機械換気のモード

1. 構造化された方法は、制御変数、呼吸シーケンス、および目標設定スキームという3つの主要な属性に基づいて、機械換気モードを分類するために一般的に使用されます。

制御変数は、吸気中に直接制御されるパラメータです。吸気があらかじめ設定された吸気圧で開始される場合、または吸気努力に比例して圧力が変化する場合は、圧力として分類されます。一回換気量と吸気流量の両方があらかじめ設定されている場合は、容量として分類されます。どちらの条件にも当てはまらない場合は、制御変数は時間として分類されます。

呼吸シーケンスは、呼吸の開始（トリガー）と終了（サイクル）が患者自身によって制御されているか、人工呼吸器によって制御されているかを分析することによって決定されます。これらの特性に基づいて、呼吸は強制呼吸または自発呼吸に分類され、持続的強制換気（CMV）や間欠的強制換気（IMV）などのシーケンスに整理されます。

目標設定方式とは、人工呼吸器がどのようにして目標とする呼吸パラメータを達成するかを示すものです。これには、オペレーターが定義する固定設定（設定値目標設定）や、特定の目標を達成するために人工呼吸器が行う動的な調整（適応型目標設定）など、さまざまなアプローチが含まれます。

音量調節の補助／制御（例：Covidien PB 840）

このモードでは、吸気量と流量がプリセットされ、容量が制御変数として設定されます。各呼吸は容量サイクル式であり、つまり人工呼吸器によって吸気が終了されます。したがって、このような呼吸は強制呼吸として分類されます。すべての呼吸が強制呼吸であるため、呼吸シーケンスは連続強制換気（CMV）となります。オペレーターは波形パラメータを直接設定し、設定値目標設定方式を示します。したがって、このモードは、設定値目標設定付き容量制御連続強制換気（VC-CMV）として分類できます。

SIMV ボリューム コントロール プラス (例: Covidien PB 840)

このモードでは、オペレーターは一回換気量を設定しますが、吸気流量は設定しません。換気量のみを指定するだけでは換気量制御を定義するには不十分であるため、制御変数は圧力として分類されます。強制換気の間に自発呼吸が存在することで、呼吸シーケンスは間欠的強制換気（IMV）として定義されます。人工呼吸器は、目標平均一回換気量を達成するために、呼吸間の吸気圧を調整し、適応型ターゲティング方式を反映します。したがって、このモードは、適応型ターゲティング付き圧力制御間欠的強制換気（PC-IMV、適応型）として分類できます。

人工呼吸器における基本的な区分は、呼吸が患者自身によって開始されるか（アシストモード）、それとも機械によって開始されるか（コントロールモード）である。両者を組み合わせたハイブリッドモード（アシスト・コントロールモード）も可能であり、アシストなしのコントロールモードは現在ではほとんど使われなくなっている。

気道圧解放換気は、2つのレベルの陽圧気道圧を交互に時間サイクルで切り替える換気法であり、高レベルの時間が長く、短時間の呼気解放によって換気を促進する。^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

気道圧解放換気を効果的に使用し、人工呼吸器誘発性肺損傷を防ぐためには、その仕組みを十分に理解する必要があります。^{[ 8 ]}肺胞の膨張を維持するために、呼気時間（_Tlow）は通常1秒未満に短縮されます。基本的な意味では、これは短時間の解放を伴う持続的な圧力です。

このモードに対する認識は世界中で異なる可能性がある。北米では「APRV」が一般的だが、ヨーロッパではこれと非常によく似たモードである二相性陽圧呼吸療法（BIPAP）が導入された。^{[ 9 ]} APRVという用語はアメリカの医学雑誌でも使用されており、換気特性からするとBIPAPという用語で十分だっただろう。^{[ 10 ]}しかし、BiPAPは特定の人工呼吸器（レスピロニクス社）における非侵襲的換気モードの商標である。

他のメーカーも独自のブランド名（BILEVEL、DUOPAP、BIVENT）でこれに追随している。これらの名称は、動作原理は似ているものの、同期の特性や自発呼吸のサポート方法を定義するのではなく、肺をどのように膨らませるかという目的を表している。

間欠的強制換気は、必ずしも同期機能を備えていたわけではなかったため、モードの区分はSIMV（同期）とIMV（非同期）として理解されていました。米国呼吸療法学会が人工呼吸器の命名法を確立して以来、「同期」という部分は名称から削除され、現在はIMVのみとなっています。

強制換気（MMV）は、患者のあらかじめ設定された最小分時換気量要件を満たすように強制換気量を自動的に調整しながら、自発呼吸を可能にします。患者がVTxfの分時換気量設定値を維持している場合_、強制換気は行われません。

患者の分時換気量が不十分な場合、分時換気量が達成されるまで、設定された一回換気量が強制的に供給されます。患者が必要な分時換気量（VE）を満たしているかどうかを監視する方法は、_人工呼吸器のブランドやモデルによって異なりますが、一般的には、監視時間の範囲があり、その範囲に対してより小さな範囲がチェックされます（たとえば、Dräger Evita® シリーズの人工​​呼吸器では、20 秒の移動ウィンドウがあり、7 秒ごとに現在の一回換気量と呼吸数が測定されます）。これにより、分時換気量を維持するために人工呼吸器による呼吸が必要かどうかを判断します。

MMVは新生児および小児集団における離脱に最適なモードであり、人工呼吸器に関連する長期合併症を軽減することが示されている。^{[ 11 ]}

圧力制御式容量制御は、補助制御換気（ACV）に基づくモードです。圧力制御式容量制御では、圧力制限、容量目標、時間サイクル制御による呼吸が用いられ、呼吸開始は人工呼吸器または患者のいずれかによって行われます。

人工呼吸器によって供給される最大吸気圧は、臨床医によって設定された目標一回換気量を達成するために、呼吸ごとに変化する。

例えば、目標一回換気量が500mLに設定されているにもかかわらず、人工呼吸器が600mLを送気した場合、次の呼吸では吸気圧を下げて一回換気量を低減します。PRVCは、一回換気量（VC）設定と圧力制限（PC）設定があるためハイブリッドモードと見なされていますが、基本的には適応型ターゲティングを備えた圧力制御モードです。

持続陽圧呼吸療法（CPAP）は、非侵襲的な陽圧呼吸補助法です。CPAPは、肺胞が完全に収縮しないように持続的に圧力を加えることで、肺胞を膨張させた状態に保ちます。この肺胞膨張維持のメカニズムは、動脈血中の酸素分圧を高めるのに役立ち、CPAPを適切に増加させることでPaO2（動脈血酸素分圧）が上昇し_ます。

二相性陽圧換気（BPAP）は、非侵襲的換気（NIV）で使用されるモードです。1988年にオーストリアのベンザー教授によって初めて使用され、 ^{[ 12 ]}あらかじめ設定された吸気陽圧（IPAP）と呼気陽圧（EPAP）を供給します。BPAPは、適用されるCPAPレベルが時間サイクルで変化する持続陽圧換気システムとして説明できます。^{[ 13 ]}

CPAP/APAP、BPAP、その他の非侵襲的換気モードは、慢性閉塞性肺疾患、急性呼吸不全、睡眠時無呼吸などの効果的な管理ツールであることが示されています^{[ 14 ]。}

BPAPはしばしば「BiPAP」と誤って呼ばれることがあります。BiPAPはレスピロニクス社が製造する携帯型人工呼吸器の名称であり、BPAPを供給できる人工呼吸器は他にも多数存在します。

アクティブという用語は、人工呼吸器の強制呼気システムを指します。HFV-A シナリオでは、人工呼吸器は圧力を使用して吸気を行い、次に反対の圧力を加えて強制呼気を行います。高頻度振動換気 (HFOV と略されることもあります) では、振動ベローズとピストンが陽圧を吸入し、陰圧を加えて強制呼気を行います。^{[ 16 ]}

「受動的」という用語は、人工呼吸器の強制呼気システムではないことを指します。HFV-P（高流量強制換気）の場合、人工呼吸器は圧力を利用して吸気を行い、その後大気圧に戻して受動的な呼気を可能にします。

これは高周波ジェット換気（HFJVと略されることもある）に見られる特徴です。高周波換気には、高周波パーカッシブ換気（HFPVと略されることもある）も分類されます。HFPVでは、ファジトロンと呼ばれる患者インターフェースを介して、開放回路を使用して潮汐量以下の換気量を供給します。

容量保証は、多くの人工呼吸器に搭載されている追加機能で、最小一回換気量を達成するために吸気圧設定を調整することができます。これは、容量制御による容量外傷を最小限に 抑えるために、圧力制御モードを必要とする新生児患者で最もよく利用されます。

呼気終末陽圧（PEEP）とは、呼気時に加えられる圧力のことです。PEEPは、呼気ポートに接続され手動で設定されるバルブ、または人工呼吸器によって内部的に制御されるバルブのいずれかを使用して適用されます。

PEEPは呼気が通過しなければならない圧力であり、結果として肺胞が開いたままになり、完全に収縮しないようにします。この膨張した肺胞を維持するメカニズムは、動脈血中の酸素分圧を高めるのに役立ち、PEEPの増加はPaO2を増加させ_ます。^{[ 17 ]}

圧支持換気は、圧支持換気（PSV）とも呼ばれる自発呼吸モードです。患者は毎回呼吸を開始し、人工呼吸器は設定された圧力値で呼吸を補助します。人工呼吸器の補助を受けながら、患者は呼吸数と一回換気量も自分で調節します。

圧力サポートでは、設定された吸気圧サポートレベルは一定に保たれ、流量は減速します。患者はすべての呼吸をトリガーします。肺/胸郭の機械的特性と患者の努力に変化があると、送気される一回換気量に影響が出ます。ユーザーは、目的の換気を得るために圧力サポートレベルを調整する必要があります。^{[ 18 ] [ 19 ]}

圧力サポートは酸素化を改善し、^{[ 20 ]}換気を促進し、呼吸仕事量を軽減する。

適応型換気療法も参照してください。

流量制御換気（FCV）は、完全に動的な換気モードで、一時停止がなく、吸気と呼気の両方で連続的かつ安定したガス流量があり、容量と圧力の両方で直線的な変化を目指します。^{[ 21 ]} FCVは侵襲的な換気モードですが、容量制御モードや圧力制御モードとは異なり、胸壁の崩壊と肺の弾性反跳によって生じる受動的な呼気には依存しません。高抵抗の呼吸回路が受動的な呼気を抑制し、それによって呼気流量を完全に制御して安定させることができます。FCVは、設定された呼気終末圧（EEP）から設定されたピーク圧まで安定した流量を生成することによって吸気を生成します。次に、吸引によって安定した呼気流量が生成されます。^{[ 22 ]}この呼気流量は、肺でのエネルギー散逸を最小限に抑えるため、吸気流量とほぼ同じであることが望ましい。I:E比は1:1.0を目指す。^{[ 23 ] [ 24 ]} FCVは従来のモードと比較してより効率的な換気であり、^{[ 25 ] [ 26 ]}小さな内径（約2～10 mm ID）でも換気が可能で、 ^{[ 27 ] [ 28 ]}必要な機械的動力が少なくて済む。^{[ 25 ]} FCVは、ディートマー・エンク教授によって発明された。^{[ 21 ]} 

メイン記事：陰圧人工呼吸器

陰圧換気は、患者の胴体、特に胸部と腹部に部分的な真空（周囲圧力より低い空気圧）を周期的に外部から適用することで呼吸を刺激（または強制）し、胸郭の拡張を助け（または強制）、肺を拡張させ、患者の気道を通して随意（または不随意）の吸気を引き起こします。^{[ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]}

この目的のためにさまざまな「陰圧換気装置」（NPV）が開発されてきました。最も有名なのは「鉄の肺」で、患者はタンクの中に横たわり、頭部だけが外気にさらされ、タンク内の体の残りの部分の空気圧はポンプによって変化し、胸郭と肺の拡張と収縮を刺激します。今日では広く使用されていませんが、NPVは20世紀前半の病院および長期人工呼吸の主要な形態であり、今日でも限定的に使用されています。^{[ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]}

液体換気は、酸素を含む混合ガスではなく、酸素化されたパーフルオロ化学物質の液体を肺に送り込む人工呼吸法の一種です。酸素と二酸化炭素の不活性キャリアとして窒素ではなくパーフルオロ化学物質を使用することで、急性肺損傷の治療において以下のような多くの理論的な利点が得られます。

• 肺胞との流体界面を維持することで表面張力を低下させる
• 気圧外傷のリスクを低減しながら、水圧によって虚脱した肺胞を開放する
• 酸素と二酸化炭素が肺毛細血管の血液と交換される貯蔵庫を提供する
• 高効率熱交換器として機能する

理論的には利点があるにもかかわらず、有効性に関する研究は期待外れで、LVの最適な臨床使用法はまだ定義されていない。^{[ 41 ]}