기도저항측정.

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1 기도저항측정

2 기도저항(Airway resistance)
기도저항 : 대기(atmosphere)와 폐포 사이에 존재하는 기도에 부과되는 공기의 흐름에 대한 저항. 기도 : 구강, 비강인두(nasopharynx), 후두(larynx), 중심기도(central airways) 그리고 말초 기도.

3 총폐저항(total pulmonary resistance) :
구강에서 공기 흐름을 일으키기 위한 폐의 흉막 표면과 구강사이에 필요한 압력 차이 : (폐포와 구강 사이의 압력차인 기도저항 + 흉막과 폐포사이의 압력차인 폐 조직저항). 총호흡기저항(total respiratory resistance) : 흉벽저항(Rcw) + 폐조직저항(Rti) + 기도저항: 흉벽저항이 폐질환에 의하여 별로 영향을 받지 않기 때문에 기도 직경 변화의 유용한 지표.

4 총호흡기저항 강제진동(forced oscillation) 방법. 침상 옆에서 이동하며 측정할 수 있고,
안정 일상호흡(tidal breathing)시나 헐떡임(panting)시 흡기 및 호기저항을 측정 가능. 의식이 없는 사람에서도 저항 측정이 가능한 장점. 기기의 제한성 임상적 유용성에 대한 검증이 적어 임상 검사로서는 널리 사용되지 않고 있다.

5 총폐저항 압력-유속 방법(pressure-flow method) : 구강에서의 유속, 흉막 표면의 압력 그리고 폐포압력 측정.
실제는 구강에서 호흡유량계(pneumotacho-graph)로서 유속, 흉막 표면의 압력은 식도압, 폐포 압력은 호흡을 정지시킨 후 구강압으로 측정. 식도에 풍선(balloon)을 주입시켜야 하는 불편함 등 기술적으로 어려워 임상에서 사용에 제한점.

6 기도저항 체적변동기록기법 (plethysmograph) 가장 정확하고,
대부분의 피검자들에게 수용가능하며(acceptable), 흉곽내 폐용적 동시에 측정 가능 임상적으로 널리 쓰이고 있다. 헐떡임(panting) 방법이 정상 호흡(normal breathing)시 측정보다 선호됨.

7 Components measured by the different methods
Table 1. Average values for the total thoracic resistance and its components at a flow rate of 0.5 ℓs-1 in healthy young men. The values in women are higher SI Units kPa l-1 s Tradit. Units cmH2O l-1 s Components measured by the different methods Mouth 0.05* 0.5* Larynx 0.05 0.5 2-3 mm airways 0.02 0.2 Alveoli Lung tissue 0.12 1.2 Chest wall Total 0.26 2.6 Oesophageal balloon Forced oscillation Plethysmogrph Interupter * During gentle panting with the mouth wide open; higher values are obtained during normal breathing. The data are due to Pride.

8 공기 흐름 (유량)의 생리학적 결정요소 기도저항 : 일정 단면적을 가진 기도를 통하여 공기의 흐름이 있을 때 나타나는 마찰에 의한 압력 감소. 오음 법칙(Ohm's law)에 의하면 저항 = 압력/유속(resistance = pressure/flow) 기도저항 : 추진 압력과 유량을 측정할 수 있으면 계산 가능. 추진 압력(driving pressure)이 저항을 극복하면 공기의 흐름이 나타남. 유량를 결정하는 요소 : 기도저항 이외 폐탄력성, 노력에 따라 유량이 달라질 수 있음.

9 폐실질의 탄력반동(elastic recoil) : 기도에 대한 방사성 견인(radial traction)을 변화시켜 기도 단면적에 영향.
흡기(inspiration) : 폐용적이 증가함에 따라 폐탄력반동 ↑ → 기도의 단면적↑→ 기도 확장, 2. 호기시 : 기도를 압축. 따라서 폐용적이 증가하여 기도가 확장되면 기도저항은 쌍곡선 모양으로 감소하고 기도 전도도(conductance)는 폐용적이 증가함에 따라 직선적으로 증가한다.

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13 최대노력성호기유량용적곡선(maximal expiratory flow volume curve)
: 기도저항과 폐 탄력성의 상호 관계. 전폐용량(total lung capacity, TLC)에서의 최대 유량 : 1. 폐용적 증가에 따른 기도저항 감소 2. 폐 탄력성 증가 3. 환자의 최대 노력. 폐용적이 차차 감소함에 따라 유량이 감소하고 잔기량에 접근할수록 폐탄력성과 환자의 노력 ↓→ 곡선의 모양은 기도의 저항만 반영.

14 최고호기류량(peak expiratory flow), 1초간노력성호기량(FEV1) : 
1. 기도저항 측정과는 약간 다른 측정. 2. 기도저항 외에 폐탄력성의 추진 압력과 환자 노력이 포함됨.  유량 감소의 여러 원인들을 감별하기 위하여서는 기도저항을 직접 측정하지 않고는 어렵다.

15 폐기종 폐 탄력 반동 감소에 따라 1초간노력성호기량(FEV1)이 감소. 2. 기도 단면적은 그다지 감소하지 않음 : 기도저항은 정상. 안정시 호흡 유량를 결정하는데 있어 폐탄력성과 환자 노력의 영향이 감소하므로 기도저항이 유량를 결정한다.

16 기도저항 측정의 체적변동기록기법(plethysmograph method)
체적변동기록기, 호흡유량계(pneumotachograph), 압력계, 원격조종 개폐기(shutter)의 마우스피스(mouthpiece). 피검자가 일정 용적의 체적변동기록기 안에 앉아 있으면 1. 상자안 압력은 호흡주기에 따라 변동함. 압력의 변동은 흉곽안과 흉곽밖 사이의 기도 저항 에 의함. 2. 흡기시: 흉곽의 확장은 폐포내 압력  ↓, 상자안 압력 ↑ 3. 호기시: 흉곽의 압축으로 폐포압 ↑ ≻ 상자내 압력. ∴ 상자내 압력 vs. 폐포내 압력 : 역 비례 → 기도저항 계산 위한 폐포압력 대신 상자내 압력 이용 가능.

17 1. 폐쇄된 개폐기(shutter)에 대하여 가볍게 헐떡임(panting)
상자내 압력에 대한 폐포 압력의 관계 측정 1. 폐쇄된 개폐기(shutter)에 대하여 가볍게 헐떡임(panting) 2. 공기의 흐름 (-) 호흡기관을 통하여 압력 일정 → 폐포 압력 : 마우스피스(mouthpiece)에서 간접적으로 측정 가능 3. 구강에서 측정한 압력과 동시에 상자 안 측정 압력은 오실로스코프(oscilloscope)의 Y 및 X 축에 도시 → 경사도 : 상자내 압력에 대한 폐포압력 변화의 비 (△PA/△Pbox). •

18 상자내 압력과 유속의 관계 측정 개폐기를 열고 피검자가 호흡유량계를 통하여가볍고 얕게 panting 하면서 상자내 압력 측정 → 상자내 압력과 호흡유량계로 측정된 유속이 역시 X 및 Y 축에 도시됨 : 양자 관계의 경사도 (V/△Pbox). .

19 Fig1.Body plethysmograph (constant volume) and ancillary equipment for measuring the thoracic gas volume and airway resistance. The volume of the plethysmograph is about 700 L and full-scale deflection on the oscilloscope is obtained with a change in volume of 70 ml, equivalent to a change in pressure of 10 Pa (0.1 cm H2O). Tan θ is the pressure in the mouth during panting against the closed shutter expressed as a fraction of the pressure in the box. For calculation of thoracic gas volume tan θ is compared with the ratio of the signal due to movement of the calibrating syringe to the pressure in the box. For measurement of airway resistance tan θ is compared with the ratio of the signal from the pneumotachograph during gentle panting with the mouth open to the pressure in the box.

20 △PA/△Pbox △PA △Pbox △PA Raw = = x = V/△Pbox △Pbox V V
∴ 개폐기(shutter) 닫았을때의 경사도(△PA/△Pbox)를 개폐기 (shutter) 열었을 때의 경사도(V/△Pbox)로 나눔 : 기도저항 △PA/△Pbox △PA △Pbox △PA Raw = = x = V/△Pbox △Pbox V V • • • •

21 기도저항 측정시 피검자로 하여금 헐떡임(panting)을 하게 하는 이유
일부 체적변동기록기는 충분한 진동 반응성 (frequency response)을 갖고 있지 않아 정상 일상 호흡시의 낮은 진동수에서 정확한 측정이 불가능하고, 얕은 헐떡임(panting)으로 호기량을 제한 함→ 일상 호 흡시의 많은 량 호기에 의한 체적변동기록기 상자내 온 도 변화를 피할 수 있어 측정을 정확하게 할 수 있고, (3) 헐떡임(panting)시에는 성대와 성문(glottis)이 열려 있 음 : 성문과 후두 (larynx)에 의한 기도 이외의 저항을 최소화 함.

22 TABLE 2. PARTITIONING OF AIRWAYS RESISTANCE
Normal Chronic bronchitis and emphysema (cm H2O/liter/sec) Larynx, pharynx* Bronchi greater than 2 mm diameter (approx, first nine generations)† Bronchi smaller than 2 mm diameter† Total 0.5 0.2 1.2 0.8 3.2 4.5

23 정상 일상 호흡(tidal breathing)시 측정
특별 호흡 조작 없이 쉽게 측정 가능하고, (2) 환자가 평소에 느끼고 경험하는 기도저항을 정확히 반영하며 (3) 심한 기도폐쇄 환자 일부에서 관찰되는 기도저항 측정의 오류를 최소화 할 수 있으나, 구강 후두에 의한 저항이 포함되어 있어 측정치가 높이 나타남. (4) 안정시 일상 호흡방법은 열성표류(thermal drift)와 위상정렬(phase alignment)의 문제가 있기 때문에 이를 교정하기 위하여 흡기를 미리 가열하고 포화시키는 방법과 전자식 보정방법이 있으며 흔히 후자를 사용한다.

24 기도저항 측정은 흡기 및 호기시 시행하므로 그 결과 나타난 각각의 고리들(loops)은 흡기 혹은 호기저항 측정으로 사용할 수 있다.
1. 정상인에서는 이 두 저항치가 같으나(Fig. 2-A), 2. 어떤 폐쇄성 폐질환 환자에서는 이 둘이 서로 달라 (Fig. 2-B) 흡기 및 호기저항을 따로 계산 해서 보고한다. 3. 한가지만 선택할 경우에는 흡기 측정치를 보고 한다.

25 기도폐쇄 환자 일부에서는 높은 유량속에서는 아마도 난류 때문에 저항이 증가하여 직선이 아닌 곡선의 압력-유량 궤적(tracing)을 보인다(Fig. 2-C). 검사 결과를 일률적으로 하기 위하여 저항 측정 유량속도를 0.5 L/s (liters per second)로 표준화 시킨다.

26 Fig 2. Plethysmographic pressure flow loops illustrating how resistance measurements that are measured from the slopes of the pressure-flow curves can vary when nonlinear loops are observed. (a) normal flow; (b) obstructive lung disease-low flow rate; (c) obstructive lung disease-high flow rate; (d) severe obstructive lung disease demonstrating hysteresis during expiration.

27 측정 방법 검사 시작전 열평형(thermal equilibration) 도달 실패 : 분 걸리며, 열성 불안정 → 궤적의 표류(drift) (Fig. 3) : 폐포압 측정 부정확. 2. 환자 지도 불충분 : 최대 노력 하는 타 폐기능검사와 달리 환자는 개폐기가 닫힌후 가볍게 panting 하여야 함: 1-1.5회/분. 환자의 노력이 커서 문제.(Fig. 4). 체적변동기록기 상자의 문을 닫기전 연습, 열 평형을 기다리는 동안에도 연습 반복. 흉곽 가스 용적 측정전 기도저항 먼저 측정.

28 측정 방법 환자준비 Fig 3. Thermal equilibration in plethysmography. 

29 Fig 4. Effects of patient coaching in determining airway resistance (Raw). Top left and center,
too much patient effort; top right little effort. Bottom, all correct efforts.

30 검사 결과 수락기준 (acceptability criteria)
일반적으로 최소한 3개의 수락가능하고 재현성이 있는 결과를 얻어야 한다.  수락 가능한 결과 1. 하자(artifact)가 없고 2. 고리를 형성하지 않으며(without looping) 3. 매끈하고(smooth), 명확한 궤적. 4. 개폐기(shutter)가 열리고 닫힐 때 환자의 노력이 약 ±2 L/s 의 유량 범위 내.

31 노력이 지나치면 재현성↓→ 궤적 이력현상(hysteresis), 노력이 부족하여도 오류(Fig. 5).
경사도의 측정 : 곡선에 시각적으로 가장 잘 들어맞는 선을 그어 ±0.5 L/s의 유량 사이에서 측정. 호기 및 흡기 저항을 각각 측정 경우 경사도 : 흡기 : 유량 0 – (-1.0) L/s, 호기 : 0 – (+1.0) L/s (Fig. 6).

32 Fig 5. Airway resistance (Raw) loop analysis
Fig 5. Airway resistance (Raw) loop analysis. BTPS = body temperature pressure saturated; I/E = inspiratory/expiratory.

33 Fig 6. Airway collapse patterns may be better represented by separating Rinspiratory and Rexpiratory.

34 기도저항의 임상적 적용 1초간노력성호기량 : 기도폐쇄뿐 아니라 폐탄력성을 반영. 기도저항 측정 : 기도 직경만 반영.
대부분의 기도저항 : 대기도와 구강인두에 기인하며 말초 소기도 : 전체 기도저항의 20-40% → 만성폐쇄성폐질환 초기 : 총기도저항이 크게 증가하지 않음.

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37 TABLE 2. PARTITIONING OF AIRWAYS RESISTANCE
Normal Chronic bronchitis and emphysema (cm H2O/liter/sec) Larynx, pharynx* Bronchi greater than 2 mm diameter (approx, first nine generations)† Bronchi smaller than 2 mm diameter† Total 0.5 0.2 1.2 0.8 3.2 4.5

38 참고문헌 Cotes JE. Lung resistance. In Lung Function. Assessment and application in Medicine, 4th ed. Oxford, Blackwell Scientific Pub Ries AL. Clausen JL. Airway resistance. In Wilson AF(ed), Pulomnary Function Testing. Indications and interpretations. Grune & Stratton, Inc Snow M.S. Airway resistance measurements. Resp Care Clin North Ame 1997;3:235. Pride NB. The assessment of airflow obstruction. Role of measurements of airway resistance and of tests of forced expiration. Brit J Dis Chest 1971;65:135.