Comparison of Gas Exchange Parameters between Same Volume of $N_2-O_2$ and Heliox Inhalation

동일한 상시 호흡량의 $N_2-O_2$ 및 Heliox 투여 시 가스교환지표의 비교

Background: Heliox is known to decrease $PaCO_2$ in patients with increased airway resistance by increasing minute ventilation and reducing work of breathing(WOB). Besides these effect, heliox is expected to decrease functional anatomic dead space owing to improvement of peak expiratory flow rate(PEFR) and enhancement of gas distribution. We investigated whether heliox can decrease $PaCO_2$ even at the same minute ventilation (VE) and WOB with $N_2-O_2$ to speculate the effect of the heliox on the anatomic dead space. Material and Method: The subjects were 8 mechanically ventilated patients with asthma or upper airway obstruction(M : F=5 : 3, $68{\pm}10$years) who were under neuromuscular paralysis. The study was consisted of three 15-minutes phases: basal $N_2-O_2$ heliox and washout Heliox was administered via the low pressure inlet of servo 900C, and respiratory parameters were measured by pulmonary monitor(CP-100 pulmonary monitor, Bicore, Irvine, CA, USA). To obtain the same tidal volume(Vt) in heliox phase, the Vt on monitor was adjusted by the factor of relative flow rate of heliox to $N_2-O_2$. Dead space was calculated by Bohr equation. Results: 1) Vt, VE, peak inspiratory pressure(PIP) and peak inspiratory flow rate(PIFR) were not different between $N_2-O_2$ and heliox. 2) PEFR was higher on heliox($0.52{\pm}0.19$L/sec) than $N_2-O_2$($0.44{\pm}0.13$L/sec)(p=0.024). 3) $PaCO_2$(mmHg) were decreased with heliox($56.1{\pm}14.1$) compared to $N_2-O_2$($60.5{\pm}15.9$)(p=0.027). 4) Dead space ventilation(%) were decreased with heliox($73{\pm}9$ with $N_2-O_2$ and $71{\pm}10$ with heliox)(p=0.026). Conclusion: Heliox decreased $PaCO_2$ even at the same VE and WOB with $N_2-O_2$, and the effect was considered to be related with the reduction of anatomic dead space.

연구배경: Heliox는 기도 저항이 증가된 환자에서 분시환기량의 증가와 호흡일의 감소로 인해 $PaCO_2$가 감소함이 알려져 있다. 이러한 효과 이외에도 최고 호기 유량비의 증가와 가스 분포의 호전에 의한 사강 호흡률의 감소효과도 있을 것으로 기대된다. 이에 저자등은 공기($N_2-O_2$)호흡 시와 통일한 분시환기량과 호흡일의 조건에서 heliox투여로 $PaCO_2$가 감소하는지 연구하였다. 대상 및 방법: 호흡 부전으로 기계호흡 중인 환자 중 기관지 천식이나 상기도 협착이 있으며 근 이완제 투여로 자신의 호흡일이 없는 8명(남 : 여 =5 : 3, 평균 68세)을 대상으로 하였다. 연구는 각 15분씩 기저 $N_2-O_2$투여, heliox투여 및 washout순으로 진행하였다. Heliox는 Servo 900C기종의 저압입구(low pressure inlet)를 통해 공급하였다. 호흡 역학 지표는 CP-100 monitor(Bicore, USA)로 측정하였고 heliox 투여시 동일한 일호흡량 유지을 위해 $N_2-O_2$에 대한 상대유량 비로 상시 호흡량을 보정하였다. 사강 호흡률용 Bohr의 공식으로 구하였다. 결 과: 일호흡량, 분시환기량, 최고 흡기압 및 최고 흡기 유량 비는 $N_2-O_2$와 heliox투여 군 사이에 차이가 없었다. 최고 호기 유량 비는 heliox투여 군에서 ($0.52{\pm}0.19$L/sec) $N_2-O_2$투여 군($0.44{\pm}0.13$L/sec)보다 높았다 (p=0.024). $PaCO_2$는 heliox투여 군 ($56.1{\pm}14.1$mmHg)이 $N_2-O_2$투여 군 ($60.5{\pm}15.9$mmHg) 보다 낮았고 (p=0.027), 사강 호흡률은 heliox투여군 ($71{\pm}10%$)이 $N_2-O_2$ 투여 군 ($73{\pm}9%$)보다 낮았다. 결 론: 분시환기량과 호흡일이 동일한 조건에서도 heliox투여 시 $N_2-O_2$투여에 비해 $PaCO_2$의 감소가 관찰되며 이는 사강 호흡률의 감소와 관련이 있을 것으로 사료된다.