酸素が「通り抜けられない」肺―ニューモシスチス肺炎で学ぶ低酸素血症の5つの機序
第114回医師国家試験 F問題 第66問（連問）
国試問題にチャレンジ
連問の共通文
次の文を読み，66～68の問いに答えよ。 42歳の男性。息切れを主訴に来院した。 現病歴：先週から労作時に息切れがしていた。食欲も低下し仕事も休んでいたが，息切れが次第に悪化したため来院した。 既往歴：この1年間で帯状疱疹を3回発症し，いずれも抗ウイルス薬で治療した。 生活歴：1人暮らし。喫煙は10本/日。飲酒は機会飲酒。 社会歴：職業はコンサルタント会社勤務。 家族歴：父は肝癌で死亡。 現症：意識は清明。身長175cm，体重44kg。体温37.8℃。脈拍100/分，整。血圧124/60mmHg。呼吸数32/分。SpO2 92％（room air）。眼瞼結膜と眼球結膜とに異常を認めない。舌に腫瘤状病変を認める。心音に異常を認めない。両側上胸部で吸気終末にfine cracklesを聴取する。腹部は平坦，軟で，肝・脾を触知しない。 検査所見：血液所見：赤血球390万，Hb 10.0g/dL，Ht 32％，白血球8,200，CD4陽性細胞数35/μL（基準800～1,200），血小板12万。血液生化学所見：総蛋白7.2g/dL，総ビリルビン1.0mg/dL，直接ビリルビン0.6mg/dL，AST 22U/L，ALT 16U/L，LD 380U/L（基準120～245），CK 30U/L（基準30～140）。CRP 7.3mg/dL，抗HIV抗体スクリーニング検査陽性，Western blot法によるHIV-1抗体確認検査陽性。喀痰抗酸菌染色は3回陰性。クリプトコックス血清抗原陰性。動脈血ガス分析（room air）：pH 7.48，PaCO2 30Torr，PaO2 68Torr，HCO3－ 24mEq/L。胸部CT（A）を別に示す。
呼吸障害の主たる病態として考えられるのはどれか。
- a.換気血流比不均衡
- b.呼吸筋疲労
- c.上気道閉塞
- d.肺拡散能障害
- e.肺胞低換気
対話形式の解説
ドクター
医学生ドクター医学生ドクター医学生ドクター医学生ドクター医学生ドクター医学生ドクター医学生ドクター医学生ドクター医学生ドクター医学生ドクターまとめ
HIV感染症でCD4数が200/μL未満に低下した患者に、亜急性の労作時呼吸困難、LD上昇、両側のすりガラス陰影がみられればニューモシスチス肺炎を考えます。低酸素血症の機序は肺胞低換気・換気血流比不均衡・拡散障害・シャント・吸入気酸素分圧低下の5つに分けて考え、A-aDO2（室内気で約150−PaCO2/0.8−PaO2）とPaCO2が鑑別の軸になります。本症例ではA-aDO2が開大し、PaCO2は過換気で低下しており、肺胞腔内の滲出物と肺胞壁の肥厚によって酸素の拡散が妨げられる肺拡散能障害が主たる病態です。肺胞低換気、呼吸筋疲労、上気道閉塞はいずれもPaCO2上昇を伴うのが典型で、今回の血液ガスとは合いません。治療はST合剤が第一選択で、PaO2 70Torr未満またはA-aDO2 35Torr以上ならステロイドを併用するため、血液ガスの解釈は病態理解だけでなく治療方針の決定にも直結します。
解答・解説
正解はdです
所見の整理
・42歳男性。1週間ほど前から労作時の息切れがあり、次第に悪化している。食欲低下も伴い、身長175cmで体重44kg（BMI約14）と著明なるい痩がある。 ・この1年で帯状疱疹を3回繰り返している。帯状疱疹は水痘・帯状疱疹ウイルスの再活性化で起こり、若年～中年で反復する場合は細胞性免疫の低下を強く疑う手がかりになる。 ・バイタルサイン: 37.8℃の発熱、脈拍100/分、呼吸数32/分の頻呼吸、SpO2 92%（室内気）。 ・舌に腫瘤性病変がある（68の設問で扱う）。 ・両側上胸部で吸気終末に fine crackles（捻髪音）を聴取し、間質の病変を示唆する。 ・CD4陽性T細胞数35/μLと著減し、抗HIV抗体スクリーニング陽性かつWestern blot法による確認検査陽性からHIV感染症と確定できる。CD4数200/μL未満はニューモシスチス肺炎を代表とする日和見感染症の危険域である。 ・LD（乳酸脱水素酵素）380U/Lと上昇し、CRP 7.3mg/dLと炎症反応もある。 ・喀痰抗酸菌塗抹3回陰性、クリプトコックス血清抗原陰性であり、結核などの抗酸菌症やクリプトコックス症は考えにくい。 ・動脈血ガス（室内気）: pH 7.48、PaCO2 30Torr、PaO2 68Torr、HCO3− 24mEq/L。低酸素血症があり、PaCO2は低下している。低酸素と呼吸困難による過換気のため急性の呼吸性アルカローシス（HCO3−は代償前で正常）となっている。 ・胸部CT: 両側上葉に広範なすりガラス陰影（ground-glass opacity: GGO）が広がり、小葉間隔壁の肥厚や小さな嚢胞性変化を伴う。
診断の考え方
HIV感染症でCD4数が著減した患者に、亜急性に進行する労作時呼吸困難、発熱、LD上昇、低酸素血症、両側びまん性のすりガラス陰影がそろっており、ニューモシスチス肺炎（Pneumocystis jirovecii pneumonia: PCP）が最も考えられる。本症例ではPCPというAIDS指標疾患を合併しているので、AIDS（後天性免疫不全症候群）の段階にある。鑑別にはサイトメガロウイルス肺炎が挙がるが、HIV患者で両側びまん性すりガラス陰影を呈する肺炎の頻度としてはPCPが圧倒的に多い。抗酸菌症・クリプトコックス症は検査結果から否定的である。なお、HIV患者のPCPは非HIV患者（ステロイドや免疫抑制薬使用者など）のPCPと比べて発症が緩徐で、数週間かけて進行することが多い。本例の経過もこれに合致する。
呼吸障害の病態をどう判断するか
低酸素血症の原因は、①肺胞低換気、②換気血流比不均衡、③拡散障害、④シャント、⑤吸入気酸素分圧の低下に分けて考える。まず肺胞気-動脈血酸素分圧較差（A-aDO2）を計算する。 肺胞気酸素分圧 PAO2 ≒ FIO2×（大気圧−飽和水蒸気圧）− PaCO2/R ＝ 0.21×（760−47）− 30/0.8 ≒ 150 − 37.5 ＝ 112.5Torr A-aDO2 ＝ 112.5 − 68 ≒ 44.5Torr 室内気でのA-aDO2の正常値はおおむね10～15Torr以下（加齢で拡大し、目安は年齢/4＋4程度）であるから、本例では明らかに開大している。A-aDO2が開大していることから、肺胞低換気（A-aDO2は正常のまま）や吸入気酸素分圧の低下は否定され、肺実質でのガス交換そのものに障害があることがわかる。 さらにPaCO2が正常より低いことから、換気の総量はむしろ増えている。CO2は酸素よりはるかに拡散しやすいため、拡散障害では低酸素血症が先に目立ち、CO2は過換気で排出されて低下するのが典型である。 PCPでは、肺胞腔内を泡沫状の滲出物（菌体と蛋白性物質）が満たし、Ⅰ型肺胞上皮細胞の傷害、肺胞壁（間質）の浮腫・炎症細胞浸潤・肥厚が起こる。このため肺胞から毛細血管までの酸素の通り道が厚く、かつ有効なガス交換面積が減少し、肺拡散能（DLCO）が早期から著明に低下する。労作時に息切れや酸素飽和度の低下が目立つのも、血流が速くなって赤血球の肺毛細血管通過時間が短くなり、拡散が追いつかなくなるためで、拡散障害の特徴である。以上から、呼吸障害の主たる病態は肺拡散能障害と考える。
選択肢考察
- ×a. 換気血流比不均衡
換気血流比（V/Q）不均衡は、換気に比べ血流が多すぎる領域や少なすぎる領域が混在する状態で、ほとんどの肺疾患で程度の差はあれみられ、A-aDO2開大の原因にもなる。本例でもびまん性の肺胞・間質病変に伴ってある程度関与しているとは考えられる。しかしPCPは肺胞壁の肥厚と肺胞腔の滲出物によって酸素の拡散経路が障害される間質性の病態が中心であり、fine crackles、すりガラス陰影、労作時に顕著な低酸素といった所見は拡散障害をより直接的に示す。したがって「主たる」病態としては選ばない。なお、A-aDO2の開大はV/Q不均衡・拡散障害・シャントのいずれでも生じるため、A-aDO2の値だけで両者を区別できるわけではなく、病変の性質から判断する点に注意する。
- ×b. 呼吸筋疲労
呼吸筋疲労は、呼吸仕事量の増大が長く続いたり、神経筋疾患などで呼吸筋力が低下したりして十分な換気を維持できなくなる状態である。換気量が低下するためPaCO2が上昇し（高二酸化炭素血症）、呼吸性アシドーシスに傾く。本例は頻呼吸で著明なるい痩もあるが、PaCO2は30Torrと低下し、pHは7.48とアルカローシスで、換気は十分以上に保たれている。したがって現時点で呼吸筋疲労が主病態とはいえない。ただし重症化すると呼吸筋疲労からCO2貯留に進むことがあり、その場合は人工呼吸管理を考慮する段階である。
- ×c. 上気道閉塞
上気道閉塞（喉頭・気管などの狭窄）では、吸気時に頸部で強く聴取される高調の喘鳴（stridor）、陥没呼吸、嗄声などがみられ、高度になれば低換気によりPaCO2が上昇する。本例の聴診所見は肺野の吸気終末のfine cracklesで、stridorの記載はない。舌に腫瘤はあるものの気道を閉塞させるような症状はなく、CTでも肺実質のびまん性病変が主体であるから、上気道閉塞は呼吸障害の主因ではない。
- ○d. 肺拡散能障害
PCPでは肺胞腔内に菌体を含む泡沫状の滲出物が充満し、肺胞上皮の傷害と間質の浮腫・肥厚が生じる。これにより肺胞気から毛細血管血への酸素の拡散距離が長くなり、ガス交換に使える面積も減少するため、肺拡散能（DLCO）が早い段階から著しく低下する。本例ではA-aDO2が約44.5Torrと開大し、肺実質のガス交換障害があることが示される。一方、CO2は酸素の約20倍拡散しやすいため、代償性の過換気によってPaCO2は30Torrと低下しており、低酸素血症＋低CO2血症という拡散障害に典型的な血液ガスパターンである。労作時に息切れが増悪する経過、両側のfine crackles、びまん性すりガラス陰影もこれに合致し、主たる病態は肺拡散能障害である。
- ×e. 肺胞低換気
肺胞低換気は肺胞に出入りする換気量そのものが減る状態で、PaCO2が上昇し、それに伴ってPAO2が低下する結果として低酸素血症になる。肺実質は正常なのでA-aDO2は開大しないのが特徴である。原因には呼吸中枢の抑制（鎮静薬・麻薬の過量、脳幹障害）、神経筋疾患、胸郭変形、高度肥満（肥満低換気症候群）などがある。本例はPaCO2 30Torrと低下し、A-aDO2も開大しているため、肺胞低換気には当てはまらない。
低酸素血症の5つの機序とA-aDO2・PaCO2
・肺胞低換気: A-aDO2正常、PaCO2上昇。酸素投与で容易に改善。例: 薬物による呼吸抑制、神経筋疾患、肥満低換気症候群。 ・換気血流比不均衡: A-aDO2開大。酸素投与で改善しやすい。低酸素血症の原因として最も多い。例: COPD、肺炎、肺塞栓症。 ・拡散障害: A-aDO2開大、PaCO2は正常～低下。安静時より労作時に低酸素が顕著。酸素投与で改善しやすい。例: 間質性肺炎、PCP、肺水腫の初期。 ・シャント: A-aDO2開大。100%酸素を吸入しても改善しにくい。例: 無気肺、ARDS、肺動静脈瘻、右左短絡のある心疾患。 ・吸入気酸素分圧の低下: A-aDO2正常、PaCO2は過換気で低下。例: 高地。
A-aDO2の計算
PAO2 ＝ FIO2×（大気圧 − 47）− PaCO2/R（Rは呼吸商で通常0.8）。室内気・海抜0mでは FIO2×（760−47）≒ 150Torr となるので、A-aDO2 ≒ 150 − PaCO2/0.8 − PaO2 で簡便に求められる。
ニューモシスチス肺炎（PCP）の要点
・病原体: Pneumocystis jirovecii。かつては原虫とされていたが、現在は真菌に分類される。培養はできない。 ・発症リスク: HIV感染症ではCD4数200/μL未満で発症リスクが高く、AIDS指標疾患の代表である。非HIVではステロイド・免疫抑制薬・抗癌薬使用者、臓器移植後などに発症する。 ・臨床像: 発熱、乾性咳嗽、労作時呼吸困難。聴診所見に乏しいことも多いが、低酸素血症は画像所見より強いことがある。HIV患者では数週単位で緩徐に進行し、非HIV患者では急速に進行して重症化しやすい。 ・検査: LD上昇、β-Dグルカン上昇、KL-6上昇。胸部画像で両側びまん性・肺門周囲優位のすりガラス陰影、ときに嚢胞形成（嚢胞破裂による気胸の原因となる）。 ・確定診断: 気管支肺胞洗浄液や誘発喀痰でのGrocott染色などによる菌体の証明、またはPCR法。 ・治療: ST合剤（スルファメトキサゾール・トリメトプリム）が第一選択。室内気でPaO2 70Torr未満またはA-aDO2 35Torr以上の中等症～重症例では、治療開始早期から副腎皮質ステロイドを併用する。本例（PaO2 68Torr、A-aDO2 約44.5Torr）はステロイド併用の適応となる。 ・予防: CD4数200/μL未満ではST合剤による一次予防を行う。
POINT
・HIV感染症＋CD4 200/μL未満＋亜急性の労作時呼吸困難＋LD上昇＋両側すりガラス陰影 → ニューモシスチス肺炎。 ・A-aDO2 ≒ 150 − PaCO2/0.8 − PaO2（室内気）。本例は約44.5Torrと開大。 ・低酸素血症でA-aDO2開大、PaCO2低下、労作時に増悪 → 肺拡散能障害（間質性病変に典型的）。 ・PaCO2上昇＋A-aDO2正常 → 肺胞低換気。呼吸筋疲労・上気道閉塞もCO2貯留をきたす。 ・PCPで PaO2 70Torr未満 または A-aDO2 35Torr以上ならステロイドを併用する。