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【連載】人工呼吸器の基礎知識

第4回 カプノメータとは?呼吸管理中に必要な生体情報モニタ

  • 公開日: 2009/6/14
  • 更新日: 2020/10/22

カプノメータとは

今回は、呼吸管理中に必要な生体情報モニタ、カプノメータについて解説いたします。

Q カプノメータは何をする器械ですか?

A 気管チューブと人工呼吸器回路の間にサンプリングアダプタやセンサ(もしくは鼻や口元にサンプリングチューブ)を装着して、吸気・呼気に含まれる二酸化酸素(以後CO2)の分圧mmHg(濃度%)を測定するモニタです。 主に手術室やICUなどで、麻酔器や人工呼吸器で管理されている患者の換気モニタリングとして使用されます。 肺胞に呼出されたCO2は呼気により体外に排泄されます。 呼気/吸気のCO2は図1のように変化します。 呼気の初めは口元に死腔のガスが呼出されるため、CO2は0ですが(A-B)、その後急激に呼気中のCO2が増加し(B-C)、さらに呼気が進むと緩やかに上昇(C-D:肺胞プラトー)します。吸気が開始すると口元のCO2の濃度は急激に0になります(D-E)。 このCO2の濃度/分圧を経時的にグラフで表すものをカプノグラフィと呼び、濃度(分圧)数値化したものをカプノメトリと呼びます。 呼気ガスの一番濃度の高い値をPEtCO2(呼気終末時CO2分圧)といいます。(図1)

肺胞とカプノグラフィ

Q PEtCO2値の増減する原因は何ですか?

A CO2は細胞のエネルギー代謝により生産され、血液循環、肺胞、気道を経由して呼出されます。その過程において様々な影響を受けるため、呼吸、循環、代謝、人工呼吸器などの影響で増減します。(下表)

EtCO2値の増減する原因

Q PaCO2(動脈血CO2分圧)とPEtCO2の値が違うのですが、それはなぜですか?

A PaCO2は動脈血液、PEtCO2は呼気ガスから測定しており、測定対象が違うということを考えなければなりません。 肺胞と毛細管でガス交換終了時は動脈血および肺胞内のCO2濃度/分圧は理論上同じとなりますが、肺胞から呼出されたCO2は、ガス交換に関与しない気道部分で希釈されるので、口元に呼出されたEtCO2はPaCO2と比べ2~5mmHg程度低くなります。(図2) さらに気道などのガスリークや死腔換気などで差が拡大します。

 PaCO2(動脈血CO2分圧)とPEtCO2の値についての説明図

Q カプノグラフィで何がわかりますか?

>> 続きを読む

A カプノグラフィやPEtCO2のトレンドを観ることで、患者や機器の状況を予測できますが、患者が人工呼吸管理中なのかどうかや、強制換気なのか自発呼吸なのか等で判断が異なります。 ここでは人工呼吸管理中のカプノグラフィをいくつか紹介しますが、その他にもいろいろな波形がありますので、是非、呼吸管理やモニタ関連の雑誌などで確認してください。 図3のように、波形が消失した(PEtCO2が0に近くなる)場合、換気が行われていないことが懸念されます。 まず、人工呼吸器の作動不良や、気管チューブや人工呼吸器回路の接続不良が考えられます。 器械や回路に問題が無い場合、肺血流量の低下もしくは途絶(心停止)が疑われます。

途絶(心停止)が疑われる波形

また、図4のように、呼気時のCO2が徐々になだらかに上昇し、肺胞プラトーが消失したような波形の場合、呼気が排泄しにくい状態(閉塞性肺疾患や気管支痙攣)などが疑われます。

呼気が排泄しにくい状態(閉塞性肺疾患や気管支痙攣)などが疑われる波形

カプノメータや呼気CO2検出器の挿管時および心肺蘇生時の利用

カプノメータは、気管チューブの位置確認や、心肺蘇生時の肺血流量の評価に使用することが推奨されています(国際蘇生連絡協議会の国際コンセンサス2005、米国心臓協会および欧州蘇生協会の新ガイドライン参照)
図5のように、気管チューブが気管に挿入されていない場合、呼気CO2を検出することが出来ないため、チューブの位置確認として使用できます。

気道挿管説明図

また心停止時は肺血流がないので、呼気のCO2は検出されませんが、胸骨圧迫により肺血流が増えるとCO2が呼出されます。 これを利用して、心肺蘇生時の肺血流量の評価ができるといわれています。(図6)

心肺蘇生時の肺血流量の評価説明図

次回は、人工呼吸管理中の合併症について解説いたします。

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