소아청소년과_Respiratory Failure

1. 정의 Definition

1) Respiratory Failure (호흡 부전)

(1) Hypoxic respiratory failure (failure of oxygenation)

- 호흡 곤란이 있는 환자에서 우리 몸의 보상기전이 작동함에도 불구하고 호흡기가 산소를 공급하지 못하는 경우

(2) Hypercarbic respiratory failure (failure of ventilation)

- 이산화탄소를 적절히 제거해 주지 못하는 경우

(3) Can occur in patients without respiratory distress

(4) Traditionally

- PaO2 < 60 mmHg 또는 PaCO2 > 50 mmHg

- Patient's general state, respiratory effort, potential for impending exhaustion

2) Respiratory Distress (호흡 곤란)

(1) 비정상적인 호흡 증상 및 징후가 있는 경우 (체내의 부족한 산소 공급과 과다한 이산화탄소 제거를 위해)

 

2. Pathophysiology of Respiratory Failure

1) 혈액 내 흡수되는 산소 분압 결정 요소

(1) Composition of inspired gas

(2) Effectiveness of alveolar ventilation

(3) Pulmonary capillary perfusion

(4) Diffusion capacity of the alveolar capillary membrane

 

3. 소아에서의 Respiratory Failure

1) 소아에서의 약점 -> 폐나 기도의 기계적인 이상인 경우가 많다

(1) 흉벽이 연약하고 늑간 근육의 발달이 저하

(2) 작고 제1형 근육이 적은 횡격막

(3) 성인의 1/3에 불과한 기관의 안지름과 작은 폐포

2) 호흡 부전의 증가 요인

(1) 호흡근의 미성숙

(2) 영양 결핍

(3) 관류 저하

(4) 전해질 이상

(5) 저인산염혈증

3) 관련 질환

(1) 천식, 낭성섬유증, 기관지폐 형성 이상증

(2) 장기간 인공호흡기 치료 후 제거하는 과정에 있는 환자

 

4. 진단 Diagnosis

1) History & Physical Exam

2) Diagnostic Tests

(1) Pulse Oximetry

- Oxyhemoglobin : Infrared light를 더 잘 흡수(960nm)

- Deoxyhemoglobin : Red light를 더 잘 흡수 (660nm)

- 혈액의 Red & Infrared 파장의 흡수비율을 분석하여 SpO2를 측정

(2) Chest X-ray

(3) Complete Blood Count (CBC)

(4) Electrocardiography (EKG)

(5) Urine Analysis

(6) Capnography

- End-tidal CO2 measurement

- Monitoring the level of ventilation in intubated patients

(7) Arterial Blood Gas Analysis (ABGA)

- pH 7.4, PCO2 40 mmHg, HCO3- 24mEq/L

- New born: pH 7.38, PCO2 35 mmHg, HCO3- 20mEq/L

 

5. Management

1) Maintenance of a patent airway

(1) Oropharyngeal/Nasopharyngeal airway

2) Oxygen administration

(2) Low levels of oxygen supplementation

- Nasal cannula: Flow rate <5 L/min for children

- Simple mask

(3) High levels of oxygen supplementation

- Venturi mask

3) Inhaled gases

(1) Helium-oxygen mixture (heliox)

- Low turbulent airflow

- laryngotracheobronchitis, subglottic stenosis, vascular ring

(2) Nitric oxide (NO)

- Pulmonary vasodilator

4) Positive-Pressure Respiratory Support

(1) Prevent alveolar collapse

(2) Increase functional residual capacity(FRC)

(3) High-flow nasal cannula

- Gas flow at 4-16 L/min (Continuous Positive Airway Pressure)

(4) Bilevel positive airway pressure(BiPAP)

- Positive airway pressure during exhalation

- Adding positive pressure during inspiration

- improve alveolar ventilation in low compliance and obstructive lung disease

- Decrease work of breathing

(5) Endotracheal Intubation and Mechanical Ventilation

- Airway 개방 유지: 신경학성 악화나 혈류의 불안정을 보이는 환자 등

- Proper internal diameter (mm): ID = (Age[yr]/4)+4

 

6. Mechanical Ventilation

1) 목적

(1) Low Functional Residual Capacity (pneumonia, pulmonary edema, ARDS, etc)

(2) Positive end-expiratory pressure(PEEP) to prevent alveolar collapse

2) 개선 사항

(1) 적절한 FRC 유지 -> 호흡 운동량 최소화

3) 환기 양식

(1) 조절 환기, Controlled Mechanical Ventilation (CMV)

- 자발 호흡 없이 모든 호흡이 기계에 의해 조절

(2) 보조 환기, Assisted Mechanical Ventilation (AMV)

- 흡식 노력에 의하여 기계 작동을 유발

(3) 보조-조절 환기, Assist-Control Ventilation (AC)

- 보조적으로 작동하다가 설정 호흡수 이하 시에 조절 환기로 변경

(4) 간헐적 강제 환기, Intermittent Mandatory Ventilation (IMV)

- 자발 호흡 허용 + 독립된 기계 호흡: 부조화로 인한 기흉, 뇌혈류량 변동 가능

(5) 동시성 간헐적 강제 환기, Synchronized Intermittent Mandatory Ventilation (SIMV)

- 환자의 자발 호흡 노력을 감지하여 기계 강제 호흡과 일치시키는 환기법

- 설정된 시간에 감지되지 않으면 강제호흡

(6) 압력 보조 환기, Pressure-Support Ventilation(PSV)

- 매 호흡이 환자에 의하여 유발되어야 하는 자발 환기 양상

(7) 양압 환기 (Positive Pressure Ventilation)

(8) 압력 환기 (Pressure Ventilation)

(9) 용적 환기 (Volume Ventilation)

(10) 음압 환기 (Negative Pressure Ventilation)

(11) 흡기

- 제한형 (Limited): Inspiratory Pause Time 존재

- 주기형 (Cycled)

    

4) 환기 유형

(1) 양압 환기 (Positive Pressure Ventilation)

- 압력 환기 (Pressure Ventilation)

- 용적 환기 (Volume Ventilation)

(2) 음압 환기 (Negative Pressure Ventilation)

(3) 흡기

- 제한형 (Limited): Inspiratory Pause Time 존재

- 주기형 (Cycled)

5) 산소화 (Oxygenation)

(1) 흡기 산소 분율 (Fraction of inspired Oxygen: FiO2)

(2) 흡입 산소 농도

- 50% 이하: 폐포의 산소 분압이 증가, shunt 감소

- 50% 이상: 폐포의 산소 분압이 더 이상 증가하지 않음, 흡수성 무기폐

- 60% 이하로 유지 권장 (산소의 독성 작용 방지)

(3) 평균 기도압 (Mean Airway Pressure: MAP)

- 평균 폐용적을 유지하는데 필요한 압력

- 흡기 유속(Inspiratory Flow Rate)의 증가

- 최대 흡기 압력(Peak Inspiratory Pressure) 증가

- 호흡수 변동 없는 흡기 시간의 연장

- 호기말 양압(PEEP) 증가

- 흡기 시간 변동 없는 호기 시간 감소

6) 이산화탄소(CO2)의 조절

(1) 혈액에서 폐포로 쉽게 확산

(2) 𝑃𝑎𝐶𝑂2 ∝ 𝐶𝑂2 생성 / 페포 환기

(3) 1회 호흡량 증가, 빈도 증가

7) 인공호흡기 조정

(1) 환자의 생리적 반응에 기초

(2) 산소의 독성 최소화: PaO2 60 mmHg, 산소 포화도 90% 유지 목표

(3) 1회 호흡량: 5~7 ml/kg (정상과 유사, 폐손상 방지)

(4) 흡기 대 호기 = 1:2 (호기시에 저항이 더 증가)

 

7. Conclusion

1) Respiratory failure

(1) Hypoxic respiratory failure (failure of oxygenation)

(2) Hypercarbic respiratory failure (failure of ventilation)

2) Diagnosis

(1) Pulse oximetry

(2) EtCO2

3) Management

(1) History, Physical Exam

(2) Mechanical ventilation

- 적절한 산소화 유지

- 정상 폐 부위의 손상을 최소화

- 허탈(Collapse)된 폐포를 최대로 재동원

 

8. References

1) 안효섭, "홍창의 소아과학," 10판, ㈜미래엔, 2012.

2) Robert M. Kliegman, et al, "Nelson Textbook of Pediatrics," 20 ed., Elsvier, 2016.