低酸素血症について

◆低酸素血症とは?

低酸素血症とは、循環している血液中の
酸素が欠乏している状態で、動脈血酸素
分圧の低下を意味しています。
動脈血酸素分圧の基準値は
80~100mmHgです。
80より低い場合を低酸素血症といいます。
呼吸不全の場合は60以下になります。


◆低酸素血症の原因

低酸素血症の原因には肺胞低換気、
拡散障害、換気・血流比の不均等
死腔換気の増加、肺内シャント、貧血等
があります。
上記の病態を引き起こす原因には様々な
疾病等があります。

◎肺胞低換気
肺胞低換気とは肺胞での換気量が異常に
低下することです。
換気量が低下すると、正常なガス交換が行われません。
換気量が低下すると、酸素の量も減少
する為、十分な酸素が血中に取り込まれ
ません。又、血中の二酸化炭素は肺胞へ
拡散し呼気となって体外へ排出されます
が、換気量が少ないと、二酸化炭素を
体外へ運びきれなくなります。その為、
低酸素血症と高二酸化炭素血症に陥り易
くなります。

換気量が異常に増加すると上記とは反対の
病態になります。
酸素の取り込みが多くなり、二酸化炭素の
排出が多くなります。
血中の酸素分圧は上昇(又は正常範囲)し
二酸化炭素分圧は低下します。
血液はアルカリ性に傾きます。
過換気症候群などに見られます。


◎拡散障害
肺胞内の酸素が毛細血管内に取り込まれ
る迄の過程に、何らかの障害があると、
酸素が血中に拡散し難くなります。
これを拡散障害といいます。
肺胞で必要な換気量があっても、肺胞と
毛細血管が正常に接していなかったり
するとガスの拡散障害がおきます。
酸素が血中へ拡散しにくくなり、低酸素
血症を引き起こします。
二酸化炭素は酸素よりはるかに透過性が
高いため、多少の障害があっても肺胞へ
拡散し呼気となって排出される為、動脈
血二酸化炭素分圧は上昇し難いとされて
います。
拡散障害の原因としては、間質性肺炎や
肺線維症、過敏性肺臓炎等による肺胞壁
の肥厚、広範な無気肺、肺葉切除後、
肺腫瘍などによる肺胞面積の減少等が
あります。

拡散障害は肺胞と毛細血管との間に問題
がある場合に起こります。
例えば、肺胞に浮腫や線維化等があると
毛細血管との接触が阻害され円滑なガス
交換が出来ません。特に酸素の場合は、
二酸化炭素より拡散しにくい為、低酸素
血症になり易くなります。二酸化炭素の
場合は酸素よりはるかに透過し易い性質
を持っている為、拡散障害の場合は、
高二酸化炭素血症を伴わない、Ⅰ型呼吸
不全になり易いことになります。
拡散障害の場合は酸素吸入などにより、
肺胞内での酸素分圧を高くすると、毛細
血管内への拡散がしやすくなります。

◎換気・血流比(V/Q)の異常と不均等
換気・血流比の異常
肺胞の換気量と肺胞を灌流する血流量の
比率を換気・血流比といいます。
ガス交換が効率的に行われる値は
0.8(4/5)とされています。
(換気量は分子、血流量が分母)
肺疾患などで肺胞換気量や血流量が極端
に少なくなったり、多くなったりすると
換気・血流比の異常がみられます。

換気・血流比の不均等
疾患を持った肺では個々の肺胞状態等が
異なることが多く、換気・血流比は均等
ではありません。これを換気・血流比の
不均等といいます。
換気・血流比の不均等は健常者にも見ら
れますが、肺胞などに病変がある場合は
換気・血流比の不均等分布が増大します
換気・血流比の不均等分布の増大は、
ガス交換の効率を著しく低下させます。

健常者でも換気・血流比は体位によって
変化し、全体的にはその値は均一ではあり
ません。
例えば、立位時は肺の下方が血流量が多く
なるため、比率は低下します。
換気・血流比の不均等は健常者にも見られ
ますが、換気・血流比の異常ではなく、
主に血流量の変化に伴う正常な変化になります。
肺疾患等で異常がある場合と異なります。


◎死腔換気量の増加
死腔とは気道の容積でガス交換が行われ
ない部分をいいます。
ガス交換は肺胞で行われており、気管や
気管支などに存在する空気はガス交換に
関与していません。
肺胞以外の気管や気管支等の気道が死腔
(解剖学的死腔)になります。
死腔内の換気量を死腔換気量といいます

1回換気量の基準値は成人では500mlと
されていますが、このうちの150mlは
ガス交換に関与していない死腔換気量に
なります。
肺胞でガス交換される換気量は350mlに
なります。

肺胞を灌流している血管や肺胞に病変が
あると死腔換気量が増加する場合があります。
例えば、血栓などで血流が阻害されると
肺胞と毛細血管の血流が接触できない為
肺胞内の空気はガス交換できずに
そのまま呼気となります。
肺胞でガス交換されない部分を肺胞死腔
といいます。
死腔換気量が増加すると血中酸素の減少
や血中二酸化炭素の増加の原因になります。

◎肺内シャント
肺内シャントとは肺胞を灌流する血液
(混合静脈血)がガス交換されずに、
近回り(シャント・短絡)をして動脈血
に混ざることです。
換気のない肺胞、例えば肺胞がつぶれて
いたりすると、肺胞に空気の出入りが
出来ない為、換気が出来ません。
血液が肺胞を灌流してもガス交換に必要
な換気がないため、酸素を受け取ること
なく、肺静脈(動脈血)を通り、左心房
に還ることになります。
換気の出来ない肺胞が多くなると、酸素
分圧は低下します。
換気できる肺胞があっても、個々の肺胞
から取り込める酸素には限度がある為
補えきれません。
酸素は主にヘモグロビンと結合して運搬
されますが酸素と結合するヘモグロビン
の量には限界があります。酸素吸入等で
酸素濃度をいくら高くしても酸素分圧は
上昇し難くいのが肺内シャントの特徴です。

酸素と結合するヘモグロビンの量には限界
がある為、ある一定量の酸素と結合したら
それ以上は上昇しません。
酸素濃度を上げたり、換気量を増やしても
ある一定値に達したらヘモグロビンと結合
しません。
血漿に溶解している酸素(溶解型酸素)は
換気量や酸素濃度を上げれば比例して多く
なりますが、ヘモグロビンと結合する酸素
(結合型酸素)は酸素飽和度が100%に
なったらそれ以上は増えません。


動脈血酸素分圧は血漿に溶解している酸素
の指標です。
酸素飽和度は酸素と結合しているヘモグロ
ビン(酸化ヘモグロビン)の指標です。


酸素飽和度とは、血液中の総ヘモグロビン
に対する酸化ヘモグロビンの割合をいいます。
ヘモグロビンの数が少ない場合(貧血があ
る場合)でも、他に異常がなければ、酸素
飽和度は正常値を示します。


ヘモグロビン酸素解離曲線
酸素飽和度と酸素分圧の関係をグラフに
したものをヘモグロビン酸素解離曲線と
いいます。
一定条件の下で酸素分圧と酸素飽和度は
相関関係にあります。
酸素分圧が上がれば、酸素飽和度も上昇
しますが、酸素飽和度が100%になった
場合はそれ以上酸素分圧が高くなっても
酸素飽和度は100%のままです。

動脈血酸素飽和度(SaO2)
血液ガス分析で動脈血酸素分圧の値が
わかれば、ヘモグロビン酸素解離曲線の
ノモグラフを利用して動脈血酸素飽和度
を推測することが出来ます。
正確に測定する為には、血液ガス分析器
に組み込まれているCOオキシメータで
測定します。
基準値は95~99%
酸素飽和度が90%未満は呼吸不全になります。

経皮的動脈血酸素飽和度(SpO2)
皮膚を介した動脈血酸素飽和度のことです。
動脈血の採取は必要なく、パルスオキシ
メータを使用し、非侵襲的に測定できます。
通常は指先に装着して測定します。
連続的な測定も出来きます。
動脈の拍動を利用して、動脈血中の酸化
ヘモグロビンと還元ヘモグロビン(酸素
と結合していないヘモグロビン)の割合
を測定します。
通常、爪のある方を上にして、指先に挟
んで測定します。
センサーの部分には光を出す部分(発光
部)と、その光を受ける部分(受光部)
があります。
センサーの上部には発光部、下部には
受光部があります。
上部からの光は指先に循環する動脈を
透過し、下部の受光部に届きます。
各ヘモグロビンの光を吸収する特性を
利用して酸素飽和度を測定することができます。
経皮的動脈血酸素飽和度の基準値は室内
空気で、96~99%です。
高齢者では数値はやや低下します。
動脈血酸素飽和度(SaO2)と経皮的動脈
血酸素飽和度(SpO2)はどちらも同じ
酸素飽和度ですが、SpO2は誤差などが
起こりやすいため、注意が必要です。


混合静脈血とは上大静脈血、下大静脈血、
冠静脈血が混ざった静脈血のことです。
右心室内と肺動脈内の血液を指します。
肺動脈は右心室から肺へ向かう血管のこと
で、肺動脈内を流れる血液は静脈血です。
肺でガス交換された血液は、酸素を多く含
んだ動脈血となり、肺静脈を通って左心房
に入ります。左心房から左心室へ入り、
大動脈を通って全身へ流れます。
混合静脈血酸素飽和度(SvO2)の基準値は約75%


肺胞内の酸素は毛細血管内へ拡散し血液
中の血漿に溶解します。
溶解した酸素の多くは、赤血球のヘモグ
ロビンと結合します。
酸素は血漿に溶解している溶解型酸素と
ヘモグロビンと結合している結合型酸素があります。
酸素は主にヘモグロビンと結合(酸化ヘ
モグロビン)して全身に運ばれます。

動脈血酸素分圧は血漿に溶解している
酸素の指標で、ヘモグロビンと結合した
酸素の指標は動脈血酸素飽和度になります。
酸化ヘモグロビンの割合になります。
動脈血酸素飽和度が100%になると、
それ以上はいくら酸素濃度を高くしても
ヘモグロビンと結合しません。又、
ヘモグロビンが減少した場合、結合型
酸素は減少しますが、動脈血酸素分圧は
血漿に溶解している酸素の指標なので
結合型酸素の量を指しているわけでは
ありません。ヘモグロビン減少による
貧血があっても、動脈血酸素分圧は正常
を示します。

二酸化炭素の場合は、酸素の様に頭打ちが
ない為、換気できない肺胞の分を他の換気
できる肺胞である程度補えることが出来る
ため、必要量の二酸化炭素は呼気となって
体外へ排出されます。
極端でない限り二酸化炭素分圧は上昇しません。


◎その他
貧血
呼吸器系に問題がなくても、酸素と結合
するヘモグロビンが少なかったり、
ヘモグロビンの異常などがあると結合型
酸素の量が減少します。
この場合は、動脈血酸素分圧は正常を示します。

心拍出量の異常
心拍出量が著しく低下すると、組織に運
ばれる酸素の量も減少します。
肺へ流れる混合静脈血の酸素濃度が低下
すると、肺でのガス交換が障害され
動脈血酸素分圧の低下につながります。


肺胞気-動脈血酸素分圧較差(A-aDO2)
肺胞気酸素分圧(PAO2)と動脈血
酸素分圧(PaO2)との差。
肺胞気酸素分圧ー動脈血酸素分圧=肺胞
気-動脈血酸素分圧較差(A-aDO2)
正常は10Torr 20以上が異常値。

血液ガスとは?
血液中に含まれる気体の総称。
酸素、二酸化炭素、窒素など。
酸素は血漿に溶解し大部分がヘモグロビンと結合。
二酸化炭素は重炭酸塩やヘモグロビンと結合。

血液のガス分圧とは?
肺胞と肺胞を取り囲んでいる毛細血管間
でガス交換が行われています。
ガス交換を可能にしているのが酸素や
二酸化炭素の分圧になります。
例えば肺胞内の酸素を多く含んだ空気と
酸素が少ない血液(毛細血管)が接する
と、肺胞内の酸素は血液の方へ移動します。
肺胞内の酸素が血液へ移動した量と
血液に含まれる酸素の量が同じになると
両方(肺胞内と血液中)の酸素量に変化
がなくなり、平衡になります。
この時の分圧は同じになります。
この平衡を血液のガス分圧といいます。
血液と平衡に達する気体の酸素分圧が
液体の酸素分圧と定義されています。
血液中の酸素分圧は酸素の含有量と温度
などで変化します。
肺胞内の気体の酸素分圧は
約100Torr(mmHg)です。
動脈血の酸素分圧は
80~100Torr(mmHg)です。
混合静脈血の酸素分圧は
約40Torr(mmHg)です。
動脈血の酸素分圧は年齢とともに低下します。

因みに、通常の大気中の酸素分圧は
150~160mmHgです。
大気中の酸素濃度は約21%です。
気体中の酸素分圧は酸素濃度や気圧、
湿度、温度などで変化します。
肺胞気の酸素分圧が高くなれば比例して
動脈血酸素分圧も上昇します。

分圧とは?
例、酸素と二酸化炭素の混合気体の場合
同じ体積(容器)に2種類入った混合
気体の圧力は全圧。
酸素と二酸化炭素を同じ容器に別々に入れたと仮定します。
同じ体積(容器)に酸素だけ入った圧力
は酸素分圧。
同じ体積(容器)に二酸化炭素だけ入っ
た圧力は二酸化炭素分圧。
混合気体での全圧は酸素分圧と二酸化
炭素分圧を合わせた圧。
各気体の分圧は各気体の物質量に比例します。
酸素の量が多いと酸素分圧も高くなる。
同じく二酸化炭素の量が多いと二酸化
炭素分圧も高くなる。

血液ガス分析とは?
通常は動脈血ガス分析のことを指します
略して血ガスとも呼ばれます。
肺でのガス交換を反映する検査になります。
主に水素イオン指数(pH)、
動脈血酸素分圧(PaO2)、
動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2)等を
測定します。
上記以外にも、過剰塩基(BE)、
重炭酸イオン濃度(HCO3)
酸素飽和度(SaO2)、
肺胞気-動脈血酸素分圧較差(A-aDO2)等があります。

PaCO2とPaO2について
呼吸中枢は主に二酸化炭素が増加した
時や酸素が減少した時に、呼吸の回数や
深さを調節しています。
PaCO2は動脈血中に二酸化炭素を溶解
させる圧力。
二酸化炭素は血漿中に溶けて運ばれます
室内空気呼吸下での基準値は
35~45Torr(mmHg)です。

PaO2は動脈血中に酸素を溶解させる圧力。
酸素は血漿に溶解して大部分が赤血球の
ヘモグロビンと結合します。
室内空気呼吸下での基準値は
80~100Torr(mmHg)

PaO2とSaO2について
SaO2は動脈血酸素飽和度のこと。
酸素と結合したヘモグロビンの割合を
あらわしています。
室内空気呼吸下での基準値は
95%~99%
PaO2が高いとSaO2も高くなり、反対に
酸素分圧の低い末梢ではSaO2も低くなります。
呼吸不全の判定基準は動脈血酸素分圧が
60mmHg以下になります。
この時の動脈血酸素飽和度は約90%以下です。

pH(水素イオン指数)について
pHは水素イオン(H+)の溶液中の濃度のこと。
酸性、アルカリ性の度合いを示す。
動脈血のpHの正常範囲は7.35~7.45
換気量が減少し二酸化炭素の呼出が十分
行われないと、動脈血中の二酸化炭素の
割合が増加しpHは低下(酸性)する。
これを呼吸性アシドーシスといいます。
反対に換気量が増加すると二酸化炭素の
呼出が多くなり動脈血中の二酸化炭素の
割合が減少しpHは上昇(アルカリ性)する。
これを呼吸性アルカローシスといいます

略語の説明
PaCO2=動脈血二酸化炭素分圧
PaO2=動脈血酸素分圧
SaO2=動脈血酸素飽和度
SpO2=経皮的酸素飽和度
PACO2=肺胞気二酸化炭素分圧
P=圧力(pressure)
a=動脈(arterial)
S=飽和(saturation)
p=経皮的(percutaneuus)
A=肺胞の(alveolar)

TorrとmmHgとPa
トル、水銀柱ミリメートル又はミリメー
トル水銀柱、パスカル
全て、圧力の単位になります。
パスカルは国際的に定められた単位に
なりますが、トルと水銀柱ミリメートル
は国際単位系ではありません。
日本では、トルと水銀柱ミリメートルは
生体内の圧力の計量に限って使用するこ
とが出来る単位です。
例えば、血液ガスの圧、頭蓋内圧、
気道内圧、眼圧等になります。
トルと水銀柱ミリメートルの定義は同じ
で、1トル=1水銀柱ミリメートですが
血圧の場合に使用できる単位は、水銀柱
ミリメートルのみになります。

圧力の法定計量単位(日本の場合)
パスカル(Pa)、ニュートン毎平方メー
トル(N/m2)、バール(bar)、
気圧(atm)
上記の単位に10の整数乗を乗じた単位
(hPa、mbarなど)
上記の単位に加えて生体内の圧力を計量
する場合に限り
トル(Torr)、ミリトル(mTorr)、
マイクロトル(μTorr)
水銀柱メートル(mHg)、
水銀柱センチメートル(cmHg)
水銀柱ミリメート(mmHg)、
水柱メートル(mH2O)、
水柱センチメートル(cmH2O)、
水柱ミリメートル(mmH2O)
が使用可能。


続きはこちらです ⇒ 呼吸困難について ←作成中








◇参考文献
書籍

「器械的人工呼吸マニュアル(文化放送ブレーン)p6-p9
「人工呼吸ケアのすべてがわかる本」p13
「わかって身につくバイタルサイン」p109
「呼吸サポートのための呼吸管理セーフティーBOOK」p88~p89
「ロールプレイで学ぶ 呼吸ケア・呼吸管理のキーポイント」p228 p233 p250
「呼吸器看護ポケットナビ(中山書店)」p56
「最新医学大辞典」医歯薬出版株式会社 p242 p304 p478 p574 p979

インターネット
厚生労働省サイト内
https://www.mhlw.go.jp/shingi/2010/04/dl/s0420-6n_0002.pdf p48
https://www.mhlw.go.jp/shingi/2005/03/dl/s0322-6g.pdf
https://www.mhlw.go.jp/shingi/2005/03/dl/s0322-6e1.pdf

特定非営利活動法人日本緩和医療学会サイト内
呼吸不全の病態生理
https://www.jspm.ne.jp/guidelines/respira/2011/pdf/02_02.pdf

一般社団法人日本呼吸器学会サイト内

https://www.jrs.or.jp/uploads/uploads/files/guidelines/pulse-oximeter_medical.pdf
https://www.jrs.or.jp/uploads/uploads/files/disease_qa/disease_h01.pdf

ウィキペディアサイト内サイト内
https://ja.wikipedia.org/wiki/呼吸不全

https://ja.wikipedia.org/wiki/酸素飽和度
https://ja.wikipedia.org/wiki/パルスオキシメーター
https://ja.wikipedia.org/wiki/過呼吸
https://ja.wikipedia.org/wiki/酸素分圧
https://ja.wikipedia.org/wiki/分圧
https://ja.wikipedia.org/wiki/肺胞
https://ja.wikipedia.org/wiki/トル
https://ja.wikipedia.org/wiki/水銀柱ミリメートル
https://ja.wikipedia.org/wiki/パスカル (単位)
https://ja.wikipedia.org/wiki/血液ガス分析


特定非営利活動法人日本緩和医療学会サイト内
呼吸不全の病態生理
https://www.jspm.ne.jp/guidelines/respira/2016/pdf/02_02.pdf

ナースフルサイト内
https://nurseful.jp/nursefulshikkanbetsu/pulmonology/section_3_01/