オピオイド誘発性呼吸抑制のモニタリング

Rajnish K. Gupta, MD; David A. Edwards, MD, PhD著

図 1:連続的なパルスオキシメトリおよびカプノグラフィの波形

2006年と2011年にAnesthesia Patient Safety Foundation(APSF)はオピオイド誘発性換気障害(Opioid-Induced Ventilatory Impairment; OIVI)という重大な患者安全問題に取り組むために学際的な会議を開催した。1 この問題の重要性を踏まえて、またOIVIに関連した有害事象を検出するための最良なモニターが存在しないことを考慮して、2011年の会議で以下のコンセンサス勧告を発表した。酸素を投与されていない患者には、より良いモニターが使用できるようになるまでは連続的パルスオキシメトリ(中央監視アラームとスタッフ呼び出し機能付きが好ましい)を、酸素を投与されている患者には、カプノグラフィをモニタリングに使用すべきである。

2017年になり、オピオイドクライシスを取り巻く議論が全米でされる状況のなか、OIVIのモニタリングの現状を検討し、最新のエビデンスに基づく勧告を提供することはこれまで以上に重要である。

オピオイド誘発性換気障害の発生率

OIVIの発生率を正確に把握し、それに続いて、新しいモニタリングの技術やプロトコルに関して安全面の利点を評価するための検証を行うことは、長年の課題であった。文献毎に異なるような、呼吸抑制に関する一貫性のない分類法は比較研究を妨げている。2 呼吸抑制の定義(呼吸抑制と認定するのに用いられる代替的なパラメーター)が文献によって異なることは真の発生率を決定するのを困難にしている。呼吸抑制を定義する代替的なパラメーターには、低酸素血症、呼吸低下、高炭酸ガス性低換気、呼吸数低下、分時換気量低下などがある。2文献中で低酸素血症の定義に用いられるSpO2には80–94%と幅がある。3呼吸抑制に対して異なる様々な定義が使用されているという批判はあるが、OIVIの発生率は全術後患者の0.15–1.1%であると報告されてきた。3-8採用された定義によって異なるものの、最近の研究でもこれと同じ範囲でOIVIの発生率が報告され続けている。2リスク低減に焦点を当てた研究が重要な進歩を遂げるためには、呼吸抑制の分類法およびアウトカム測定法が標準化されるべきなのは明らかである。OIVIの発生率を低減させるためには、「何をモニタリングすべきか」を決定することに加えて、いつモニタリングが必要なのか(59ページの関連記事で取り上げる) と最適なツールとを決定しなければならない。

いつモニタリングが必要か

眠気や鎮静はOIVIに進展する最も一般的な前兆である。2,9現在のところ、看護師による定期的な観察がこの症状をモニタリングする主な手段となる。看護師によるアセスメントの必要頻度を決定するには、患者介入の中断の最短化、看護業務フローへの支障、人件費、のバランスをとる必要がある。術後患者では、術後回復室(post-anesthesia care unit; PACU)退室後の最初の4時間が最も高い鎮静率と関連しており、術後12時間以内にOIVIイベントの半数以上が起こっている。さらに全てのOIVIイベントの75%が術後24時間以内に生じている。2この術後OIVIが発生するタイミングに基づいて、最初の24時間に重点をおいてモニタリングを行うことはオピオイドの有害事象の低減に役立ちそうである。

2014年に、The Centers for Medicare and Medicaid Services(CMS)はオピオイドの院内投与に関する推奨事項をアップデートし、血圧、体温、心拍数、呼吸数、痛みレベル、呼吸状態、鎮静レベルという一連の看護アセスメントが含まれるようになった。10しかしながら、アセスメントの最適な頻度は未だ確立されておらず、痛みのタイプ、初期鎮痛の妥当性、副作用の有無、併存症、臨床状態の変化など様々な要因に依存する傾向にある。脊髄くも膜下および硬膜外オピオイド鎮痛を受けている患者に対し、American Society of Anesthesiologists(ASA)のTask Force on Neuraxial OpioidsとAmerican Society of Regional Anesthesia and Pain Medicine(ASRA)は、オピオイド関連合併症が生じていない場合には、最初の12時間は1時間毎にモニタリングし、次の12時間は2時間毎、その後は4時間毎に行うことを提言している。11また一方で、CMSの専門家パネルは、いかなるオピオイド投与の場合も最初の24時間は2.5時間毎(記録などによる遅れを考慮して)、その後は4.5時間毎のモニタリング頻度を推奨している。しかしながらCMS関連病院の調査では、オピオイドIV-PCA患者のわずか8.4%しかこの2.5時間毎の基準を満たしておらず、より緩い4.5時間毎の基準を満たしていたのもわずか26.8%であった。12様々な組織から出ているモニタリングに関する推奨の差異、様々な患者リスク因子、様々な麻酔計画、処方医と看護師に対するOIVIに関する教育のばらつき、様々な看護師対患者比といった要因から、オピオイドを投与されている全ての患者に対して術後の連続的電子モニタリングを行うことは、ケアを簡素化しOIVIの発見を向上させそうである。

どのようにモニタリングすべきか ー モニターとアラーム

OIVIを検出するのに使用されている電子モニタリングシステムの詳細にかかわらず、効果的なシステムを保証するためには、OIVIが生じた際にいかに医療従事者に警告するかについて取り組まなくてはならない。OIVIの検出に役立つ、エビデンスに基づいたモニターとアラームの確立は重要である。アラーム閾値の不適切な設定は、アラーム疲れ、患者とスタッフの苛立ち、自己満足にしかならない。そしてこれらひとつひとつは、望んだ結果の達成にとって、最も効果的なモニタリングシステムでさえ全く無効にさせる可能性すらもつ。2

理想的には、モニタリングシステムは複数のパラメータを同時に測定することで、最初に出た呼吸抑制の兆候がなにであろうと検出すると同時に、切迫したイベントを正確に識別するために測定値の組合せを使用する必要がある。過去には、アラーム閾値がかなり単純化されており、エラーが発生しやすくなっていた。

パルスオキシメトリは、病院で現在使われているなかで、最も一般的に利用可能な呼吸抑制のモニターである。しかし、パルスオキシメトリのアラーム閾値は、最も頻繁に問題となる。下限値を高く設定しすぎると偽陽性が頻繁に発生し、低く設定しすぎると呼吸抑制への対応が遅れる。酸素の投与は、呼吸抑制の検出を遅らせうるし、さらには低酸素性呼吸ドライブを悪化させるため、モニタリングの問題を複雑にする。13

カプノグラフィの単独使用にもやはり限界がある。カプノグラフィは、非挿管患者においては定量的ではなく定性的である。そのため、呼吸中の二酸化炭素の存在の可視化、呼気中二酸化炭素の相対的な変化、呼吸数に関する部分的な情報、は得ることができる。しかし、CO2値の変化(増減共に)を検出することには難があり、不正確となりうる。それでもカプノグラフィは呼吸数のモニターとして有用である可能があるが、それは、CO2呼出の周期的な性質および吸入している間にゼロまで低下することが、呼吸周期の明確な境界を提供してくれるからである。呼吸数の上限閾値をカプノグラフィと共に使用することにより、過換気を検出することもできる。

呼吸数とオキシメトリおよびカプノグラフィとの組み合わせは、OIVIならびに他疾患の経過を検出するための追加情報を得るのに役立つ(図1)。予期せぬ死亡につながる呼吸抑制の3パターンがCurryらにより説明されている。14タイプIは、代償性過換気による呼吸窮迫(例えば、敗血症、肺塞栓またはうっ血性心不全によるもの)である。タイプIでは、患者は初期は安定した酸素飽和度を保つ。代謝性アシドーシスに対して代償性の過換気が起こりPaCO2が低下する。呼吸数上昇は、このタイプの呼吸不全の特徴である。悪化するアシドーシスに対する換気応答がうまくいかなくなると、最終的には、SpO2は緩やかな低下ののちに急激に低下する。現在ほとんどのモニターで呼吸数のアラームは下限は設定されているが、必ずしも上限は設定されていない、また上限を設定していてもそれが高すぎれば呼吸不全を検出するのが遅れる。タイプIIの呼吸抑制は、進行性で一方向性の低換気またはCO2ナルコーシスである。この場合の多くで、オピオイドあるいはその他の鎮静薬の過量投与のために、分時換気量が減少し、患者のPaCO2(とEtCO2)は上昇していく。しかし、しばしばSpO2はまだ90%以上に保たれているのである。タイプIIIの呼吸抑制は、閉塞性睡眠時無呼吸症の患者でみられる。気流および酸素飽和度の急速な低下を反復することが見張り番のようになっている、陥没型のSpO2低下である。この状況では、酸素化の維持は患者の覚醒状態に依存する。覚醒障害がある場合には、突発的な低酸素血症が無呼吸の際に発生し、突然の心停止につながる可能性がある。

現時点では、予期せぬ死亡につながる全ての呼吸パターンを検出できることが実証済みの、単一のモニタリングシステムまたはアラーム閾値セットは存在しない。切迫したイベントに対する全体的な感度は、複数のモニターを使用しながら変化のパターンを検出することによって、高めることができるだろう。

新しいモニタリング技術と警告アルゴリズム

前述したように、有害事象を正確に捉えるために必要と思われる、高頻度かつ一貫したモニタリングを達成するための労働力の限界はしばしば存在するし、単一のモニターアラームには能力に限界がある。より優れた警告システムを備えたより新しいモニターを、開発し検証するための努力が続いている。

ある一つの「統合された」閾値を作るために、複数の別々な生理学的パラメーターを組み合わせるアルゴリズムは、アラーム誤報を回避しながらも、警告システムの感度を高めることができるかもしれない。1つの例は、Modified Early Warning Score(MEWS)である。14 MEWSは、文面用や警告用に、複数のモニターを1つの数値にまとめるシンプルな加点式の閾値アラームである。将来的な優れたアルゴリズムにおいては、単にモニターの値を足し算するのではなく、バイタルサインの組み合わせによる変化のパターンを分析すべきである。そしてこのシステムによって、イベントが起こるより前に呼吸抑制への軌道を予測し、早期介入と合併症低減を可能にすべきである。

例えばIV-PCA装置にカプノグラフィとパルスオキシメトリを組み合わせたような、投薬システムとモニタリングが統合されたシステムにより、モニタリングと介入を結びつけることができる。15複数のセンサーを統合し、パターン認識アルゴリズムを使用して、呼吸抑制の早期兆候を検出するようなモニターは、オピオイドの追加投与を機能的にロックアウトしながら、医療従事者に警告を発することができるのである。16

呼吸数は、CO2サンプリングラインからの気流の変化によってカプノグラフィで測定することができる。しかしながら、呼吸数を検出する別の方法も検証されてきている。音響モニタリングは、患者への直接的な接触なしに行うことができる利点がある。小児ではサンプリングラインを維持するのが困難な場合があるので、この方法は小児において特に魅力的である。17しかし、音響モニタリングはこれまで、アラーム疲れにつながるエラーを含んでいた。18室内の壁や天井にセンシングシステムを設置して呼吸を監視するレーダーシステムが検証されているが、これもまた体動によるエラーやアラーム誤報という限界がある。19

生体インピーダンス法は、呼吸数、分時換気量、一回換気量、無呼吸イベントを推定するために、表面電極から得られた胸部の電気伝導度の変化を利用する技術である。このタイプの呼吸量モニター(respiratory volume monitor; RVM)が、分時換気量および切迫した呼吸抑制を、カプノグラフィ単独よりも迅速かつ高度に検出できることを示した研究はいくつかある。20ある研究では、RVMはデサチュレーションが始まる12分以上前に呼吸抑制の発症を検出できることが示された。21特に酸素を投与されている患者では頻繁に、デサチュレーションアラームは発動しないもののRVMで分時換気量が低いという兆候を示した。現在、生体インピーダンスモニタリング実施における主問題のひとつは、患者に貼付した表面電極を、運動分析装置に物理的に接続する必要があることである。さらに、咳や体動などの呼吸ではない運動が、誤信号となる可能性がある。そして最後に、気道閉塞に伴う空気交換のない胸壁の動きも、いくつかの生体インピーダンス装置では識別できない可能性がある(表1)。17

表1:連続的電子モニターの長所と短所

モニター パラメーター 長所 短所
パルスオキシメトリ SpO2
HR
  • 安価で広く普及している
  • 受け入れやすい
  • 快適で可動性があるので装着できる
  • 酸素を投与している場合はモニターとして有用性が低い
  • アラーム閾値の設定によって偽陽性あるいは検出の遅れが生じる
カプノグラフィ EtCO2

RR

  • 呼吸器の上昇と低下に対して良好
  • 無呼吸を検出する
  • 酸素を投与している場合も有用
  • サンプリングラインがわずらわしくてやや受け入れにくい
  • 定性的である
  • 高価である
  • 広く普及していない
  • アラーム閾値をシンプルに決められる
組み合わせ閾値 (MEWS) RR
HR
(SBP
UOP
Temp
意識レベル)
  • 複数のパラメーターを採用している
  • 呼吸数低下に対してより感度が高い
  • 介入が遅れにくい
  • ICU移送が遅れにくい
  • 総合的な電子カルテが必要になる
  • シンプルなアラーム閾値の合計にすぎない
  • 病院としての対応プロトコルを定めておかなければならない
投薬システムとモニタリングが統合された装置 SpO2
EtCO2
RR
  • モニターが投薬と連動している
  • アルゴリズムを使用している
  • 医療従事者に知らせる前に投薬が中断される
  • 高価である
  • 広く普及していない
  • CO2 サンプリングラインとオキシメーターが両方必要になる
音響モニター RR
  • とても受け入れやすい(例、小児)
  • 呼吸数の上昇と低下を検出する
  • 無呼吸を検出する
  • 体動や音によるアーチファクトが生じやすい
  • 偽陽性が多い
  • アラーム疲れをきたす
レーダーモニター RR
  • 患者に接触しない
  • とても受け入れやすい(例、小児)
  • 呼吸数の上昇と低下を検出する
  • 無呼吸を検出する
  • 体動によるアーチファクトが生じやすい
  • 偽陽性が多い
  • アラーム疲れをきたす
生体インピーダンス RR
TV
MV
  • 低換気への感度が高い
  • 無呼吸を検出する
  • SpO2 が低下する前に低換気を検出する
  • 高価である
  • 装着するのが面倒である
  • 体動によるアーチファクトが生じやすい
  • 偽陽性が多い
  • アラーム疲れをきたす
  • 閉塞性無呼吸で偽陰性となる
インダクタンス・プレチスモグラフィ&オーディオメトリ RR
SpO2
気道開通性
  • 低換気への感度が高い
  • 無呼吸を検出する
  • 閉塞性無呼吸を検出する
  • SpO2 が低下する前に低換気を検出する
  • 他のパラメーターには異常がない単独の SpO2 低下でも検出する
  • 高価である
  • 装着するのが面倒である
  • 体動によるアーチファクトが生じやすい
  • 偽陽性が多い
  • アラーム疲れをきたす
SpO2 – 末梢動脈血酸素飽和度
HR – 心拍数
EtCO2 –呼気終末二酸化炭素
RR – 呼吸回数
SBP – 収縮期血圧
UOP – 尿量
TV – 1回換気量
MV – 分時換気量
ICU – 集中治療室

呼吸インダクタンス・プレチスモグラフィ(容積脈波記録法)をオーディオメトリとパルスオキシメトリと組み合わせたより複雑な統合システムは、呼吸抑制を検出するのに非常に敏感ではあるものの、現在のシステムでは非常に扱いにくく、患者に装着するのも困難で、動いただけで影響を受け、他の生体インピーダンス装置と同様に、咳をしたり泣いたりすることによる胸壁運動に対する限界がある。17

結論:理想の未来

理想の未来においては、術後OIVIによって患者が害を受けることをなくしたい。この目標を達成するためには、オピオイドと同等に効果があるが、呼吸抑制を引き起こさない代替鎮痛薬が必要となる。それまでは、現在使用しているオピオイドのリスクを軽減する必要がある。これは、看護師のマンパワーを合理的に投入しながら、それを、切迫した呼吸イベントの検出に敏感な高度モニタリングシステムと組み合わせることによって行われるだろう。理想的な将来へ促進するために主要な関係者は、ガイドラインの作成やアウトカムの検証を行いながら、呼吸抑制を含むオピオイド関連有害事象の分類を正確に記述していくべきである。

Dr.Guptaは、バンダービルト大学メディカルセンター(テネシー州ナッシュビル)の麻酔科准教授である。

Dr. Edwardsは、バンダービルト大学メディカルセンター(テネシー州ナッシュビル)麻酔科神経外科助教である。


どちらの著者も、この記事と関連する利益相反はない。


参考文献

  1. Weinger M, Lee LA.No patient shall be harmed by opioid-induced respiratory depression.APSF Newsletter 2011;26:21.Available at https://www.apsf.org/newsletters/html/2011/fall/01_opioid.htm.Accessed December 9, 2017.
  2. Jungquist CR, Smith K, Nicely KLW, et al.Monitoring hospitalized adult patients for opioid-induced sedation and respiratory depression. Am J Nurs 2017;117:S27–S35.
  3. Sun Z, Sessler DI, Dalton JE, et al.Postoperative hypoxemia is common and persistent: a prospective blinded observational study. Anesth Analg 2015;121:709–15.
  4. Wheatley RG, Somerville ID, Sapsford D, et al.Postoperative hypoxaemia: comparison of extradural, i.m. and patient-controlled opioid analgesia. Br J Anaesth1990;64:267–75.
  5. Overdyk FJ, Carter R, Maddox RR, et al.Continuous oximetry/capnometry monitoring reveals frequent desaturation and bradypnea during patient-controlled analgesia. Anesth Analg 2007;105:412–8.
  6. Dahan A, Aarts L, Smith TW.Incidence, reversal, and prevention of opioid-induced respiratory depression. Anesthesiology 2010;112:226-38.
  7. Stites M, Surprise J, McNiel J, et al.Continuous capnography reduces the incidence of opioid-induced respiratory rescue by hospital rapid resuscitation team. J Patient Saf 2017 Jul 20. doi:10.1097/PTS.0000000000000408. [Epub ahead of print].
  8. Cavalcante AN, Sprung J, Schroeder DR, et al.Multimodal analgesic therapy with gabapentin and its association with postoperative respiratory depression. Anesth Analg 2017;125:141–6.
  9. Lee LA, Caplan RA, Stephens LS, et al.Postoperative opioid-induced respiratory depression: a closed claims analysis. Anesthesiology 2015;122:659–65.
  10. https://www.cms.gov/Medicare/Provider-Enrollment-and-Certification/SurveyCertificationGenInfo/Downloads/Survey-and-Cert-Letter-14-15.pdf.Accessed 12/15/17.
  11. Horlocker TT, Burton AW, Connis RT, et al.American Society of Anesthesiologists task force on neuraxial opioids.Practice guidelines for the prevention, detection, and management of respiratory depression associated with neuraxial opioid adminstration. Anesthesiology 2009;110:218–30.
  12. Jungquist CR, Correll DJ, Fleisher LA, et al.Avoiding adverse events secondary to opioid-induced respiratory depression: implications for nurse executives and patient safety. J Nurs Adm 2016;46:87–94.
  13. Niesters M, Mahajan RP, Aarts L, et al.High-inspired oxygen concentration further impairs opioid-induced respiratory depression. Br J Anaesth 2013;110:837–41.
  14. Curry JP, Lynn LA.Threshold Monitoring, Alarm fatigue, and the patterns of unexpected hospital death. APSF Newsletter 2011;26:32–5. https://www.apsf.org/newsletters/html/2011/fall/07_threshold.htm.
  15. Maddox RR, Williams CK.Clinical experience with capnography monitoring for pca patients. APSF Newsletter 2012; 26:47–50.
  16. Weininger S, Jaffe MB, Rausch T, et al.Capturing essential information to achieve safe interoperability. Anesth Analg 2017;124:83–94.
  17. Miller KM, Kim AY, Yaster M, et al.Long-term tolerability of capnography and respiratory inductance plethysmography for respiratory monitoring in pediatric patients treated with patient-controlled analgesia. Paediatric anaesthesia.2015;25:1054–9.
  18. Görges M, West NC, Christopher NA, et al.An ethnographic observational study to evaluate and optimize the use of respiratory acoustic monitoring in children receiving postoperative opioid infusions. Anesth Analg 2016;122:1132–40.
  19. van Loon K, Breteler MJM, van Wolfwinkel L, et al.Wireless non-invasive continuous respiratory monitoring with FMCW radar: a clinical validation study. J Clin Monit Comput 2016;30:797–805.
  20. Williams GW, George CA, Harvey BC, et al.A comparison of measurements of change in respiratory status in spontaneously breathing volunteers by the ExSpiron Noninvasive Respiratory Volume Monitor versus the Capnostream Capnometer.Anesth Analg 2017;124:120–6.
  21. Galvagno SM, Duke PG, Eversole DS, et al.Evaluation of respiratory volume monitoring (RVM) to detect respiratory compromise in advance of pulse oximetry and help minimize false desaturation alarms. J Trauma Acute Care Surg 2016;81:S162–70.