カプノグラフィ
治療法
正常呼吸サイクルの典型的なカプノグラム
シノニム呼気終末二酸化炭素 (PETCO2)
MeSHD019296
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カプノグラフィ（英: Capnography）とは、呼吸ガス中の二酸化炭素（CO2）の濃度や分圧をモニターすることである。全身麻酔時や集中治療に使用するモニタリングツールとして発展してきた。通常、縦軸にCO2（単位はキロパスカルkPaまたは水銀柱ミリメートル、mmHg）、横軸を時間に対してプロットしたグラフが表示される。呼気終末二酸化炭素分圧（英: Partial pressure of end-tidal carbon dioxide, PETCO2）とも呼ばれ[1]、この名称が広く普及してはいるものの、モニターの性質上、図に示すとおり、吸気時も呼気時もCO2は連続的に測定され、表示される。グラフ上のCO2波形はカプノグラム（英: Capnogram）と呼ばれる。グラフ上の横軸を時間ではなく、呼気量とした場合は、あまり知られていないが、volumetric capnographyと呼ばれ、臨床上、有用な情報が得られる。
概要

カプノグラムは、吸気と呼気のCO2濃度または分圧を直接モニターし、動脈血のCO2分圧を間接的にモニターするものである。適切な換気がなされているかをリアルタイムかつ連続的に監視でき、換気状態の目安として人工呼吸器使用中の患者などに多く使用される[2](p345)。換気以外にも循環や代謝のモニタリングとしても有用性が高く、周術期や集中治療、救急医療において欠かせない存在となっている。健康な人では、動脈血と呼気ガスのCO2分圧の差は非常に小さい（通常の差は4?5mmHg）。カプノグラフィからは、CO2産生、肺灌流、肺胞換気、呼吸様式、麻酔器の呼吸回路や人工呼吸器からのCO2排出に関する情報を知ることができる。カプノグラム波形は肺疾患により影響される。一般的には、気管支炎、肺気腫、喘息などの、肺内の気体の混合が損なわれる閉塞性疾患である[3]。ほとんどの肺疾患や、一部の先天性心疾患（チアノーゼ性）では、動脈血と呼気ガスの差は増加し、心臓血管・呼吸器系の新規病変や変化を示唆する[4][5]。カプノグラム波形から気道狭窄や呼吸回路のトラブル、自発呼吸の出現、肺血栓塞栓症などの情報も得られる[2](pp345-346)。

PETCO2の正常値は、35?45mmHg程度であり、これらの値は、基本的に換気量に依存しており、換気量が多いと、二酸化炭素がたくさん排出され、PaCO2は低下する。逆に換気量が少ないと、血液内にCO2が貯まるので、PaCO2が上昇する[6]。PETCO2は低体温、心拍出量低下や肺血流量低下に伴って低下し、高体温や心拍出量増加に伴って上昇する[2](p345)。カプノグラフィは、代謝の指標となる二酸化炭素の産生量を測定するためにも使用される。発熱時や震え時には二酸化炭素の産生量が増加する。麻酔中や低体温時には、二酸化炭素の産生量は減少する[7]。世界におけるカプノグラフィ装置の市場規模は、2019年の3億600万米ドルから、2024年までに3億6170万米ドルへ達すると予測されている[8]。第1相(Phase �T): 死腔のCO2 第2相(Phase �U): 肺胞気と死腔のCO2 第3相(Phase �V): 肺胞のCO2のみ
生理学

酸素化とカプノグラフィは、関連してはいるものの、呼吸の生理学において異なる要素であることに変わりはない。換気とは、肺が膨張してある量の気体を交換する機械的なプロセスを指すが、呼吸はさらに肺胞レベルでの気体（主にCO2とO2）の交換を指す。呼吸のプロセスは、主に2つの機能に分けることができる：排出されたCO2の除去、および新鮮な酸素の組織への補充である。酸素濃度（通常、パルスオキシメータにより測定）は、このシステムの後者の部分を測定する。カプノグラフィは、酸素化状態よりも臨床的に重要な意味を持ち得るCO2の排出を測定するものである[9]。

呼吸（英語版）の正常なサイクルでは、1回の呼吸は吸気と呼気の2つのフェーズに分けられる。吸気開始時、肺は膨張し、CO2を含まないガスが肺に充満する。肺胞がこの新しいガスで満たされるとき、肺胞に満たされるCO2の濃度は、肺胞の換気とCO2を交換するための灌流（血流）に依存する。呼気が始まると、空気が気道から押し出されるため、肺の容積は減少する。呼気終了時に吐き出されるCO2の量は、全身の組織から代謝の副産物として発生する。呼気のために肺胞にCO2を送り込むには、組織から肺胞への十分な血流を確保するために、心血管系が健常であるか否かに依存している。心拍出量（心臓から送り出される血液の量）が減少すると、CO2の輸送能力も低下し、呼気中のCO2量の減少に反映される。心拍出量と呼気終末CO2の関係は直線的であり、心拍出量が増減するとCO2量も同じように調整される。そのため、呼気終末CO2を測定することで、心臓が血液をどの程度送り出すことができるのか、循環器系の状態を知ることができるのである[10]。

呼吸のたびに測定されるCO2の量は、肺の機能単位である肺胞にCO2を供給するために、循環器系が健常であることが前提となる。呼気の第I相では、肺に運ばれたCO2は、死腔と呼ばれるガス交換に関与していない所定の空間を占有している。呼気の第II相は、肺のCO2が体外に排出される際に気道に押し上げられ、死腔の空気とガス交換を担う肺胞の空気とが混合される時である。第III相は呼気の最後の部分で、死腔ではなく肺胞からのみのCO2が反映される。第�W相では、吸気が開始され、二酸化炭素分圧が急激に下降し、基線(0mmHg)まで戻る[2](p347)。これらの4つのフェーズは、形状や絶対値の変化により、呼吸器系や心血管系の障害を示すことがあるため、臨床の状況で理解することが重要である[11]。

生体情報モニタ上のカプノグラム波形
治療法
カプノグラフィーの波形はカプノグラムと呼ばれる。
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適応
臨床上の適応場面

気道確保の評価

気管チューブの留置確認

集中治療室における患者の転帰の予測因子

術中合併症（例：空気塞栓症、血栓塞栓症、その他）

ACLS（二次心肺蘇生法）における心肺蘇生の評価

処置時の鎮静・鎮痛

麻酔カプノグラフ（メインストリーム式） 両端に呼吸回路を接続する。

麻酔中は、患者と麻酔管理装置（通常、呼吸回路と人工呼吸器）の2つの要素が相互に作用する。この2つの要素の間で重要な接続部分が、気管チューブまたはマスクであり、CO2は通常この接続部でモニターされる。カプノグラフィは、肺から麻酔器へのCO2の排出を直接反映する。間接的には、組織によるCO2の生成と肺へのCO2の循環輸送を反映する[12]。

呼気CO2が時間ではなく呼気量に関係する場合、カプノグラム曲線下の面積は呼気中のCO2量を表し、したがって1分間で、代謝の重要な指標である1分間当たりのCO2排出量を得られる。肺や心臓の手術中にCO2排出量が突然変化することは、通常、心肺機能の重大な変化を意味する[13]。

カプノグラフィには、吸気中のCO2が表示されることもあるが、再呼吸（英語版）システムが用いられている際は要注意所見である。麻酔器の吸気弁の異常や、二酸化炭素吸収剤(ソーダライムなど)の劣化などが考えられる[2](p347)。

カプノグラフィは、低換気、食道挿管、呼吸回路外れなどの呼吸器系の有害事象を早期に発見する上で、臨床判断だけよりも効果的であることが示されており、患者の障害を防ぐことができる。鎮静下で行われる処置では、カプノグラフィからは、パルスオキシメータよりも換気の頻度や規則性など、より有用な情報が得られる[14][15]。

カプノグラフィは、生命を脅かす状態（気管チューブの位置異常、予期せぬ換気不全、循環不全、呼吸回路の欠陥）を検出し、不可逆的な患者の障害を回避するための迅速で信頼できる方法である。

アメリカ麻酔科学会（英語版）の医療訴訟を対象とした非公開調査によると、カプノグラフィとパルスオキシメトリを併用すれば、回避可能な麻酔事故の93％を防ぐことができたとされている[16]。
救急医療

カプノグラフィは、救急隊員が病院前救護で患者の評価や治療に役立てるために、ますます使用されるようになってきている[17]。