폐 내 가스분포 검사와 폐쇄용적, 폐확산능 검사

폐내 가스분포 검사

질소세척(청소)법

안정호흡 상태에서 순수한 산소를 7분간 흡입시킨 후의 날숨(호기) 종말 질소농도를 측정하는 방법을 질소호출법이라고도 한다. 이때 7분 동안 호출되는 질소의 농도를 측정해 보면 질소세척곡선이 그려진다. 매 산소흡입량이 일정하고 산소가 허파 내에 균등하게 분포한다고 가정하면 날숨종말(호기종말)의 질소농도는 지수함수 적으로 감소하게 되며 질소농도의 log를 가로축에, 호흡 횟수(또는 흡입합계량)를 세로축으로 하면 직선이 구해진다. 이 방법은 계산으로 구할 수 있는 장점이 있지만, 노력이 필요하고 직선을 긋는 방법에 오차가 수반되기 쉽다는 결점이 있다.

질소농도

• 정상인 : 1%(0.5~2.5%) 정도이다.
• 폐기종 등과 같은 병적인 허파 : 환기가 나쁜 부분이 크기 때문에 7분 후의 질소농도가 상승한다.
• 고령자 : 2.5%까지 증가한다.

단일호흡 질소세척법

잔기량 수준까지 최대호출시킨 후, 피검자에게 100%의 순수 산소를 흡입시킨다. 그 후 일정속도로 천천히 잔기량 수준까지 호출시키면서 호출된 질소농도를 연속적으로 기록하는 방법을 단일호흡법이라고도 한다.

단일호흡 질소세척곡선

1. 제 I상 : 호출 초기에는 호흡무효공간(사강)의 공기가 호출되기 때문에 질소농도는 0(100% 산소호출)으로 유지된다.
2. 제 II상 : 그 후 허파꽈리의 공기가 호출되기 때문에 질소농도는 급상승한다.
3. 제 III상 : 그다음 날숨이 종료될 때까지 고평부를 유지한다.
4. 제 IV상 : 그 이후 질소곡선이 다시 급상승한다.

제 II상은 사강 내 산소와 허파꽈리 내 질소의 혼합기체가 기록된 것이며, 제 III상은 허파 내의 질소만이 호출되어 기록된 것이다.

폐내 가스분포 평가에는 호출된 공기 중에서 750ml와 1250ml 지점에서의 질소 농도차를 지표로 사용한다. 정상인의 경우 1.5~2.5% 이하이며 연령이 많을수록 증가한다.

불균등 환기에 의해 폐내 가스분포에 이상이 있을 경우에는 환기가 나쁜 부분에서 나오는 호출공기가 나중에 호출되기 때문에 제 III상은 완전히 평탄하게 되지 않고 후반부가 점차로 상승한다.

헬륨 평형 시간법

변량식 폐쇄회로법을 이용하여 회로 내의 헬륨을 흡입시킨 후 20초마다 헬륨의 농도를 측정하여 허파와 회로 내의 헬륨농도가 평형을 이루는 시간을 측정하는 것이 헬륨 평형시간법이다. 측정을 하여 헬륨농도 평형시간이 120초 이상이면 비정상으로 간주한다.

폐쇄용적(Closing volume) 검사

정상적인 젊은 청년들의 경우에서도 허파 모든 부분의 환기가 균등한 것은 아니다. 따라서 기립 시 허파의 하부 종속부위는 정상 안정호흡 시에도 상부보다 더 많은 환기가 이루어진다. 그 이유는 가슴우리(흉곽) 내 상부의 흉막강압이 허파의 무게를 밑으로 받기 때문에 하부의 흉막강압보다 상대적으로 더 음압을 나타내어 상부의 허파꽈리는 이미 상당히 팽창되어 있고, 하부의 허파꽈리는 상대적으로 위축되어 있다. 따라서 기능적 잔기용량(FRC)에서 총 폐용량(TLC)까지 들숨을 할 경우 상부의 허파꽈리는 용적변화가 적으나 하부허파꽈리는 용적변화가 많아 결과적으로 폐하부 종속부에서 더 많은 환기가 이루어지는 셈이다.

한편 날숨 시 양압의 흉막강압으로 폐용적을 감소시킬 때 하부의 흉막강압이 상부보다 상대적으로 높기 때문에 폐하부의 기도가 쉽게 폐쇄되는 경향이 있고, 실제로 기능적 잔기용량 이하로 날숨을 할 경우 어느 순간 하부 허파의 기도 폐쇄가 일어나는데 이때의 폐용적을 폐쇄용적(CV)이라고 부른다. 정상인에서는 이 기도 폐쇄가 기능적 잔기용량(FRC) 이하의 폐용적에서만 나타나기 때문에 기능적 잔기용량 이상에서 호흡하는 평상호흡 시에서는 아무 영향이 없으나 노인, 만성기관지염, 폐기종과 같은 폐쇄성 폐질환에서는 기관지 저항의 증가나 허파의 탄성빈도 감소로 인해 정상보다 기도의 폐쇄 경향이 높아져 기능적 잔기용량(FRC) 이상의 폐용적에서도 기도 폐쇄가 일어난다. 따라서 기도 폐쇄가 일어나는 폐용적이 증가한 결과 폐쇄용적이 증가한다. 폐쇄용적이 기능적 잔기용량 이상으로 증가하면 평상호흡 시 하부허파의 기도 폐쇄가 일어나고 따라서 관류는 계속되지만 환기는 중지되는 환기관류 불균형이 초래되어 저산소혈증을 일으킨다.

폐쇄용적 측정법

단일호흡 질소세척법에서 100% 산소를 1회 총폐기량까지 흡입시킨 다음, 서서히 날숨 시키면서 질소농도를 측정하면서 질소세척곡선의 마지막에 곡선이 급상승(제 IV상)하는 부위에서부터 잔기량(RV)까지의 폐용적을 폐쇄용적(CV)이라고 한다.

폐쇄용적은 폐활량에 대한 백분율로 표시하며 폐쇄용적(CV)을 잔기량(RV)과 합하여 총폐기량에 대한 백분율로 표시한 것이 폐쇄용량(closing capacity, CC)이다.

질소농도 곡선의 급경사가 나타나는 이유는 100% 산소 흡입 시 상부 허파꽈리는 상대적으로 용적 변화가 적어 허파꽈리가스의 79%를 차지하는 질소가스가 덜 희석되어 높은 질소농도를 유지하고, 하부 허파꽈리는 용적변화가 많아 산소가 더 흡입되므로 질소가 더 희석되어 저농도를 유지한다. 산소흡입 후 날숨 시 초기에는 상부와 하부의 양측 허파꽈리에서 동시에 가스가 배출되어 일정한 질소농도의 고평부를 보이다가 하부 허파의 기도가 폐쇄되는 순간 상부에서만 고농도의 질소가 배출되기 때문에 급경사의 농도곡선이 나타난다. 따라서 이 급경사의 시작부위는 기도 폐쇄가 일어나는 폐쇄용적이다. 이들의 양은 허파의 크기에 따라 다르기 때문에 대개 폐쇄용적(CV)은 폐활량(VC)과의 비 즉, CV/VC%, CC는 총 폐기량(TLC)과의 비 즉, CC/TLC%로서 표현한다.

임상적 의의

단일호흡 질소세척법은 폐쇄용적의 측정뿐 아니라 폐쇄성 폐질환의 불균등한 환기부가 존재하는 경우 그 부위에 산소가 덜 들어가서 질소가 덜 희석되기 때문에 높은 질소농도가 유지된다. 따라서 날숨 시 정상부위보다 늦게 가스가 배출되어 고평부의 경사가 정상보다 급하게 나타나므로 환기장애의 진단에 도움을 준다. 장기간 흡연한 사람의 경우 만성기관지염과 폐기종의 증상이 없더라도  CV나 CC의 증대가 나타나는 경우가 많다.

CV는 성인에서 연령과 더불어 증대한다. 20대에서는 CV/VC%는 5~10%이나 70대에서는 25~30%가 된다. 소아기에는 약간 높으나 15세 정도에서 가장 낮아서 5% 정도로 저하한다. 기관지 천식, 심부전 초기에도 CV가 증대한다. 연령에 따라 CC가 증대하기 때문에 50~60대에서는 폐쇄용량(CC)이 기능적 잔기용량(FRC)보다 증대한다.

 

폐확산능(pulmonary diffusion capacity) 검사

폐확산능(DL)의 측정은 가스가 허파꽈리(폐포)에서 허파꽈리 모세혈관(폐포 모세혈관)으로 얼마나 용이하게 이동하는가를 측정하는 지표로서 원래 허파꽈리 모세혈관막(폐포 모세혈관막)의 비후에 의한 가스이동 장애를 진단하기 위하여 고안되었다. 산소의 경우 허파꽈리 모세혈관의 산소분압측정이 어렵기 때문에 모세혈관에 거의 존재하지 않는 일산화탄소 가스로 대치하여 측정하고 있다. 여러 가지 방법이 고안되어 있지만 임상에서는 단일호흡정지법이 가장 흔히 이용되고 있다. 

임상적 의의

폐확산능(DL) 검사의 임상적 이용은 간질성 폐질환, 폐기종 및 폐혈관 질환 등에서 주로 시행된다.

폐확산능 검사의 임상적 이용

• 간질성폐질환의 진단 및 경과 판단
• 제한성 병변 중 폐실질질환과 늑막질환의 감별
• 만성폐질환에서 장애정도 판단
• 폐기종 진단 및 중증도 판단
• 폐혈관 질환 : 혈관염, 다발성 폐혈전-전색증
• 폐이식환자에서 거부반응(폐쇄성 세기관지염)의 조기발견
• 기타 : 운동능력의 간접적 지표, 호흡생리의 연구방법

일산화탄소는 허파꽈리에서부터 허파꽈리 모세혈관 내로 확산되어 혈액 내 혈색소와 결합된 후 허파 외로 이동되기 때문에 폐확산능의 변화를 초래하는 경우는 허파꽈리 모세혈관막의 두께, 허파꽈리의 총면적, 모세혈관 내 혈액량 및 혈색소 농도에 의해서 영향을 받는다.

폐확산능의 변화를 초래하는 요인

• 허파꽈리 모세혈관막 요인
  • 정량적 변화 : 폐용적 변화, 허파꽈리면적/폐용적
  • 정성적 변화 : 허파꽈리막(폐포막) 두께
• 혈역학적 요인
  • 혈색소 농도
  • 폐모세혈관 내 혈류량
• 환기-혈류 균형
• 기타 : 일산화탄소 역압 등

폐확산능이 감소하는 경우는 폐간질에 섬유조직의 증식이 초래되는 여러 간질성 폐질환, 허파꽈리벽(폐포벽)이 파괴되는 폐기종, 폐절제술 후 및 빈혈 등이다.

폐확산능이 감소하는 경우

• 폐용적(VC)이 감소하는 경우(즉, 폐확산능이 정상 또는 증가하는 경우)
  1. 환기 감소 : 폐경결, 폐허탈
  2. 허파가 제대로 확장하지 못하는 경우 : 늑막질환, 신경 근육질환
  3. 폐 단위 감소 : 폐절제수술, 폐섬유증
• 폐확산능이 감소하는 경우
  1. 폐섬유증
     • 허파꽈리 모세혈관막의 손상에 의한 총표면적 감소 및 비효율적 환기·관류에 의해 감소된다.
     • 미만성 섬유증이 있으면 허파꽈리벽이 비후되어 감소된다.
  2. 심부전 : 폐울혈과 폐수종이 지속하면 폐섬유증으로 진행하여 폐확산능이 저하된다.
  3. 간질성 폐질환 : 허파꽈리 모세혈관막의 비후, 허파꽈리 모세혈관 단위의 감소 및 손상된 허파꽈리에 폐관류의 불균형 등
  4. 폐암 : 암의 침윤으로 폐혈관이 폐쇄되면 그 부분의 혈류가 소실 내지는 감소되고 일산화탄소의 흡입이 감소
  5. 폐기종
  6. 폐혈관폐쇄, 폐혈관염
  7. 허파(폐) 내 단락
  8. 허파꽈리-모세혈관의 비후
  9. 빈혈 : 일산화탄소 섭취량이 감소되고 폐확산능이 저하된다.

폐확산능이 증가하는 경우

• 폐내출혈
• 폐포모세혈관 내 혈액량이 증가하는 초기의 울혈성 심질환, 선천성 심질환
• 원인을 모르는 천식
• 다혈증