JP3834337B2 - 麻酔時の呼吸維持装置 - Google Patents

Description

【０００１】
産業上の利用分野
本発明は、麻酔時の患者への通気に関するものである。特に全身麻酔を受けている患者の、肺胞換気、炭酸ガス排出、酸素供給を維持し監視する装置に関するものである。
【０００２】
発明の背景
全身麻酔には、呼吸の不完全状態が伴う。大部分の全身麻酔薬は呼吸の刺激を弱め、それを放置すると、酸素不足と動脈血中の炭酸ガス分圧（ＰａＣＯ₂）の増加を来す。更に全身麻酔薬は呼吸筋肉力を低下させる。これは、クラーレのような麻痺性薬剤には特に顕著であって、患者の一切の呼吸力を失わせる。更に全身麻酔は、肺と胸郭のコンプライアンスを低下させることが示された。これら構造のコンプライアンスの低下により、機械的な換気の手助けが無いときには、適切な換気をつくるために筋肉力を高める必要がある。
【０００３】
麻酔薬は酸素供給効率を妨げるかもしれない幾つかの作用のあることが知られている。全身麻酔には、機能的残気量（ＦＲＣ）、即ち通常呼気の最後に肺内に残るガス量を低下させる。ＦＲＣの低下は、血流（Ｑ）に対する換気（Ｖａ）の局所的低下を惹き起こし、動脈血酸素供給（ＰａＯ₂）を低下させる。低酸素性肺動脈血管縮（ＨＰＶＣ）は、幾つかの麻酔薬によって、活動を弱めることが示された。ＨＰＶＣを弱めることは、血流中の肺臓器の換気不足が強まり、ＰａＯ₂を低下させる。更に陽圧換気を供給する現在の方法は、非従属性の肺領域よりも、従属性肺領域へ一層多量にガス流を供給することが知られた。しかしながら、重力はもっと非従属性の肺領域へ血流を導く。そのため肺の従属性領域に対し、換気低下と血流増加が起こり、Ｖａ／Ｑの低下と相対的動脈低酸素血（低下したＰａＯ₂）を起こす。
【０００４】
全身麻酔は、積極的な対策が施されない限り肺胞換気は不適切となり、炭酸過剰（ＰａＣＯ₂の増加）と動脈血酸素供給の不適切（動脈血酸素不足）が起こりがちである。これら理由により、全身麻酔時には通常は陽圧換気が行われて肺動脈換気を機械的に促進している。更に、吸入酸素濃度の増加がほとんどの場合に行われて、動脈血酸素不足を克服し、全身麻酔効果を得ている。状況に応じて呼気終期陽圧力（ＰＥＥＰ）が機械的換気パターンに加えられ、ＦＲＣを増加させて動脈血酸素供給を改善している。
【０００５】
従来の機械的換気装置によってつくられた陽圧換気には幾つかの望ましくない副作用が伴う。陽圧換気は肺胸郭と横隔膜を物理的に移動させるものである。その結果、頭部、首部、四肢以外のどの手術部分にも、呼吸サイクルの中のかなりの期間望ましくない動きが加えられる。呼気終了から陽圧呼吸の開始までの期間だけ手術部分が静止するのみである。上記した如く、全身麻酔換気装置によって起こされるＶａ／Ｑの両極端が、陽圧換気によって惹き起こされる。Ｖａ／Ｑの増加は、肺胞の死空間を、即ち換気しているが血流のない肺胞を増加させる。Ｖａ／Ｑの低下は、動脈血中の酸素供給効果の低下を起こす。陽圧換気によって血管圧力を増加させると、胸膜腔内圧を上昇させ、静脈流を低下させ、心臓性出力を低下させる。麻酔換気装置による標準陽圧換気を行うとき、麻酔回路からの十分な呼吸ガス流が不足するため、自発的な呼吸運動は起こらない。麻酔換気装置からの標準的陽圧換気は、過度にＣＯ₂を除去し、その結果動脈血のｐＨを上昇させ、よく知られている副作用の呼吸アルカローシスを起こす。
【０００６】
全身麻酔中、呼吸機能を観察することは非常に大切である。呼吸機構の僅かな変化が、気管支収縮、肺の浮腫、気道障害のような呼吸循環システムに関する麻酔にとって重要情報を示すからである。肺のガス交換の変化は、肺胞換気と酸素呼吸の適切さを正確に判断するため観察されねばならない。残念ながら、既存の装置を使った全身麻酔中、陽圧換気を行う標準的な方法では、そのような観察は比較的不正確であり、困難である。
【０００７】
大部分の麻酔換気装置は、気道圧力を過度に上昇させ、二次的に気管と患者の大きな気道に抵抗するような流量で、吸入ガスを供給する。従って、小さな気道抵抗を測ることは極めて困難である。気道抵抗を測るため吸気保持(inspiratory hold)の設定がよく行われる。しかしながら、そのような吸気保持を加えることは平均気道圧力、胸腔内圧力を著しく上昇させ、静脈還流と心臓出力を低下させる結果となる。しかも、吸気保持は手術分野での安定時間をかなり狭めることになる。
【０００８】
従来は呼気終末の炭酸ガス分圧（Ｐ_ETＣＯ₂）は肺胞換気の支障であるとされてきた。理想的には、Ｐ_ETＣＯ₂はＰａＣＯ₂と同等であることだが、これは全部の肺胞に血流があり、肺胞の死空間が存在しない場合にのみ該当する。しかしながら、研究の結果、標準麻酔換気装置に加えられる陽圧換気は、肺胞死空間を増やす傾向にあり、肺胞換気の観察を不正確にすることは繰り返し示している。従って、全身麻酔中、換気の適切さを知るには動脈血を分析し、ＰａＣＯ₂を測ることが必要である。
【０００９】
呼吸サイクルの呼気期間では、既存の機械的換気装置では容器ベローズからの積極的なガス流は許さないようになっている。ベローズからの一切のガス流は、呼吸サイクルの呼気期間では気道圧力を低下させることになる。それ故、換気サイクルの呼気期間では患者が吸気する一切の動作は通気力圧力を低下させることになる。気道圧力のこの低下は、胸腔内圧に望ましくない効果を引き起こす。そして心臓血管機能の顕著な悪化を起こし、二次的に心臓左心室に後負荷を加え、呼吸動作に負担を増やすことになる。この理由で、全身麻酔中は機械的換気装置が使われているときは、自発呼吸は許していない。自発換気は、容器に入れていない麻酔用空気袋が使われている標準麻酔回路の場合にだけ許されている。これに加えて麻酔回路は、自発呼吸の間、連続的な気道陽圧（ＣＰＡＰ）を加えることは、認めていない。従って、呼吸サイクルの呼気期間のときに気道陽圧、即ち呼気終期陽圧（ＰＥＥＰ）を保つ唯一の方法は、患者の呼吸機能の完全な制御を維持することである。これは、気道平均圧力、胸腔内平均圧力の増加と、静脈還流及び心臓出力の著しい低下を惹き起こす。更に、制御された機械的換気の間、通気の平均圧力の上昇は肺の多くの領域で血流（Ｑ）に対する換気（Ｖａ）が著しく上昇することが知られている。Ｖａ／Ｑがこのように上昇することは、生理的な死空間を増やし、望ましくない影響を伴う。
【００１０】
詳しく上述したとおり、全身麻酔を受けている患者には機械式換気装置によって補助が必要なことは、医学の実際において広く知られており認められている。ほとんどの場合、ＣＯ₂吸収剤を備えた半閉鎖システムを用いてこれを行い、麻酔ガスの部分的な再呼吸を許している。また、あるシステムでは十分大きなガス流を用いて麻酔ガスを過度に再呼吸することを防止している。従って、ＣＯ₂吸収剤は必要でない。ＣＯ₂吸収剤が無ければ麻酔ガスの略完全な再呼吸はほとんど出来ない。しかし試みたところ、動脈血ＣＯ₂分圧を許容レベルに維持し、新鮮ガス流入量の少なくとも３倍のレベルの全体換気を行う程度の新鮮ガス流を再呼吸回路中へ用いることにより、動脈ＣＯ₂分圧の制御が維持された。これらシステムに於いて、容積可変の変形可能な容器が、圧縮ガス源からの陽圧の供給と放出によって圧縮と弛緩を交互に行った。通常はこの容器は、伸縮袋(concertina bag)を剛性透明容器内に取り囲んで構成されている。該伸縮袋は、一般的にベローを詰めており、患者への吸入はベロー中で下降し、二次的には剛体容器内部で外部的に圧力を加えることによって構成される。患者からの呼気は、ベローへ流入するガスとなり、ベローを容器内部で上昇させる。陽圧の呼吸気によって与えられるガス容積は、吸気前のシリンダー中でのベローズ高さと、換気サイクルの吸入時期のベローズ移動距離によって決まる。供給体積と吸入圧力を制御する様々な手段が工夫された。それらは、剛性室へ流入する流れの調整、吸気できる時間の調節、ベローズ移動量の機械的な制限が含まれる。
【００１１】
深刻な肺の損傷及び／又は呼吸不調の患者のため、様々な形式の換気装置が開発されてきた。従来の機械式換気技術の中には、機械補助式、間歇強制換気式（ＩＭＶ）、終末呼気陽圧方式（ＰＥＥＰ）、幼児への換気に使われるような高周波数低呼気体積治療がある。米国特許第４７７３４１１号は、呼吸不全の患者に対し連続的に陽圧を気道へ加える装置である。開示された装置は、ＣＰＡＰ圧力レベル以下に下げられた気道圧力の間歇的なサイクルによって、肺胞換気と二酸化炭素の排出促進を達成する。この装置は、不完全な自発呼吸能力を有する患者の換気補助として使われる。
上記した開発にも関わらず、全身麻酔時は、患者の肺胞換気の維持と、二酸化炭素の排出と、酸素供給の維持、及びこれらの組み合わせが出来る装置及びそれに関連した方法の要望がある。
【００１２】
発明の要旨
本発明は、持続性吸息(apneustic)の麻酔換気即ちＡＡＶであって、請求項１に記載の如く、全身麻酔を受けている患者の肺胞換気、ＣＯ₂排出、酸素供給を維持する新規な改良された装置に関するものである。望ましい実施例が、請求項２〜１９に記載されている。「全身麻酔」とは、この明細書においては通常の意味で使われており、手術中の患者に対し麻酔を施すことを含む。ここに例示する如く「患者」は動物界の生物であって、哺乳類、特に人間を含む。そのような患者は換気の機械的な補助を必要とし、又はしないが、状況に応じて自発呼吸が許される。ＡＡＶは呼吸サイクルのほとんどの間、外部から加圧された伸縮袋によって、気道圧力の上昇を維持することによって行われるだろう。伸縮袋へ圧力を加えると、患者の肺は加えられた圧力のレベルによって決まり、ＦＲＣを超える容積に部分的に膨張して保持される。加えられた圧力と、それによって生じる肺容積の増加は上記の通りであるから、肺胞血流に対するインピーダンスはほとんどなく、従って、実質的に肺胞の死空間が増えることはない。よって、通常の状況では、Ｐ_ETＣＯ₂は正確にＰａＣＯ₂を反映している。加えられる気道圧力はこの様であるから、全部の気泡を開く圧力は、それが従属的であるか独立的であるかに関わらず同等である。従って、肺胞空間と肺動脈毛細管との間の酸素交換には妨害はない。肺胞空気と麻酔呼吸回路の間のガス交換は、制約のない自発呼吸によって、又は気道圧力の間歇的な低下によって行われ、十分に満たされた肺胞空間から麻酔呼吸回路へガス流れを起こす。
【００１３】
標準的な半閉麻酔回路は二酸化炭素の全部を確実に吸収することに関係しているから、麻酔ガスの再呼吸は、ＰａＣＯ₂の上昇を起こさせない。
肺胞死空間の相対的な不足により、ＣＯ₂の除去は標準モードの陽圧換気において認められるよりはるかに効率的である。更に、肺胞死空間が相対的に存在しないため、呼気終末のＣＯ₂を測定することにより、動脈血を分析してＰａＣＯ₂を決めることは、僅かな例外を除いて不必要となる。呼吸サイクルの呼気期間では、肺と胸のコンプライアンスは、肺容積の変化量で割ることにより正確に決められるであろう。肺容積の変化は加えられた気道圧力のレベルによって、気道圧力の低下を伴って生じる。加えられた気道圧力は流れのない時に測定され、そして気道圧力が低下しているときの肺容積の変化の判定は流れのない時期に決められているから、呼吸システムのコンプライアンスの決定は、気道抵抗とは独立しており、全身麻酔の際、標準モードの陽圧換気の時に決められるよりもはるかに正確である。
【００１４】
全身麻酔時に患者の自発呼吸を許すことにより、ＡＡＶは胸腔内圧の低下と静脈還流の上昇、及び心臓出力の維持をＡＡＶは許容する。自発換気は全身麻酔時、標準的陽圧換気と較べて肺胞換気の分配を改善する。それ故、Ｖａ／Ｑは一層正常であって、生理学的な死空間が減少するのと同じく、動脈血の酸素供給が改善する。後者の効果は、肺胞換気の一層正確な観察を許し、動脈血分析の必要性を軽減する。患者が自発呼吸をするから、麻痺性薬剤を用いた筋肉弛緩させる必要性は少ない。そして、麻酔の深さを高めることによる呼吸の制御は必要でないから、一層軽いレベルの全身麻酔が使われる。これに加えて、ＡＡＶは連続的な陽圧気道圧力（ＣＰＡＰ）を形成出来るから、ＦＲＣにおける増加が望まれる場合、呼気終期陽圧（ＰＥＥＰ）を供給するための換気制御は必要でない。
【００１５】
持続性吸息麻酔換気装置は幾つかの制御を行う。気道圧力と肺容積が増大している時間を制御する機構があることが望ましい。時間調節によって肺容積と、気道圧力が一層低いレベルで、どれくらいの時間低下するかを決めることが出来るであろう。本発明は、伸縮袋を包囲する容器に十分なガス流が確実に加わるようにするから、患者が必要とする容積、及び圧力の如何なる変化も、気道圧力の最小限の変動で対応することを許容するであろう。装置は、デマンド弁、又は連続流れ装置、又は他のそのような機構を備えることが望ましく、患者の必要に応じて制約のないガス流れを許容する。貯蔵容器システムが設置され、容積変動に対して平坦な圧力で対応するようにする。本発明は、臨床医が呼吸サイクル中にて、圧力と容積レベルを上昇、及び下降調節することが出来る。望ましくは、伸縮袋の吸気、及び呼気枝の両方に配置した、流れ及び／又は容積センサーによって行うことが望ましい。臨床医は流れ／容積センサーからのフィードバック機構によって、肺容積及び／又は気道圧力の望ましい変動を設定する。本発明は、伸縮袋を包囲する剛性容器からガス放出を行う弁を備え、圧力及び、二次的に流れへの顕著な変動を生じることなく、十分低い抵抗でガスの排出を許すことは望ましい。
【００１６】
本発明の目的は、全身麻酔を受けている患者の換気を補助し改良する、新規で改良された装置を提供することである。
本発明の他の目的は、改良された肺胞換気と、ＣＯ₂排出を許容し、全身麻酔の際、制約のない自発呼吸を続けることを許す装置を提供することである。
【００１７】
本発明の他の目的は、換気支持手段を提供することであって、連続的に保持された陽圧の気道圧力が肺容積をＦＲＣ以上に保持し、肺容積をＦＲＣへ規則的に減少させることにより、持続的吸息酸素供給と、肺からの二酸化炭素の除去を生じさせる。
本発明の更なる目的は、全身麻酔時に患者の手術領域の動きを最小にすることである。
本発明の他の目的は、手術の実行を妨げることなく、全身麻酔時に患者の換気を行うための装置を提供することである。
【００１８】
【００１９】
本発明のその他の目的は、以下の説明から一層明らかとなるであろう。
【００２０】
【図面の簡単な説明】
図１は、従来の伸縮袋の部分的な概略説明図である。
図２は、図１の従来の伸縮袋を使用したときの気道圧力対時間を表すグラフである。
図３は、本発明の実施例における持続的吸息麻酔換気装置の部分的概略図である。
図４は、呼吸ガス源と全身麻酔中の患者の間に配置された本発明の換気装置の部分的概略説明図である。
図５は、本発明にかかる持続性吸息麻酔換気装置を使用した時の気道圧力と時間を表すグラフである。
図６は、本発明にかかる持続性吸息麻酔換気装置を使用した時の気道体積と時間を表すグラフである。
【００２１】
望ましい実施例の説明
図１において、従来の伸縮袋（１）が剛性透明容器の内部に収容され、密封されている。伸縮袋へ流入出する吸息性と呼息性流れは、夫々吸息ポート（８）と呼息ポート（９）とに設けた一方向弁（３）及び（４）によって夫々導かれる。伸縮袋（１）の運動と体積（５）は、吸気弁（６）と透明容器（２）内の圧力を略大気圧に戻す呼気弁（７）とを介して、剛性外容器の間歇的な加圧（■Ｐ）によって決められる。麻酔換気装置制御部（１０）は、剛体容器に流入するガスの流量と、容器へのガス流れ時間と、流れの停止から次の呼吸の流れの開始までの時間を制御する。気道圧力の上昇を制限するため圧力制限が加えられる。呼気時間と同様吸気時間が設定され呼吸率を決める。流れセンサー（１１）（１２）が、伸縮袋の吸気ポート（８）と呼気ポート（９）へ配置される。
【００２２】
図１の従来装置を使用した気道圧力パターンが図２に示されている。換気制御部（１０）は一定圧力発生機であって、これは伸縮袋（１）を加圧し、これによって流れを減速し、斜めの気道圧力（Ｐａｗ）パターン（２１）をつくり、これは所定時間、体積、又は圧力の時に呼気（２２）へ切り替わる。呼気弁の流れ抵抗は、肺が呼吸サイクルにおいて空になるようにＰａｗを減少させ、流れを減速して傾いた圧力パターン（２３）をつくる。呼気抵抗がなければ、呼気Ｐａｗ（２４）は大気圧である。時間終期のある吸気流れが、肺容積が増加するにつれて吸気Ｐａｗの上昇（２５）を形成する。そして、気道抵抗が吸気保持の時のＰａｗよりも高いピークＰａｗ（２６）をつくり、吸気流れの少ない、又は無い期間、台地状のＰａｗ（２７）を形成する。呼気（２８）は、台地状Ｐａｗ（２７）と同様であって、呼気時間（２９）は通常呼気Ｐａｗ（２４）よりも短い。後者のパターンが従来の麻酔換気技術では最も一般的であり、吸気時間と平均気道圧力に著しい増加をつくっている。各パターンの平均気道圧力は、図２に波線で示している。
【００２３】
図３に示される本発明の実施例では、持続性吸息麻酔換気装置（３０）は、剛性透明容器（３２）の内部に貯蔵用ベローズ、又は伸縮袋（３１）を収容している。ガスは符号（３３）、（３４）で示される、一方向弁の吸気ポート（３８）、呼気ポート（３９）を夫々通って、伸縮袋（３１）から麻酔呼吸回路へ流出し、又呼吸回路から伸縮袋（３１）へ流入する。換気装置（３０）は、麻酔時に使われる従来の換気装置に代わって使用される。
【００２４】
図２に示される通り、換気装置（３０）は、麻酔ガス供給システム（４６）と、手術を受けている患者（４７）の気道との間に、流れの流通が可能に接続される。麻酔ガス供給システム（４６）は任意の適当な形式が使用され、従来の閉システム、及び半閉サイクルの使用に、吸収システム、又はMapleson-Dシステムのような半閉システムが含まれる。換気装置（３０）は、患者（４７）の気道へマスク（４８）、缶、又は喉頭部マスク気道（ＬＭＡ）の様な任意の適当な手段によって接続される。
【００２５】
肺の容積変化は、図３に示されるベローズ（３１）の変位量によって決まる体積（３５）で定量化される。ＡＡＶ制御部（４０）は、弁（３６）を通るガス流れによって、缶（３２）を加圧することにより、又は弁（３７）を通って負圧を加えることにより缶（３２）を減圧することにより、又は呼気弁（３４）を介してガスがベローズ（３１）へ流入し、陽圧を加えることによって制御する。ＡＡＶ制御部（４０）は、ＣＰＡＰレベル、ＣＰＡＰ時間、流量、■Ｐ又は放出圧力、及び放出時間を制御する。手動調節式タイマーを含む任意の適当なタイマーが、ＣＰＡＰと放出時間の制御に使われる。任意の適当な可変圧力源がＣＰＡＰ流量放出圧力レベルの制御に使用され、例えば手動調節式圧力源が使われる。圧力センサー（４３）がシステムの圧力レベルを確認のために使用される。システムのサイクル時間は、ＣＰＡＰ時間、放出時間を加算したものと同等である。ＡＡＶ制御部（４０）によって実現された呼吸率は、サイクル時間を６０秒で割り算したものと同じである。
【００２６】
患者に供給された呼吸ガスの体積は、患者の肺の機能的残気量以上のレベルに制御される。望ましくは、呼吸ガスの体積はＦＲＣよりも３〜６ml/kg多くする。流れセンサー（４１）（４２）が、流入、流出路（３８）（３９）へ夫々配置される。ＡＡＶ制御部（４０）によるガス流制御によって、透明容器（３２）中において圧力（■Ｐ）が伸縮袋（３１）に関してつくられる。患者の肺からの流入出するガスによって生じる伸縮袋の体積変化（■Ｖ）は、ＡＡＶ制御部（４０）と患者自身の呼吸努力によって生じた圧力変化（■Ｐ）によって決まる。
【００２７】
図３に示すとおり、■Ｖ２は患者自身の自発呼吸によって吸入、及び排出したガス体積を表し、気道圧力の如何なる主な変化にも関係していない。弁（３３）（３４）は、ガスの吸入排出流れに対し、何等かの抵抗が加わることを防止する十分な寸法と形状であることが望ましい。ガス流れを判定し、■Ｖ１と■Ｖ２の計算が出来るようにするため、伸縮袋（３１）への流入出の出口部（３８）と両方に流れセンサー（４１）（４２）を配置することが望ましい。コンプライアンス（■Ｖ１／■Ｐ）の計算を行うため、アネロイド圧力計のような圧力測定器（４３）が呼吸回路の一部として含まれ、流れ検出器の一体的な部分となることが望ましい。Ｐ_ETＣＯ₂を測定するため、患者の呼吸回路の呼気枝部（３９）へ呼気終期の二酸化炭素センサー（４５）が配置される。
【００２８】
ＡＡＶ制御部（４０）は、ベローズの位置を保持するために必要なガス量と、印加圧力を計算し、これによって必要な場合、患者の気道圧力と肺体積を制御する。ＡＡＶ制御部（４０）には、タイミング機構が含まれており、上昇した気道圧力の印加期間と、気道圧力の減圧期間と気道圧力のレベルと気道圧力の減圧レベルを決定する。図４に示されるとおり、患者が呼吸したガスの制御は、患者の呼吸回路（３８）（３９）が接続されている通常の麻酔機（４６）によって決められる。
【００２９】
図５に示されるとおり、持続性吸息換気は肺容積の増加と大気圧（５１）以上の気道圧力によって形成される。気道圧力パターンの僅かの下向き変動（５２）と、上向き変動（５３）は自発的な吸気と呼気を示す。このような変動は、吸気（３８）と呼気（３９）の両方の弁機能によって流れ抵抗を制限することにより最小にする。ベローズ（３１）から引き出されるガス量は図３の■Ｖ２である。ＡＡＶ制御部（４０）の圧力放出によって決められたとおり、剛性透明容器（３２）内にて伸縮袋（３１）を包囲する空間の減圧により、気道圧力（５４）の顕著な低下がつくられる。このような減圧によって、図３に示される■Ｖ１に相当する量のガスが、患者の肺から麻酔呼吸回路へ流出する。約１乃至１.５秒間の低圧（５５）の後、伸縮袋を包囲する空間の再加圧により圧力（５６）が再び加えられ、肺体積をＦＲＣ以上に再び設定する。平均気道圧力が図５の波線で示される。図５に示される気道圧力のピークは、図２に示される気道圧力のピークより低い。
【００３０】
実施例
本発明のＡＡＶ装置を使った手術は、下記の様に研究された。鎮静剤が投与されていないＡＳＡの身体状態にある患者Ｉ及びIIは、全身麻酔、腹腔内の手術、血圧をモニターするためのカテーテル動脈内注射が予定され、同意を認可する検査局協会（Institutional Review Board）に署名した。心臓血管の機能が不規則、又は、厳しい閉塞性肺病の患者は、本研究から除外された。胸郭リードは、ＥＥＧモニターへ結びつけられ、心拍速度は、電子工学的装置で決定された。プローブは、指先に配置され、酸素飽和（ＳｐＯ₂）を決定するための脈拍酸素濃度計へ連結された。
【００３１】
麻酔及び神経遮断は、プロポフォル（propofol）（１Kg中１〜２mgのIV）又はチオペンタル（１Kg中２〜５mgのIV）及び塩化スクシニル（１Kg中１.５mg）で誘発されて、患者は、口腔気管に挿管された。麻酔及び神経遮断は、イソフルラン、亜鉛化窒素と酸素、及びベクロニウム（vecuronium）で維持された。適当な時に、静脈注射で麻酔剤が投与された。患者は、従来のＣＭＶで人工呼吸が施されたが、これは、３０〜３５mmHgの範囲のＰ_ETＣＯ₂を生成するのに足りる呼吸率（ＲＲ）及びＶＴを１Kg中８〜１０mLの範囲で用いて行われた。吸い込まれた酸素濃度は、ＳｐＯ₂を少なくとも９０％に維持するように調節された。温度をモニターするために、サーミスターが食道へ配置された。カテーテルは、橈骨動脈へ配置されて、血圧を決定し、ｐＨａ、ＰａＣＯ₂、ＰａＯ₂、ヘモグロビン濃度及び酸素ヘモグロビン飽和（ＳａＯ₂）の分析をするための血液のサンプリングをした。pneumotachographは、気管へ結びつけ、肺機能コンピュータ（BICORE，Irvine，CA）へ連結されてＶＴ、ＲＲ、精密な換気（ＶＥ）及び最大と平均の気道圧力（Ｐａｗ）を決定した。ガス及び麻酔の蒸気を測るためのサンプル用管（Ultima，Datex Instrumrntation，Helsinki，FN）が、pneumotachと麻酔吸入回路との間に配置され、ＦｌＯ₂、Ｐ_EＴＣＯ₂、イソフルランと亜鉛化窒素の呼気終末濃度、及び麻酔薬剤吸入の最小肺胞濃度（ＭＡＣ）を決定した。換気の有効性は、ＰａＣＯ₂・ＶＥ^-1として適切であった。
【００３２】
基本的なデータは、心拍速度、平均の動脈血圧及びＭＡＣが３０分間無変化のままであった後に、集められた。患者は、任意に指定されて、２０分のＣＭＶ（基準と同様の特性を用いた）及び本発明のＡＡＶ試験を交互に受けた。ＡＡＶ試験の間、呼吸率は、基本的な試験の間のものと同じであった。ＡＡＶ試験中の呼気量は、滴定してＰ_EＴＣＯ₂を２〜３mmHg生成した。これは、基本的なＣＭＶ試験中に観察された値より大きかった。図３に示す様に、ＡＡＶには、改善された麻酔換気装置を具えられた。
【００３３】
データは、±１ＳＤに要約できた。治療効果（治療期間相互作用）の持ち越しは、２つの治療結果の差異（平均±１ＳＤ）を比較することによって評価された。個々の観察用である学生のｔ検定は、２つの治療結果の差異（平均±１ＳＤ）を比較することに用いられた。ここでは、著しい治療期間相互作用は存在しなかった。従って、データは、対観察（両側）のために学生のｔ検定を用いて、統計的に比較された。ＡＡＶ及びＣＭＶの交互試験中に獲得されたデータは、比較された。
【００３４】
６２±１５歳で体重８８±２６Kgの患者（女性１１人、男性９人）２０人は、同様な麻酔看護及び手術処置を受けた。イソフルラン（１.１±０.３）、ＭＡＣ（１.５±０.２）、身体温度（３５.７±０.５℃）の呼気終末濃度及びヘモグロビン濃度（１０.８±１.５gm/dL）は、本研究を通して同様であって、試験中のデータは、まとめて、要約した。表１に示すように、本研究を通して、心臓血管の機能において差異はなかった。

データは、平均±１ＳＤに要約できて、試験間の比較は、学生のｔ検定を用いて行われた。ＨＲ＝心拍速度、ＳＡＰ＝収縮期動脈圧、ＤＡＰ＝心臓弛緩期の動脈圧及びＭＡＰ＝平均動脈圧。
【００３５】
表２に示すように、最大気道圧力は、患者がＣＭＶを受けた時よりもＡＡＶで換気された時の方が小さかった。

データは、平均±１ＳＤに要約できて、試験間の比較は、学生のｔ検定（ＣＭＶと比べて、p*＜0.01）を用いて行われた。最大Ｐａｗ＝最大エアーウエイ圧力、平均Ｐａｗ＝平均エアーウエイ圧力、ＶＴ＝呼気量、ＲＲ＝呼吸率及びＶＥ＝精密な換気。
ＡＡＶの間、最大エアーウエイ圧力は、どの患者においても１８cmＨ₂Ｏを越えず、患者６人においてＣＭＶの最中に観察された二分の一以下であった。平均エアーウエイ圧力は、患者がＡＡＶをもって呼吸した場合が大きいが、不都合な心臓血管の結果は、一切存在しなかった。
【００３６】
呼吸率は、設計により同様であったが、比較に値するＰａＣＯ₂は、ＡＡＶ中の呼気量がＣＭＶ中と比べると少ないという結果を得た。従って、本発明のＡＡＶは、表３に示すように、換気の有効性を改善し、ＰａＣＯ₂・ＶＥ^-1の様に定量化した。

データは、平均±１ＳＤに要約できて、試験間の比較は、学生のｔ検定（ＣＭＶと比べて、p*＜0.01）を用いて行われた。ｐＨａ＝動脈血ｐＨ、ＰａＯ₂＝動脈血中の酸素の分圧、ＳａＯ₂＝動脈血酸素ヘモグロビン飽和、Ｐ_(a-ET)ＣＯ₂＝動脈血中の負呼気終末ガス二酸化炭素分圧、及びＰａＣＯ₂/ＶＥ＝ＰａＣＯ₂と精密な換気。
【００３７】
ＦｌＯ₂において差異は無く、動脈血ガス蒸気圧、ｐＨａ及び酸素ヘモグロビン飽和は、本研究を通して変化しなかった。Ｐ_(a-ET)ＣＯ₂は常時、ＡＡＶ（1.5±0.9mmHg）の間ではＣＭＶ（5.1±2.3mmHg）（p＜0.0001）の間より低く、決して３.５mmHgより大きくはならなかった。ＣＭＶの間では、Ｐ_(a-ET)ＣＯ₂は、３.０mmHgの少なさから９.５mmHg程の多さの範囲であった。
【００３８】
ＰａＣＯ₂によって反映されるものと同様の肺胞換気を得るために要求される精密な換気は、患者がＣＭＶよりもＡＡＶで換気される場合に低かった。ＡＡＶ中の低精密換気は、呼気量が低いからであった。つまり、解剖組織上の死腔は、ほとんど不変であった。それ故に、比較に値するＰａＣＯ₂及びあまり精密でない換気をした限られたＰ_(a-ET)ＣＯ₂は、明白にＡＡＶ中の肺胞死腔換気を減じた。肺胞死腔換気は、患者がＡＡＶで換気された時に低かったので、Ｐ_ETＣＯ₂は、ＡＡＶ中ではＣＭＶ中より更に正確にＰａＣＯ₂を反映した。肺胞死腔換気がＡＡＶ中で低いという意見は、ＡＡＶ中にて最大気道圧力が顕著に低いことに依るものであろう。平均気道圧力は、ＡＡＶ中において大きいが、明白な不都合である心臓血管の結果は皆無であった。
【００３９】
機能的残気量は、仰向けの患者に全身麻酔を導入した後に、約１５％〜１８％が減少されることは知られている。ＨＲＣの減少は、麻酔の導入の直後に開始するが、進行性ではない。この効果は、麻酔技術間では同様であり、筋肉麻痺と関係がない。ＦＲＣの減少の基礎をなす機能は、不確かである。アテレクターゼは、腹腔及び／又は胸郭の血液量を増加する、呼息の活動を増加又は呼気の筋肉の活動を減少する、肺の弾性反動を増加又は胸郭壁の外側へのはね返りを減少する、又は、これらのどの様な組み合わせも、ＦＲＣの減少を助けるであろう。
【００４０】
休止状態の肺量における減少は、損なわれた肺機能、左右に血液の肺内短絡を作ること、及び換気と血流の不適当な組み合わせを含む、多くの不都合な生理学的結果に関係付けられる。機能的残気量は、連続的な陽気道圧の適応で、普通に近い状態に回復されるであろう。ＣＰＡＰに影響されたＦＲＣにおける変化（Δ）は、下記の方法で概算される。
ΔＦＲＣ＝ＣＰＡＰ×ＣＬＴ
前記式において、ＣＬＴ＝肺・胸腔コンプライアンスである。ＣＰＡＰの周期的な開放は肺量を低下し、ＣＰＡＰの回復は肺量を増加するので、肺胞の換気及び二酸化炭素の排出を提供する。
【００４１】
基本的に、ＡＡＶが陽圧力換気の他の方法と異なる点は、自発的な換気が不十分である場合に、肺胞の換気を促進及び休止状態の肺量を増加するように設計されたＣＰＡＰシステムにある。ＡＡＶによって影響を受けたＶＴは、開放時間、開放圧及び肺・胸腔コンプライアンスを含む幾つかの要素によって決定される。圧力開放の時に、ガスが肺から出るために必要とされる時間は、ガス流に対する抵抗及びＣＬＴによって決定される。これらの変化による産出物は、呼気に対する時間定数である。開放時間が３時間定数を超える限り、ＶＴは、開放圧及びＣＬＴの産出物として反映されるであろう。
【００４２】
機械的な換気をする間に、平均気道圧における上昇は、心臓血管の機能を低下するかも知れない。脈管内量（intravascular volume）が小さい又は心筋機能が弱い患者は特に、陽圧力換気と関係した不都合な血行力学の続発症に感染しやすい。平均通気圧は、患者が、ＣＭＶと比べて、ＡＡＶで呼吸する場合の方が高かったが、明白な血行力学の結果は無かった。
【００４３】
ＡＡＶ中の機械的な換気は、肺機能を最大限に利用するために、滴定されたＣＰＡＰのレベルから、通気圧を減じることによって達成され、最大通気圧は、ＣＰＡＰのレベルを越えない。最大通気圧は、患者がＣＭＶで呼吸するときよりも、ＡＡＶ中の患者に於いての方が常時低い。理論上は、換気によって引き起こされる肺の損傷は、最大気道圧力が肺機能を最大限に利用するために必要な圧力レベルを超えない場合に、低いはずである。
【００４４】
ＡＡＶ中のＰ_(a-ET)ＣＯ₂は、自発的に呼吸する患者において観察されるものと同様であった。自発的呼吸の場合、吸い込まれたガスは、従属している肺領域にある比較的よく血流がある肺胞へ殆どが分配されて、吐き出し終末ガスは、かなり肺胞ガスに似る。しかしながら、麻酔、麻痺、及び機械的に換気された患者においては、吸い込まれたガスは、非従属肺単位にて不完全に血流或いは還流しない肺胞へ分配されることが望ましく、吐き出し終末ガスは、肺死腔を顕著に表す。自発的な呼吸中、Ｐ_(a-ET)ＣＯ₂は、１〜３mmHgの範囲であってよい。ＣＭＶの間、Ｐ_(a-ET)ＣＯ₂は、１２mmHgを越えるかも知れないが、６mmHg以下であることは滅多にない。吸息が、ＦＲＣ以下の肺量から起こる場合、血流に比例して吸い込まれた空気の悪分布は強調された。従って、死腔換気は、特に休止状態の肺量が減少された場合、ＣＭＶの期間中は一層大きく、これは、全身麻酔を採用した後の状態である。改善された換気の有効性は、ＡＡＶ中対ＣＭＶ中の増加したＰａＣＯ₂・ＶＥ^-1によって明らかであり、死腔換気は、患者がＡＡＶで呼吸した場合に減少されたことを示す。ＡＡＶ中に最大気道圧力が低いことは、非従属肺領域における死腔換気が低いことを表す。
【００４５】
患者は、連続的な神経筋肉遮断を受けたので、ＣＭＶ及びＡＡＶの両方は、完全な肺換気の支援を供給した。神経遮断を要求しない手術中における自発的な呼吸の有効性は、ＣＰＡＰでＦＲＣを回復することによって改善されるであろう。ＡＡＶを適用して、全身麻酔の間にeucapniaを維持出来ない患者へ、自発的な呼吸をする部分的に機械的な支持を与えることは、ＣＭＶに対して幾つかの利点がある。これには、低平均胸郭内（肋腹）圧力、促進された静脈回復と改善された心臓血管の機能、及び吸い込まれたガス流の分散が良いことによって換気・血流の整合が改善されること、とを含む。
【００４６】
本発明は、従来のＣＭＶ技術と比較して、著しく低い最大気道圧で全身麻酔を受ける患者へ、更に有効な換気を与える。換気の有効性が改善されたことによって、必要とされる精密な換気を減じて、呼気量及び／又は呼吸率を許容して、肺の膨張頻度又は規模をそれぞれ減少する。従って、腹腔内手術中の技術条件において、呼吸運動及び改善の可能性が少ない。本発明の装置の使用中、Ｐ_(a-ET)ＣＯ₂は、自発的に呼吸する間に観察される値に近づき、従来の技術を使用する時よりも、Ｐ_ETＣＯ₂を正確に換気をモニターする。
【００４７】
本発明の特定な実施例をここに説明してきたが、後述の請求の範囲で説明する領域から離れることなく、種々な変化、変更及び適応が行われてもよい、と理解されるべきである。

Claims (19)

1. 患者に呼吸ガスを提供する供給手段と、
   患者の機能的残気量以上の体積で、患者に対し呼吸ガスを供給するとともに、患者から二酸化炭素含有ガスの排出を促進するため、患者に供給される呼吸ガスの圧力を規則的に低下させる制御手段と、
   患者の肺内の呼吸ガス体積が、患者の機能的残気量以上の期間、患者の肺容積を変化させて、患者の自発的呼吸を許容するための自発的呼吸手段とを含む、呼吸装置に於いて、
   患者に供給される呼吸ガス容積を、規則的にほぼ患者の機能的残気量のレベルに低下させる手段を具備したことを特徴とする、全身麻酔時、患者に呼吸ガスを供給する装置。
2. 内部空間を有しており、ガスの流通が可能に患者の気道と接続されたベローズを更に含み、患者に供給される呼吸ガスの体積を制御する、請求項１の装置。
3. ベローズの内容積は、ベローズの外表面に加えられる制御圧力によって変化する、請求項２の装置。
4. ベローズの外表面に加えられる圧力は、患者の気道圧力の連続的陽圧に略等しい、請求項３の装置。
5. ベローズの外表面に加えられる圧力は、患者の気道圧力の連続的な陽圧以下である略大気圧へ規則的に下げられる、請求項４の装置。
6. 患者に供給される呼吸ガスは、患者の機能的残気量に略同じレベルへ規則的に下げる手段を更に含んでいる、請求項１の装置。
7. 呼吸ガスの体積を患者の機能的残気量の略同じレベルへ所定時間保持する手段を更に含んでいる、請求項６の装置。
8. 呼吸ガス体積を規則的に下げる手段は、略等時間間隔に体積を下げる手段を含んでいる、請求項７の装置。
9. 患者に供給される呼吸ガス圧力を制御する手段を更に含み、略連続的な陽圧の気道圧力を形成する、請求項１の装置。
10. 患者に供給される呼吸ガスの圧力を制御する手段は、規則的に略大気圧のレベルへ低下させる手段を含んでいる、請求項９の装置。
11. 呼吸ガスの低下した圧力レベルを所定時間保持する手段を更に含んでいる、請求項１０の装置。
12. 呼吸ガス圧力を規則的に下げる手段は、略等時間間隔で圧力を下げる手段を含んでいる、請求項１１の装置。
13. 患者に供給された呼吸ガス体積を測る手段を更に備えている、請求項１の装置。
14. 患者に供給された呼吸ガス流れ、及び患者から排出されたガスの流れを検出する手段を更に含んでいる、請求項１の装置。
15. 患者から排出される呼気終期の二酸化炭素を検出する手段を更に含んでいる、請求項１の装置。
16. 患者に供給される呼吸ガス圧力を検出する手段を更に含んでいる、請求項１の装置。
17. 供給手段は、半閉塞麻酔ガス供給システムを含んでいる、請求項１の装置。
18. 半閉塞麻酔ガス供給システムは、ＣＯ₂吸収システムを含む、請求項１７の装置。
19. 供給手段は、閉鎖麻酔ガス供給システムを含む、請求項１の装置。

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