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문제 정의
- 저자 등은 급성 폐 손상 환자들에 있어서 ASV를 적용하였을 때 나타나는 호흡지표들을 정상적인 폐를 가진 환자들과 비교하여 실제로 폐의 역학적 특성을 적절하게 반영하는지 여부 및 현재 ARDSnet에서 권장하는 환기지침과의 비교 등을 시행하여 국내 급성 폐 손상 환자에서 ASV의 유의성과 적정성에 대한 평가를 하고자 하였다.
제안 방법
- 측정방법을 약술하면 기도압 및 기류속도는 기도관에 설치한 호흡기류계(pneumotachography)로 측정하였고 정적 유순도(static compliance of the respiratory system, Cstat) 및 기도저항은 least squares fit 방식으로 구하였다20. 기록한 환기 및 호흡역학 지표들은 일회호흡량(VTe, mL), 분당호흡수(respiratory rate, RR; b/min), 흡기 호기비(I/E ratio), 총 흡기압(total inspiratory pressure, cm H2O), 고평부압(plateau airway pressure; Pplat, cm H2O), 최대 흡기유속(peak inspiratory flow, L/min), 흡기 시 기도저항(inspiratory airway resistance; Rins, cm H2O/s/L), 호기 시간 상수(expiratory time constant; RCe, s), 정적 유순도(mL/cm H2O) 등을 기록하였다.
- 상기와 같이 환자의 호흡 및 혈역학적 상태가 안정된 후 각 지표들을 기록하였다. 환기 및 호흡역학 지표들은 Galileo 호흡기의 Numeric data 표시창에 나타나는 값들을 기록하였다.
- 급성 폐 손상 환자에서 호기말 양압은 관습적인 'PEEP trial' 방식에 따라 1∼2 cm H2O씩 증가시켰다18. 이 방식은 산소화의 향상이 최대치가 되는 수준 또는 PaO2/FiO2가 200 mm Hg 이상이 되는 수준까지 증가시키되 혈역학적인 저하(혈압이나 심박출량의 20% 감소 또는 동정맥 산소량 차가 20% 이상 차이가 나는 경우)가 오지 않는 범위 내에서 조정하도록 하였다.
- 호흡 지표에서 자발호흡이 0회/min으로 나타난 상태의 값들을 기록하였는데 본 호흡기는 지표를 평가할 때 8개 호흡을 분석하여 나타내므로 최소한 8회 이상의 수동적 호흡이 연속적으로 발생한 상황에서의 평균치가 이용되게 된다. 이러한 호흡의 지표들을 10분 간격으로 3회 측정한 후 비교 평가해보고 그 중 가장 안정적이고 수동적인 호흡에 의한 대표값을 선별하여 분석을 하였다. 측정방법을 약술하면 기도압 및 기류속도는 기도관에 설치한 호흡기류계(pneumotachography)로 측정하였고 정적 유순도(static compliance of the respiratory system, Cstat) 및 기도저항은 least squares fit 방식으로 구하였다20.
- 원인질환으로는 사회획득 폐렴 8예, 병원획득 폐렴 3예, 폐 외 감염의 패혈증에 의한 급성 폐 손상 6예(요로감염 3예, 복강 내 농양 2예, 하지 봉와염 1예)였으며 급성 폐 손상과 급성 호흡곤란 증후군의 진단기준은 American-European Consensus Conference의 정의에 따랐다14. 임상적 중증도 평가로서 acute physiology and chronic health evaluation (APACHE) II15 및 sequential organ failure assessment (SOFA)16 점수를 집중치료실 입실 또는 급성 폐 손상 발생 24시간 내에 측정하였다. 본 연구는 기관 연구윤리 심의위원회의 승인을 받았고 환자 보호자로부터 서면동의를 득한 후에 시행하였다.
- 초기 집중치료 후 혈역학적 및 환기지표들이 안정화된 이후부터 24시간 내에 여러 가지 호흡역학적 지표 등을 측정하였다. 환자의 진정은 지속적 midazolam (0.
- 호기말 양압과 FiO2는 산소포화도 90∼95% 및 PaO2 60∼100 mm Hg의 범위를 유지하도록 조정하였다.
- 상기와 같이 환자의 호흡 및 혈역학적 상태가 안정된 후 각 지표들을 기록하였다. 환기 및 호흡역학 지표들은 Galileo 호흡기의 Numeric data 표시창에 나타나는 값들을 기록하였다. 호흡 지표에서 자발호흡이 0회/min으로 나타난 상태의 값들을 기록하였는데 본 호흡기는 지표를 평가할 때 8개 호흡을 분석하여 나타내므로 최소한 8회 이상의 수동적 호흡이 연속적으로 발생한 상황에서의 평균치가 이용되게 된다.
- 환자의 진정은 지속적 midazolam (0.1∼0.2 mg/kg/hr) 정주를 하면서 Ramsay sedation scale19이 5 또는 6점에 해당하는 깊은 진정을 유지하였으며, 측정 시에 자발호흡이 있어 신뢰성 있는 환기지표들을 구하기 어려울 때에는 측정자의 판단에 따라 근 이완제(vecuromium, 0.1∼0.2 mg/kg/hr) 정주를 시행하여 환자의 자발 호흡을 최소화하였다.
대상 데이터
- 2008년 7월부터 2008년 12월까지 아주대학교병원 집중 치료실에 입원해서 기계환기치료를 받은 18세 이상의 환자 36예를 대상으로 하였다. 환자는 정상 폐 환자 19예 및 급성 폐 손상 환자 17예 등으로 구성되었다.
- 환자는 정상 폐 환자 19예 및 급성 폐 손상 환자 17예 등으로 구성되었다. 정상 폐 환자군은 기저 폐질환이 없고 흉부방사선 소견이 정상이며, PaO2/FiO2 비가 300 mm Hg 이상인 환자들로서 두부 손상 7예, 뇌혈관 질환 9예, 다발성 외상 환자 3예였으며, 뇌 손상 환자에서 인위적인 과호흡치료가 필요한 환자는 제외하였다. 급성 폐손상 환자에서 제외기준은 심부전, 만성 폐쇄성 폐질환이나 천식 등 폐쇄성 폐질환의 과거력이 있는 경우, 흉곽의 변형이나 해부학적 이상 소견 및 흉관삽입 등 공기누출 상태나 기흉 등의 압력손상 소견이 있는 경우 등으로 규정하였다.
- 2008년 7월부터 2008년 12월까지 아주대학교병원 집중 치료실에 입원해서 기계환기치료를 받은 18세 이상의 환자 36예를 대상으로 하였다. 환자는 정상 폐 환자 19예 및 급성 폐 손상 환자 17예 등으로 구성되었다. 정상 폐 환자군은 기저 폐질환이 없고 흉부방사선 소견이 정상이며, PaO2/FiO2 비가 300 mm Hg 이상인 환자들로서 두부 손상 7예, 뇌혈관 질환 9예, 다발성 외상 환자 3예였으며, 뇌 손상 환자에서 인위적인 과호흡치료가 필요한 환자는 제외하였다.
데이터처리
- 05 미만인 경우 유의한 것으로 판단하였다. 군간의 비교는 Mann-Whitney U검정을 시행하였다. 상관성 분석은 Spearman's rank coefficient correlation을 이용하였다.
- 상관성 분석은 Spearman's rank coefficient correlation을 이용하였다.
- 통계 분석은 SPSS for Windows version 12.0 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA)를 이용하였으며, 측정치는 평균±표준편차로 표시하였고 통계학적 결과는 p값이 0.05 미만인 경우 유의한 것으로 판단하였다.
이론/모형
- 급성 폐손상 환자에서 제외기준은 심부전, 만성 폐쇄성 폐질환이나 천식 등 폐쇄성 폐질환의 과거력이 있는 경우, 흉곽의 변형이나 해부학적 이상 소견 및 흉관삽입 등 공기누출 상태나 기흉 등의 압력손상 소견이 있는 경우 등으로 규정하였다. 원인질환으로는 사회획득 폐렴 8예, 병원획득 폐렴 3예, 폐 외 감염의 패혈증에 의한 급성 폐 손상 6예(요로감염 3예, 복강 내 농양 2예, 하지 봉와염 1예)였으며 급성 폐 손상과 급성 호흡곤란 증후군의 진단기준은 American-European Consensus Conference의 정의에 따랐다14. 임상적 중증도 평가로서 acute physiology and chronic health evaluation (APACHE) II15 및 sequential organ failure assessment (SOFA)16 점수를 집중치료실 입실 또는 급성 폐 손상 발생 24시간 내에 측정하였다.
- , Bonaduz, Switzerland)를 사용하였다. 이때 예측 체중(predicted body weight, PBW)은 키와 성별을 이용한 Devine 공식에 따라 구하였다17. ASV적용 시에 목표 분당 환기량은 100%로 설정하였다.
- 이러한 호흡의 지표들을 10분 간격으로 3회 측정한 후 비교 평가해보고 그 중 가장 안정적이고 수동적인 호흡에 의한 대표값을 선별하여 분석을 하였다. 측정방법을 약술하면 기도압 및 기류속도는 기도관에 설치한 호흡기류계(pneumotachography)로 측정하였고 정적 유순도(static compliance of the respiratory system, Cstat) 및 기도저항은 least squares fit 방식으로 구하였다20. 기록한 환기 및 호흡역학 지표들은 일회호흡량(VTe, mL), 분당호흡수(respiratory rate, RR; b/min), 흡기 호기비(I/E ratio), 총 흡기압(total inspiratory pressure, cm H2O), 고평부압(plateau airway pressure; Pplat, cm H2O), 최대 흡기유속(peak inspiratory flow, L/min), 흡기 시 기도저항(inspiratory airway resistance; Rins, cm H2O/s/L), 호기 시간 상수(expiratory time constant; RCe, s), 정적 유순도(mL/cm H2O) 등을 기록하였다.
성능/효과
- 급성 폐 손상 환자군에서는 분당호흡수와 RCe (rs=−0.76, p＜0.01), 흡기유속과 분당호흡수(rs=0.56, p＜0.05) 및 RCe와 흡기유속(rs=−0.53, p＜0.05) 간에 유의한 상관성을 보였다(Figure 2).
- 또한 최대 흡기압 및 고평부압이 유의하게 높았고 흡기유속이 높았으나 통계적 유의성은 없었다. 급성 폐 손상 환자군은 정상 폐 환자군에 비해 RCe가 유의하게 낮았고 그에 따라 분당호흡수는 유의하게 높았으며, 일회호흡량과 일회호흡량/예측체중 등이 유의하게 낮았다(Table 2).
- 대상 환자군의 특성, 동맥혈 가스 검사 소견 및 임상적 중증도 등은 Table 1에 표시하였다. 급성 폐손상 환자군에서 중증도 점수가 약간 높았으며, 동맥혈 가스 분석상 이산화탄소 분압이 약간 높았으나 통계적으로 유의한 차이는 없었다(Table 1).
- 급성폐손상 환자군은 정상폐 환자군에 비해 PEEP이 유의하게 높았고 폐유순도는 유의하게 낮았다. 또한 최대 흡기압 및 고평부압이 유의하게 높았고 흡기유속이 높았으나 통계적 유의성은 없었다.
- 기계환기 시 호기시간이 RCe의 3배 이상을 유지하는 것을 권장하고 있는데 본 결과에서는 호기시간/RCe 비가 정상 폐 환자군에서 3.6±1.4, 급성 폐 손상 환자군에서 3.2±1.1로 나타났다(Table 2).
- 급성폐손상 환자군은 정상폐 환자군에 비해 PEEP이 유의하게 높았고 폐유순도는 유의하게 낮았다. 또한 최대 흡기압 및 고평부압이 유의하게 높았고 흡기유속이 높았으나 통계적 유의성은 없었다. 급성 폐 손상 환자군은 정상 폐 환자군에 비해 RCe가 유의하게 낮았고 그에 따라 분당호흡수는 유의하게 높았으며, 일회호흡량과 일회호흡량/예측체중 등이 유의하게 낮았다(Table 2).
- 특히 급성 폐 손상 환자군에서 더 높고 유의한 상관성이 나타났다. 본 연구에서 급성 폐 손상 환자와 정상 폐보다 흡기 유속이 높았으나 통계적인 유의성은 없었다. 만약 급성 폐 손상 환자의 중증도가 높고 심한 폐 손상이 동반되거나 호흡역학적 지표들이 더 악화되는 경우에는 이러한 차이가 더 현저할 것이라고 예측된다.
- ARDSnet의 지침에 근거 하여 급성 폐 손상에서 ASV 적용 시 일회호흡량이 ARDSnet 권장량보다 높아 폐 손상을 초래하므로 부적절하다는 평가가 있었으나12, 다른 보고에서는 ASV를 시행할 때 일회호흡량이 높아질 수 있지만 고평부압을 안정적으로 유지하는데 있어서는 일회호흡량을 6 mL/kg로 고정한 기계환기보다 더 우월하다고 발표한 바 있다10. 본 연구에서도 일회호흡량은 ARDSnet 권장량보다 높았으나 고 평부압이 30 cm H2O를 초과하는 예가 없이 전반적으로 비교적 낮은 수준을 잘 유지하는 것으로 나타났다. 상관성 분석에 있어서는 일회호흡량이 다른 호흡지표들과 관련성이 적었는데 이는 Otis 공식에 의해 직접 설정되는 주요 지표는 분당호흡수이며, 일회호흡량은 그에 따라 2차적으로 산출되어 설정되고 또한 호흡구동은 산출된 일회호흡량을 참조하여 압력조절 환기방식으로 하기 때문에 다른 지표들과 긴밀한 관련성이 나타나지 않은 것으로 생각된다.
- 본 연구의 결과 급성 폐 손상 환자에서 ASV의 적용 시에 정상 폐의 환자에 비하여 일회호흡량이 적고, 호흡수가 빠르다는 점을 관찰할 수 있었다. 이러한 결과에서 ASV가 질환의 병태생리에 따른 호흡기계의 역학적 변화에 적절하게 대처하는 것으로 볼 수 있겠으며, 근자에 정설로서 권장되고 있는 급성호흡곤란증후군의 기계환기에서 폐 보호 전략의 관점과도 부합한다고 할 것이다11.
- 본 연구의 결과 급성 폐손상 환자군에서 호기시간/RCe 비가 3.2±1.1로 비교적 적정수준을 유지하였으며, 1 cm H2O 이상의 내인성 호기말 양압은 1예에서만 관찰되었다.
- 급성 폐손상에서는 이와 같은 원리에 따라 호흡수가 증가하고 그 결과 일회호흡량은 감소하게 되는데 이는 ARDSnet에서 권장하는 환기방식과 부합한다는 것이다11. 본 연구의 결과 급성 폐손상 환자에서 정상 폐보다 RCe가 유의하게 낮았으며, 그에 따라 호흡수는 높고, 일회호흡량은 낮게 나타났다. 실제로 본 연구에서 RCe가 분당호흡수와 유의한 역상관성을 보였는데 이는 Otis 공식이 유의하게 반영되고 있다는 것을 보여주는 결과이다.
- 본 연구의 급성 폐 손상 환자에서 흡기유속은 평균 43.6 L/min으로 나타났는데 급성호흡곤란증후군의 기계 환기 치료 시 초기에 이보다 높은 흡기유속이 요구되는 경우가 있겠으나 이러한 경우 유속과 같은 단일 변수를 개별적으로 조절할 수 없다는 점이 ASV의 적용 시 단점이 될 수 있다. 이와 같이 개별적 환기변수의 조정에 개입할 수 없다는 점은 ASV와 같은 자동 조절 환기방식에서 사용의 편리성과는 이율배반적으로 발생할 수밖에 없는 근원적 제한점이라고 할 수 있다.
- 실제로 본 연구에서 RCe가 분당호흡수와 유의한 역상관성을 보였는데 이는 Otis 공식이 유의하게 반영되고 있다는 것을 보여주는 결과이다. 분당호흡수와 흡기유속의 상관성은 적절한 흡기/호기 비율을 유지하기 위한 조절기능에 의한 결과라고 해석할 수 있겠으며, RCe와 흡기유속의 역상관성은 전술한 RCe와 분당호흡수 및 분당호흡수와 흡기유속 간의 순차적 상관성에 의한 결과일 것이며, 직접적인 상호조절기능에 의한 것은 아닌 것으로 생각된다.
- 본 연구의 결과 급성 폐손상 환자에서 정상 폐보다 RCe가 유의하게 낮았으며, 그에 따라 호흡수는 높고, 일회호흡량은 낮게 나타났다. 실제로 본 연구에서 RCe가 분당호흡수와 유의한 역상관성을 보였는데 이는 Otis 공식이 유의하게 반영되고 있다는 것을 보여주는 결과이다. 분당호흡수와 흡기유속의 상관성은 적절한 흡기/호기 비율을 유지하기 위한 조절기능에 의한 결과라고 해석할 수 있겠으며, RCe와 흡기유속의 역상관성은 전술한 RCe와 분당호흡수 및 분당호흡수와 흡기유속 간의 순차적 상관성에 의한 결과일 것이며, 직접적인 상호조절기능에 의한 것은 아닌 것으로 생각된다.
- 이러한 결과들을 종합적으로 볼 때 ASV가 급성 폐 손상에서 현 기계환기 전략과 부합되는 양상으로 조절된다는 것을 알 수 있었지만 실제적인 일회호흡량의 값에 있어서는 다소 차이가 있었다. 본 연구에서는 급성 폐 손상 환자에서 일회호흡량이 7.
- 1로 비교적 적정수준을 유지하였으며, 1 cm H2O 이상의 내인성 호기말 양압은 1예에서만 관찰되었다. 전술한 바와 같이 RCe와 분당호흡수 및 흡기유속 간의 유의한 상관성을 보인 점에서 호흡수의 증가에 대처하여 흡기 유속 등을 자동적으로 상향 조정하여 적정 호기시간을 확보할 수 있도록 하는 제어기능이 효율적으로 작동한다는 사실을 알 수 있었다. 특히 급성 폐 손상 환자군에서 더 높고 유의한 상관성이 나타났다.
- 전체 환자에서 분당호흡수는 RCe 및 흡기유속과 유의한 상관성이 있었다(rs=−0.40; rs=0.43; p＜0.05, respectively) (Figure 1).
후속연구
- 넷째는 ASV 고유의 역학적 특성을 보기 위하여 가능한 자발호흡을 배제하려고 노력하였지만 연구목적만으로 전 환자에서 근이완을 유도하지는 않았기 때문에 미세한 자발호흡이 환기지표들에 영향을 미쳤을 가능성을 완전히 배제할 수는 없다는 점이다. 결론적으로 급성 폐손상 환자에서 ASV 방식을 적용했을 때 역학적 변화를 반영하여 적절한 방향으로 호흡지표들이 조절되어 유효한 기계환기 방식으로 나타났으며, ARDSnet의 권장치와는 약간의 차이를 보인 점 등에 대해서는 향후 더 많은 환자를 대상으로 검증이 필요할 것이다.
- 급성 폐 손상에서 ASV를 적용 시 낮은 일회호흡량을 지향한다는 기본 개념에 있어서는 ARDSnet의 지침과 같은 취지를 가진다고 할 수 있겠으며, 그 동안 보고된 ARDS의 일회호흡량에 대한 대규모의 비교 연구는 대부분 6 mL/kg 대 12 mL/kg와 같이 큰 차이를 보이는 극단적인 비교가 주류를 이루었기 때문에 7∼8 mL/kg 정도의 수준으로 나타나는 ASV시의 일회호흡량에 대한 임상적 평가에는 좀 더 많은 연구가 필요할 것이라고 생각된다11,22,29.
- 2 cm H2O 정도의 내인성 호기말 양압이 발생한 것으로 보고된 바 있다6. 본 연구의 대상군은 주로 제한성 환기장애를 가지는 급성 폐 손상 환자이므로 ASV의 흡기, 호기 시간 및 비율에 대한 적절한 조절 기능을 총체적으로 평가하기 위해서는 향후 폐쇄성 환기 장애가 있는 환자들을 포함한 더 많은 대상군에서 연구가 뒤따라야 할 것이다.
- 본 연구의 제한점으로는 첫째, 대상 환자수가 적기 때문에 다양한 세부적인 통계분석을 하기에는 유의성이 부족하였고, 둘째, 기계환기 초기에 비교적 단시간 내에 지표를 측정하였기 때문에 시간의 경과에 따른 이후의 변화 여부를 반영하지 못하였다는 점이며, 셋째, 정상 폐 환자에서 폐의 상태가 완전한 정상이라고 단언할 수는 없다는 점으로서, 예를 들면 경도의 폐부종이나 폐의 염증 반응 등이 존재할 수 있다는 점이며, 또한 환자군에서 임상적으로 진단되지는 않은 만성폐쇄성 폐질환 등의 기저 호흡기질환이 있을 가능성이 있어 호흡 역학 등의 결과에 영향을 미칠 수 있었다는 점이다. 넷째는 ASV 고유의 역학적 특성을 보기 위하여 가능한 자발호흡을 배제하려고 노력하였지만 연구목적만으로 전 환자에서 근이완을 유도하지는 않았기 때문에 미세한 자발호흡이 환기지표들에 영향을 미쳤을 가능성을 완전히 배제할 수는 없다는 점이다.
- 만약 급성 폐 손상 환자의 중증도가 높고 심한 폐 손상이 동반되거나 호흡역학적 지표들이 더 악화되는 경우에는 이러한 차이가 더 현저할 것이라고 예측된다. 한편 폐쇄성 환기 장애의 경우에는 호기말 양압이 더 호발하며, 단순히 호흡수와 시간뿐만 아니라 호기 기류감소 및 조기 기도폐쇄 여부 등이 반영이 되어야 하므로 좀 더 정교한 조절이 요구될 것이다. 실제로 폐쇄성 폐질환 환자에서 ASV를 적용한 이전의 한 연구에서 평균 2.
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