2011年12月07日

低酸素血症の鑑別1・A-aDO2とは(書き直し)

このあたりは私が学生〜研修医時代、大変苦手であった分野で、昨日はリベンジ?のつもりで書いたのですが、やはり図がないと伝わらないぞ、ということで、図を入れてきちんとした記事にしてみました。



呼吸(外呼吸)とは、肺胞内に空気(酸素の割合21%)が入り、その中の酸素が毛細血管〜動脈に溶け込む過程です。


A-aDO2スライド2.JPG


息を吸い込んだとき、吸気には79%の窒素と21%の酸素と0.04%の二酸化炭素と水蒸気が含まれています。
ここでひさしぶりに教科書を見てビックリ…。二酸化炭素が0.04%じゃあ〜りませんか。昔は0.03%だったのに…人類がどんどん産生しているのですね。


A-aDO2スライド3.JPG


さて、


肺胞の中のO2の濃度にあたる、肺胞気酸素分圧をPAO2(A:Alveolus=肺胞)といい、
動脈の中のO2の濃度にあたる、動脈血酸素分圧をPaO2(a:artery=動脈)といいます。

どちらも頭文字がAなので、大文字、小文字で区別しています。


肺胞の中から動脈血にO2がちゃんと移動できているかどうかを見るために、PAO2とPaO2の差を見ます。その差をA-aDO2といいます。



PaO2の値は、動脈血ガスをとればいいですから、すぐにわかります。問題はPAO2です。
現実問題、肺胞の中にセンサーを潜り込ませて測定するわけには参りませんので、PAO2を直接測定することはできません。ではPAO2、どうやって求めるか。少しおつきあいください。



吸入した空気の酸素分圧、これはわかります。吸入気酸素分圧PIO2といい、室内気では約150Torrです。
Iはinspiratory、つまり吸入気を指します。


A-aDO2スライド4.JPG


PIO2から肺胞での酸素濃度にあたる、肺胞気酸素分圧(PAO2)を計算するには…。


吸入して肺胞に入った酸素分圧のうち、ガス交換で二酸化炭素と交換された酸素分圧を差し引いたものが肺胞における酸素分圧と考えます。ではガス交換された酸素分圧はどうやって知るか。


A-aDO2スライド5.JPG


ガス交換の結果、酸素は二酸化炭素と交換されます。この交換の比率を呼吸商といいます。

呼吸商は食事の内容で変化しますが、わかりやすくするために0.8で計算します。
つまり、酸素:二酸化炭素=1:0.8で交換されるということですね。



ですから、この呼吸商と肺胞内の二酸化炭素分圧PACO2を使うと、二酸化炭素と交換された酸素の分圧がわかるわけです。

二酸化炭素と交換された肺胞内酸素の分圧=PACO2÷0.8

ではPACO2はどうやって求めるか。これはほぼイコール、PaCO2(=動脈血二酸化炭素分圧)であります。なぜならば、CO2はO2よりも、ずっとずっと移動が早く、一瞬にして動脈から肺胞に移動するため、動脈と肺胞のCO2分圧が一瞬にしてイコールになるから、であります。

つまり、

二酸化炭素と交換された肺胞内酸素の分圧=PaCO2÷0.8


つまり、PaCO240Torr分に対し、PAO250Torr分が交換されるわけです。


A-aDO2スライド6.JPG


そうすると、吸入して肺胞に入った酸素分圧(吸入気酸素分圧PIO2=150Torr)のうち、ガス交換で二酸化炭素と交換された酸素分圧(=PaCO2÷0.8)を差し引いたものが肺胞における酸素分圧(PAO2、ほしかったやつです)と考えます。


すなわち、

PAO2=PIO2−ガス交換で二酸化炭素と交換された酸素分圧
=PIO2−(PaCO2÷0.8)


A-aDO2スライド7.JPG


A-aDO2スライド8.JPG


だいぶ結論に近づいて参りました。


A-aDO2=PAO2−PaO2ですから、
A-aDO2={PIO2−(PaCO2÷0.8)}−PaO2
となり、

A-aDO2={150−(PaCO2÷0.8)}−PaO2

という、おなじみの式が登場です。お疲れ様でした。


本当の理想的状態ですと、A-aDO2は0になるはず(これまでに書いたことをよーく考えると当たり前)ですが、現実には少〜しずつずれがあります。FIO2=20%の空気が肺胞を満たしたときのPaCO2=40で、それと接している毛細血管のPaO2が95Torr程度とすると…

A-aDO2=PAO2−PaO2=100−95=5Torrとなるわけです。


今回は、≒と書きたいところも多かったのですが、ややこしさを極力廃するため、敢えて=で統一しました。


今回は理解の難しいところだったので、下付き文字を多用しましたが、下付き文字の表現が大変しんどかったので、以降は下付きにしないかもです。
ご理解いただければと思います。


A-aDO2のややこしい話を最初から読む

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posted by 長尾大志 at 17:40 | Comment(36) | A-aDO2のややこしい話
この記事へのコメント
こっそり修正しました。
ようやくなんとか満足できるものになりました。
Posted by 長尾大志 at 2011年12月08日 09:41
はじめまして。東京で看護師をしているものです。
いま、肺の酸素化の指標について勉強しているのですが、ある本にAーaDo2よりもP/F比のほうが臨床の現場では使いやすいと書かれておりました。
それはFio2の設定が経過と共に変更されるからであると書かれていました。この意味がどうしても理解できません。なぜなのでしょうか?もしよろしければ教えて下さい。
Posted by Ns.k at 2012年04月07日 22:01
FiO2がきっちり決まっているのは、全く酸素を吸っていない大気吸入下か、人工呼吸管理下だけですね。
酸素吸入下では、FiO2はきっちり決まりません。理由は、「何気なく投与している酸素についてちゃんと考える」内の記事をよくお読みいただければと思います。
なので、そういうケースのA-aDO2は、きわめていい加減な数字になります…って、P/Fでも一緒ですね!

「ある本」を読んだわけではないので、筆者の意図とは違うかもしれませんが、P/Fの方が、計算は簡単です。FiO2が変わっても、すぐ(暗算ででも)計算できる、そういうことでしょうか。
Posted by 長尾 大志 at 2012年04月07日 23:28
お返事ありがとうございます。
参考にした本は丸山一男さんの「人工呼吸の考え方」という本です。
多分その本で言いたいことはA-aDO2で求められる数字は絶対値でP/F値で求めることで多分例1(本の例題ですが。。)のような考え方ができると言いたいのかなぁと思いました。
例1 FIO2が0.6でPaO2 150ohgであったらP/F値は250 
この場合の患者で100mmhgを目標にするならばP/F値が250なので 250=100/X としてX=0.4
つまりFio2を0.4まで下げるといった使い方ができるといったことが著者は言いたかったのかと自分は考えました。
でもA-aDO2の式でも出来なくはない気もするのですが。どう思いますか

Posted by Ns.k at 2012年04月09日 22:17
それは可能ですが、P/Fの方が計算が簡単で実用的ではないでしょうか。
どちらかというと、A-aDO2は肺の状態を評価するために使い、P/FはFiO2を決めるために使う、と考えるとわかりやすいかもしれませんね。
Posted by 長尾 大志 at 2012年04月09日 23:35
質問があります。
大気中の窒素は79%、酸素は21%であるのに、吸気中の窒素分圧は760×0.79=600.4Torrではなく、減った窒素分圧分の水蒸気圧が存在するのはなぜか。酸素分圧は減らずに窒素分圧が減るのはなぜか。

勉強不足かもしれませんが解説おねがいします。
Posted by shinchi at 2013年05月04日 20:30
最初のところ、説明不足でしたね。
大気圧が760Torrで、肺胞内の飽和水蒸気圧が47Torr、それを差し引いた乾燥空気の圧が760−47=713Torrとなります。
大気中の窒素は79%、酸素は21%ですから、肺胞内の窒素分圧は
713×0.79≒563Torr
酸素分圧(吸入気酸素分圧)は
713×0.21≒150Torr
となります。

Posted by 長尾 大志 at 2013年05月05日 14:25
よくわかりました。ありがとうございます。
Posted by shinchi at 2013年05月07日 12:09
はじめまして。医学部の3年生です。
A-aDO2についていまいちよく分からず、こちらのブログを読ませていただきました。
いろいろな概念がこんがらがってしまっていてご質問させていただきたいことがいくつかあります。

1、PAO2=PiO2-毛細血管に取り込まれるO2分圧
とかけることについてです。
この式を見ると、分圧をモル数のように扱っているように感じます。その場合は、(p=nRT/Vより)一定の体積状況で考えなければならないと考え、妥当な線ではV=(肺胞の体積)だろうと考えました。
そして、このように考えるには、PiO2のまま一旦は肺胞内に取り込まれたと見なさなければならないと思いました。
ここで、吸入した酸素分圧PiO2は、肺胞内にそのまま届くのでしょうか…?
Posted by at 2013年05月25日 16:42
そう考えています。
Posted by 長尾 大志 at 2013年05月27日 17:41
突然のコメント失礼いたします。
1年目研修医の加茂と申します。人工呼吸器の勉強をしているときに呼吸生理の理解が必要と考え、参考にさせていただきました。

PAO2についていくつか質問させてください。

@
room airで呼吸している状態では、肺胞でのガス交換はO2:50Torr、CO2:40Torrが全てと理解してよいのでしょうか。つまりroom airでは
「静脈血-CO2:40Torr+O2:50Torr=動脈血」
という理解で正しいのでしょうか。


A
@で正しいとしたら、酸素投与時の肺胞→血液の酸素の移動は、肺胞内の酸素分圧が上がることによって「50Torr+α」という形で増加するという理解で良いのでしょうか。
私は以下のように考えております。

例)100%酸素吸入時(FiO2:100%)では、100%酸素を吸いだした直後は肺胞内のO2分圧が上昇することにより、肺胞→血液の酸素の移動は「50Torr+α」で増加。これによりPaO2は98Torrから徐々に上昇。時間が経ち、平衡状態になったときは以下のようになる。

・吸入気
O2:760Torr

・肺胞内気(ガス交換前)
水蒸気圧:47Torr
O2:713Torr

・肺胞内気(ガス交換後)
水蒸気圧:47Torr
O2:663Torr
CO2:40Torr

・動脈血
O2:約660Torr
CO2:40Torr

B
room airという条件下では肺胞と静脈血の間でガスが交換され、肺胞内ではCO2:40Torr上昇、O2:50Torr低下となるとありますが、O2とCO2は常にこの値で交換されるのでしょうか。
運動した時は酸素消費量が増えることにより、O2:100Torr、CO2:80Torrのように交換されたりはしないのでしょうか。
それとも呼吸回数が増えることにより、一回のガス交換は常にO2:50Torr、CO2:40Torrに保たれるのでしょうか。


いろいろ質問してしまい申し訳ありませんが、もしよろしかったら回答お願いいたします。
Posted by 加茂 徹大 at 2013年08月22日 20:32
@常に交換されるO2=50Torr:CO2=40Torrと決まっているわけではありません。
いわゆる正常値が、PaCO2=40Torr付近ですので、動脈血ガス分析でPaCO2=40Torrが得られたとして、それと交換されるO2=50Torr、と計算しております。つまり、私たちが得られる数値がPaCO2とPaO2しかないので、そこから如何にしてPAO2を得るか、という計算方法です。
この記事からAやBのような質問を思いつかれるのは素晴らしいですね。また確認してから回答します。
Posted by 長尾 大志 at 2013年08月22日 23:31
APACO2≒PaCO2、という前提ですから、測定したPaCO2がいくつかによって、それと交換されるO2が変わってくるはずです。PaCO2=40で呼吸商が0.8であれば、交換されるO2=50Torrと計算します。
Bですから動脈血ガスを測定してPaCO2=80Torrという値が得られたら、呼吸商が0.8であるという前提で交換されるO2=100Torrと計算します。
Posted by 長尾 大志 at 2013年08月23日 13:30
スピーディーな回答ありがとうございます。
周りにこのような内容を質問できる先生がおりませんので大変参考になります。
お手数ですがA、Bの回答もよろしくお願いいたします。
Posted by 加茂 徹大 at 2013年08月23日 13:41
回答ありがとうございます。

Bは理解できました。運動時のPaCO2を測ったことはありませんが、おそらくほぼ40Torr であると考えると、運動時は呼吸回数を増やすことにより、肺胞でのガス交換はO2:50Torr、CO2:40Torrであると考えられるということで良いでしょうか。

Aについてなのですが、回答していただいた内容は、酸素吸入である程度時間が経過した時のものということで良いでしょうか。高濃度酸素吸入”開始”時は、酸素の交換される量は50Torr+αでないとPaO2は98Torrから一向に上昇することができないと思うので、高濃度酸素吸入時の肺胞でのガス交換の値はO2:50Torr +α、CO2:40Torrであると思うのですが。

何度も質問してしまい申し訳ありません。
Posted by 加茂 徹大 at 2013年08月23日 21:28
えーとですね。まずこの記事本文ですが、これはある時点での動きをピンポイントでとらえたものではありません。というのも、肺胞は3億もあり、どの場所の肺胞を見るか、呼吸相のどの時点で見るかによってかなり不均一でありますから、PAO2を擬似的に計算するための理想状態として、平均的な肺胞の、吸気後に飽和した時点を想定しております。
APaCO2=40であれば、交換されるO2=50です。肺胞側のO2濃度は関係ありません。
B運動時、過換気時はいろいろな要素が変わりますから…簡単にお答えすることが難しかったりします。前提のところをもう一度よくお読みください。
Posted by 長尾 大志 at 2013年08月25日 00:27
ややこしい質問にもお答えいただきありがとうございました。
お答えいただいたおかげで大体の内容は理解できたので、引き続き人工呼吸器の勉強を進めたいと思います。

ありがとうございました‼
Posted by 加茂 徹大 at 2013年08月25日 19:52
 はじめまして。滋賀県で理学療法士をしています。質問があります。

 A-aDO2の式では呼吸商を利用してPAO2=PiO2-PaCO2/0.8として捉えられています。しかし、O2とCO2では拡散の速度も違うはずです。必ずしも1:0.8の比率でガス交換が行われているとはいえないのではないでしょうか。この比が崩れているから呼吸管理が必要となっているのではないかと思います。
 しかし数字を代入してみると確かに使える計算式だとも思います。
 そういうもんなんだと割り切って使えばよいのでしょうか、頭のは中もやもやしています。よい着地点を教えていただけないでしょうか。お願いします。
Posted by 田中元輝 at 2013年09月01日 10:59
呼吸商とは二酸化炭素の産生量を酸素摂取量で割って算出されていて、通常0.8です。実際に吸気、呼気の二酸化炭素と酸素量の差から求められているものですので、そういうもんなんだと割り切って頂くのがいいと思います。
また、この記事は拡散が終わった飽和状態、一種の理想状態を想定しての計算ですので、拡散能力の差は反映されないと考えるといいと思います。
Posted by 長尾 大志 at 2013年09月01日 16:55
ありがとうございます!割りきって、使っていこうと思います
Posted by 田中元輝 at 2013年09月01日 21:39
初めましてA-aDO2を検索していて先生のブログにたどり着きました。
隅々まで呼吸生理をご理解された懇切丁寧な解説を拝読させていただいて納得の連続です。

病院の当直をしながら
あさっての看護学校の講義の予習をしているアラフォーの内科医です。
呼吸器専門医でないのですが内科の各領域を担当しています(させられています)。

そこでお尋ねしたいことがございます。
こちらで使用している教科書のCO2ナルコーシスの記述以下に論理の飛躍があって理解できないところがあります。
【酸素療法によって低酸素状態が改善すると、低酸素血症による呼吸中枢への刺激が弱くなり、
その結果換気量が減少するために二酸化炭素の排出量が減少して蓄積する。PaCO2の増加はPaO2の低下を伴うので、酸素投与量を増やすとさらに二酸化炭素の蓄積を招くという悪循環に陥りやい。】

酸素吸入による呼吸中枢の抑制は換気量の減少を招いて、
換気量の減少はPaCO2の上昇とPaO2低下を同時に引き起こすと考えておりました。
ところが【PaCO2の増加はPaO2の低下を伴うというのは】肺胞内PaCO2分圧の増加が
肺胞内酸素分圧の低下を招きひいてはPAO2の低下に寄与するということでしょうか。
AaDO2に関する先生の記述ではかようなダイナミズムの一局面を切り取った概念ではないと
再々記述されています。
私は【PaCO2の増加はPaO2の低下を伴うというのは】のPhraseは削除した方が良いと思うのですが先生の御意見をお聞かせ頂ければ幸いです。
Posted by Physician X at 2014年01月12日 11:49
「PaCO2の増加はPaO2の低下を伴う」というのは、PaCO2が増加すると肺胞内CO2分圧、すなわちPACO2の増加を招くということで、PACO2+PAO2の和が一定であれば相対的に肺胞内の酸素分圧PAO2は低下してしまう、ということだと思います。
ただ理解しにくい表現ですので、スキップして頂いても良いのではないでしょうか。
Posted by 長尾 大志 at 2014年01月13日 20:08
長尾先生こんばんは、

お忙しい中、ご回答ありがとうごさいました。
やはり、PACO2+PAO2の和が一定であればという
前提が要りますね。
明日はこの部分、削除してしゃべります。
100分×7コマで呼吸器を教えろということなのですが、通読するだけでもとてもストレスフルなテキストなのです。
筆者・編者の立場からすれば重箱の隅をつつくようなといわれそうですが、
既に10箇所以上出版社を通じて意見を述べたいと感じる記載がございます。暇になったら手紙を書くつもりです。
来年は先生のテキストを使わせていただきましょうかとも・・・。
Posted by Physician X at 2014年01月13日 21:57
おっしゃるとおりです。私も以前看護学生を教えていましたが、テキストが何故あんなにわかりにくく書いてあるのだろう?と思っていましたし、どうしてこういう○○分×○コマ、という効率の悪い講義形式なのだろう?とも思っていました。まあ旧態依然、という言葉がぴったりですよね。
良識あるドクターがきちんと考えてカリキュラムを組めば、たぶん看護師育成に革命を起こせるような気がするのですが、まあいろいろと制約があるのでしょう。私はそういう立場でもないので、看護師さんの教育から少しずつ変えていきたいと思ってやっています。
Posted by 長尾 大志 at 2014年01月14日 23:02
AaDO2の式は、臨床で使いますか。医学部の何年次で習いますか。
Posted by 勉強中 at 2015年03月01日 07:05
臨床ではもちろん使います。何年で習うかは、大学によって異なると思いますが…。生理学でやるところもありますし…。
Posted by 長尾 大志 at 2015年03月01日 20:57
ガス交換障害

肺胞換気量の低下の違いは何でしょうか。

ガス交換障害ではPaCO2があがるようなきがするので。AaDO2もPaCO2も見ないといけないような気がしています。本などでは、ガス交換障害では
AaDO2で判別とあります。

Posted by benkyou at 2015年03月01日 23:27
ご覧になっているのは看護師さん向けの教科書でしょうか。「ガス交換障害」という言葉はあまり私たちは使いません。
ここはガス交換障害を換気血流不均衡(不均等)と置き換えて記事を読んでみて下さい。
また、血ガスの記事が終わったら最新記事でも取り上げていきたいと思いますので、ご期待下さい。
Posted by 長尾 大志 at 2015年03月02日 20:34
ありがとうございます。

教科書はいろいろ使っています。医学部生の生理学など。看護師のものも見ています。

AaDO2の意味は分かりました。シャントなし、病気でなければ、平衡状態でAaDO2=0 mmHgですね。

直接このトピックでないかもしれませんが、

重炭酸イオンHCO3-は、尿となり排出されるのでしょうか。本には近位尿細管で再吸収されるとあります。再吸収するとはありますが、そのまま排出ということもあるのでしょうか。アルカローシスなどの場合です。つまり、CO2の排出機構が気になっています。

Posted by benkyou at 2015年03月05日 01:24
どこまでご存じでどこまで説明したらいいのか、少しわかりかねるのですが、benkyouさんは医学部生でいらっしゃいますか。
ご質問のレベルがどの程度のことを尋ねておられるのか確認したく思います。
一般論ですが、ネットなどでご質問なさるときは、最初にご自分のバックグラウンドを明らかにされる方が、答える側としてはより適切に、ご質問の意図に合ったお答えが出来ると思います。
Posted by 長尾 大志 at 2015年03月07日 15:14
AaDo2式の詳しい説明ありがとうございます。非常にわかりやすく公式の丸暗記で済ますことなく利用していけそうです。

現在救急科研修中でふと疑問に思ったことなのですが、AaDo2は換気障害と換気血流不均等分布の鑑別に役立つのは理解できるのですが、実臨床において例えば両者の併存もあり得るかとおもいます。
間違っていたら申し訳ないですが、AaDO2の公式自体が、吸気中のO2分圧=肺胞内O2分圧(ガス交換前の状態で)の前提の上で計算し、その前提に矛盾が出る状態(吸気O2分圧≠肺胞内O2分圧)が換気障害と判断できると理解しています。とすると、もし両者併存の場合はAaDo2は実際よりもさらに開大してしまい、換気血流不均等分布を過大評価してしまうことになるのではないかと思います。
併存例の場合の鑑別方法としてはどうすれば良いのでしょうか、ご教授ください。
Posted by 研修医2年目 at 2016年05月06日 00:59
併存例の場合の鑑別方法、というご質問の意味がわかりかねます。臨床の現場である患者さんの低酸素が換気血流不均衡によるものか、低換気によるものか、それの合併かを鑑別する、という意味であれば、それは病態から理解出来ると思いますが…A-aDO2のみからは困難でしょう。
Posted by 長尾 大志 at 2016年05月07日 16:31
A-aDO2={150−(PaCO2÷0.8)}−PaO2
大変勉強になっています。
一瞬にしての肺胞でのCO2とO2の交換があることは0.8でわるとの理由としてとても理解ができました。
ただ、上記式にておいて肺胞の血液CO2をみるのであれば、静脈血、すなわちPvCO2の方がよいのではありませんか?教えてください。
箕面市立病院、金井秀行
Posted by 金井秀行 at 2016年07月19日 23:11
金井先生
ご質問ありがとうございます。
私の理解では、静脈血が肺胞で空気に触れると一瞬にしてCO2とO2が拡散し(交換され)、動脈血になった状態が飽和状態ということではないかと思っています。それでPACO2とPaCO2がほぼ等しいと考えられているのではないでしょうか。
Posted by 長尾 大志 at 2016年07月20日 19:26
長尾先生こんばんは

酸素投与時のA-aDO2の求め方はどのような式になるでしょうか。
任意の酸素濃度を吸入している場合のA-aDO2の一般式はあるでしょうか。
Posted by 研修医1年目 at 2017年07月27日 21:55
この記事は古いので、その後に書いた
http://tnagao.sblo.jp/category/4140088-3.html
から続く記事たちを見ていただく方がいいと思います。
式としては
(760-47)×FiO2−PaCO2÷0.8
となります。
Posted by 長尾 大志 at 2017年07月29日 18:33
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