急性低酸素血症性呼吸不全は，酸素投与に反応しない重症の動脈血低酸素血症である。これは，気腔への体液貯留または虚脱（例，左室不全による肺水腫，急性呼吸窮迫症候群）に起因する血液の肺内短絡，または血液を右から左へ循環させる心内短絡によって引き起こされる。所見には呼吸困難および頻呼吸などがある。診断は動脈血ガス測定および胸部X線による。通常，治療には機械的人工換気が必要となる。
（機械的人工換気の概要も参照のこと。）
急性低酸素血症性呼吸不全の病因
急性低酸素血症性呼吸不全（AHRF）における気腔への体液貯留は以下に由来する：
毛細血管透過性の亢進，急性呼吸窮迫症候群（ARDS）の原因となる病態でみられる
脱酸素化された静脈血が肺を迂回して体循環に流入する心内右左短絡は，通常は未治療の大量の左右短絡（例，卵円孔開存，心房中隔欠損）の長期合併症として発生する。この現象をアイゼンメンジャー症候群と呼ぶ。本章では，肺に原因のある難治性低酸素血症に焦点を当てる。
急性低酸素血症性呼吸不全の病態生理
ARDS
ARDSは酸素化障害および臨床的な基準（ARDSのベルリン定義の表を参照）に基づき，軽症，中等症，および重症の3つのカテゴリーに分類される。軽症のカテゴリーは以前に急性肺損傷（ALI）と呼ばれていたものに対応する。
ARDSでは，肺または全身性の炎症がサイトカインおよび他の炎症性分子の放出を引き起こす。サイトカインは肺胞マクロファージを活性化し，好中球を肺に遊走させ，この好中球がロイコトリエン，オキシダント，血小板活性化因子，およびプロテアーゼを放出する。これらの物質は毛細血管内皮および肺胞上皮を傷害し，毛細血管と気腔間の壁を破壊する。浮腫液，タンパク質，細胞残渣が気腔および間質に充溢し，サーファクタントの破壊，肺胞の虚脱，換気血流不均衡，シャント，および肺高血圧症を引き起こす。気腔の虚脱は肺の荷重部に起こることがより多い。このARDSの早期段階は滲出期と呼ばれる。その後，肺胞上皮の増殖および線維化が起こり，線維増殖期となる。
ARDSの原因には，直接的または間接的な肺損傷が関与しうる。
直接的な肺損傷の一般的な原因は以下のものである：
胃酸の誤嚥
直接的な肺損傷の比較的まれな原因は以下のものである：
間接的な肺損傷の一般的な原因には以下のものがある：
遷延する循環血液量減少性ショックを伴う外傷
間接的な肺損傷の比較的まれな原因には以下のものがある：
薬物過剰服用（例，アスピリン，コカイン，オピオイド，フェノチアジン系薬剤，三環系抗うつ薬）
人工心肺
大量の輸血（15Uを超える）
脳卒中，痙攣発作，頭部外傷，無酸素症による，神経原性肺水腫
X線造影剤（まれ）
難治性低酸素血症
急性低酸素血症性呼吸不全の症状と徴候
急性低酸素血症性呼吸不全の診断
胸部X線および動脈血ガス測定
臨床定義（ARDSのベルリン定義の表を参照）
低酸素血症は通常まずパルスオキシメトリーの使用により認識される。酸素飽和度が低ければ胸部X線検査および動脈血ガス分析を行い，結果を待つ間に酸素を投与すべきである。
酸素投与によっても酸素飽和度が > 90％に改善しない場合，血液の右左短絡を疑うべきである。胸部X線上の明らかな肺胞浸潤影は，原因が心内短絡ではなく体液貯留であることを示唆する。しかしながら，病態の発生時は，X線検査で変化が認められる前に低酸素血症が起こることがある。
AHRFの診断がつけば，肺性および肺外性の両方を考慮しつつ，原因を同定しなければならない。ときに進行中の既知の疾患（例，急性心筋梗塞，膵炎，敗血症）が原因として明らかなことがある。それ以外の場合，病歴から原因が示唆される；易感染性患者では肺炎を疑うべきであり，骨髄移植後の患者または結合組織病の患者では，肺胞出血が疑われる。しかしながら，しばしば，重症（critically ill）患者は蘇生のために大量の静脈輸液を投与されているため，治療の結果として高血圧性のAHRFが起こっているのか（例，心室不全，体液過剰により引き起こされる），背景に低血圧性のAHRFがあるのか（例，敗血症または肺炎により引き起こされる）を鑑別しなければならない。
Courtesy of Wada T: Basic and Advanced Visual Cardiology. Illustrated Case Report Multi-Media Approach.Philadelphia, Lea & Febiger, 1991; with permission.)By permission of the publisher. From O'Connor C, Tuman K.In Atlas of Anesthesia: Cardiothoracic Anesthesia.Edited by R Miller (series editor) and JG Reeves. Philadelphia, Current Medicine, 1999.
左室不全による圧上昇に起因する肺水腫を示唆する所見は，診察上はIII音聴取，頸静脈怒張，および末梢浮腫，胸部X線上ではびまん性中心性の浸潤影，心拡大，異常に太い血管陰影である。ARDSのびまん性の両側浸潤影は一般に，より末梢性である。限局性の浸潤影は，典型的には大葉性肺炎，無気肺，または肺挫傷によって起こる。心エコー検査により左室機能障害が明らかになることがあり，その場合心原性であることが示唆されるが，心筋収縮性の低下は敗血症でも起こるためこの所見は特異的とはいえない。
By permission of the publisher. From Herdegen J, Bone R. In Atlas of Infectious Diseases: Pleuropulmonary and Bronchial Infections.Edited by G Mandell (series editor) and MS Simberkoff.Philadelphia, Current Medicine, 1996.
© 2017 Elliot K.Fishman, MD.
© 2017 Elliot K.Fishman, MD.
ARDSの診断がついたが原因が明らかでないとき（例，外傷，敗血症，重症の呼吸器感染症，膵炎）は，薬剤，最近の診断検査，手技，および治療を見直すことにより，例えばX線造影剤の使用，空気塞栓，または輸血といった原因を同定できる可能性がある。いかなる素因もみつからない場合，気管支鏡により気管支肺胞洗浄を行って肺胞出血および好酸球性肺炎を除外し，この手技によっても明らかにならなければ，他の疾患（例，過敏性肺炎，急性間質性肺炎）の除外のため肺生検を行うことを推奨する専門家もいる。
急性低酸素血症性呼吸不全の予後
予後は極めて多様であり，呼吸不全の病因，疾患の重症度，年齢，慢性的な健康状態といった，様々な要因に依存する。全般的に見て，ARDSの死亡率は過去には非常に高かった（40～60％）が，ここ数年で25～40％に減少しており，おそらく機械的人工換気および敗血症治療の向上によるものと思われる。しかしながら，重症のARDSの患者（すなわち，PaO2:FIO2 < 100mmHgの患者）の死亡率はいまだに非常に高い（40％を超える）。死亡の原因は呼吸機能障害よりも敗血症および多臓器機能不全であることの方が多い。気管支肺胞洗浄液中に好中球および高濃度サイトカインが持続的に検出されると，予後が不良であることが予想される。それ以外に死亡率を高める因子には，加齢，敗血症の存在，および先行する重度の臓器機能不全または併存する重度の臓器機能障害がある。
ARDSから回復した患者の大部分で，6～12カ月後には肺機能が正常近くまで回復する；しかしながら，臨床経過が長引いた患者や重症患者では，呼吸器症状が残存し，多く患者で神経筋障害を残す。
急性低酸素血症性呼吸不全の治療
高流量酸素投与にもかかわらず酸素飽和度が90％を下回る場合は，機械的人工換気
基礎疾患の治療については，本マニュアルの別の箇所で考察されている。AHRFの治療は，非再呼吸式フェイスマスクを用いて，70～100％の酸素を高流量で投与することで開始する。酸素飽和度 > 90％とならなければ，機械的人工換気を開始すべきである。管理法は病状によって異なる。
心原性肺水腫における機械的人工換気
機械的人工換気（機械的人工換気の概要も参照）は，機能が低下している左室にいくつかの点で有益な効果をもたらす。吸気圧が陽圧になることで左右心室の前負荷，左室の後負荷が減少し，呼吸仕事量が減る。呼吸仕事量が減ることにより，限られた心拍出量が，過剰に仕事をしていた呼吸筋から再分布される。呼気圧（呼吸気道陽圧［EPAP］またはPEEP）により肺水腫が肺胞から間質へ再分布し，より多くの肺胞がガス交換に携わることができるようになる。
薬物療法によりしばしば速やかに症状が改善するため，非侵襲的陽圧換気（NIPPV）は，持続陽圧換気にしても二相性換気にしても，多くの患者で気管挿管の回避に有用である。一般的な設定は，通常，吸気気道陽圧（IPAP）が10～15cmH2OおよびEPAPが5～8cmH2Oである。
従来の機械的人工換気では，いくつかの換気モードを使用できる。急性期の設定において完全な換気補助が望まれる場合，最もよく用いられるのは補助/調節換気（A/C）モードである。最初の設定は，1回換気量が理想体重1kg当たり6～8mL，呼吸数が25回/分，FIO2が1.0，PEEPが5～8cmH2Oである。PEEPはその後2.5cmH2Oずつ増加させて調節することがあり，一方FIO2は毒性を与えない値まで減少させる。
プレッシャーサポート換気もまた，（類似のPEEP値で）利用可能である。最初に吸気時に気道へかける圧は，完全に呼吸筋を休ませるのに十分な強さでなければならず，これは患者の主観的評価，呼吸数，呼吸補助筋の使用の有無によって判定される。一般的には，PEEPを10～20cmH2O上回る値でのプレッシャーサポートが必要である。
ARDSにおける機械的人工換気
ほぼ全てのARDS患者が機械的人工換気を必要とするが，人工換気は酸素化の改善に加え，呼吸筋を休ませることで酸素需要も減少させる。目標は以下の通りである：
プラトー圧 < 30cmH2O（胸壁および腹部のコンプライアンスを減少させうる因子を考慮する）
さらなる肺損傷を最小限にするため，予測体重1kg当たり6mLの1回換気量
十分な酸素飽和度を保った上で，酸素毒性を最小限に抑えられるFIO2
28～30cmH2Oのプラトー圧が達成されるまで，肺胞を開いたまま維持してFIO2を最小限に抑えるのに十分な高さのPEEPを保つべきである。中等症～重症のARDSの患者は，高めのPEEPを使用することで，死亡率を下げられる可能性が非常に高い。
ときにNIPPVはARDSに有用である。しかしながら，心原性肺水腫の治療と比較すると，必要な継続期間はより長く，より高度のサポートを要し，十分な酸素化を維持するのにしばしば8～12cmH2OのEPAPが必要とされる。この呼気圧を達成するには18～20cmH2Oを超える吸気圧が必要となるが，患者が耐えにくい；十分に密閉を維持するのが困難で，マスクがより不快になり，皮膚の壊死および胃への送気も起こりうる。また，NIPPVにより治療され，その後に挿管が必要となった患者は，一般に，早期に挿管を受けた場合に比べて病状がより悪化している；そのため挿管時には酸素飽和度が危機的な値にまで低下している可能性がある。NIPPVを使用する場合，集中的なモニタリングおよび慎重に患者を選択することが必要である。
ARDSにおける通常の機械的人工換気では，以前は動脈血ガス値を正常化することに焦点を当てていた。1回換気量を低めに設定することにより死亡率が低下することが明らかである。したがって，ほとんどの患者では，1回換気量は理想体重1kg当たり6mLに設定すべきである（コラム「ARDSにおける人工呼吸器の初期管理」を参照）。この設定にすると，呼吸数を増加させる必要があり，二酸化炭素を十分に除去できる肺胞換気を得るため35回/分に至る場合もある。ときに呼吸性アシドーシスが生じるが，これは人工呼吸器関連の肺損傷を制限するためであればある程度は許容され，また，特にpH≥7.15である場合一般的に患者も耐えやすい。pHが7.15未満となれば，重炭酸イオンの点滴またはトロメタミンが役立つ可能性がある。同様に，「正常な」レベルより低い酸素飽和度も許容され，目標飽和度を88～95％とすることで，毒性をもたらす過剰なFIO2のレベルの曝露を制限でき，それでもなお延命上のメリットがある。
高炭酸ガス血症は呼吸困難の原因となり，患者の呼吸が人工呼吸器と同期しなくなる可能性があるため，鎮痛薬（フェンタニルやモルヒネ）および鎮静薬（例，プロポフォールは5μg/kg/分から開始し，効果を上げるために最大50μg/kg/分まで増加する；高トリグリセリド血症のリスクがあるので，トリグリセリドの値は48時間毎に測定すべきである）が必要となることがある。神経筋遮断薬を使用しても鎮静は必要であり，また神経筋遮断薬により遷延する筋力低下を来すことがあるため，神経筋遮断より鎮静の方が望ましい。
PEEPによって，肺胞リクルートメント（換気される肺胞を増やすこと）により含気肺の容量が増大することでARDSにおける酸素化が改善され，FIO2を低めに保つことができる。PEEPの理想的な値とそれを同定する方法は，議論されているところである。リクルートメント手技（例，PEEPを最大圧35～40cmH2Oに調節し，1分間続ける）をルーチンで行い，その後PEEPを漸減させた場合，28日間死亡率が高くなることがわかった(1)。そのため，多くの臨床医は単純に，FIO2が毒性を示さない範囲で十分な動脈血酸素飽和度を達成できる最小のPEEPを使用している。多くの患者でこのPEEPの値は8～15cmH2Oであるが，ときに重症のARDSの患者では20cmH2Oを超える値が必要になる。このような症例では，酸素投与を最適化し，酸素消費量を最小限にする他の方法に細心の注意を払わなければならない。
肺胞の過膨張を示す最適な指標は，吸気終末ホールド操作によるプラトー圧の測定である；4時間毎およびPEEPまたは1回換気量を変更する毎に確認すべきである。目標とするプラトー圧は30cmH2O未満である。プラトー圧がこの値を超え，それに寄与する可能性のある胸壁の問題（例，腹水，胸水，急性腹症，胸部外傷）がない場合，1回換気量を患者が耐えられる程度に応じて0.5～1.0mL/kgずつ，最小4mL/kgまで減らし，分時換気量の減少を代償するために呼吸数を増やし，人工呼吸器の波形表示を調べて完全な呼気があることを確認すべきである。不十分な呼気によるエアトラッピングが顕在化するまで，呼吸数はしばしば最大35回/分まで増やされることがある。プラトー圧が25cmH2O未満かつ1回換気量が6mL/kg未満の場合，1回換気量を6mL/kgまで，またはプラトー圧が25cmH2Oを超えるまで増やすことがある。研究者の中には，圧規定換気が肺をより保護すると信じる者もいるが，それを支持するデータは不足しており，またコントロールされるのはプラトー圧ではなく最高圧である。圧規定換気では，1回換気量が患者の肺コンプライアンスの変化により変動するため，1回換気量を持続的にモニタリングし，吸入圧を調整することにより，1回換気量が多すぎるまたは少なすぎることがないよう注意する必要がある。
ARDSにおける人工呼吸器の初期管理
一般に，ARDSにおける人工呼吸器管理には次のアプローチが推奨される：
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機械的人工換気を受けている肺疾患患者の適切な1回換気量を決定するためには，実際の体重よりも理想体重が用いられる： |
腹臥位にすることで，患者によっては換気が行われていない肺領域のリクルートメントが可能となり，酸素化が改善することがある。ある研究では，腹臥位は生存率を大きく改善することが示唆されている(2, 3)。興味深いことに，腹臥位による死亡率の改善は，低酸素血症の程度またはガス交換異常の程度とは関連していないが，人工呼吸器関連肺損傷（VILI：ventilator-induced lung injury）の軽減と関連している可能性がある。
ARDS患者の輸液管理では，末梢臓器の灌流を保つのに十分な循環血漿量の需要を満たすことと，前負荷を低下させ，肺からの漏出液を減らすこととのバランスをとるのが理想である。大規模多施設研究の結果によると，輸液投与量を少なめにする従来の輸液管理アプローチは，より新しい戦略に比べて，機械的人工換気の継続期間および集中治療室滞在期間を短くすることがわかった。しかしながら，この2つのアプローチの間に生存率の差はなく，また肺動脈カテーテルの使用によって転帰が改善することもなかった(4)。ショック状態にない患者はこういったアプローチの適応となるが，低血圧，乏尿，微弱な脈拍，または四肢冷感など末梢臓器灌流低下の所見がないか，注意深くモニタリングすべきである。
ARDSの罹患率および死亡率を低下させる決定的な薬物療法はまだ見つかっていない。一酸化窒素吸入，サーファクタントの補充，活性化プロテインC（drotrecogin alfa）および炎症反応の制御を目指すその他の薬剤が研究されてきたが，これらによって罹病率または死亡率が低下することはないことがわかっている。小規模な研究の中には，ARDS後期（線維増殖期）にコルチコステロイドの全身投与が有益でありうることを示唆するものもあるが，より大規模な前向きランダム化試験では死亡率の低下はみられなかった。コルチコステロイドは，経過の初期に投与すると有害となりうる。
治療に関する参考文献
1.Writing Group for the Alveolar Recruitment for Acute Respiratory Distress Syndrome Trial (ART) Investigators, Cavalcanti AB, Suzumura ÉA, et al: Effect of lung recruitment and titrated positive end-expiratory pressure (PEEP) vs low PEEP on mortality in patients with acute respiratory distress syndrome: A randomized clinical trial.JAMA 318(14):1335–1345, 2017.doi: 10.1001/jama.2017.14171
2.Guérin C, Reignier J, Richard JC, et al: Prone positioning in severe acute respiratory distress syndrome.N Engl J Med 368(23):2159–2168, 2013.doi: 10.1056/NEJMoa1214103
3.Scholten EL, Beitler JR, Prisk GK, et al: Treatment of ARDS with prone positioning.Chest 151:215–224, 2017.doi: 10.1016/j.chest.2016.06.032.Epub 2016 Jul 8
4.National Heart, Lung, and Blood Institute Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS) Clinical Trials Network, Wiedemann HP, Wheeler AP, et al: Comparison of two fluid-management strategies in acute lung injury.N Engl J Med 354(24):2564–2575, 2006.doi: 10.1056/NEJMoa062200
