スパイロメーター

スパイロメーター
スパイロメーター検査
目的	肺から吸い込んだ空気の量と吐き出した空気の量を測定する

スパイロメーターは、肺に吸い込まれた空気の量と吐き出された空気の量を測定する装置です。スパイロメーターは、肺に出入りする空気の動きである換気を測定します。スパイログラムは、閉塞性と拘束性の 2 種類の異常な換気パターンを識別します。スパイロメーターにはさまざまな種類があり、さまざまな測定方法 (圧力トランスデューサー、超音波、水位計) を使用します。

スパイロメーターは、基本的な肺機能検査（PFT）に使用される主な機器です。喘息、気管支炎、肺気腫などの肺疾患は、検査から除外される場合があります。さらに、スパイロメーターは、息切れの原因の発見、肺機能に対する汚染物質の影響の評価、薬の効果、および病気の治療の進行状況の評価によく使用されます。^[1]

• 特定の種類の肺疾患（ COVID-19、気管支炎、肺気腫など）を診断する
• 息切れの原因を見つける
• 職場での化学物質への曝露が肺機能に影響を与えるかどうかを測定する
• 手術を受ける前に肺機能をチェックする
• 薬の効果を評価する
• 病気の治療の進歩を測定する

肺の容積を測定する最も古い試みは、西暦 129 年から 200 年の間に遡ります。 ローマの医師で哲学者のクラウディウス ガレノスは、人間の換気に関する容積測定実験を行いました。ガレノスは子供に膀胱で呼吸をさせて、容積が変化しないことを発見しました。この実験は決定的なものではありません。

• 1681 年、ジョヴァンニ アルフォンソ ボレッリは、一呼吸で吸い込む空気の量を測定しようとしました。彼は、部分的に水を満たした円筒形のチューブを組み立て、その底に開いた水源を取り付けました。彼は鼻孔を塞ぎ、円筒の上部にある出口から息を吸い込み、水によって押しのけられた空気の量を測定しました。今日、この技術は肺容量のパラメータを決定する上で非常に重要です。

• 1813 年、エドワード ケンティッシュは、肺の容積に対する病気の影響を研究するために、単純な「肺容積計」を使用しました。彼は、逆さまにした目盛り付きのベル ジャーを水中に立て、ベル ジャーの上部にある出口を蛇口で制御しました。空気の容積はパイント単位で測定されました。
• 1831年、チャールズ・サクラはケンティッシュのものと似た「肺活量計」を説明した。彼はこの装置を、下から空気が入る開口部のあるベルジャーとして描写した。圧力補正はなかった。そのため、肺活量計は呼吸量だけでなく、呼吸筋の強さも測定していた。^[2]
• 1845 年、カール フォン ヴィエロルドは、「生理学的生理学的研究」というタイトルの著書の中で、呼気量を正確に測定することへの関心について論じました。彼はまた、「エクスピレーター」を使用して、他のボリュームパラメータの正確な測定も完了しました。彼が説明したパラメーターの一部は、残気量や肺活量など、今日でも使用されています。
• 1846肺活量を測定する水中スパイロメーターは、ジョン・ハッチンソンという外科医によって開発されました。彼は、水中に逆さまに置かれた目盛り付きのベルを発明し、これを使って人が吐き出す空気の量を計測しました。ハッチンソンは、水中スパイロメーターと 4,000 人以上の被験者から得た測定値に関する論文を発表し、^[2]肺活量と身長の直接的な関係、および肺活量と年齢の逆の関係について説明しました。また、肺活量は特定の身長では体重とは関係がないことも示しました。ハッチンソンは、身長が 1 インチ高くなるごとに肺活量が 8 立方インチ増加することを発見したため、肺活量の発明者とみなされています。^[3]また、彼はこの機械を早期死亡率の予測にも使用しました。彼は「肺活量」という用語を作り出し、これはフラミンガム研究によって心臓病の強力な予測であると主張されました。彼は、この機械が生命保険を販売する会社の保険数理予測に使用されるべきだと考えました。^[4]
• 1854 年、M. アルトン ウィントリッヒ博士はハッチンソンのものよりも使いやすい肺活量計を開発しました。彼は 4,000 人の被験者を対象に実験を行い、肺活量に影響を与える 3 つのパラメータ、つまり身長、体重、年齢があるという結論に達しました。彼の実験では、ハッチンソンの研究と同様の結果が得られました。
• 1859年、E.スミスはガス代謝を測定するために携帯型スパイロメーターを開発しました。
• 1866年、ヘンリー・ハイド・ソルター（​​1823-1871）は、空気量を測定しながら時間を記録するために、スパイロメーターにキモグラフを追加しました。
• 1879 年、ガッド J. は肺容量の変化を記録できる機械について説明した「ニューマトグラフ」と題する論文を発表しました。

• 1902年、ブロディTGは乾式ベローズ式ウェッジスパイロメーターを初めて使用した。
• 1904年 ティソは閉回路式スパイロメーターを発表
• 1939年コンプトンSDはナチスドイツが使用する肺測定器を開発した。
• 1959年ライトBMとマッケローCBがピークフローメーターを発表
• 1969年デュボアABとファン・デ・ウォスティンKPは全身容積脈波計を用いて人間を対象に実験を行った。
• 1974年、キャンベルらは従来のピークフローメーターを改良し、より安価で軽量なバージョンを開発した^[2]

スパイロメーターが提供できる数値精度をもってしても、肺機能の判定は異常と正常を区別することに依存します。肺機能の測定値は、人々のグループ、個人、およびスパイロメーター デバイス内およびグループ間で変化する可能性があります。たとえば、肺活量は時間的に変化し、1 人の人の生涯で増加したり減少したりすることがあります。その結果、「正常」を構成するものについての考えは、変動の原因に関する理解に基づいており、解釈に委ねられる可能性があります。

従来、変動の原因は、年齢、身長、体重、性別、地理的地域 (高度)、人種または民族などの個別のカテゴリで理解されてきました。20 世紀初頭には、肺機能の適切な診断と正確な評価を可能にするために、これらの原因を標準化する世界的な取り組みが行われました。しかし、そのような変動の原因をさらに理解することを目指すのではなく、観察された肺容量の差に対処するための主なアプローチは、それらを「補正する」ことでした。比較人口研究の結果を使用して、属性は経験的に「補正係数」にまとめられます。この数値は、個人にとって正常と見なされるものを定義する個別の「基準値」を形成するために使用されます。これにより、医師は「予測パーセント」と呼ばれるこの予測値からのパーセント偏差を見つけ、ある人の肺機能が異常に悪いか優れているかを判断できます。^[5]

特に、現代のスパイロメーターには「人種補正」や「民族調整」が事実上コンピュータープログラム化されている。スパイロメーターの測定値の解釈には「白人」のほうが肺機能が優れているという先入観が埋め込まれており、この医学的ステレオタイプ化によって強化されているだけである。米国では、スパイロメーターは「黒人」と特定された人に対しては10～15％、「アジア人」と特定された人に対しては4～6％の補正係数を使用している。^[6]

1960年、欧州石炭鉄鋼共同体（ECCS）は初めてスパイロメトリーのガイドラインを推奨しました。^[7]その後、同組織は1971年にスパイロメトリー指数、残気量、全肺気量、機能的残気量などのパラメータの予測値を発表しました。 ^[8]米国胸部学会/欧州呼吸器学会も、人種固有の基準値が利用可能な場合はそれを推奨しています。^[9]現在でも、疾病管理予防センターのウェブサイトにリンクされている国立労働安全衛生研究所のスパイロメトリートレーニングガイドには、「正常な」スパイロメトリーのステップ4で人種補正と人種固有の基準値を使用することが記載されています。^[10]

基準値の使用と変動の原因の個別分類は、人体測定と肺活量の考え方に由来しています。研究では、特に人体測定変数と肺機能パラメータの関係に注目しています。^[11]

これまでのところ、基準値の使用は、人種や民族の社会的分類を考慮に入れていない。多くの場合、判定は主観的であったり、医師によって暗黙のうちに決めつけられたりしている。基準値の使用に関するもう1つの懸念は、誤診である。^[12]これは、戦間期のイギリスにおける炭鉱労働者の補償の管理と制御において重要な要素であった。新しいX線技術が完全に信頼できなかったこの政治的に意味の重い状況では、スパイロメーターは、複雑な補償ネットワークで使用できる数値で呼吸器疾患の確実な証拠を表していた。^[13]

肺活量評価は、生命保険加入者の評価や結核の診断など、医療以外の生活分野にも影響を与えている。^[5]

性別に関しては、いくつかの人口研究では性別による違いはないと示されています。^[11]注目すべきことに、インドでは1929年以来肺活量を評価するのにスパイロメーターが使用されており、男性（21.8 mL/cm）と女性（18 mL/cm）の間に統計的に有意な差が記録されています。^[14]さらに、1990年までに、米国とカナダの両国で肺活量トレーニングプログラムの約半数が人種と民族に合わせて調整されました。^[15]

スパイロメーターは「人種補正」や「民族適応」という概念を広め、黒人は白人よりも肺が弱いことを示唆した。例えば、トーマス・ジェファーソンは、異なる人種間の身体的差異として「肺器官の構造の違い」を挙げ、黒人は「白人よりも暑さに強く、寒さに弱い」と指摘した。^[16]ジェファーソンの理論は、米国南部のプランテーションにおける農業労働に適した黒人の自然な条件についての推測を促した。 ^[17]奴隷制擁護者でプランテーション所有者のサミュエル・カートライトは、スパイロメーターを使用して、黒人は白人よりも酸素を消費しないと主張した。^[18]さらに、ニューオーリンズ医療外科ジャーナルで、人種による呼吸器系の違いとそれが労働に与える影響について述べた人種の「特殊性」を説明した。^[19]

南アフリカの研究でも、人種や階級の違いを論じるためにスパイロメーターが使用された。ユースタス・H・クルーバーはウィットウォータースランド大学で肺活量測定の研究を行い^[20]、貧しい白人は身体的に不健康であるが、それは遺伝ではなく環境問題に起因することを発見した。これらの研究を用いてクルーバーは第二次世界大戦中に南アフリカ科学振興協会で、栄養と身体トレーニングの両方のプログラムを改善すれば、富を生み出し、戦争に勝つのに役立つだろう、なぜならこれらの目的を達成するには彼らの労働が必要だったからである^[21] 。これらの研究で、身体トレーニングが貧しい白人新兵に及ぼす影響についてさらに研究が行われたとき、人種差別とスパイロメーターが再び交差した。肺活量の研究では「貧しい白人は生物学的に健全であり、価値ある市民に変えることができる」ことが示されたが^[22]、南アフリカの黒人の結果については何も言及されなかった。

アメリカと南アフリカ以外にも、1920年代にはインドで人種研究にスパイロメーターが使用されました。研究者らはインド人の肺活量が西洋人よりも小さいことを発見しました。^[23]

多くの人は、現在の基準が十分で正確であるかどうか疑問視しています。^{[24] [25]}多民族社会が発展するにつれて、人種や民族的起源を要素として利用することはますます困難になります。^[26]民族と栄養不足や貧しい国での出生を結び付ける考えは、人々がより豊かな国に移住したり、そのような国で生まれたりするため、無効になります。^[26]

このタイプのスパイロメーターは、他の従来のスパイロメーターに比べて、肺容積の成分をより正確に測定します。測定を行う際、人は狭い空間に閉じ込められます。

このスパイロメーターは、細かいメッシュを挟んだ圧力差を検出することでガスの流量を測定します。このスパイロメーターの利点の1つは、被験者が実験中に新鮮な空気を吸うことができることです。^[27]

電子スパイロメーターは、細かいメッシュや可動部品を必要とせずにチャネル内の気流速度を計算するために開発されました。超音波トランスデューサーなどの技術を使用して気流速度を測定するか、チャネル内の圧力差を測定することで動作します。これらのスパイロメーターは、風車や流量測定用のフローバルブなどの可動部品に関連する運動量と抵抗の誤差を排除することで、より高い精度を実現します。また、完全に使い捨て可能な気流チャネルを可能にすることで、衛生状態も向上します。

このスパイロメーターは、肺機能の改善を促すために特別に設計されています。

この装置は、人の肺がどれだけ空気を排出できるかを測定するのに役立ちます。

このタイプのスパイロメーターは、水を使わずに努力肺活量を測定するために特に使用され、1000 ml から 7000 ml まで幅広い測定範囲があります。従来の水タンクタイプのスパイロメーターよりも持ち運びやすく、軽量です。このスパイロメーターは回転ディスクがあるため、測定中は水平に保持する必要があります。

この機器は肺活量を測定するのに使用されます。2つのシリンダーの間に水が入った二重壁の金属製円筒形のチャンバーを備えています。^[28]

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• ランディ・ブラウン『マシンに人種を吹き込む：プランテーションから遺伝学まで、スパイロメーターの驚くべき経歴』ミネアポリス、ミネソタ州：ミネソタ大学出版局、2014年。