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삼성서울병원-후생신보 공동기획 심혈관질환 최신지견 -65

관리자 | 기사입력 2008/03/24 [10:22]

삼성서울병원-후생신보 공동기획 심혈관질환 최신지견 -65

관리자 | 입력 : 2008/03/24 [10:22]
 
 
선천성 심장병의 중환자 관리에서 동맥혈 산소 농도
의 임상적 의미

 



▶ 허 준 교수    
산소 공급 경로에서 중요한 것은 1) uptake in the lungs, 2) carrying capacity of blood, 3) global delivery from lungs to tissue, 4) regional distribution of oxygen delivery, 5) diffusion from capillary to cell, 6) cellular use of oxygen으로 나누어 볼 수 있다.

대부분의 산소는 혈색소에 붙어서 이동하며 아주 소량 (정상 산소 분압시 2%미만) 만이 용존 산소로 이동된다. 순환계의 중요한 기능은 폐에서 조직까지 산소를 원활하게 공급하여 요구량을 충족시키는 것이다. 정상 환경에서는 산소 공급량 (do2) 이 호기성 대사의 산소 요구량 (vo2)을 충족할 만큼 많다. 산소공급량 (do2)은 심박출량 (qt)과 혈액산소량 (cao2)으로 결정된 다. 혈액산소량 (cao2)은 산소포화도와 혈색소 (헤모글로빈)로 결정된다.

do2 (ml/min)=qt × hb × sao2 × k (constant)

vo2 (global oxygen consumption) = qt (cao2-cvo2)

oxygen extraction ratio =vo2/do2


정상인에서 산소추출율 (oxygen extraction ratio) 은 25% 정도이며 말단 조직으로의 순환이 잘 되는지 여부를 간접적으로 반영하게 되며 정상적으로 산소 요구량에 맞추어 산소가 공급된다면 산소 포화도 (svo2)는 65% 이상을 보인다. 산소 요구량이 증가하거나 공급이 적어지면 저산소증에 빠지게 된다. 선천성 심장병처럼 정상과 다르게 복잡한 혈역학을 보이는 경우에서 산소 농도의 의미를 정확히 이해하는 것은 선천성 심장병 관리에서 매우 중요하다.

좌우 단락 선천성 심장병
심실중격결손, 심방중격결손, 동맥과 개존증을 대표적으로 예를 들 수 있다. 심실중격결손의 경우를 이해해 보자. 이 경우 좌심실의 압력이 우심실 보다 높아 좌심실에서 우심실로 산소농도가 높은 피가 흐르게 되어 결국 폐로 가게 된다. 따라서 폐로 가는 정맥 피가 정상에서 보다는 높은 산소 농도를 보이며, 혈류 양도 많아지게 된다. 좌심실의 경우는 대동맥으로 가야 할 혈액 중에서 일부가 우심실을 통해서 폐로 가게 되어 결국 전신으로 가는 혈액 양이 줄어들게 된다. 따라서 단락 양이 증가할 수록 폐 혈류량 (qp)과 전신 혈류량 (qs)의 차이가 커지게 된다 (qp/qs가 증가한다).

그렇다면 환자에게서는 이런 것이 어떤 문제를 야기하겠는가? 폐로 가는 혈류량이 증가하게 되면 좌심방과 심실이 증가된 혈액량을 처리하기 위하여 용적을 늘려서 일하게 되면서 심장이 커지게 된다. 하지만 점차 능력을 초과하게 되면 폐부종이 생기게 되고 이로 인해 빈 호흡이 생기고, 이 상태가 지속되면 폐동맥 고혈 압으로 진행이 된다. 또한 전신으로 가는 혈액 량이 상대적으로 줄어들게 된다는 것은 심박출량이 줄어들게 된다는 것을 의미 한다. 어느 한계 이상으로 줄어들게 되면 전신으로 적절한 혈류 공급이 안되게 되고 이는 조직 관류 저하와 조직 저산소증으로 이어지게 된다. 초기에는 전 신 혈류량이 감소하게 되면 심박출량 유지를 위하여 자율신경계 및 레닌-안지오텐신-알도스테 론계 등의 여러 기전이 작동하여 적절한 심박 출량을 유지하려고 한다. 하지만 보상기전이 한계에 도달하게 되면 대사성 산증 등의 소견을 보이게 된다.

여기에서 산소농도의 의미를 이해해보자. 좌우단락 심장병 환자의 경우 폐 실질의 이상으로 인하여 산소교환에 문제가 없다면 좌심실과 대동맥으로 흐르는 혈액의 산소 포화도는 거의 100%를 보이게 된다. 따라서 동맥혈 산소 농도는 좌우 단락 질환에서는 단락의 정도의 변화와 관련이 없다. 대신에 좌우단락이 증가하게 되면 전신 심박출량이 감소하게 되고 전신에 산소 공급이 상대적으로 적어지게 되어 조직에서는 부족한 산소를 해결하기 위해 혈색소에서 더 많은 산소를 떼어내게 되어 산소해리가 많아지게 된다. 따라서 정맥혈 산소 농도가 정상보다 많이 낮아지게 된다. 따라서 동맥-정맥 산소농 도 차이가 커지게 되며 이는 조직으로 공급되는 산소가 요구량보다 적다는 것을 의미 하며 이 경우에서는 심박출량이 적은 것을 반영한다 고 할 수 있다. 좌우 단락이 더 많아지게 되면 심박출량이 더 줄어서 결국 신장 혈류 저하로 인하여 소변량이 감소하게 된다. 이런 환자에서 호흡이 빠르다고 하여 산소를 투여하게 되면 폐 혈관 저항이 더 낮아지게 되어 폐혈류가 훨씬 더 많아지게 된다. 따라서 산소농도는 100%를 보이나 폐울혈은 더욱 심해지고, 전신 혈류 감 소로 인하여 조직 관류 저하, 조직 저산소증이 심해져서 결국 대사성 산증이 점차 심해진다.

청색증성 선천성 심장병
활로씨 사징. 폐동맥 폐쇄 같은 폐혈류가 적고 우좌 (right to left) 단락이 있는 경우와 폐혈류가 많고 기능적 단심실의 소견을 보이는 경우, 그리고 대혈관 전위 및 폐쇄성 전폐정맥 환류 이상 등으로 구분해 볼 수 있다.

폐혈류가 적게 유지 되는 혈역학을 이해해 보자. 폐동맥 폐쇄에 동맥관을 통하여 폐로 피가 가서 폐혈류가 유지 되는 심장병을 생각해보자. 우선 우심실로 들어온 피는 심실중격을 통하여 좌심실에서 폐에서 돌아온 피와 합쳐지게 된다. 따라서 전신에서 돌아온 혈액량과 산소농도 그리고 폐에서 돌아온 혈액량과 산소농도가 합쳐 져서 대동맥으로 나가는 혈액의 산소농도를 결정하게 된다.
 
대동맥으로 나온 혈액은 머리와 상지쪽으로 공급되고 나머지 혈액은 하행대동 맥에서 동맥관을 통하여 폐로 혈류를 보내게 된다. 따라서 동맥관을 통하여 얼마 만큼의 혈액이 가느냐가 하지로 가는 혈액량을 결정하게 된다. 이런 혈역학의 경우에는 심실중격결손에서 처럼 혈액량 저하가 직접적으로 상하지 전부에 심박출량 저하를 일으켜서 상 하지에 모두 관류 저하를 일으키는 것이 아니라 주로 하지로 가는 혈액량이 더 많은 영향을 받게 되는 것이다. 동맥관을 통하여 가는 혈액량에 따라서 폐를 통해서 얻게 되는 산소량이 결정이 되고 이것에 따라서 동맥혈 산소 농도가 결정이 된다.
 
따라서 대개 산소농도는 75 - 85% 정도가 적절한 수준이라고 생각하고 유지를 하게 된다. 이런 혈역학에서 산소농도를 높게 유지하게 되면 결과적으로 폐로 가는 혈액량이 증가하여 (qp/ qs가 증가) 혈액의 산소농도가 올라가서 청색 증은 없어지나, 대신에 폐울혈이 심해지고 전신 혈액량 특히 하지로 가는 혈액량이 심하게 줄어들게 되어 조직의 관류 저하가 되고 저산 소증으로 인하여 대사성 산증이 생긴다. 이런 경우 동맥혈 가스 분석 결과를 보면 ph는 낮고, 산소 농도는 높은 양상을 보이게 되며, 정맥혈 산소 농도는 매우 저하된다. 청색증 환자에서 흔히 범하는 실수가 산소를 많이 주어 청색증이 없어지게 만들면서 폐혈류가 급격하게 증가 되어 환자는 심한 폐부종이 생기게 되고 전신 혈류가 감소하여 대사성 산증이 심해지도록 하여, 환자는 마치 심한 폐렴에 걸려 산소와 호흡기 치료를 열심히 해도 점차 악화되는 것처럼 보일 수 있다.

다른 경우의 청색증 심장병으로 폐혈류가 많이 가면서 청색증을 보이는 기능적 단심실의 혈역학을 이해해 보자. 여기서는 폐혈류가 심실에서 바로 가게 되며, 폐동맥 협착 등의 혈류 장애가 거의 없다. 따라서 대동맥을 통한 전신 혈류와 폐동맥 혈류의 양을 결정하는 것은 폐동맥압과 전신 혈압 다시 표현하면 폐혈관 저항과 전신 혈관저항의 차이에 의하여 결정된다. 정상적으로는 전신 혈관저항이 높기 때문에 당연히 폐로 가는 혈류가 전신으로 가는 혈류보다 많다. 따라서 합쳐진 혈액의 산소농도에 따 라서 청색증의 정도가 결정이 된다. 이런 심장병 환자에서 청색증이 거의 없다는 것은 폐로 가는 혈류가 많다는 것을 의미하고 이 경우 대부분의 환자에서 폐혈류 증가로 인하여 호흡 수가 빠르고 흉곽함몰을 보이게 된다. 또한 전신 혈류가 저하되어 정맥혈 산소 농도가 낮아 지고, 대사성 산증이 나타나게 된다.

상기 두 가지 경우의 심장병에서 소변량이 감소하는 경우에 관류 저하에 대한 치료를 어떻게 할 것인가는 정확한 혈역학을 알고 있는 가에 달려 있다. 만약 심기능이 정상이라면 전체 혈액량을 확인해 보고, 혈액량 저하를 야기할 요인이 없다면 혈압의 유지를 위하여 어떻게 할 지를 결정하여야 한다. 우선 동맥혈 산소 농도가 높은 경우 qp/qs가 높은 것을 의미하며 이것을 낮추고자 하는 시도가 우선되어야 한다. 따라서 체혈관 저항을 낮추거나 아니면 폐혈관 저항을 올리는 시도를 하여야 한다. 만약 동맥혈 산소농도가 낮고 대사성 산증이 있으면서 혈압도 낮다면 패혈증 등의 쳬혈관 저항을 급격하게 변화시키는 원인들을 확인하고 전신의 혈관저항을 증가시켜서 혈압을 유지하는 것이 필요하다.

좌심 형성 부전 증후군
이 경우는 전신 혈류가 대동맥을 통하여 나가는 것이 아니라 폐동맥을 통하여 전신으로 공급된다. 따라서 다른 청색증성 질환처럼 폐 혈류와 전신 혈류량의 결정은 폐혈관 저항과 체혈관 저항의 차이에 따라서 정해지게 된다. 산소농도가 증가하면 폐 혈류가 증가하는 것을 의미하며 따라서 전신으로 가는 혈류는 상대적으로 저하되게 된다. 좌심 형성 부전 증의 경우 특히 대동맥폐쇄의 경우를 보면 관상동맥 혈류도 폐동맥에서 동맥관을 통하여 나오는 혈류에 의 존하게 된다.
 
다른 청색증성 심질환의 경우 관상동맥 혈류가 장애를 받는 경우는 없으나 이 경우는 동맥관을 통하여 흐르는 전신 혈류(qs) 가 상지 및 하지, 그리고 관상 동맥 혈류를 결정하게 된다. 만약 산소농도가 높다면 폐 혈류가 많고 전신 혈류가 적은 것을 의미하며 관상 동맥 혈류도 적어지게 되는 것을 의미한다. 관상동맥 혈류는 통해 하행대동맥에서 상행 대동맥까지 꺼꾸로 흐르게 되는데, 만약 상 지와 뇌로 가는 혈류가 과도하게 많아지거나 상지의 혈관 저항이 저하되면 상대적으로 관상동맥 혈류가 더 줄어들게 되어 허혈성 심근 손상을 받게 된다. 좌심 형성 부전증의 경우 폐혈류와 전신 혈류의 적절한 유지가 아주 중요하며 가능하면 전신 혈류를 잘 유지하여야 심근 손상을 방지 할 수 있다. 동맥혈 산소농도가 증가 하는 것은 폐 혈류가 증가하는 것을 의미하며, 정맥혈 산소농도 특히 상지의 산소농도가 전신 혈류량과 조직 관류를 반영하며 간접적으로 관상동맥 혈류에 대한 변화도 추측해 볼 수 있을 것이다.

상하지에서 산소농도의 차이를 보이는 경우
선천성 심장병에서 상하지의 산소농도 차이를 보이는 경우는 기본적으로 해부학적인 구조로 동맥관이 반드시 있어야 한다. 그리고 이곳을 통한 혈류의 방향과 혈류의 양에 따라서 산소농도가 영향을 받게 된다.

비교적 자주 접하게 되는 상황이 신생아 중환자실에서 지속성 폐동맥 고혈압 (persistent pulmonary hypertension of newborn)이 있는 경우로 동맥관을 통한 우좌 단락 (즉 폐동맥에서 대동맥으로)이 있으면 상하지의 산소농도가 차이를 보이게 된다. 폐동맥 고혈압이 심한 경우 동맥관을 통해서 우좌단락이 대부분으로 상지보다 하지가 산소농도가 낮아지게 된다. 폐동맥 압력이 낮아지게 되면 점차로 우좌단락은 적어 지고 좌우 단락이 많아지면서 상하지의 산소 농도의 차이는 없어지게 된다. 따라서 상하지의 산소농도의 차이의 변화는 동맥관을 통한 혈류의 변화를 반영한다고 할 수 있다.

산소농도가 하지가 상지보다 높게 관찰이 되는 경우는 완전 대혈관 전위를 반드시 의심하 여야 한다. 이 경우 우심실에서 대동맥을 산소농도가 낮은 피가 흐르고 좌심실에서 폐동 맥으로 산소농도가 높은 피가 흐르는 분리 순환이 된 상태에서 심방중격결손, 동맥관개존, 심실중격결손 등을 통하여 적절하게 피가 섞여야만 산소농도 유지가 가능하고 생명유지를 할 수 있다. 동맥관을 통하여 피가 섞이게 되 면 폐동맥에서 산소농도가 높은 피가 하행대동맥 쪽으로 섞여서 하지 쪽이 산소 농도가 더 높아지게 된다. 하지만 폐동맥 압력이 점차 낮아지게 된다면 상하지 차이가 없어지게 되고, 결국 상하지 양쪽 모두 산소 농도가 낮아지게 된다.

상하지 차이가 있으면서 좌우 팔에서도 산소 농도의 차이를 보이는 경우가 있다. 이 경우는 동맥관이 있으면서 쇄골하동맥이 정상과 다른 위치에서 기시하게 되는 경우 (aberrant orging of subclavian artery)로 대개 동맥관 근처나 아니면 하행 대동맥 쪽에서 분지하게 된다. 동맥관을 통하여 우좌 단락이 있다면 쇄골하 동맥이 이상 기시를 하는 경우 우좌 단락된 혈액이 공급되어 하지와 같은 정도의 저하된 산소농도를 보일 수가 있다. 드물게 있는 경우로 쇄골하 동맥이 대동맥에서 분리되어 폐동맥과 연결이 된 경우가 있을 수 있다. 이때에는 출행 초기에 폐 동맥압이 높은 경우는 폐동맥에서 쇄골하동맥으로 혈류가 공급이 되어 좌우 팔에서 산소농 도가 차이가 날 수 있다. 하지만 시간이 지나면 서는 폐동맥 압력이 떨어지면서 쇄골하 동맥에 서 폐동맥으로 혈류가 흐르게 된다.

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