正確な肺胞気式でなくて良いのか？その3

 　一度こだわるとしつこく追求したいタイプなので、その3です。

　肺胞気式は本当は少し複雑だと言うこと、PaCO2が高くなるほど、FIO2が高くなるほど簡易式と正式な肺胞気式との差は増えるのですが、A-aDO2の正常値に幅があるので、誤差はほとんど考慮する必要がなく、簡易式で問題ないことをその1、その2で書きました。

　それでもごちゃごちゃ言う人がいた場合の理論武装です。その前に、そう言う人の意見をまず聞いてみましょう。

・酸素を投与しない状態でないと正確な呼吸状態が把握できない。

　酸素投与は人工呼吸器であれば正確な酸素濃度が分かります。しかし、経鼻で1L／分の酸素を流すと酸素濃度は24％程度と言われていますが、本当の吸入酸素濃度は分かりません。よって、FIO2が0.24として計算しても、本当は0.28だったりするかも知れません。A-aDO2やP/F比に大きな違いが出るかも知れません。これは別記事で計算してみましょう。

　しかし、、、、、、

・初回は酸素投与しなかったとして

　初回は酸素投与をせず、A-aDO2が例えば50Torrだったとしましょう。酸素化が悪いので酸素を投与します。次のA-aDO2は酸素投与をした状態での結果になります。同じく50Torrだった場合、どう評価するのでしょう？酸素を投与するとA-aDO2は高くなると言われていますので、良くなっていると考えるのでしょうか？それとも変わらないのか？もしかしたら悪くなっているのかも知れません。その次の3回目の採血と比べるのではないでしょうか。結局酸素を投与した状態での評価が必要ですよね。それとも採血する時には、酸素を止めて採血するのでしょうか？

・呼吸商は0.8か？？？

　計算式では、呼吸商を0.8としていますが、本当の呼吸商はその時の代謝によって異なります。こちらのWikipediaをご覧ください。今の呼吸商はどのぐらいか？を測定する方法は一般臨床では存在しないと思いますし、それをする必要もないでしょう。呼吸商に誤差がある以上、予想式によるPAO2にも誤差がもともとあります。

・大気圧は760Torrか？（TorrもmmHgも同じですが、血圧以外の圧はTorrを用いるそうです）

　PIO2＝（760−47）×FIO2において、760Torrは一気圧ですが、測定した場所の正確な気圧は分かりません。多少の誤差があるでしょう（低気圧が通過中には少し低いのではないでしょうか）。当院では、血液ガス分析の器械から出てくる紙データにも、電子カルテに載ったデータにも気圧が書かれていますが、私はこの記事を書くまでは電子カルテにも載っているのは知りませんでした（偉そうなことを書いているのに、チェックしていなかったです）。
　私が勤める病院の標高は40m程度のようです。気温25度で海面が1気圧の時、病院の気圧は756Torrです（こちらのサイトで計算し、こちらのサイトでhPaをmmHgに変換しました）。電子カルテに載っているデータもほぼこの値でした。760Torrからの4Torrの低下は、ほぼ誤差の範囲ですが、松本市は標高600m程度のようで、気圧は710Torr程度になります。酸素投与なしの場合PAO2が10Torr程度、100％酸素投与であれば50Torr程度低下します。これらも考慮して解析しているでしょうか。

・体温は37度か？

　血液ガスは37度の状態で測定するようです。体温が40度ある人では飽和水蒸気圧の補正が必要ではないかと思われます。PIO2を計算する時の760−47の47は37度における飽和水蒸気圧です。体温36度では44.57Torr、38度では49.7Torr、40度であれば55.33Torrになります（こちらのサイトで計算し、こちらのサイトでhPaをTorrに変換しました）。これによっても誤差が出ます（が、大きな誤差ではないと思われます）。

・PAO2は本当か？
　PAO2は理論上の値です。本当の値は測定できませんし、たぶん、理論とは多少異なるでしょう。肺に入ってくる気体を固体のように仮定して計算していますが、固体ではありませんし、機能的残気量とかのことを考えると複雑すぎます。又これについては記事を書きます。

　上記のような理由により、肺胞気式は誤差をたくさん含んだ計算式です。酸素投与をした場合の誤差も許容範囲だと考えて良いでしょう。

　こちらの文献にも以下のように書かれています。

　We can discard the extra term in the full AGE for any usual clinical purpose; it is complicated and simply too small to make a difference.

　我々は、どんな臨床状況においても、正式な肺胞気式（AGE；alveolar gas equation）の余分な項目を破棄できる。正式な肺胞気式は複雑であり差は非常に小さいためである。

　低酸素は許容できるものではありません。必要であれば、是非血液ガスをとる前に酸素投与を開始しましょう。救急外来であれば、救急隊の方に酸素投与を開始してもらってから搬送してもらうのも手かも知れませんね。以前別の病院の救急外来の看護師さんから、そう言う先生（酸素投与は血液ガスをとってから！）がいて困っているのですが、どうしたら良いでしょうと質問されたのです。

正確な肺胞気式でなくて良いのか？その2

 　昨日の記事に引き続き、正確な肺胞気式と簡略式との差を考えます。今日は酸素投与がされている場合です。

　「血液ガスは、酸素を投与しない状態で採血して計算しなければならないので、血液ガスをとるまで酸素を絶対に投与するな！」と言う人を見かけます。低酸素は危険ですから、そんなプラクティスは推奨しません。もし、そう思うなら正確な肺胞気式で計算すれば良いです。そう言えば、前回の記事に正確な肺胞気式を書いていませんでした。以下の通りです。

PAO2=PIO2−PaCO2/R＋（1/R-1）×PaCO2×FIO2＝713×FIO2−PaCO2/0.8＋0.25×PaCO2×FIO2

（PaCO2＝PACO2という前提ですので、式の中のPCO2はAでもaでも同じです）

　最後の項目はFIO2が低い場合、ほとんど無視できるとされています。酸素投与なしならば、0.25×0.21＝0.0525となり、PaCO2が40Torrならば2.1となり誤差の範囲です。前回の記事「正確な肺胞気式でなくて良いのか？その1」で計算してみましたね。今回はPaCO2が40Torrの場合、FIO2が上昇するとどうなるかを計算します。

（1）FIO2　　（2）正確な式によるPAO2　（3）簡略式　（4）差（2）−（3）

　0.21　　　　　　　101.83　　　　　　　　　99.73　　　　　2.1

　0.24（経鼻1L）　    123.52　　　　　　　　  121.12　　　　   2.4

　0.28（経鼻2L）　　152.44　　　　　　　　  149.64　　　　   2.8

　0.32（経鼻3L）　　181.36　　　　  　　　　178.16　　　　   3.2

　0.36（マスク4L）　 210.28　　　　　　　 　206.68　　　　　3.6

　0.4（マスク5L）　   239.2　　　　　　　　　235.2　　　　　 4

　0.44（マスク6L）　 268.12　　　　　　　　  263.72　　　　   4.4

　0.5　　　　　　　　311.5　　　　　　　　　306.5　　　　　 5

　0.6　　　　　　　　383.8　　　　　　　　　377.8　　　　　 6

　0.8　　　　　　　　528.4　　　　　　　　　520.4　　　　　 8

　1　　　　　　　　　673　　　　　　　　　  663　　　　　   10

　と言うことで、100％酸素投与をしていても差は10Torrであり、肺胞気-動脈血酸素分圧較差（A-aDO2）は10Torrぐらい違ってきますが、そもそもA-aDO2は高濃度酸素を投与すると大きくなるとされています（例えばこちらのサイトに書かれています）ので、10ぐらいの差は許容されるのかも知れません。また、A-aDO2だけが患者さんの呼吸状態を把握するデータではありませんので、別の評価項目も用いれば良いですし、血液ガスデータも酸素投与をした状態で採血したデータであると分かって解析すれば問題ありません。

　また、PaCO2が例えば20Torrであれば、差は半分になり、100％酸素投与下でも差は5になります。PaCO2が80Torrであれば、差は20に増えますが、まあ、そんな状態の人は人工呼吸器をつけてPaCO2を下げて再評価するでしょう。

　急変時や救急車搬入時にチアノーゼがあったり、SpO2が90％を切っているような状態なのに、血液ガスをとるまでは酸素を投与しないというのは意味がないばかりか、低酸素による害を及ぼしますので、是非必要なら血液ガスを採取する前でも酸素を投与しましょう。そして正確な肺胞気式で計算をしましょう（何しろ自動的に計算してくれるサイトがありますから）。

　正確な吸入酸素濃度が分からないから、どうしても酸素投与はいけないというのであれば、素早く動脈血採血が出来るように腕を磨きましょう！

正確な肺胞気式でなくていいのか？その1

 　呼吸管理において出てくる式の一つに肺胞気式というのがあります。肺胞内の酸素分圧は直接測定できないので、計算で予想するための式です。一般的に以下の通りです。

　PAO2＝PIO2−PACO2÷R＝（760-47）×FIO2−PaCO2/0.8

　PAO2：肺胞内酸素分圧（肺胞は英語でalveolar。気体は大文字なので、PAO2と表します）

　PIO2：吸入気酸素分圧（吸入は英語でinspire）

　PACO2：肺胞内二酸化炭素分圧（二酸化炭素は容易に肺胞と血液を移動しますので、PACO2とPaCO2は同じと考えます）

　R：呼吸商（通常は0.8。詳細を知りたい方はこちら）

　760：大気圧です。病院が存在する場所が高いところにあれば違う値になりますし、低気圧が通過中であれば異なるかも知れません。

　47：37度における飽和水蒸気圧です。肺胞に入った気体は水蒸気で飽和されるため分圧がそれだけ低下します。

　PaCO2：動脈血二酸化炭素分圧（動脈は英語でartery。液体は小文字のためPaCO2と表します）

　通常の環境で酸素投与がされていなければ、PIO2＝（760−47）×0.21＝149.73＝150Torrとします。よって、肺胞気式は以下のように書かれていることが多いです。

　PAO2=150−PaCO2/0.8

　何故150なのか？知らなかった方は、理解をして頂ければ幸いです。

　しかし、正確な肺胞気式はもっと複雑です。求め方は前回の記事で紹介した論文に書かれていますが、あなたが肺胞気式オタクでない限り知らなくても良いです。計算も面倒なので自動的にやってもらいましょう。そして、正確な肺胞気式で計算すべきなのか、簡略式で良いのか？と言うと、結論から言えば簡略式で問題ありません。

　こちらに、正式な肺胞気式の計算を簡単にすることができるサイトがありましたので、酸素投与をしない状態でPaCO2が変化したらPAO2はどうなるか計算してみました（正確には数値を入力しただけで自動的に計算してもらいました）。簡略式による値と比べてみます。単位は全てTorrです。mmHgでも同じですが、血圧以外の圧はTorrだと国際的に決まっているそうです。

（1）PaCO2　（2）正確な式のPAO2　（3）簡略式　　　（4）差（2）−（3）

　30　　　　　　113.805　　　　　　　　112.23　　　　　　1.575

　35　　　　　　107.8175　　　　　　　  105.98　　　　　　1.8375

　40　　　　　　101.83　　　　　　　　   99.73　　　　　　 2.1

　45　　　　　　 95.8425　　　　　　　　93.48　　　　　　 2.3625

　50　　　　　　 89.855　　　　　　　　  87.23　　　　　　 2.625

　60　　　　　　 77.88　　　　　　　　　74.73　　　　　　 3.15

　70　　　　　　 65.905　　　　　　　　  62.23　　　　　　 3.675

　80　　　　　　 53.93　　　　　　　　　49.73　　　　　　 4.2

　90　　　　　　41.955　　　　　　　　　37.23　　　　　　4.725

　PaCO2が上昇するにつれ、正確な式との差が大きくなりますが、それでも5は越えません。PAO2を求める意義は、PaO2との差（A-aDO2とかA-aO2 gradientとかP(A-a）O2とか色々な表現があります）を求めるためでしょう。この値の正常値は年齢×0.3以下というのが一番簡単です。こちらのサイトでは2.5＋0.21×年齢とされています。80歳の人であれば、A-aDO2の正常値は前者であれば、24Torr以下、後者であれば19.3Torr以下で結構差があります。出典が明らかではありませんが、年齢の半分以下というのも見たことがあります。

　よって、PAO2の5Torr程度の差は、ほとんど誤差の範囲と考えられ、正確な式で計算をする必要はないと思われます（酸素投与されていない場合ですが）。

　次回の記事では、酸素投与がされている場合について考えてみましょう。

呼吸生理を詳しく勉強したい方に

 　患者さんの管理において呼吸管理は非常に重要ですが、なかなかとっつきにくかったり難しかったりします。特に式が出てくるとアレルギー反応を起こす人もおられるのではないでしょうか。私も数学が学生時代得意だったし、今も継続して学んでいるにもかかわらず、式は苦手です。

　でも分かればとても面白いですので、是非我慢して勉強しましょう。こちらの論文は色々な式の意味や導き方が書かれていて興味深いです。物理や化学の基礎的な知識も書かれていて勉強になります。

　一度に全部読むのは大変なので、ちょっとずつ読んでみてはいかがでしょう。

肺胞気式を導くためのイメージ

　上記は肺胞気式を計算するための図です。何故PaCO2を呼吸商Rで割るのか、二酸化炭素が血液から肺胞に出てきたら、その分その他のガスの分圧が下がるから、単純にPaCO2/Rを引くだけではダメなのではないかと思っていましたが、この論文を読んですっきりしました！（が分からないことがまだあります）。

糖尿病性ケトアシドーシスに重炭酸ナトリウムの投与は有用か？

　代謝性アシドーシスがあるとメイロン！（重炭酸ナトリウムの商品名）と叫ぶ人が結構いますが、行うことの利益と不利益をよく理解しておきましょう。それでも使いたい場合には、堂々と使いましょう。

　こちらの論文をご覧ください。以下のTable2はコピペした物ですが、画像が鮮明ではないですね。

　以下に日本語訳を書いてみます。

表2　糖尿病性ケトアシドーシスにおける重炭酸ナトリウムの投与に関する重要な所見と結論

軽症から中等度のアシデミア（pH≧7.0）に対する重炭酸ナトリウムの使用は

　死亡率や入院期間を減らす効果はない

　一次的にアシドーシスを改善する

　ケトン血症の改善を遅らせる

　中枢神経のアシドーシスを悪化させる傾向にある

　カリウム補充量を増やす

　組織の低酸素を悪化させる

　小児で脳浮腫を発生させ、入院期間を延長させる

　治療後のアルカローシスをきたす

重症のアシデミア（pH＜7.0）に対する重炭酸ナトリウムの使用は

　小規模無作為試験で有病率や死亡率に差を認めなかった。

糖尿病性ケトアシドーシスに対するルチンの重炭酸ナトリウムの投与は調べた範囲では支持されていなかった。

重炭酸ナトリウムの投与を考慮しても良い状況は以下の通り

　重症アシドーシス

　致死的高カリウム血症

　生理食塩水による代謝性アシドーシスからの回復

　　以下解説です。私の個人的な考えも含んでいます。気になる方は原文にあたっていただき、参考文献が記載されているので調べてみてください。

・死亡率や入院期間を改善するデータはない

　今はエビデンスの時代ですので、アシドーシスを改善すれば良いことがありそうだと思っても、そう言うデータがないと、、、、、ですね。患者さんの症状が早く改善するというエビデンスがあるかも知れませんので、これだけでメイロンを使うな！とは言えないとは思います（が、私は滅多に使いません）。

・一時的にアシドーシスを改善する

　良いこともあると言うことなんでしょうが、すぐアシドーシスに戻ってしまうということでしょう。

・ケトン血症の改善を遅らせる

　文献を見たらよく分かりませんでした。すみません。重炭酸ナトリウムの投与によりケトンの産生が増えるようです。

・中枢神経のアシドーシスを悪化させる傾向にある

　重炭酸ナトリウムはNaとHCO3の溶液です。HCO3は多少はCO2になってしまいます。血液脳関門はCO2の方が通過しやすく、重炭酸ナトリウムの投与により脳内にCO2が入ってアシドーシスになるかも知れません。これに関しては否定的な見解も多いようです。

・カリウム補充量を増やす

　重炭酸ナトリウムは高カリウム血症の治療にも用いられる（のですが、最近はそれほどカリウムを下げないので有用ではないという意見もあります）ので当然ですね。

・組織の低酸素を悪化させる

　赤血球内の解糖系が抑制されるため、2,3-DPGが低くなります。そうなるとHbは酸素を放出しにくくなります。その状態で重炭酸ナトリウムを投与すると、酸素解離曲線は左方移動して、さらに酸素を放出しにくくなります。2,3-DPGは数日間回復しないようです。

。治療後アルカローシスになる

　一般的に重症患者さんは改善してくると代謝性アルカローシスになります。輸液や輸血に含まれる乳酸やクエン酸などが代謝されてHCO3になるし、アシドーシスの原因であった物質も代謝されてHCO3になるからでしょう。代償性の呼吸性アシドーシスによる低酸素とかカリウムを失うとか、何か問題があれば別ですが、一般的に自然に治ります。

　以下はよく分かりませんので省略しました。すみません。

代謝性アシドーシス以外でもアニオンギャップが上昇する

 　代謝性アシドーシスを見逃さないためにアニオンギャップ（Anion Gap；以下AG）を必ず計算しましょうと書きましたが、どんな検査も100％ではないので、AGも代謝性アシドーシスではないのに上昇することがあります（もちろんですが、AGの上昇しない代謝性アシドーシスもあります）。

　復習しますと、AG＝測定できない陰イオンー測定できない陽イオンでもありました。つまりAGが上昇するには

・測定できない陰イオンが増える。

・測定できない陽イオンが減る。

・両方がある。

の3つのどれかです。測定できない陽イオンは、カリウムやマグネシウム、カルシウムなども含んでいますが、それらの合計はそれほど高くなく、測定できない陽イオンが減ってAGが増えると言うことはあまりないと言われていて、考える必要がありません。

　よって、AGの上昇＝測定できない陰イオンの増加と考えて良いです。以下の3つが考えられます。

・アルブミン、リン酸、異常タンパク質（例えばIgA）の増加

・代謝性アルカローシス（軽度AGが上昇することがあるそうです）

・機器のエラー（Naが高く、CLやHCO3が低く出る）

　詳細は今後記事にしていきます。しかし、AGが上昇していたら代謝性アシドーシスがあると考えて行動するのが良いですね。

　今回はUpToDateの「Serum anion gap in conditions other than metabolic acidosis」と言う文献を参考にしました。

アニオンギャップは高アルブミン血症でも補正すべきか？

　代謝性アシドーシスがあるかどうかチェックするため、血液ガスを採取したら必ずアニオンギャップ（Anion gap；以下AG）を計算すべきとされています。

　日本やアメリカでは一般的にAG＝Naー（CL＋HCO3）ですが、ヨーロッパではカリウムを入れてAG＝（Na＋K）ー（CL＋HCO3）とするらしいです。4程度の違いが出ますね。自動的に計算されるAGは後者のことが多い（検査の器械がドイツ製が多い気がします）ので注意が必要です。

　さて、AGはどうしてこんな式かというと、体内ではプラスとマイナスは同じ数だという考えから来ています。つまり陽イオンの数＝陰イオンの数（電荷の数）だという前提です。全てのイオンを計測できないし、計測できるものでも少ししかないものは、測定できない陰イオン（unmesured anion；以下UA）と測定できない陽イオン（unmesured cation；UC）とします。すると以下のような式になります。陽イオン＝陰イオンです。

測定できる陽イオン＋UC＝測定できる陰イオン＋UA

　AG＝測定できる陽イオンー測定できる陰イオンなので、AG＝Naー（CL＋HCO3）=UA−UCとなり、アニオンギャップは、測定できない陰イオン−測定できない陽イオンとも言えます。

　測定できない陰イオンの主なものはアルブミンだそうです。次いでリン酸、尿酸、硫酸だそうです。アルブミンは酸だとされてます（酸の定義としてHイオンを放出するものというのを採用）。pH7.4ではアルブミンは陰性電荷を帯びた側鎖の方が多いそうです。よって、アルブミンは全体として陰イオンです。UAであるアルブミンが低くなるとAGは低下し、アルブミンが上昇すればAGは上昇します。よって、低アルブミン血症の場合にはAGが上昇しているのを見逃す可能性があるため、AGをアルブミンで補正すべきとされています。以下のような式です。

補正AG＝AG＋2.5×（4−Alb）

　これはアルブミンが高い時にも行うべきなのでしょうか？今日の疑問はそれです。前置きが長かったですね。

　結論から書けば、同じ式を用いて補正します。つまり、アルブミンが高い場合、補正AGは低下するはずです。こちらの論文を読んでいただけば良いですが、要約を日本語訳しておきます。

　背景：低アルブミン血症はどのぐらいアニオンギャップを低下させるのかに関するデータはいくつか存在していて混乱している。アルブミンが1g/dL低下するとAGは1.5〜2.5mM/L低下するとされている。

　研究方法：血清アルブミン、総蛋白、電解質濃度を5328人の患者（年齢は1ヶ月から102歳）で測定した。ほとんどの患者（3750人、70％）はアルブミン値が正常であったが、1158人は3.4g/dL以下の低アルブミン血症で、420人は4.7g/dL以上の高アルブミン血症であった。血清アルブミンや総蛋白とアニオンギャップの関係を線形回帰法で解析した。

　結果：309人（27％）の低アルブミン血症患者はアニオンギャップが低下しており、257人（61％）の高アルブミン血症患者はアニオンギャップが上昇していた。全ての患者で血清アルブミンか総蛋白とアニオンギャップには有意な関連があった（P< 0.001）。アルブミンとアニオンギャップはアルブミン1g/dLにつきアニオンギャップ2.3mMの低下の関係があった。この係数を用いて、アニオンギャップをアルブミンで補正可能である（補正AG＝AG＋2.3×（4−Alb））。低アルブミン、あるいは高アルブミン血症のある患者の44％でアニオンギャップの評価が補正後に変化した。

　結論：アニオンギャップが増えているか減っているかを考える前に、まずアニオンギャップをアルブミンで補正すべきである。我々のデータは、アルブミン値の変化の2.3倍を使用することを支持する。Figgeらは2.5倍を推奨しているが、どちらを用いてもほぼ同じ結果である。

　まあ、アルブミンが高い人は血液内科などでない限り滅多に遭遇しないと思われますので、疑問に思うことはないのかも知れません。