新しい人工呼吸モードの概念と基本設計

　ASVはHamilton社のGalileoやG5、S1に搭載された換気モードで、患者の状態に追従して自動的に換気設定を変化させていく概念が提唱されている。患者の肺メカニクスを呼吸毎に計測して理想的な目標換気回数(target rate)を決定し、次に目標分時換気量(target volume)をこれで除して目標一回換気量(target tidal volume)を決定する。最少の呼吸仕事量と最少の強制を、換気能力の大小に関わらず、あらゆる患者に滑らかに提供するのを目的とする。理論的バックボーンとして、Otisの式(制御理論のところで後述する)が重要な役割を果たす。この式によって患者の呼吸仕事量が最少になる目標換気回数（target rate）・目標一回換気量(target tidal volume)を決定している。目標換気を患者に適応する手段として、目標分時換気量(target volume)を指標にしたHamilton方式のMMVが用いられている。

　理想体重とは患者の実際の体重ではなく、患者のあるべき体重を意味する。理想体重を入力すると、自動的に目標分時換気量（target volume）、気道死腔、そしてそれに基づいて、制御用のパラメーターが自動的に設定される。したがって理想体重の設定は重要なファクターでありわかりやすい指標である。しかし内部処理では、理想体重をもとに目標分時換気量を決めているに過ぎない。それならば直接的に目標分時換気量を設定するオプションも選択できる初期設定画面を用意しておくのが合理的であろう。

　ASVの理論的根幹は、呼吸仕事量を最少にする換気回数を決定するOtisの式にある。呼吸仕事量は弾性仕事(肺・胸郭コンプライアンスなどで決まる)と抵抗性仕事(気道抵抗などで決まる)の和である。これが最少になる換気回数が目標換気回数(f-target, target rate)となる。この図を数式化したのが、次のOtisの式: A.B. Otis, W. O. Fenn, and H. Rahn, "Mechanics of breathing in man", J Appl Physiol, vol. 2,pp. 592-607, 1950である。

VDは2.2ml/kg body weightで推定する。しかしf-target（target rate）を決定するにはRCeが未定である。ASVでは、5回のPCVによるテスト換気によってTI, TE, Total Rate, VTinsp., RCexp, V/P(dynamic compliance)のデータを得る。TIは実測吸気時間、TEは実測呼気時間、Total Rateは自発換気回数と強制換気回数の和で総換気回数、VTinsp.は吸気一回換気量、RCeはexpiratory time constantで、呼気一回換気量をピーク呼気ガス流量で割ったもの、V/Pは吸気一回換気量をピーク気道圧で割ったもの、である。Total Rateをfに代入し、他の項目も先行換気での実測値を代入するとf-targetを計算できる。設定分時換気量(0.1LPM/kg ideal body weightで決定する、小児では0.2LPM/kg)に対する％値が%MVであるので、%MV/f-targetがVT-targetとなる。TE=3*RCeを用いるとTI=60/f-target - TEとなる。VT-targetとV/Pを用いると次の換気圧(Pcontrol, Psupport)が決まる。このようにして次の換気を行い、さらにTI, TE, Total Rate, VTinsp., RCexp, V/Pのデータを得る。このようなプロセスを呼吸毎に繰り返すことで最適な換気を提供していく。これらのパラメータには正常範囲が設けてあり、逸脱した場合はLimit値を用いて他のパラメータが適合するまで再計算を繰り返す。

　基本はVolume Support状態であるが、①吸気分時換気量が一定値を下回る（おそらく－10%程度もしくは－1LPM程度と推定される）②無呼吸時間が一定値以上、を認識するとAPVsimvに切り替わる。自発呼吸を認識すると元のVolume Supportに復帰する（復帰条件も公表されていない）。APVsimvでも目標一回換気量を得るために、自発呼吸はPSVで、強制換気はPCVで換気するが、先行換気で得たコンプライアンスに基づいては、PSV圧(Psupport)もしくはPCV圧(Pcontrol)を目標値になるように（AutoFlowやPRVC、VSのように）自動調節して、圧換気方式のまま量換気を達成する。

　EMMVとASVの最大の違いは、前者が分時換気量の下限(lower limit)を強制するのに対して、後者は換気回数と分時換気量の両方の下限を強制する点にある。呼吸仕事量が最低となる「理論的に正しい？換気回数」を患者に強制するアルゴリズムは、PSV圧を不適切に低く設定したEMMVに認められた「浅い頻呼吸」を起こさない。また、SIMV(AutoFlow)でしばしば認める「深くて少ない換気回数」といった現象も惹起しない。しかし、「理論的に正しい？換気回数」は真に患者の望む換気回数であろうか？　このことは、患者の換気能力が弱い段階では問題にならず、むしろ望ましい結果をもたらす。しかし、換気能力がある程度以上であれば、必ず、「理論的に正しい？換気回数」を強制させられる点で、ファイティングを生じる可能性がある。ASVでも、強制に対して患者の自由度をどこまで許容できるかを、医療行為者は任意に設定できない欠点がある。

　%MVを調節する本質的な目的は、患者の疾患により、例え同じ理想体重であっても、要求する分時換気量が異なる病態への対応である。例えば重度熱傷患者の急性期には、分時換気の要求量は上昇している。しかし、これには強制分時換気量の下限を医療行為者が緩和するための機能のみならず、実際には前述の「理論的に正しい？換気回数」を強制することの弊害を緩和する側面もある。経験的には、強制分時換気量の下限を多めに設定しても、患者換気と機械換気の同調性という面では、弊害は少なく、これが原因のファイティングもほとんど認められない。では、なぜASVに（理想体重の設定値を変える方法があるにもかかわらず）%MVの設定が設けてあるかと言えば、Otisの式にしたがいＭＶの目標値を下げるとf-targetも下がり、「理論的に正しい？換気回数」の強制回数も少なくなる効果を狙ってのことである。理論的には、目標分時換気量の下限と目標換気回数の下限を独立して設定できるのが正しいが、設定の煩雑さや設定のための指標の不明確さを考慮すると、これらの設定を%MVの設定１つで済ませるのは合理的かもしれない。しかし、患者の換気能力がある程度以上保たれている場合には、%MVを低下させても患者の分時換気量や換気回数はあまり影響を受けないので、強制換気回数の下限を下げる効果はほとんど期待できない。臨床上は換気能力のある患者にこそ強制換気数を下げる必要を生じる可能性が高いので、これは大きな矛盾である。この手法が正しいかは、今後の臨床評価によって明らかになるだろう。

　EMMVでは過換気と低換気が周期的に繰り返される現象がしばしば観察されるが、EMMVには通常過換気後の無呼吸に対する対策が施されている。もちろんASVでもこうした現象は起こり得る。しかし、原理上ASVでは突然の無呼吸に対して換気回数がすぐには回復しない。この対策として無呼吸バックアップ機能が控えているが、これはあくまでも最終手段である。逆説的に言えば無呼吸バックアップにかからない程度に換気回数が少ない状況は起こりえる。通常状態での患者の換気能力の変動に対する追従性は、特にEMMVと比較した性能は、今後の評価で明らかになるであろう。

　PSVを併用しないEMMVは「沈むか、泳ぐかの状態しかない」と表現されるように、患者は強制換気を回避するために自発呼吸を強いられる、ある意味では、急き立てられるような換気法である。そのため、浅い頻呼吸を行う弊害がしばしば認められ、臨床的に評価されなかった歴史がある。ASVではより補助的なアルゴリズムを持つので、こうした弊害はない。しかし、%MVを下げていくことによって、「過保護すぎていつまでも離脱できない」弊害を排除できる。

　換気能力の有無に関わらず、また、短期間の間に換気能力が変動する患者を含めてあらゆる患者に適応することができるモードである。しかし、COPDの患者では自発呼吸を促進する効果により、平均気道内圧が低下し、結果的にPEEPを下げたのと同様の効果をもたらしPaO2の低下を招く可能性を杞憂する必要がある(かもしれない)。