기도저항과 폐탄성

기도저항(airway resistance)

기체가 기도 내를 흐를 때 기체 분자간의 마찰 또는 기체와 기도벽의 마찰에 의해 일어나는 점성저항, 기류의 변화(난류 등)에 의한 관성저항 이외에 폐조직과 가슴우리(흉곽)의 점성저항과 관성저항이 발생한다. 따라서 호흡저항은 기체가 기도를 흐를 때의 기도저항, 폐조직의 점성저항 및 관성저항을 포함한 폐점성저항과 가슴우리의 점성저항 모두를 포함하는 총 호흡저항으로 구분해서 생각해야 한다. 그중에서 임상적으로 가장 중요시되고 있는 것이 기도저항(Raw)이다. 기도 내의 공기 흐름은 구강내압과 허파꽈리내압(폐포내압)의 차에 의해 생기며 폐포내압이 구강내압보다 높으면 공기가 호출되고, 낮으면 흡입된다.

폐의 점성저항은 구강내압과 흉강내압의 차로부터 측정할 수 있다. 마찬가지로 총 호흡저항은 구강내압과 가슴우리(흉곽)를 둘러싼 외부 공기압과의 차에 의해 측정한다.

기류가 층류를 형성할 때에는 Poiseuille의 법칙에 따라 저항은 기도반경의 4승에 반비례한다.

기도저항은 허파에서 균일하게 분배되어 있지 않는데 이것은 튜바모델을 이용할 경우 저항의 분배를 이해할 수 있다. 즉, 튜바의 입구는 기관, 목부위는 엽기관지, 출구는 말초세기관지로 가정하면 단면적은 원위부로 갈수록 증가하는 대신에 기류의 양은 일정하기 때문에 기류의 속도는 단면적에 반비례하여 감소하고 말초세기관지에서의 기류속도는 거의 무시할 정도가 된다. 따라서 이 부위에서의 기도저항은 거의 없고 기도의 저항은 튜바의 목 부위인 엽기관지에 의해 좌우된다고 할 수 있다.

실제로 이중 도자법으로 기도저항을 측정해 보아도 80% 정도의 저항이 엽기관지 및 분절기관지에서 생성됨을 알 수 있다. 그러므로 말초세기관지 이하에 병변이 있는 경우에는 기도저항이 정상일 수도 있다는 점을 유념해야 할 것이다.

기도저항 측정법

임상에서 폐쇄성 폐질환의 진단과 장애 정도의 판단은 보통 노력성 날숨유량의 측정으로 가능하나 생리학적으로는 실제 기도저항치를 측정하는 것이 더욱더 정확할 수 있다. 따라서 기도저항을 측정하기 위해서 유량은 입안에서 호흡기록계로 쉽게 측정할 수 있으나 허파꽈리압력의 측정은 기술적으로 매우 어렵다.

이론적으로 여러 가지 방법의 허파꽈리압력 측정법이 개발되었으나 실제 임상에서는 체적기록법을 이용한 방법이 흔히 쓰인다.

1. 피검자를 밀폐된 체적기록기 안에 앉힌 후 호흡을 상자 밖으로 내쉬지 않고 상자 안에서 빠르고 얕은 숨을 쉬게 한다.
2. 입안에서의 공기 유량변화와 이에 따른 상자 안의 압력변화를 측정한다
3. 마우스피스를 막고 호흡을 시켜 상자 안의 압력과 구강압의 압력변화를 측정하여 두 가지 상관관계에서 유도한 공기유량변화에 따른 구강압 즉, 허파꽈리압(폐포압)의 변화로부터 기도저항을 계산할 수 있다.
4. 마우스피스를 닫았을 때 즉, 공기의 흐름이 없을 때 구강압이 허파꽈리압을 반영한다고 가정하고 또한 모든 압력은 대기압을 기준으로 측정하므로 구강압은 허파꽈리압과 대기압의 차이라고 할 수 있다.
5. 이는 허파꽈리압을 직접 측정할 수 없기 때문에 허파꽈리압을 간접적으로 구하는 것으로서 그 이론적 배경은 호흡 시 체적기록기 상자 내 압력이 허파꽈리압에 따라 변화하기 때문이다.
6. 예를 들면 전체 용적이 일정한 밀폐된 상자 내에서 호흡 시 즉, 날숨 시 허파꽈리에서 공기를 내보내려면 기도저항만큼 허파꽈리압력을 높여야 하는데, 이렇게 할 경우 허파꽈리용적이 감소하는 반면 상자 내의 용적이 증가하여 압력은 감소한다.
7. 따라서 어느 대상자의 허파꽈리 압력변화에 따른 상자 내 압력변화의 관계로부터 상자 내 압력변화에 따른 구강압의 변화를 측정하여 허파꽈리압력의 변화를 간접적으로 구하는 것이다.

기도저항의 임상적 의의

기도는 기관에서 분지를 거듭하여 평균 23회 분지하며 말초에 있는 기도일수록 가늘어지지만 분지 횟수는 엄청나게 증가한다. 횡단면적은 말초일수록 커지고 저항은 낮아진다. 여러 가지 방법으로 측정한 성적에 의하면 중등도 크기의 기관지(4~5분지)에서 저항이 가장 높고, 그 후 점차 저하하기 시작하여 직경 2mm 이하의 세기관지의 저항은 총 기도저항의 10~20%밖에 되지 않는다고 한다. 바꾸어 말하면 기도저항의 값은 상부기관지의 병변에 의해 크게 좌우되며 세기관지의 병변은 거의 반영되지 않는 셈이다.

정상적으로 중심성 대기도의 저항은 총 기도저항의 대부분을 차지하며, 만성폐쇄성 폐질환에서 주로 침범하는 말초 소기도는 소기도 전체를 합한 단면적이 매우 넓기 때문에 이의 저항은 총 기도저항의 극히 적은 부분을 차지한다. 그러므로 만성폐쇄성 폐질환이 상당히 진행되어야만 총 기도저항이 증가된다.

 

폐탄성(Lung compliance)

허파의 늘어남을 표시하는 지표로서 생리학적으로는 경폐압력 변화에 따른 폐용적의 변화라고 정의할 수 있다. 허파는 가슴막강(흉막강) 내에 주머니처럼 매달려 있는 상태이므로 허파꽈리압력(폐포압력)과 흉막강압의 차이 즉, 경폐압에 의해서 일정 수준의 팽창을 유지하고 있다. 허파꽈리의 압력은 허파꽈리와 입안(구강) 사이에 공기의 흐름이 없을 때 구강압과 같다고 가정할 수 있으므로 구강압을 측정하고, 가슴막강(흉막강) 내의 압력은 식도내압이 이와 유사하므로 식도내압을 측정하여 이의 차이로써 경폐압을 구하고 폐용적은 체적 기록법으로 측정하여 폐탄성을 구한다.

측정방법

1. 피검자의 식도 내에 작은 고무풍선을 삽입한다.
2. 총 폐용량까지 흡입시킨 후, 숨을 서서히 내쉬면서 중간중간 마우스피스를 막아 공기의 흐름을 차단시킨다.
3. 그때마다 식도압과 구강압의 차이 즉, 경폐압을 측정한다.
4. 동시에 그때의 폐용적을 측정하여 경폐압의 변화에 따른 폐용적 변화 곡선을 그린다.
5. 이 곡선에서 기능적 잔기량으로부터 500ml 폐용적 증가에 필요한 경폐압을 구한 후, 500ml를 이 경폐압으로 나눈 값이 폐탄성이다.
6. 특이 폐탄성은 허파(폐)의 크기에 따른 차이를 줄이기 위해 폐탄성치를 기능적 잔기량으로 나눈 값이다.

이 방법의 폐탄성은 호흡이 정지되었을 때 측정한 것이므로 정폐탄성이라고 한다.

• 폐쇄성 폐질환(폐기종, 천식 등) : 증가
• 구속성(제한성) 폐질환(폐섬유증, 기흉 등) : 감소

동폐탄성은 평상호흡에서의 폐용적과 경폐압의 변화를 곡선으로 그린 다음 호흡이 날숨에서 들숨으로, 또는 들숨에서 날숨으로 바뀌면서 공기 흐름이 정지되는 시점에서 폐용적 차이를 경폐압의 차이로 나누어 구한다.

정폐탄성치와 동폐탄성치

• 정상인 : 호흡빈도를 증가시켜도 동일하게 일정
• 기도폐쇄 : 호흡빈도를 증가시킬수록 동폐탄성치가 감소하게 된다.(정폐탄성치는 일정하다)

따라서 이를 호흡빈도 의존성 폐탄성이라고도 부른다. 정상인에서는 허파의 물리역학적 특성이 균등하여 날숨 및 들숨시 허파의 모든 부분의 환기가 동시성을 유지하지만 폐쇄성 폐질환의 허파에서는 허파의 균질성이 변화하여 호흡이 빨라지면 허파의 일부분에서는 공기의 출입이 늦어져 폐용적 변화가 적어지고 따라서 폐탄성이 감소하여 호흡수 의존성을 보인다. 특히 말초 소기도에 저항이 증가되는 초기의 폐쇄성 폐질환에서 동폐탄성이 감소한다.