

容積測定器は、臓器または全身の容積変化(通常は、臓器または全身に含まれる血液量または空気量の変動によって生じる)を測定するための装置です。この言葉は、ギリシャ語の「plethysmos」(増加する、拡大する、満ちる)と「graphein」(書く)に由来します。[ 1 ]
肺容積測定装置は、肺の機能的残気量(FRC)(呼吸筋が弛緩した時の肺の容積)と全肺容量を測定するためによく使用されます。 [ 2 ]
従来の容積脈波計(または「ボディボックス」)では、被験者(患者)は、小さな電話ボックスほどの大きさの密閉されたチャンバー内に、マウスピースを1つだけ取り付けた状態で配置されます。通常の呼気の終わりに、マウスピースが閉じられます。次に、患者は吸気するように指示されます。患者が息を吸い込もうとすると(これは喘ぎに似た動作です)、肺が膨張し、肺内の圧力が低下して肺容積が増加します。密閉系であるため、被験者の新たな容積に対応するためにボックスの容積が減少し、結果としてボックス内の圧力が上昇します。
キャビンレス容積測定では、患者は卓上型検査装置の横に座り、マウスピースを口に挿入します。患者は約 1 分間、一連の通常の潮汐呼吸を行います。この潮汐呼吸中に、シャッターが開閉して圧力と容積を測定する一連の急速な中断が発生します。[ 3 ]キャビンレス容積測定で得られた肺容積測定値は、体積容積測定と同等であると考えられています。[ 4 ]
ボイルの法則は、肺内の未知の体積を計算するために使用されます。まず、胸郭の体積の変化を計算します。箱の初期圧力にその体積を掛けたものは、膨張後の既知の圧力に未知の新しい体積を掛けたものと等しいと考えられます。新しい体積が見つかると、元の体積から新しい体積を引いたものが、箱内の体積の変化であり、胸郭内の体積の変化でもあります。この情報を使用して、ボイルの法則を再度使用して、胸郭内のガスの元の体積を決定します。初期体積(未知)に初期圧力を掛けたものは、最終体積に最終圧力を掛けたものと等しくなります。この原理から、機能的残気量は、体積と圧力の変化の関数として次のように表されることが示されます[ 5 ] 。
肺が満たされた状態と空になった状態の差は、疾患や気道閉塞の評価に利用できます。閉塞性疾患では、一部の気道が正常に空にならないため、機能的残気量(FRC)が増加します。一方、拘束性疾患では、FRCが減少します。体積プレチスモグラフィーは、気管支樹と交通していない気腔を持つ患者に特に適しています。このような患者では、ヘリウム希釈法では実際よりも低い値が出てしまいます。
体積プレチスモグラフで計算できるもう 1 つの重要なパラメータは気道抵抗です。吸気時には胸郭が拡張し、ボックス内の圧力が上昇します。いわゆる抵抗ループ (キャビン圧力と流量) を観察することで、疾患を容易に認識できます。抵抗ループが平面になると、肺のコンプライアンスが悪いことを示します。例えば、 COPD は、対応する抵抗ループの独特な形状により容易に発見できます。[ 5 ]
容積脈波計装置の中には、腕、脚、その他の四肢に装着して循環能力を測定するものもある。水容積脈波計では、腕などの四肢を水で満たされたチャンバーに閉じ込め、容積の変化を検出する。空気容積脈波計は同様の原理を用いるが、空気で満たされた長いカフを使用するため、より便利だが精度は劣る。もう1つの実用的な装置は、水銀が充填された歪みゲージで、例えばふくらはぎの中央部などの四肢の周囲を連続的に測定する。 インピーダンス容積脈波計は、これらの身体部位の 静脈血栓症を検出するために使用される非侵襲的な方法である。前腕容積脈波計は、内皮機能障害の評価において血流依存性血管拡張反応に取って代わった。[ 6 ]
もう一つの一般的な容積脈波計は陰茎容積脈波計です。この装置は陰茎の血流の変化を測定するために使用されます。一部の研究者はこの装置を性的興奮や性的指向の評価に使用していますが、陰茎容積脈波計を検討した裁判所は一般的に、この技術は法廷で使用するには十分な信頼性がないと判断しています。[ 7 ]陰茎容積脈波計の女性版としては、膣光電容積脈波計があり、これは膣内の血流を光学的に測定します。[ 8 ]
容積脈波測定法は、呼吸を研究するための基礎研究および前臨床研究において広く用いられている手法である。いくつかの手法が用いられる。
全身プレチスモグラフィーは、意識があり拘束されていない被験者の呼吸パラメータを測定するために使用され、気管支収縮の定量化も含まれます。
標準的な容積脈波計のサイズは、マウス、ラット、モルモットの研究用です。ご要望に応じて、ウサギ、イヌ、ブタ、霊長類などの他の動物向けに、より大型の容積脈波計を製造することも可能です。
容積脈波計は2つのチャンバーからなり、それぞれにニューモタコグラフが取り付けられている。被験者は一方のチャンバー(被験者チャンバー)に配置され、もう一方のチャンバーは空のまま(参照チャンバー)に保たれる。
圧力変化は、一方のポートが被験チャンバーに、もう一方のポートが基準チャンバーに露出している差圧トランスデューサによって測定される。[ 9 ]
二室式容積脈波計(DCP)は、意識のある拘束された被験者の気道抵抗や気道コンダクタンスなどの呼吸パラメータを測定する装置です。マウス、ラット、モルモットなど、様々な動物を対象とするために、異なるサイズの容積脈波計が存在します。
ヘッドアウト構成は、ヘッドチャンバーがない点を除いて、上記で説明した標準構成と同一です。
もちろん、胴体内部の気密性を保つため、首輪のシールは引き続き装着されます。胸部信号のみで、特定気道抵抗(SRaw)と特定気道コンダクタンス(Sgaw)を除くすべてのパラメータを取得できます。
麻酔下容積脈波測定法では、被験者が麻酔されているため、肺抵抗と動的コンプライアンスが直接測定される。
鎮静の程度に応じて、被験者は自発呼吸(SB構成)または人工呼吸器による換気(MV構成)を受ける。コンプライアンスと抵抗を計算するには、流量信号と圧力信号が必要となる。
脳静脈血流は、慢性脳脊髄静脈不全と多発性硬化症との関連性を確立するために最近研究されている。小規模な研究であるため結論を出すには十分ではないが、何らかの関連性が示されている。[ 10 ]
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