The Effect of Pressure Support on Respiratory Mechanics in CPAP and SIMV

CPAP 및 SIMV Mode하에서 Pressure Support 사용이 호흡역학에 미치는 효과

Background: Pressure support(PS) is becomimg a widely accepted method of mechanical ventilation either for total unloading or for partial unloading of respiratory muscle. The aim of the study was to find out if PS exert different effects on respiratory mechanics in synchronized intermittent mandatory ventilation(SIMV) and continuous positive airway pressure (CPAP) modes. Methods: 5, 10 and 15 cm $H_2O$ of PS were sequentially applied in 14 patients($69{\pm}12$ yrs, M:F=9:5) and respiratory rate (RR), tidal volume($V_T$), work of breathing(WOB), pressure time product(PTP), $P_{0.1}$, and $T_1/T_{TOT}$ were measured using the CP-100 pulmonary monitor(Bicore, USA) in SIMV and CPAP modes respectively. Results: 1) Common effects of PS on respiratory mechanics in both CPAP and SIMV modes As the level of PS was increased(0, 5, 10, 15 cm $H_2O$), $V_T$ was increased in CPAP mode($0.28{\pm}0.09$, $0.29{\pm}0.09$, $0.31{\pm}0.11$, $0.34{\pm}0.12\;L$, respectively, p=0.001), and also in SIMV mode($0.31{\pm}0.15$, $0.32{\pm}0.09$, $0.34{\pm}0.16$, $0.36{\pm}0.15\;L$, respectively, p=0.0215). WOB was decreased in CPAP mode($1.40{\pm}1.02$, $1.01{\pm}0.80$, $0.80{\pm}0.85$, $0.68{\pm}0.76$ joule/L, respectively, p=0.0001), and in SIMV mode($0.97{\pm}0.77$, $0.76{\pm}0.64$, $0.57{\pm}0.55$, $0.49{\pm}0.49$ joule/L, respectively, p=0.0001). PTP was also decreased in CPAP mode($300{\pm}216$, $217{\pm}165$, $179{\pm}187$, $122{\pm}114cm$ $H_2O{\cdot}sec/min$, respectively, p=0.0001), and in SIMV mode($218{\pm}181$, $178{\pm}157$, $130{\pm}147$, $108{\pm}129cm$ $H_2O{\cdot}sec/min$, respectively, p=0.0017). 2) Different effects of PS on respiratory mechanics in CP AP and SIMV modes By application of PS (0, 5, 10, 15 cm $H_2O$), RR was not changed in CPAP mode($27.9{\pm}6.7$, $30.0{\pm}6.6$, $26.1{\pm}9.1$, $27.5{\pm}5.7/min$, respectively, p=0.505), but it was decreased in SIMV mode ($27.4{\pm}5.1$, $27.8{\pm}6.5$, $27.6{\pm}6.2$, $25.1{\pm}5.4/min$, respectively, p=0.0001). $P_{0.1}$ was reduced in CPAP mode($6.2{\pm}3.5$, $4.8{\pm}2.8$, $4.8{\pm}3.8$, $3.9{\pm}2.5\;cm$ $H_2O$, respectively, p=0.0061), but not in SIMV mode($4.3{\pm}2.1$, $4.0{\pm}1.8$, $3.5{\pm}1.6$, $3.5{\pm}1.9\;cm$ $H_2O$, respectively, p=0.054). $T_1/T_{TOT}$ was decreased in CPAP mode($0.40{\pm}0.05$, $0.39{\pm}0.04$, $0.37{\pm}0.04$, $0.35{\pm}0.04$, respectively, p=0.0004), but not in SIMV mode($0.40{\pm}0.08$, $0.35{\pm}0.07$, $0.38{\pm}0.10$, $0.37{\pm}0.10$, respectively, p=0.287). 3) Comparison of respiratory mechanics between CPAP+PS and SIMV alone at same tidal volume. The tidal volume in CPAP+PS 10 cm $H_2O$ was comparable to that of SIMV alone. Under this condition, the RR($26.1{\pm}9.1$, $27.4{\pm}5.1/min$, respectively, p=0.516), WOB($0.80{\pm}0.85$, 0.97+0.77 joule/L, respectively, p=0.485), $P_{0.1}$($3.9{\pm}2.5$, $4.3{\pm}2.1\;cm$ $H_2O$, respectively, p=0.481) were not different between the two methods, but PTP($179{\pm}187$, $218{\pm}181 cmH_2O{\cdot}sec/min$, respectively, p=0.042) and $T_1/T_{TOT}$($0.37{\pm}0.04$, $0.40{\pm}0.08$, respectively, p=0.026) were significantly lower in CPAP+PS than in SIMV alone. Conclusion: PS up to 15 cm $H_2O$ increased tidal volume, decreased work of breathing and pressure time product in both SIMV and CPAP modes. PS decreased respiration rate in SIMV mode but not in CPAP mode, while it reduced central respiratory drive($P_{0.1}$) and shortened duty cycle ($T_1/T_{TOT}$) in CPAP mode but not in SIMV mode. By 10 em $H_2O$ of PS in CPAP mode, same tidal volume was obtained as in SIMV mode, and both methods were comparable in respect to RR, WOB, $P_{0.1}$, but CPAP+PS was superior in respect to the efficiency of the respiratory muscle work (PTP) and duty cycle($T_1/T_{TOT}$).

연구배경: 압력보조는 환자의 흡기시 정해진 양의 양압을 보조하여 상시호흡량을 증가시키거나, 호흡일을 경감시키는 목적으로 쓰이는 기계환기법으로 본 연구는 자발적 호흡이 허용되는 SIMV 및 CPAP 양식에서 PS를 사용할 경우 환자의 호흡역학상 어떤 차이가 있는지 알아보고자 하였다. 방법: 중환자실에 입원하여 호흡부전으로 기계환기중인 환자로 임상적으로 안정되었고 자발적 호흡횟수가 분당 12회 이상인 환자 14명을 대상으로, 먼저 CPAP(3 cm $H_2O$) 양식하에서 0, 5, 10 및 15 cm $H_2O$의 PS를 순서대로 적용하면서 CP-100 pulmonary monitor(Bicore, USA)를 이용하여 호흡역학 지수들을 측정하고 이어서 SIMV 양식으로 바꾸어 같은 방법으로 호흡역학 지수들을 측정하였다. 결과: 1) CPAP 및 SIMV 방식하에서 PS가 호흡역학에 미친 공통된 효과 CPAP 양식하에서 PS를 증가시킴에 따라 상시호흡량은 증가하였고, WOB과 PTP는 감소하였다. SIMV 방식하에서도 PS를 증가시킴에 따라 상시호흡량은 증가하였고, WOB과 PTP 역시 유의하게 감소하였다. 2) CPAP 및 SIMV 방식하에서 PS가 호흡역학에 미치는 효과의 차이 CPAP 방식하에서 PS를 증가시킴에 따라 분당호흡수는 유의한 변동이 없었고, $P_{0.1}$과 $T_1/T_{TOT}$은 유의하게 감소되었다. SIMV 방식하에서 PS를 증가시킴에 따라 분당호흡수는 유의하게 감소한 반면, $P_{0.1}$과 $T_1/T_{TOT}$은 유의한 변동이 없었다. 3) CPAP+PS 양식에서 SIMV 단독양식에서와 같은 상시호흡량을 얻는 상태에서의 호흡역학의 비교 동일 환자에서 CPAP+PS 양식으로 SIMV 단독양식에서의 상시호흡량이 얻어지는 상태에서 분당호흡수 WOB, $P_{0.1}$ 등에는 양 방식 간에 차이가 없었으나 PTP와 $T_1/T_{TOT}$은 CPAP+PS 양식이 유의하게 낮았다. 결론: 기계호흡에서 압력보조의 사용은 CPAP 및 SIMV 양식 모두에서 상시호흡량을 증가시키고, 환자의 호흡일, 호흡근 산소소모량 지수를 감소시켰으며, 분당호흡수의 감소는 SIMV 방식에서만 관찰되었고, 중추성호흡추진력의 감소와 호흡근의 지구력지수의 호전은 CPAP 방식에서만 관찰되었다. 한편 상시호흡량이 같은 수준에서의 CPAP+ PS 방법은 SIMV 법에 비해 호흡근의 일효율이 더 높고 호흡근의 지구력지수가 더 우수하였다. 따라서, 기계적환기 유지기나 이탈과정의 환자에서 압력보조의 겸용은 환자의 호흡역학 상태를 개선하는 것으로 사료된다.