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高頻度振動換気（HFO）の理論と歴史を解説します。平均気道内圧（mPaw）による酸素化と、主に振幅（ΔP）で決まる一回換気量による二酸化炭素除去という、独特なガス交換の原理を学習。通常換気とは異なる設定の基本を整理します。

What is high-frequency oscillation 1

What is high-frequency oscillation? Part 1: Theory and History Satoshi Nakagawa   

目次 • HFOとその歴史 • HFOでのガス交換 • HFOの設定調節   

PICUで必要な知識や⼿技、 対応のポイントをスライド形式でまとめています ✓ 系統別に学ぶ⼩児集中治療の知識 ✓ ⼿技（挿管‧エコー等）の習得 ✓ ショック‧外傷など緊急対応の理解  スライドで詳しく学ぶ  https://slide.antaa.jp/special/pediatric-intensive-care   

What is HFO? ■High-frequency oscillation; HFO ■High-frequency •Faster than 1 to 2 Hz (60 to 120/min)  ■Oscillation •Active in inspiration and expiration •Tidal volumes are smaller than anatomical dead space • but the reality may be different in some countries   

Gas flow in HFO Piston pump (diaphragm) Fresh gas flow   

Airway pressure waveforms（PCV vs. HFO） Airway Pressure (Paw) What is the frequency? PIP mPaw  PEEP  1 sec t   

Ventilation by high-frequency oscillation D J Bohn, K Miyasaka, B E Marchak, W K Thompson, A B Froese, A C Bryan The effect of applying a high-frequency small-volume sinusoidal oscillation at the airway was investigated in anesthetized apneic beagle dogs (mean wt 11 kg, mean VDphys 6.6 +/- 0.6 ml/kg). Oscillations generated by a piston in a cylinder were transmitter to the lungs through an uncuffed endotracheal tube (4.5 mm ID, 6.0 mm OD), which allowed a substantial leak back through the vocal cords. A bias flow of fresh gas presented inspired air to the midtracheal level. The minimum distal airway pressure (measured at the end of the endotracheal tube) was maintained between 0 and 2 cmH2O. Peak airway pressures were 4-8 cmH2O. The optimal frequency for CO2 elimination was 15 Hz. Using volumes of 1.9 ml/kg (range 1.7-2.3) at this frequency the mean PaCO2 was 33.1 +/- 0.5 Torr. In four dogs breathing 100% O2 the PaO2 was 594 +/- 9 Torr during spontaneous ventilation and 580 +/- 9 Torr 

Slutsky AR, Drazen JM. Ventilation with small tidal volume. N Engl J Med 2002, 347;630-631.   

High-frequency oscillatory ventilation compared with conventional mechanical ventilation in the treatment of respiratory failure in preterm infants. HIFI Study Group N Engl J Med 1989; 320:88-93.   

A multicenter randomized trial of high frequency oscillatory ventilation as compared with conventional mechanical ventilation in preterm infants with respiratory failure. Y Ogawa 1, K Miyasaka, T Kawano, S Imura, K Inukai, K Okuyama, K Oguchi, H Togari, H Nishida, J Mishina Early Hum Dev 1993; 32:1-10.   

Pressure-Volume Loops  •mPaw of HFO • Is it OK at the same level of the one of conventional mode? • It is recommended to set 3 to 5 cmH2O higher than the one of conventional mode. • Why? • Conventional mode has PIP effect, but HFO does not.   

Ventilation in HFO • CO2 removal • Conventional mode • CO2 elimination ∝ minute ventilation (VT x RR)  • HFO • CO2 elimination ∝ f x (VT)2 • 10 Hz and VT=100 ml vs. 12 Hz and VT=80 ml • 10 x 1002 vs. 12 x 802 • 10 X 10000 vs. 12 x 6400 • 10 x 104 vs. 7.68 x 104   

Comparison of lung protection strategies using conventional and HFO ventilation. Imai Y, Nakagawa S, Ito Y, et al. J Appl Physiol 2001, 91:1836-1844.   

Imai Y, et al. J Appl Physiol 2001, 91:1836-1844.   

Imai Y, et al. J Appl Physiol 2001, 91:1836-1844.  Table. Alveolar pathological score ----------------------------------------------Group  Total Score  ----------------------------------------------MVLP  2.62 ± 0.35*  LVHP 2.21 ± 0.51* HFOV  1.01 ± 0.40  -----------------------------------------------  Values are means ± SD; n = 24 lung sections per group. Score of 0 = minimal (little) damage; 1+ = mild damage; 2+ = moderate damage; 3+ = severe damage; and 4+ = maximal damage. MVLP, moderate tidal volume, low positive end-expiratory pressure (PEEP); LVHP, low tidal volume, high PEEP; HFOV, high-frequency oscillatory ventilation. * P < 0.01 compared with HFOV group. The pathological score was higher in the MVLP and LVHP groups than in the HFOV group (P < 0.01). No significant differences were seen between the MVLP and LVHP groups.   

Photomicrographs of membranous bronchioles from the animals in the MVLP (A), LVHP (B), and HFOV groups (C) (Masson's trichrome stain; original magnification x400)  Imai, Y. et al. J Appl Physiol 91: 1836-1844, 2001.  Copyright ©2001 American Physiological Society   

Summary • HFO: high-frequency oscillation • Started at Dr. Bryan’s team in 1970’s.  • Oxygenation: lung volume maintained by mean airway pressure • Ventilation • CO2 elimination ∝ f x (VT)2  • Ultimate lung protective ventilation mode (at least at animal models) • Lower frequencies can provide larger tidal volumes, but those may be lung-injurious. • higher frequencies are preferred even in children and adults   

高頻振動の理論と歴史について

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