医療ガス療法

医療ガス療法は、さまざまなガスを投与する治療法です。医療では、酸素療法の使用以来使用されています。^[1]これらのガスのほとんどは、酸素を含む薬剤です。^{[2] 18世紀後半には、}人工空気 として総称される他の多くのガスの医療価値が研究されました。酸素に加えて、医療ガスには一酸化窒素（NO）とヘリウム-O2混合物（Heliox）があります。医療ガスを使用する際には、慎重な考慮と綿密な監視が必要です。この記事では、ガス混合物についてのみ説明します。

一酸化窒素は、私たちの体のあらゆる細胞とあらゆる臓器で生成される物質です。一酸化窒素にはさまざまな機能があり、血管拡張、血小板抑制、免疫調節、酵素調節、神経伝達に関与しています。

吸入一酸化窒素は、吸入されるガスである。^[1]これは、1987年に「内皮由来の弛緩因子」として初めて説明され、それ以来、肺疾患の治療に使用されている。^[3]これは、特に肺において、平滑筋を弛緩させて血管を広げる（拡張させる）ことによって作用する。 ^{[1]吸入一酸化窒素は、肺平滑筋のみを選択する。吸入一酸化窒素は、}無気肺または液体充満肺 に対して全く影響を及ぼさないか、または最小限の影響しか及ぼさない。 ^[3] これは、酸素化を改善し、肺高血圧症を減少させる。^{[4]一酸化窒素は、}未熟児の呼吸不全の治療に人工呼吸器と併用される。^{[1]成人では、一酸化窒素は}、急性呼吸窮迫症候群 を伴う肺高血圧症の治療に使用することができる。一酸化窒素治療の潜在的な臨床的成功例のおかげで、患者は体外式膜型人工肺治療の必要性を回避することができる。米国食品医薬品局は、臨床的または心エコー図学的に肺高血圧症の所見がある低酸素性呼吸不全の満期産児および満期に近い新生児（妊娠34週以上）に対する一酸化窒素の使用を承認している。^[5]

血液の右から左へのシャントに依存している新生児には、一酸化窒素を使用してはいけません。

新生児および成人において、望ましい効果を達成しつつ毒性および副作用を回避するために必要な投与量は比較的低く、通常は 5～20 ppm (百万分の一) です。^[6]治療に対する反応および毒性の兆候を評価するために、定期的な動脈血ガス検査が必要です。酸素分圧 (PO2) および酸素飽和度の改善は、一酸化窒素療法に対する良好な反応の兆候です。一酸化窒素が有効であるという証拠があれば、低酸素症および肺高血圧症が解消されるまで同じ投与量が使用されます。低酸素症および肺高血圧症が解消されると、一酸化窒素の滴定またはゆっくりとした減量が開始されます。一酸化窒素の急激な中止は、酸素化の低下につながり、肺高血圧症が再発する可能性があります。^[7]

一酸化窒素を使用すると、血液中のメトヘモグロビン濃度が上昇します。メトヘモグロビンは、酸素を運ぶことができない異常な分子です。メトヘモグロビンは血液を茶色に変えます。他の薬剤もメトヘモグロビンを生成する可能性があります。一酸化窒素を使用する場合は、メトヘモグロビンのモニタリングが必要です。

一酸化窒素と酸素 ( O2 )を組み合わせると、別の副産物化合物である 二酸化窒素₍ NO2 )_{が生成されます。酸素濃度と一酸化窒素}療法の持続時間が高く、人工呼吸器の流量が低いほど、生成されるNO2の量が多くなります。NO2_は有毒であるため、一酸化窒素療法では常にそのレベルを監視する必要があります。NO2 レベルが高いと、_細胞損傷、出血、肺水腫を引き起こす可能性があります。

左心不全または鬱血性心不全の患者に一酸化窒素を使用すると、肺水腫を引き起こしたり、肺水腫を悪化させたりする可能性があります。

1998年、ロバート・F・ファーチゴット博士、ルイス・J・イグナロ博士、フェリド・ムラド医学博士の3人の米国人科学者が、心臓血管系と神経系における一酸化窒素の役割を発見したことでノーベル生理学・医学賞を受賞しました。 ^[8]一酸化窒素が体に及ぼす影響は25年以上前から知られていますが、臨床使用はまだ開発段階にあります。

医学では、ヘリオックスは一般に 21% O _{2 (}空気と同じ) と 79% Heの混合物を指しますが、他の組み合わせも存在します。

ヘリオックスは空気よりも気道抵抗が少なく、肺を換気するのに必要な機械的エネルギーが少なくて済みます。 ^[9]「呼吸の仕事量」が軽減されます。これは2つのメカニズムによって行われます。

1. 層流傾向の増加
2. 乱流抵抗の減少

私たちが吸い込む地球上の乾燥した空気は、窒素 78.8%、酸素 20.95%、アルゴン 0.93% で構成されています。ヘリオックス療法は、窒素をヘリウムに置き換えるものです。ヘリウム自体には薬理学的価値はなく、体内で反応しません。その唯一の目的は、流れの乱れを減らし、酸素が肺に入るのを助けることです。乱れが少ないと、呼吸に必要な労力が少なくなります。

ヘリウム（He）は無色、無臭、無味で不活性な希ガスです。ヘリウムは水素に次いで2番目に軽いガスです。^[10]

Heliox の粘度は空気と似ていますが、密度は大幅に低くなっています (標準温度で 1.2 g/L に対して 0.5 g/L )。気道を通るガスの流れは、層流、遷移流、乱流で構成されます。各流れの傾向はレイノルズ数で表されます。Helioxの密度が低いためレイノルズ数も低くなり、したがってどの気道でも層流になる可能性が高くなります。層流は乱流よりも抵抗が少なくなる傾向があります。

流れが層流である小気道では、抵抗はガスの粘性に比例し、密度とは関係がないため、ヘリオックスの効果はほとんどありません。ハーゲン・ポアズイユの式は層流抵抗を表します。流れが乱流である大気道では、抵抗は密度に比例するため、ヘリオックスの効果は大きくなります。

ヘリオックスは 1930 年代初頭から医療に使用されてきました。気管支拡張薬が登場する前は、急性喘息の治療の中心でした。現在、ヘリオックスは主に大気道狭窄 (腫瘍や異物による上気道閉塞、声帯機能不全) の症状に使用されています。中気道の症状 (クループ、喘息、慢性閉塞性肺疾患)にもヘリオックスが使用されることがあります。

これらの疾患の患者は、呼吸困難、低酸素症（動脈血中の酸素含有量が正常値を下回る）、そして最終的には極度の疲労による呼吸筋の衰弱を含むさまざまな症状を呈する可能性があり、呼吸不全につながり、挿管と機械的人工呼吸器が必要になる可能性があります。ヘリオックスはこれらすべての影響を軽減し、患者の呼吸を楽にします。^[11]ヘリオックスは、特に高齢者の患者を機械的人工呼吸器から離脱させる際や、吸入薬の噴霧化にも有用であることがわかっています。^{[12]研究では、}麻酔の投与にヘリウムと酸素の混合物を使用する利点も示されています。^[13]

Heliox の副作用は、吸入したヘリウムによって声が変わることです。話し声は高音になります。この効果は、低密度のガスが声帯を通過することによって発生します。この効果は可逆的です。