심폐소생술의 혈류 기전과 새로운 심폐소생술 방법

연세대학교 원주의과대학 응급의학교실  황 성 오

심폐소생술에 의하여 심정지환자의 생명을 구할 수 있다는 사실이 알려진 이후로 45년이 경과한 현재에도 흉골 부위를 반복적으로 압박하는 ‘흉부압박(external chest compression)'이 인공순환의 표준방법으로 사용되고 있다. 심정지 환자에서 심박동이 회복되려면 심폐소생술 중 관상동맥 관류압이 20 mm Hg이상으로 유지되어야 하며, 뇌손상을 방지하려면 정상 뇌혈류량의 20% 이상의 뇌혈류량을 유지할 수 있어야 한다.1,2) 표준 심폐소생술은 정상 심박출양의 15-25%정도의 혈류량을 유발하므로, 표준 심폐소생술만으로는 환자가 소생되기에 충분한 혈류량을 유지할 수 없다.3,4) 따라서 표준 심폐소생술보다 순환혈류량을 증가시킬 수 있는 새로운 심폐소생술 방법을 개발하기 위한 다양한 시도와 연구가 진행되고 있다.

I. 흉부압박에 의한 혈액순환기전 (mechanisms of blood flow during external chest compression)

흉부압박에 의한 혈액순환기전으로 제시되고 있는 이론에는 심장펌프(cardiac pump)와 흉강펌프(thoracic pump)가 있다. 각 이론을 주장하는 학자들은 각각에 대한 나름대로의 증거를 제시하고 있으나 대부분의 연구결과가 동물실험에 의하여 밝혀진 것이며, 유사한 실험에 의한 결과가 서로 다른 결과를 초래하는 경우도 있다. 뿐만 아니라 심정지로부터 경과한 시간에 따라 심장의 compliance가 변하므로, 시간 경과에 따라 혈류유발기전이 달라지기도 한다.5)

1. 심장펌프이론

심장펌프이론은 흉곽을 압박하면 흉골과 척추사이의 가장 큰 장기인 심장이 압박이 되고, 특히 심실이 압박됨으로서 심실의 변형이 발생하고, 심실의 변형에 의한 용적 변화에 의하여 압박기 혈류가 발생한다는 이론이다. 따라서 좌심실과 우심실이 압박되면 심실 내 압력의 증가로 승모판과 삼첨판이 폐쇄되고 대동맥판과 폐동맥판이 열리면서 체순환과 폐순환이 이루어진다.

심폐소생술중 경식도 심초음파로 심장을 관찰하면 삼첨판과 승모판이 폐쇄되는 것을 관찰할 수 있다.6,7) 즉 흉곽을 압박할 때 삼첨판과 승모판의 폐쇄는 좌심실과 우심실의 압력이 좌심방과 우심방의 압력보다 증가된다는 것을 시사하는 소견이다. 또한 도플러 초음파로 심장 내 혈류를 관찰하면 흉부압박 중 승모판 역류가 관찰되므로 좌심실 내 압력이 좌심방압력보다 높다는 것을 간접적으로 알 수 있다.8) 또한 흉골이 압박될 때 압박 부위의 하행 흉부대동맥은 압박되며, 압박부위의 근위부 하행 흉부대동맥은 흉부압박기에 확장된다. 이와 같은 대동맥의 변화는 인체에서 표준 심폐소생술 시 혈류가 유발되는 기전으로서 심장펌프이론이 작용한다는 증거가 될 수 있다.9)

Ma 등10)은 표준 심폐소생술 중 경식도 심초음파 및 도플러를 사용하여 승모판의 폐쇄 여부, 승모판 혈류의 발생시기, 폐정맥 혈류의 방향을 측정한 결과, 심장펌프 또는 흉강펌프에 합당한 소견이 관찰되는 환자와 더불어 일부의 환자에서 압박기에 승모판이 개방되고 폐정맥으로 역류가 발생하는 현상을 관찰하였다. 이러한 소견은 좌심방압이 좌심실압 및 폐정맥압보다 높아지는 현상을 반영하는 것으로서, 흉부압박에 의하여 좌심방압이 가장 높게 상승되어 혈류가 발생하는 “좌심방 펌프”를 시사하는 관찰이다. 심정지 상태에서는 심실이 수축하지 않기 때문에, 이들의 관찰은 심장의 어느 부위가 압박되는지에 관계없이 흉부압박에 의하여 심장펌프가 발생한다는 것을 보여주는 것이라 하겠다.

2. 흉강펌프이론

흉강펌프이론은 흉부를 압박하면 심장이 눌리는 것이 아니라 흉강 내 압력이 상승되면서 상승된 흉강내압과 흉강외압의 차이에 의하여 순환이 이루어진다는 이론이다.

흉강펌프이론에 의한 혈류발생기전은 다음과 같다. 흉부를 압박하면 폐포로부터의 빠른 공기흐름이 소기관지의 저항을 유발하여 폐포 속의 공기가 기관 쪽으로 배출되지 못하므로 폐포 내 압력이 증가되어 흉강 내 압력이 증가된다. 흉강 내 압력이 증가하면 흉강내압이 흉강외압보다 높아지므로, 흉강내부로부터 흉강외부로 혈류가 발생한다.11) 같은 양의 혈액이 유입되더라도 동맥이 정맥보다 탄성이 낮으므로, 동맥의 압력이 정맥의 압력보다 높아져 동맥과 정맥사이에 압력 차이가 발생함으로서 혈류가 유발된다. 또한 경정맥에는 역류를 방지하는 판막이 있으므로 흉부압박에 의한 혈액의 역류가 차단되어 경동맥과 경정맥사이에 압력 차이가 유지되어 혈액이 뇌로 순환한다.12)

II. 새로운 심폐소생술 방법

새로운 심폐소생술방법으로는 interposed abdominal compression CPR (IAC-CPR), high frequency CPR (H-CPR), prone CPR등과 같이 현재의 심폐소생술방법을 변형하여 순환량을 증가시키려는 방법, active compression decompression CPR (ACD-CPR), vest CPR, simultaneous sternothoracic CPR (SST-CPR), phased thoracic-abdominal compression-decompression CPR (PTACD-CPR)등과 같이 새로운 기구를 사용하여 순환량을 증가시키려는 방법, impedance threshold valve (ITV) 등의 보조기구를 사용하는 방법이 시도되고 있다

1. 현재의 심폐소생술을 변형한 방법

1) Interposed abdominal compression CPR (IAC-CPR)

IAC-CPR은 흉부압박과 더불어 다른 한명의 구조자가 복부를 압박하되 흉부과 복부를 번갈아 압박하는 방법이다. 이 방법은 복부를 압박하면 하대정맥으로의 혈액 역류와 복부 대동맥으로의 혈류가 차단되어, 관상동맥과 경동맥으로의 혈류를 증가시킨다는 생각에서 시작되었다. IAC-CPR을 할 때에는 흉부압박기에는 복부를 압박하지 않고, 흉부이완기에 복부를 약 100 mmHg정도의 압력으로 압박한다. 복부를 압박하는 방법은 두 손을 겹친 상태에서 복부의 중앙을 압박한다. 압박부위의 위치가 부적절하면 복부장기의 손상이 발생할 수 있다. IAC-CPR은 동물실험에서 기존의 심폐소생술 방법보다 수축기 및 이완기 혈압, 심근관류압, 심박출양을 증가시키는 것으로 알려졌으며, 병원내 심정지환자에게 시도될 경우에 표준 심폐소생술을 하는 것보다 생존율을 증가시키는 것으로 보고되었다.13,14)

IAC-CPR은 복부장기의 손상을 초래할 수 있으며, 복부압박에 의한 위내용물의 역류를 초래하므로 반드시 기관내 삽관한 후 시도하여야 한다. 또한 이 방법은 3명의 구조자가 있어야 할 수 있으므로, 응급의료팀이 일반적으로 2인의 응급구조사로 운영되고 있는 점을 감안하면 임상적용에는 한계가 있다.

2) High impulse CPR

현재의 심폐소생술에서는 성인의 경우 흉부압박 회수를 분당 100회 정도로 시행하도록 권장하고 있다. 동물실험에 의하면 흉부압박 회수를 증가시킬 경우 심박출양은 압박회수를 분당 150회정도 증가시킬 때까지 계속 증가하지만, 압박회수를 증가시킬수록 이완기가 감소하므로 관상동맥혈류량은 분당 120회 정도의 압박수를 유지할 때 최고가 된다. 따라서 high impulse CPR을 주장하는 학자들은 관상동맥혈류를 최대로 유지하고 심박출양을 증가시키려면 압박회수를 분당 120회로 하여야 한다는 것이다.15)

High impulse CPR은 동물실험에서 관상동맥 및 뇌혈류를 증가시키고 생존율을 증가시키는 것으로 증명되었으나 임상실험의 연구결과는 없다.16) High impulse CPR은 단순히 압박회수만을 증가시키므로 임상적용이 쉽고, 새로운 부작용에 대한 우려는 없으나, 구조자의 피로를 증가시키므로 심폐소생술시간이 경과할수록 심폐소생술의 효율을 감소시킬 가능성이 있다.

3) Prone CPR

Prone CPR은 환자를 복와위상태로 유지한 후 흉곽의 후면(제 7-10 흉추사이)을 압박하는 심폐소생술 방법이다. 이 방법은 표준 심폐소생술을 시행할 때보다 더 강한 힘으로 흉곽을 압박할 수 있기 때문에 압박기 동맥압과 평균동맥압을 표준 심폐소생술보다 높게 유지할 수 있다는 장점이 있다.17) 즉, 흉골을 압박하는 현재의 심폐소생술 방법은 costocondral junction의 손상을 쉽게 가져오기 때문에 압박의 강도를 높이지 못하는 한계가 있으나, 흉곽의 후면에서 압박을 할 경우에는 더 강한 힘으로 압박하여도 흉곽의 손상 가능성이 낮기 때문에 압박력을 증가시킬 수 있다는 것이다. 또한 이 방법은 복부를 받쳐주는 기구를 사용할 경우에 흉부를 압박할 때 횡격막의 움직임을 최소화시킴으로써 흉강내압의 상승을 극대화할 수 있다.18) 이 방법에 대한 임상연구로서 소규모의 병원내 심정지환자에서 표준 심폐소생술과 prone CPR을 비교한 결과, prone CPR이 표준 심폐소생술에 비하여 압박기 동맥압과 평균 동맥압을 상승시켰다는 보고가 있다.19)

2. 보조기구를 사용하는 심폐소생술

1) Active compression decompression CPR (ACD-CPR)

ACD-CPR은 흉부에 컵모양의 기구를 밀착시키고 흉부를 압박한 후, 기구를 끌어올림으로서 흉강내에 음압을 조성하여 정맥으로부터 심장으로의 혈액유입을 증가시키는 방법이다. 현재 시판되고 있는 ACD-CPR기구는 흉골부위에 접촉시킨 후 진공을 이용하여 접착상태를 유지하는 컵모양의 부착기구와 기구를 압박하고 끌어올릴 수 있는 손잡이로 구성되어 있다. 손잡이에는 압박과 이완의 정도를 알 수 있도록 계기판이 달려있다. ACD-CPR은 동물실험과 임상실험에서 심박출양, 관상동맥혈류량, 경동맥 혈류량을 증가시키는 것으로 보고되었다,.20,21) ACD-CPR이 심정지 환자의 생존율을 증가시키는지에 대해서는 논란이 있다.22-24)

2) Vest CPR

Vest CPR은 공기가 들어갈 수 있도록 고안된 조끼를 심정지환자의 흉곽에 입힌 후 주기적으로 공기를 주입하여 흉강내압을 상승시킴으로서 혈액순환을 유발하는 방법이다. 이 기구는 흉곽을 충분히 덮을 수 있는 공기조끼로 환자의 흉곽을 둘러싼 후, 조끼로 압축공기를 불어넣음으로서, 조끼의 압력을 증가시켜 증가된 압력이 흉곽으로 전달되도록 한다. 조끼내 압력을 250-300 mmHg정도로 증가시키면 약 150 mmHg정도의 흉강내 압력을 얻을 수 있는 것으로 알려져 있다. 이 장비는 동물실험에서 기존의 심폐소생술방법보다 심박출양과 관상동맥관류압을 높게 유지할 수 있는 것으로 보고되었다.25) 또한 소수의 환자에서 시행된 임상실험에서 기존의 방법보다 우수하다고 보고되었다.26)

3) Simultaneous sternothoracic CPR (SST-CPR)

SST-CPR은 흉골을 압박하는 피스톤과 피스톤의 운동에 따라 흉곽을 수축하는 흉곽 띠로 구성된 심폐소생술 장치를 사용하는 심폐소생술 방법이다. SST-CPR은 흉골을 압박하면서 동시에 흉곽을 수축시킴으로서, 흉골의 압박으로 발생하는 심장펌프와 흉곽을 수축시켜 발생하는 흉강펌프가 1회의 심폐소생술 주기 내에서 동시에 작용할 수 있다. 심정지를 유발한 동물 실험 결과, 표준 심폐소생술보다 높은 관상동맥 관류압 및 호기말 이산화탄소압을 유발할 수 있었으며, 생존율을 높일 수 있는 것으로 나타났다.27,28)

4) Phasic thoracic abdominal active compression-decompression CPR (PTACD-CPR)

ACD-CPR과 IAC-CPR을 조합한 방법으로서, 전술한 ACD device와 같은 보조기구가 양측에 달려있는 심폐소생술 장치를 사용하여 흉부와 복부를 번갈아 가면서 압박 및 감압하는 방법이다. 동물실험에서 표준 심폐소생술보다 높은 관상동맥 관류압을 유발할 수 있는 것으로 알려졌다.29) 심정지환자를 대상으로 한 임상연구에서 무수축과 무맥성 심전도 활동을 가진 환자에서 단기 생존율을 높이는 것으로 보고되었다.30)

5) Impedance threshold valve

Impedance threshold valve는 호흡계와 순환계의 연계성을 이용하여 심폐소생술의 효율을 증가시키는 장치이다. Impedance threshold valve는 심폐소생술의 이완기에 흉강내압이 감소할 때 흡기를 차단하는 판막이다. 심폐소생술의 이완기에 흡기가 차단되면 흉강내 음압이 증가됨으로써, 흉강 내로의 정맥 환류가 증가하게 된다. 흉강 내로의 정맥 환류가 증가되면 이어지는 흉부 압박에 의한 혈류량이 증가된다.31) Impedance threshold valve는 동물실험을 통하여 심정지 상태의 동물에서 좌심실 및 뇌혈류량을 증가시키는 것으로 증명되었으며, 동물의 24시간 생존율을 높이는 것으로 보고되었다.32) 뿐만 아니라 정상인에서도 impedance threshold valve를 사용하여 호흡을 할 경우에 동맥압, 심박출량을 증가시킬 수 있는 것으로 알려졌다.33)

III. 결론

다양한 심폐소생술 방법이 개발되어 있으나, 현재까지 표준 심폐소생술을 대체할 만한 새로운 심폐소생술은 없다. 심정지가 발생한 후 4-5분이상이 경과한 상태의 심정지환자가 생존하려면, 심폐소생술에 의한 인공순환이 반드시 제공되어야 한다. 심정지상태에서 혈액을 순환시키는 기전에 대한 연구와 혈류량을 획기적으로 증가시킬 수 있는 새로운 심폐소생술의 개발은 심정지 환자의 생존율을 제고하기 위한 의학계의 숙제이다.

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