ハイフロー鼻カニューレ（HFNC） – Part 1: How It Works

2018年8月20日

ハイフロー鼻カニューレ（HFNC） – Part 1: How It Works

加熱・加湿された高流量鼻腔カニューレ（HFNC）の使用は、あらゆる年齢層の急性呼吸不全患者の治療において、ますます普及しています。 私が最初に使い始めたのは、小児集中治療のフェローでしたが、実際にどのように機能するのかほとんど知りませんでした。 主に重症の気管支炎を患う子どもたちに使用して成功した数年後、成人の集中治療室でも使用し始めたことに気づきました。 ここ数年で、作用のメカニズムやさまざまな症状での使用について、多くの研究がなされているようです。

Heat and Humidified High Flow Nasal Cannula（HFNC）は、通常の鼻腔カニューレを大流量にしただけのものではありません。 このカニューレは、実際に気体を取り込み、37℃、相対湿度100％に加熱して、0.21〜1.00％のfi02を最大60リットル/分の流量で供給することができます。

この装置を製造している会社は主に2社あります。

各社とも、未熟な新生児やさまざまな年齢の子供向けの小さなカニューレから、大人用のカニューレまでを提供しています。 各カニューレは、患者の鼻にぴったりとフィットし、一般的な鼻カニューレで起こりうるカニューレ周辺の室内空気の巻き込みを防ぐ必要があります。

仕組み

加温 & 加湿

加温・加湿された酸素は、標準的な酸素療法と比べて多くの利点があります。 標準的な酸素療法は、鼻カニューレや非再吸入器などの機器を通して行われますが、冷たい（温められていない）、乾燥している（加湿されていない）という特徴があります。 これにより、気道の炎症が起こり、気道抵抗が増加し、粘膜繊毛機能が低下して分泌物のクリアランスが減少する可能性があります(1)。 また、通常の呼吸で気体を温めたり加湿したりするために、個人でもかなりのカロリーが消費されています(2)。

HFNCはガスを温め（37℃）、加湿することができるので、気道の炎症を抑え、粘膜繊毛機能を維持し、粘液クリアランスを改善し、急性呼吸不全におけるカロリー消費を抑えることができます（1-2）。

Inspiratory Demands:

明らかな利点の1つですが、言及する価値があるのは、ハイフローは非常に高い流量のガスを供給できることです。 これは、急性呼吸不全の患者が極度の頻呼吸になるため、通常30L/min～60L/minのピーク吸気流量が120L/minにまで達することがあるため、重要です(3)。 つまり、PIFレートが120L/min、分量>20L/minの頻脈患者に15L/minのNRBマスクを装着しても、思ったほど助けになっていない可能性があるのです。

機能的残存能力:

あなたは、Hi FlowがPEEPを提供するという箇条書きを探していたかもしれませんが、見つかりませんでした。 高流量装置が提供できるPEEPの量については、いくつかの議論がありました。 HFNCは、閉口呼吸で10L/minの流量を供給するごとに、最大1mm of HgのPEEPを供給することが示されています。 (4-5)

これがすべての患者さんに当てはまるとは思えません。なぜなら、実際に患者さんに提供できるPEEPの量に影響を与える要因がたくさんあるからです。 患者の体格(肥満、成人、小児)、送出される流量(L/Min)、口を開けて呼吸するか閉じて呼吸するか(口を開けていると圧力が逃げる可能性がある)などの要因は、すべて送出されるPEEPの量に影響を与えます(4)

議論は続きますが、HFNCは患者の機能的残存容積(FRC)またはPEEPが通常改善する呼気終了時の肺活量を増加させることができるようです。 Riera J.らの研究では、HFNCを使用すると呼気終末肺インピーダンス（EELI）が増加し、FRCが改善されることを示しています（6）。

また、HFNCの使用は、胸腔内圧を上昇させることで前負荷を減少させることができるようですが、これも一般的にPEEPに起因する特徴です。 Rocaらは、10人の患者（NYHA III心不全、ただし急性CHF増悪時ではない）を対象とした逐次インターバル試験において、Hi Flowの使用が心エコー図で測定した患者のベースラインから下大静脈（IVC）の吸気虚脱を引き起こすことを示した(7)。

Hi Flowは、肺胞のリクルートとFRCの増加を引き起こし、PEEPを追加した結果として胸腔内圧を上昇させるようですが、これらの所見の原因がおそらく別のメカニズムであるかどうかは定かではありません。

軽量化：

患者さんの中には、密着したマスクが不快な方もいるので、非侵襲的陽圧換気（CPAPまたはBPAP）よりもHFNCの使用を好む方も少なくありません。 また、標準的な酸素療法のように、温められた加湿ガスが粘膜を乾燥させることがないため、標準的なNCよりも好まれることもあります(5)。

O2の希釈：

インターンとしてICUに勤務していたとき、1リットルの鼻カニューレで部屋の空気(21%)よりも約4%のfiO2を供給することを教わりました。 つまり、1リットル/分のNCでは約25％のfi02が得られ、2リットル/分では29％のfiO2が得られることになります（以下の表1参照）。 私はこの「1:4ルール」が正しいと長年信じていましたが、それが急性呼吸困難の患者にとって意味があるかどうかを見てみましょう

70kgの男性が正常な換気量（～500mL）で30～40bpmの呼吸をしており、若干の低酸素血症を発症しているとします。 この患者の分換気量は15～20リットル/分です。 あなたはこの患者に6リットル/分のNCを行うことにしました。「1:4の法則」が成り立つならば、理論的にはfiO2 ~ 45% (6L x 4% = 24 + 部屋の空気 (21%) = 45%)になるはずです。

より多くの量のfio2を効果的に患者に供給するためには、酸素希釈を最小限に抑えるために、患者の分娩時の換気と吸気の要求に合わせるだけでなく、それを上回るようにしなければなりません。

デッドスペースの解消：

私たちは通常、それまでに吐き出した潮容積の3分の1を再呼吸しますが、21％（室内空気）とごくわずかな量の二酸化炭素を呼吸する代わりに、15～16％の酸素と5～6％の二酸化炭素を再呼吸することがあります。 これは、先に吐いた息（低酸素で若干の二酸化炭素を含む）が完全に吐き出されず、上気道に残っているためである。 患者さんが大気中のガスを吸って次の呼吸をするとき、そのガスのすべてが肺胞に入るわけではありません。 実際には、新しい大気ガス（21％の酸素とごくわずかな二酸化炭素）と以前に吐き出されたガス（<21％の酸素といくらかの二酸化炭素）の混合物である。 急性呼吸不全の患者では、再呼吸するガスの割合が大きくなり、その結果、上気道からの混合リザーバーから息を吸うことで、より大量の二酸化炭素を再呼吸することができます。

HFNCの主な利点の1つ（実際には主な利点だと言う人もいます）は、患者の咽頭デッドスペース（酸素が少なく二酸化炭素が多い古いガス）を置き換えたり洗い流したりするために、新鮮なガスを高流量で継続的に供給できることです。 患者が再び呼吸するたびに、二酸化炭素が洗い流され、酸素を多く含むガスに置き換わり、呼吸効率が向上します(8)。

Guest Post Co-Written By

Thomas Lettich, D. O.
Internal Medicine/P.O.O.
内科・小児科レジデント医師
Geisinger Medical Center
ペンシルバニア州ダンビル

1. Chidekel, A et al. The Effects of Gas Humidification with High-Flow Nasal Cannula on Cultured Human Airway Epithelial Cells（高流量鼻カニューレによるガス加湿の培養ヒト気道上皮細胞への影響）。 Pulmonary Medicine 2012. PMID:22988501
2. Dysart, K et al. ハイフロー療法の研究。 Mechanisms of Action. Respiratory Medicine 2009. PMID:19467849
3. Katz, JA et al.Acute Respiratory Failure Patients with Continuous Positive Airway Pressure with and Without Inspiratory Work. Anesthesiology 1985. PMID:3904528
4. Parke R et al. Nasal High Flow Oxygen During all Phases of the Respiratory Cycle: Pressures Delivered by Nasal High Flow Oxygen. Respiratory Care 2013. PMID:23513246
5. Frat JP et al. High-Flow Nasal Oxygen Therapy and Noninvasive Ventilation in the Management of Acute Hypoxemic Respiratory Failure（急性低酸素性呼吸不全の管理における高流量鼻腔酸素療法と非侵襲的人工呼吸）. Annals of Translational Medicine 2017）に掲載されています。) PMID:28828372
6. Riera J et al.High-Flow Nasal Cannula and Body Position on End-Expiratory Lung Volume.Effect of High-Flow Nasal Cannula and Body Position on End-Expiratory Lung Volume: A Cohort Study Using Electrical Impedance Tomography. Respiratory Medicine 2013. PMID:23050520
7. Roca O et al. Patients with New York Heart Association Class III Heart Failure may Benefit with High Flow Nasal Cannula Supportive Therapy: High Flow Nasal Cannula in Heart Failure. Journal Crit Care 2013. PMID：23602035
8. Möller W et al.Nasal High Flow Clears Anatomical Dead Space in Upper Airway Models. Journal of Applied Physiology 2015）に掲載されました。) PMID：25882385

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Post Peer Reviewed By: Salim R. Rezaie, MD (Twitter: @srrezaie)

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Frank Lodeserto MD

Associate Professor。 Geisinger Commonwealth School of Medicineプログラムディレクター。 Critical Care Fellowship Adult & Pediatric Critical CareGeisinger Medical CenterJanet Weis Children’s HospitalDanville,

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