スパイロメトリー

スパイロメトリー検査は、スパイロメーターと呼ばれる装置[2]を使用して行われます。^{スパイロメーターには}いくつかの種類があります。ほとんどのスパイロメーターは、スパイログラムと呼ばれる以下のグラフを表示します。

• 体積-時間曲線。Y軸に体積（リットル）、X軸に時間（秒）を示す。
• 流量-容量ループは、Y軸に空気流量、X軸に吸入または呼出された総容量をグラフで表したものである。

基本的な強制肺活量（FVC）検査は、使用する機器によって若干異なります。閉鎖回路または開放回路のいずれかの形式で行われます。検査手順の違いに関わらず、医療提供者はATS/ERSスパイロメトリーの標準化に従うことが推奨されます。^{[ 3 ]}標準手順により、共通の基準に基づいて正確かつ客観的に収集されたデータセットが保証され、異なる医療グループ間で結果を共有する際の不一致が減少します。

患者には、空気の漏れを防ぐために柔らかい鼻クリップを装着し、口の中に呼吸センサーを装着して気密性を保つように指示します。技師の指示に従い、患者は段階的に指示に従って、最大努力で急激に息を吸い込み、続いて最大努力で息を吐き出し、少なくとも6秒間持続させます。上気道閉塞の可能性を評価する際には、技師は患者に追加で急速な吸気を行うように指示し、一連の検査を完了させます。2回目の吸気のタイミングは、前の呼気の長さによって個人差があります。場合によっては、追加データを得るために、各検査ラウンドの前に通常の穏やかな呼吸期間を設けることがあります。

臨床的に有用な結果は、患者の協力と努力に大きく依存するため、再現性を確保するには最低3回、一般的には10回まで繰り返す必要があります。努力の度合いは人によって異なるため、100%を超える努力は不可能であることを考慮すると、結果は過小評価される可能性があります。

患者の協力と指示を理解し従う能力が必要なため、スパイロメトリーは通常、少なくとも5歳以上の協力的な子供^{[ 4 ] [ 5 ]}、または効果的な診断結果を妨げる身体的または精神的な障害のない成人にのみ実施できます。さらに、全身麻酔やさまざまな形態の鎮静は検査プロセスと相性が良くありません。

もう一つの限界は、間欠性または軽度の喘息患者は、急性増悪の合間に正常なスパイロメトリー値を示すことがあり、このような状況ではスパイロメトリーの診断ツールとしての有効性が低下することである。

スパイロメトリーは、激しい運動、冷たく乾燥した空気の吸入、またはメタコリンやヒスタミンなどの薬剤に対する気管支過敏性を判定するために使用される気管支負荷試験の一部となることもあります。

特定の症状の可逆性を評価するために、気管支拡張薬を投与してから、比較のために別の検査を行うことができます。これは一般的に可逆性検査、または気管支拡張薬投与後検査（Post BD）と呼ばれ、喘息とCOPDの鑑別診断において重要な役割を果たします。

その他の補完的な肺機能検査には、容積脈波測定法や窒素洗い出し法などがあります。

スパイロメトリー検査は、以下の理由で適応となります。

• 喘息を診断または管理するため^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}
• 呼吸困難の症状を呈する患者における呼吸器疾患の検出、および原因として呼吸器疾患と心臓疾患を区別するため^{[ 9 ]}
• 喘息が疑われる患者の気管支反応性を測定するため^{[ 9 ]}
• 閉塞性肺疾患と拘束性肺疾患を診断および鑑別するため^{[ 9 ]}
• 呼吸器疾患の自然経過を追跡する^{[ 9 ]}
• 職業性喘息による障害を評価するため^{[ 9 ]}
• スキューバダイビング中に肺気圧外傷のリスクがある人を特定するため^{[ 9 ]}
• 麻酔または心臓胸部外科手術の前に術前リスク評価を実施する^{[ 9 ]}
• スパイロメトリーで検出される疾患の治療に対する反応を測定するため^{[ 9 ]}
• 声帯機能障害を診断するため。

強制呼気操作は、一部の疾患を悪化させる可能性があります。^{[ 10 ]}以下の症状がある場合は、スパイロメトリーを実施すべきではありません。

• 原因不明の喀血
• 気胸
• 不安定な心血管状態（狭心症、最近の心筋梗塞など）
• 胸部、腹部、または脳の動脈瘤
• 白内障または最近の眼科手術
• 最近胸部または腹部の手術を受けた
• 吐き気、嘔吐、または急性疾患
• 最近または現在感染中のウイルス感染症
• 未診断の高血圧

強制肺活量（FVC）は、最大限に息を吸い込んだ後に強制的に吐き出すことができる空気の量であり、^{[ 14 ]}リットル単位で測定されます。FVCは、スパイロメトリー検査で最も基本的な操作です。

FEV1は、最大限に息を吸い込んだ後、最初の1秒間に強制的に吐き出すことができる空気の量です。^{[ 14 ]}図によると、健康な人のFEV1の平均値は主に性別と年齢に依存します。平均値の80%から120%の間の値は正常とみなされます。^{[ 15 ]} FEV1の予測正常値は計算することができ、年齢、性別、身長、体重、民族、およびそれらが基づいている研究に依存します。

FEV1/FVCは FEV1 と FVC の比率です。健康な成人では、これは約 70～80% であるべきです (年齢とともに低下します)。^{[ 16 ]}閉塞性疾患 (喘息、COPD、慢性気管支炎、肺気腫) では、呼気流に対する気道抵抗の増加により FEV1 が低下します。呼気時の気道の早期閉鎖により FVC も低下する可能性がありますが、FEV1 と同じ割合ではありません (たとえば、FEV1 と FVC の両方が低下しますが、気道抵抗の増加により前者の影響が大きくなります)。これにより、値が低下します (70% 未満、多くの場合約 45%)。拘束性疾患 (肺線維症など) では、FEV1 と FVC の両方が比例して低下し、肺コンプライアンスの低下により値は正常または増加する可能性があります。

FEV1の派生値として、予測FEV1%（FEV1%）があります。これは、患者のFEV1を、同じ年齢、身長、性別、人種の人の集団における平均FEV1で割った値として定義されます。

強制呼気流量（FEF）は、強制呼気の中間部分で肺から出る空気の流れ（または速度）です。これは、一般的に強制肺活量（FVC）の何割が呼出されたかによって定義される離散的な時間で測定できます。通常の離散的な間隔は、25%、50%、75%（FEF25、FEF50、FEF75）、または呼出されたFVCの25%と50%です。また、特定のFVCの割合（通常は25～75%）が残っている時点によって区切られる間隔での流量の平均値として測定することもできます（FEF25～75%）。健康な集団における平均範囲は主に性別と年齢によって異なり、FEF25～75%は左の図に示されています。平均値の50～60%から130%までの値は正常とみなされます。^{[ 15 ]} FEFの予測正常値は計算可能であり、年齢、性別、身長、体重、民族、およびそれらが基づいている研究によって異なります。

MMEFまたはMEFは最大（中間）呼気流量の略で、流量-容量曲線から得られる呼気流量のピークであり、リットル/秒で測定されます。理論的にはピーク呼気流量（PEF）と同一であるはずですが、PEFは一般的にピークフローメーターで測定され、リットル/分で示されます。^{[ 17 ]}

最近の研究では、FEF25-75%またはFEF25-50%が閉塞性小気道疾患の検出においてFEV1よりも感度の高いパラメータである可能性が示唆されている。^{[ 18 ] [ 19 ]} しかし、標準マーカーに同時変化がない場合、中域呼気流量の不一致は有用となるほど特異性が高くない可能性があり、現在の診療ガイドラインでは閉塞性疾患の指標としてFEV1、VC、およびFEV1/VCの使用を継続することを推奨している。^{[ 20 ] [ 21 ]}

さらにまれに、全肺容量の残存量に応じて定義された間隔で強制呼気流量が測定されることがあります。このような場合、通常はFEF70%TLC、FEF60%TLC、FEF50%TLCなどと表記されます。^{[ 17 ]}

強制吸気流量25～75%または25～50%（FIF 25～75%または25～50%）は、FEF 25～75%または25～50%と同様ですが、測定は吸気時に行われます。

最大呼気流量（PEF）とは、最大吸気時に開始される最大努力呼気中に達成される最大流量（または速度）のことで、リットル/分またはリットル/秒で測定されます。

一回換気量とは、安静時に通常吸入または呼出される空気量のことである。

全肺容量（TLC）とは、肺に存在する空気の最大量のことです。

拡散能（またはDLCO）は、標準時間（通常10秒）に1回の吸入で取り込まれる一酸化炭素の量です。検査中、被験者は、不活性トレーサーガスと1%未満のCOを含む通常の空気からなる検査ガス混合物を吸入します。ヘモグロビンは酸素よりもCOに対する親和性が高いため、息止め時間はわずか10秒で済み、これはCOの移行が起こるのに十分な時間です。吸入されたCOの量は既知であるため、呼出されたCOを差し引いて、息止め時間中に移行した量を決定します。トレーサーガスはCOと同時に分析され、検査ガス混合物の分布が決定されます。この検査では、たとえば肺線維症などの拡散障害を検出できます。^{[ 23 ]}これは、貧血（ヘモグロビン濃度が低いとDLCOが低下します）および肺出血（間質または肺胞内の過剰な赤血球がCOを吸収してDLCO容量を人為的に増加させる可能性があります）について補正する必要があります。大気圧や高度も測定されるDLCO値に影響を与えるため、標準気圧に調整するための補正係数が必要となる。

最大随意換気量（MVV）とは、1分間に吸入および呼出できる空気の最大量を測定したものです。患者の負担を軽減するため、15秒間の測定値から1分間の値（リットル/分）に換算されます。平均値は、男性が140～180リットル/分、女性が80～120リットル/分です。

静的肺コンプライアンスを推定する場合、スパイロメーターによる容積測定は、経肺圧を同時に測定するために圧力トランスデューサーによって補完される必要があります。容積の変化と経肺圧の変化の関係を示す曲線を描くと、C _{st は}任意の容積における曲線の傾き、つまり数学的には ΔV/ΔP です。^{[ 24 ]}静的肺コンプライアンスは、異常な肺力学の検出においておそらく最も感度の高いパラメータです。^{[ 25 ]}年齢、性別、体組成が類似する人の集団平均値の 60% ～ 140% であれば正常とみなされます。^{[ 15 ]}

人工呼吸器を使用している急性呼吸不全患者の場合、「呼吸器系全体の静的コンプライアンスは、通常、一回換気量を、吸気終末時の閉塞中に気道開口部で測定された「プラトー」圧（PaO）と人工呼吸器によって設定された呼気終末陽圧（PEEP）との差で割ることによって得られる」^{[ 26 ] 。}

強制呼気時間（FET） 強制呼気時間（FET）は、呼気の長さを秒単位で測定します。

緩徐肺活量（SVC） 緩徐肺活量（SVC）とは、ゆっくりと最大限に息を吸い込んだ後に、ゆっくりと吐き出すことができる空気の最大量のことです。

最大圧力（P _maxおよびP _i）

P _{max は}、任意の肺容量で呼吸筋によって発生させることができる漸近的に最大の圧力であり、P _{i は}特定の肺容量で発生させることができる最大の吸気圧です。^{[ 27 ]}この測定には、圧力トランスデューサも必要です。年齢、性別、体組成が類似する人の集団平均値の 60% ～ 140% であれば正常とみなされます。^{[ 15 ]}派生パラメータは、 P _max / TLCである収縮係数 (CR)です。 ^{[ 17 ]}

平均通過時間（MTT） 平均通過時間は、流量-容量曲線の下の面積を強制肺活量で割ったものです。^{[ 28 ]}

最大吸気圧 (MIP) MIP は、負の吸気力 (NIF) とも呼ばれ、機能的残気量 (FRC) から始まる閉塞気道に対して発生させることができる最大圧力です。呼吸筋の機能と強さの指標です。^{[ 29 ]}センチメートル水圧 (cmH2O) で表され、マノメーターで測定されます。最大吸気圧は、横隔膜の強さの重要かつ非侵襲的な指標であり、多くの疾患を診断するための独立したツールです。^{[ 30 ]}_{成人男性の典型的な最大吸気圧は、M IP} = 142 - (1.03 x 年齢) cmH ₂ Oの式から推定できます。ここで、年齢は年単位です。^{[ 31 ]}