본 프로토콜은 흉부 절개술 없이 국소 흉막압을 직접 측정할 수 있도록 돼지의 전방 및 후방 흉막 카테터를 삽입하는 최소 침습적 경피적 기술을 설명합니다.
이 논문에서
요약
초록
흉막압 측정은 호흡기계 역학을 폐와 흉벽 구성 요소로 분할하고, 경폐압을 계산하며, 지역적 흉막압 구배를 정량화하는 등 고도의 생리학적 평가를 가능하게 합니다. 이러한 정보는 기계 환기를 최적화하고, 변화된 흉벽 생리학의 영향을 평가하며, 폐 손상에 관한 중개 연구를 발전시키는 데 필수적입니다. 그러나 직접적인 흉막압 측정을 위한 현재의 기술들은 종종 흉강절개술을 통한 흉막압 트랜스듀서의 개흉 수술적 삽입을 필요로 하며, 이는 시간이 많이 소요되고 위험도가 높으며 흉벽 역학을 손상시킬 수 있습니다. 이러한 한계를 극복하기 위해, 본 연구진은 흉막 카테터 배치를 위한 최소 침습적, 경피적, 영상 유도 기술을 개발했습니다. 해당 절차는 마취 후 기계 환기가 이루어지는 돼지를 대상으로 수행되었습니다. 초음파 유도 하에 Tuohy 바늘을 흉막 공간으로 진입시켰으며, 흉막층을 분리하기 위해 소량의 인공 기흉(산소 50–100 mL)을 유발했습니다. 가이드와이어를 통해 9 Fr 시스 도입기를 배치하여 풍선 팁 카테터를 전방 흉막으로 진입시켰습니다. 이후 동물을 반복와위(semiprone position)로 돌린 후, 동일한 기흉에 산소 50–100 mL를 추가로 주입하여 늘린 뒤 두 번째 카테터를 배측으로 삽입했습니다. 배치는 컴퓨터 단층촬영(CT)과 생리학적 파형 기록을 통해 확인되었습니다. 기흉을 제거하고 폐를 재팽창시킨 후, 영상 촬영을 통해 위치를 검증했습니다. 20마리 중 16마리(80%)에서 전방 및 후방 카테터 배치가 성공적으로 이루어져, 이 접근법의 절차적 타당성이 입증되었습니다. 실패한 사례는 전방 흉막 접근 중 의도치 않은 기흉이 발생했거나, 전방 카테터가 목표 복측 영역 외부에 잘못 배치된 경우였습니다. 이 방법은 대동물 모델에서 직접적인 지역 흉막압 모니터링을 위한 덜 침습적이고 재현 가능한 접근법을 제공합니다. 수술적 접근을 피하는 이 경피적, 영상 유도 기술은 중개 연구에서 호흡 역학, 폐 및 흉벽 생리학, 기계 환기를 조사하는 실험 프로토콜에 매우 적합합니다.
서론
흉막압은 흉벽 역학의 핵심 지표로서 실험 연구에서 널리 사용되어 왔으며, 기계 환기 동안 호흡기 계통의 분할된 거동과 폐와의 상호작용을 설명하는 데 도움을 줍니다1. 이 변수는 폐 스트레스의 주요 결정 요인인 경폐압을 계산하는 데 필수적입니다2. 폐 손상 시, 흉막압은 호기 말 역학을 설명하고 종속성 폐 영역에 작용하는 부하와 관련된 현상인 중첩 압력 구배(superimposed pressure gradient)에 대한 통찰을 제공할 수 있습니다3,4. 이러한 지역적 압력 분포는 흉막압과 경폐압의 복측-배측 차이를 유발하며, 조절 기계 환기 중에는 주로 중력 부하와 폐 손상의 중증도에 의해 결정되는 반면, 자발 호흡이나 보조 호흡 중에는 지역적 흡기 근육 활동에 의해 더욱 증폭될 수 있습니다5.
직접적인 흉막압 측정은 절차가 너무 침습적이어서 안전하다고 간주되지 않기 때문에 임상 실무에서는 수행되지 않습니다. 이러한 이유로 식도압(Pes)이 흉막압의 가장 최선의 대리 지표로 흔히 사용됩니다6. 하지만 Pes는 카테터의 위치, Baydur 비율로 평가되는 압력 전달, 그리고 환기 모드 등 정확도에 영향을 줄 수 있는 여러 요인의 영향을 받습니다7. 식도 풍선은 유연한 구조 내에 위치하며, 그 신호는 식도벽과 인접한 종격동 기관 모두에 의해 형성됩니다. 카테터의 깊이나 정렬의 미세한 변화만으로도 측정된 압력이나 일회 호흡량에 따른 변동 크기가 달라질 수 있습니다8. 또한 Pes는 주로 중등도에서 배측 흉막압을 반영하므로, 불균일한 폐 손상이 있는 경우 복측 부위와 전체적인 흉막 환경을 대표하기에는 부족함이 있습니다9.
이러한 이유로 직접적인 흉막압 측정은 중개 및 실험 생리학에서 여전히 표준 방법으로 남아 있습니다10. 직접적인 흉막압 측정을 위해 여러 장치가 사용되어 왔습니다. 웨이퍼 형태의 흉막 센서가 실험 모델에서 빈번하게 사용되며11,12, 일부 연구에서는 흉막압을 직접 기록하기 위해 식도 풍선 카테터를 흉막강 내로 삽입하기도 했습니다13,14. 직접적인 흉막압 측정을 위한 다양한 도구가 있음에도 불구하고, 이러한 도구들의 삽입은 전통적으로 개흉술 또는 흉강경 접근법을 필요로 했습니다. 이러한 접근법들은 침습적이며, 고도의 외과적 전문 지식이 필요하고, 시술 준비 시간을 연장하며, 정상적인 흉벽 역학을 방해하여 연구 대상인 생리학적 조건을 크게 변화시킵니다.
본 방법론 논문에서는 직접적인 국소 흉막압 모니터링을 위해 돼지의 흉강 내에 식도 풍선 카테터를 삽입하는 새로운 경피적 기술을 제시합니다. 이 접근법은 최소 침습적이며 흉곽 절개술이나 고도의 외과적 훈련이 필요하지 않습니다. 전방 흉막 접근은 표준 초음파 유도 천자 기술을 사용하여 수행하며, 컴퓨터 단층촬영(CT) 영상은 흉막 내 가이드와이어 및 카테터의 배치 상태를 확인하고 후방 흉막 접근 계획을 수립하는 데 사용됩니다. 이 방법을 통해 흉강의 서로 다른 부위에 카테터를 배치하여 분할된 호흡 역학에 대한 국소적 평가가 가능합니다. 본 기술은 절차적 복잡성과 위험을 줄이면서, 생리학 및 중개 연구를 위한 고충실도의 흉막압 기록을 유지하는 것을 목표로 합니다.
프로토콜
매사추세츠 종합병원(미국 매사추세츠주 보스턴)의 기관동물관리및사용위원회(Institutional Animal Care and Use Committee) 승인(2020I000073) 후, 2025년 3월부터 11월까지 체중 30–40 kg의 건강한 요크셔 돼지 20마리를 대상으로 실험을 수행하였습니다.
주의: 본 프로토콜은 의도적으로 기흉을 유발하며 100% 산소를 사용합니다. 대동물 마취 및 흉막 접근법에 숙련된 인력의 지속적인 생리학적 모니터링 하에 절차를 수행하고, 산소 주입 중에는 점화원을 제거하십시오.
1. 동물 준비
- tiletamine–zolazepam (4.4 mg/kg), xylazine (2.2 mg/kg) 및 atropine (0.04 mg/kg)을 근육 내 투여하여 동물을 진정시킨다.
- 정맥 경로를 확보하고 fentanyl (2 µg/kg)과 propofol (2 mg/kg)을 정맥 투여하여 안전하게 기관 내 삽관을 수행한다.
- 동물을 삽관하고 양측 흉부 팽창, 양측 호흡음 및 일정한 호기말 CO₂ 파형의 존재를 확인하여 기도가 정확하게 배치되었는지 검증한다.
- 흡입 산소 분율 (FiO₂) 0.4, 1회 호흡량 10 mL/kg, 호기말 양압 (PEEP) 5 cmH₂O, 호흡수 15–20 breaths/min으로 설정하여 용적 조절 환기 (VCV)를 시작한다. 호기말 CO₂를 35~45 mmHg 사이로 유지하도록 호흡수를 조절한다.
- 정맥 내 propofol (10 mg∙kg-1∙h-1)과 fentanyl (5 µg∙kg-1∙h-1)을 투여하여 시술 전 과정 동안 지속적인 마취 및 진통 상태를 유지한다. 신경근 차단제를 투여하기 전, 턱 이완, 안검 반사 소실, 지간 또는 발굽 압착에 대한 회피 반응 소실, 자극에 대한 혈역학적 반응 소실을 평가하여 적절한 마취 깊이를 확인한다. 신경근 차단 후에는 심박수, 동맥압 및 시술 자극에 대한 자율신경 반응 소실을 포함한 생리적 변수를 사용하여 마취 적절성을 모니터링한다. 마취 유도 후 각막 건조를 방지하기 위해 안연고를 도포한다.
- 심박수, 혈압, 산소 포화도, 호기말 CO₂ 및 기도압을 지속적으로 모니터링한다. 가능하면 심박수는 70–140 beats/min, 평균 동맥압은 60 mmHg 이상, 산소 포화도는 92% 이상, 호기말 CO₂는 35~45 mmHg, 최고 기도압은 35 cmH₂O 미만으로 유지한다.
- 신경근 차단제 (pancuronium 0.1 mg∙kg-1∙h-1)를 투여하고, 흉막 접근을 시작하기 전 자발 호흡 활동이 없는지 확인한다.
2. 장비 준비
- 재료 표에 나열된 초음파 유도하 흉막 접근 및 카테터 삽입에 필요한 멸균 장비를 준비하십시오.
- 멸균 조건 하에 흉부 전면과 후면의 털을 제거하고, 세척 및 소독포를 덮으십시오.
3. 전방 경피적 흉막 접근법
- 동물을 앙와위로 배치하고 계획된 전방 흉막 카테터 삽입 부위의 반대쪽으로 약간 회전시킵니다.
- 초음파를 사용하여 흉골선과 횡격막 돔을 확인합니다.
- 초음파로 횡격막 돔을 확인한 후, 횡격막 높이의 정중선에서 외측으로 약 5 cm, 상측으로 5 cm 이동하여 전방 천자 부위를 선정합니다.
- 초음파 프로브로 전방 흉막강을 시각화합니다.
- 선정한 늑간 공간의 하단 갈비뼈 상단 가장자리에 Tuohy 바늘의 곡면이 위를 향하도록 삽입합니다.
- 인플레인(in-plane) 접근법을 사용하여 실시간 초음파 유도 하에 바늘을 벽측 흉막 방향으로 전진시킵니다.
- 호기 말 유지 기법(end-expiratory hold maneuver)을 수행하는 동안, 저항이 갑자기 사라져 흉막강 진입이 확인될 때까지 주사기에 가볍게 양압을 가하며 1–2 mm 더 전진시킵니다.
- 100% 산소를 약 50–100 mL 주입하여 작은 전방 인공 기흉을 형성합니다. 최종 산소 주입량은 전산화 단층촬영(CT) 상의 기흉 확장 및 흉막 분리 소견에 따라 조정합니다.
- 바늘을 통해 스프링 와이어 가이드를 삽입하고 바늘을 제거합니다.
- CT 스캔을 수행하여 인공 기흉으로 인해 확장되고 명확하게 구분된 흉막강 내에 가이드와이어가 정확하게 배치되었는지 확인합니다.
- CT 확인 후, 와이어 진입 부위에 작은 피부 절개를 실시합니다.
- Seldinger 기법을 사용하여 가이드와이어를 따라 9 Fr 도입기(introducer)를 전진시킵니다.
- 가이드와이어를 제거하고 도입기를 통해 식도 풍선 카테터를 전방 흉막강 내로 삽입합니다.
- 정확한 풍선 확장과 신뢰할 수 있는 압력 전달을 보장하기 위해, in vivo 풍선 압력-부피(PV) 곡선15에서 결정된 최적 충전량으로 풍선을 팽창시킵니다.
- 공기로 채워진 압력 전달 시스템을 사용하여 풍선 카테터를 외부 차압 트랜스듀서에 연결합니다.
- 정확한 압력 측정을 위해 카테터를 연결하기 전 압력 트랜스듀서를 대기압으로 영점 조절합니다.
- 압력 트랜스듀서를 데이터 수집 시스템에 연결하고 데이터 수집 소프트웨어를 사용하여 압력 신호를 획득합니다.
- 추가적인 디지털 필터링 없이 1,000 Hz의 샘플링 주파수로 모든 압력 신호를 획득합니다. 안정적인 압력 파형이 관찰되면 기록을 시작합니다.
4. 후방 경피적 흉막 접근
- 흉막강 내 공기의 배측 이동을 촉진하기 위해 동물을 반복와위(semiprone position)로 다시 배치합니다.
- 전방 카테터를 통해 100% 산소 50–100 mL를 추가로 주입하여 배측 기흉을 확대하고 후방 접근을 용이하게 합니다.
- CT 스캔을 실시하여 인공 기흉의 배측 이동을 확인하고 최적의 후방 천자 부위를 식별합니다.
- 극돌기와 후액와선 중간 지점의 피부에 후방 천자 부위를 표시합니다.
- 선택한 늑간 공간의 하단 갈비뼈 상단 가장자리에 Tuohy 바늘을 수직으로 삽입하며, 지속적인 흡인을 위해 빈 주사기를 연결합니다.
- 호기 말 유지(end-expiratory hold) 기동 중에 근육층을 통해 바늘을 진전시키며, 공기가 나올 때까지 지속적으로 흡인하여 배측 기흉으로의 진입을 확인합니다.
- 스프링 와이어 가이드를 삽입하고 바늘을 제거합니다.
- CT 스캔을 실시하여, 인공 기흉으로 인해 확장되고 명확하게 구분된 흉막강 내에 가이드와이어가 정확하게 배치되었는지 확인합니다.
- CT 확인 후, 와이어 진입 부위의 피부를 작게 절개합니다.
- Seldinger 기법을 사용하여 가이드와이어를 따라 9 Fr 인트로듀서를 진전시킵니다.
- 가이드와이어를 제거하고 인트로듀서를 통해 두 번째 식도 풍선을 배측 흉막강 내로 삽입합니다.
- 정확한 풍선 확장과 신뢰할 수 있는 압력 전달을 보장하기 위해, in vivo 풍선 압력-부피(PV) 곡선에서 결정된 최적 충전 부피로 풍선을 팽창시킵니다.
- 카테터를 차압 트랜스듀서에 연결하고 모니터에서 정확한 흉막 파형 형태를 확인합니다.
5. 최종 위치 선정 및 모니터링
- 카테터 삽입 중 및 삽입 후에 인공호흡기 파라미터(1회 호흡량, 흡기 유량 및 기도압)와 혈역학적 수치가 안정적으로 유지되는지 확인하십시오.
- 배액에 저항이 없을 때까지 50 mL 주사기로 흉막강 내 공기를 부드럽게 흡인하여 후방 및 전방 도입기를 통해 기흉을 배출하십시오. 흉막강 내에 과도한 음압이 생성되지 않도록 주의하십시오.
- 두 개의 식도 풍선 카테터를 접착 테이프로 피부에 고정한 후, 카테터가 이탈되지 않도록 두 개의 9 Fr 도입기를 조심스럽게 제거하십시오.
- CT 스캔을 실시하여 잔류 기흉 여부를 평가하십시오. 잔류 기흉이 있는 경우, 산소 재흡수를 촉진하기 위해 동물을 복와위로 배치하고 생리학적으로 허용 가능하다면 FiO₂를 0.25로 낮추십시오.
- 흡기 및 호기 1회 호흡량을 비교하고 흡기 유지(inspiratory hold)를 수행하여 기도 또는 흉막 누출이 없는지 확인하십시오. 안정적인 고원압(plateau pressure)과 유량이 0으로 복귀하는지 확인하십시오.
- 도입기 제거 후 전방 및 후방 흉막압 파형을 재평가하십시오. 예상되는 파형 형태가 안정적으로 유지되는지 확인하고, 파형이 변한 경우 카테터 위치와 파형 안정성을 재평가할 때까지 기록을 시작하지 마십시오.
- 기흉 배출 또는 재흡수, 안정적인 환기 및 혈역학, 지속적인 누출 없음, 그리고 안정적인 흉막압 파형이 모두 확인된 후에만 전방 및 후방 흉막압의 동시 기록을 시작하십시오.
- TV를 10 mL/kg로 유지하고 PEEP를 5에서 3 cmH₂O로 낮추어 환기 설정을 조정하십시오. 호기 말 흉막압 수치는 그림 1에 표시된 것과 같이 안정적인 호기 말 유지 기법(end-expiratory hold maneuver) 중에 얻었습니다.
- 각 실험 프로토콜의 마지막 단계에서, 동물이 전신 마취 상태를 유지하는 동안 KCl(7% 용액, 2 mL/kg)을 정맥 투여하여 안락사를 수행했습니다.
결과
경피적 기법을 이용한 흉막 카테터 삽입을 20마리의 돼지에게 시도하였다(표 1). 17마리의 동물에서 총 34개의 흉막 카테터(전방 17개 및 후방 17개)가 삽입되었다. 이 중 33개의 카테터(97%)가 의도한 흉막 부위에 도달한 반면, 전방 카테터 1개는 흉막강으로 진입하였으나 목표로 한 복측 위치에 도달하지 못했다. 따라서 카테터 삽입이 수행된 17마리의 동물 중 16마리(94%)에서 전방 및 후방 카테터 모두의 정확한 부위별 배치가 이루어졌으며, 이는 전체 20마리 중 16마리(80%; 95% CI, 56.3%–94.3%)에 해당한다.
성공적인 시술에서 얻은 대표적인 흉막압 추적 기록은 전방 및 후방 센서 사이에 명확하고 생리학적으로 유의미한 차이가 있음을 보여주었습니다(그림 1). 전방 카테터는 일반적으로 심장 및 종격동과의 근접성을 반영하여 식도 풍선에서 기록된 것보다 더 뚜렷한 심장 진동을 나타냈습니다. 반면, 후방 흉막 신호는 기계적으로 정적인 의존성 흉부 영역과 일치하게 심장 아티팩트가 최소화되었으며 매끄러운 호흡 파형을 보였습니다.
호기 말 폐쇄 시, 적절하게 배치된 카테터는 재현 가능한 배-복측 흉막압 구배를 보여주었습니다. 후면 흉막압은 호기 말에 일관되게 양성을 나타낸 반면, 전면 신호는 음성에서 양성까지 범위가 다양했습니다(표 2). 그 결과 발생한 2에서 7 cmH₂O 사이의 구배는 마취 후 기계 환기 중인 돼지에서 예상되는 중력 중첩 압력 분포와 일치했습니다.
4건의 시술(20%)이 실패로 분류되었습니다. 3마리의 동물에서는 전측 흉막 접근 및 가이드와이어 삽입 후 시술이 중단되었는데, 이는 폐 실질의 의도치 않은 천자로 인해 CT 영상에서 조절되지 않는 기흉이 확인되었기 때문이며, 이는 폐-흉막 간의 접촉 상실을 의미하며 신뢰할 수 있는 흉막압 측정을 불가능하게 했습니다. 따라서 이 대상들에 대해서는 카테터 삽입 및 압력 파형 평가를 진행하지 않았습니다. 나머지 1건의 실패한 시술은 전측 카테터의 표적 외 배치로 인한 것이었습니다. 벌룬이 흉막강 내로 진입했으나 표적인 복측 부위에 도달하지 못해, 예상되는 전-후 구배(gradient)가 없는 파형이 나타났습니다.
CT 영상 촬영을 통해 생리학적 소견을 확인하였습니다. 성공적으로 배치된 경우, 벌룬 카테터가 의도한 복측 또는 배측 흉막 부위에서 벽측 흉막에 직접 밀착되어 있는 것이 관찰되었습니다(그림 2). 표적을 벗어나 실패한 사례의 경우, CT 결과 카테터가 표적 부위 외부의 흉막 내에 위치한 것으로 나타났습니다. 프로토콜 완료 후 사후 검사를 통해 카테터 위치와 흉막 내 위치를 추가로 확인하였습니다(그림 3).
종합적으로, 이러한 결과는 국소 배치가 이루어졌을 때 경피적 기법이 해석 가능한 흉막압 신호를 안정적으로 생성하며, 파형의 형태와 CT 영상 모두 시술의 성공 또는 실패를 나타내는 실질적인 지표를 제공한다는 것을 입증합니다.
그림 1: 기흉 배액 후의 흉막 및 기도 압력 파형. 볼륨 조절 환기 중에 기도 압력(빨간색), 식도 압력(파란색), 전방 흉막 압력(주황색) 및 후방 흉막 압력(청록색) 신호를 동시에 기록하였다. 음영 처리된 영역은 호기 말 압력 값을 추출하는 데 사용된 호기 말 유지(end-expiratory hold) 구간을 나타낸다. 후방 트레이스는 심장성 진동이 최소화되고 호기 말 값이 더 높게 나타나는 반면, 전방 트레이스는 심장 진동이 더 두드러지고 호기 말 압력이 더 낮게 나타난다. 유지 구간 동안 후방 흉막 압력에서 전방 흉막 압력을 뺀 값은 수직 흉막 압력 구배를 나타낸다. 약어: cmH₂O = 센티미터 수주. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: 흉막 카테터 삽입의 컴퓨터 단층촬영 확인. 노란색 화살표는 복측 흉막 부위의 전방 카테터를 나타내며, 빨간색 화살표는 배측 흉막 부위의 후방 카테터를 나타낸다. 대상자 P1 및 P2에 대한 횡단면(왼쪽 및 가운데) 및 시상면(오른쪽) 컴퓨터 단층촬영 스캔 영상이 제시되어 있다. 영상은 카테터 삽입 후, 인공 기흉이 완전히 배출되기 전에 획득되었다. 이후 배액을 통해 폐 확장 회복과 안정적인 생리학적 압력 파형이 확인되어 기록 준비 상태임을 확인하였다. 성공적인 삽입은 호환 가능한 파형 형태를 보이며 카테터가 의도한 전방 또는 후방 흉막 부위 내에 위치한 경우로 정의하였다. 약어: CT = computed tomography. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3: 흉막 카테터 삽입 위치의 사후 해부학적 확인. 프로토콜 종료 후 수행된 흉부 검사를 통해 흉막 내 카테터의 위치를 확인하였다. 노란색 원은 전방 흉막 카테터를, 녹색 원은 후방 흉막 카테터를 나타낸다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| 결과 범주 | 동물 수 (n = 20) | 백분율 (%) | 95% 신뢰구간 (%) | 설명 |
| 성공적인 전방 및 후방 배치 | 16 | 80% | 56.3–94.3 | 복측 및 배측 카테터 모두 표적 부위에 정확하게 위치함 |
| 흉막강 내 위치하였으나 표적을 벗어난 배치 | 1 | 5% | 0.1–24.9 | 전방 카테터가 흉강 내에 있으나 표적 부위에 위치하지 않음 |
| 조절되지 않은 기흉으로 인해 실패함 | 3 | 15% | 3.2–37.9 | CT 영상 촬영 중 조절되지 않는 기흉이 발생하여 가이드와이어 삽입 후 시술을 중단함 |
표 1: 20명의 실험 대상자에 대한 절차적 결과. 이 표는 각 결과 범주, 동물 수 및 백분율, 95% 신뢰 구간 및 설명을 보고합니다. 약어: CI = 신뢰 구간.
| 대상 | 호기말 양압 호흡 (cmH₂O)₂O) | 호기말 양압 (PEEP) (cmH2O)₂O) | 수직 구배 (cmH₂O)₂O) |
| 1 | -1.2 | 2.5 | 3.7 |
| 2 | -0.2 | 3.1 | 3.3 |
| 3 | -3.0 | 3.0 | 6.0 |
| 4 | 1.6 | 4.9 | 3.3 |
| 5 | 0.1 | 4.5 | 4.4 |
| 6 | -1.7 | 3.2 | 5.0 |
| 7 | 4.1 | 6.4 | 2.3 |
| 8 | -1.2 | 5.6 | 6.8 |
| 9 | -0.8 | 4.7 | 5.5 |
| 10 | 1.1 | 5.7 | 4.7 |
| 11 | -1.1 | 6.1 | 7.2 |
| 12 | -0.9 | 6.5 | 7.4 |
| 13 | -1.6 | 2.8 | 4.4 |
| 14 | 0.3 | 3.5 | 3.1 |
| 15 | 0.6 | 3.6 | 3.0 |
| 16 | 0.1 | 2.9 | 2.8 |
| 평균 | -0.2 | 4.3 | 4.5 |
| 표준편차 | 1.6 | 1.4 | 1.6 |
| 범위 | -3.0–4.1 | 2.5–6.5 | 2.3–7.4 |
표 2: 전면 및 후면 호기 말 흉막압 값과 그에 따른 수직 구배.구배는 후면 압력에서 전면 압력을 뺀 값으로 계산되었습니다. 측정은 10 mL/kg의 일회 호흡량과 3 cmH₂O의 호기 말 양압 하의 볼륨 조절 환기 중에 수행되었습니다. 약어: PEEP = 호기 말 양압; VCV = 볼륨 조절 환기.
| 문제 | 추정 원인 | 인식 기준 | 시정 조치 |
| 인공 기흉의 불완전 배액 | 카테터 삽입 후 잔류 흉막강 내 산소 및 불완전한 폐 재팽창 | CT상 지속적인 잔류 기흉 또는 불완전한 흉막 부착; 호흡성 변동은 유지되나 절대 흉막압 수치의 신뢰도가 낮음 | 생리학적으로 허용 가능한 경우 FiO2를 0.25로 낮추고, 동물을 복와위로 배치한 후 산소 재흡수를 돕기 위해 30분 동안 대기한다. 압력 기록 전 CT 영상을 다시 촬영하여 기흉 감소 및 폐 재팽창을 확인한다. |
| 조절되지 않는 기흉 | 흉막 접근 중 발생한 폐실질의 우발적 천자 | 대량 또는 조절되지 않는 기흉의 CT 증거, 불완전한 폐 재팽창, 인공호흡기 상의 누출 증거 또는 불안정한 역학 상태 | 압력 기록 단계로 진행하지 마십시오. 신뢰할 수 있는 흉막압 측정이 불가능한 경우, 해당 시술을 실패로 분류하십시오. |
| 표적 외 카테터 진입 | 가이드와이어 또는 카테터가 의도한 복측 또는 배측 흉막 부위에서 측면으로 또는 멀어지는 방향으로 전진됨 | CT 촬영 결과 흉막 내 카테터의 위치가 목표 영역 외부에 있음; 파형에서 기대되는 전-후 차이 또는 수직 압력 구배가 나타나지 않음 | 가능한 경우 카테터의 위치를 재조정하십시오. 목표 영역에 도달할 수 없는 경우, 배치를 최적하지 않음 또는 실패로 분류하십시오. |
| 비정상 흉막 파형 | 카테터 위치 부적절, 불충분한 풍선 팽창, 카테터와 흉막의 밀착 불량, 연결 부위 누출 또는 트랜스듀서/영점 조절 오류 | 평탄한 파형(Flat tracing), 과도한 노이즈, 호흡 진동의 부재, 비생리학적인 절대 압력 값, 또는 예상되는 전방/후방 파형 형태의 소실 | 모든 연결 상태와 트랜스듀서 영점 조정을 확인하십시오. 벌룬 충전 용량을 검증하십시오. 영상 진단을 통해 카테터 위치를 재평가하고, 기록 전 파형 평가를 반복하십시오. |
| 지속적인 기도 또는 흉막 누출 | 폐 실질 천자 또는 접근 후 지속적인 흉막-기도 통로 형성 | 흡기 및 호기 일회 호흡량의 차이; 불안정한 플랫폼압; 흡기 정지 중 유량이 0으로 돌아가지 않는 현상 | 데이터 수집을 중단하십시오. 인공호흡기 역학 및 영상을 재평가하십시오. 누출이 해결되고 안정적인 기도 및 흉막 파형이 회복된 경우에만 진행하십시오. |
| 인트로듀서 제거 후 카테터 이탈 | 인트로듀서 제거 중 카테터의 이동 또는 피부 고정 불량 | 인트로듀서 제거 후 파형 형태의 변화; 예상되는 전방 심장 진동의 소실; 후방의 매끄러운 호흡 파형 소실; 변위의 CT 근거 | 도입기(introducer)를 제거하기 전, 접착 테이프를 사용하여 카테터를 피부에 고정하십시오. 도입기 제거 후 파형 형태(waveform morphology)를 재평가하십시오. 카테터 변위가 의심되는 경우 CT를 통해 위치를 확인하십시오. |
| 공기 흡입 실패 | 인공 기흉 내의 공기가 도입기 팁으로부터 이동하였습니다. | 시린지 플런저를 당길 때 공기가 흡입되지 않으며, 흡입 시도 중에 음압이 생성됩니다. | 더 작은 용량의 주사기를 사용하여 흡인을 시도하십시오. 이것으로 충분하지 않을 경우, CT 촬영을 통해 공기 저류 위치를 확인하고 이에 따라 동물의 위치를 조정하여 공기 저류 부위를 도입기 팁 근처로 가져오십시오. |
표 3: 경피적 흉막 카테터 삽입 및 압력 기록을 위한 문제 해결 가이드. 일반적인 문제들을 그 가능성 있는 원인, 인식 기준 및 교정 조치와 함께 정리하였다. 약어: CT = 컴퓨터 단층촬영; FiO₂ = 흡입 산소 분율.
토론
이 경피적 프로토콜은 흉강 절개술이나 흉강경 접근 없이도 국소 흉막압 측정을 수행할 수 있는 실용적이고 재현 가능한 방법을 제공합니다. 성공적인 카테터 삽입과 고충실도 압력 기록을 보장하기 위해서는 절차의 여러 측면이 특히 중요합니다.
이 기술의 핵심 요소는 직접적인 흉부 초음파 유도 하에 수행되는 전방 천자입니다. 초음파를 사용하여 흉막과 선택한 갈비뼈 사이 공간을 명확하게 시각화함으로써 바늘 궤적을 실시간으로 확인합니다. 이 시술은 바늘이 흉막 표면에 접근할 때 제어되고 정확한 조작이 필요하므로, 팁의 가시성을 높이고 우발적인 폐 천자 또는 흉막강 진입 실패 위험을 최소화하기 위해 초음파 강화 Tuohy needle을 사용하였습니다16.
바늘 끝을 지속적으로 시각화하는 것은 전진 과정 전반에 걸쳐 매우 중요합니다. 이러한 이유로 인플레인(in-plane) 초음파 접근법이 선호되는데, 이는 바늘이 흉막강으로 전진할 때 바늘 샤프트와 끝부분 전체를 시각화할 수 있게 하여 시술의 정확도를 높이고 의도치 않은 폐 천자 위험을 줄여주기 때문입니다.
바늘 진입의 정확한 타이밍 또한 필수적입니다. 호기 말 유지(end-expiratory hold) 중에 바늘을 진입시키면 일회 호흡(tidal ventilation)과 관련된 흉막 표면의 주기적인 움직임을 최소화하여, 정확도를 높이고 폐실질 접촉 발생률을 줄일 수 있습니다.
주사기 흡입으로 제거되지 않은 잔류 가스의 재흡수를 용이하게 하기 위해 순수 산소를 사용하여 기흉을 유도하였습니다. 동물은 1.0 미만의 FiO₂17로 환기되므로, 흉막강과 폐포 사이의 산소 확산 구배를 통해 이러한 재흡수가 일어납니다. 이 방법은 잔류 흉막강 내 가스가 압력 측정에 간섭할 위험을 최소화합니다. 산소의 양은 인위적 기흉의 불필요한 확대를 피하면서, 흉막층을 분리하고 가이드와이어와 인트로듀서를 안전하게 삽입할 수 있을 정도로 충분해야 합니다. 카테터 배치가 완료되면 압력을 측정하기 전에 주입된 산소를 완전히 배출해야 합니다.
후방 접근을 가능하게 하려면 적절한 위치 선정이 필요합니다. 동물을 반측와위(semiprone position)로 회전시키면 흉막 내 산소 포켓이 후방으로 이동하여, 전방 천자와 동일한 Seldinger 기법을 이용한 맹목적 천자로 배측 흉막 공간에 접근할 수 있습니다. 산소 포켓이 배측으로 이동하도록 하려면 적절한 신체 회전이 필수적입니다. 회전이 불충분하면 후방 흉막층의 분리가 이루어지지 않아, CT 보조 하에 천자 부위를 계획했음에도 불구하고 가이드와이어 진입이 더 어려워질 수 있습니다.
카테터 배치 후에는 시스템의 무결성을 확인하는 것이 필수적입니다. 흡기 및 호기 일회 호흡량을 비교하고 흡기 유지(inspiratory hold)를 수행하여 기도 또는 흉막 누출이 없음을 확인합니다. 안정적인 고원압(plateau pressure)과 함께 유량이 0으로 돌아오는 것은 지속적인 누출이 없으며 흉막 접근 경로가 기도와 지속적으로 연결되어 있지 않음을 나타냅니다. 또한, 카테터의 정확한 기능과 위치를 확인하기 위해 압력 파형의 형태를 평가해야 합니다. 전방 기록은 심장 및 종격동과의 근접성으로 인해 심장 진동이 더 두드러지게 나타나는 반면, 후방 기록은 일반적으로 심장 간섭이 최소화된 더 매끄러운 호흡 파형을 보입니다. 이러한 심장 진동은 신호 아티팩트가 아니라 예상되는 생리학적 특징이며, 따라서 카테터가 전방에 정확하게 배치되었음을 뒷받침합니다. 변위 위험을 최소화하기 위해 도입기를 제거하기 전 접착 테이프로 카테터를 피부에 단단히 고정해야 합니다. 인공 기흉을 배출하고 도입기를 제거한 후, 파형 형태가 변하지 않았는지 확인하기 위해 압력 추적을 다시 평가하여 시술 마지막 단계에서 카테터 변위가 발생하지 않았음을 확인해야 합니다. 이러한 확인 절차는 기계 환기 및 모니터링의 기본 원칙18과 일치합니다. 가장 일반적인 기술적 문제, 예상 원인, 인식 기준 및 교정 조치에 대한 간략한 문제 해결 가이드는 표 3에 제공되어 있습니다.
이 방법의 중요한 장점은 흉강을 열지 않고 경피적으로 흉막에 접근할 수 있다는 점입니다. 최소 침습적 접근법은 시술 부담을 줄이고 해부학적 구조의 불필요한 손상을 방지하므로, 동일한 실험 목적을 달성할 수 있다면 일반적으로 더 선호됩니다19. 본 돼지 모델에서 경피적 기술은 흉곽 절개술 기반의 접근법과 공식적인 비교를 수행하지는 않았으나, 준비 시간을 단축하고 흉곽 절개술을 피하며 천연 흉벽 역학을 보존하는 데 도움이 될 수 있습니다.
그럼에도 불구하고 이 방법에는 몇 가지 한계가 있습니다. 성공적인 카테터 삽입은 시술자의 숙련도에 따라 달라지며 흉부 초음파, 경피적 흉막 접근 및 Seldinger 기법에 대한 경험이 필요합니다. 흉막 접근 중 폐 실질을 우발적으로 천자하는 것은 주요한 시술 실패 원인이 되는데, 이로 인해 발생하는 기흉이 후속 카테터 삽입을 방해하기 때문입니다. 또한 신뢰할 수 있는 압력 측정은 적절한 풍선 충전 여부에 달려 있습니다. 풍선을 너무 적게 또는 너무 많이 충전하면 압력 측정값이 변할 수 있으며, 이는 데이터 수집 전 최적의 충전 부피를 결정하는 것이 중요하다는 점을 강조합니다. 모든 직접 흉막압 측정 기술과 마찬가지로, 흉막압은 카테터가 위치한 지점에서만 샘플링할 수 있으므로 전체 흉막 공간의 압력 분포보다는 국소적인 흉막 역학을 반영합니다. 시술 종료 시 주입된 산소를 흡입하지만, 영상 진단 없이는 완전한 배출 여부를 직접 확인할 수 없습니다. 따라서 잔류 흉막 내 산소가 감지되지 않은 채로 남아 절대 흉막압 측정값에 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 제약에도 불구하고, 성공적으로 삽입된 경우 동적 흉막압 신호를 생리학적으로 해석할 수 있었습니다.
종합적으로, 본 프로토콜은 중개 모델에서 국소 흉막압 측정을 수행하기 위한 간단하고 침습성을 최소화한 생리학적 기반의 기술을 제공합니다. 본 방법의 경피적 접근 방식과 국소 압력 신호는 폐경압, 국소 압력 분포 및 호흡 역학의 광범위한 측면을 연구하는 실험에 적합합니다.
공개 사항
저자들은 공개할 이해 상충 관계가 없습니다.
감사의 글
본 연구는 NIH 연구비 R01HL177025 및 R01HL171199의 지원을 받아 수행되었습니다.
재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 접착 테이프 | 3M Tegaderm | 1624W | 인트로듀서 삽입 전 카테터 고정 |
| 동물용 클리퍼 | 3M Clipper | 9661L | 흉부 제모 |
| 아트로핀 (주사용) | Sparhawk Laboratories inc. | NDC:58005-354 | 근육 내 전처치 약물 투여 |
| 컴퓨터 단층촬영 스캐너 | 뉴로로지카(NeuroLogica) | Omnitom Elite PCD; 1-NL5100-060 | 가이드와이어/카테터 위치 및 기흉 평가; |
| 데이터 수집 소프트웨어 | ADInstruments | LabChart Pro 8.1.31 | 디지털 필터링 없이 1,000 Hz로 설정된 데이터 수집 소프트웨어 |
| 데이터 수집 시스템 | ADInstruments | ML865 | 흉막압 측정을 위해 |
| 차압 트랜스듀서 | Harvard Apparatus / Hugo Sachs | 73-3882 | 흉막압 기록을 위한 압력 트랜스듀서 |
| 일회용 수술실 타월 | Cardinal Health | CAT 28700-004 | 무균 구역 준비 (단계 2.1) |
| 심전도(ECG) & 맥박 산소 측정기 | Mindray | BeneView T5 | 활력 징후 모니터링 |
| 기관 내 튜브, 7.0 mm | Teleflex Medical | 참조 5-10314 | 기관내 삽관 |
| 식도 풍선 카테터 | Cooper Surgical | REF 47-9005 | 흉막강 내 압력 카테터로 사용(단계 2.1) |
| 펜타닐 (주사용) | Hikma | NDC 0641-6030-01 | 정맥 내 진통법 |
| 거즈 패드 (멸균) | 메드라인(Medline) | 참조 NON21430LF | 부위 준비 (단계 2.1) |
| 가이드와이어 0.025" × 33 cm | Teleflex Medical | 참조번호 AW-04025 | Seldinger 기법을 위해 (단계 2.1) |
| 주입 펌프 | Smiths Medical | Medfusion 4000 | 지속적 마취제 투여 |
| 인트로듀서 시스, 9 Fr | Cordis | REF 402-609X | 흉막강 내 카테터 삽입을 위해 (단계 2.1) |
| 인공호흡기 | Maquet – Getinge | Servo-I, 볼륨 조절 환기 | |
| 안연고 | Lodi 동물 병원 | NDC 17033-211-38 | 마취 유도 후 각막 보호 |
| 산소 100% (의료용) | Airgas | 제공된 텍스트가 없습니다. 번역할 내용을 입력해 주세요. | 조절된 기흉을 위하여 |
| 판쿠로늄 (주사용) | Selleck. 화학 물질 | S2497 | 신경근 차단 |
| 포비돈–요오드 용액 | BICCA | CAT 3955-16 | 피부 소독 |
| 프로포폴 (주사용) | NorthStar | NDC 16714-977-01 | 유도 및 유지 |
| 호흡 회로 (인공호흡기 회로) | 메드라인(Medline) | 참조 NON026370 | 표준 회로 |
| 11번 메스 | Bard-Parker | 참조 372611 | 피부 절개 시 (단계 2.1) |
| 멸균 드레이프 | Medline | 참조 MDT2168286 | 무균 구역 준비 |
| 멸균 장갑 (라텍스) | 바이오젤 | 참조 31280 | 멸균 보호 장갑 |
| 멸균 가운 | 할야드(Halyard) | 참조 95121 | 멸균 수술 가운 |
| 주사기 10 mL | 메드라인(Medline) | 참조 SYR110010 | 흡인/주입용(단계 2.1) |
| 50 mL 주사기 | BD | 참조 309680 | 흉강 공기 흡인(단계 2.1)을 위해 |
| 틸레타민–졸라제팜 (주사제) | Virbac | NADA 71805-06 | Telazol; 근육 내 진정 유도 |
| Tuohy 바늘, 에코제닉 18G × 100 mm | Pajunk | REF 521185-31C | 흉강 천자(단계 2.1)를 위해 |
| 초음파 프로브 (Butterfly iQ+) | Butterfly Network | 950-20002-00 | iPad용 Butterfly iQ 앱과 함께 사용 (단계 2.1) |
| 초음파 소프트웨어/애플리케이션 | Butterfly Network | Butterfly iQ 2.46; iPad 11 iPadOS 26 | iPad용 Butterfly iQ 앱 |
| 자일라진 (주사용) | Cronus Pharma | 유한회사 |
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