肺と心臓は、酸素と二酸化炭素の輸送機能において取り返しのつかない関係にある。 肺の機能障害はしばしば心臓の機能に影響を及ぼし、心臓の機能障害はしばしば肺の機能に影響を及ぼす。 慢性うっ血性心不全（CHF）患者では、労作性呼吸困難が一般的な症状であり、動脈血ガスが正常であるにもかかわらず、一定の運動負荷で換気量が増加する。 Circulation誌の本号では、CHFにおける運動換気の増加には、最大酸素摂取量（V̇o2max）、左室駆出率、NYHA機能分類から得られる以上の予後情報が含まれていることが報告されています1。彼らのデータは、V̇o2max、左室駆出率、NYHA分類と単独または組み合わせて、増加運動中のCO2生成に対して換気の増加が急であれば、無イベント生存期間を予測できる高感度ツールとなり得ることを示唆しています。 このようなツールは、心臓移植の必要性を評価したり、治療手段の有効性を追跡するのに重要である。これは、最大負荷以下で評価でき、V̇o2maxよりも簡単に測定できる。 しかし、おそらくより重要なのは、このツールを用いたKleberらの研究1が、CHFにおけるガス交換障害と、肺疾患におけるガス交換障害との関係について教えてくれることである。

心不全における高いレベルの換気駆動は、生存を予測できるので、左心室機能障害が、肺または換気制御のいずれに影響を及ぼすかという重要な情報を含むはずである。 そこでまず検討すべきは、換気量（V̇e）とCO2生成量（V̇co2）の関係の傾きに、どんな基本情報が含まれているかということであろう。 修正肺胞式7は、V̇co2に対してV̇eが上昇する急勾配の決定要因を簡潔に記述している。

式1によるV̇eとV̇co2の関係は広い範囲で直線であり、その傾きはたった2要素で決定されます。 (1)運動中の動脈血中CO2濃度の挙動と(2)Vd/Vt比である。 末梢の化学受容器や骨格筋のエルゴ受容器による高い換気駆動によってPaco2が低下すると、V̇E/V̇co2の関係の傾きは大きくなり、Vd/Vtが高い場合はV̇E/V̇co2の傾きは大きくなります。 化学受容体利得の増加は重症 CHF、8 例えば Cheyne-Stokes 呼吸の患者においてしばしば認められるが、Paco2 を制御する設定点が低下しない限り、あるいは低酸素駆動またはエルゴレセプター駆動が高くない限り、化学受容体利得増加だけでは Paco2 を低下させることができない。 多くの研究では、CHF患者4 の血液ガスが正常であり、Paco2 は安静時からピーク時の運動まで、正常対照者と同様に変化しないか、緩やかに減少することが示唆されています。 Vd/Vt比が高くなる原因としては、2つの可能性があります。 (1）正常な解剖学的死腔に対して低い潮容積（Vt）、または（2）異常に高い生理学的死腔。 CHF患者は激しい運動で潮容積が減少することが多いため、Vd/Vt比は増加しますが、CHFにおける死腔換気の増加のうち、低いVtで説明できるのは≈33%のみと推定されています25。

現在の情報では、CHFにおける異常に急なV̇e/V̇co2の傾斜の主な原因は、換気灌流比（V̇/Q̇）の不均一性の増大で非効率なガス交換を引き起こすことだと示唆されている。 しかし、まだ注意が必要である。 上記の結論は、間接的な証拠に基づくものである。 運動中のV̇e/V̇co2勾配が高いCHF患者とそうでない患者のPaco2およびデッドスペース換気の直接比較は行われていない。 5067>

CHFにおける肺のV̇/Q̇比率の不均一性の増加の原因は何であろうか、またなぜV̇o2maxが提供しない予後情報を提供するだろうか。 Kleberら1が調査したCHF患者の肺活量と換気機能は比較的正常であり、ピーク時の動脈血酸素飽和度も、肺疾患を併発していないCHFでは一般的にそうであるように、正常であった。 動脈血ガスが正常なのにVd/Vt比が高いというこのパターンは、肺のV̇/Q̇比の不均一性が、換気よりも灌流の不均一性の増大によってもたらされている可能性が高いことを示唆している。 換気能力が正常であれば、灌流分布の異常によるガス交換の非効率性は、通常、運動中に正常な Paco2 と正常な動脈血酸素飽和度を維持できる程度の換気量を上げることで十分に補うことが可能である。 しかし、重度の閉塞性肺疾患では、換気と灌流の一致が悪いだけでなく、換気の代償的な増加が気流に対する高い抵抗によって制限され、運動中にPaco2が上昇し、動脈血O2飽和度が低下するため、これは当てはまらない。 Kleberらによる研究では、V̇E/V̇co2勾配が大きいCHF患者では、平均全肺活量（TLC）、生命維持能力（VC）、肺拡散能（Dlco）が、V̇E/V̇co2勾配のない患者より著しく低かったものの、ピーク運動時に動脈のO2飽和度は正常に維持されています。 Dlcoは通常、重症のCHF9101112で低下し、V̇o2maxと有意な相関がある。 CHFにおける低Dmcoは、高い肺毛細管血液量（Vc）によって相殺されることがあるため、Dlcoの適度な減少は、真の膜拡散能（Dmco）のより深刻な減少を反映している可能性がある。 Puriらの研究による重症CHF（NYHAクラスIII）患者9では、Dmcoはコントロールの35％でしたが、DlcoはVcが高い（コントロールの144％）ため55％にしか減少しませんでした。 Dmco が低いということは、それに応じて酸素拡散能（Dlo2）が低下することを意味し、その結果、肺を灌流する血液の酸素化率が低下し、心拍出量が十分高ければ、運動中に肺から出る血液の酸素飽和度が低下することになる。 これらの拡散能と死腔換気の変化の一部は、ACE阻害剤と利尿剤により可逆的であり、潜在性間質性肺水腫を反映している513。しかし、心臓移植14後に低Dlcoが持続することは、微小血管におけるさらなる構造変化を意味し、これは形態的研究により確認された。 肺胞壁ではマトリックス蛋白が増加し、毛細血管の基底膜が厚くなる1617 。これらの変化は、おそらく何らかの原因で肺毛細血管の血圧が慢性的に上昇すると、ごく初期に始まる18 。

重症CHF患者ではVd/Vt比が異常に高く、Dlo2が著しく低下しているが、同様の異常を伴う肺疾患で通常起こるように、運動中のPaco2の上昇と動脈血酸素飽和度の低下に伴うガス交換障害によって最大酸素運搬量が部分的に制限されないのはなぜか。 理由は2つあります。 (1) CHFでは最大換気量がよく維持されており、高いVd/Vtを補うことができるため、ピーク時のPaco2を正常レベルまで下げ、肺胞酸素濃度を正常または高く維持することができます。 (2) CHF の最大心拍出量 (Q̇max) は Dlo2 よりも低下しているため、Dlo2/Q̇の比率が運動中に低下して、肺から出る血液の酸素飽和度が下がることはない7

CHF で主に酸素輸送が損なわれるのは、肺ガス交換ではなく最大心拍数の低下と末梢酸素抽出障害419であり、動脈血ガス量は正常のままである。 しかし、V̇eとV̇co2の間の急な関係によって反映されるCHFにおけるガス交換の効率低下は、おそらく動脈血ガスが正常な労作性呼吸困難の主な原因であろう

したがって、左心室心不全は、肺疾患が心臓血管機能に重大な影響を及ぼすのと同様に、肺機能にも重大な影響を及ぼす。 CHFの重症度と生命予後の指標として運動時のガス交換効率を定量化する測定法を適用することは、心臓と肺の間の重要な機能的連関を強調するものである。 使用される測定法は単純であり、低レベルの運動でも適用可能である。 しかし、この測定法、すなわち運動中のV̇eとV̇co2の関係の傾きは非特異的であり、肺疾患では通常動脈血ガス異常と関連しているが、CHFと同様に原発性肺疾患でもしばしば異常に急峻であることは強調されなければならない。 したがって、Kleberら1が使用した測定値は、文脈に応じて解釈する必要がある。 これを強調するために、CHF、慢性閉塞性肺疾患、および肺胞毛細血管ブロック20を伴う間質性肺疾患におけるガス交換障害の主要決定要因の比較を表に示す。

表において、上または下を指す矢印は、各条件について酸素輸送の各ステップで主要決定要因の方向の変化を示している。 表は簡略化されすぎているが、概念的には有用である。 CHFでは、酸素輸送の主な障害は最大心拍出量（Q̇max）の低下によるもので、下向きの太字の矢印で示されている。 慢性閉塞性肺疾患患者では、酸素輸送の主な障害は、非効率的なガス交換を伴う最大換気量（V̇emax）の低下によってもたらされ、肺胞毛細血管ブロックを伴う間質性肺疾患患者では、主な障害はDlo2の低下によってもたらされる。 これらの疾患のすべてにおいて、V̇/Q̇の不整合はVd/Vt比を増加させ、肺からのCO2排泄効率を損なう。Paco2の上昇を防ぐために運動量の増加中に換気を十分に増やすことができれば、式1の括弧内の項で示すように、CHFと同様に肺疾患においてもV̇/V̇co2傾斜が通常より急峻であろう。 重度の慢性閉塞性肺疾患では、運動負荷の増加に伴いPaco2が上昇し、Vd/Vtが高くてもV̇E/V̇co2の傾きが低くなることがあります19。 したがって、CHF患者に重大な肺疾患が共存する場合、Kleberら1が提案した生存率予測へのV̇E/V̇co2 slopeの適用は無効となるので注意しなければならない

要約すると、利用可能なデータは、慢性CHFはガス交換効率を損なう肺の構造変化および肺間質性浮腫を誘発し、これらの変化の範囲はCHFの重症度とおそらくその持続時間に影響することを示唆している。 生理的には、これらの構造的変化は、死容積と潮容積の比（Vd/Vt）の増加によって現れ、運動中の換気量が異常に高くなる。 また、通常、肺の拡散能力（Dlco）の低下によっても現れ、これはCHFの重症度によって異なる。 肺機能におけるこれらの生理学的変化の大きさは、CHFの重症度を反映し、生存の重要な予測因子となりますが、ガス交換の非効率性は、運動能力低下の主な原因ではありません。 CHFにおける最大酸素輸送量の減少は、最大心拍出量の低下とおそらく末梢酸素抽出の障害に起因するもので、ピーク時の動脈のPaco2および動脈のO2飽和度は正常のままです。 動脈血ガスが正常であっても、非効率的なガス交換は労作性過呼吸および呼吸困難の主な原因となり得ます。 CHFにおける運動中のガス交換異常のパターンは、原発性肺疾患のそれとは明らかに異なる。

この論説で述べられた意見は、必ずしも編集者または米国心臓協会のものではない