호흡 생리의 기본, 폐 기능 평가란?

1. 호흡 생리

호흡이란 대기로부터 폐 속으로 들어온 산소가 우심실로부터 폐로 관류 된 혈액이 접촉하여 가스교환을 일으키는 상태를 말한다. 우리가 이러한 호흡과 환기, 관류 등의 상관관계에 대하여 명확히 이해하는 것은 호흡 생리를 이해하는 가장 근본적인 요건이다. 폐 환기란 폐 내의 가스 이동을 말한다. 이때 가스 이동에 따른 폐 용적의 변화는 폐 전체에서 균일하게 일어나는 것이 아니라 구역별로 차이를 보인다. 서 있는 상태에서는 중력에 의해 폐 첨부에서보다 기저부의 흉막 내압이 더 작은 음압으로 유지된다. 이러한 상태는 대기압에서 흉막 내압을 뺀 압력인 폐관통압이 폐 첨부에서 가장 높다는 것을 나타내며, 이는 안정 시 폐 용적이 폐 첨부에서 가장 높고 팽창에 대한 탄성이 떨어진다는 것을 의미한다. 팽창에 대한 탄성이 떨어지면 흡기가스는 폐 기저부로 많이 가게 되어 상대적으로 많은 환기량이 기저부에 분포하는 것을 볼 수 있다. 따라서 환기의 지역분포 현상의 가장 큰 변화요인은 중력이라고 볼 수 있겠다. 폐 관류는 우심실의 혈액이 폐포의 모세혈관으로 이동하는 현상을 말한다. 이 관류도 폐의 구역별로 차이를 보이는 것이 특징이며 중력과 심박출량에 의해서 결정된다. 일반적으로 폐를 3구역에 걸쳐 나누며 이를 3구역 모델이라고 칭한다. 제1구역은 폐 첨부 구역으로 중력 의존성이 가장 약한 지점이라서 이론적으로는 관류가 제대로 일어나지 않는 구역이다. 하지만 임상적으로 유의미한 정도의 문제는 일어나지 않는다. 제2구역은 폐 첨부와 폐 기저부 사이의 구역으로 많은 관류 양상이 나타나는 것이 특징이며 이 구역에서의 관류 정도는 폐동맥압과 폐포압력의 상관 변화에 따라 결정된다. 제3구역은 폐 기저부 구역으로 중력 의존성이 가장 높은 구역이다. 따라서 충분한 관류가 이루어지는 구간이다. 서 있는 상태에서 폐 첨부와 기저부까지 거리는 약 30cm 정도의 거리가 있다. 폐동맥이 폐 첨부와 기저부 중간 지점에서 혈액을 폐로 공급하는 것을 가정해 본다면 폐 첨부는 15cm 정도의 중력을 극복해야 할 것이고 폐 기저부는 15cm 정도 중력의 도움을 받을 수 있다는 것이다. 따라서 이러한 중력의 영향은 중력 의존 부위에 보다 많은 관류가 일어나게 하는 원인이 된다. 또한 심박출량이 많을수록 폐동맥압도 크기 때문에 제3구역, 폐 기저부의 범위가 위로 확장되고 심박출량이 감소하면 범위가 아래로 내려가게 되므로 심박출량도 폐 관류와 연관이 있는 요인 중 하나이다. 환기와 관류는 따로 보는 것이 아니라 동시에 분석하여 하나의 긴밀한 단위로 이해하는 것이 호흡 생리의 핵심이다. 실제로 흉부 수술 환자들에게 발생하는 폐 합병증도 결국 환기와 관류의 조화가 제대로 이루어지지 못해 발생하는 경우가 대부분이다. 폐포와 모세혈관 사이에는 여러 가지 관계가 있을 수 있으나 기본적으로는 4가지 관계로 정의된다. 정상 단위는 환기와 관류 정도가 일치하는 경우를 말하며 이상적인 관계이다. 사강 단위는 폐포는 정상적으로 환기되나 관류가 되지 않는 상태로, 소모 환기가 생기게 된다. 사강 단위는 2가지 분류로 나뉘는데 해부학적 사강과 폐포 사강으로 나뉜다. 해부학적 사강이란 환기량이 폐포까지 도달하지 못해 폐포와 모세혈관의 관류가 원활하게 일어나지 않는 경우를 말하고 폐포 사강이란 환기는 정상적으로 일어나지만 폐포와 모세혈관 사이의 관류가 되지 못해 가스교환이 일어나지 않는 환기량을 말한다. 보통 폐포 사강은 폐색전증에서 자주 볼 수 있다. 또한 단락 단위, 침묵 단위가 있는데 단락 단위는 폐포의 환기가 되지 않는 상태에서 관류만 되는 상태를 말한다. 흉부 수술 후 회복 환자들에게 가장 문제가 되는 병변이라 볼 수 있다. 마지막으로 침묵 단위란 환기, 관류가 둘 다 일어나지 않는 상태를 말한다. 정상 단위를 제외한 다른 단위들은 환기-관류 부조화 상태이며 이 상태는 저산소혈증을 초래한다. 폐쇄 용적이 기능적 잔기량보다 커지게 되면 호흡 시에도 환기-관류 부조화 현상을 야기할 수 있다. 여기서 폐쇄용적이란 소기도들의 페쇄가 일어나는 폐 용적을 말한다. 폐쇄 용적은 나이와 함께 증가하고 수술 후 환기-관류 부조화 현상을 일으키는 중요한 요인 중 하나이다. 환자가 수술대에 누운 상태에서는 횡격막이 상승하고 많은 폐 구역이 중력 의존성이 되어 기능적 잔기량의 감소를 유발한다. 기능적 잔기량이 감소함에 따라 환기-관류 부조화 현상이 생길 가능성이 커지게 되는 것이다. 이 현상은 만성 폐쇄성 폐 질환에서도 나타나는 특징이다.

2. 수술 전 폐 기능 평가 

수술 전 폐 기능 검사가 꼭 필요한 것으로 예상되는 환자들은 심한 흡연력이 있거나 평소에 기침에 심한 환자, 비만 환자, 고령 환자, 폐 또는 흉막질환이 있는 환자, 상복부 수술 환자 등이 있다. 폐 기능 평가 방법에는 전통적으로 폐활량계를 이용한 방법이 있으며 이는 가장 보편적으로 사용되는 방법의 하나다. 폐 용적과 폐 용량을 측정하는 방법과 호기 유량을 측정하는 방법이 있으며 폐가 보유할 수 있는 최대 공기량, 정상적인 호흡 시 호기 가스의 양 등을 검사하는 것과 단순 폐활량계 검사만으로는 알 수 없는 폐의 실질적인 기능 상태나 폐 기능 장애의 양상과 정도에 관한 정보를 제공해주는 검사가 존재한다. 이렇게 실행한 검사상의 이상소견으로는 최대 호기 능력이 감소하여 나타나는 폐쇄성 병변과 폐 용적의 감소로 나타나는 제한성 병변 등이 있다. 제한성 병변의 원인 병변으로는 폐 염증, 섬유성 폐 질환, 급성 호흡부전증후군, 흉막질환, 신경근육성 병변 등이 있다. 또 다른 검사 방법에는 동맥혈가스분석 방법이 존재한다. 이 검사방법은 전통적 폐기능검사를 보완하는 정보를 제공해 줄 수 있다. 이 밖에 검사방법에는 환기 및 관류 스캔, 최대 운동 산소요구량 검사, 폐동맥 풍선 폐쇄검사법 등이 존재한다. 최대운동산소요구량이 일정 수치 이하로 나타나면 폐절제술 후 합병증이 발생할 가능성이 높다는 것을 나타낸다. 이러한 검사들의 측정치를 이용하여 폐절제술 후 위험도를 예측할 수 있다. 폐 기능 검사와 폐관류스캔을 이용하여 폐절제술 후 남아 있는 폐 기능을 예측하게 되는데 환자의 첫 1초 동안 강제 호기량이나 일산화탄소확산능과 폐 관류 스캔에서 절제 후 남아 있는 폐 관류량을 곱한 값을 사용한다. 예측 수술 후 첫 1초 동안 강제호기량이나 일산화탄소 확산능 모두가 정상치의 40% 이상이면 폐절제술은 가능하다. 하지만 40% 미만이라면 최대 운동 산소요구량을 측정하여 이 값이 10ml/kg/min 이하이면 폐절제술은 불가능하다.