鼻カニュラや簡易酸素マスクなど，いわゆる低流量システム（後述）の酸素流量とF_IO₂の対応表をよく見かけます。対応表はF_IO₂の目安を知るには便利ですが，低流量システムにおける実際のF_IO₂は，患者さんの呼吸の速さや大きさで変わります。低流量システムにおけるF_IO₂の考え方には酸素療法の大事な基本が詰まっていますから，今回はそこを掘り下げてみましょう。

F_IO₂を決める要素

　安静時の息を吸う速さ（吸気流量）の目安は500 mL/秒です（実際の吸気流量は一回の吸気の中でも変わりますが，ここでは簡略化して考えます）。図1の患者には簡易酸素マスクで5 L/分＝83 mL/秒の酸素が投与されており，必要な吸気流量500 mLのうち83 mLを酸素で，残りはマスク内混合気180 mLと空気237 mL（酸素は21％）で賄っているケースを想定してみましょう。

　自発呼吸は，大きく分けて吸息相，呼息相，休止相で構成されます（図2）^1）。呼息相でマスク内は呼気と呼息相で供給される酸素が混合し，休止相では休止相で供給される酸素がマスク内を満たします。ゆっくりした呼吸では休止相の時間が長く，混合気における酸素濃度は上昇しますが，速い呼吸では休止期が短く，呼気再吸入によって酸素濃度は下がります。極端ですが仮にマスク内に酸素が満ちたと仮定するとF_IO₂は0.63，マスク内が全て酸素濃度0.16（仮に大気吸入時の呼気酸素濃度と同等に設定）の呼気と仮定するとF_IO₂は0.32となります（図1）。

　急性呼吸不全や代謝性アシドーシスなどで吸気流量は60～100 L/分を超えることがあります。吸気流量60 L/分の患者で同様に考えると，F_IO₂は0.27～0.42であり，速く大きい呼吸でF_IO₂は低くなることがわかります。実際には，マスクの密着度や酸素の流れの向きなどで混合気の酸素濃度は変動し，呼気酸素濃度も一定ではないため，細かな計算は原理を理解した上で，いったん脇に置いて構いません。ここで大事なことは，「呼吸が速く大きくなるほど，実際のF_IO₂は低めになる」ということです。

呼気の再吸入とリザーバー

　さて，「F_IO₂を決める要素」で話した呼気再吸入は「死腔」の話に通じます。「死腔」とは，換気はあってもガス交換が行われないスペースのことを言います。上気道から末梢気道は解剖学的死腔と言い，その容量は約150 mLです。安静時の一回換気量が500 mLとすると，肺胞で実際にガス交換が行われるのは残りの350 mLです。また，マスクや人工呼吸回路などの器具が装着されると，呼気が貯留するスペースが増えます。器具において呼気が貯留し再吸入する容量を「機械的死腔」といいます。図1においてはマスク容量の180 mLのうち酸素で洗い流されなかった呼気の容量が機械的死腔になります。機械的死腔が増えるとF_IO₂の低下だけではなく二酸化炭素の再吸入も問題になりますから，なるべく機械的死腔の容量は減らしたいところです。

　ここでリザーバーについて考えてみましょう。リザーバーは「貯水池」という意味を持ちます。酸素療法におけるリザ...