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2016年07月07日

呼吸モニタリング|術中モニタリング

『オペナース』2014年創刊号<術前・術後看護の視点>より抜粋。
呼吸モニタリングについて解説します。

Point

  • 呼吸のモニタリングでは,五感を用いた観察が大切であり,器械を用いたモニタリングを加えて評価することで迅速性と正確性を高めることができます。
  • パルスオキシメータにはタイムラグがあることを知り,測定に影響を与える因子とその結果について理解しましょう。
  • カプノグラフによる波形の特徴・異常波形を理解しましょう。

上村明子
(日本医科大学付属病院 手術看護認定看護師)

 

〈目次〉

 

はじめに

呼吸は,肺のガスが入れ替わる換気と,肺胞におけるガス交換から成り立っています。

呼吸のモニタリングとは,①吸気・呼気のガスの組成,②胸郭の運動,③呼吸回路から肺胞に至る気道内のガスの動き,④肺胞におけるガス交換の結果である動脈血酸素化,⑤二酸化炭素の排泄を系統的に確認することです。

そして,呼吸モニタリングの最終的な目的は,呼吸器系に発生した異常を早期に発見し,それに対するすみやかな処置を可能にすることです。

人工呼吸の場合,呼吸中枢から呼吸筋に至る過程は人工的な外力によって行われるため,適切な呼吸が行われているか,また呼吸回路を含めた人工呼吸器の駆動状態が正常かどうかをチェックするためのモニタリングも必要となります。

日本麻酔科学会では,麻酔事故を防ぐためにガイドライン(表1)を整備し,「安全な麻酔のためのモニター指針」として公表しています。

表1安全な麻酔のためのモニター指針(日本麻酔科学会)(文献1)より引用

安全な麻酔のためのモニター指針 (日本麻酔科学会)(文献1)より引用)

また,五感を用いた評価に加えて器械によるモニタリングを行うことで,異常時の対応がより迅速かつ正確になるだけでなく,術前評価に基づいた起こりうる危機の予測が可能になります。

 

モニタリングの種類と観察ポイント

パルスオキシメータ

パルスオキシメータは,動脈血中のヘモグロビンに結合した酸素の量を非観血的に連続測定する装置です。

酸化ヘモグロビンと非酸化ヘモグロビンの分光吸収特性の違いを利用して,指などの血管中に2波長の光を照射し,それぞれの透過光の振幅比を検出して血液中の酸素飽和度(オキシメータ)を求める方法です。透過光全体のうち,動脈血を通過したものとそうでないものとの区別は,拍動(パルス)があるかないかを利用して測定しています。

 

ヘモグロビン酸素解離曲線

酸素飽和度から動脈血における酸素化の状態を知るには,ヘモグロビン酸素解離曲線を理解しておく必要があります。

横軸に動脈血酸素分圧,縦軸にヘモグロビンの酸素飽和度をとったグラフがヘモグロビン酸素解離曲線となります(図1)。

図1ヘモグロビン酸素解離曲線

ヘモグロビン酸素解離曲線

酸素分圧(PaO2)が高い部分ではグラフは平坦で,60mmHgを下回ると酸素飽和度は急激に低下します。このときの酸素飽和度は90%くらいです。

つまり,PaO2が60mmHgから40mmHgまで低下すると,SpO2は90%から70%にまで急速に低下してしまうのです。

術中に急に酸素飽和度が低下したときは,酸素飽和度が90%以上でも,舌根沈下・無呼吸・排痰困難・気管チューブや人工呼吸器のトラブル・酸素ラインの外れなどがないかを確認し,もし異常がみつかった場合はただちにその原因の追及と対策をする必要があります。

 

パルスオキシメータのタイムラグ

パルスオキシメータの表示値は,実際の値に比べて数十秒程度反応が遅れることが知られています。

この遅れ(タイムラグ)は手の指に比べて足では長くなる傾向があり,測定部位が冷えている場合や低灌流状態ではさらに長くなることもあります。また,手指や耳朶で測定するときには,肺での低酸素が起きてからそれぞれ30秒~1分ほど経たないと酸素飽和度の低下として現れてきません。パルスオキシメータでは動脈血の酸素化がリアルタイムで計測されているとはいえ,時間の遅れがあることも知っておく必要があります。

 

パルスオキシメータの誤差

パルスオキシメータには,±2%程度の誤差があり,たとえば96%と表示されている場合,実際の酸素飽和度は94~98%の間にあるということになります。さらに,70%未満の低い値では,誤差はより大きくなります。

また,パルスオキシメータは,光の色や脈動・電気信号を利用して酸素飽和度を測定しています。そのため,これらを妨害したり影響を与えたりするような疾患や環境下では,測定値が不正確になることがあるため注意しましょう(表2

表2パルスオキシメータの測定値が不正確または測定不能になる状況

パルスオキシメータの測定値が不正確または測定不能になる状況

また,パルスオキシメータを呼吸数や呼吸状態の監視に用いるときは,酸素を投与していると役目を果たさない場合があることを知っておく必要があります。酸素を投与していなければ,呼吸回数の低下や呼吸状態の悪化などにより酸素飽和度の低下が起こるため,呼吸状態の監視になります。

しかし,酸素を投与しているときは酸素飽和度の低下は現れづらくなり,所見が現れたときには,呼吸停止などの危機的な事象につながるほど酸素飽和度が低下している可能性もあるため,十分な注意が必要です。

 

合併症

パルスオキシメータ使用時の合併症としては,皮膚の熱傷,圧迫による壊死などがあります。プローブの温度上昇は2度ほどで,熱傷の原因はプローブ装着による圧迫と発光部の発熱の相乗効果と考えられます。また,コードの重さで指が引っ張られることのないようにテープなどで留めるだけでなく,定期的に観察して合併症を防止しましょう(図2)。

図2 パルスオキシメータの装着

パルスオキシメータの装着

 

カプノメータ

カプノメータは二酸化炭素濃度により赤外線の吸収量が変化することを利用して呼気に含まれる濃度を測定する器械です。縦軸に二酸化炭素濃度,横軸に測定時間をとったグラフをカプノグラムといいます。

呼気終末二酸化炭素濃度は,動脈血の二酸化炭素よりも数mmHg低く表示されます。呼気中の二酸化炭素は,身体で産生されたものが循環によって肺に運ばれた後,換気によって呼気中に出てくるため,代謝と換気条件が一定であれば循環のモニタにもなります。

カプノメータを用いた測定には,メインストリーム型とサイドストリーム型の2種類があります(図3)。

図3カプノメータ:メインストリーム型とサイドストリーム型(文献2)より引用改変

カプノメータ:メインストリーム型とサイドストリーム型(文献2)より引用改変

メインストリーム型は測定部分を直接気道につけるため測定がリアルタイムで表示でき,小児から大人まで対応できますが,死腔が増加するだけでなく,ある程度重さがあるため気管チューブが折れ曲がらないようにうまく固定する必要があります。

一方,サイドストリーム型は麻酔器の回路から吸引するようにして測定するため軽くてよいのですが,低流量麻酔の場合には値がずれてしまったり,サンプリングチューブが折れたりして測定できなくなる場合があります。

また,呼吸器弁やソーダライムの消耗によってもカプノグラムが異常値を示すこともあります。表示値だけを読むだけではなく,患者さんの呼吸状態を正しくチェックしましょう。

 

カプノメータの波形

第I相は呼気の始まりで,死腔にある二酸化炭素を測定するため値はゼロになります。第Ⅱ相は末梢気道と肺胞の混合気が測定され,肺胞の二酸化炭素が急激に排出されるため急峻になります。第Ⅲ相はすべての肺胞気を検出しており,このときの呼気中の二酸化炭素を呼気終末二酸化炭素といいます。第Ⅳ相で次の吸気が始まります(図4)。

図4正常なカプノグラム(文献2)より引用改変

正常なカプノグラム(文献2)より引用改変)

 

 

波形に影響する因子

CO2の欠落(図5B)

第Ⅱ・Ⅲ・Ⅳ相がなくなるもので,以下のような原因が多くみられます。

  • 気管チューブの食道挿管
  • 呼吸回路の接続のはずれ
  • 気管チューブの完全閉塞や抜管
  • 無呼吸
  • サンプリングチューブのはずれ

 

4つの相の分析
・第Ⅰ相

吸気の二酸化炭素濃度がゼロより高いときは,呼気の再呼吸を意味します。また,麻酔回路の一方弁の故障,二重管の呼吸回路の漏れ,二酸化炭素吸収材の消耗などにより,呼気に二酸化炭素が混入して再呼吸が生じた場合にもみられます(図5C)。

 

・第Ⅱ相

立ち上がりがゆるやかで時間の延長があれば,スムーズに呼気が排出できない状態です。原因としては,気道狭窄(気管支攣縮・慢性閉塞性肺疾患など)・呼吸回路の閉塞・サイドストリーム方式のサンプリングの流速が遅いことが考えられます(図5D)。

 

・第Ⅲ相

末梢の気道の狭窄により二酸化炭素の排出が不均一になり時間を要するために,呼気終末に向かって二酸化炭素濃度がゆっくりと上昇を続けます。原図としては,慢性閉塞性気管支炎や喘息の発作などがあります(図5D)。

平坦相の陥凹:浅麻酔や筋弛緩効果の低下により人工呼吸中に自発呼吸が起こることで,術者による横隔膜や胸壁の圧迫から起こる場合もあります(図5E)。

心原性オッシレーション:心臓や大動脈の拍動によりガスが移動したもので,第III相と第IV相の上に重なります。換気量や回数が少ないときや,呼気時間が長いときにみられます(図5F)。

 

・第Ⅳ相

カプノグラムのなだらかな下降は,吸気弁の故障やサンプルガスの吸引が遅いときや,吸気量より吸引量が多いときにみられます(図5G)。

図5 種々の状態におけるカプノグラム(文献2)より引用改変

種々の状態におけるカプノグラム(文献2)より引用改変)

 

 

カプノグラムの上昇・低下の原因

①呼気終末二酸化炭素の上昇

  • 肺胞低換気
  • 呼気の再呼吸
  • 体温上昇(悪性高熱症などによる産生増加),タニケットや血管クランプの解除(放出増加),気腹・炭 酸水素ナトリウムの投与(供給増加)

②呼気終末二酸化炭素の低下

  • 気管チューブの屈曲や気道閉塞,呼吸回路のリーク
  • 過剰換気
  • 心拍出量と肺血流量の低下
  • 低体温(熱産生量の減少)
  • 肺塞栓

 

血液ガス

血液ガスは,主に呼吸器系のモニタとして血中の酸素分圧(PaO2)や二酸化炭素分圧(PaCO2),酸塩基平衡を測定するものです。基準値を覚えるだけでなく,その意味を理解することが必要になります。

 

PaO2の異常

PaO2は動脈血中の酸素分圧を示し,肺における酸素化能の指標となります。異常値を示す場合には,以下の4点が考えられます。

 

換気の低下

PaCO2の上昇は,結果的にPaO2を低下させます。PaCO2を上昇させる病態としては,薬剤による呼吸中枢抑制,代謝性アルカローシスによる呼吸抑制,中枢神経系疾患(脳出血脳腫瘍など)に伴う呼吸運動の抑制,呼吸筋力の低下,胸郭の運動障害などが挙げられます。

 

シャント

混合静脈血がそのまま動脈血に流れることをいいます。先天性心原因による右−左シャントや無気肺の肺内シャントの際に低酸素血症がみられます。混合静脈血の流入によりPaCO2は上昇しますが,この場合は吸入気酸素濃度を上げてもPaO2はほとんど変化しないのが特徴です。

 

拡散障害

肺線維症や肺うっ血などが代表的な病態で,肺胞におけるガス拡散がうまく行われないことでPaO2の低下が現れます。

 

換気−血流比不均等

肺胞換気量と肺血流量との比率を換気血流比といい,健常肺でも各部位で比率は異なります。換気-血流比の広がりやばらつきが大きくなると,低酸素血症の原因となります。

 

PaCO2の異常

PaCO2は動脈血中の二酸化炭素分圧を示し,最大の規定要因は換気量です。さらに,代謝も重要な要因のひとつであり,代謝の強弱によりPaCO2も変化します。一般的な正常範囲は35~45mmHgで,それより低値の場合を低CO2血症,高値の場合を高CO2血症と定義します。

 

低CO2血症

低CO2血症をきたす原因としては,過換気症候群,代謝性アシドーシス,中枢神経系の原因(脳腫瘍など),妊娠甲状腺機能亢進症,薬剤などが挙げられます。低CO2血症の患者さんでは,一般に分時換気量が増大します。

 

高CO2血症

高CO2血症をきたす原因としては,睡眠時無呼吸症候群,代謝性アルカローシス,中枢神経系の原因,薬剤,呼吸筋の障害,気道・胸郭系の原因などが挙げられます。高CO2血症は肺胞換気量の減少を意味しますが,必ずしも分時換気量が減少しないことに注意が必要です(慢性肺気腫など)。

 

酸-塩基平衡(pH)の異常

呼吸性アシドーシス

呼吸性アシドーシスは,肺胞換気量の低下によりPaCO2が増加した結果,アシドーシスが生じる病態です。肺気腫などの閉塞性呼吸器疾患原因だけでなく,拘束性呼吸器疾患を有する患者さんでもこの病態に陥ります。

 

呼吸性アルカローシス

呼吸性アルカローシスは,肺胞換気量の増加によりPaCO2が低下した結果,アルカローシスが生じる病態です。肺水腫の初期や間質性肺炎,過換気症候群を有する患者さんでも起こります。

 

代謝性アシドーシス

代謝性アシドーシスは,塩基の欠乏や不揮発性酸が蓄積した結果生じる病態です。腎不全糖尿病などを有する患者さんで起こります。代謝性アシドーシスが生じた場合,生体はpHを正常に保つために過換気によってCO2を排泄します。

 

代謝性アルカローシス

代謝性アルカローシスは,塩基の蓄積や不揮発性酸が欠乏した結果生じる病態です。低カリウム血症,胃液の喪失などにより生じます。

 

呼気麻酔ガスモニタ

呼気麻酔ガスモニタでは,麻酔器を通してセボフルランなどの揮発性吸入麻酔薬や笑気(亜酸化窒素)などの濃度を,吸気と呼気それぞれでモニタリングできます。また,同時に吸気中の炭酸ガス分圧を測定できるモニタがほとんどです。吸入麻酔薬は肺から血液中に吸収され,脳で作用すると考えられています。

そのため,臨床的には「呼気終末麻酔ガス濃度≒肺胞麻酔ガス濃度≒脳内麻酔ガス濃度」と考えられ,脳での麻酔濃度を測定できます。したがって,麻酔維持中は呼気中の麻酔ガス濃度をモニタリングすることで,麻酔の深さを推測することができます。

また,麻酔薬の排泄経路は呼気からが大部分です。そのため,吸入麻酔薬の投与中止後に呼気中の麻酔ガス濃度を測定することで,体内にどれくらい麻酔薬が残っているかを推測できます。

 

気道内圧モニタ

気道内圧モニタは,人工呼吸器の動作状況の確認と同時に,人工呼吸器使用中の患者さんの換気予備能力,ウィニングの指標,呼吸器系の状態把握などの換気力学的評価を行ううえで重要となります。

 

呼吸音の聴取,胸郭の動き・呼吸パターンの観察

呼吸音の聴取や胸郭の動きから有効な換気ができているかどうかを確認することは,基本であると同時に最も大切であり,術前評価に基づいて起こりうる危機を予測するうえでも重要です。呼吸音の聴取により,換気の有無,気道分泌物や気管チューブの折れ曲がりによる閉塞などの早期発見が可能になります。

また,胸郭の動きの左右差(片肺挿管・気胸・無気肺),奇異性呼吸や陥没呼吸(上気道の狭窄,閉塞)などは,換気異常の早期発見にもつながります。

 

呼吸バッグの手ごたえ

医師が用手換気による人工呼吸を行う場合,呼吸バッグの手ごたえによって呼吸回路の漏れ,気道の狭窄,胸郭・肺コンプライアンスの変化,自発呼吸の再開(筋弛緩薬の効果の消失,浅い麻酔深度),バッキング,1回換気量の目安などを感知することができます。そのため,麻酔科医の反応に注意してコミュニケーションをとり,必要な準備をしてすみやかに対応ができるように注意しましょう。

 

おわりに

呼吸モニタリングの最終的な目的は,呼吸器系に発生した異常を早期に発見し,それに対するすみやかな処置を可能にすることです。

器械の値に頼りきるのではなく,まず,五感を用いて観察した評価が重要です。これに加えて器械によるモニタリングを行うことで,異常時の対応において迅速性と正確性を高めることができます。また,術前の情報収集による評価に基づいた,起こりうる危機の予測も「看視の目」として重要な仕事です。異常の早期発見に役立てていきましょう。

手術室ではさまざまな職種がチームとなって手術に臨みます。お互いに連携をとり術前の確認を確実に行い,異常の早期発見やすみやかな対処ができるように心がけましょう。

 

 


[引用文献]


[文献]

  • 竹田 清(編):ゼロからはじめる麻酔&看護トレーニング.OPE NURSING,06年秋季増刊:2006.
  • 稲田英一(編):麻酔科診療プラクティス13 モニタリングのすべて.文光堂:2004.
  • 天羽敬祐,川村隆枝:これだけは知っておきたいモニタリングQ&A.総合医学社:2007.
  • 熊澤光生(監修):標準麻酔科学 第5版.医学書院:2006.

[Profile]
上村明子(かみむら あきこ)
日本医科大学付属病院 手術看護認定看護師
1969年生。1992年 日本医科大学付属病院 入職,中央手術室 配属。2004年 同病院 中央手術室 主任看護師となる。2006年 手術看護認定看護師 取得。2012年 同病院 中央手術室 看護係長となり,現在に至る。


本記事は株式会社医学出版の提供により掲載しています。/著作権所有 (C) 2014 医学出版
[出典]オペナース 2014年創刊号

オペナース 2014年創刊号P.52~「呼吸モニタリング」

著作権について

この連載

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