慢性閉塞性肺疾患（COPD）の急性増悪における高濃度酸素療法に関するリスクは50年以上前から報告されています。 それ以来、高濃度酸素療法は安定したCOPDとCOPDの増悪の両方でPaCO2の増加を引き起こし、一部の患者ではその影響が60分以内に>20mmHgのPaCO2増加という急速かつ顕著なものとなることが証明された。 この効果の臨床的意義は、最近の無作為化比較試験（RCT）において、COPDの急性増悪において、病院前の環境での高濃度酸素療法は、動脈酸素飽和度が88%から92%になるように漸増するレジメンと比較して死亡率を著しく高めることが実証されたことからも明らかである。 プロトコルに従って酸素療法治療を受けたCOPD確定患者において、PaCO2は高濃度酸素療法群で34mmHg高くなった（表1）。
高濃度酸素療法によるPaCO2上昇の主因は、呼吸駆動力の低下と低酸素性肺血管収縮解除による換気・血行ミスマッチ悪化であるとされています。 換気・灌流ミスマッチは、喘息や肺炎など他の急性呼吸器疾患でも優勢なガス交換異常であり、酸素投与によりミスマッチの程度が悪化する。
最近、一連のRCTにより、喘息の重症増悪を呈する患者において、高濃度酸素療法がPaCO2または経皮的二酸化炭素濃度（PtCO2）の有意な上昇をもたらすことが実証された。 この生理学的効果の臨床的意義は、高濃度酸素療法に無作為に割り付けられた患者の10％が、治療60分後に10mmHg以上のPtCO2増加と45mmHg以上のPtCO2を示したのに対し、動脈酸素飽和度を93～95％に維持する滴定酸素療法ではこの反応を示した患者がいなかったという観察から示唆されています（図1）。 同様のRCTにおいて、高濃度酸素療法は、低酸素および高酸素の両方を回避する滴定酸素療法と比較して、市中肺炎を呈した患者のPtCO2を増加させることも示された。 PtCO2が4mmHg以上、8mmHg以上増加する相対リスクはそれぞれ3倍、6倍であり、この効果は生理学的および臨床的に重要である可能性が示唆された（表2）。
救急科に喘息の重症増悪を来した患者のベースラインと高濃度（開丸）または滴定（充填丸）酸素60分後の経皮二酸化炭素分圧（PtCO 2 ）レベル。 文献より転載。
慢性呼吸不全は肥満低換気症候群など他の慢性呼吸器障害でも起こり得ます。 高濃度酸素療法は、安定したCOPDと同様に、CO2の貯留を引き起こすことが予想されます。 この生理学的効果は、最近、肥満性低換気症候群でベースラインの高炭酸ガス症の患者を対象にした100％酸素と室内空気のプラセボ対照無作為化試験で実証されている（図2）。 100％酸素吸入時の過呼吸悪化の主なメカニズムは、肺胞低換気につながる分間換気量の減少であった。 この生理学的効果の臨床的意義は、100％酸素療法を受けてから20分以内にPtCO2が10mmHg以上上昇したため、調査対象患者の8人に1人が試験を終了しなければならなかったことからも示唆された。
肥満低換気症候群の被験者における100%酸素または室内空気呼吸後のPtCO 2（mmHg）の基準からの変化量である。 縦線は20分間のPtCO2からベースラインを引いた平均値（中央の横線）±1SDである。 参考文献より転載
このように、高濃度酸素療法によるPaCO2増加の可能性は、COPDの安定性および急性増悪に限らず、喘息や肺炎などのガス交換異常を伴う他の急性呼吸器疾患や、肥満低換気症候群などの過炭酸を伴う慢性呼吸器状態にもあるという証拠があるのです。 このエビデンスは、COPDやその他の呼吸器疾患において、高酸素による害の可能性を低減しつつ酸素療法の最大限の効果を得るために、酸素療法の漸増を推奨するコンセンサスガイドラインの基礎となっています
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