2024年9月18日シリーズ：よくわかる！加温加湿入門

【よくわかる！加温加湿器入門 part15 】　～加温加湿器の基本はパスオーバー方式～

　今回は、パスオーバー方式＆デュアルサーボ方式加温加湿器の制御について説明します。パスオーバー方式＆デュアルサーボ方式加温加湿器（図１）について、簡単におさらいしましょう。

加温加湿器に装着された加温加湿チャンバーは、底のアルミを温めることで水温を上昇させます。加温加湿チャンバーの水が温まると、水面に水蒸気が発生します。加温加湿チャンバーの水面を通過する際に、水面に発生した水蒸気を取り込み、温度の上昇と相対湿度の上昇が起こります。温度の上昇と相対湿度の上昇により、絶対湿度が上昇します。吸気ガスが加温加湿チャンバーの水面を通過する時に加温・加湿するためパスオーバー方式と呼ばれます。

図１：パスオーバー方式デュアルサーボ方式加温加湿器・呼吸回路（Vは人工呼吸器）

加温加湿チャンバーの水面を吸気ガスが通過する際に、温められ水蒸気化された水分と温度によって、吸気ガスが加温・加湿されます。口元に届く吸気ガスの温度の調節は、口元温度を測定して、設定した口元温度になるように吸気回路内に挿入されたヒーターワイヤーによって温め、調整します。基本的には、吸気回路は室温によって低下するため、ヒーターワイヤーは常に加温状態であり、設定された口元温度を一定に保つように制御されます。

図２：パスオーバー方式デュアルサーボ方式加温加湿器・呼吸回路にカテーテルマウントを取り付けた図（Vは人工呼吸器）

よって、口元温度と加温加湿チャンバーの出口温度の2カ所を測定し、自動的に加温加湿器のヒータプレートと吸気回路内のヒーターワイヤーを制御します。2カ所の温度を自動的に設定された温度に調節するため、デュアルサーボ方式の加温加湿器と呼ばれます。

口元温度と加温加湿チャンバーの出口の温度は個々に設定することができます。加温加湿チャンバーの出口温度の設定は、口元温度に対して加温加湿チャンバーの出口温度を何℃の差にするかを設定することが多いです。

　例えば、口元温度40℃、加温加湿チャンバーの出口温度：-3℃とすると、加温加湿器チャンバーの出口温度は40℃―3℃＝37℃に設定されたことになります。

デュアルサーボ方式の加温加湿器は、フィッシャー＆パイケル社によって開発され、初期は口元温度：37℃、加温加湿チャンバー出口温を37℃（温度差：０℃）でしたが、開発の経過とともに、口元温度；39℃、加温加湿チャンバー出口温：37℃（口元温度との温度差：-2℃）になり、その後、口元温度；40℃、加温加湿チャンバー出口温：37℃（口元温度との温度差：-3℃）という設定が現在の基本となりました。

　口元温度：40℃に対する加温加湿器チャンバーの出口温度の差を-3℃と設定すると、加温加湿器チャンバーの出口温度は37℃に設定されます。

　なぜ、口元温度が40℃になったかというと、成人での人工呼吸管理では、口元コネクターの先にカテーテルマウント（図2）が使用され、カテーテルマウントにはヒーターワイヤーがない非加熱回路であるため、カテーテルマウントの部分が外気温度（室温）によって3℃低下すると考え、この結果として、患者には温度；37℃、相対湿度：100％、絶対湿度：44㎎／Lになって患者に送気されると考えられたからです。

　加温加湿チャンバーの出口の温度を37℃になるように水温を温めると、この相対湿度は100％になり、絶対湿度：44㎎／ℓなると仮定しています。（様々な影響により相対湿度：100％にならないこともあります）。

　吸気ガスは加温加湿器チャンバーを通過する一瞬で温めなければいけないため、加温加湿チャンバーの水温は、かなり熱い水温になります（60℃～70℃程度）。よって、加温加湿チャンバーを触る時は火傷しないようにしましょう。

　加温加筆チャンバーの水温は、昔は『人肌程度』と記載されていましたが、吸気ガスが通過する瞬間に37℃の温度に温めなければならなので、人肌程度の水温では37℃になりません。

　吸気ガスが加温加湿チャンバーの水面を通過する一瞬で、温度を上昇させ、相対湿度を上昇させる機構であるため、吸気流量が多くなると、十分に吸気ガスが加温・加湿できなくなります。

　パスオーバー方式の加温加湿器は、高流量の吸気ガスを加温・加湿するのは限界があり、吸気流量が約60L／分を超えると、加温・加湿効率が低下していきます。

　吸気回路は、外気温度（室温）の影響を受けるため、温度が低下し、結露を生じますが、吸気回路に挿入されたヒーターワイヤーを温めることによって、温度低下を防ぎ、結露の発生を抑えるように作用します。口元温度は40℃ですから、ヒーターワイヤーは、加温加湿チャンバーを通過する時の37℃より3℃高くするため相対湿度は下がり、乾燥化されます。

　吸気回路に結露が発生しないということは、細菌やバクテリアを増殖させない効果があり、感染リスクの低下に役立ちます。口元温度センサーに運ばれる吸気ガスは、温度：40℃、相対湿度：85％、絶対湿度：44㎎／ℓになるとしています。

　そして、カテーテルマウントを通過する際に吸気ガスは3℃の低下が起こり、患者に送気される吸気ガスは、温度：37℃、相対湿度：100％、絶対湿度：44㎎／ℓの理想気体で送気されると想定しています。

　ほとんどの医療者は、どのような状況でも、口元温度と加温加湿チャンバーの温度を設定すれば、設定通りに制御されると考えています。しかし、カテーテルマウントで3℃低下するとフィッシャー＆パイケル社が唱えたのは、あくまでも一つの想定です。

　加温加湿器に表示される温度が、設定通りになっていても、絶対湿度が44㎎／ℓになっていないこともありますし、吸気回路に結露が多量に発生することもあります。

　口元温度：40℃、加温加湿チャンバー出口温度：37℃（温度差：-3℃）に設定しても、必ずしも理想とする絶対湿度である44㎎／ℓにならないのです。その原因は、先に述べたように、吸気の流速が一つの理由になります。その他、様々な原因により、加温加湿器が理想とする制御になりません。

　次回も、パスオーバー方式＆デュアルサーボ方式加温加湿器の制御について説明します。

～この記事の執筆者～