この世で一番面白いスパイロメトリー学！

スパイロメトリー

　換気能力を計測。換気障害の検出に役立つ。

　まずは下の図を頭に入れる。

　まず二つの残気量について考える。機能的残気量（FRV）とは、安静呼気時に換気されない（気道内に残っている）空気量のことを指す。一方で残気量(RV)とは、最大呼気時に（それでもなお）換気にあずからない空気の量である。

　安静呼気と最大呼気において、もっとも異なるのは、それに使う力である。安静呼気は、肺の弾性収縮力を使っている。すなわち、空気を吸い込んで膨らんだ反動で肺が収縮している。よって、安静呼気時にはこの肺の弾性収縮力とそれに抵抗する圧力＝胸郭の外向きの力がつりあっている。

⇒＜安静呼気時の力のつり合い＞肺弾性収縮力＝胸郭弾性拡張力・・・＊１

　一方、安静呼気を超えて空気を吐き出すためには、筋力を使う必要がある。最大呼気とはこの筋力を使って力がつり合った時点の呼気をさす。

⇒＜最大呼気時の力のつり合い＞肺の弾性収縮力＋最大呼気筋力＝胸郭拡張力＋気道抵抗・・・＊２

　吸気側については、吸気予備量（IRV）だけを問題とすればよい。吸気予備量とは、吸気筋力を最大限駆使することで、安静吸時に加えて吸い込める空気の量である。

　よって、最大吸気時（＝吸気予備量Max）においては、この筋力とそれに抵抗する力がつりあっているということになる。

⇒＜最大吸気時の力のつり合い＞最大吸気筋力＝肺の弾性収縮力＋胸郭弾性収縮力・・・＊３

さて、以上の式、そして各指標の関係性（安静呼気→機能的残気量、最大呼気→残気量、吸気予備量→肺活量）をふまえてさまざまな疾患によっておこるスパイロメトリー上の変化を考えてみよう。

たとえば、①神経筋疾患によって、呼吸筋力が衰えると、呼気筋力、吸気筋力がともに低下する。すると、＊２において、最大呼気筋力の値が、＊３において、最大吸気筋力の値がそれぞれ減少するので、最大呼気量、最大吸気量がそれぞれ減少する。

これはスパイロメトリー上における、吸気予備量と呼気予備量の減少を意味するから、それぞれに対応して、肺活量の減少、残気量の減少に至る。これを図1で再現することでその他の指標の増減も決定できる。

⇒吸気量↓、全肺気量↓、肺活量↓、残気量↓、機能的残気量→

次に、②肥満や火傷によって、胸郭弾性力が上昇した場合を考える。

胸郭弾性力は上の式＊１～＊３すべてに出てくるため、これらすべての指標に影響を及ぼす。

＊１において、胸郭弾性拡張力が上昇すると、正常時の安静呼気量を吐き出すために必要な肺の弾性収縮力が上昇するため、（それができないがために）安静呼気量が低下する（よって一回換気量が減少する）。

＊２においても右辺が上昇するため、正常時の最大呼気量を再現するためには最大呼気筋力を上昇させなければならない。このとき（１）筋力の上昇がないと仮定すると、最大呼気量が減少する（よって、残気量が上昇する）。一方、（２）筋力の上昇を達成することで、最大呼気量を維持することができる（よって、残気量も不変）。

＊３でも筋力上昇の有無で考えれば、肺活量、及び全肺気量の増減を推測できる。すなわち、筋力↑⇒肺活量→、筋力→⇒肺活量↓（厳密に言うと、一回換気量が減少することを加味すると、筋力が上昇しても肺活量の減少は避けられないようである）

③閉塞性肺疾患によって気道抵抗が上昇した場合を考える。

気道抵抗が関連するのは、＊２だけであるから＊２だけを考えればよい。さて、＊２において、気道抵抗が増大すると、右辺が上昇する。よって、正常時の最大呼気量を維持するためには左辺も上昇しないといけない。つまり筋力の上昇が必要となる。

筋力が上昇しないと考えると、最大呼気量が減少する（よって、残気量が上昇する）。

④一方、閉塞性肺疾患のうち肺気腫型のCOPDをおこすと、肺の弾性収縮力が減少することが知られている。肺の弾性収縮力は式＊１～＊３すべてに登場するので、多くの指標が変動することが推察される。

＊２においては、呼気筋力が上昇すれば左辺を維持できるが、筋力が上昇しなければ最大呼気量の減少にいたる（すなわち残気量の減少）。

＊３においては、右辺が減少するから、今度は最大吸気量が上昇する（正常時よりも低い筋力で正常時の吸気量を達成できるので、まだ余力があるため）。よって、全肺気量が上昇する。

＊１においては左辺が減少するので、そのまま安静呼気量の減少⇒一回換気量の減少と言いたくなるところだが、この変化は換気量の減少ではなく、換気速度の減少という結果に反映されることになる。よって、換気量の一秒量（ELV1）が減少する。

以上で大方の現象を考察できたと思う。以下は、詳しくは書かないが、上とは逆の論理的思考によって原因疾患の特定法を考える。

たとえば、肺活量の減少がみられた場合。

肺活量を減少させるのは、吸気量の減少である。吸気量の減少は、すなわち最大吸気のつり合いの式における左辺の減少or右辺の上昇であるから、肺の弾性収縮力の減少や筋力の低下などが考えられる。

つまり、式＊１～３、そして各指標の因果関係（安静呼気→機能的残気量、最大呼気量→残気量、最大吸気量／吸気予備量→肺活量）を踏まえることで、おおよその原因疾患を考えることができる。

参考文献：東北大学医学部講義プリント
　　　　　　標準呼吸器病学（医学書院）