인공호흡기 - 이해, 분류, 모드에 대하여

 

인공호흡기 (ventilator)란?

인공호흡기란 다양한 이유로 인해 스스로 호흡할 수 없는 환자에게 인공적으로 환기를 제공하는 의료 장비로 인위적으로 폐의 기능을 제공하는 장비를 말한다. 정상 폐는 크게 산소화와 환기의 역할을 한다. 산소화는 몸의 조직과 세포에 산소를 공급하는 것을 말하며 환기는 가스가 폐 안으로 들어가고 폐 밖으로 나가는 것을 말한다. 이러한 정상 폐의 역할을 기계를 통하여 시행하는 것이 기계 환기, 즉 인공호흡기의 역할이다. 

 

( 인공호흡기 설정 화면 )

 

 

기계 환기 (Mechanical Ventilation)  

인공적으로 폐 기능을 제공하는 기계환기의 적응증은 첫째, 저산소 호흡부전이 있을 경우 (SPO2 <90%, despite FiOs>0.6) 둘째, 과탄산 호흡부전이 있을 경우 (pH <7.3 and PaCO2>50mmHg) 셋째, 기도 보호를 위해서 시행한다. 기계 환기가 처음으로 개발 되었을 때는 인위적으로 음압을 만들어 제공하였으나 현재는 양압 시스템을 이용한다.

 

 

정상적인 자발 호흡에서는 흉강 내압은 음압으로 흉곽이 팽창되어 공기가 안으로 들어오게 되어 호흡이 이루어진다. 기계호흡(환기)은 흉강 내압이 양압으로 기계적으로 가스를 밀어 넣는 것으로 환기를 돕거나 대행하는 역할까지만 수행한다. 이러한 인위적으로 제공된 양압 환기는 뇌압 상승, 폐 손상, 혈압 저하 등 원하지 않는 생리적 변화를 유발할 수 있어 주의가 필요하다. 

 

 

환기 양식의 분류 1 -조절 변수에 따른 분류

인공호흡기는 환기 방식에 따라 크게 용적 조절 환기(Volume control ventilation)와 압력 조절 환기(Pressure control ventilation)로 나눌 수 있다. 용적 조절 환기는 제공하는 공기의 양으로 조절하는 것으로 일회 호흡량을 설정한다. 용적 제공 시 압력이 발생하므로 폐에 유발되는 압력을 관찰하고 폐의 탄성도에 따라 기도압이 변동되기 때문에 기도 압을 관찰한다. 반면, 압력 조절 환기는 흡기 시 압력을 설정하는 것으로 일회 환기량을 관찰해야 한다. 폐의 탄성도에 따라 일회 환기량이 변동되기 때문에 일회 환기량 관찰이 필요하다. 임상에서는 주로 압력 조절 환기를 사용한다. 

 

 

환기 양식의 분류 2 - 구간 변수에 따른 분류 

구간 변수에 따른 변수는 조절 변수를 언제 어느 시점에 줄 것인지를 결정하는 것으로 기계 환기의 시작, 흡기, 흡기의 종료, 호기를 결정하는 요인으로 유발 변수, 제한 변수, 주기 변수가 있다. 유발 변수(triger variable)는 호기에서 흡기로 전환을 결정하는 변수로 크게 Time trigger (환자의 흡기 노력이 없을 때 설정한 시간이 지나면 호기에서 흡기로 전환하는 것)과 Patient trigger (환자의 흡기 노력이 있을 때 그 정도를 감지하여 호기에서 흡기로 전환하는 것)으로 나뉜다. 

 

 

제한 변수는 흡기 중 변수의 변화를 제한하는 변수로 각 변수의 최대치를 설정하여 그 값을 초과하지 않게 제한하는 것이다. 예를 들어 high pressure limit 등을 설정하는 것을 말한다. 

주기 변수는 흡기에서 호기로 변환을 결정하는 변수로 Time cycle (pressure type breath), Flow cycle(Pressure supported breath), Volume cycle (volume type breath) 등으로 나뉜다. 

 

 

환기 양식의 분류 3 - 호흡 유형에 따른 분류 

호흡 유형에 따른 분류는 Trigger, limit, cycle variable을 조합하는 방식에 따라 결정하는 것으로 Mandatory (controlled) breath (환자의 흡기 노력과는 상관없이 인공호흡기에 의해 환기), Assisted breath( 환자의 흡기 노력이 인지되어 인공호흡기가 환기를 제공), Supported breath (pressure supported ventilation), Spontaneous breath (환자가 호흡의 모든 구간을 조절하는 호흡)으로 나뉜다. 

 

인공호흡기 모드 

인공호흡기의 모드는 종류가 다양하며 다양한 변수들을 종합적으로 조합하는 방식에 따라 결정하게 된다. 기계의 인위적인 강제성을 추구하는지와 환자의 자발성을 인정하는지에 따라 다음과 같이 나뉜다. 

1) CMV (controlled Mandatory ventilation) : 모든 환기를  인공호흡기가 담당한다. 

 

2) ACMV (Assist controlled mandatory ventilation)

강제 호흡으로 설정된 환기를 제공하되 호흡 노력 유무에 따라 호흡한다. 호흡 시도를 하지 않으면 Time trigger에 의해 환기를 제공하고, 호흡 시도를 하면 patient Trigger에 의해 환기를 제공한다. Volume -controlled ACMV, Pressure-controlled ACMV로 나뉜다. 

 

 

3) SIMV (Synchronized intermittent madatory ventilation)

환자의 자발호흡을 인정하면서 주기적으로 강제 호흡을 제공하는 것으로 인공호흡기로부터 이탈하고자 할 때 적용한다. 

 

4) PSV( Pressure support ventilation) 

자발 호흡이 있는 경우에만 적용하여 자발 호흡에만 맞추어 보조 환기하는 것으로 설정된 압력을 제공하여 보조한다. 

 

5) CPAP(Continuous positive airway pressure) 

자발호흡자발 호흡 모드로 환자의 자발 호흡에 일정한 양압을 지속해서 제공하는 것이다. 흡기 시작, 흡기 유지, 호기 전환 등 모두 환자 스스로 결정하는 모드이다.

 

인공호흡기 조절 변수

1) Tidal volume(일회 환기량)

Volume controlled ventilation에서 사용되며 6~8 ml/kg 권장된다. peak airway pressure (최고 기도 내압) 30~35 cmH2O 이하로 유지한다. 

 

2) Inspiration pressure(흡기 시 전달되는 압력)

Pressure controlled ventilation에 사용되며 일회 호흡량 6~8 ml/kg 유지될 수 있도록 설정한다. 

 

3) pressure support

pressure support ventilation에 사용되며 자발 호흡 시도가 있는 경우에만 설정할 수 있다. 흡기 시간 동안 일정한 압력으로 환기를 보조한다. 

 

4) PEEP (Positive End Expiratory Pressure,  호기 말 양압) 

호기 시 기도압이 0이 되지 않도록 일정한 양압을 제공하는 것으로 인공호흡기 모든 모드에서 설정하며 산소화와 폐 탄성도를 개선한다. 

 

 

 

5) Respiration rate of Frequency 

분당 호흡수로 10~20회/분 권장되며 PaCO2가 정상 범위로 유지될 수 있도록 설정한다. 

 

6) I:E ratio (Inspiration time : expiration time 비율) 

흡기와 호기 시간의 비율을 말한다. 

 

7) Trigger sensitivity 

환자의 흡기 노력을 감지하는 능력으로 pressure trigger, Flow trigger 있으며, 임상에서 사용하는 인공호흡기에서는 환자에 맞춰 환기를 제공하고자 사용한다. 

 

8) FiO2(Fraction of inspired O2) 

흡입되는 가스의 산소 농도로 0.21~1.0 (21~100%) 설정한다.