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[의료기관인증] 호기말 이산화탄소 분압측정의 정의/TBC

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호기말이산화탄소분압측정 (capnography) : 네이버 블로그

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Summary of article content: Articles about 마취사고 막는 지름길, ‘호기말 이산화탄소 측정’ 호기말 이산화탄소 분압 측정은 마취된 환자의 기관지에 기관 삽관 튜브에 넣어 환자가 배출하는 이산화탄소 양을 측정해 정상적으로 호흡을 하고 있는지 … …
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마취사고 막는 지름길 ‘호기말 이산화탄소 측정’

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Summary of article content: Articles about KR101554579B1 – í¸ê¸°ë§ ì´ì°ííì ë¶ì ì¸¡ì ìì¤í
– Google Patents EtCO2란 End-tal CO2를 줄인 용어로서 호흡시 발생하는 호기말 이산화탄소 분압 즉, 산소를 마시고 이산화탄소(CO2)를 배출하는데 이때 발생하는 CO2 분압을 말한다. …
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– Google Patents EtCO2란 End-tal CO2를 줄인 용어로서 호흡시 발생하는 호기말 이산화탄소 분압 즉, 산소를 마시고 이산화탄소(CO2)를 배출하는데 이때 발생하는 CO2 분압을 말한다.
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호기말이산화탄소분압측정 (capnography)

Capnometer

임상적으로 탄산가스의 분압은 측정하는 방법 및 부위에 따라서 동맥혈탄산가스분압 (PaCO 2 )과 호기말탄산가스분압(end-tidal PCO 2 , P ET CO 2 )으로 크게 나눌 수가 있는데 PaCO 2 는 침습적 방법인 혈액가스분석을 통해서 알 수 있으나 P ET CO 2 는 capnometer를 이용하여 비침습적 방법으로 간편하게 그리고 연속적으로 측정할 수 있는 잇점이 있다.

중환자실이나 수술실 등에서 기관튜브에 연결하여 간편하게 사용할 수 있는 capnometer는 P ET CO 2 를 수치로 나타낼 뿐만 아니라 그림 1 및 2와 같은 파형(wave)도 나타내므로 그 파형을 보고 폐포환기상태를 간접적으로 평가할 수 있다.

그림 1. 호기말이산화탄소분압을 나타내는 정상적인 파형(wave)

4 – 1 ; 흡기 1 – 4 ; 호기 1 – 2 ; 탄산가스가 거의 없는 해부학적 사강내의 가스가 배출되는 호

기의 초기 단계 2 – 3 ; 폐포로부터 배출되는 가스와 해부학적 사강내의 가스가 혼합되

어 배출되는 단계 3 – 4 ; 폐포내의 가스가 배출되는 단계 4 ; 호기말이산화탄소분압(농도)를 나타낸다.

그림 2. 만성폐쇄성폐질환(COPD)시에 나타나는 파형

정상인에서 폐포환기가 적절할 경우에 PaCO 2 는 36 – 44 mmHg 수준으로 유지되고 있으며 PaCO 2 가 35 mmHg 이하로 감소된 경우를 과환기(hyperventilation) 또는 저탄산증(hypocarbia, hypocapnia)이라고 하고 45 mmHg 이상으로 증가된 경우를 저환기(hypoventilation) 또는 과탄산증(hypercarbia, hypercapnia)이라고 한다.

정상인에서 폐포의 탄산가스분압(P A CO 2 )을 반영하는 PaCO 2 는 40 mmHg 내외이나 기관 및 기관지와 같은 사강(dead space)의 PCO 2 는 28 mmHg 내외이고 또한 P ET CO 2 는 사강내 PCO 2 의 영향을 많이 받기 때문에 대략 28 mmHg 내외가 되며 PaCO 2 보다 낮게 나타난다.

그러나 마취중이거나 또는 기계적 환기보조를 받고 있는 환자의 약 12%, 체외순환을 시행한 환자의 약 8% 그리고 임신부의 약 50% 정도에서는 P ET CO 2 가 PCO 2 와 비슷하거나 또는 높게 나타난다는 연구보고도 있다.

P ET CO 2 의 감소는 저체온, CO 2 생성과 심박출량이 적은 경우, 폐색전 그리고 폐포과환기시에 흔히 볼 수 있고 P ET CO 2 의 증가는 체온이 높거나 또는 사강이 증가한 경우에 볼 수 있다.

정상인에서 PaCO 2 와 P ET CO 2 간의 차이는 6 mmHg 이하인데 이 차이는 폐질환이 있거나 또는 심박출량이 감소할 때 증가하며 환기가 균등하게 이루어지지 않으면 P ET CO 2 는 더 이상 정확하게 P A CO 2 를 반영하지 못한다.

Capnography의 임상적 유용성

1. 기계적 환기보조 또는 자발호흡(spontaneous breathing)을 하고 있는 환자에서 환기상태가 적절

한가를 평가할 수 있다.

2. 기관튜브가 제대로 기관내에 삽입되었는가 확인할 수 있다. 만일 튜브가 기관내로 삽입되지 않고

식도내로 잘못 삽입되면 호기가 배출되지 않으므로 곡선이 나타나지 않게 된다.

3. 흡입마취시 이산화탄소흡수제인 soda-lime의 효능을 평가할 수 있다. 즉 soda-lime을 장시간 사용한 결과로 이산화탄소흡수능력이 감퇴된 경우에는 그림 3에서 보는 바와 같이 파형이 기조선(base line)까지 내려오지 않고 그 위에 위치한다.

따라서 이런 경우에는 soda-lime을 새 것으로 교체하거나 또는 호기발브(expiratory valve)가 제대로 작동하는지 확인하여야 한다.

그림 3. 이산화탄소흡수제의 기능이 소실되었거나 또는

호기발브가 제대로 작동하지 않을 때 나타나는 파형.

4. 심폐소생술의 결과를 평가할 수 있다. 즉 소생술중에 관류상태가 충분하지 않으면 폐포사강이 커지기 때문에 호기말 PCO 2 는 흔히 10 mmHg 이하로 낮아지나 만일 심박출량이 많아지면 보다 많은 폐포에서 가스교환이 이루어지기 때문에 호기말 PCO 2 는 흔히 20 mmHg 이상으로 높아지며 자발적으로 순환이 이루어지면 호기말 PCO 2 가 갑자기 40 mmHg 이상으로 상승하게 된다.

따라서 소생술중의 호기말 PCO 2 는 심박출량, 관상관류압, 소생술을 시작한 시기 및 소생가능성 등과 높은 상관관계가 있기 때문에 환자의 예후를 평가하는데에도 큰 도움이 된다.

Capnography의 문제점

EtCO2(End-tidal CO2)를 파헤쳐 보자

누구나 알다시피 사람은 생존하기 위해 숨을 쉰다. 숨을 쉬면서 산소를 들이마시고 이산화탄소를 내뱉는 것, 이를 호흡이라고 한다.

사람의 몸은 수많은 세포로 구성돼 있다. 이 세포가 기능하기 위해선 에너지가 필요하다. 세포는 복잡한 대사과정을 거쳐 산소와 포도당을 이용해 38개의 아데노신삼인산(ATP)을 생산한다. 또 그에 따른 부산물로 이산화탄소를 배출시킨다. 세포 대사의 최종 결과물인 이산화탄소는 혈장에 녹거나 단백질과 결합한다. 또 중탄산염에 녹아 혈류로 운반되고 폐포-모세혈관 막을 통해 폐포로 이동해 날숨 시 배출된다. 날숨 시 이산화탄소 수치를 측정해 값으로 나타낸 게 바로 호기말이산화탄소 수치(이하 EtCO2)다.

따라서 저산소증 혹은 관류 장애 등의 문제로 세포 대사에 문제가 있는 사람에겐 정상적인 EtCO2 수치를 기대할 수 없다.

정상적인 EtCO2의 수치는 35~45㎜Hg이다. 수치가 낮아지는 건 과 환기나 심박출량 감소, 대사가 줄어드는 걸 의미한다. 반대로 수치가 높아지는 건 저환기나 심박출량 증가, 대사의 증가 등을 의미한다.

EtCO2는 동맥혈이산화탄소(PaCO2) 수치를 반영하는데 그 차이는 약 3~5㎜Hg이다. 혈역학적으로 불안정해진 경우는 차이가 증가하기도 한다. 사람의 호흡중추는 동맥혈이산화탄소 농도에 따라 호흡량을 조절한다.

EtCO2 수치의 활용

현장에서 근무하는 구급대원에게 EtCO2 수치는 어떤 의미가 있을까? Etco2 수치는 우리가 현장에서 적절한 세포대사를 간접적으로 측정할수 있는 유일한 vital-sign값이다. 적용사항이 제한적이라 다소 소홀하게 취급되고 있으나 몇몇 상황에서 제대로 그 의미를 알고 사용한다면 환자의 예후를 더욱 향상할 수 있다.

1. 심폐소생술 중 적절한 순환의 평가

대한심폐소생술협회의 2015년 가이드라인에서 전문소생술 중 EtCO2 분압측정 값의 유용성이 강조되기 시작했다. 기존 가이드라인에서도 EtCO2에 대한 부분이 어느 정도 언급됐지만 2015년에 그 의미와 활용이 더욱 부각됐다.

EtCO2 분압은 심폐소생술 과정 중 다음과 같은 상황에서 활용된다.

1) 심폐소생술의 효율성 평가

2) 자발순환 회복 가능성의 예측

심정지 상황일 때 체내에서는 이산화탄소가 계속 생성되지만 혈류가 없어 폐로 전달되지 못한다. 이런 경우 이산화탄소를 폐로 전달해 수치로 나타낼 수 있는 건 가슴압박으로 인한 심장박출량이다. 심정지 상황에서 EtCO2 수치는 가슴 압박의 적정성과 ROSC의 가능성을 평가하는 데 유용하게 사용된다.1) 가슴 압박 중에도 EtCO2 수치가 10㎜Hg 미만으로 측정된다면 가슴 압박을 교정하거나 교대해야 한다. 갑자기 정상 수치로 증가한다면 자발순환 회복의 지표로 판단할 수 있다.

3) 기관 내 삽관 튜브의 정확한 삽입

4) 지속된 CPR 시행 중 환자의 나쁜 예후 예측

기관 내 삽관이 된 경우에 20분 이상 심폐소생술을 지속해도 EtCO2 수치가 10㎜Hg 미만으로 낮게 측정된다면 자발순환 회복될 가능성이 적음을 시사한다. 다만 단독 지표로 사용해선 안 된다.

2. 외상성 뇌 손상 환자의 적절한 환기 평가

▲ 삽관하지 않고 이송하는 TBI 환자를 모니터링할 수 있는 방식의 EtCO2 측정기

최근 JAMA surgery에선 병원 전 TBI(Traumatic Brain Injury)환자 처치에 관한 몇 가지 방법의 교육으로 중증 환자 생존율을 크게 개선할 수 있다고 발표했다. 고유량의 산소투여와 필요시 삽관, 저혈압을 개선하기 위한 수액 투여, EtCO2 수치를 측정함으로써 과호흡을 피하도록 하는 거다.2)

최근 TBI에 관한 많은 수의 논문과 지침에선 공통으로 병원 전부터 EtCO2 수치를 측정하고 관리하길 권고하고 있다.3),4) 외상성 뇌 손상 환자는 저산소증을 예방하기 위해 산소공급이 필수다.

하지만 과 환기하면 뇌혈관 수축으로 인한 뇌의 산소공급 저하를 유발할 수 있고 예방적 과 환기 역시 신경학적 예후를 악화한다. 따라서 심한 저산소증이나 과다환기 둘 다 환자의 사망률 상승과 관련이 깊다.

산소포화도 측정기는 저산소증을 감별할 수 있는 좋은 도구기는 하나 과 환기를 감별할 수 없다. 이런 경우 EtCO2 측정기로 적절한 환기수를 조절할 수 있다. 혈역학적으로 불안정한 환자일수록 PaCO2와 EtCO2값 편차가 있다. 그런데도 값을 측정해 적절한 환기량을 조절하는 게 현장에선 중요하다. 적정값을 관리할 수 있는 거의 유일한 방법이기도 하다. EtCO2 수치를 35~40 ㎜Hg로 유지하도록 한다.

3. 저혈량성 혹은 심인성 쇼크로 인한 나쁜 관류의 평가

물론 중증으로 진행되는 쇼크의 경우 미리 맥박과 혈압의 증감으로 징후를 예상해야 한다. 하지만 EtCO2 수치를 모니터링하고 있다면 감소하는 수치를 절대 놓쳐선 안 될 거다.

4. COPDㆍ천식, 기타 호흡기 질환 환자의 환기 평가

EtCO2 수치는 폐 기능 장애가 있는 환자나 COPDㆍ천식 혹은 폐색전증 같은 환자를 평가하는 데 도움을 줄 수 있다.

EtCO2 파형 읽기

A-B : 사강(dead space)의 가스가 나오므로 값이 측정되지 않는다.

B-C : 폐포의 가스가 나오면서 이산화탄소값이 측정되고 농도가 증가한다.

C-D : C 지점에 이르면 대체로 일정한 농도가 호기말(D)까지 지속되며 마지막 D 값을 호기말이산화탄소 수치라고 한다.

D-E : 흡기가 시작되며 급속도로 농도가 낮아진다.

과 환기, 빈호흡, 일회 호흡량 증가, 대사율 감소 또는 체온 저하를 의미

CO2의 생성ㆍ폐 관류 ㆍ심박출량 증가

당신이 평소 정확하지 않은 I-gel 삽입을 즐기는 편이라면 이러한 파형을 종종 볼 수 있을 거다. 그 외에도 ETT가 막히거나 기도의 이물질 등으로 막히면 이러한 파형을 나타낼 수 있다.

식투베이션. 일명 식도 내 삽관

Bronchospasm, 전형적인 천식과 COPD 환자에게서 볼 수 있는 파형. Shark fin 파형이라고도 부른다.

다양한 EtCO2 측정 장치

EtCO2 측정 장비는 아래와 같이 세 가지 타입이 있다.

1) main stream : 호흡 회로에 센서를 직접 부착해 통과하는 공기의 이산화탄소 수치를 그 자리에서 측정한다. 시간 차나 수증기가 발생하지 않으며 주로 기관 내 삽관된 환자에 사용하지만 별도의 마스크나 마우스피스가 있다면 삽관하지 않은 상태에서도 사용할 수 있다.

2) side stream : 호흡 공기를 별도로 수집해 측정하는 방식이다. 연결이 손쉽고 환자 자세에 구애받지 않으며 비강으로 산소투여와 동시에 값을 측정할 수 있다.

3) micro stream : side 방식과 비슷하나 측정을 위해 수집하는 호흡 공기의 양과 방식에 차이가 있다고 한다. 가장 최근에 개발된 기술이며 현장에는 side 방식보다 더 높은 정확도를 보인다고 하지만 국내 병원 전 환경에서 검증된 건 아니다. 소모품이 비싼 게 단점이다.

▲ 기존에 많이 보급된 EMMA EtCO2 측정기. main stream 방식으로 작고 가벼우며 기관 내 삽관이나 성문위기도기를 사용했을 때 간편하게 부착할 수 있다. 하지만 분실이 쉽고 기록이 되지 않는다는 게 단점이다. 기관 내 삽관이 돼 있지 않은 환자에게는 사용할 수 없다.

▲ Corpuls3

▲ 필립스 Heartstart MRX

▲ Zoll X series

소방에 보급된 제세동기 대부분은 EtCO2 측정 모듈을 옵션으로 구매할 수 있다. 개인적으로 모니터 하나로 모든 수치를 관리할 수 있고 기록까지 되는 이런 형태를 추천한다. 풀옵션(?)으로 구매하지 않고 별도로 구매할 경우 가격이 그다지 합리적이지 않다.

따라서 최초 구매부터 옵션(main/side)까지 포함해 구매하는 걸 권장한다. 만약 여러분의 구급대 제세동기에 EtCO2 옵션이 포함돼 있지 않고 non-intubated 방식으로 모니터링하고자 한다면 별도의 휴대용 측정기를 추가로 구매해야 한다.

▲ Corpuls 제세동기 옵션으로 제공되는 비강ㆍ구강 어댑터

▲ 그래프가 내장된 휴대용 EtCO2 측정 장비. main/side/micro stream 방식 선택이 가능하다(소모품 포함 약 400만원).

▲ Pulse oximeter sensor로 유명한 Masimo 사의 제품. 일산화탄소와 met 헤모글로빈 수치까지 측정 가능해 아직도 연탄 난방을 많이 하는 지역에선 유용하게 사용될 수 있다. 단, 활용도가 높은 만큼 아름다운 가격을 자랑한다.

어쩌면 구급대원이 사용하고 관리해야 할 장비와 신경 써야 할 생체징후가 늘어나는 건 업무의 부담으로 느껴질 수도 있다. 그러나 환자의 보다 나은 처치와 그 예후를 위해 지속해서 배우고 관리해야 할 항목이 늘어나는 건 이 직업이 가진 너무나 당연한 숙명일지도 모른다. 부끄러운 얘기지만 기본적인 장비 배터리조차 교체돼 있지 않고 어디에 있는지, 본인이 쓰는 제세동기에 이런 옵션이 있는지도 모르는 사람들이 꽤 있을 거다.

장비는 아는 만큼 사용할 수 있고 사용한 만큼 환자 상태도 보인다. 물론 현장에서 모든 EtCO2의 파형 그래프와 수치에 따른 변화를 외우는 게 쉬운 일은 아니다. 올바른 판단에 어려움을 느낀다면 현장이나 병원 이송 중 측정한 수치를 의료지도 시 전달해 주는 것만으로도 큰 도움이 될 수 있다. 불안정한 상태의 환자에게는 EtCO2 수치 역시 부정확하게 나올 수 있으므로 실제적인 수치보다는 변화 양상을 살피는 게 중요하다.

Refrence

1) 2016 심폐소생술 가이드라인. 보건복지부, 2016.

2) Association of Statewide Implementation of the Prehospital Traumatic Brain Injury Treatment Guidelines With Patient Survival Following Traumatic Brain Injury The Excellence in Prehospital Injury Care (EPIC) Study. Daniel W et al. 2019, JAMA Surg. doi:10.1001/jamasurg.2019.1152.

3) Guidelines for safe transfer of the brain‐injured patient: trauma and stroke.M.H.Nathamsom et al, 2019, https://doi.org/10.1111/anae.14866.

4) Prehospital Capnography in Non-Intubated Traumatic Brain Injury Patients: Association Between End-Tidal CO2 and Level of Consciousness. Bruce. JB et al, 2019, Circulation. 2019;140:A386

강원소방학교_ 안지원

<본 내용은 소방 조직의 소통과 발전을 위해 베테랑 소방관 등 분야 전문가들이 함께 2019년 5월 창간한 신개념 소방전문 월간 매거진 ‘119플러스’ 2020년 9월 호에서도 만나볼 수 있습니다.>

마취사고 막는 지름길, ‘호기말 이산화탄소 측정’

수술이나 수면내시경 시술 과정에서 발생할 수 있는 마취사고를 막기 위해 ‘호기말 이산화탄소(EtCO2) 분압 측정’을 해야 한다는 주장이 제기되고 있다. 호기말 이산화탄소 분압 측정은 마취된 환자의 기관지에 기관 삽관 튜브에 넣어 환자가 배출하는 이산화탄소 양을 측정해 정상적으로 호흡을 하고 있는지 알아내는 것이다. 이를 통해 환자 상태를 알아내 마취사고를 예방할 수 있다.

그런데 현재 우리나라에서 수술이나 수면내시경 시술을 할 때 호기말 이산화탄소 분압 측정은 의무사항은 아니다. 홍기혁 상계백병원 마취통증의학과 교수(전 대한마취통증의학회 이사장)는 “우리 의료체계에서는 마취사고를 줄이기 위한 감시장치가 거의 전무한 실정”이라며 “이로 인해 일부 병원에서 감시장치 없이 마취하다 사고 나는 경우가 왕왕 있다”고 했다. 따라서 마취사고를 예방하기 위해 호기말 이산화탄소 분압 측정을 강제해야 한다고 강조했다.

마취사고 1만 명 당 3.3명꼴 발생

마취는 전신마취와 수면마취로 나눌 수 있다. 전신마취는 마취가스를 이용해 전신을 마취시킴으로써 자가 호흡을 할 수 없다. 때문에 수술할 때 인공호흡기를 착용해야 한다. 수면마취는 프로포폴 등과 같은 진정약물을 사용해 깊은 잠에 빠지도록 만드는 것이다. 심지연 서울아산병원 마취통증의학과 교수는 “프로포폴 등을 이용한 수면마취를 할 때도 반드시 마취통증 전문의가 시행해야 호흡곤란 등 응급상황 발생 시 즉각 대처해 뇌 손상 등 심각한 마취사고를 예방할 수 있다”고 했다.

수술실에서 환자 호흡에 제대로 하지 못하는 등 문제가 있다는 사실을 호기말 이산화탄소 분압 측정 기기가 가장 먼저 알 수 있다. 수술 환자에게 문제가 생기면 호흡을 제대로 할 수 없다. 그러면 환자가 숨으로 뱉어내는 이산화탄소 측정을 할 수 없어 호기말 이산화탄소 분압 측정 기기에서 경보음이 울리게 된다. 의료진이 경보음을 듣고 즉시 적절한 조치를 취하면 다시 호흡을 할 수 있게 된다.

홍상현 서울성모병원 마취통증의학과 교수는 “만일 이를 놓치면 3~4분 뒤에야 환자 손가락에 끼운 ‘말초 산소포화도 기기’에서 산소부족이 감지돼 경보음이 울리는데 그럼에도 이를 계속 방치하면 심장이 멎을 수 있다”고 했다.

한국보건의료연구원에 따르면, 수술이나 수면내시경 시술을 하기 위한 마취과정에서 발생하는 사고는 1만 명 당 0.8~3.3명이다. 이 가운데 0.9명은 뇌 손상까지 유발한다. 전신 마취 중 마취기기에 문제가 생기는 경우는 0.23%, 국소 마취는 0.05% 정도다.

문제는 마취로 인한 사고는 곧바로 환자 사망으로 이어질 수 있다는 점이다. 특히 마취한 뒤 시술할 때 환자가 호흡이 곤란해져도 제대로 의사표시를 할 수 없다는 게 더 큰 문제다.

“호기말 이산화탄소 분압 측정 의무화해야”

대한마취통증의학회는 마취사고를 줄이려면 일반적으로 이뤄지는 말초동맥 산소포화도 측정과 함께 호기말 이산화탄소 분압 측정도 반드시 해야 한다는 입장이다. 홍성진 여의도성모병원 마취통증의학과 교수는 “마취사고는 환자 사망으로 이어질 수 있어 호기말 이산화탄소 분압 측정을 의무화하도록 의료보험을 적용해야 한다”고 강조했다. 홍성진 교수는 “호기말 이산화탄소 분압 측정에는 고가의 모니터링 장비가 필요한데다 마취료가 포괄수가제에 묶여 있어 도관 비용(1만5,000원)도 보험을 청구할 수 없는 상황”이라며 “때문에 호기말 이산화탄소 분압 측정을 하지 않아 프로포폴 등 수면마취를 하다가 뇌 손상되기도 한다”고 덧붙였다.

홍기혁 교수는 “미국에서는 기관 삽관 튜브나 마취가스를 기관지 안으로 넣는 장비(호흡기 회로) 등을 한번만 쓰고 버리는 데 우리나라는 재활용해 감염 위험에 노출돼 있다”고 했다. 그는 “보건당국이 다른 사람이 사용한 장비를 다시 사용해 질병이 노출되지 않도록 1회용 사용을 의무화해야 한다”고 강조했다.

하지만 보건복지부는 수술이나 수면내시경 시술을 할 때 환자상태를 정밀히 측정하는 것이 필요하다고 인정은 하지만 아직까지 아직 명확한 입장을 밝히지 않고 있다.

권대익 의학전문기자

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