酸素療法

急性低酸素血症の状況では、酸素療法はパルスオキシメトリーに基づいて目標レベル（ほとんどの患者では94～96%、COPD患者では88～92%）まで滴定する必要があります。^{[ 12 ] [ 8 ]}これは、吸入酸素濃度（FIO2）で表される酸素供給量を増やすことによって行うことができます。2018年にBritish Medical Journalは、酸素飽和_度が 96 %を超える場合は酸素療法を中止し、90～93%を超える場合は開始しないことを推奨しました。^{[ 14 ]}これは、急性疾患患者における過剰な酸素化と死亡率の増加との関連性による可能性があります。^{[ 8 ]}これらの推奨事項の例外には、一酸化炭素中毒、群発頭痛、鎌状赤血球クリーゼ、気胸などがあります。^{[ 14 ]}

酸素療法は、減圧症の緊急治療として長年使用されてきました。^{[ 15 ]} 100%酸素を用いた高圧チャンバーでの再加圧は、減圧症の標準治療です。^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]}再加圧療法の成功率は、浮上後4時間以内に実施した場合に最も高く、早期治療は治癒に必要な再加圧治療の回数の減少と関連しています。^{[ 18 ]}文献では、ヘリオックスが酸素療法のより良い代替手段となる可能性があることが示唆されています。^{[ 19 ]}

脳卒中においては、高酸素環境を避ける限り、酸素療法は有益である可能性がある。^{[ 20 ]}

急性疾患や入院後に低酸素血症のため外来で酸素療法を受けている人は、処方箋の更新前に医師による再評価を受け、継続的な酸素療法の必要性を判断する必要があります。^{[ 21 ]}初期の低酸素血症が解消された場合、追加の治療は不必要な資源の使用となる可能性があります。^{[ 21 ]}

酸素補給をベースラインとして必要とする一般的な疾患には、慢性閉塞性肺疾患（COPD）、慢性気管支炎、肺気腫などがあります。急性増悪時には、患者は追加の酸素を必要とする場合もあります。酸素は、血中酸素濃度が比較的正常であっても、呼吸困難、末期心不全、呼吸不全、進行がん、神経変性疾患に対して処方されることもあります。生理学的には、動脈血酸素分圧PaO2が正常値である人に酸素投与が適応となる場合があります。₂ ≤ 55mmHg (7.3kPa) または動脈血酸素飽和度 SaO₂ ≤ 88%。 ^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]}

二酸化炭素貯留を起こしやすい慢性疾患（例：COPD、肺気腫）の患者では、酸素療法の慎重な滴定を検討すべきである。このような場合、酸素療法は呼吸中枢を低下させ、二酸化炭素の蓄積（高炭酸ガス血症）、アシドーシス、呼吸不全による死亡率の増加につながる可能性がある。^{[ 25 ]}滴定酸素療法による転帰の改善は、主に換気/灌流比の段階的な改善によるものであることが観察されている。^{[ 26 ]}呼吸中枢の喪失に伴うリスクは、緊急酸素投与を控えるリスクに比べればはるかに小さいため、緊急酸素投与は決して禁忌ではない。滴定酸素を用いた現場から確定的な治療への移行は、通常、呼吸中枢の著しい低下が観察されるずっと前に行われる。

酸素療法が患者の状態に悪影響を与えることが示されている状況もある。^{[ 27 ]}

• 酸素療法はパラコート中毒の影響を悪化させる可能性があるため、重度の呼吸困難または呼吸停止がない限り控えるべきである。パラコート中毒はまれであり、1958年から1978年の間に世界中で約200人が死亡した。^{[ 28 ]}
• 酸素療法は、肺線維症やブレオマイシン関連肺障害のある人には推奨されません。^{[ 29 ]}
• 動物実験によると、酸の誤嚥によって引き起こされるARDSは酸素療法によって悪化する可能性がある。 ^{[ 30 ] [ 31 ]}
• 敗血症の場合、高酸素環境は避けるべきである。^{[ 20 ]}

  

場合によっては、酸素供給が特定の集団において特有の合併症を引き起こすことがある。

• 呼吸不全の乳児では、高濃度の酸素投与によって眼内に新生血管が過剰に増殖し、失明に至る場合がある。この現象は未熟児網膜症（ROP）として知られている。
• まれに、高圧酸素療法を受けている人が発作を起こしたことがあり、これは以前は酸素中毒が原因と考えられていました。^{[ 32 ] [ 33 ]}
• 長時間の高圧酸素療法が白内障の進行を促進する可能性があるという証拠がいくつか存在する。

代替医療の実践者の中には、エイズ、アルツハイマー病、癌など多くの人間の病気の治療法として「酸素療法」を宣伝している者もいる。アメリカ癌協会によると、「酸素放出化学物質を体内に注入することが癌の治療に効果的であるという主張を裏付ける科学的証拠は存在しない」とし、これらの治療法の中には危険なものもあるという。^{[ 34 ]}

酸素療法は、無気肺（部分的または完全な肺虚脱）の進行を加速させ、ガス腔（気胸、気脳症など）の脱窒素化を促進する可能性があるという仮説が立てられています。^{[ 36 ] [ 37 ]}この概念は、酸素は体内で窒素よりも速く吸収されるため、換気の悪い酸素が豊富な領域が急速に吸収され、無気肺につながるという考えに基づいています。^{[ 36 ]}吸入酸素濃度（FIO2 ）が高いほど_、臨床シナリオにおける無気肺の発生率が高くなると考えられています。[ ₃₈ ^{]臨床的に健康な成人では、吸収性無気肺は適切に管理すれば、}通常は重大な影響はないと考えられています^{。[ 39 ]}

気道に関しては、高濃度の酸素供給（通常 >40% O2）で気管支炎と粘膜炎の両方が観察されている。 ^{[ 40 ]}肺内では、これらの高濃度の酸素は肺胞毒性の増加と関連している（ロレイン・スミス効果と呼ばれる）。^{[ 35 ]}粘膜損傷は、大気圧と酸素濃度の上昇とともに増加することが観察されており、 ARDSの発症や場合によっては死に至る可能性がある。^{[ 41 ] [ 42 ]}

高酸素状態では脳血流量と頭蓋内圧（ICP）の低下が報告されており、認知機能への影響については結果がまちまちである。^{[ 43 ] [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]}高酸素症は、発作、白内障形成、可逆性近視とも関連付けられている。^{[ 47 ]}

CO ₂保持者のうち、ハルデーン効果の文脈での過剰な酸素曝露は、血液中のデオキシヘモグロビンとCO ₂の結合を減少させます。 ^{[ 48 ]}このCO _{2の放出は、関連する}PaCO2の増加(高炭酸ガス血症)により、酸塩基平衡障害の発症に寄与する可能性があります。COPD などの基礎肺疾患のある患者は、この効果によって生成される追加のCO ₂を適切に除去できず、病状が悪化する可能性があります。^{[ 49 ]}さらに、酸素療法は呼吸中枢を減少させることも示されており、高炭酸ガス血症の可能性をさらに高めます。^{[ 37 ]}

高酸素環境は、ヒトにおいて特定の状況下で顆粒球のローリングと血管外遊走を減少させることが観察されている。 ^{[ 50 ]}嫌気性感染症に関しては、壊死性筋膜炎の症例では、高圧酸素療法を受けた患者において、デブリードマン手術の必要性が少なく、死亡率の改善が見られることが観察されている。^{[ 51 ]}これは、本来嫌気性である微生物の酸素不耐性に起因する可能性がある。

酸素への持続的な曝露は、酸化ストレスに対処する身体の能力を圧倒する可能性がある。^{[ 52 ]}  酸化ストレスの速度は、酸素濃度と曝露時間の両方によって影響を受けるようで、特定の高酸素状態では数時間以内に全身毒性が発生することが観察されている。^{[ 53 ]}

高酸素状態は血清中のエリスロポエチンの減少を引き起こし、その結果、赤血球生成の刺激が減少することが観察されている。^{[ 54 ]}常圧環境下での高酸素状態は、赤血球生成を完全に停止させることはできないようである。^{[ 54 ]}

肺内では、低酸素症は、外向きカリウム電流の阻害と内向きナトリウム電流の活性化により肺血管筋の収縮を引き起こすため、強力な肺血管収縮作用を示すことが観察されている。 ^{[ 55 ]}しかし、肺高血圧症患者を対象に行われた少数の研究から判断すると、高酸素症の影響は特に強い血管拡張作用を示さないようである。^{[ 56 ] [ 57 ]}その結果、影響は存在するものの、軽微であると考えられる。^{[ 56 ] [ 57 ]}

全身血管系では、酸素は血管収縮剤として働き、血圧の軽度上昇と心拍出量および心拍数の減少を引き起こします。高圧環境は、これらの全体的な生理学的効果に大きな影響を与えないようです。^{[ 58 ] [ 46 ]}臨床的には、これは心房中隔欠損症患者など、特定の患者集団で左から右へのシャントの増加につながる可能性があります。血管収縮のメカニズムは不明ですが、提案されている理論の1つは、酸素療法による活性酸素種の増加が血管拡張剤である内皮一酸化窒素の分解を促進するというものです。^{[ 59 ] [ 46 ]}これらの血管収縮効果は、群発頭痛の抑制に役立つ根本的なメカニズムであると考えられています。^{[ 60 ]}

高酸素条件下での溶存酸素も、総ガス輸送に大きく寄与する可能性がある。^{[ 61 ]}

高濃度の酸素源も急速な燃焼のリスクを高めます。酸素自体は可燃性ではありませんが、火に高濃度の酸素を加えると火力が大幅に増し、通常の状態では比較的不活性な物質の燃焼を促進する可能性があります。高濃度の酸化剤と燃料が近接して存在すると、火災や爆発の危険性がありますが、燃焼を引き起こすには着火イベント（例えば、熱や火花）が必要です。^{[ 65 ]}

酸素濃度が高いと、燃焼が急速かつ活発に進行します。^{[ 65 ]}気体酸素と液体酸素の両方を貯蔵および輸送するために使用される鋼管と貯蔵容器は燃料として作用するため、酸素システムの設計と製造には、発火源が最小限になるように特別な訓練が必要です。^{[ 65 ]}高圧環境にある高濃度の酸素は、油やグリースなどの炭化水素に自然発火し、火災や爆発を引き起こす可能性があります。急速な加圧によって発生する熱が発火源となります。このため、高濃度の酸素で使用される貯蔵容器、調整器、配管、およびその他の機器は、潜在的な燃料がないことを確認するために、使用前に「酸素クリーン」にする必要があります。これは純酸素にのみ適用されるものではなく、大気圧（約21%）よりかなり高い濃度であれば、発火の危険性があります。

一部の病院では、医療用酸素配管から発火源を遠ざけるのに役立つ「禁煙」ポリシーを導入しています。これらのポリシーは、携帯型酸素システムを使用している患者、特に喫煙者の間での負傷のリスクを排除するものではありません。^{[ 66 ]}その他の潜在的な発火源には、ろうそく、アロマセラピー、医療機器、調理、故意の破壊行為などがあります。

多くの人は、純粋な酸素やそれに近い酸素ではなく、吸入酸素のわずかな増加だけを必要とします。^{[ 67 ]}これらの要件は、状況、流量要件、個人の好みに応じて、さまざまなデバイスによって満たすことができます。

鼻カニューラ（NC）は、人の鼻孔に挿入される2つの小さなノズルが付いた細いチューブです。1分間に1～6リットル（LPM）の低流量で酸素を供給し、24～40%の酸素濃度を実現します。^{[ 68 ]}

また、シンプルなフェイスマスクなど、さまざまなフェイスマスクの選択肢があります。シンプルなフェイスマスクは、5～10 LPM の流量でよく使用され、35%～55% の酸素濃度を供給できます。^{[ 68 ]}これは、ベンチュリマスクとしても知られる、より制御された空気混入マスクと密接に関連しており、24～50% の所定の酸素濃度を正確に供給できます。^{[ 68 ]}

場合によっては、部分再呼吸マスクを使用することができます。これはシンプルなマスクをベースにしていますが、リザーバーバッグを備えており、5～15LPMの流量で40～70%の酸素濃度を提供できます。

酸素供給要求システム（DODS）または酸素蘇生器は、患者が吸入したとき、または介護者がマスクのボタンを押したとき（例えば、呼吸していない患者）にのみ酸素を供給します。^{[ 69 ]}これらのシステムは、定常流量マスクと比較して酸素を大幅に節約し、酸素の供給が限られており、患者を高度医療施設に搬送するのに時間がかかる緊急時に役立ちます。^{[ 69 ]}酸素供給要件にさまざまな方法が使用されるため、性能に違いが生じます。^{[ 70 ]}介護者がボタンを押すだけで100%酸素からなる救命呼吸を供給できるため、 CPRで非常に役立ちます。患者の肺を過度に膨らませないように注意する必要があり、一部のシステムでは安全弁が使用されています。これらのシステムは、必要な呼吸努力のため、意識不明または呼吸困難の患者には適さない場合があります。

高濃度の酸素を必要とする患者には、いくつかのデバイスが利用可能です。最も一般的に使用されるデバイスは、非再呼吸マスク（またはリザーバーマスク）です。非再呼吸マスクは、マスクから呼気を排出する逆止弁を備えた付属のリザーバーバッグから酸素を吸い込みます。流量が不十分な場合（約10L/分）、吸気時にバッグが潰れる可能性があります。^{[ 68 ]}このタイプのマスクは、急性医療緊急事態に適応されます。このシステムの供給されるF _I O ₂（分子状酸素の吸入体積分率）は、酸素流量と呼吸パターンに応じて60～80%です。^{[ 71 ] [ 72 ]}

別のタイプのデバイスは、加湿高流量鼻カニューラで、鼻カニューラを介して人の最大吸気流量需要を超える流量を供給することができ、室内空気の混入がないため、最大 100% のF _I O _{2を提供します。} ^{[ 73 ]} これにより、治療を受けながら会話、食事、飲水を続けることもできます。^{[ 74 ]}このタイプの供給方法は、フェイスマスク酸素と比較して、全体的な快適性の向上、酸素化の改善、呼吸数の増加、および痰の減少に関連しています。^{[ 75 ] [ 76 ]}

航空などの特殊な用途では、密着型のマスクが使用されることがあります。これらのマスクは、麻酔、一酸化炭素中毒の治療、高圧酸素療法などにも応用されています。

自力で呼吸できない患者は、ガス交換を行うために肺に酸素を送り込む陽圧を必要とします。酸素供給システムは複雑さやコストが様々で、基本的なポケットマスク補助装置から始まり、マスクポートを通して補助酸素を供給しながら手動で人工呼吸を行うことができます。

多くの救急医療従事者、救急隊員、病院職員は、バッグバルブマスク（BVM）を使用することがあります。これは、フェイスマスク（または気管内チューブや喉頭マスク気道などの侵襲的気道）に取り付けられた柔軟なバッグで、通常はリザーバーバッグが取り付けられており、医療従事者が手動で操作して酸素（または空気）を肺に送り込みます。これは、英国の職場でシアン化物中毒の初期治療に許可されている唯一の手順です。^{[ 77 ]}

BVMシステムの自動化バージョンは、蘇生器またはニューパックとして知られており、フェイスマスクまたは気道を通して、測定された量の酸素を時間指定で直接患者に供給することもできます。これらのシステムは、全身麻酔下での手術で使用される麻酔器と関連しており、空気、亜酸化窒素、吸入麻酔薬などの他のガスとともに、可変量の酸素を供給することができます。

酸素やその他の圧縮ガスは、ネブライザーと組み合わせて使用​​することで、薬剤を上気道および／または下気道に送達することができます。ネブライザーは圧縮ガスを用いて、液体薬剤を治療に適したサイズのエアロゾル液滴に噴射し、気道の適切な部位に沈着させます。薬剤、生理食塩水、滅菌水、またはこれらの組み合わせを吸入用の治療用エアロゾルにネブライザー化するには、通常8～10 L/分の圧縮ガス流量が使用されます。臨床現場では、ボーラス投与または連続投与の治療用エアロゾルのネブライザー化に最も一般的に使用されるガスは、室内空気（複数のガスの混合ガス）、分子状酸素、およびヘリオックスです。

フィルター付き酸素マスクは、呼気中の粒子が周囲環境に放出されるのを防ぐ機能があります。これらのマスクは通常、漏れを最小限に抑え、一方向弁によって室内空気の吸入を制御する密閉型設計になっています。呼気のろ過は、呼気口にフィルターを取り付けるか、マスク自体に組み込まれたフィルターによって行われます。これらのマスクは、2003年のSARS危機の際にトロント（カナダ）の医療コミュニティで初めて普及しました。SARSは呼吸器系疾患であることが判明し、従来の酸素療法装置は呼気中の粒子を封じ込めるように設計されていないことが判明しました。^{[ 78 ] [ 79 ] [ 80 ]} 2003年には、HiOx ⁸⁰酸素マスクが発売されました。HiOx ⁸⁰マスクは、呼気口にフィルターを取り付けることができる密閉型設計のマスクです。感染性のある可能性のある粒子を封じ込め、ろ過するための新しい設計が、世界の医療コミュニティでいくつか登場しています。その他の設計には、ISO- Oなどがあります。_{酸素マスク2個}、Flo₂Max酸素マスク、およびOマスク。

一般的な酸素マスクでは、室内の空気と治療用酸素の混合ガスを吸入します。しかし、フィルター付き酸素マスクは密閉構造のため、室内の空気との接触や吸入が最小限または完全に遮断されるため、適切な酸素流量を用いることで、供給される酸素濃度は99%近くまで上昇することが分かっています。また、呼気中の微粒子はすべてマスク内に閉じ込められるため、噴霧された薬剤が周囲の大気中に放出されることも防げ、医療従事者やその他の人々の職業上の曝露リスクを低減できます。

米国では、ほとんどの航空会社が機内への持ち込みを許可する機器を制限しています。そのため、乗客が使用できる機器の種類は限られています。一部の航空会社は、有料で酸素ボンベを提供しています。また、承認された携帯型酸素濃縮器の機内持ち込みを許可している航空会社もあります。ただし、承認された機器のリストは航空会社によって異なるため、乗客は搭乗予定の航空会社に確認する必要があります。一般的に、乗客は個人用の酸素ボンベを機内に持ち込むことはできません。いずれの場合も、乗客は事前に航空会社に機器の持ち込みについて通知する必要があります。

2009年5月13日発効で、運輸省とFAAは、特定の携帯型酸素濃縮器がすべての商用便での使用を承認されたと裁定した。^{[ 81 ]} FAAの規制では、大型航空機は緊急時に備えてDボンベの酸素を搭載することが義務付けられている。

1980年代以降、呼吸サイクルの中で酸素がより効果的に使用される部分に酸素を供給することで、貯蔵酸素を節約する装置が利用可能になった。これにより、貯蔵酸素の持続時間が長くなるか、より小型で軽量な携帯型酸素供給システムが実用的になる。この種の装置は携帯型酸素濃縮器にも使用でき、その効率を高めることができる。^{[ 82 ]}

酸素補給は、呼吸サイクルの中で酸素が肺胞に吸入され、そこでガス交換が行われる時点で行われる場合に最も効果的です。サイクルの後半で供給された酸素は生理学的死腔に吸入され、血液中に拡散できないため、何の役にも立ちません。吸入されない呼吸サイクルの段階で供給された酸素も無駄になります。^{[ 82 ]}

連続定流量では単純なレギュレーターを使用しますが、供給されるガスの大部分が肺胞に到達せず、半分以上が全く吸入されないため非効率的です。安静時および呼気時に自由流酸素を蓄積するシステム（リザーバーカニューラ）は、吸入に利用できる酸素の割合を増やし、肺の奥深くまで到達する吸入の初期段階で選択的に吸入します。同様の機能は、吸入時のみガスを供給する機械式デマンドレギュレーターによって提供されますが、使用者に多少の身体的労力が必要であり、また死腔を酸素で換気します。第3の種類のシステム（パルス投与酸素節約装置、またはデマンドパルス装置）は、吸入の開始を感知し、必要量に正しく適合すれば、十分かつ効果的に肺胞に吸入される定量ボーラスを提供します。このようなシステムは、空気圧または電気で制御できます。^{[ 82 ]}

適応型需要システム^{[ 82 ]} パルス需要供給の発展として、ユーザーの活動レベルに合わせてパルスボーラスの量を自動的に調整する装置があります。この適応応答は、運動率の変化によって引き起こされる酸素飽和度低下反応を軽減することを目的としています。

パルス供給装置は、スタンドアロンモジュールとして、または圧縮ガス、液体酸素、酸素濃縮器源を使用するように特別に設計されたシステムに統合して使用できます。統合設計では通常、汎用性を犠牲にして、ソースの種類に合わせてシステムを最適化できます。^{[ 82 ]}

経気管酸素カテーテルは、その目的のために首の前部の小さな開口部から気管に直接挿入されます。開口部は気管支の分岐部に向かって下向きに向けられています。カテーテルを通して導入された酸素は、吸入中に鼻、咽頭、および上部気管の死腔を迂回し、連続流の場合、呼気の終わりに解剖学的死腔に蓄積され、次の吸入時に肺胞への吸入にすぐに利用できるようになります。これにより無駄が減り、外部連続流よりも約3倍の効率が得られます。これは、リザーバーカニューラとほぼ同等です。経気管カテーテルは、安静時、運動時、および睡眠時に効果的であることがわかっています。^{[ 82 ]}