대한중환자의학회지 : 제 25 권제 1 호 Vol. 25, No. 1, March, 2010 / DOI: 10.4266/kjccm.2010.25.1.37 증 례 장기간체외막형산소섭취사용후호전된중증급성호흡곤란증후군 1 예 증례보고 연세대학교의과대학 * 내과학교실호흡기내과, 흉부외과학교실, 폐질환연구소 박병훈 * ㆍ장준 * ㆍ김세규 * ㆍ강영애 * ㆍ손지영 * 이경종 * ㆍ윤여운 * ㆍ정지예 * ㆍ이삭 ㆍ박무석 * A Case of Prolonged Extracorporeal Membrane Oxygenation Support for Severe Acute Respiratory Distress Syndrome A Case Report Byung Hoon Park, M.D.*, Joon Chang, M.D.*, Se Kyu Kim, M.D.*, Young Ae Kang, M.D.*, Ji Young Son, M.D.*, Kyung Jong Lee, M.D.*, Yoe Wun Yoon, M.D.*, Ji Ae Jung, M.D.*, Sak Lee, M.D. and Moo Suk Park, M.D.* *Division of Pulmonary and Critical Care Medicine, Department of Internal Medicine, Department of Thoracic and Cardiovascular Surgery, The Institute of Chest Diseases, Yonsei University College of Medicine, Seoul, Korea When all the conventional treatments have failed for patients with acute respiratory distress syndrome (ARDS), extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) can offer these patients a chance to survive. We report here on a case of successful treatment with prolonged ECMO support for a patient with severe ARDS. A 41-year-old female patient with acute A-viral hepatitis developed pneumonia and progressive ARDS. After tracheostomy, her clinical condition deteriorated despite proper antibiotic administration and other conventional treatments, including the recruitment maneuver and steroid use. Venoarterial ECMO was given for the management of refractory hypoxemia that developed 14 days after the initiation of mechanical ventilation. The duration of ECMO support was 4 weeks, and she was successfully weaned off ECMO and mechanical ventilation. Key Words: acute respiratory distress syndrome, extracorporeal membrane oxygenation, intensive care. 체외막형산소섭취 (extracorporeal membrane oxygenation, ECMO) 는고식적인치료방법으로실패한급성심장부전이나급성호흡부전환자들에게적용할수있는보조적인방법으로, 의학기술의발달과더불어가역적인심폐기능손상에대한생존가능성을높이게되었다. 1) 1972년 Hill 등에의해급성호흡곤란증후군에이환된젊은환자에게 ECMO를성공적으로적용한사례가최초로보고된이후로, 2) 1980년대와 1990년대를거치면서중증호흡곤란증후군환자들을대상으로한 ECMO의성공적적용과이에따른생존율향상을 논문접수일 :2009 년 9 월 22 일, 승인일 :2009 년 12 월 30 일책임저자 : 박무석, 서울시서대문구신촌동 134 연세대학교의과대학내과학교실우편번호 : 120-752 Tel: 02-2228-1974, Fax: 02-393-6884 E-mail: pms70@yuhs.ac 확인한연구결과들이많이발표되었다. 3,4) 그러나급성호흡부전환자들을대상으로한 ECMO의적극적사용에대해서는현재까지논란의여지가남아있는상태이다. 또한국내에서는급성호흡곤란증후군을포함한급성호흡부전환자들을대상으로한 ECMO의적용에대한명확한적응증이없는상태이며, 비용문제및시술과유지에따르는어려움때문에아직까지는내과계중환자실의경우제한적으로만사용되고있는것이현실이다. 이에저자들은장기간 ECMO를성공적으로적용하여치료에성공한중증급성호흡곤란증후군 1예를보고하고자한다. 증례특이과거력이없었던 41세여자환자가급성 A형간염 37
38 대한중환자의학회지 : 제 25 권제 1 호 2010 에이환되어타병원에서치료를받던중폐렴이병발되어본원응급실로전원되었다. 내원당시활력징후는혈압 130/90 mmhg, 맥박수 120회 / 분, 체온 37.6 o C, 호흡수 35회 / 분이었다. 혈액검사상백혈구수치는 5,720/μl, 혈색소수치는 12.7 g/dl이었으며, 화학검사상 AST/ALT 1,150/1,920 IU/L, total bilirubin 4.0 mg/dl, 항체검사상 anti-hav IgM (+) 로급성 A형간염으로부터간기능이아직완전히회복되지않은상태였다. 산소마스크 10 L/min를적용한상태에서시행 한동맥혈가스검사상 ph 7.47, PaCO 2 21.4 mmhg, PaO 2 125.8 mmhg이었고, 단순흉부사진상양측성침윤이관찰되어급성호흡곤란증후군진단하에중환자실로이송후기계환기를시작하였으며, 인공호흡기조절은폐보호환기전략에따라일회환기량 6 7 ml/kg predicted body weight, 고평부압 (plateau pressure) 30 cmh 2O 미만이되도록하였다. 부피조절 (volume-controlled) 방식의보조적기계조절환기 (assisted controlled mandatory ventilation, ACMV) 로치료시작후 1일째산소분획 (FiO 2) 0.6, 호기말양압 (positive end-expiratory pressure, PEEP) 12 cmh 2O에서 PaO 2/FiO 2 105 mmhg, 고평부압 26 cmh 2O의소견을보여폐포모집술 (recruitment maneuver, intermittent stepwise high PEEP levels with a fixed pressure control maneuver) 을시행하였으며, 폐포모집술이후 PaO 2/ FiO 2 는 240 mmhg으로호전되었다. 입실 2일째우측폐에기흉이발생하여흉관을삽입하였으며입실후 1주일동안은평균 PaO 2/FiO 2 200 mmhg 내외로유지하는것이가능하였다. 입실 9일째기관절개술 (tracheostomy) 시행전후로다제내성 acinetobacter baumannii 감염증이병발하여환자의폐상태는점차악화되었으며, 항생제교체, 스테로이드추가 (methylprednisolone 125 mg#2, 이후 2주에걸쳐감량함.) 및폐포모집술을반복하였음에도불구하고 PaO 2/FiO 2 100 mmhg 이하의저산소증이지속되어복와위체위요법 (prone positioning) 을시도하였으나기관절개술부위의기류유출 (airflow leak) 로인해일회호흡량이감소하여복와위를유지하는것이불가능하였다. 입실 14일째우측대퇴정맥과대퇴동맥에 18 Fr 도관 (Femoral cannula, Edwards Lifesciences, USA) 을경피적으로삽입한뒤 VA (veno-arterial) ECMO (CAPIOX R EBS TM Circuit & CAPIOX R SP Pump Console SP101, TERUMO, Japan) 를시작하였고혈류는 3 3.5 L/min, ACT 150 180초를유지하였다. 이후기계환기조절은호흡수 10회 / 분, 일회호흡량 4 6 ml/kg, PEEP 8 10 cmh 2O, FiO 2 0.4를목표로하였으나, ECMO 시작 2일째우측에삽입하였던흉관의기능이원활하지못하여추가로 2번째흉관을삽입하였고이역시헤파린에의해발생한혈흉및혈전에의한기능적폐쇄가반복되어기계환기를목표대로낮추는것이불가능하였다 (Fig. 1). VA-ECMO 시작후대퇴동맥산소분압은 300 mmhg를상회하였으나상대적으로산소섭취를적게받은요골동맥산소분압은평균 60 mmhg에 Fig. 1. A chest radiograph showed bilateral diffuse patchy opacities combined with right hemothorax and right pneumothorax at initiation of extracorporeal membrane oxygenation. Two chest tubes were placed in right hemithorax. 불과하여저산소성뇌손상 (hypoxic brain damage) 발생가능성때문에처음 2주간은 FiO 2 를목표대로낮추지못하였으나, 폐기능이회복되기시작한 3주째는 0.8까지, 4주째는 0.5까지낮추는것이가능하였으며호흡수 20회이하, 고평부압 25 28 cmh 2O 이하, PEEP 7 10 cmh 2O으로유지하였다. ECMO 시작후 26일째좌측폐에기흉이추가로발생하여 3번째흉관을삽입하였으나 FiO 2 요구량이증가하지는않았다. ECMO 가동 28일후활력징후는안정적이었고동맥혈가스검사도 ph 7.36, PaCO 2 50 mmhg, PaO 2 93 mmhg으로호전되어 ECMO를중단하고기계환기만유지하였다 (Fig. 2). 28일동안적혈구는총 25 pints, 신선동결혈장은총 3 pints가투여되었으며, 산소화장치 (oxygenator) 는총 3번교체하였다. ECMO 중단 25일째동정맥관을연결하였던우측대퇴동맥에형성된가성동맥류파열로급성출혈이발생하여 (Fig. 3) 응급으로혈관조영술을시행하여 vascular plug를삽입하였고이후추가적인출혈은없었다. ECMO 중단 1개월후환자는기계환기로부터이탈할수있었고 (Fig. 4), 비강캐뉼라를통해 2 L/min의산소만공급받는상태에서일반병실로전실하였으며현재퇴원후외래추적관찰중이다. 고 적절한내과적치료에호전을보이지않는급성호흡부전환자에게 ECMO는가스교환을보조해줌으로써추가적인기계환기유발성폐손상 (ventilator-induced lung injury, VILI) 을최소화하면서기저폐기능이회복될수있는시간을벌어 찰
박병훈외 9 인 : 장기간체외막형산소섭취사용후호전된중증급성호흡곤란증후군 1 예 39 Fig. 3. A lower extremity angiography showed 1.5 cm-sized pseudo-aneurysm in right proximal common femoral artery and segmental obstruction of superficial femoral artery. Fig. 2. Respiratory parameters and antibiotic diary during the first 6 weeks of treatment period. RM, recruitment maneuver; ECMO, extracorporeal membrane oxygenation; Pplat, plateau pressure; PEEP, positive end-expiratory pressure. 주는역할을한다. 급성호흡부전환자들을대상으로한최초의다기관무작위임상연구는 1970년대초미국 NIH의지원을받아 Zapol 등에의해진행되었으나 ECMO 적용군과비적용군모두에서사망률이 90% 를상회하여조기중단되었다. 5) 이후 1986 년 Gattinoni 등이중증호흡곤란증후군환자 43명에게체외막이산화탄소제거장치 (extracorporeal CO 2 removal, ECCO 2R) 를적용하여사망률을 51.2% 로낮춘연구결과를 6) 바탕으로다시단일기관무작위임상연구가진행되었으나, 이역시생존율향상을기대하기어려운것으로판명되어 40명의환자들을모집한상태에서조기중단되었다. 7) 상기연구들의문제점으로지적된것은 ECMO 및 ECCO 2R에대한경험부족, 폐보호를위한기계환기전략의부재, 저산소증상태에서도낮은혈류량을유지한점, 심각한출혈 ( 일평균 2.5 4.7 L), 5일이내효과가없을경우 ECMO를조기중 Fig. 4. A chest radiograph showed resolved infiltrates in bilateral lung fields 4 weeks after cessation of extracorporeal membrane oxygenation and removal of chest tubes. 단한점, ECMO 사용전인공호흡기유지기간이길었던점 ( 평균 10일 ) 등이었다. 이와는달리 1990년대와 2000년대를거치면서폐보호를위한환기전략에대한지식이축적되었고, 각기관별로중증호흡곤란증후군환자들에게 ECMO를적용하여평균사망률을 40% 대로낮춘연구결과들이보고되었다. 8-14) 이연구들은대부분중증급성호흡곤란증후군환자들에게 ECMO 를적용한뒤인공호흡기를최고흡기압력 20 30 cmh 2O 이하, 호기말양압 8 10 cmh 2O, 호흡수 10 15회 / 분, FiO 2
40 대한중환자의학회지 : 제 25 권제 1 호 2010 0.3 0.4로유지하여, 기계환기로인한폐손상을막으면서폐를휴식상태로유지하여예측사망률이 80% 이상인중증급성호흡곤란증후군환자들의생존율을 40% 대로낮출수있었다. 본환자의경우 VA-ECMO를적용하였기때문에저산소성뇌손상발생을막기위해일정기간 FiO 2 를높게유지하는것이불가피하였으나, 가능한현재의폐보호전략을따라서인공호흡기를유지하였고, 미생물배양검사결과에따라 colistin을추가하는등적절한항생제를사용하여추가적인감염증의진행을막을수있었다 (Fig. 2). 중증급성호흡곤란환자들을대상으로 ECMO를적용하기전후의예후예측인자들에대한연구에서 Pranikoff 등은 ECMO 적용전기계환기일수가늘어날수록예후가불량하다고하였고, 15) Hemmila 등은높은연령, 여성, ECMO 적용전낮은 ph, 낮은 PaO 2/FiO 2, 8일이상의기계환기유지일수등이불량한예후와관련이있다고하였다. 13) 본증례의경우입실후첫 1주일간은임상경과가상대적으로양호하여 ECMO를고려하지않았기때문에 ECMO 적용전기계환기일수가 14일로길었으며, 치료과정중발생한양측성기흉및헤파린사용후발생한혈흉과혈전에의한흉관의기능적폐쇄로인해고평부압을 30 cmh 2O 이하로, FiO 2 를목표대로낮추기시작하는데 2주의시간이소요되었다. 그러나나이가젊고기저질환이없었으며고용량의승압제를사용할정도의패혈성쇼크나다발성장기부전이없었다는점이치료에유리한요소로작용했던것으로판단된다. 이전연구들의경우생존군의평균 ECMO 유지기간은 8 18일범위였으나, 8-14) 50일이상연장하여사용한경우도있었다. 16) 본증례의경우 ECMO 유지기간이 28일로선행연구들에비해길었으나, 치료과정에서발생한기흉, 혈흉, 흉관폐쇄등의합병증이없었다면치료기간을단축시킬수있었을것으로생각된다. ECMO의연결방식에는전술한 VA방식외에도 VV (venovenous) 방식이있는데, VV-ECMO의경우심장의전부하및후부하, 중심정맥압에는거의영향을주지않으며심실이완기에높은산소포화도의혈액을관상동맥으로공급할수있다는장점이있으나, 동맥혈산소포화도는 80 95% 까지만올릴수있으며폐동맥압을낮출수없다는단점이있다. 반면 VA-ECMO의경우동맥혈산소포화도를 100% 에가깝게올릴수있으며심장의전부하및폐동맥압을낮출수있다는장점이있지만, 심실수축기능이저하되어있을경우후부하를증가시켜심박출량감소를초래할수있으며, 상대적으로낮은산소포화도의혈액을심장과폐로관류시키고폐동맥및관상동맥의혈류량자체를감소시킬수있다. 또한 VA-ECMO의경우전신색전증및 ECMO 회로로부터유입된공기에의한공기색전증발생의위험성이있다. 17) 본증례에서는 ECMO 시작시점에환자에게 norepinephrine이 0.15 0.2 μg/kg/min으로주입되고있었으며 치료기간연장에따른심장기능저하에대비하고더높은산소포화도를유지하기위해 VA-ECMO를적용하였으나, 폐자체가회복되어 FiO 2 를낮추기시작할때까지추가적인시간이필요하였다. ECMO와관련된기계적합병증으로는펌프및산소화장치의기능이상, 회로내혈전형성, 혈장유출등이있으며, 생리적합병증으로는출혈, 신장기능저하, 부정맥, 심장마비, 감염, 심부정맥혈전및폐색전증, 고혈당및고빌리루빈혈증등이있다. 13,18) 이들중가장흔한합병증은도관삽입부위및전신출혈로, 헤파린사용및 ECMO 회로에의한응고계활성화와응고인자들의소모가원인이며, 출혈성합병증이심할수록예후가불량한것으로알려져있다. 8,9,12,13) 본증례의경우투여되었던일평균적혈구수혈량은 0.9 pint로, 선행연구들에서생존군에게투여된양 ( 평균 2.1 2.3 pints) 에비해출혈이심했던것은아닌것으로생각된다. 다만본증례와같이 ECMO 삽입부위에발생한동맥류관련합병증은드문편으로, Mullenbach 등이 22명의중증호흡곤란증후군환자들을대상으로 VA-ECMO를사용한연구결과에서 1예가보고된정도이며, 19) 이는중증호흡부전환자들을대상으로한대부분의연구들이 VV-ECMO 를사용하였기때문으로생각된다. 본증례의경우경피적삽입술로도관을연결하였으나 ECMO 유지기간이연장되면서삽입부위가확장되어출혈및동맥류가발생하게되었던것으로생각되며, 이와같은합병증을예방하기위해서는 ECMO 유지기간의단축, 도관교체및 VV 방식으로의전환등을고려할수있다. 급성호흡부전환자들을대상으로 ECMO를적용하는문제에대해서는아직전문가들사이에충분한합의가이루어지지않은상태로, 미국의 National Institute of Health, 호주의 National Health Technology Advisory Panel, 영국의 National Institute of Clinical Excellence, Extracorporeal Life Support Organization 등은성인급성호흡부전환자에게 ECMO를적용하는것에대해공식적인입장을밝히지않고있으며, 현재까지는충분한근거가없다고만결론을내린상태이다. 이에영국에서는 2001년 7월부터 2006년 8월까지 Leicester 에위치한 ECMO 센터를중심으로성인급성호흡부전에대한무작위전향적연구를진행하였는데 (The Conventional Ventilatory Support vs. Extracorporeal Membrane Oxygenation for Severe Adult Respiratory Failure study, CESAR), 2008년도발표된예비결과에따르면대조군의생존율이 47% 이었으며 ECMO군의생존율은 63% 로유의한차이를보였다 (p = 0.03). 다만이는 intention-to-treat analysis의결과이며, ECMO 군에할당된 90명의환자들중 68명 (76%) 의환자들에게만실제로 ECMO를적용하였다고하므로추가분석결과를기다려야할것으로보인다. 20) CESAR trial 및 Hemmila 등 13) 의연구에서는 18 65세사
박병훈외 9 인 : 장기간체외막형산소섭취사용후호전된중증급성호흡곤란증후군 1 예 41 이의호전가능성이있는중증호흡부전환자들중 FIO 2 1.0에서 PaO 2/FiO 2 100 이하, 또는 P(A-a)O 2 600 mmhg 이상, Murray lung score 3점이상, ph 7.2 이하인비보상성고탄산혈증상태, 기계환기유지기간이 7일이내, 항응고요법사용이불가능한사유가없는경우, 적극적인치료를할수없는다른동반질환이없는환자들을 ECMO 적응증으로하고있다. 본증례의경우 ECMO 적용전기계환기일수가 7일이상이었으나, 주요장기기능이비교적정상이었고, 만성질환이나패혈성쇼크가동반되지않았기때문에성공적으로 ECMO를적용할수있었던것으로판단된다. 현재까지 ECMO는흉부외과의숙련된시술, 그리고의사및간호사들의전문지식과관리능력을필요로하기때문에, 심혈관계중환자실에비해내과계중환자실에입실한중증호흡부전환자들을대상으로사용하는것에는제한점이많았다. 하지만본증례의경우처럼담당의사의적극적인판단및흉부외과의긴밀한협조가가능하다면예측사망률이 80% 를상회하는중증급성호흡곤란증후군환자들도생존이가능하며, 이를위해서는 ECMO 적응증에대한명확한숙지및 ECMO 시작후최소침습적기계환기전략으로의전환이반드시동반되어야할것이다. 이에내과계중환자실에서 ECMO 사용으로치료에성공한중증급성호흡곤란증후군 1예를보고하는바이다. 참고문헌 1) Schuerer DJ, Kolovos NS, Boyd KV, Coopersmith CM: Extracorporeal membrane oxygenation: current clinical practice, coding, and reimbursement. Chest 2008; 134: 179-84. 2) Hill JD, O'Brien TG, Murray JJ, Dontigny L, Bramson ML, Osborn JJ, et al: Prolonged extracorporeal oxygenation for acute post-traumatic respiratory failure (shock-lung syndrome). Use of the Bramson membrane lung. N Engl J Med 1972; 286: 629-34. 3) Chalwin RP, Moran JL, Graham PL: The role of extracorporeal membrane oxygenation for treatment of the adult respiratory distress syndrome: review and quantitative analysis. Anaesth Intensive Care 2008; 36: 152-61. 4) Kopp R, Dembinski R, Kuhlen R: Role of extracorporeal lung assist in the treatment of acute respiratory failure. Minerva Anestesiol 2006; 72: 587-95. 5) Zapol WM, Snider MT, Hill JD, Fallat RJ, Bartlett RH, Edmunds LH, et al: Extracorporeal membrane oxygenation in severe acute respiratory failure. A randomized prospective study. JAMA 1979; 242: 2193-6. 6) Gattinoni L, Pesenti A, Mascheroni D, Marcolin R, Fumagalli R, Rossi F, et al: Low-frequency positive-pressure ventilation with extracorporeal CO2 removal in severe acute respiratory failure. JAMA 1986; 256: 881-6. 7) Morris AH, Wallace CJ, Menlove RL, Clemmer TP, Orme JF Jr, Weaver LK, et al: Randomized clinical trial of pressure-controlled inverse ratio ventilation and extracorporeal CO2 removal for adult respiratory distress syndrome. Am J Respir Crit Care Med 1994; 149: 295-305. 8) Lewandowski K, Rossaint R, Pappert D, Gerlach H, Slama KJ, Weidemann H, et al: High survival rate in 122 ARDS patients managed according to a clinical algorithm including extracorporeal membrane oxygenation. Intensive Care Med 1997; 23: 819-35. 9) Peek GJ, Moore HM, Moore N, Sosnowski AW, Firmin RK: Extracorporeal membrane oxygenation for adult respiratory failure. Chest 1997; 112: 759-64. 10) Ullrich R, Lorber C, Röder G, Urak G, Faryniak B, Sladen RN, et al: Controlled airway pressure therapy, nitric oxide inhalation, prone position, and extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) as components of an integrated approach to ARDS. Anesthesiology 1999; 91: 1577-86. 11) Lindén V, Palmér K, Reinhard J, Westman R, Ehrén H, Granholm T, et al: High survival in adult patients with acute respiratory distress syndrome treated by extracorporeal membrane oxygenation, minimal sedation, and pressure supported ventilation. Intensive Care Med 2000; 26: 1630-7. 12) Mols G, Loop T, Geiger K, Farthmann E, Benzing A: Extracorporeal membrane oxygenation: a ten-year experience. Am J Surg 2000; 180: 144-54. 13) Hemmila MR, Rowe SA, Boules TN, Miskulin J, McGillicuddy JW, Schuerer DJ, et al: Extracorporeal life support for severe acute respiratory distress syndrome in adults. Ann Surg 2004; 240: 595-607. 14) Beiderlinden M, Eikermann M, Boes T, Breitfeld C, Peters J: Treatment of severe acute respiratory distress syndrome: role of extracorporeal gas exchange. Intensive Care Med 2006; 32: 1627-31. 15)Pranikoff T, Hirschl RB, Steimle CN, Anderson HL 3rd, Bartlett RH: Mortality is directly related to the duration of mechanical ventilation before the initiation of extracorporeal life support for severe respiratory failure. Crit Care Med 1997; 25: 28-32. 16) Frenckner B, Palmér P, Linden V: Extracorporeal respiratory support and minimally invasive ventilation in severe ARDS. Minerva Anestesiol 2002; 68: 381-6. 17) Brown JK, Haft JW, Bartlett RH, Hirschl RB: Acute lung injury and acute respiratory distress syndrome: extracorporeal life support and liquid ventilation for severe acute respiratory distress syndrome in adults. Semin Respir Crit Care Med 2006; 27: 416-25. 18) Bartlett RH, Roloff DW, Custer JR, Younger JG, Hirschl RB: Extracorporeal life support: the University of Michigan experience. JAMA 2000; 283: 904-8. 19) Muellenbach RM, Kredel M, Wunder C, Küstermann J, Wurmb T, Schwemmer U, et al: Arteriovenous extracorporeal lung assist as integral part of a multimodal treatment concept: a retrospective analysis of 22 patients with ARDS refractory to standard care. Eur J Anaesthesiol 2008; 25: 897-904. 20) Thalanany MM, Mugford M, Hibbert C, Cooper NJ, Truesdale
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