[의학지식] 폐확산능_폐기능검사에 대한 고찰 7편

폐확산능

  폐확산능은 폐기능검사 항목 중 폐포 및 폐모세혈관 사이의 가스 교환에 대한 직접적인 정보를 제공 할 수 있는 유일한 검사 항목이다. 폐확산능은 매우 민감한 검사로 간질성폐질환에서는 단순 흉부 엑스선 사진이나 다른 폐기능검사로 나타나지 않는 초기질환 단계에서도 변화를 보일 수 있다. 폐포·모세혈관 막 사이에서 가스 교환이 일어나기 위해서는 단순히 폐포·모세혈관 벽 만을 통과해야 하는 것이 아니라 혈관 내 혈장을 거쳐 적혈구 벽을 통과해야 하며 적혈구 내에서도 세포질을 지나 hemoglobin(Hb)과 화학적 결합을 해야만 한다. 그리고 이러한 통과 경로 중 어느 것이라도 정상보다 지연되거나 혹은 혈색소와 화학적 결합속도가 영향을 받을 경우에 확산능은 변화하게 된다. 이와같이 폐확산능은 단순히 폐포·모세혈관 막에서의 확산 과정 이외에 또 여러가지 요소들에 의해 영향을 받기 때문에 diffusion 이라는 용어는 적절한 용어가 아니다. 또한 현재 일반적으로 측정하는 방법은 안정 시 확산하는 정도를 측정하는 것이고, 실제 운동 시에는 이것보다 더 증가하기 때문에 최대 능력을 암시하는 확산-능(capacity)이라는 용어는 혼동을 초래할 수 있어 유럽에서는 transfer factor라는 용어를 더 많이 사용하고 있다.

GAS TRANSFER

1. 확산, 확산능

  폐포-모세혈관 사이의 가스교환은 양단에서 특정 가스의 분압 차이에 의한 물리적 확산 작용이므로 Fick's 법칙에 따라 막의 표면적, 확산계수 및 양단의 분압차에 비례하며 막의 두께에 반비례한다. 

* Vgas = A/T x D x (P1 - P2)

Vgas: 전달되는 가스의 양   A: 표면적   T: 두께   D: 확산계수   P1-P2: 양단의 분압차

  확산계수(D)는 가스의 혈중 용해도와 분자량에 의해 결정되고 폐포-모세혈관 막의 표면적 (A)는 약 50~100 평방미터에 달하며 두께(T)는 0.3 μm로 확산에 유리하도록 되어 있다. 그러나 생체에서 폐포-모세혈관 막의 표면적이나 두께를 정확히 알 수 없기 때문에 A/T x D 를 diffusing capacity(DL)이라고 정의 하였다. 

2. 폐확산능 계산

  Fick's 법칙에 의하면 Vgas = Dl x (P1-P2) 로 이는 다시 Dl = Vgas/(P1-P2)로 표시할 수 있다. 따라서 확산능은 일정 시간 동안에 일정한 분압차에 대한 특정 가스가 이동하는 속도로 정의할 수 있다. 

* 확산능(Dl) = 가스 이동속도 / 분압차

산소 확산능(DlO2) = 산소 이동속도 / PaO2 - PcO2

DI: 확산능(diffusing capacity)   PaO2: 폐포 내 산소 분압   PcO2: 모세혈관 내 산소 분압

3. O2 및 CO 확산

  확산능 측정을 위해서는 폐포 및 폐모세혈관에서의 가스 분압을 알아야 하는데 산소의 경우에는 혼합정맥혈(mixed venous blood)내 분압이 40 mmHg 정도 되지만 폐모세혈관내에서의 가스교환이 일어나는 동안 계속적으로 분압(PcO2)이 변하므로 확산능의 계산이 매우 복잡하고 어렵다. 그러나 일산화탄소(CO)는 폐동맥 내 분압이 0이고 또한 혈색소와 결합하는 속도가 산소보다 210배나 빨라 폐포벽을 통과한 CO는 즉각적으로 혈색소와 결합하여 CO의 폐모세혈관 내 분압(PcCO) 역시 0으로 간주할 수 있다. 그러므로 폐포 내 분압만 알면 쉽게 CO 확산능을 계산할 수 있다. 따라서 실제 폐확산능의 측정은 CO 가스를 이용하게 되며 산소의 확산능은 CO 확산능에 1.17 배를 곱해주면 된다.

* DlCO = VCO / PaCO

VCO: CO 이동량   PaCO: 폐포 내 CO분압   PcCO: 폐모세혈관 내 CO 분압

4. 폐확산능에 관여하는 2가지 요소

  폐확산능은 폐포-모세혈관막을 통한 가스의 이동, 혈관 내 혈색소와 화학적 결합이라는 2가지 요인이 간여하며 앞의 공식은 폐포-모세혈관막을 통한 가스의 이동에만 국한되어 있다. 실제 혈중 적혈구 내에서 혈색소와 결합이라는 또 다른 요인이 폐확산능에 기여하는 정도는 폐포-모세혈관막을 통한 이동과 동등한 정도로 관여하고 있다. 위의 공식에서 확산능은 분압차에 대한 가스의 이동량이므로 전도와 같은 의미이며 폐확산능의 역수, 즉 1/Dl = 1/Dm + 1/(θVc)라 표시 할 수 있다. 

* 1/Dm + 1/(θVc)

Dm: 폐포-모세혈관 막 사이의 CO 확산능

θ: 정상 Hb 수치를 가진 혈액 1 ml이 1 분당 CO와 반응하는 속도

(ml CO STPD/ min/mmHg/ml blood)

Vc: 폐모세혈관 내 혈액량

  고농도 산소 흡입 시 산소와 일산화탄소는 혈색소에 경쟁적으로 결합하기 때문에 θ는 PaO2 와 역상관 관계를 가지므로 두개의 다른 PaO2(예를 들면 15KPa 과 80 kPa)에서의 DlCO를 측정하면 Dm을 구할 수 있다.

1/Dl = 1/Dm + 1/(θ1Vc)

1/Dl2 = 2/Dm + 1/(θ2Vc)

  혈중 적혈구 내 혈색소와 화학적 결합이 폐확산능에 동등한 정도로 관여하기 때문에 폐모세혈관 혈액량이 감소하는 상황에서는 폐확산능이 감소할 수 있다. 또한 DlCO는 고농도 산소 흡입 시 산소와 일산화탄소는 혈색소에 경쟁적으로 결합하기 때문에 감소될 수 있다. 

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