Correlation of Tracheal Cross-sectional Area with Parameters of Pulmonary Function in COPD

만성 폐쇄성 폐질환에서 기관의 단면적과 폐기능지표와의 상관관계

Background : Maximal expiratory flow rate is determined by the size of airway, elastic recoil pressure and the collapsibility of airway in the lung. The obstruction of expiratory flow is one of the major functional impairments of emphysema, which represents COPD. Nevertheless, expiratory narrowing of upper airway may be recruited as a mechanism for minimizing airway collapse, and maintaining lung volume and hyperinflation by an endogenous positive end-expiratory pressure in patients with airflow obstruction. We investigated the physiologic role of trachea in respiration in emphysema. Method : We included 20 patients diagnosed as emphysema by radiologic and physiologic criteria from January to August in 1997 at Seoul Municipal Boramae Hospital. Chest roentgenogram, high resolution computed tomography(HRCT), and pulmonary function tests including arterial blood gas analysis and body plethysmography were taken from each patient. Cross-sectional area of trachea was measured according to the respiratory cycle on the level of aortic arch by HRCT and calibrated with body surface area. We compared this corrected area with such parameters of pulmonary function tests as $PaCO_2$, $PaO_2$, airway resistance, lung compliance and so on. Results : Expiratory cross-sectional area of trachea had significant correlation with $PaCO_2$ (r=-0.61, p<0.05), $PaO_2$ (r=0.6, p<0.05), and minute ventilation (r=0.73, p<0.05), but inspiratory cross-sectional area did not (r=-0.22, p>0.05 with $PaCO_2$, r=0.26, p>0.05 with $PaO_2$, and r=0.44, p>0.05 with minute ventilation). Minute ventilation had significant correlation with tidal volume (r=0.45, p<0.05), but it had no significant correlation with respiratory frequency (r=-0.31, p>0.05). Cross-sectional area of trachea had no significant correlation with other parameters of pulmonary function including $FEV_1$, FVC, $FEV_1$/FVC, peak expiratory flow, residual volume, diffusing capacity, airway resistance, and lung compliance, whether the area was expiratory or inspiratory. Conclusion : Cross-sectional area of trachea narrowed during expiration in emphysema, and its expiratory area had significant correlation with $PaCO_2$, $PaO_2$, and minute ventilation.

연구배경 : 만성 폐쇄성 폐질환을 대변하는 폐기종에서 주요 기능적 장애는 호기의 장애이며, 최대 호기류량은 기도의 크기, 폐의 탄력반동압 그리고 기도의 함몰성에 의해 결정된다. 기도의 항몰성은 폐기종에서 기류를 제한하는 하나의 기전으로 작용하지만, 폐용적과 폐의 과팽창을 유지하는 기전으로 작용하여 가스교환을 증진시킨다는 주장도 있다. 따라서 폐기종에서 기관이 호흡에 미치는 생리학적 역할이 무엇인지를 알아보고자 본 연구를 수행하였다. 방 법 : 1997년 1월 1일부터 8월 31일까지 보라매병원 호흡기내과를 방문하여 단순 흉부방사선검사, 체간용적기록계(body plethysmography)를 포함하는 폐기능검사 및 HRCT를 통해 폐기종으로 진단된 20명을 대상으로 하였다. HRCT에서 대동맥궁의 정상부위에서 기관의 단면적을 호흡주기에 따라 측정하고 이를 체표면적으로 보정한 값과 동맥혈의 이산화탄소분압 및 산소분압, 기도저항, 폐유순도 등 폐기능지표와의 상관 관계를 분석하였다. 결 과 : 폐기종에서 기관의 단면적은 호기시 동맥혈의 이산화탄소분압(r=-0.61, p<0.05) 및 산소분압(r=0.6, p<0.05) 그리고 매분환기량(r=0.73, p<0.05)과 유의한 상관관계가 있었지만, 흡기시에는 상관관계가 없었다(이산화탄소분압과는 r=-0.22, p>0.05, 산소분압과는 r=0.26, p>0.05, 매분환기량과는 r=0.44, p>0.05). 매분환기량은 상시호흡량(tidal volume)과는 r=0.45(p<0.05)로 유의한 상관관계가 있었지만, 호흡수와는 r=-0.31(p>0.05)로 상관관계가 없었다. 폐기종에서 기관의 단면적은 호흡주기와 상관없이 $FEV_1$ FVC, $FEV_1$/FEC, 최대 호기류량, 잔기용적, 폐확산능, 기도저항, 폐유순도 등의 다른 폐기능지표와는 상관관계가 없었다. 결 론 : 폐기종에서 호기시 기관의 단면적은 주로 가스 교환(gas exchange)의 지표들과 유의한 상관관계가 있었지만, 폐용적이나 폐의 과팽창을 시사하는 지표와는 상관관계가 없었다. 따라서 폐기종에서는 호기시 동일 압력점의 개념에 의해 발생하는 기도압박으로 기관의 단면적이 감소하고 이러한 현상이 기류를 제한하는 하나의 기전으로 작용하는 것이지 폐용적이나 폐의 과팽창을 유지시켜 가스교환을 증진시키는 것은 아니라고 생각된다.