン、および二酸化炭素の排出
₂麻酔呼吸回路と人工呼吸器からのガスの流れ。曲線の形状は肺疾患のいくつかの形態によって影響を受けます。一般的には、気管支炎、肺気腫、喘息などの閉塞性疾患があり、肺内のガスの混合が影響を受けます。^[20]

肺塞栓症や先天性心疾患など、肺の灌流に影響を与える疾患は、それ自体では曲線の形状には影響しないが、呼気COと酸素の関係に大きく影響する。
₂および動脈血CO
₂カプノグラフィーは、代謝の指標である二酸化炭素生成を測定するためにも使用できます。CO
₂発熱や震えの際には産生が増加する。麻酔や低体温の際には産生が減少する。^[21]

カプノグラフはCO
₂は多原子ガスであるため、赤外線を吸収します。赤外線ビームがガスサンプルを通過し、センサーに当たります。CO
₂ガス中の窒素酸化物はセンサーに当たる光の量を減らし、回路の電圧を変化させる。分析は迅速かつ正確であるが、ガス混合物中の窒素酸化物の存在は衝突広がり現象によって赤外線吸収を変化させる。^[22] COを測定するにはこれを補正する必要がある。
₂人間の呼気中のCO濃度を赤外線吸収力を測定することで測定する。これは1864年にジョン・ティンダルによって信頼性の高い技術として確立されたが、19世紀から20世紀初頭の機器は日常の臨床使用には扱いにくいものであった。^{[23]今日では技術が進歩し、} CO濃度を測定できるようになった。
₂ほぼ瞬時に反応し、医療現場では標準的な方法となっている。現在、 COには主に2つの種類がある。
₂臨床現場で使用されているセンサーには、メインストリームセンサーとサイドストリームセンサーがあります。どちらもCOの量を定量化するという同じ機能を効果的に果たします。
₂それは呼吸するたびに吐き出されます。

カプノグラム波形は、さまざまな呼吸および心臓パラメータに関する情報を提供します。カプノグラム二重指数モデルは、呼吸パラメータとカプノグラム波形の呼気セグメントの関係を定量的に説明しようとします。^[24]このモデルによると、カプノグラム波形の各呼気セグメントは、解析式に従います。

${\displaystyle p_{D}(t)=p_{A}(1-e^{-\alpha }e^{\alpha e^{-t/\tau }})}$

どこ

• ${\displaystyle p_{D}(t)}$カプノグラムで測定された二酸化炭素分圧を、呼気開始からの時間の関数として表します。${\displaystyle t}$
• ${\displaystyle p_{A}}$肺胞の二酸化炭素分圧を表します。
• ${\displaystyle \alpha}$死腔率の逆数（つまり、一回換気量と死腔容積の比）を表します。
• ${\displaystyle \tau}$肺の時定数（つまり肺抵抗とコンプライアンスの積）を表す。

特に、このモデルは、閉塞性肺疾患の患者に観察されるカプノグラムの丸い「サメのひれ」のような形状を説明します。

• 統合肺指数
• 医療機器
• 医療検査
• 呼吸モニタリング
• 比色カプノグラフィー

• CapnoBase.org: 臨床およびシミュレーションによるカプノグラム記録を含む呼吸信号データベース