[O-0055] 咳嗽時流量波形シミュレーションの汎用性の検討
Keywords:咳嗽, シミュレーション, 流量波形
【はじめに，目的】
我々は，肺活量，呼気筋力，気道抵抗などから咳嗽時流量波形のシミュレーションの可能性について本学会で報告した。現在，胸腔内圧を測定し，パターン化することで精度の高いシミュレーションが可能になったが，他の対象者への応用（汎用性）についてはまだ明らかになっていない。
そこで今回，肺活量，呼気筋力，気道抵抗を測定し，呼気筋力から胸腔内圧を推定した咳嗽時流量波形のシミュレーションの汎用性について検討したので報告する。
【方法】
対象は，健常若年男性9名（年齢：21.5±0.5歳）を対象に，肺活量，最大呼気筋力（PEmax），安静時気道抵抗を測定し，咳嗽時流量波形をシミュレーションした。また，実際の咳嗽時の流量波形を測定し，シミュレーション波形と比較した。
シミュレーションパラメータの測定：PEmaxは口腔内圧計（Vitalopower KH-101，チェスト社）を用いて，最大吸気位より最大努力の呼気を行わせて測定した。安静時気道抵抗は，呼吸抵抗測定装置（Mostgraph-01，チェスト社）を用いて測定し，全体の気道抵抗を反映するR5をシミュレーションに利用した。
咳嗽時流量波形シミュレーションの方法：気道内の気流は，生理学でも電気回路に例えられ，気道の圧力差＝気流×気道抵抗というオームの法則が適用できる。気流発生時の気道内圧は直接測定できないが，肺弾性圧と胸腔内圧の和で表され，肺弾性圧は，肺コンプライアンスから算出可能である。本研究では，肺コンプライアンスは標準値を，胸腔内圧の変化は先行研究（前回報告）を利用し，PEmaxを併せて咳嗽時の気道内圧を推定した。尚シミュレーションのモデルは，咳嗽時に気道内圧と胸腔内圧が等しくなる点（等圧点）の上流（肺胞側）に注目した電気回路におけるコンデンサの放電モデルを用いた。上流側の気道抵抗は，圧縮期に無限大，呼出期に声帯の開大に合わせて指数関数的に抵抗が低下し，安静時気道抵抗の90%に収束する（前回報告）としてシミュレーションした。
咳嗽時呼気流量の測定：被験者に最大吸気位から最大努力の咳嗽をさせた。その間の流量データをフロートランスデューサー（ML311 Spirometer Pod）およびA/Dコンバータ（Power Lab16/35，ModelPL3516：ADInstruments）を介してサンプリング周波数1000Hzでパーソナルコンピュータに取り込み，咳嗽時最大呼気流量（CPF），咳嗽時呼気量を測定した。
解析方法：シミュレーション波形と実測波形の比較は視覚的に，相関性については回帰分析を用い，いずれも対象者毎に行った。CPFおよび肺活量，咳嗽時呼気量の比較は，対応のあるt検定を用い，いずれも有意水準は5％とした。
【結果】
回帰分析では，全例で実測値とシミュレーション波形の間に良好な相関関係（R2=0.80～0.93，P＜0.001）がみられ，CPFは2群間で差を認めなかった。視覚的には，6例は実測値とよく近似しており，3例は実測値が低かった。咳嗽時呼気量は肺活量より有意に低く（P＜0.01），平均で肺活量の57％であった。シミュレーションより実測値の低かった3例は，いずれも肺活量の20～30％程度の咳嗽時呼気量であった。
【考察】
今回は胸腔内圧をパターン化したシミュレーションモデルで，PEmaxで個人の咳嗽時胸腔内圧を推定した。胸腔内圧を測定しなくても，波形（形状），CPFともに良好なシミュレーションが可能であった。但し，3例は50%程度高く見積もっていた。シミュレーションでは肺活量の70～80％呼出することを想定していたが，この3例は20%台と明らかに不十分な咳嗽であった。これは，シミュレーションの問題ではなく，咳嗽のスキルの問題と考えられた。また，実測波形が低かった場合の原因を検討する事がこのシミュレーションの目的でもあるため，その判定としてうまく機能していたとも考えられた。但し，健常者でもこのようなスキルの問題もあるため，咳嗽時の呼気量は常に確認しておく必要があると考えられた。
【理学療法学研究としての意義】
今回の研究より，咳嗽時の流量波形のシミュレーションの汎用性がある程度確認できた。健常者のデータを蓄積し，標準的な流量波形のモデルが出来れば，疾患毎，個人毎の咳嗽力低下の原因を判定することが可能となり，治療方法の選択や治療効果の判定への利用が期待できると考える。
我々は，肺活量，呼気筋力，気道抵抗などから咳嗽時流量波形のシミュレーションの可能性について本学会で報告した。現在，胸腔内圧を測定し，パターン化することで精度の高いシミュレーションが可能になったが，他の対象者への応用（汎用性）についてはまだ明らかになっていない。
そこで今回，肺活量，呼気筋力，気道抵抗を測定し，呼気筋力から胸腔内圧を推定した咳嗽時流量波形のシミュレーションの汎用性について検討したので報告する。
【方法】
対象は，健常若年男性9名（年齢：21.5±0.5歳）を対象に，肺活量，最大呼気筋力（PEmax），安静時気道抵抗を測定し，咳嗽時流量波形をシミュレーションした。また，実際の咳嗽時の流量波形を測定し，シミュレーション波形と比較した。
シミュレーションパラメータの測定：PEmaxは口腔内圧計（Vitalopower KH-101，チェスト社）を用いて，最大吸気位より最大努力の呼気を行わせて測定した。安静時気道抵抗は，呼吸抵抗測定装置（Mostgraph-01，チェスト社）を用いて測定し，全体の気道抵抗を反映するR5をシミュレーションに利用した。
咳嗽時流量波形シミュレーションの方法：気道内の気流は，生理学でも電気回路に例えられ，気道の圧力差＝気流×気道抵抗というオームの法則が適用できる。気流発生時の気道内圧は直接測定できないが，肺弾性圧と胸腔内圧の和で表され，肺弾性圧は，肺コンプライアンスから算出可能である。本研究では，肺コンプライアンスは標準値を，胸腔内圧の変化は先行研究（前回報告）を利用し，PEmaxを併せて咳嗽時の気道内圧を推定した。尚シミュレーションのモデルは，咳嗽時に気道内圧と胸腔内圧が等しくなる点（等圧点）の上流（肺胞側）に注目した電気回路におけるコンデンサの放電モデルを用いた。上流側の気道抵抗は，圧縮期に無限大，呼出期に声帯の開大に合わせて指数関数的に抵抗が低下し，安静時気道抵抗の90%に収束する（前回報告）としてシミュレーションした。
咳嗽時呼気流量の測定：被験者に最大吸気位から最大努力の咳嗽をさせた。その間の流量データをフロートランスデューサー（ML311 Spirometer Pod）およびA/Dコンバータ（Power Lab16/35，ModelPL3516：ADInstruments）を介してサンプリング周波数1000Hzでパーソナルコンピュータに取り込み，咳嗽時最大呼気流量（CPF），咳嗽時呼気量を測定した。
解析方法：シミュレーション波形と実測波形の比較は視覚的に，相関性については回帰分析を用い，いずれも対象者毎に行った。CPFおよび肺活量，咳嗽時呼気量の比較は，対応のあるt検定を用い，いずれも有意水準は5％とした。
【結果】
回帰分析では，全例で実測値とシミュレーション波形の間に良好な相関関係（R2=0.80～0.93，P＜0.001）がみられ，CPFは2群間で差を認めなかった。視覚的には，6例は実測値とよく近似しており，3例は実測値が低かった。咳嗽時呼気量は肺活量より有意に低く（P＜0.01），平均で肺活量の57％であった。シミュレーションより実測値の低かった3例は，いずれも肺活量の20～30％程度の咳嗽時呼気量であった。
【考察】
今回は胸腔内圧をパターン化したシミュレーションモデルで，PEmaxで個人の咳嗽時胸腔内圧を推定した。胸腔内圧を測定しなくても，波形（形状），CPFともに良好なシミュレーションが可能であった。但し，3例は50%程度高く見積もっていた。シミュレーションでは肺活量の70～80％呼出することを想定していたが，この3例は20%台と明らかに不十分な咳嗽であった。これは，シミュレーションの問題ではなく，咳嗽のスキルの問題と考えられた。また，実測波形が低かった場合の原因を検討する事がこのシミュレーションの目的でもあるため，その判定としてうまく機能していたとも考えられた。但し，健常者でもこのようなスキルの問題もあるため，咳嗽時の呼気量は常に確認しておく必要があると考えられた。
【理学療法学研究としての意義】
今回の研究より，咳嗽時の流量波形のシミュレーションの汎用性がある程度確認できた。健常者のデータを蓄積し，標準的な流量波形のモデルが出来れば，疾患毎，個人毎の咳嗽力低下の原因を判定することが可能となり，治療方法の選択や治療効果の判定への利用が期待できると考える。