人工呼吸器の基礎②｜換気モードを「2つの軸」で整理する（CMV・A/C・SIMV・CPAP・PS・BIPAP）

人工呼吸器で最初につまずくのが換気モードです。CMV、A/C、SIMV、CPAP……名前が似ているうえ、メーカーごとに呼び方まで違います。しかし、モードは丸暗記するものではありません。「誰が呼吸を始めるか」「何で規定して送るか」の2つの軸で整理すれば、大半のモードは読めるようになります。シリーズ第2回は、この2軸でモードの地図を作ります。

モードを読む2つの軸

• 軸1：誰が呼吸を始めるか——機械が時間で送る「強制換気」／患者の吸気努力をきっかけに機械が送る「補助換気」／患者が自分で吸って自分で止める「自発呼吸」
• 軸2：何で規定して送るか——設定した量を送る「量規定（VCV）」／設定した圧をかける「圧規定（PCV）」

ここで、なぜ「量」と「圧」の両方を同時に保証できないのかを押さえておくと、以降が一気に理解しやすくなります。肺に空気を送るとき、入る量と、かかる圧の関係を決めているのは患者の肺・胸郭の硬さ（コンプライアンス）と気道の通りにくさ（抵抗）です。この条件は刻々と変わります。そのため、量を固定すれば圧が動き、圧を固定すれば量が動く——どちらか一方しか約束できないというのが、換気方式が2つに分かれる理由です。

モードの名前は、この2軸の組み合わせ方につけられたラベルにすぎません。

強制換気が主体のモード——CMVとA/C

CMV（continuous mandatory ventilation：持続的強制換気）

すべての呼吸を機械が強制的に送るモードです。自発呼吸がない（深鎮静・麻酔中など）状態が前提になります。

A/C（assist/control：補助/調節換気）

患者の吸気トリガーがあれば、それをきっかけに設定どおりの換気を送り（補助）、トリガーがなければ設定回数で送ります（調節）。すべての呼吸が同じ量・同じ圧でサポートされるため呼吸仕事量は小さく済みます。

一方で、頻呼吸の患者ではすべての呼吸に「満額」の換気がつくため、過換気に加えてauto-PEEP（内因性PEEP）に注意が必要です。これは、吐き切る前に次の吸気が始まることで肺の中に空気が溜まっていく現象です。溜まった空気は胸腔内の圧を上げ、心臓に戻る血液（静脈還流）を妨げるため、血圧低下として現れることがあります。離床で呼吸数が増えたときに血圧が下がる背景として知っておくと、「なぜ座っただけで血圧が下がったのか」を説明できます。

強制と自発が混ざるモード——SIMV（synchronized intermittent mandatory ventilation：同期式間欠的強制換気）

設定した回数の強制換気を患者の呼吸に同期させて送り、その間の自発呼吸は自発のまま（通常はPSを上乗せ）にするモードです。強制換気の回数を減らしていけば段階的に自発の比重を増やせるため、かつては人工呼吸器離脱（ウィーニング）の主流でした。

現在は離脱をむしろ遅らせる可能性が指摘され、A/CとCPAP＋PS（自発呼吸トライアル）を行き来する方法が主流になりつつあります。理由は、手厚い強制換気と自力の自発呼吸が交互に来るため、呼吸筋にかかる負荷が一定にならないことにあります。休ませすぎと頑張らせすぎが混ざると、呼吸筋の持久力を段階的に鍛える設計がしにくい——リハで負荷量を調整するときの考え方と同じ発想です。

自発呼吸を支えるモード——CPAPとPS

CPAP（continuous positive airway pressure：持続気道陽圧）

一定の陽圧をかけ続けるだけで、呼吸の開始も大きさもすべて患者に委ねるモードです。離脱の最終段階や自発呼吸トライアルで使われます。陽圧をかけ続けることで呼気の終わりにも肺が縮みきらず、機能的残気量（FRC）が保たれるため、つぶれかけた肺胞が開いた状態を維持でき、酸素化が改善します。

PS（pressure support：プレッシャーサポート）

自発呼吸の吸気に、設定した圧を上乗せして補助します。患者が自力で作らねばならない圧を機械が肩代わりするため、PS量は呼吸仕事量を調整する「ノブ」として機能します。CPAP＋PSの組み合わせが自発呼吸を支える定番で、PSを下げていく過程はそのまま呼吸筋の負荷を上げていく過程になります。

自発呼吸トライアル（SBT）の具体的な条件は、日本の3学会合同プロトコル（2015）では「吸入酸素濃度50％以下で、CPAP 5cmH2O以下（PS 5cmH2O以下）またはTピースで30分間（最長2時間）」とされ、開始の目安として「吸入酸素濃度（FiO2）0.5以下かつPEEP 8cmH2O以下でSpO2が90％を超えていること」などが挙げられています。「PSがどこまで下がってきたか」は、離脱がどの段階にあるかを読む手がかりになります。

VCVとPCV——「何で規定するか」の復習

• VCV（volume controlled ventilation：量規定換気）：設定した一回換気量を保証。肺が硬くなると気道内圧が上がる→圧を監視
• PCV（pressure controlled ventilation：圧規定換気）：設定した吸気圧を保証。肺が硬くなると換気量が減る→量を監視

「保証されているものの裏側を監視する」という関係は、どのモードでも共通の見方です。冒頭で触れたとおり、これは機械の都合ではなく患者の肺の状態が変われば必ずどちらかが動くという物理的な事情から来ています。だからこそ、動くほうの数値の変化が病態の変化を教えてくれます。

BIPAP（biphasic positive airway pressure：二相性気道陽圧）——2つのPEEPを行き来する

高圧相と低圧相、2つのレベルのCPAPを時間で切り替え、どちらの相でも自発呼吸ができるモードです。従来の強制換気では、機械の送気中に患者が吸おうとしても「邪魔をする」形になりがちでした。BIPAPはどの時点でも自発呼吸を妨げないため同調性がよく、浅い鎮静で管理しやすいことから集中治療で広く使われています。

※紛らわしい注意点：ここでのBIPAPは挿管患者にも使う換気モードの名前で、マスクで行うNPPVの機器「BiPAP」とは別物です。NPPV側の設定（IPAP/EPAP）は第3回で整理します。

PEEPとEIP——設定画面の残る2項目

• PEEP（positive end-expiratory pressure：呼気終末陽圧）：呼気の終わりにも陽圧を残し、肺胞の虚脱を防いで酸素化を支える。第1回で触れた基本項目
• EIP（end-inspiratory pause：吸気終末プラトー）：送気の終わりに一瞬流れを止めて測るプラトー圧は、肺胞にかかる圧の推定値。肺保護換気ではプラトー圧を30cmH2O以下に保つことが目安とされ、圧損傷リスクの指標になる

プラトー圧が「肺胞にかかる圧」とみなせるのは、空気の流れが止まっている瞬間だからです。空気が流れている間の気道内圧には、気道を通り抜けるための抵抗分が上乗せされています。流れを止めるとその抵抗分が消え、残るのは肺と胸郭を膨らませている圧だけになる——だから最高気道内圧ではなくプラトー圧が肺胞のストレスを反映します。痰が多くて最高気道内圧が高い患者でも、プラトー圧が保たれていれば肺そのものは硬くなっていない、という読み方ができます。

臨床の要点——モードから「自発の自由度」を読む

モードがわかると、「この患者はどこまで自分で呼吸してよい設定なのか」が読めます。第1回で整理した「なぜ人工呼吸器を使っているのか」と重ねると、離床時に何が起こりうるかを事前に予測できます。

• A/Cなど強制主体：機械が主導。運動で呼吸需要が増えても設定は追従しない。頻呼吸・非同調（ファイティング）、そこから続くauto-PEEPと血圧低下までを一連の流れとして予測しておく
• SIMV＋PS／CPAP＋PS：自発の比重が大きい。呼吸仕事量の多くを患者が負っているため、運動負荷はそのまま呼吸筋への負荷として上乗せされる。PS量と実測のRR・VTを見ながら調整する
• 大まかには、強制換気の割合が高いほど「機械の呼吸にリハを合わせる」、自発が多いほど「患者の呼吸をリハで支える」という構図になる

予測が立っていれば、変化が起きたときに慌てず対応できます。設定を読むことは、安全に離床を進めるための準備そのものです。

まとめ

• モードは暗記ではなく、「誰が始めるか×何で規定するか」の2軸で読む
• 量と圧のどちらか一方しか保証できないのは、肺の硬さと気道抵抗が刻々と変わるため。だから動くほうの数値が病態を映す
• A/Cは全呼吸を満額サポート（auto-PEEPと血圧低下に注意）、SIMVは強制と自発のミックス、CPAP＋PSは自発を支える
• BIPAP（モード）とBiPAP（NPPV機器）は別物
• プラトー圧（EIP）は流れが止まった瞬間の圧なので、肺胞のストレスを反映する
• モードを読むことは、離床時に何が起こりうるかを予測し、安全に進めるための準備である

次回（第3回）は、マスクで行うNPPVの設定——IPAP/EPAP・S/Tモード・AVAPS——を整理します。

参考資料

塩見一成『ぜったい必要な知識！人工呼吸器苦手意識克服セミナー』（セミナー講義資料）

日本集中治療医学会・日本呼吸療法医学会・日本クリティカルケア看護学会：人工呼吸器離脱に関する3学会合同プロトコル．2015 [PDF]

日本集中治療医学会早期リハビリテーション検討委員会：集中治療における早期リハビリテーション〜根拠に基づくエキスパートコンセンサス〜．日集中医誌 24(2)：255-303，2017 [全文]

※本記事は一般的な情報提供を目的としており、人工呼吸器の設定・変更は必ず医師の指示および各施設の規定に従ってください。