換気血流比不均等とは?実は健常者でも不均等だった

今回は低酸素血症の原因である換気血流比不均等について記載していきたいと思います。

まず、低酸素血症とは?

低酸素血症とはPaO2が60Torr(mmHg)を下回る場合と定義されています。

PaO2とは動脈血酸素分圧のことで、動脈血中に存在している酸素の圧力を表しています。

大気中から取り入れられた酸素は肺胞を介して動脈へ取り込まれますが、このとき動脈へ取り込まれる酸素の分圧が低いと低酸素血症になってしまいます。

低酸素血症の原因とは?

低酸素血症の原因には以下の4つがあります。

今回はその中でも換気血流比不均等について説明させていただきます。

換気血流比とは??

換気血流比不均等の説明をする前に、まず換気血流比とは何なのか説明します。

換気血流比とは、「換気」と「血流」の「比」と分けることができます。その「換気」と「血流」が何なのか分かれば疑問はサッと解決しますね。

「換気」とは、肺胞換気量(VA)のことです。肺胞内に存在していて、かつガス交換に関与する酸素のことですね。

肺胞換気量の計算式
肺胞換気量(VA)= 一回換気量(Vt) - 死腔量(dead space)

 

「血流」とは、肺血流量(Q)のことです。肺胞を循環する血流量のことですね。

つまり、換気血流比とは、肺胞換気量(VA)と肺血流量(Q)の比のことなのです。それぞれの頭文字をとってV/Q比(読み方:ぶいきゅーひ)ともいいます。

換気血流比の理想とは??

例えば、おおよそ100mmHgのガス交換可能な酸素が肺胞へ入ってきて、肺血管に100mmHg分の酸素がすべて拡散されるとします。この場合、肺胞換気量(VA)100mmHgに対して肺血流量(Q)100mmHgなので100/100=1となります。

つまり、肺胞換気量と肺血流量に差がないため、換気と血流の釣り合いがとれている、とても効率の良いガス交換であるといえるのです。

このようにすべての肺胞が均等に換気され、かつ均等な血流を受けるとき(V/Q 比=1)の肺胞気ガス組成を「理想肺胞気」といいます。ただし、健常人であってもV/Q比が必ずしも1にはならず、正常範囲が0.8〜1.2といわれています。

それはどうしてなのでしょうか?

健常人でもV/Q比が1でない理由とは?

立位や座位だと重力の影響で健常人であってもVAやQは肺尖部で小さく、肺底部で大きくなる傾向があります。つまり、換気量や血流量の分布が重力の影響により変わってしまうのです。

換気量の分布による影響

重力の影響による換気量の分布を考えるとき、「吊り下げられたバネ」をイメージすると理解が深まります。

換気血流比不均等

吊り下げられたバネは上のほうがよく伸びて、下のほうはあまり伸びないことがイメージできると思います。

この考え方を肺胞で応用してみます。

肺尖部に存在している肺胞は肺自体の重さによって、もともと引き伸ばされた状態にあります。対して肺底部に存在している肺胞は肺尖部に比べて引き伸ばされていない状態にあります。

もともとそのような状態から空気が肺胞へ流入してくると、肺尖部に存在している肺胞の伸び率は少なく、肺底部に存在している肺胞の伸び率は大きくなることがわかります。

換気血流比

つまり、換気によって肺底部の方が膨らむ量は大きくなります。そのため、肺胞換気量(VA)は肺尖部で小さく、肺底部で大きくなる分布を表すのです。

換気血流比

血流量の分布による影響

重力の影響による血流量の分布を考えるとき、「静水圧」をイメージすると理解が深まります。

静水圧

静水圧とは・・・??

静止している液体の中の任意の面に作用する圧力。静止流体の中の面に働く応力はその面に垂直な圧力だけで,面に沿う方向のずれ応力は働かない。

https://kotobank.jp

 

もう少し噛み砕いて言うと、水中で液体同士が互いに押し合う力(圧力)のことです。

この静水圧は肺血管内径を広げて血流量を増大させる役割を担っています。そして静水圧は液体量(血液量)が増えれば増えるほど強くなる性質があります。

 

静水圧についてわかったところで重力との関係について考えていきます。

重力が働くと静水圧は下の方で高くなります。そのため、肺尖部に比べて肺底部で静水圧が高くなるということになります。つまり、肺底部で静水圧が高いということはその分、血流量も増加するということです。

そのため、肺血流量(Q)は肺尖部に比べて肺底部で増加する分布を表します。

換気血流比

 

まとめると、立位など重力が加わっている状態では、換気量(VA)・肺血流量(Q)ともに肺尖部では減少、肺底部では増加する傾向にあります。

 

では、V/Q比は肺尖部と肺底部で違いが出るのでしょうか?

肺尖部と肺底部のV/Q比

肺尖部、肺底部ともに換気量(VA)、肺血流量(Q)が増加しますが、V/Q比だと肺尖部が増加し、肺底部が減少します。

これは下表の「部位による換気血流比の違い」をみてみれば一目瞭然です。

VA:Q V / Q
上肺野 0.6:0.2 3.0
中肺野 1.0:1.0 1.0
下肺野 2.4:3.8 0.6
全体 4.0:5.0 0.8

上肺野(肺尖部)では前述したように換気量(VA)・肺血流量(Q)ともに少ないですが、肺血流量(Q)に比べて換気量のほうが多くなっています。そのため、V/Q 比は高くなります。

対して、下肺野(肺底部)では換気量(VA)・肺血流量(Q)ともに多いですが、換気量(VA)に比べて肺血流量(Q)のほうが多くなっています。そのため、V/Q比は低くなるのです。

本題の換気血流比不均等とは??

ここまでで換気量(VA)や肺血流量(Q)の特徴やそれぞれの比(V/Q 比)について述べてきました。

これらをしっかりと理解すれば、あとは簡単です。

 

V/Q比が正常の0.8〜1.2の範囲から逸脱している状態のことを換気血流比不均等といいます。逸脱するとはどのような状態かといいますと、換気量が正常よりも増加したり、逆に減少したり、肺血流量が途絶えてしまったりするような状態のことです。

 

では、どのような疾患が換気血流比不均等を引き起こしてしまうのでしょうか?

換気血流比不均等を引き起こす代表的疾患とは?

換気血流比不均等を引き起こす疾患には、

  • 慢性閉塞性肺疾患(COPD)
  • 肺炎
  • 肺塞栓症(PE)

などが挙げられます。

COPDや肺炎が換気血流比不均等を呈する理由

COPDとは慢性閉塞性肺疾患のことで、末梢気道病変と気腫性病変に分けられます。

末梢気道病変とは慢性気管支炎によって末梢気道の気管支に炎症が生じた状態のことであり、気道壁の肥厚や粘液貯留によって気道の狭小化を来してしまう状態のことです。

気腫性病変とは喫煙など有害物質により肺胞が破壊されていき、肺胞弾性収縮力が低下することにより肺胞内圧が下降する状態のことです。

 

次に肺炎とは肺の炎症性疾患の総称をいいます。一般的には微生物感染によって生じる肺胞性肺炎のことを指します。

肺炎
意外と知らない!?肺炎の症状と分類について解説

 

この両者ともに肺胞に障害が生じるため、肺胞換気量が減少する疾患です。つまり、V/QのうちV(換気量)が減少することでV/Q比が0.8よりも小さくなり、換気血流比不均等を示してしまうのです。

肺塞栓症が換気血流比不均等を呈する理由

 

肺塞栓症とは静脈で形成された血栓(深部静脈血栓:DVT)が剥がれて、肺動脈を閉塞してしまう疾患のことです。肺塞栓症では肺胞ではなく肺血管に障害が生じるため、肺血流量に影響が出てしまいます。

つまり、V/QのうちQ(肺血流量)が減少することでV/Q比が1.2よりも大きくなり、換気血流比不均等を示してしまうのです。

今日のリハゴリ俱楽部

  1. 換気血流比不均等とは肺胞換気量と肺血流量の比に差が生じてしまうことをいいます。
  2. 換気血流比は健常人でも均等ではなく、0.8〜1.2と幅があります。また、V/Q比は肺尖部のほうが大きくなる特徴があります。
  3. 換気血流比不均等を引き起こす疾患にはCOPD、肺炎、肺塞栓症などが挙げられます。

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