인공호흡기 부조화(Ventilator dyssynchrony) - (4)

 

Air leak

 

air leak은 inspiration되는 volume에 비해 expiration되는 양이 현저하게 적은 경우를 의미한다(VTi >> VTe). 일반적으로 ventilator부터 폐포까지는 closed system이기 때문에 VTi = VTe 여야 하지만, 호흡 과정에서 volume이 airway 밖으로 새 나가버리게 되면 ventilator에 의해 expiration되는 volume은 leak된 양만큼 감소하게 된다. 따라서 expiration이 끝나는 시점까지 volume 그래프가 0으로 돌아오지 않는 모습이 관찰된다.

 

가장 흔한 원인은 E-tube 또는 T-cannula의 ballooning이 충분하지 않은 경우이다. cuff pressure를 통해 확인 및 중재할 수 있다. 공기가 새는 소리와 함께 air leak가 심하게 나타나는데 cuff pressure 상 압력이 계속 감소하고 ballooning이 되지 않는다면 E-tube 고정 여부를 확인한다. E-tube dislocation 시에도 air leak가 발생할 수 있다. 위와 같은 과정에도 air leak가 해소되지 않는다면 E-tube balloon이 터졌을 가능성이 있으며, 이 경우 E-tube exchange를 고려해 볼 수 있다.

Ventilator circuit의 결함이 있는 경우도 air leak가 발생할 수 있는데, 대표적으로 temperature prove가 빠지거나 humidifier가 손상된 경우가 있다. 위와 같은 원인이 전부 배제된다면 E-tube나 venitlator가 아닌 환자 airway의 문제(pneumothorax, bronchopleural fistula)를 의심할 수 있다.

 

 

Air trapping

Air trapping은 inspiration된 volume이 alveoli 내에 갇혀서 적절히 expiration 되지 않는 경우를 말한다. air leak와 달리 volume이 airway 밖으로 새는 것이 아니라 폐 내부에 남게 된다. 

좌측 그래프는 expiration time은 적절히 주어졌으나 airway resistance의 문제로 (대표적으로 COPD) expiratiory flow가 적절히 이뤄지지 못한 경우이다. 우측은 expiration time이 부족한 경우이다. 두 그래프에서 모두 나타나듯, air trapping은 다음 inspiration이 시작하기 직전까지 expiration이 이뤄지기 때문에 flow 그래프가 0에 도달하지 않고 inspiration이 시작되는 특징을 갖는다. air trapping을 방지하기 위해서 충분한 expiratory time이 제공되어야 하며, 적절한 TV으로 hyperinflation을 방지해야 한다. air trapping이 조절되지 않고 지속될 경우 autoPEEP을 유발한다.

 

 

AutoPEEP

alveoli에 갇힌 volume은 양압을 만들어내는데, 이를  auto PEEP(=intrinsic PEEP)이라고 한다. 이는 ventilator setting의 PEEP이 airway 전반에 적용되는 것과 달리, alveoli 내부에 존재하는 PEEP을 의미한다.

 

호흡의 원리를 잠시 되짚어 보자. inspiration은 기본적으로 음압 형성에 따른 압력차(gradient)로 인해 발생한다. 횡격막이 수축하고 흉강이 확장되면 폐포 내부의 압력이 감소한다. 그에 따라 폐포 내부 압력과 airway를 포함한 외부의 압력의 기울기가 발생하고, 기류가 폐포 내부로 이동하는 것이다.

좌측 도표는 정상인의 호흡으로, 작은 흡기 노력(-5cmH2O)으로도 inspiratory flow가 시작된다. 반면 우측 도표는 auto PEEP이 있는 COPD 환자의 호흡을 나타낸다. 이미 alveoli에 volume이 잔존하여 양압(10cmH2O)이 걸려있고, 그로 인해 pleural space도 양압이 형성되어 있다. 여기서 압력 기울기를 발생시키려면 alveoli pressure를 airway pressure인 0보다 낮게 만들 정도로 강한 흡기 노력이 필요하다. 즉, 이 경우는 최소 -11cmH2O의 흡기 노력을 하지 않으면 inspiration이 시작될 수 없다.

 

그렇다면 auto PEEP이 있는 환자의 호흡을 보조하려면 어떻게 해야 할까? 위의 도표는 ventilator를 통한 PEEP을 걸어준 경우로, room air state와 달리 ventilator에서 setting된 external PEEP 10cmH2O가 airway에 걸려있다. 이로 인해 압력 차이를 형성하기 위해 필요한 환자의 흡기 노력이 감소하게 된다. 그렇기 때문에 autoPEEP 있는 경우는 intrinsic PEEP의 60~90%까지 PEEP을 설정할 수 있다. Electrical impedance tomography 등을 통한 optimal PEEP을 계산하는 경우도 있다.

 

autoPEEP을 의심할 수 있는 경우는 setting PEEP보다 monitoring PEEP이 높은 경우, flow 그래프 상 air trapping이 있는 경우이다. 하지만 위의 두 특징이 항상 나타나는 것은 아닌데, 좌측 사진과 같이 inspiration과 expiraiton flow 그래프의 면적 차이가 심하거나, 마찬가지로 volume 그래프의 기울기 차이가 심한 경우에도 의심해 볼 필요가 있다. 이 경우 호기말에 inspiration hold maneuver를 하게 되면 우측 사진과 같이 진짜 autoPEEP을 측정할 수 있다.

그 외 compliance 감소가 나타나는 경우(VC mode에서 PIP의 상승, PC mode에서 TV의 감소)도 autoPEEP이 원인일 수 있다.

 

 

Peak Pressure apnea

외부 원인으로 인해 airway pressure가 비정상적으로 높게 나타는 경우 발생한다. E-tube biting, bronchospasm, chest wall rigidity 등으로 인해 발생한 비정상적 pressure를 정상적인 PC mode inspiratory flow의 압력으로 오감지해서, 적절한 flow와 TV이 전달되지 않음에도 호흡 cycle이 넘어가게 된다(결국 low MV alarm이 울리게 된다). TV이 0에 가까울 정도로 심한 양상이면 위의 그래프와 달리 irregular, ventilator fighting, air trapping 등이 나타난다.

E-tube biting 없이 airway가 확보되어 있음에도 위와 같은 양상이 관찰되면, fentanyl 또는 remifentanil side effect 인 chest wall rigidity(wooden chest syndrome)를 의심해볼 수 있다. 이 경우 ambu bagging을 직접해보면 강한 resistance가 느껴진다.

 

 

 

* Reference

Garner D, Patel P. Rapid review of patient-ventilator dyssynchrony. J Mech Vent 2022; 3(3):133-140.

https://derangedphysiology.com/main/cicm-primary-exam/required-reading/respiratory-system/Chapter%205215/intrinsic-peep-and-positive-pressure-ventilation

http://maryland.ccproject.com/2015/05/13/finding-the-auto-peep/

https://litfl.com/intrinsic-peep/

https://www.youtube.com/watch?v=4iRb9i2GZdQ

http://iciaf.com/?page_id=772
https://blog.naver.com/yajido/222257176977