Anesthesia and Pain Management, 2nd ed (2009), vol. 1 [1, 2 ed.] 9788992589604

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ANESTHESIA AND PAIN MANAGEMENT

ul-추�J1f� 1

ELSEVIER 옐스비어코리아

마취과학I 인 쇄

2009년 10월 26일 초판 l쇄 인쇄

발 행

2009년 11월 6일 초판 1쇄 발행

지은이 。 'il

이영준

얻i}ij5 씨

ξ。L 토� 발행처

주소 전 화

팩 스 정 가

대한마취과학회 옐스비어코리아(유) (Elsevier Korea 제3 00-2005-155호(2005. 9. 9)

L. L. C.)

서울특별시 용산구 이태원통 534 천우빌딩 4충 0 2 -6714-3000 0 2-725-4388 200，000원(Set)

ISBN 978-89-92589-60-4 (Vol I) 978-89 -92589-53-6 (Set)

면 통의 없이 본서 내용의 어 떤 부분도 전기 및 기 계 적 방법을 이용한 사진 복사， 디스크 복사 또는 여타 방법으로 복제하거나 정보 재생 시스템에 저장하거나，

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집필진 (가나다순)

고신옥(연세대학교 의과대학)

민상기 (아주대학교 의과대학)

이 상철 (서울대학교 의과대학)

공명훈(고려대학교 의과대학)

박선규(중앙대학교 의과대학)

이 수일(동아대학교 의과대학)

곽영 란(연세대학교 의과대학)

박영 철(고려대학교 의과대학)

이숙영 (아주대학교 의과대학)

권무일(경희대학교 의과대학)

박재 현(서울대학교 의과대학)

이 예 철 (01예칠통증의학과의원)

권 재 영 (부산대학교 의과대학)

박주열(부산대동병원)

이 윤우(연세대학교 의과대학)

김 갑수(성균관대학교 의과대학)

박지용(고려대학교 의과대학)

이 일옥(고려대학교 의과대학)

김 건식 (경희대학교 의과대학)

박평환(울산대학교 의과대학)

이 정 석 (순천항대학교 의과대학)

김 경한(고신대학교 의과대학)

박희 평 (서울대학교 의과대학)

이 정은(충남대학교 의과대학)

김 계 민(인제대학교 의과대학)

배 선준(연세대학교 의과대학)

이 종석 (연세대학교 의과대학)

김 광민(한림대학교 의과대학)

배 진호(충북대학교 의과대학)

이

김 동수(경희대학교 의과대학)

백승완t부산대학교 의과대학)

이 해진(가톨릭대학교 의과대학)

김동희 (단국대학교 의과대학)

백운이 (경북대학교 의과대학)

이 혜원(고려대학교 의과대학)

김봉일(대구가톨릭대학교 의과대학)

백종화(중앙대학교 의과대학)

임 동건 (경북대학교 의과대학)

김 성 덕 (서울대학교 의과대학)

백 희 정 (이확여자대학교 의과대학)

임 승운(충북대학교 의과대학)

김순임 (순천항대학교 의과대학)

서 일숙(영남대학교 의과대학)

임 혜자(고려대학교 의과대학)

김 시 오(경북대학교 의과대학)

서 정국(한앙대학교 의과대학)

장성호(고려대학교 의과대학)

김 영 재(인제대학교 의과대학)

손주태 (경상대학교 의과대학)

전윤석 (서울대학교 의과대학)

김 용락(부천세종병원)

송선옥(영남대학교 의과대학)

전종헌(한앙대학교 의과대학)

김 은성 (가톨릭대학교 의과대학)

신양식 (연세대학교 의과대학)

정 성수(전남대학교 의과대학)

김 인세 (부산대학교 의과대학)

신옥영 (경희대학교 의과대학)

정 용훈(중앙대학교 의과대학)

김 종성 (서울대학교 의과대학)

신우종(한앙대학교 의과대학)

정 익 수(성균관대학교 의과대학)

김 종학(이화여자대학교 의과대학)

신 치 만(인제대학교 의과대학)

정 종달(조선대학교 의과대학)

김 진모(계명대학교 의과대학)

신혜원(고려대학교 의과대학)

정 찬종(동아대학교 의과대학)

김 진수(아주대학교 의과대학)

안원식 (서울대학교 의과대학)

정 창영 (전남대학교 의과대학)

김 진윤(중앙대학교 의과대학)

안태훈(조선대학교 의과대학)

정 철우(서울대학교 의과대학)

김 진태 (서울대학교 의과대학)

양홍석 (울산대학교 의과대학)

진 영준(동아대학교 의과대학)

김 해규(부산대학교 의과대학)

유건희 (가톨릭대학교 의과대학)

차 영 덕 (인하대학교 의과대학)

김 현수(성균관대학교 의과대학)

유경 연(전남대학교 의과대학)

최규택 (울산대학교 의과대학)

남용택 (연세대학교 의과대학)

유희구(한앙대학교 의과대학)

최 덕환(성균관대학교 의과대학)

노규정 (울산대학교 의과대학)

윤석 민(고려대학교 의과대학)

최 성욱(고려대학교 의과대학)

도상환(서울대학교 의과대학)

이 국현(서울대학교 의과대학)

최 영 규(경희대학교 의과대학)

문동언(가톨릭대학교 의과대학)

이 귀용(이화여자대학교 의과대학)

최

문현수(한림대학교 의과대학)

이 미 경 (고려대학교 의과대학)

홍용우(아주대학교 의과대학)

민 경 태 (연세대학교 의과대학)

이 병호(가톨릭대학교 의과대학)

황경호(순천항대학교 의과대학)

청 (대전을지대학교 의과대학)

훈(전북대학교 의과대학)

머리말 P쩌face

2002년 9월， 대한마취과학회 주도로 마취과학을 전공하는 학생

속적 인 의 견 개 진을 부탁드 리 겠습니다.

들과 임상의들에게 참고서 역할을 할 수 있는 마취과학 전문서

편찬위원 모두가 주어진 조건 아래 에서 최선을 다했다고 자

가 출간된 지 벌써 7년의 세월이 흘렀습니 다. 그 기 간 동안 세부

평하지만， 시간을 비롯한 여 러 제약으로 만족스럽 지 못한 부분

전공분야의 발전된 내용을 추가 및 보완할 필요성 이 대두되 어

도 있을 것이라 생각합니 다. 하지 만 그런 부분들도 향후 지속적

이번에 마취과학 2판을 편찬하게 되 었습니 다.

으로 개선해 나갈 수 있는 계 기 가 있을 것으로 믿습니 다. 수고해

초판의 골격과 일관성을 유지하고자， 가급적 이 변 전판을 집 필해 주신 저자들께 2판 집 필 역시 의뢰하게 되 었고， 부득이한 사정 이 있는 경우에만 새로운 필자를 위촉하였습니 다. 그 결과 68 인의 기존 집 필진과 34 인의 새로운 집 펼진이 구성 되 었습니 다 집 필에 몰두할 시간이 충분치 않았음에도 불구하고， 또한 교육 및 연구， 진료， 행정 등 많은 일에 분주하신 중에도 성 실 히 집 필

에 힘 써 주신 모든 분들께 감사의 뭇을 전합니다.

주신 편찬위원 여 러 분과 책으로 엮는 과정 에서 조언과 협조를 해주신 엘스비 어 코리아 관계자분들께도 심심한 감사의 말씀을 전합니 다.

2009. 10. 대한마취과학회 교과서편찬위원회

이 번 2 판에서 는 주술기 의학의 유전적 기초， 로봇수술마취와

위원장

신기능 감시를 새로운 장으로 추가하였고， 바르비투르산염을 정

장성호

맥마취 제 에 ， 감시마취관리를 외 래환자마취 에 포함시 켰으며 ， 신 생아 소생술과 심폐소생술을 통합하여 한 개의 장으로 꾸였습 니 다. 모든 독자에게 마취와 통증관리 에 있어 훌륭한 참고가 되 기를 바라며 ， 높은 수준의 참고서로서 역할을 유지하기 위해 지

위 원 김건식 박재현

이 상철

김은성

김현수

백희정 손주태 전종헌 정용훈

민경태 신혜원

최규택

간략목차

B상ef Contensts

Volume 1 PART 1 역사와 기본원리 1 2 Chapter 3 Chapter 4 Chapter 5 Chapter 6 Chapter 7 Chapter 8 Chapter 9 Chapter

마취 의 역사

Chapter

마취와 약력학 마취와 유전 지율신경 계 심장생 리학 호흡생 리 간생 리 뇌생리 신장생 리

PARTH 전신마취 10 Chapter 11 Chapter 12 Chapter 13 Chapter 14 Chapter 15 Chapter 16 Chapter 17 Chapter 18 Chapter 19 Chapter 20 Chapter

흡입마취제의 작용기 전 흡입마취제의 흡수와 분포 흡입마취제와 심혈관 약리학 흡입마취제와 호흡 흡입마취제의 대사와 독성 흡입마취장비 정 맥마취제 아펀유사제 정 맥마취 제 전달체계 신경근 생리와 약리 근이완제와 대항제의 약리학적 특성

PART m 마취관리 21 22 Chapter 23 Chapter 24 Chapter 25 Chapter 26 Chapter 27 Chapter 28 Chapter 29 Chapter 30 Chapter 31 Chapter 3 2 Chapter 33 Chapter 34 Chapter 35 Chapter 36 Chapter 37 Chapter 38 Chapter 39 Chapter 40 Chapter

마취의 위험도

Chapter

수술전 평 가 폐기능검사 동반질환이 있는 환자의 마취 수술환자체 위 기도관리 마취 후 관리 환자 감시 기 구의 표준 마취심도감시 심혈관계감시 심전도 경 식도심초음파 호흡감시 신기능감시 신경계감시 신경근기능감시 체온감시 와 악성고열증 수액 및 전해질 수혈요법 산-염 기

Volume 11 PARTW 부위마취와 통증관리 41 Chapter 42 Chapter 43 Chapter 44 Chapter 45 Chapter 46 Chapter

국소마취제

척추， 경 막외 및 미 추마취 신경차단 소아 부위마취 급성 통증 관리 만성 통증의 치 료

PARTV 특수마취 47 Chapter 48 Chapter 49 Chapter 50 Chapter 51 Chapter 52 Chapter 53 Chapter 54 Chapter 55 Chapter 56 Chapter 57 Chapter 58 Chapter 59 Chapter 60 Chapter 61 Chapter 62 Chapter 63 Chapter

흉부마취 성 인 심장마취 소아 심장마취 혈관수술 마취 뇌신경마취 비뇨생 식 기 계수술 마취 간담도수술 마취 장기 공여를 위한 뇌사 환자의 마취관리

복강경수술을 위한 마취 산과마취 소。f마취 정 형 외과마취 노인마취 외상환자 마취 화상환자 마쥐 안이 비 인후과마취 레 이 저수술 마취

64 Chapter 65 Chapter 66 Chapter

67 Chapter 68

Chapter

외 래 마취 수술장외마취 극한 환경 에 서 의 임상처 치 : 고압과 저 압그리고 우주 유도저 혈압 로봇수술 마취

PARTVI 중환자관리 69 Chapter 70 Chapter 71 Chapter 7 2 Chapter 73 Chapter

중환자관리

소아 및 신생아 중환자관리 영 양관리 심폐소생술 뇌사

PARTW 기타 74 Chapter 75 Chapter 76 Chapter 77 Chapter 78 Chapter 79 Chapter 80 Chapter 81 Chapter 82 Chapter 83 Chapter

연구계획 및 통계

현대 마취의 전망 인 터 넷과 의 료정보 의 료질의 보증과 개 선 작업환경 과 모의실험 교육 수술실관리 수술실의 전기 안전관리 수술실 환경 마취에 서 의 윤리 및 법적 측면

목차

Conteηsts of�ιlumel

P�RTI 역사와 기본원리

1

마취의 역사

1 고전적 수술과 마취 2 현대 마취의 역사 3 우리나라 마취의 역사

약리

마취와약력학

1 수용제 2 이차 전령과 인산화

3 약물 농도와 반응 사이 의 관계 4 약물반응에 대한 개 인 변 이 성 5 분자약리학의 발전

Chapter 3

마취와 유전

1 유전학의 기본 개 념 및 용어 2 약동학에 있어 서 개 인 차이를 유발하는 요인 3 약력학에 있어서 개 인 차이를 유발하는 요인

생리

4 마취 관련 약물의 의t물유전학 5 수술 후 합병증 발생 의 유전학적 측면

Chapter 4

자율신경계

1 자율신경 계 의 구성 2 자율신경 계 의 기능에 따른 해부

3 자율신 경 계 기능 4 자율신경 계약리학 5 자율신경 약제

21

‘ ...

심장생리학

100

‘

1 심장의 생리학 2 심근의 구조 및 기능 3 심장기능의

Chapter 6

1 6 8 6 2

Chapter 2

Chapter 5

?ι 14 F기/ /0 nU M져，) nU Qu r「/ /0 ?‘ 0/ 、4/ /4 nxU 「/ /hU /hU 〔vι 익/ {〉 /4i ζ/ R/ /4 ?~ ?ιi ?4ι야i

Chapter

3 4 6

서론

97

6 자율기능장애 7 자율활동의 새로운 개 념

103 104

호흡생리 ‘ . . . . . . . . . . . . . . . . 간생리 . ’‘ …·… . . . . . …· “ ’. ‘ 조절

1 정상인의 폐 기 능 2 마취 시 폐기능의 변화

Chapter 7

103

109

117 1 17 131

143 143

1 해부 2 간 혈류의 조절 3 생 리 기능

147

4 간기능 평 가

151

5 간질환의 병 태 생 리학

153

Chapter 8

145

노|생리

157

1 뇌대사 2 뇌혈류 3 뇌혈류에 대한 체온의 영향 4 마취제 및 마취보조제가 뇌혈류， 뇌대사 및 두개내압에 미치는 영향 5 마취제와 체온이 손상된 뇌에 미 치 는 영향

Chapter 9

신장

생리 . . . . …· ‘ . ‘ . .… . . “ “

160 170 172 179

1 93 193

1 해부 및 생 리 2 신장기능 검사 3 신기능의 신경호르몬적

157

200

조절

206

읍입마취제의 작용기전

227 228

1 역사 2 실 험 연구

230

3 분자수준의 마취작용부위 4 흡입마취제의 분싸용 체 5 세포기 전

232

6 단일회로와 복합신경망 7 중추신경기능에 대한 통합적 인 영향 8 요약

238

Chapter 11

l

흡입마취제의 읍수와

흡입마취제의 생물리학 특정

237

분포

239 242

245

2 흡입마취제의 흡기분압과 폐포분압의 관계

247

3 흡입마취제의 흡기분압에 영향을 미치는 요인 4 흡입마취제의 폐포분압에 영향을 미 치는 요인 5 과압법과 농도효과

253 259 259 260

9 흡입마취제의 익멜동력학의 임상적 적용

265

Chapter 12

읍입마취제와심혈관 약리학

261

1 휘발성 마취제와 심혈관기능 2 휘발성 마취제와 심장 전 기 생 리

267

3 휘발성 마취제와 관상동맥 순환 4 휘발성 마취제가 순환의 신 경조절에

273

5 아산화질소와 심혈관기능 6 크세논

Chapter 13

읍입마취제와호읍

1 흡입마취제가 호흡조절에 미 치는 영향 2 흡입 마취제가 세기관지 민무늬근육 긴장도에 미 치는 영향

3 흡입마취제가 점 액섬모기능에 미치는 영향 4 흡입 마취제가 표면활성 제에 미치는 영향

285

m …

미 치는 효과

272

285

286

289 302 308 311

흡입마추|장비

327

339

1 전신마취기 2 마취용 환기 기

339

3 마취가스 제 거 장치 4 마취 기 의 점 검

357

정맥마취제

355 360

.. 363

1

Barbiturates

364

2

Propofol

369

3

Benzodiazepine

376

4

Flumazenil

382

5

Phencyclidines(Ketamine)

384

6

Etomidate

388

7

Dexrnedetomidine

391

8

Droperidol

396

Chapter 17

267

323

329

아편유사제

/hU r「ι

6 이차가스효과 7 폐쇄공기공간으로의 N20 의 흡수 8 마취로부터 의 회복

흡입마취제의 대사와독성

3 흡입마취제의 독성

Chapter 16

254

320

323

정맥마취

245

312 31 8

1 약물대사와 신체내 변환 2 흡입마취제의 대사

Chapter 15

233

치 미 미

Chapter 14

세손 관 폐

215

가 가 제 제

Chapter 10

흡 흡 요

213

PARTH 전신마취

흘입마취

하 야 。 여 여 。 」 느 」 느 자 에” 니m1 내-。 lr ‘ λ 。 찌 網 랩 꽤꽤 이H 이닝 야 「 /hU -、J 「/

4 약리학 적 신장보호 5 수 술중 허혈 및 신독성 에 의한 손상

. 399

1 역사적 배 경 2 분류

400

3 작용기 전

401

4 약력학: 신 경 생 리 학적 작용

405

400

약력학 : 호흡작용

410

약력학 : 심 혈관 작용

412

7 약력학 : 호르몬반응 8 약력학 : 신장에 대한 작용 9 약력학 : 위창자에 대한 작용 10 이 외 의 다른작용들

415

11 아편유사제의 약동， 약력학적 개 념 1 2 약동학과 약력학을 변화시 키는 요인들

420

13 아편유사 작용제 14 작용제 대항제 화합물 15 아편유시물질 대항제

431

16 익F물상호작용

436

417 418 419 426 434 435

18

Chapter 정맥마취제 전달체계

441

1 약동학적 고려

442

2 약력학적 고려 3 약물 투여 용량의 고안 4 마취로부터 의 회복

449

5 주입장비

458

신경근차단제 19

454 457

Chapter 신경근 생리와약리

471

1 신경근 전달과정 2 근이완제 의 작용기 전

471 478

3 근이완제의 약동학

483

4 근이완제 의 약력학

485

20

트서 -=;-0

Chapter 근이완제와 대항제의 약리학적 1 서론

5 비탈분극성 근이완제의 약리 6 중추신경 계 에 서 의 효과 7 특수 상태에 서 근이완제

493 496 500 50 2 508 539 539

8 약물과 상호작용

543

9 잔류 근이완 작용의 길항

548

1 0 근이완제의 작용시간을 변화시 키는 질환 11 중환자실에 서 근이완제 12 당일수술에서 근이완제

555

13 근이완제의 사용에 따른 경제적 부담과 성과

557 559 560

1 수술실 사망 2 수술 위험도 3 이환율과 사망률 4 마취 에 기 인한 심장마비 5 심장합병증에 관한 수술 위험도

22

Chapter 수술전평가 1 수술전 평 가의 목적과 의의

587

23

Chapter 폐기능검사

567 568

578 578 583 585 589 589

591

1 폐활량 측정법 2 최 고 유속

591

3 기 도폐쇄의 측정 4 초기 폐기능장애의 진단 5 운동능력 검사

596

594

6 수술 전 폐 기능검사 7 폐 기 능 개선

24

있는

598 600 600 60 1

Chapter 동반질환이 환자의 마취

603

1 심 혈관질환이 있는 환자의 마취 2 호흡기 질환이 있는 환자의 마취

629

3 내 분 비 질환 환자의 마취 4 중추신 경 계 질환， 신경근 질환 및 정 신장애 신질환을 가진 환자의 마취

감염질 환 7 전해질 장애 8 위장관 질환 및 간 질환 9 영 양공급

25

Chapter 수술환자체위 4 수술실 밖의 마취 5 수술 전후 눈의 손상 및 시 력 상실

환자안전

21

7 마취 수술전 평가 클리 닉 8 수술 전금식 9 요약

1 생 리 적 인 변화 2 체위 변경의 실제 3 체위 변경으로 인한 손상

PARTm 마취관리

Chapter 마취의 위염도

578

/nv -、/

2 신경근기능의 감시 3 화학적 특성 4 Succinylcholine 의 약리학

493

2 수술전 평 가의 변화 3 수술전 위험도 평 가 4 병 력 과 이학적 검 사 5 수술전 평 가를 위한 검사실 검 사 6 마 취 전 종종 만나게 되는 문제

26

Chapter 기도관리

603 639 648 655 666 666 668 679

683 683 688 698 708 708

715 715

1 상기도의 구조와 기 능 2 기 도의 평 가

718

573

3 마스크 환기 의 기구와 기술 4 성 대문위 기도유지 기구

719 720

574

5 기관내 삽관

722

577

Chapter 마추l 후관리

569 570

577

27

1 입 실 기준

735 735

2 퇴 실 기준 3 회복실에서 흔히 직 면하는 문제들 4 전신적 인 문제

감시

737 738 750

5 부정맥과 심근허혈의 감시와 관리 6 요약

32

Chapter 경식도심초음파

Chapter

28 완자

감시기구의

1 기 본원칙의 중요성 2 기본원리

표준

763 763 764

3 압력 측정 4 소리 에 너 지 를 이용한 측정

770

5 전기 에 너 지 를 이용한 측정 6 흐름 측정 7 빛 에 너 지 를 이용한 측정

777

8 온도 측정

789

Chapter 마추|심도감시 . ……" ……. …. . . ’ ". 29

T껴

781 785

793

1 마취심도에 대한 정의 2 기 억과 각성

793

3 최 면약， 진통제와 마취심도와의 관계 4 마취심도에 대한 전기 생 리학적 접 근

800

797

6 유해 자극과 BIS 의 변화 7 마취 심도감시 기들의 임상적 유용성 8 결론

Chapter 심혈관계감시 ·“，. ， ‘ ·… . . . . . 30

5 기 본적 인 경 식도심초음파 검사 6 포괄적 인 경 식 도심초음파 검사

903

7 혈 역 학적 검사 8 심근 허혈의 진단 9 심장수술에서 경 식도심초음파의 역할 10 부작용

896 896 902 908 91 2 91 5 917 923

11 비심장수술 및 중환자 관리 에 서 의 경 식도심초음파의 이 용 12 수술 중 흔히 볼 수 있는 심초음파 영상

33

Chapter 호읍감시

924 924

929

932

5 혈 액 가스 감시 6 산소화 : 평 가 및 감시 7 환기 : 평 가 및 감시 8 양압환기 와 폐 역 학

938 940

9 기 계환기 중의 폐 역 학 감시 10 마취회복 환자의 감시

961 964

11 기관내 삽관에 따른 여 러 가지 문제 점 12 요약

968

815 816 816

81 9

9 우심실박출지수 10 폐동맥도관으로 인한 혈역학 변수들 11 비폐동맥도관에 기초한 심박출량 및

863 864

820 821 821

860 862

865

867 867 868 872 874

34

Chapter 신기능감시 1 신장 생 리 2 허혈성 급성 신장손상의 병 태 생 리 3 마취 ， 수술과 정상 신기능 4 주술기 혈류역학 불안정 성과 신기능 5 기타 주술기 교란과 신기능 6 신기능 감시 7 최 적 의 신관류와 신기능의 간접 적 지 표 8 신장에 대 한 심 박출량의 자동조절과 분포 9 신장기능의 표지자로서 혈청과 소변의 진단검사방법 10 신기능의 수술 전 평 가 1 1 요약

929 930 932

954 959

% % 이α % % 었잉 없 갱 0/ q/ 0/ 0/ Q/ 0/ 0/ Q/

835 846

1 정상 심전도 2 유도법 3 감시 기 의 기술적 고려 4 디 지 털 신호처 리와 컴퓨터 보조 해석

895

3 방사선검사 4 호흡경 로 감시

5 심장충만압 6 폐동맥압 7 심박출량 감시 8 지속적 인 혼합정 맥산소계측 폐동맥도관

31

1 역사 2 경 식도심초음파의 실제적 지 침 3 초음파의 특성 4 장비 의 구조 및 작동법

813

820

Chapter 심전도

895

1 수술 및 마취 가 폐기능에 미 치 는 영향 2 이학적 검사 및 평가

1 청 진기 2 심박수 및 심전도 3 맥박수 4 동맥압

관류감시 방법

892

807

5 전기 생 리 적학인 감시장치 에 미 치는 의t물 효과

876

972

975

990 1003 1004

Chapter 신경계감시 . . . . . . . …. . . . . . . . . 35

.

.

.

1007

1 신 경 계 감시 방법 의 종류 2 신 경 계 감시 방법 의 임상적용( 감시 결과에

1019

영향을 미 치는 요소

36

Chapter 신경근기능감시

1007

. 1 033

1 신경자극 생 리 2 자극형 태

1034 103 4

3 신경자극기

1038

4 전극 5 근육 선택

1038

6 감시방법

1041

7 임상에서 신경자극기 사용

1044

1038

8 결론

1045

37

1 047

Chapter 처|온감시와 악성고열증 . . . . 1 정상 체옹조절

1047

2 전신마취 시 체온조절

1049

3 전신마취 시 저체옹의 발현

1051

4 신경축 마취

1053

5 경증 저 체온의 영 향들

1055

6 주술기 체온관리

1057

7 고체옹 및 열 8 체온감시 9 악성고열증

1059

10 요약

1070

수액요법

38

Chapter 수액 및 전해질

1060 1061

1073

5 마그네슐 생 리

1081

6 인산염 생 리

1083

7 염화물 생 리 8 포도당 생 리 와 수액

1085 1085

9 당뇨

1085

10 산 염 기 인자

1089

1 1 임상적 인 산염 기 불균형 12 체 액균형과 체 액 대 치용액 13 외과적 체 액균형과 쇼크

1090

14 콜로이드와 혈 액 대 체 제

1094

15 특별한 임상조건에서의 수액관리

1096

16 결핍

1097

17 소실

1097

39

1 1 05

Chapter 수열요법

1074

3 칼륨 생 리

1078

4 칼숨 생 리

1080

1091

1 수혈의 적응 2 수혈의 준비 3 수혈의 합병증

1 105

4 지혈기전

1115

5 혈 액 성 분요법

1 1 19

6 혈액보존요법 7 무혈액 의학

1 123

Chapter 산-염기 . ‘". . . 40

1 106 1 108

1 128

1 1 29

1 생 리 적 고려사항 2산 염 기 균형 의 조절기 전

1 129

3 대사 산- 염 기 불균형 4 대사알칼리증

1 131

5 호흡산 염 기 불균형

1135

6 증례 토론

1 137

1073

1 체액 생리 2 나트륨 생 리

1091

• 찾아보기

1 130 1133

PART I

역사와기본원리

서론 약리

생리

Chapter 1 마취의 역사 Chapter 2 마취와 약력학 Chapter 3 마추| 와 유전 Chapter 4 자율신경계 Chapter 5 심장생 리 학 Chapter 6 호흘생리 Chapter 7 간생리 Chapter 8 뇌생리 Chapter 9 신장생리

e

­ ’ r l ‘ l 4 F n uk R ” νF 01-추} 의 역사 닙�^�

-;""Ic므

차 려| 0 1 . 고전적

수술과 마취

02. 현대 마취의 역사 1) 홉입마취의 역사

2) 마취수기 및 기구

3) 국소 및 부분마취 의 역사 4) 정 맥마취 의 역사 03. 우리나라 마취의 역사

1 ) 민간요법과 한방치료

1서l 기 경 그 리 스의 의 사 이 며 식 물학자인 Pedanius 11

2) 개화기 의 마취 3)일본 강점 기 의 마취 4) 건국초기 의 마취 5) 한국전쟁 이후의 마취

문의의 역 할은 독자적 으로 활동하든 협 력 적 으로 활동하든 점

Dioscorides(40-90) 는 환자에게 만드라고라(man­

점 늘어 나고 있다. 마취과의사는 수술 전부터 환자를 의학적

dragora officinarum) 의 뿌 리 로 만든 와인을 마시 게 한 후 수

인 견 지 에 서 파악하여 진단과 치 료가 필요한 사항이 있을 경

술을 하면 통증에 반응이 없 었는데 ， 이 러 한 최 면 상 태 를

우에는 협 의 하여 해 결한다. 그 리 고 수술 중에는 마취나 수술

‘anesthesia’ 라고 하였다 이 는 그 리 스 어 로 ‘'an(negative)’ 과

로 일 어 나는 변화는 물론 다른 원 인으로 인한 상황에 대 처 하

‘a isthεsis(sensation)’ 의 복합어 이 다. 17241건 Bailey 의 영 어 사

여 환자가 최 선의 상태를 유지 하도록 관리 한다. 수술 후 환자

전 에 서 는 마취를 ‘감각의 결함(a defect of sensation)’ 이 라고

를 회복실로 옮긴 후 의 식 의 정 도， 심 혈관계 변화， 호흡 상태 ，

정 의하였다.

출혈 ， 체 온 변화， 운동기 능 등을 조사하고， 마취 에 서 회복이

마취 란 무감각 또는 통증에 대한 인지능력 이 없다는 말이

이 루어 져 병 실로 이송할 때 까지 환자의 상태를 관찰한다. 또

다. 그러나 1846년 Morton 이 에 테 르(ether) 를 사용하여 마취

한 이 러 한 과정 이 이루어 지는 동안 환자를 고통과 공포로부터

를 성 공시 킨 후 에 테 르가 유발한 환자의 상태 에 대 하여 Oliver Wendell Holmes0809-1894)가 'anesthesia’ 라는 이 름을 붙

보호하고 외과의 사가 편안한 마음으로 수술과 처 치를 할 수

인 것은 통증의 소실과 더 불어 의 식 의 소실도 내포되어 있다

마쥐는 수술실 에 서 만 행 해 지 는 것 이 아니 다 최근에는 환자

수술을 하기 위해 시 행하는 근래의 전신마취는 마취 의 심도에

의 안전 및 정확한 진단과 시 술을 위 해 서 심 장센터 나 방사선과

따라 정도의 차이는 있으나 무통， 기 억상실， 의 식소실， 근육이

에 서 도 마취가 시 행 된다. 마쥐과의사는 수술실에 서 심 정 지 나

완 그리고 반사차단이 이루어 진 상태를 말하고， 부위마취는 마

심 정 지 가 일 어 날 수 있을 정 도로 상태가 심 각한 환자들을 접 할

취 된 부위의 무통과 근육이 이완된 상태를 말한다. 이 러한 상

기 회가 많다. 또한 손상이 나 마약 등으로 인한 호흡정 지 와는

태는 가역적 이 어 야 한다.

달리 근육이완제로 인한 호흡 관리는 일반적 인 마취 행 위 에 해

있도록 도와준다.

동안 통증의 완화는 물론 환자에 게 일어날 수 있는 정 신 및 육

당된다 심 장과 호흡생 리 ， 해부학 그 리 고 약리학에 관한 지 식

체 적 인 변회를 관리 하는 의술이 다. 의료 분야에서 마취과 전

요하기 때 문에 기 도 관리와 응급소생술에 숙달되 어 구급 환자

수술을 하기 위한 마취는 수술 전과 후， 그 리 고 수술하는

의 습득은 필요에 의 해 자연스럽 게 이루어 지 며 ， 경 험 역 시 중

4

.

PART I

역사와 기본원리

의 진단과 처 치를 신속하고 합리 적 으로 시행할 수 있다. 더 욱

프랑스와 페루 등지 에서 발견된 신 석 기 시대의 유물과 함께

이 각종 기 구나 장 비 시용에 익 숙하고 구급약품의 선 택 에 능숙

발굴된 구멍 난 머 리 뼈를 통해서 고대인들이 머 리 뼈 의 원형 절

하여 심 폐 소생술， 호흡요법 ， 구급요법 분야를 담당하게 되 었

제 술을 도구를 이 용하여 시 술하였음을 것을 알 수 있다. 또 어

수 있는 특수치 료실에 서 의 역할이 크다. 수술을 하기 위해 시

떤 머 리 뼈는 상흔이 남은 것으로 보아 수술 후 상당 기 간 생 존

행하는 척 추마취 ， 경 막외 마취 그 리 고 신체 각 부위 의 신경 차

따라 다르다 두개골 조각을 건강을 지 켜주는 부적으로 여 겨

단 등은 사용하는 약물과 수기 가 기본이다 이 러 한 부위마취

목에 걸 고 다녔다는 기 록을 보 면 시 체 에 행 해 진 주술적 의 식

경 험 으로 인해 수술 후 통증치료와 급성 ， 만성 통증을 관리하

이 란 해 석 도 있고， 머 리 안에 들어온 악령을 몰아내 기 위 해 행

는 데 에 마취과의 사가 주도적 인 역할을 하고 있다.

해 졌다는 종교적 인 해 석 도 있으며 ， 두통이 나 간질을 치 료하기

고 ， 중환자실과 응급실 ， 병 실 그 리 고 약물의 부작용이 발생할

했었음을 알 수 있다. 시 술을 한 이 유 에 대 한 설 명 은 학자에

위 해 시 행 되 었다는 설도 있다. 수술하는 동안 통증을 없 애 거

I뀐

고전적

수술과 마추|

인류의 발생과 더불어 질 병 이 존재해 왔다는 증거는 유인원의

나 경 감시 켜주기 위 해 주 로 주문과 마술적 동작으로 최 면에 빠져들게 한다든지 ， 만드라고라 같은 식 물의 추출물을 시 술 부 위 에 바르기 도 하고， 의 식을 잃어 버 릴 정도로 술을 마시 게

화석과 유물에서 그 흔적을 찾을 수 있다. 고대에서 중세 에 이

도 하였다.

르기 까지 질 병 의 치 료는 종교， 마법 ， 익t물 그 리 고 물리 적 인 방

500년 Homer 의 시 ， ‘The Iliad and Odessay’ 에는 1 4 1 례 의

법 등이 구분되 지 않고 널 리 사용되 었다. 때로는 통증을 해소

전 상 기록이 있으며 ， 활과 검 에 의한 창상치료는 무기를 제 거

하기 위한 시 도도 있었고 수술도 시 행 되 었다.

하고 물로 깨끗이 씻은 후 흡착제를 뿌리 고 붕대를 감았다고

고대 그 리 스에도 수술과 치 료에 대한 기 록이 있다. 기 원전

기 원전 2250년 의 함무라비 법 전에 의하면 메 소포타미 아와

하였으며 ， 기 원전 460년 Hippocrates 는 그의 저 서 「창상과 궤

바빌로니 아에서는 배농， 백 내 장수술 그 리 고 방광결석 제 거 등

양』에서 창상치 료를 할 때는 물과 알코올로 깨끗이 씻을 것을

의 수술을 하였고， 수술 시 에는 청동으로 만든 칼을 시용하였

강조하였다. 이 당시 의 마취는 기 원전 70년에 만드라고라가

던 기 록이 있다. 수술은 조산원 이 나 이발사와 같은 히층 계급

통증치료에 사용되 었다는 기록이 있다.

상을 하고， 실패하면 별금을 물리 도록 하였다.

으며 다른 문명 에 비 해 외과학이 발달한 점이 특정 이 다 사지

에 속한 사람들이 시 행하였는데 ， 만약 성 공하면 그에 따른 보

고대 아랍 의사들이 가장 보편적으로 사용한 외과 수기 는 소작술로， 내과와 외과질환 모두에 시용하였다. Herodotus

고대 잉 카 부족에는 외과적 시숨을 행하는 직 업 인이 있었 절단술， 보철술， 천공술， 종양절제술 등이 시 행 되 었으며 상처

치 유와 관련된 구멍 뚫린 머 리 뼈 가 많이 발견되 어 기술 수준

(B . C. 484-B. C. 432) 에 의하면 기 원 전 아랍 사람들은 통증을 치

이 상당하였음을 증명해 주고 있다. 잉 카인들은 코카잎을 태

료하기 위하여 삼증기 (hemp vapor) 를 이용하였다고 하였다.

양신의 이들 Manco Capac 이 그들의 고통을 염 려해서 동정 의

그 리 고 그리스의 Saint Hilaly Bishop(315-367) 에 의하면， 동

증표로 준 선물로 믿 고 있었으므로 종교적 인 집 회 나 통증치 료

양에서 잠들게 하는 약을 연구하고 적당한 양을 먹 지 않으면

에 제한적으로 성 직 자들이 코카나무(ethroxylon coca) 의 마

깨 어 나지 않을 위 험 성 이 있다고 한 기록을 미루어볼 때 ， 술이

른 잎을 씹어서 사용하였다. 그 시대의 인류학 고증 서류에 의

나 아편과 함께 마리화나 흡입도 수술 시에 이용한 것으로 보 인다.

하면， 머 리 뼈 에 원형 절제 술을 시행할 때 성 직자가 코카잎을

고대 이 집 트의 유물에서 수술기구가 새 겨 진 벽 화가 발견되

씹어 서 나옹 침을 상처 에 떨 어 뜨려 통증을 느끼 지 않도록 했 다고 한다.

었으며 ， 기 원전 1 700년 Edwin Smith Papyrus에는 창상과 골

16세기 스페 인 정복자들은 저 임금으로 노동력을 향상시 키

절 치 료가 기 록되 어 있다. 또 기 원전 1 500년 Eberus Papyrus

기 위 해 빈민과 노예들에 게 묘카잎을 급여로 지 급하여 무절제

에는 두부 손상， 골절 ， 포경수술， 백 내장， 혈관수술에 대한 기

하게 시용하였는데 ， 이 는 이후 잉 카문명 이 몰락하게 된 하나의

록이 있으며 ， 수술 부위의 창상치 료는 꿀에 담갔던 면사붕대로

원인이 되 었다. 고대 멕시코의 마야인들도 종교적 인 병 인론을

붙였다가 4 일 후에 제 거 한다고 하였다. 아편을 사용한 기 록 및

가지고 있었는데 ， 허 리 케 인이 많은 지 역 이 기 때문에 바람신이

의 식 과 연관된 최 면제를 흡입하는 여 인의 조각상도 발견되 었

병을 가져온다고 믿 었다. 점 성술이 진단에 이용되 었으며 ， 부적

다. 포경수술의 경 우에는 아이 의 목을 눌러 반쯤 질 식 시 켜 시 행하였다고 한다.

과 주문 및 고해 등을 통해 치 료를 시 행하였다. 또한 약초를 많 이 재 배하였다고 한다. 외과학이 원시 의료권 중에서 가장 발

Chapter 1

마취의 역사

•

5

달한 편이 었고， 머 리 카락을 이용해 상처를 봉합하였으며 ， 연 기

용하였으며 ， 마취는 마약성 이 나 환각성 약물， 포도주， 최 면술

소독， 목욕， 사혈 ， 식 이 요법 및 물리요법 이 행 해졌다.

을 이용하였다.

중국의 하층 계급인들 사이 에 일부 마법과샤 머 니즘도 존재

중국의학이 나 인도의학은 종교적 인 영호별 받아 침 체 된 유

하였으나， 일반적으로는 음양오행 설에 근거 한 병 인론， 즉 도교

럽 의 중세 의학과 비슷한 점 이 많지 만， 음양오행설 이 나 체 질 설

( 水， 木， 金， 土) 의 부조화에 의 해 에서 말하는 음양과 오행火，

등의 철학적 인 사고가 내 재 되 어 있 어 중세 의학보다 훨씬 발달

질 병 이 생 긴다고 생 각하는 사상이 수 천 년에 걸 쳐 이 어 져 왔다.

한 의학이 라고 할 수 있다. 하지 만 동양의학은 현대의 과학적

중국의학에서 는 침과 여 러 가지 종류의 약제 가 사용되 었 지 만，

의학 단계 에는 도달하지 못했던 반면， 서 양의학은 과학적 인 병

몸에 칼을 대 는 것을 기 피 하는 유교의 영향으로 인해 외과학은

인론을 찾아가고 있었다.

크게 진전되 지 못하였다.

그 리 스 출신의 로마 의 사인 Galen(Aelius Galenus 또는

명 의 편작은 내과적 질 병 을 주로 다루었으며 ， 이 에 대비 되

Claudius Galenus ， AD 1 29-200/217)은 서 양의학 역시 상 가

( 효) 가 유명하다. 는 외과의사로는 후한시 대(25-220) 의 화타華n

장 오랜 기 간 동안 영향력을 발휘한 인물이 다. 그는 해부학， 생

( IJ骨 화타는 삭골햄

리 학， 약리학， 병 리학， 위 생 ， 치 료술 그 리 고 식 이 요법 등 의학

시 켜 통증을 완화시 키고， 병 소에는 진통작용이 있는 약물을 사

전반에 걸 쳐 저술을 남겼으며 ， 이 는 유럽뿐만 아니 라 이 슬람

용하였다는 기록이 있다. 이 것 이 바로 인류 역 사상 마취 의 효

세 계 에 서 도 그 권위를 인정 받았다. 동물실험 으로 감각신경 과

시 라고 할 수 있다. 그 러 나 애 석 하게도 마비산과 국소의t물의

운동신경을 구별하였으며 ， 척 수 절단의 효과를 관찰하였고， 신

처 방은 남아 있지는 않으나， 삼(cannabis) 이 주된 성 분이 라는

경 없 이 도 심장은 계속해서 될 수 있다는 사실을 알아내 었다.

설도 있고 독말풀종의 꽃을 말린 OJ'금화{洋金花) 와 다른 몇 가

그 리 고 폐로 공기 가 들어 가고 나가는 것을 확인하고 이 러한 기

지 생 약으로 조제되 었다는 주장도 있다.

능이 심장의 열을 식 혀주는 작용을 한다고 믿 었다. 그는 로마

는 외과학이 다 2세 기 경 Charaka Samita 와 5세 기 경 Sushruta

군의 창상을 알코올로 소독한 후 실로 봉합하여 치 료하였으며 ，

Samita 에 의하면 Charaka 는 진단에 능하였고 Sushruta 는 수

질 병 을 예방하는 데 사용하였다. 19 세 기 까지 독일의 약국에서

술에 능하였다고 한다. Sushruta는 1 2 1 종의 수술기구를 시용

이 약이 판매될 정 도로 인기 가 있었다고 한다. 그 이유 중 하나

하였고 여 러 종류의 붕대로 누르고 막아 지 혈하였고， 알코올을

는 그 약에 야편 성 분이 포함되 어 있어서 일 지 도 모른다.

고대 인도의학에서 가장 높은 수준으로 발전했던 의학 분야

테 리 악(teriac) 이 라는 만병통치 약을 만들어 상처를 치 료하고

시용하여 소독하였다. 외과적 처 치 는 절개술， 절제술， 배농 그

1 3 세 기 의 연금술사이 며 의사인 빌라노바 출신의 Arnold

리 고 봉합 등 다양하였다. 치 료에는 소작술이 나 고약 등도 사

0 238-13 1 0)는 아편， 만드레 이 크와 사리풀로 통증에 감각이

•

A. Theodoric의 저서에 수록되어 있는 위팔에 수술하는 그림으로 환자가 최면에 걸린 상태로 조수를 응시하고 있는 와중에 의사가 수술을 하고 있다 B. 중세기에 알코올을 흥입시커 수술하는 장먼으로 홉입기는 MortonOI 처음 사용한 홈입기와 유사하다

그림 1-1

6

.

역사와 기본원리

PART I

없는 약을 만들었다. 이 약물은 1 200 년 경 의 살레르노 출신 인

서 24시간 동안 하지 절단술을 포함한 200 명 의 전상 환자를 대

Nicholas 가 시용한 흡입 최 면 제 인 soporific 스펀 지 와 유사하

상으로 수술을 시 행 하였다고 한다. 방광쇄 석 술의 전문가인

였다. 루카 출신인 Theodoric 02 10-1298)은 Arnold의 처 방

William Cheselden0688-1752)은 1분 이 내 에 수술을 끝마쳐

에 상추， 담쟁 이녕쿨， 뽕나무 열매 그 리 고 독당근의 열매를 아

명 성 을 날리 기 도 하였다.

편과 만드라고라의 혼합물에 넣 어 달인 새 로운 soporific 스펀 치 료에도 효과가 있었다. 9-14 세 기 에는 이와 유사한 기 록들이

I밍

가시로 다른 부위를 찔 러 수술 부위의 통증을 잊 어 버 리 게 하

19 세 기 초 몇십 년 동안은 실 질 적 으로 전 세 기 에 시 작되 었던

는 방법 ， 경 동맥 이 나 신경을 압박하는 방법 ， 나무망치로 머 리

의학 발전의 연속선상에 있었다. 하지 만 19세기 말 의학의 모

를 가격하여 정 신을 잃 게 하는 방법 등이 있었다(그림 1-1) .

습은 19세기 초외는 크게 달랐다 마취술의 발전과 질 병 의 원

지 를 만들었다. 이 약은 수술 시 에도 사용되 었으며， 정 신질환 많이 남아 있다. 약물 이외 얼음이 나 친물을 이용한 냉 각법，

현대 마취의 역사

현대 적 인 마취 법 이 도 입 되 기 전 수술은 환자나 의 사 모두에

인으로써 미 생물의 발견이 라는 두 가지 사건은 질 병 의 개 념 ，

게 고통스 럽 고 고역스런 일이 었다. 외 과의사들은 환지를 움직

치 료 방법 그 리 고 위 생 법 을 근본적으로 바꾸어놓아 의학의 일

일 수 없게

힘 센 조수들에 게 환자의 사지를

대 변혁 을 예 고하고 있었다. 물론 다른 중요한 기여도 있었는

누르게 하고， 가능한 한 빠르고 정확하게 수술을 끝낼 수밖에

데 ， 살아 있는 유기 체 의 구조와 기 능의 기본 단위로서 의 세포

없었다. 힐덴의 파브리 0 560-1636)는 자신이 집 도했던 수술에

발견 ， 생 리 학적 원 리 의 확립 그리고 새로운 진단 도구들의 도

대 해 다음과 같이 말하였다. “여 러 명 의 조수가 팔과 다리를

입 등이 그것 이 다.

꽁꽁 묶은 다음

붙잡고 있었으나 하지 절단수술을 시 작하자 환자는 비 명 을 지

이 러 한 의 학의 발달은 점 점 더 축적 되 면서 다음 세 기 에 지

르고 날뛰 기 시 작하였다. 놀란 조수들은 모두 도망쳐 버 리고 나

대한 영향을 미 치 게 되 었다. 특히 외괴술의 발전은 속도가 매

의 어 린 아들만 혼자 남게 되 었다. 그래서 할 수 없이 아들에 게

우 더 디 었다. 신체 구조와 출혈에 대한 처 치는 거 의 해 결 되 었

환자의 다리를 붙잡고 있으라고 말하였다. 다행 히 옆 방에 있

으 나 효과적으로 통증을 관리 하지 못하고 수술 후 감염 의 문

던 임 신 중인 아내 가 재빨리 뛰 어 나와 환자의 가슴을 눌러주었

제 가 걸 림돌이 되 었다. 이 두 가지 장애는 이후에 마취 제 의 발

다. 만약 그때 아내 의 도움이 없 었 더 라면 환자도 나도 큰 낭패

견과 세균이 감염을 일으킨다는 사실 이 증명 됨으로써 극복될

를 볼 뻔 하였다

수 있었다.

1 9세 기 초 소설가인 Fanny Burney0752-1840) 는 유방절 제술을 받은 경 험 담을 다음과 같이 말하였다. “내가 침 대 에 둡

1 ) 흡입 마취 의 역 사

자 흰 삼배 손수건 이 내 얼굴 위 에 덮 어 졌다. 그 후 7 명 의 남자

수천 년간 수술 환자의 통증에는 익t물， 주술， 최 면 ， 침 술 및 물

와 간호사가 내 가 누워 있던 침 대를 에워썼다. 나는 수건 사이

리 적 인 방법 등이 사용되 었다. 제왕절개를 비 롯한 복부수술은

로 강철 칼에 반사되 어 반짝거 리 는 불빛을 보았다. 한동안 정

다%멘 시 대 와 장소에서 행 해졌으나， 신체 내부 장기 에 대한

적 이 흘렀다

체 계 적 인 접 근은 환자를 깊 이 잠들게 하고 통증을 느끼 지 않는

얼마나 무서운 순간이 었는지

무시 무시 한

칼 이 가슴을 파고들어왔을 때 나는 고함을 지 를 수밖에 없 었

상태 에서 충분한 시 간을 두고 수술할 수 있기까지는 불가능하

다 수술이 진 행 되 는 내 내 나는 그렇게 날카로운 비 명소리를

였다. 마취제 의 투여 방법으로 약물의 흡입 ， 경 구 및 도포 투여

질 러댔다. 얼마나 고통스 럽 고 무서 웠는지 수술이 끝났는데도

가 오랫동안 행 해 져 왔다. 그 후 정 맥 내 익t물 투여와 마취제를

끝난지도 모른 채 침 대 에 누워 있었어야 했다

증발시 켜 흡입 시 키는 기술이 도 입 되 면서 현 대 적 인 마취 가 이

당시 에는 환자의 고통을 멀기 위한 가장 확실한 방법은 정 확하고 빠르게 수술을 끝내논 것 이 었다. 그 래 서 수술시 간이

루어 지 게 되 었다. 이 러 한 방법들의 기 원은 중세시 대 에 시 작되 었다.

짧을수록 유능한 외과의 사라고 인 식 되 었다. 1824년 아스틀리

1 275 년 스페 인의 화학자인 Raymundus Lullius 가 에 테 르

쿠퍼는 하지 절단술을 하는 데 20분이 걸 렸는데 ， 그 후로부터

(ether) 를 발견하고， 이름을 ‘'sweet vitriol’ 이 라고 명 명 하였다

10년 뒤 의 제 임스 심은 같은 수술을 90초만에 끝냈다고 한다.

1540년 스 위 스 의 사이 며 연금술사인 Paracelsus 는 닭 에 게

Robert Liston0794-1847)은 시 간을 절약하기 위해 양 손을

sweet vitriol을 먹 였 더 니 깊 이 잠들었다가 한참 후 에 아무런

사용하는 동안에는 수술용 칼을 입 에 물고 있었을 정 도였으

탈 없이 깨 어 난 것을 보고， 이 물질이 최 면 효괴를 가지 고 있음

며 ， 구급치를 고안한 프랑스 군의 장 래 리는 보로디 노전투에

을 알아내 었다. 이 물질은 1 540년 독일의 과학자인 Valerius

Chapter 1

그림 1-2

•

A.

마추|의 역사

•

7

Joseph Priestly. 18세기 영국의 신학자， 교육자， 정치이론가이며， 탄산수를 만들고 산소를 확인한 물리학자이다 B. 프랑스의 유명한 화가의

작품인 Lavoisier와 그의 부인 Marie Paulz의 초상화이다 C. Humphry Davy. 20서|의 나이에 Beddoe가 설립한 기체언구소’ 에 들어가 아산화질소 홉입

효과에

대해

연구하였다

C ordus 가 합성 하 였 고 ， 1 7 3 0 년 독 일 의 과학자인 W . G . Frobenius 가 ‘'aether’ 로 명 명하였다. 이 것 이 바로 얼마 전까

다. 그 리 고 1775년 철에 질산을 부어 가열히는 과정 에서 가스 가 발생하는 것을 보고 이 가스를 ‘'phlogisticated nitrous air'

지 만 해 도 가장 많이 사용해왔던 유 명 한 ‘ 디 에 틸 에 태 르

라고 하였다. 전지는 산소이 고 후자는 아산화질소다

(diethyl ether)’ 이 다.

질 량보존의 법 칙 으로 유 명 한 Antoine Lavoisier0 743-

17 세 기 중반 Helmont(l577-1644)는 공기 외 에 도 다른 기

1794)는 산화수은을 가열하면 새로운 원소가 발생하는 것을

체 의 존재를 인정하였다. 그 리 고 William Harγey(l578-1657)

발견하고 이 원소를 ‘산소’ 라고 하였다. 그는 공기 의 일부분만

검은 정 맥 혈 에 서 불그스름한 동맥혈로 바뀐다는 사실을 발견

호흡에 관여하고， 다른 많은 부분은 호흡과 관련이 없다고 하

하였지 만， 그러한 변화의 기 전이 무엇인지는 파악하지 못하였

이 생 기 는 것을 보고 호기 가스 중 이 산화탄소가 있다는 사실을

다. 그 리 고 ‘심장과 혈 액 의 운동에 관하여’ 라는 논문에서 는 심

알아내 었다. 하지 만 그는 Humphrγ Davy(1778-1829) 가 조직

장이 하는 일과 혈 액 의 순환이 밸브로 인해 한 방향으로 순환

에서 대사가 일어 난다는 점을 실 험 으로 증명하기까지 는 폐에

하고 있다고 하였다.

서만 호흡이 일어난다고 믿 었다(그림 1-2) .

는 순환에 대한 그의 실 험 적 연구에서 혈 액 이 폐를 지 나가면서

였다. 그는 또한 호기 시 배출된 공기와 석 회수가 닿아 침 전물

Rebert Hooke(I635-1703)는 개 의 흉곽을 열고 풀무로 폐

아산화질소는 한때 ‘ 행복가스(happy gas)’ 또는 ‘소기가스

에 공기를 불어 넣 어 동맥 혈과 정 맥 혈 이 차이 가 있음을 발견하

(laughing gas)’ 라고 불 리 면 서 사교적 인 자리 에 서 환락을 위

고， 폐 에 서 공기 와 혈 액 이 접촉한다는 사실을 증명 하였다. 그

한 오락물로 시용되 었다. 1790년 Humpry Davy는 그의 친구

리 고 Richard Lower(1631-1691)는 폐순환에서 암적색 의 피 가

들과 함께 아산화질소를 직접 흡입하여 시 험 한 결과， 의 식 이

적 색 으로 변하는 현상은 폐 에 서 혈액으로 생 명 유지 에 필요한

몽롱해지 면서 치 아의 통증이 둔해진다는 사실을 알아내었다.

특수한 화학물질 이 흡수되 기 때문이 라고 하였다. 연소에 관한

1800년 그는 이 가스가 수술에 유용할 것 이 라고 제 안하였지만

학설로 유명한 Stahl(1660-1734)은 그가 명 명 한 대 기 중의 풀

아무도 그의 말에 귀 기울이 지 않았다.

로지스톤(phlogiston) 이 라는 성 분이 폐 에 들어 가야 한다고 하 였으며 ， 이물질 이 생 명 의 유지와 연관이 있다고 하였다.

영국의 외과의사인 Henry Hill Hickman(1800-1830)은 그 당시 다른 외과의사들과 마찬가지로 수술 환자가 느끼는 공포

1774 년 영국의 화학자이 며 물리학자인 ]oseph Priestley

와 고통을 덜 어 줄 수 있는 방법 에 대 해 오랜 기 간 고민을 하였

(1733-1804)는 산화수은을 가열시 키 는 과정 에 서 불꽃이 일어

다. 그는 쥐 와 개를 시험 대상으로 하여 고농도의 탄산가스를

나는 가스를 발견하고， 이 를 'dephlogiscated air' 라고 하였

흡입 시 킨 후 피 부 절개를 한 결과 마취 효과가 있다는 사실을

8

.

PART I

역사와 기본원리

발견하였다. 이 결괴를 토대로 탄산가스가 마취제로서 인간의

이후 벼 몬트 의과대학 학생 인 Wilham E Clarke는 동료들

수술에도 사용이 가능하다는 메 시 지 를 1824년 왕립학회 에 보

과 함께 아산화질소나 에 테 르를 흡입하여 시 험 해보았다. 시 험

냈으나， 받아들여 지 지 않았다. 사실 이 것은 마취가 아니 라 저

결과에 용기를 얻 어 1842년 1 월에 마침 내 젊은 여 성 환자 얼굴

산소증에 의 한 질 식 증상이 었다.

에 에 테 르를 적 신 수건을 덮고 마취를 하였고， 치 과의사인

그 당시 에는 흡입마취의 개 념 이 아직 확립 되 지 않은 상태 라

Eliah Pope 는 통증 없이 발치를 할 수 있었다. 그리고 두 달 후

수술마취는 고전적 인 방법 ， 즉 최 면이 나 물리 적 인 압박 또는

인 1842년 3 월 30 일 Crawford W . Long(1815-1878)은 Clarke

불확실한 약물 등에 의존하였었다 메스메 리즘(me얹sme히r따­

의 방법으로 젊은 남성 환자인 James M . Venable 의 목 부위

은 19 서세1 기 초 Anton Mesmer(1734-1815) 가 창안한 초기 형 태

종양을 에 테 르를 흡입 시 켜 절제하였다

의 최 변술이 지 만， 통증을 줄 이 는 것 이 가능하다는 사실을

이후 수차례 에 테 르로 모험 적 인 마취를 시 행한 후 그 결과

John Eliotson(1791-1868년 ) 이 주장하였다. 이에 지극을 받은

를 1848년 'Southern Medical and Surgical JournalJ 에 첫 보

인도의 James Esdaile은 메스메 리즘을 이용하여 73 례 의 무통

고서를 제출하기 까지는 이 위 대 한 사실을 공개하지 않았다.

수술을 하였지만 의 학계 에 서 는 크게 호응을 받지 못하였다

이 시 절에 는 외 과수술에 메스메 리즘을 사용히는 의시들의 영

James Braid는 1843년에 ‘최 면’ 이란 용어를 처음 도입하기는

향력 이 크게 작용하기 도 했었지만， 시 골의 사로서 환자가 수술

했으나 그것이 정 신생 리학적 현상임을 알지 못하였고， 옹호자

중 통증을 느 끼 지 못하는 이유가 에 테 르의 효과 때문인지 ， 환

나 반대자 모두에 게 메 스메 리즘과 비슷한 것으로 잘못 인 식 되

자가 통증에 무딘 것 때문인지 또는 자가 최 면 인 지 판단할 수

었 다 하지 만 메스메 리즘은 에 테르마취가 의학계 에 획 기 적 인

없었다.

사건으로 받아들여 질 때까지 당대 여 러 해 동안 의사와 일반인 들을 모두 사로잡았던 최 변술로 기 억 되고 있다.

Cardner Quincy Colton(1814-1898) 은 ammonium nitrate 를 가열하여 아산화질소를 제조하였다. 그 리 고 이 에 대 해 2 년

해부학 지 식 과 수술 기 법 이 발전함에 따라 통증을 줄이는

간 연구한 뒤 1844년 12월 10 일에 Connecticut 에 서 지 방 순회

안전한 방법 에 대한 요구 역시 거 세 지 게 되 었다. 그리고 치 과

의학강연을 하였다. 이곳에서 청중들은 아산화질소를 흡입한

가 전문화되 어감에 따라 잇몽을 위 시 한 구강내 통증이 큰 문제

뒤 발에 상처를 입 혀 도 통증을 느끼 지 않는다는 사실을 직접

가 되 었으며 ， 통증에 대한 관심 역시 커 져 갔다. 신체의 다른 부

확인할 수 있었다 치과의사인 Horace Wells( 1 8 1 5-1848) 는

위 에 통증이 있을 경 우 그대로 방치 해놓다가는 죽을지 도 모른 다는 생각에 외과의 사를 찾아가기 도 하였지만 치 과질환은 경

이 광경을 본 다음 날， 인턴 치과의 사인 John Riggs를 시 켜 자 신의 충치를 뽑아낼 수 있었다. 이 과정 에 서 Wells는 Colton 이

우가 달랐다 즉 치괴를 찾는 환자들의 기 대 는 일반 외과 환자

자신에 게 아산화질소를 투여하는 동안 가벼운 정 도의 통증을

는 방법 에 대 해 치과의사들이 주도권을 잡았던 것은 우연이 아

그는 이 러 한 실험 적 결과가 대 단한 업 적 이 될 것 이 라 생각

와는 달리 통증 자체가 문제 였던 것 이 다. 따라서 통증을 줄이 니 었다.

경 험하였다. 하였다 따라서 그의 환지들에 게 수차례 아산화질소를 흡입 시

그림 1-3

•

A.

T. G. Morlon

Gardner Q. Collon . B. William

Chapter

1 마취의 역사

•

9

켜 발치 에 성 공한 후 이 를 널 리 알릴 목적으로 Colton 에 게 부

외과 주임교수인 68 세 의 ]ohn Collins Warren은 Abbott 의 왼

탁하여 나무튜브와 가스가 들어 있는 호흡낭을 붙여 서 아산화

쪽 경 부에 발생한 혈관 종양을 제 거 하였다. 수술은 성 공적 이 었

질소흡입 기 를 만들었다 수주일 후 Wells는 매사추세츠 종합

다. 이 일 을 기 념 하기 위 해 수술을 공 개 한 실 험 실은 현 재

병 원 (Massachusetts General Hospital) 에서 공개 시 연회 를 열

‘ Ether Dome' 이 라고 명 명 하여 보존되고 있다 이 러한 기 념

었다. 그러나 마취의 정도가 약했는지 환자인 의 대 학생은 발치

비 적 인 소식은 전 세 계 로 급속도로 퍼 져 나가 마침 내 에 테르의

중에 신음하면서 몸을 웅직 였다. 이후 거 의 통증을 느끼지 않

사용이 보펀화되 었으며 ， 이 로써 외과수술의 새 로운 시 대 가 열

사건으로 인해 불신을 받고 크게 낙담하여 크로로포름 중독자

Morton은 이 발견으로 금전적 인 이득을 얻 기 위 해 그가 사

가 되 었으며 ， 프랑스과학원이 그를 진정한 마취 의 발견자라고

용한 약물이 에 태 르와 동일한데도 ‘ letheon’ 이 라고 부르며 이

인정한 시 실도 모른 채 자살하였다(그림 1-3).

를 선전하였다. 그러 나 매사추세츠 종합병 원의 외과의사들은

았다고 말했지 만 결국 이 시도는 실패로 끝나버 렸다. 그는 이

리 게 되 었다

젊은 치과의사인 William Thomas Green Morton( 1819-

letheon 의 정 체 가 밝혀 질 때까지 이를 사용하지 않았다. 결국

1868) ( 그림 1-3)은 Wells 의 대학 후배 이 며 한때 통업을 한 관

Bigelow 등에 의해서 letheon 이 에 테 르라는 것이 밝혀 져

계로， 그의 공개 시 연회 에 참석하였다 그는 실패한 아산화질

Morton은 명 예 의 실추는 물론， 돈벌이 에 대한 꿈이 수포로 돌

소 대 신 다른 마취제 가 있을 것 이 라 생각하고 이 일을 화학자

아가고 말았다. 결국 그는 발견에 대한 어 떤 보상도 받지 못하

은 sulfuric 에 테 르(ether) 를 흡입하면 증발하면서 잇몸에 어 느

고 빈곤하게 살다가 49세 의 나이로 호수에 몸을 던져 생을 마

정 도 의 냉 각마취가 일어 난다고 하면서 이 것의 시용을 권유하

영국에 서 는 Morton 의 시 연회 두 달 후에 런던의 치 과의 사

였다 Morton 은 몇 종류의 동물실험을 거 친 후， 1846년 9월

인 ]ames Robinson 이 여 자아이 의 어금니 를 에 테르로 마취하

30 일 상인인 Eben H . Frost 의 치 아를 그의 실험 실에서 에 테 르

여 발치 하였다 Robinson은 새 로운 흡입 기 를 만들었고， 1847

인 Charles A. ]ackson( 1 805-1880) 에 게 부탁하였다. ]ackson

를 흡입 시 켜 통증을 느끼 지 않는 상태로 제 거 하는 데 성 공하였

감하였다 ( 그림 1-4) .

년 마취 에 관한 책도 출간하였다. Robinson 이 에 태 르를 사용

다. 다음 날 신문에 이 수술 소식 이 실 리 자， 매사추세츠 종합병

한 마취 2 일 후에 영국에 서 는 처 음으로 런던의 대학병 원에 서

원의 외과의사인 Hemy ]acob Bigelow(1818-1890) 가 공개 시

William Squire 가 에 테르로 마취를 하고， Robert Liston( 1 794

연회를 제의하고 준비를 하였다. 이 욱고 1846년 10월 1 6 일 에 Wells 가 시 연한 장소에서 공개 시 연회 가 개 최 되 었다. 급히 제작된 증발기 구인 유리 저 장 기 에

1 847) 이 한쪽 하지 절 단술을 시 행 하였다. 그 리 고 몇 해 뒤 Edinburgh 의 유명한 산부인과의사인 ]ames Simpson( 181 1 1870)은 에 테르를 처음으로 무통분만에 사용하였다.

색 소와 향료를 섞 은 에트르를 넣고， M。π。n은 젊은 인 쇄 업 자

에 태 르는 안전한 마취제 임 에도 불구하고 자극적 인 냄 새 가

인 Edward Gilbert Abbott를 마취 시 켰다. 하 버 드 의과대학의

나고 가연성 이 있으며 ， 마 취 유도시 간이 길 고 ， 수술 후 오심과 구토 증세 가 있는 것이 단점 이 었다. 이 러 한 단점 때문에 새 로 운 마취 제 를 찾던 중 1 8 3 1 년 7 월 에 미 국의 사 인 Samuel Guthrie 가 크로로포름( chloroform) 을 발견하게 되 었다. 그리 고 수개월 후 프랑스 화학자인 Eugène Soubeiran과 독일의 ]ustus von Liebig 가 같은 방법으로 발견하였다 18471건 Marie ]ean Flour히ls( 1 794-1867)는 개의 실 험 에 서 크로로포름이 에 태 르와 같이 단계별로 중추신경 억 제 작용이 나타나는 현상을 알게 되 었다. 1847년 1 0 월 4 일 저 녁 파티 에 서 Simpson 은 동료들과 함께 직 접 이 를 흡 입 하여 실 험 한 결 과， 의 식 의 소실과 회 복이 빠르다는 사실을 알게 되 었다. 그리

그림 1-4

•

고 같은 해 에 Simpson은 분만 시 전신마취 제로는 처 음으로 크 로로포름을 사용하였다.

MGH에서 에테르의 공개 시연장면을 H. H. Hall이 그린 그림.

왼쪽부터 Henry J. Beglow， Augustus A. Gould， Jonathan Mason

Warren. John Collins Warren. William T. G. Morten. Gilbert Abbott(흔}자)， George Hayward. Solomon D. Townsenl.

그 러 나 분만 시 마취 에 대 하여 Simpson은 분만 시 진통은 과학적 이 고 해부학적 인 원 인으로 발생한다고 해 명 했음에도 불 구하고， 여 성 이 아이를 낳을 때 모름지 기 고통을 겪 어 야 한다

10

•

PART I

역사와 기본원리 sniffer’ s death) 의 발생으로 에 태 르보다 사망률이 5 배 나 높다 는 사실이 명 백 히 밝혀 질 때까지 거 의 25 년 동안이 나 가장 인 기 있는 마취제 로 쓰였다. 에 테르는 Morton 의 시 연 직후부터 여 러 나라에 서 사용되 었 다 특히 프랑스， 스웨덴， 포르투갈， 에스파냐， 쿠바 그 리 고 남 아메 리 카에 서 는 확고한 자리를 차지 하였다. 크로로포름이 우 위를 차지한 독일에서도 어 떤 의사들은 에 테르를 선호하였다. 성 형 외과의 선구자인 Johann Friedrich Dieffenbach ( 1795-

그림 1-5

•

1847) 는 다음과 같이 말하였다 “환지들의 통증을 없 애 기 위한 놀라운 꿈이 드디 어 실현되 었다. 통증은 우리 인간의 가장 큰

에테르와 크로로포름의 흩입기를 고안한 John Snow

관심사이 며 불완전한 육신의 가장 분명한 감각인데 ， 통증은 이 제 인간 정 신의 힘 과 에 테 르 증기 의 힘 앞에 머 리를 숙이 게 되 었다

는 성 서 의 가르침 에 위 배 된다 하여 캘빈파 목사들로부터 혹심

에틸크로라이드(ethyl chloride)는 17세 기 경 에 Valentine 에

한 비 난을 받았다. 그 러 나 Victoria 여왕01 Leopold 왕자를 분

만할 때 John Snow(1813-1858) 가 여왕의 허 락 하에 크로로포

다는 사실이 알려 졌다. 스위스의 Redard는 이 물질을 피 부에

름을 사용함으로써 반대자들의 목소리 가 잠잠해 졌다. 이 를 계

분무하면 국소마취 의 효괴를 얻을 수 있다고 주장하였다. 1894

기 로 유럽 에서 무통분만을 하는 데 크로로포름의 사용이 증가

년 스웨멘의 치 과의사인 Carlson은 구강의 종양수술을 하기 위

하게 되 었다.

해 이 물질로 냉 각마취를 하려고 분무하였다가 환자가 잘못 흡

의해서 제조되 었고 1847년 Flourens 에 의해서 마취 효과가 있

Snow는 에 테르와 크로로포름의 흡입 기 를 고안하고 다양한

입 해 우발적 인 전신마취 가 된 사건을 경 험 하였다. 그래서 그는

마취 기 법 에 대한 연구와 저 술을 남겼다. 또한 각종 마취제 의

에틸크로라이드가 흡입마취제로서 가치 가 있다고 인정 하였다

생 리 학적 작용을 연구하여 마취과학이 의학의 한 분야로 발전

그러나 이 마취제는 전신마취 유도제로 사용된 적 이 있었지 만，

하는 데 많은 공헌을 함으로써 최 초의 마취과전문의 라는 칭 호

부작용이 많아 현재는 국소 냉 각마취 에 사용하고 있다.

를 받 게 되 었다(그림 1-5， 1-6)

에 틸 렌( ethylene) 은 1920 년 경 에 Luckhardt와 Carter 에 의

크로로포름은 간 독성 이 알려 질 때까지 한 세 기 동안 영국

해서 흡입마취 제 로서 가치를 인정 받았다 1925 년 McIntosch

의 대표 마취 제로 알려 졌었다. 미국에서도 20세 기 초까지 에

는 에 틸 렌을 에 테 르와 비교하여 수술 후 오심 구토가 적 고 마

테르보다 크로로포름을 더 많이 사용하였다. 크로로포름은 독

취 유도와 회복이 빠르다고 보고하였다. 에 틸 렌은 오랜 기 간

일 에 서 도 1894년에 크로로포름이 치 명 적 인 심부정맥 (sudden

사용되었으나 항상 산소와 투여해야 하므로 화제 의 위 험 이 있 었다. 트리클로로에틸 렌( trichloroethylene) 은 처 음에는 용매 로 사용하였으나 1917년에 Plessner 에 의해서 진통 효과가 있 다고 밝혀 졌고， 1935 년 Jackson은 마취 제로 인 정 하고 연구에 몰두하였으나， 국한적 인 임 상증례 에 만 사용하다가 1 939년 Hewer 에 의 해 서 다시 관심을 갖게 되 었다 영국에서 트리클로로에 틸 렌은 크로로포름보다 간독성 이 적 고 에테르와 달리 불유쾌한 자극이나 인화성 이 없어 마취제 의 헥 명 이 라고 환호하였다. Trimar 또는 trilene 이 라는 이 름으로 일반수술이 나 무통분만에 널 리 이용되 었다. 하지 만 얼마 지 나 지 않아 예 기 치 않은 단점들이 발견되 었다 심장의 부정맥을 조장하고， 소다라임과 반응하여 dichloroacetylene 과 phos

그림 1-6

•

gene 이 생 성 되 어 신경 에 기능장애를 초래하며 ， 간독성 도 보고 되 면서 1956년 할로탄( halothane) 의 등장으로 사용이 줄었다.

John Snow가 고안한 ether inhaler

디 비 닐 에 태르(divinyl ether) 는 ‘Vinethene’ 이 라는 상품명

Chapter 1

으로 알려져 있으며 ， 1887년 화학자인 Semmler 에 의 해 처 음

마취의 역사

•

11

rane) 이 개 발되 어 임 상에서 사용되고 있다.

으로 제 조되 었다. 1 933년 Alberta 대학의 Samuel Gelfan과 Irving Bell이 개방점 적 법으로 시 험 한 후 마취효과를 최 초로

2) 마취 수 기 및 기 구

발표하였다. 장기 간 보관하면 독성물질이 생 성 되 고 마취 시 간

마취 초기 에는 마취제 에 담군 수건을 환자의 코 에 덮 고 환자

이 길 면 간독성과 신독성 의 위 험 이 알려 지 면서 간단한 수술이

가 숨을 쉴 때 흡 입 되 도록 하여 마취를 유도하였다. 이 후 수건

나 다른 마취 제 의 유도제로 사용하다가 지 금은 역 사적 인 유물

대신 거 즈를 덮고 마취제 를 한 방울씩 떨어뜨리는 소위 개방

로 남게 되 었다.

점 적 법 이 이 어 졌다. 이 마취 법은 기 구와 사용 방법 이 단순해

싸이 크로프로판(cyclopropane) 은 1881 1건 August Freund

서 1860 1년 대 에 Skinner ， Schimmelbusch ， Yankauer 등이 철

가 발견하였다. 마취효과는 1 936년 Henderson과 Lucas 에 의

사로 각기 다른 마스크를 개 발하여 1 900년 중반까지 사용되

해 알려 진 이 후 한동안 사용되 었으나， 산소와 같이 투여하면

었다

폭발의 위 험 이 있어 현재는 시용하지 않는다.

1846년 Morton이 공개 시 연할 때 에는 유리로 만든 흡입 기

는 독성 등 여 러 가지 단점 이 많았으나， 1951년 에는 영 국의

구를 시용하였는데 ， 둥근 유 리 병 속에 에 테르에 젖은 솜을 넣

Suckling 이 불화탄수회물이고 휘 발성 이 없는 할로탄을 합성하

라 흡입 되 도록 하였다. 이 것 이 임 상에 서 최 초로 사용된 마취제

였다. 할로탄은 1 956년 영국의 M . ]onstone 이 임상에 처 음 사

의 기 화기 이다 가는 카태 터 를 기 관에 넣고 산소를 넣 어주면서

이 당시 까지 흡입 마취 제 는 인화성과 폭발성 ， 인 체 에 미 치

용하였으며 ， 1 959년 에 Raventos가 이 익t물의 약리작용을 통

물실험 을 통해서 밝혀 내 었다.

M .Jonstone ， Bryce-Smith ， 0’ Brien 등이 임 상실 험 을 통해

서 마취효과가 우수하다는 평 가를 내 렸다. 그 후 이 마취제는 전 세계로 빠르게 파급되 어 1 980년 대 와 1 990년의 대표적 인 흡

어 나무로 만든 관을 입 에 물고 입 으로 호흡을 하면 공 기 를 따

에 테 르 나 크 로로포름을 흡 입 시 키 는 통 기 법 (insufflation method)은 Samuel Me!tzer(1851-1920) 와 ]ohn Auer(18751 948)가 동물실 험 에 서 안정 성 을 인정 받았으나 흉부수술에는 폐 기 종과 무기 폐 의 위 험 이 있었다.

Francis E. Shipway(1875-1968)는 지 속적 인 공기 공급장치

입 마취 제 로 시용되 었다. 하지만 새 로운 마취제 가 등장하고 할

를 고안하여 임 상에 사용하였다. Frederik Hewitt는 처 음으로

로탄 간염 이 문제가 되 면서 사용 빈도가 많이 줄어들어 ， 1 980

아산화질소와 산소탱크를 사용하여 혼합가스를 흡입 시 키는 마

년 대 에는 엔풀루란(enflurane) 과 이 소푸루란(isoflurane) 으로

취 기 를 고안하였으며 ， 고압가스탱크의 압력조절밸브는 마취과

대 체 되 었다.

의사인 ]ay Albion Heidbrink(1857- 1957) 가 발명 하였고， 독

1958년 미국의 Dow 화학회사는 메톡시플루레 인(methox껴u rane) 이 라는 마취제 를 합성하였고， 동물 및 임상실험을 통해

일의 Heinrich Dräger(1847-1917) 부지는 이 를 개 량하여 마 취 기 에 사용하였다

마취효과가 강력 하다는 사실을 발표하였다. Abott 제 약회 사는

1848년 E. W . Murphy는 분만 환자의 통증을 경 감시 킬 목

이 약품에 ‘Penthrane’ 이 라는 특허 상품명을 붙여 시 판하였

적 을 가지고 강철로 기 화기 와 마스크를 하나로 만들어 분만 환

다. 이 마취제 는 냄 새 가 향기롭고 환자가 흡입하면 몽이 가볍

자에게 크로로포름으로 마취하였다. 이 마취 기 의 특정은 흡입

고 황흘경 에 빠져드는 효과가 있어 1 960년대와 1 970년대 초까

과 호기 밸브가 있어 비 재호흡 장치 가 있는 점 이 다. 1876년

만 현재는 신장 독성 이 있다고 알려 진 이후에 생산되 지 않고

]oseph Thomas Clover는 흡입 되 는 에 테 르의 OJ을 조절할 수

있다.

마취 기 는 아산화질소도 시용할 수 있으며 ， 청색증이 생 기 면 대

지 일반마취는 물론， 특히 무통분만에 많이 사용되 었다. 하지

1963년 에 Ross Terrell 에 의해서 엔풀루란이 합성 되 었고， 1 966년 Vistue 가 임 상에 사용하기 시 작함으로써 흡입마취 제

있는 운반용 마취 기 를 제 작하였다. 완전 폐 쇄 식 으로 고안된 이

기 의 공기를 흡입할 수 있도록 고안되 었다.

1 9 1 0 년 E 1 McKesson 이 가스유량기 (flow meter) 를 제 작

로 각광받기 시 작하였다. Abott 제약회사에서 ‘Ethrane’ 이 라

하였고， 다음 해 191 1 년 에 산소와 아산화질소의 유량기 가 부

는 상품명으로 시 판하고 있었는데 ， 이 마취제 는 1970년 대 와

착되고 환자의 흡기 에 의해 조절되 어 혼합가스가 흡입 되 는 마

1 980 년 대 에 가장 많이 사용한 흡입마취 제 이 다. 또한 Terrell은

취 기 를 만들었다. McKesson은 탄산가스의 축적 이 흡 입 마취

1 9 6 5 년 에 새 로운 흡 입 마취 제 인 이 소푸루란을 합성 하였고 ，

제 의 투 여 에 유용하다고 믿 었으므로 재호흡을 하도록 설 계 하

1 97 1 년 에 Stevens 가 처 음으로 임 상마취 에 사용하였으며 ， 심 장

였다. 같은 시 기 에 Connell ， Heidbrink ， Forreger 등도 유량기

이 나 뇌수술 마취 시 에 많 이 사용되고 있다. 근래 에는 새 로운

가 부착된 극히 초보적 인 마취 기 를 제작하였다 이 러한 폐 쇄 식

흡입마쥐 제 인 세보플루란(sevoflurane) 과 데 스플루란(desflu-

마취 기 들은 유량을 증가하지 않는 한 탄산가스의 축적으로 인

12

•

PART I

역사와 기본원리

한 위 험 이 도사리고 있었다.

였다. 그 후 마취 기 술이 복잡해지 고 지 식 이 늘어남에 따라 특

Alfred Coleman( 1828-1902)은 호기 가스가 소화용 석 회 위

별 훈련을 받은 간호사와 기 사가 그 일을 맡았다. 1940년대까

를 지 나가면서 탄산가스가 흡수되는 점 에 착안하여 마취가스

지 도 유명한 병 원에 서 조차 마취의사보다는 마취간호사를 고용

를 재 흡 입 할 수 있는 장비를 고안하였다. 1 90 5 년 에 Franz

하였다. 아내 로레트의 도움을 받아가며 마취를 하던 맥마흔

Kuhn(1866-1 929)은 호기 중 탄산가스를 흡수하는 소다라임

(Frank H . McMechan)은 1 935 년에 마취과에 대 해 다음과 같

에 대 해 기 술하 였 으 나 주 의 를 끌지 못 하 였 다 . 1 909 년 에

이 말하였다. “마취과의사가 습득한 처 치 법을 사용하여 마취

Benedict 에 의해서 발표된 탄산가스 흡수제에 대한 연구 결 과

약에 의해 일 어 날 수도 있는 모든 문제를 처 리할 수 있을 때 에

를 토대로 1914년 ]ackson이 처음으로 소다라임을 사용하여

만 환자의 안전은 보장될 수 있다. 마취과의사는 그러한 일을

동물을 대상으로 에 태 르를 이용함으로써 수시 간 동안 마취를 유지할 수 있었다.

할 수 있지 만 기 사는 그렇지 못하다 한편 1 937 년 에 Phillip Ayre는 밸브가 없는 비 재 호흡법

1 923 년 Ralph Waters(1884-1929)는 양철로 소다라임 흡수

(non-rebreathing system) 의 기초가 되 는 ayre T관을 개발하

기 를 고안하여 마취 기 에 연결하여 사용하였는데 ， 이 것 이 폐 쇄

였는데 ， 이 것은 그 이 후에 ]ackson-Rees 의 개 량형 (Gordon

순환식 마취 법 의 효시가 되 었다. 이 장비는 마스크， 탄산가스

]ackson Rees modification)으로 변형 되 어 시용되고 있다.

흡수기 ， 호흡주머 니 의 세 부분으로 구성 되 어 있다. 호흡히는

할로탄과 같은 강력한 마취 제를 사용할 때 에는 흡입 가스의

공기 는 왕복(to and fro) 하면서 호기 의 탄산가스가 제 거 되도

농도를 조절하지 않으면 위 험 하다 Lucien Morris는 마취 액 이

록 하였다 그러나 이 장비 의 결 점 은 탄산가스 흡수기 가 환자

외 부 온도에 크 게 영향을 받지 않고 기 화되는 ‘kopper kettle'

와 가까이 있어 탄산가스흡수제 의 화학반응으로 발생하는 열

이 라는 기 화기 를 발명하였다. 이 기 화기 는 에 테 르마취 에 주로

과 미 세한 분말이 폐로 들어 간다는 것 이 다. 이 를 해 결하기 위

시용되 었으며 ， 근래에는 마취 제 의 종류에 따라 물리 적 특성 에

하여 1 926년 Brian C. Sword와 Foregger는 호기 와 흡기 가 각

맞는 기 화기 를 개발하여 사용하고 있다

각 다른 방향으로 흐르도록 두 개 의 밸브를 부착하고 탄산가스

1878년 Macewen은 혀의 종양수술에 각성 상태의 환자에

흡수기 에 두 개 의 고무 튜브로 연결한 폐쇄순환식 마취기 를 개

맹목 삽관을 시 행하였다. Frantz Kuhn(1866-1929) 굴절성 의

발하였다. 현재 사용하고 있는 마취 기 는 편 리 성 과 안정 성 의 측

금속관을 만들어 구강수술 환자에게 맹 목 삽관을 시 행하고， 삽

면에서 많은 부분이 개 량되 었지만 기 본적 원 리 는 이들이 만든

관을 통해서 통기 법 으로 마취를 하였다 내 경 이 큰 고무로 된

마취기 와 동일하다.

튜브는 Ivan W . Magil10888-1986) 이 고안하였다. 1928년

1 9 1 3 년 Hewitt는 마취하는 과정 에서 기 도 유지 가 특히 중

Guedel0883-1 956) 과 Waters 가 기 관 내 로 주입된 가스의 유

요한 과제 라고 주장하였다. Lumbard ， Connell ， Coburn ，

출을 방지할 목적으로 기 관튜브에 기 냥( cuff) 이 부착된 기 관내

Guedel 등에 의해서 기 도유지 기 (airway) 가 개 발되 었다. 특히

튜브를 만들었다. 편측폐환기 를 위 한 이 중내 강튜브( double

1 920년 Magill 에 의해서 개 발된 기관내 삽관에 의한 마취 방법

lumen tube) 는 1 949년 Carlens 에 의 해 소개되 었다. 이 것은

은 1 543년 Vesalius 가 동물의 기 관에 처음으로 삽관을 시도하

고무재 질로 내 경 이 좁아 환기 나 분비물의 흡인이 어 렵 게 되 어

였던 기 록과 1871 년 Trendelenberg 가 tampon canula 로 기

근래에는 풀라스탁으로 만든 일 회 용 기관지 튜브를 사용하게

관내 삽관 마취를 시 도하였던 기 록에 착안한 것 이 다. 그 후

되 었다.

1924년 Flagg가 기 관 내 에 삽관할 목적으로 마취용 후두경을

사용하였다. 1914년 Macintosh는 곡날형후두경 (curved blade

할 것을 주장하였으며 ， 1901 년 부터 혈 압， 맥박， 호흡수를 마취

laryngoscope) 을 만들어 사용하였다.

기 록지 에 기 록하였다. 현재는 혈압기 ， 심 전도， 동맥 혈 가스 분

제 1 차 세 계 대 전 당시 Guedel은 영국 군의관으로 출전하여 야전병 원에서 에테르 점 적 마취 법 ， 척추 및 국소마취 법을 활용

1895년 Cushing 과 Codman은 마취 중 환자의 상태를 기록

석 기 ， 맥 박산소분석 기 (pulse oximetry) ， 마취 가스분석 기 등

각종 감시 장비 가 구비 되 어 환자의 상태 에 관한 모든 정 보를 한

하여 많은 전상자들의 수술을 도왔으며 ， 특히 많은 환지들에게

눈에 볼 수 있는 수준까지 도달된 상태 이 다 또한 마취 기 에 환

에 태 르로 마취를 유도하는 도중에 환자들의 상태 변화를 자세

기 기 (ventilator) 를 부착하여 마취과의사의 일손을 렬 어 주고

히 관찰하고 기 록하여 rSigns of AnesthesiaJ 라는 책을 남겼

있다.

다. 이 책 에는 흡 입 하는 마취 제 의 양에 따른 마취 의 심 도

195 1 년에 Hugunard와 Laborit 이 개 발한 인공동면과 저 체

처 음에는 내과의사나 외 과의사가 본 업 에 덧붙여 마취를 하

옹마취 법은 훗날 개 심 술(open heart surgery) 을 기능하게 하 였으며 ， 1952년에 Denmark 에서 유행하였던 호흡성 소아마비

(depth of anesthesia)에 관한 내용이 수록되 어 있다.

Chapter 1

마취의

역사 . 1 3

환자의 호흡곤란을 돕기 위하여 고안된 기관내 삽관을 통한 간

1 836년에 La Fargue 는 아펀 연고를 피 부에 주 입 하기 위 해

헐 적 양압호흡법은 현재 시 행하고 있는 호흡 관리 의 기 초가 되

쇠 로 된 주사칩을 개 발하였고， 1 뼈85되 1 년 에 Charles Gabriel

기 도 하였다.

P r a v a z 는 피 하주 사 기 를 발 명 하 였 다 . 1 884 년 W i l l i a m Halsted( 1 852-1922) 와 Alfred Hall은 코카인을 전박의 피 부

3 ) 국소 및 부분 마취 의 역 사

신경과 팔팝(elbow) 의 자신경 (ulnar neπe) 에 주사하여 신 경

고 대 에 서 1960년 대 중엽 이 후까지 국소적 인 통증이 나 수술에

이 분포하는 말초부위 에 신 경 마 비 가 일 어 나는 것 을 관찰하였

는 최 변 ， 냉 각， 압박， 약물을 이용해 서 치 료해왔다. 약물은 주

다. 그들은 Halsted 의 집 에 서 수술을 많이 하였는데 모든 수

로 식 물에 서 추출한 것 이 많았으며 ， 광물질도 있었다. 식 물로

술에 4% 묘카인을 수술 부위 에 따라 팔신경 얼 기 (brachial

는 코카잎 이 나 만드라고라뿌 리 ， 양귀 비 나 민독말풀의 추출물

plexus) ， 눈확아래 신 경 C infraorbital nerve) ， 아래 치 아신 경

을 바르거 나 문 질 러 서 사용하 였다. 군의 관 인 Ambroise

Cinferior dental nerves) ， 좌골신 경 ( sciatic nerve) 의 차단을

Pare ( 1 5 1 0- 1 590 ) 는 다리를 조이도록 동여 맨 후에 절단하면

시 행 하였다. 하지 만 불행히 도 그들은 많은 실험 때문에 묘카인

통증이 다소 완화되는 현상을 관찰하였다. 영국의 외 과의 사

중독자가 되어 신비롭게 생 각했던 코카인과 모르핀으로 여 생

인 Benjamin Bell ( 1 749-1 806)은 1 796 년 그의 책 에 서 신 경

을 보내 게 되 었다.

을 압박하면 절 단 시 통증이 감소한다고 기 술하였다. 그 리 고

1 885 년에 James Leonard ( 1855-1923)은 개의 실 험 에서 척

프랑스 군의관인 Dominique ] . larrey( 1766-1842) 는 냉 각시

추의 극상돌기 사이 에 코카인 2% 용액을 주입한 뒤 변화를 관

켜 (-19 0C) 절단술을 시 행하면 통증도 없고 회복도 빠르다고

찰하였더 니 몇 분 후 뒷다리 가 균형을 잃었고， 이 어 서 감각도

보 고 서 에 기 술 하 였 다 . 또 한 1 87 6 년 B e n j a m i n W a r d

마비 되 었다 이 러 한 결과를 토대로 척 추 약화와 요실금으로 고

Richardson( 1828-1896)은 휘 발성 액 체 를 피 부에 발 라 빨 리

생하고 있는 환자에 게 3% 코카인을 1 1 번째와 1 2 번째 척 추의

기 화시 키 면 절개 시 통증이 적 다고 하였다.

극상돌기 사이 에 주입 하였다. 6-8분이 지 났는데도 아무런 변

1 856년 독일의 Albert Niemann( 1834-1 86 1 ) 은 묘카잎에서 코카인 (cocaine)을 분리해 내 었다. 그는 1860년 코카인을 혀

화가 없어 다시 주입 하였는데 ， 마침 내 10분 후 하지 가 마비 되 었고 아무런 고통 없이 요관을 통해 소변이 배출되 었다.

에 바르면 마비 현상이 일어난다는 사실을 처음으로 발견하였

그 러 나 Corning 의 마취는 척 추마취가 아니 고 경 막외 마취 로

다. 그리고 20년 후 Vasilius von Anrep( 1852-1918) 은 동물실

외과수술에는 이용되 지 않았다. Corning은 사지수술 시 압박

험 을 거 친 후 코카인의 생 리 학 및 약리학적 가치 에 대 해 기 술

띠 (tourniquet) 를 하고 코카인으로 마취하면 진통효과가 연장

하였다. 묘카인은 혀 의 마비 나 동공산대 에 분명 히 효과가 있다

되 는데 ， 그 이유는 혈류가 차단되 어 묘카인의 흡수가 지 연되 기

고 믿 었으며 ， 이 러한 마취효과는 언젠가는 외 과수술에 유용한

때 문이 라고 하였다. 1889년 August Bier는 6 명 의 환자에게 코

가치 가 있을 것 이 라고 하였다.

카인을 경 막 내 에 주 입 하여 하지수술을 하였으나 수술 후 두통

에 너 무 집 착한 나머 지 코카인이 모르핀을 대 제 할 수 있다고

과 구토가 심 해 좋은 결과를 보지 못하였다. 아마도 척 추마쥐

생 각하였다. 실제로 그는 손상에 의한 신경종으로 고생하고 있

1898년 미 국의 Matas 와 프랑스의 Tuffier는 코카인을 이 용

는 모르핀 중독자인 그의 친구를 치 료할 목적으로 코카인을 투

한 척 추마취 의 성 공 사례를 발표하였다 이 후 흡입마취로 인

여 하였다. 결과적으로는 모르핀을 끊었지만， 코카인에 다시 중

한 클로로포름의 독성 문제 ， 높은 마취 사망률， 그 리 고 전신마

독되 었고 그 후 더 많은 코카인을 사용하게 되 었다. 하지만

취 를 할 수 있는 기 술의 부족 등이 원 인 이 되어 척 추마취가 프

Freud는 이 사실을 알지 못하였다.

랑스와 독일뿐만 아니 라 미 국에 서 도 외 과의 사들이 선호하게

1 884년 Sigmund Freud(1856-1939)는 코카인에 대 한 연구

가 되 었을 것으로 추측된다.

한편 1884년 비 엔나의 안과의사인 Karl Koller(1855-1944)

되 었다. 1 897 1건 John ] . Abel 은 부신에서 에 피 네프 린 (epi­

는 안과수술에 있어 각막과 결막을 마취시 키 고자 히는 강한 의

욕을 가지 고 있었는데 ， 이 미 모르핀과 크로랄브로마이 드(chlo

nephrine) 을 분 리 하였고， Takamine 에 의 해 정 제 되 었 다.

ral bromide) 로 실험을 한 적 이 있었다 그는 증류수에 코카인

이 비 인후과 및 비 뇨 기 과수술에 코카인에 에 피 네프 린을 혼합

의 흰색 분말을 녹여 그것을 개구리 의 결막에 떨 어뜨렸다 1 분

해 서 사용하면 마취시 간도 연장되고 점 막의 출혈을 줄 일 수

후에 개구리의 각막을 만질 수 있었고， 어 떤 반사적 행동이 나

있다고 보고하였다.

저 항 없이 각막에 손상을 가할 수 있었다. 그는 마침 내 임상에 서 이를 적용하는 데 성 공하였다.

1 903 년 독일 외과의사인 Heinrich F Braun( 1 862-1934)은

Carl Schleich(1859-1 922)는 1 892년에 낮은 농도의 코카인 을 피 하에 주사하여 진통을 유발하는 국소 침윤마취를 도 입 하

14

•

PART I

역사와 기본원리 되는 것을 연구하여 보고였다. 현재 사용하고 있는 부위마취 기 술들은 대 부분 이 시 기 에 이 루어 졌다. 상완신경총 차단， 액와 및 쇄골상 차단， 경 신경총 차 단， 복강신경총 차단 그리고 척추마취의 각종 수기 가 이 에 해 당된다. 그 이 후 마취수기 의 발전과 마취제 의 생 리 학적 반응과

독성 에 관한 연구가 병 행 되 면서 국소마취제 의 개 발이 이루어

졌다 연대별로 살 펴 보면 dibucaine(1930) ， tetracaine ( 1932 ) ，

lidocaine ( 1 947) ， chloroprocaine ( 1 95 5 ) ， mepivacaine ( 1 9 5 7 ) ， prilocaine ( 1 960) ， bu p ivacaine ( 1 96 3 ) ， etido caine(1972) 등이 임상에 소개 되 었으며 ， 최근에는 독성 이 적은 새 로운 국소마취제 인 ropivacaine(1996) 을 합성하여 임상에서 사용하고 있다.

그림 1-7

•

수록되어

있는

Johan S. Elsholtz(1623-1688)의 저서 rClysmatica NovaJ에 그림으로， 19세기 이전에 사용했던 초창기 정주용 관이다.

4) 정 맥 마취 의 역 사 혈 액 이 폐 쇄 된 통로를 통하여 끊임 없이 순환한다는 William Harvey( 1 578-1657) 의 이 론과 증명은 생 리 학과 의학 분야에서

였다. 그 이후 코카인에 대한 독성과 중독성으로 인해 이를 대

있어 17 세 기 에 서 가장 빛나는 업 적 이 라 할 수 있다. 이 발견으

체할 수 있는 많은 ester 치환물들이 합성 되 었다. 1905년 독일

로 Christopher Wren 과 Timothy Clarck는 혈관에 약을 주입

의 Alfred Einhorn(1856-1917)은 프로카인 (procaine)을 합성

해도 된다는 생 각을 갖게 되 었다 1665 년 그들은 새의 깃을 개

하였다 이 약물은 코카인에 대 치 되 어 오랜 기 간 안전하게 사

의 혈관에 꽂고 그 끝에 약이 든 동물의 방광을 달아 서 서 히 조

의 압박띠를 하고 낮은 농도의 프로카인을 정 맥 내 주사하여 진

이 면서 믿멜을 주입 하였다. 약물은 짧은 시 간 내 에 뇌 에 전달

통을 유발승}는 정 맥 부위 마취 (intravenous regional anesthe­

용한 의t물은 크로커 스 꽃의 추출물이 었다 크로커 스 꽃이 나 사

sia) 를 처 음으로 시 행하고 이를 발표하였다. 그는 또 척 추마취

를 동물과 인체에서 각각 시 도하였으며 ， 이 때 0. 5% 코카인 3

프란꽂은 그 당시 지극제와 항경 련제나 월경촉진약으로 시용

mL를 지 주막하강에 주입하여 완전한 마취효괴를 얻을 수 있

1 665 년에 Johan S . Elsholtz(1623-1688)는 진통제나 마취

었다. 그는 6 명 의 수술에 이 를 적 용하고 척 추마취 가 전신마취

제를 정 맥 에 주사하여 전신마취를 유도할 수 있을 것 이 라고 생

를 대신할 수 있다고 믿 었다.

각하고， 아편유사제 (opioi이용액을 정 맥 에 주사하였다. 1803년

용되 었다. 19091건 August Bier(1861-1949)는 팔 상부에 2개

되 었고 곧이 어 약효가 나타났다. 하지만 개는 죽지 않았다. 사

되 었었다

190 1 년 Fernand Cathelin( 1 873-1945 ) 과 Jean Enthuse

Friedrich W . Sertürner( 1783-1841 ) 가 양귀 비 에서 모르핀을

Sicard( 1 872-1929) 는 각각 영 치 뼈틈새(sacral hiatus) 로 코카

추출하였고， 1 844년 Francis Rynd 는 주사바늘을 만들었다.

인을 주사하여 미추경막외마취 (caudal epidural anesthesia)

1853 년 Charles G. Pravaz 가 주사기를 소개하였으나 정 맥 마

에 성 공하였다. 신 경 과의사인 Sicard는 이를 좌골신경통치료

취 에는 이용되 지 않았다. 1885년에는 Alexander Wood( 1817-

에 사용하였으며 ， Cathelin 은 수술에 적 용하였다. 1 9 1 1 년

1884) 가 주사바늘과 피 스톤형 의 유리주사기를 만들었다. 현재

G . Hirschel은 axillary brachial block을， D . Kullenkampff는

유리로 된 주사기는 프랑스의 H . Wulfing Luer가 처음으로 만

supraclavicular brachial block 을， 1 9 1 7 년 L. Bazy 와 V .

들어 사용한 것 이 다(그림 1-7).

Pauchet는 infraclavicular brachial block을， 그리고 1970년 에는 Alon Winnie 가 interscalenous brachial block을 소개하 였다

Pierre Cyprien Ore(1828-1891 )는 임상실 험 에 크로랄하이

드레 이 트(chloral hydrate) 를 이용한 정 맥마취 에 관한 논문을 1872년 파리 외 과학회 에 발표하였다 Ore 는 크로랄하이 드 레

1921 년 스페 인 외 과군의관인 Fiedel Pages(1886-1923) 는

이 트가 모든 마취제 가운데 가장 강력 하다고 주장하였다. 이 에

요추와 흉추경 막 외 마 취 를 소 개 하였으며 ， 1 93 1 년 Achille

대 해 여 느 때 처 럼 반대하는 측에서 는 혈전과 정 맥 염 의 발생 가

Mario Dogliotti ( 1 897 - 1 966) 는 주 입 한 약물이 경 막외 강

능성을 제 기 하였다. 백 내 장수술 18 례 와 파상풍(te띠nus) 치 료

(epidural space) 과 척추옆공간( paravetebral space) 로 확산

를 포함한 36 례 의 증례 연구에서 그는 정 맥 염 이 나 혈 전 의 발생

Chapter 1

마취의 역사

•

15

•

마취약제로 시용된 식물 Ä. 앙귀배papaver sommiferum). 덜 익은 씨를 싼 주스로 모르핀과 코데인이 포함된 아편을 만든다. B. 코카나무 (erythroxylon coca) 페루와 볼리비아가 원산지로 고대로부터 마른 잎은 코카인을 합유하고 있어서 진통제로 사용되어왔다 C. Strychnos toxifera. 큐라 레(curare)를 함유하여 남미에서 화실 독으로 사용하였다.

그림 1-8

이 나타나지 않았다고 주장하였다. 그 러 나 Ore 의 이 러한 노력

시 간이 짧고 부작용이 적 은 약물을 찾는 데 모아졌다. 1864년

에도 불구하고 높은 사망률로 인하여 정 맥 마취는 발전하지 못

Adolf von Baeyer가 최초의 바르비투르산(barbituric acid) 를

하고 다음 세 기 를 맞이하게 되 었다.

합성 했으나 진정작용이 없어 마취제 로는 부적합하였다. 그 후

제 1 차 세 계 대 전 전후로 파라알데하이 드(paraaldehyde) 가

1 903 년에 Emil Fischer(1852-1919)와 Mering01 디 에 틸바르

잠시 정맥마취제로 사용되 었으나 일반적 으로는 모르핀과 스묘

비투르산염 (diethylbarbiturate) 을 제 조하였으나 진 정 작용이

폴라민을 함께 시용한 정맥마취를 많이 사용하였다. 1900년과

길 고 수용성 이 없어 오래 사용되 지 않았고， 반면 작용기 간이

1910년 사이 에 정 맥 마취를 주 마취로 히는 균형마취의 개 념 이

긴 수면제 인 페노바르비탈( phenobarbital) 이 그 뒤를 잇게 되

제 기 되 었다. George W . Crile은 190 1 년 에 김noci-association’

었다. 그 후 수많은 바르비투르산염(barbiturate) 이 합성 되 었

이 론을 발표하였는데 ， 그는 수술과 관련되 어 발생되는 정 신적

고 작용기 간에 따라 유용하게 사용되 었다.

인 자극의 차단은 가벼운 전신마취로， 그리고 유해한 자극은

1928년 John Lundy는 흡입마취 제 의 보조제로 아모바르비

국소마취로 차단하려는 시도를 하였다. 이는 이상적 인 마취로

탈(amobarbital) 을 투여 하여 마취를 유도한 후 정 맥 마취 제 인

받아들여 졌으며 ， 여 기 에 부응하기 위 해 전신마취를 일으킬 수

펜토바르비 탈( pentobarbital) 을 주사하여 균형 마취 (balanced

있는 여 러 종류의 익t물의 사용이 시도되 었으나 기 대 만큼의 효

anesthesia) 를 시도하였으나， 두 가지 약물 모두 상대적 으로 발

과는 없었다.

현 시 간이 길 어 예상했던 마취효과는 얻 지 못하였다. 1932 년

1 9 1 3 1견 Noel 과 Souttar 는 파라알데 하이 드를， 1 9 1 6 년

Helmut Weese(1897-1954) 는 정 제 인 혁 소바르비탈(hexobar­

Peck 와 Meltzer는 황화마그네 시 움(magnesium s비fate) 을，

bital) 을 정주하여 마취를 신속하게 유도하는 데에 성 공하였다.

1 92 1 년 Naragawa 등은 에 틸 알코올을 정 맥 으로 투여하여 결

이 의t물은 약효가 신속하고 작용기 간이 짧아 첫 번째 정 맥마취

과를 발표하였다. 그 외 마약류와 흡 입 마취 제 인 에 테 르와 크

제로 인정하였으나 흥분작용이 강한 결 점 이 발견되 었다 반면

로로포름의 정 맥 투여도 시도되 었으나 호응을 얻 지 못하였다.

염 화티 오펜탈(sodium thiopental) 은 흥분작용이 없고 약효가

취 제 로 사용했으나 직 장궤 양 등의 부작용으로 사용되 지 않았

빠르며 작용기간이 짧아 마취에 이용하기 엔 이상적 인 수면제라

고， 일 시 적 으로 정 맥 마취 로 사용했으나 작용시 간이 길 고 호

음 마취에 사용된 이후 오늘날까지 사용되고 있다(그림 1-8).

Pirogoff 등은 트리 브로모에타놀(tribromoethanol) 을 직 장마

흡 억 제 및 간독성 이 보고되 면서 곧 사용이 중단되 었다. 정 맥마취제 개 발의 초점은 수면이 신속히 이루어 지 고 작용

고 할 수 있는데 ， 이 것은 1934년 John Lundy와 Waters 의 해 처

또한 Lundy는 1 939년 메 페 리 딘( meperidine) 과 아산화질 소 (N20) ， 근이완제 를 혼합해서 투여하는 균형 마취를 소 개 하

16

•

PART I

역사와 기본원리

기도 하였다. 1942년 에 캐 나다의 Harold Griffith 와 Johnson

다고 전해진다. 조선조 중엽 ( 1 596년 선조 29년) 침 구학의 대

이 처음으로 근이완제 인 큐 라 러](curare ; intocostrin) 를 임 상

가인 의 성 허 준의 저 서 인 r동의보감」 에 서 수술과 마취 에 대 한

에 사용함으로써 마취와 수술을 용이하게 하 여 일 대 혁 신을

내용을 찾아볼 수 있는데 ， 탈골 또는 골절을 교 정 할 때 나타나

일 으 켰 다 . 그 후 g a l l a mine ( Bovet ， 1 94 6 ) 과 succinyl

는 통증을 없 애 기 위 해 여 러 가지 약초를 섞 어 서 만든 초오산

choline(Phillips ， Thesleff， 1949) 이 합성 되 었고， steroid 계통

( 草烏散) 을 술에 타서 먹 이 면 칼로 살을 째 거 나 탈골된 팔다리

의 pancuronium(Savage ， 1979) ， 그 리 고 benzyl-isoquinoli­

를 교정하여 도 아프지 않다고 하였다. 그 외 창상에는 얽뿌리

um 계통의 atracurium(Hughes ， 198 1 ) 이 합성 되 어 최 근에 많

를 갈아서 붙이 거 나 다려 서 마시 면 상처 가 아문다고 하였다.

이 사용되 고 있다. 한편 1954년 Stoelting 이 methohexital 을

곤장을 맞은 뒤 에는 통증을 제 거 하고 곤장독을 빼 기 위 해 서

임 상에 소 개 하 였 고 ， 뒤 를 이 어 벤 조 디 아제 핀 ( benzodi­

오황산과 오용해독산 등 여 러 약초를 혼합한 한약을 사용하기

azepine) 계 diazepam ( 1 959) ， lorazepam( 1971 ) ， midazo­

도 하였다. 곤장을 치 기 전에 먼저 꿀을 빼 낸 벌 집 에 서 얻 어 진

lam( 1976 ) 이 개 발되 어 전투약제나 진 정 제 로 사용하고 있다.

백 랍 한량을 가늘게 썰 어 다 린 후， 술과 함께 먹 이 면 곤장을

1 9 5 9 1건 de C astr。 와 Mu n deleer 가 haloperidol 과

맞아도 아프지 않다고 하여 그 약의 이 름을 ‘기 장산’ 이 라고

phenoperidine 을 정 맥 에 주사하여 잠이 없는 전신마취라는

불렀다. 또 시 기 는 잘 알 수 없으나 오래 전부터 양귀 비 를 달여

신경이완마취 (neurolep떠nesthesia)를 소개하였다. 또한 1962년

서 마시 면 두통과 복통 등 여 러 가지 통증에 효과가 있다고 하

Stevens 가 phenylcyclohexylamine 계 의 화합물이 마취작용이

였다

있다는 사실에 착안하여 그 유도체 에 서 ketamine 이 라는 해 리

최초로 서 양의 학이 우리 나라에 소개된 것은 1645 년( 인조

성 (dissociative) 마취 제 를 합성 하였고， 1 965 년 Corssen 과

2 3 년 ) 에 소 현 세 자 (昭顯世子 ) 가 귀 국할 때 가 져 옹 Adam

Domino 가 이 마취제를 처음으로 임상에서 사용하였다. 1964년

Shall( 1 591-1666) 의 r주제군징 ( 主制群↑됐) J 이 다. 이는 교 리 서

에는 etomidate 가 합성 되 었고， 1997년에는 diisopropylphe­

의 일종으로 아리스토댈레 스와 갈렌의 해부와 생 리 및 병 인론

nol 인 propofol 이 마취 제로 소개 되 었다. 작용시 간이 짧고 회

이 포함되 어 있다. 영 조 때 이 익 (李樓， 1681-1763)은 이 책과

복이 빠르기 때문에 최근 외 래 흰자의 마취나 전신마취유도제

r중국본초( 中國本草) J를 비 교하여 ‘서국의(西國醫)’ 라는 글로

로 각광 받고 있다.

서 양의 의학이 중국보다 우수하다고 하였으며 ， 이 규경 (李圭景，

I페 우리 나라 마추|의 역사 1 ) 민 간요 법 과 한방치료

1788-1856) 도 「오주연문장전산고(五洲짜文長쫓敵홈)(卷 19)J 에 서 주제군징을 인용하여 서 양 의사들의 오장육부의 해부학 및 생 리 적 기 능을 ‘인체 내 외 총상변증설CA體內外總象%뿜뚫兌)’ 이 라는 글로 실 었다. 최한기 (崔漢結， 1803-1877)는 r신기 천험 ( 身機關했)J을 저

서 양의 학이 전 래 되 기 전 에 는 질 병 치 료는 한방에 의 한 약물치

술하여 서 양의 학의 장점을 설파하였다. 그 리 고 실학파의 거 두

료， 침 구술， 식 이요법 등에 의해 이루어 졌었다. 그 외 에 무당

인 정 약용(丁若新ff， 1 762-1836)은 「마과회통(廠얘과會通)J 의 부

에 의 한 주술적 방법 이 나 토속신앙에 의존히는 종교적 믿음에

록인 ‘종두심 법 요지 (;jphate(cGMP) 3) 칼숨과 phosphoinositides

03. 약물 농도와

반응 사이의 관계

1) 농도 반웅곡선 2) 여분 수용체 3) 약을반웅곡선 에서 역가， 기울기 ， 효능 4 ) 유 효용량과 치 사용량 5) 작용제 6) 수용체 상태

7) 길항작용 8) 탈민감화

04. 믿k물반응에

대한 개인 변 이성

1 ) 노인 환자 2) 효소활동 3) 유전질환 4) 약물 상호작용

05. 분자약리학의

발전

포 신호전앓 생물학적 인 정보가 세포 사이 에 전달되

약력학적 인 관점 에 서 수용체 ， 이 차 전 령 (second messenger)

는 기 전이 다. 이 러한 세포 안과 세포 사이 의 신호전달

과 인산화{phosphorylation) ， 약물용량과 반응 사이 의 관계 ，

경 로는 유기 체 의 성 장， 대 사， 발육에 중요한 요소가 된다. 따라

의탤반응에 대 한 개 인 변이 성 (variabili야) ， 분자약리학 발전 등

서 세포신호 전달기 전에 대해 잘 파악하고 있어야 여 러 가지

에 대 하여 기 술하였다.

|

병 태 생 리 기 전 (pathophysiologic mechanism) 과 약리 기 전 (pharmacologic mechanism) 을 이 해하는 데 도움이 된다. 대 부분의 약물은 특별한 고분자 (macromolecule) 인 수용체 (receptor) 에 작용하여 생 화학적 활동(biochemical activity) 이나 생물리학 활동(biophysical activity) 을 변화시 킴 으로써 약물작용이 나타난다.

m 수용체 넓 은 의 미 에서 수용체는 세포 외 부의 물질과 선 택 적 으로 상호 작용하여 일 련의 생화학적 결과(biochemical event) 를 유발시

마취과의사는 진통， 기 억상실 (amnesia) ， 최 면， 근이완을 제

켜 서 약리학적 효괴를 낳는 세포의 일부분 이 다. 수용체 의 특정

공하는 약제를 투여한다. 또한 항상성 (homeostasis) 을 유지 하

은 대 부분 약물농도와 약리학적 효과의 양적 인 관계를 결 정 하

고 손상을 방지하기 위하여 주요한 장기들을 조절하는 약제를

고 ， 익F물작용의 선 택 성 (selectivity ) 과 관련되 며 ， 작용제 (ago

투여한다. 따라서 마취과의사는 바람직하지 못한 중독을 일으

nist) 와 길항제 ( antagonist) 의 약리작용을 중재한다. 수용체는

키는 용량보다 적 게 ， 그리고 효과적 인 치 료를 제공하지 못하는

4가지 형 태 ， 즉 ( 1 ) G(guanine nucleotide) 단백 질 연결 수용

용량보다 많은 용량으로 조직과 수용체 에 약물농도를 제공하

체 (G protein-coupled receptor ， GPCR)[작용제 카테콜아민 (catecholamine) ， 아편유사제 (opioid)] ， (2) 리 간드에 의하여

기 위 하여 약제를 선 택 적 으로 투여하여 야 한다. 이 장에서 는

22

•

PART I

역사와 기본원리

•

마취에서 막(membrane)과 관련이 있는 약물 표적(drug target)의 4가지 형태의 도해. 막 수용체(G 단 백질과 결합된 수용처1)， 리간드에 의하여 작동되는 이온통 로， 전압에 민감한 이온 통로와 효소 �약률작용이 가능한 위치가 제시되어 있다.

그림 2-1

임상 실례

막수용체

리간드에 의하여 작동되는 이온통로

이온통로

베타-아특레날린 수용체

y-aminobutyric acidA

Na+통로

효소 phosphodiesterase 억제제

작동되는 이 온통로(ligand-gated ion channels ， LGIC) [ 작용제

와 연관된다. G 단백 질은 GTP 와 GDP(guanosine diphos­

: 최 면제 (hypnotics) ， 벤조디 아제 핀 (benzodiazepine) ， 근이완

phate) 결합부위와 intrinsic GTPase 를 가지고 있다.

제， ketaminel ， (3) 효소와 연 결 된 세포표면에 있는 수용체 (enzyme-linked cell surface receptor) [ 작용제

불활성 화상태 에 서 G 단백 질은

Q

소단위 에 붙어 있는 GDP

인슐린

를 지 니 고 있으나 작용제 가 수용체 에 결합하여 활성화되 면

(insulin) ， 심 방나트륨이 뇨인자(atrial natriuretic factor)l ， (4)

GDP는 guanine nucleotide 교흰으로 GTP 로 바뀌고 Gα 소단

지용성 약제가 작용하는 세포내 수용체 (intracellular receptor for lipid soluble agent)( 작용제 : 스테로이드， 비 타민 D ， 갑상

위는 Gßlr 소단위와 분리 되 어 효과기를 자극한다 또한 Ga 소 단위는 GTPase 를 가지고 있기 때문에 GTPase 가 GTP 를 GDP

샘 호르몬)로 분류된다( 그림 2-1 ) . 마취과의시들이 가장 관심

로 분해하고， G 단백 질을 불활성화시 킨다 즉 Ga- GTP는 Ga

을 가지는 수용체는 세 포막에 있는 GPCR， LGIC 등이 다.

GDP로 바뀌고

Q

소단위는 ß/y 소단위와 재 결합하고， 이 러한

불활성 화된 G 단백 질은 다른 수용제와 자유롭게 상호작용할

1 } G 단백 질 연 결 수용체 현재 사용되는 약물의 50-60%는 GPCR 에 작용한다. GPCR는 7 번 이 나 세포막을 횡 단하는 7 개 막경 유 영 역 (transmembrane domain) ， 세포 내 에 카르복실 말단(carboxyl terminus) 과 세 포 외 에 아미 노 말단(amino terminus) 을 지 니 고 있다. GPCR 의 2 차원 형 태 (two dimensional version) 는 세포외 아민 말 단， 세포내 카르복실 말단， 지 방산 부착(fatψ acid attachment : 카르복실 말단 cysteine residue 의 myristoylation 또는 palmitoylation을 통하여 ) ， 세 개 세포외 고리 (loop) ， 4개 세포 내 고리를 나타낸다( 그림 2-2-A) . GPCR은 중앙결합주머 니 (central binding pocket) 주위로 유합하는 막경유부분(seg­ ment) 을 지 난 3차원 구조로 되 어 있다( 그림 2-2-B). G 단백질은 수용체와 이 차 전령을 생산하는 효과기 (effec­ tor)( 예

adenylyl cyclase ， phospholipase C) 사이 의 연결을

담당한다. G 단백 질과 수용체-호르몬복합체의 결합은 guan。 sine triphosphate(GTP) 형 태 의 에 너 지 를 펼요로 한다. G 단 백 질은 세 개의 소단위 (subunit) 인 a， ß， y로 구성 되 어 있고， a 소단위 가 G 단백 질 의 특정을 결 정 한다. 즉

Q

소단위 가 GPCR

를 통한 신호전달에 중요한 역할을 한다. 작용제 가 GPCR 에 결 합하면， G 단백 질은 수용체 의 카르복실 말단과 세 번째 세포 내 고리와 작용한다 이 러 한 작용으로 인산화가 일 어 난다. 또 한 인산화는 탈민감회-(desensitization) 나 수용체반응의 감소

•

카르복실

G 단백질과 연결된 수용체 도해 수용체 구조의 2차원 형태 는 7개 막경유영역， 세포외 아미노(NH2) 말단[연관된 glycosylation 위치(y) 를 지니고 있음1， 세포내 카르복실(COOH)말단， palmitoylated cysteine residue(막 속으로 나아가는 꼬부라진 선으로 표시됨)， 3개 서|포외 고리 (Ioop)와 4개 세포내 고리를 보여준다 G 단백질이 수용체와 상호작용하는 주된 위치는 얼룩덜룩하게 표시되어 있다 세 번째 세포내 고리와 카르복실 말단에 있는 인산화(phosphorylation)가 일어나는 잠재적인 위치는 상지들 로 둘러싸여 있다 그림 2-2-A

Chapter 2

마취와 약력학

•

23

(stimulatory G protein ， 대 표수용체 : 베타1 - ， 베 타2- ， 베타3아드레 날린 수용체)은 아데 닐 사이클라제 (adenylyl cyclase) 를 자극하고， 억 제 성 G 단백 질 (inhibitory G protein ， 대표수 용체

:

알파2-아드레날린 수용체)은 아데 닐 사이클라제를 억 제

한 다 . 자 극 된 아 데 닐 사 이 클 라 제 는 c y c l i c a denosine monophosphate(cAMP) 생산을 증가시 킨다(그 림 2-4) .

，’

Acetylcholine [ 무스카린 수용체(muscarinic receptorαr Ml ， M2 ， Ms)] ， histamine( 히 스타민 수용체

Hl rece멍ptoαr) se밍ro

tonin(5- 히 드록시트립타민 수용제 : 5-HTIC， 5-HT2 ) 의 수용체 결 합으로 활성 화된 Gq 단백 질은 세 포막 phospholipase C(PLC) 를 자극한다. 자극된 PLC는 phosphatidylinositol 4， 5-

•

세포 밖에서 안쪽으로 바라본 베타2- 아드레날린 수용체(전 형적인 G-단백질과 연결된 수용처Il의 3차원 구조 도해 막경유영역(원통으 로 표시되고 로마 숫자로 열거됨)들은 결합 주머 LI(binding pocket)를 형성 하기 위하여 유합한다 작용제 노르에피네프린(norepinephrine)의 정확한 위치가 보인다 작용제의 친화력(alfinity)은 막경유영역 3번， 4번， 7번에 있 는 특별한 아미노산(amino acid)에 의하여 결정된다 막경유영역에서 이런 중요한 위치는 정교한 검퓨터 모형을 만드는 기술과 결합된 돌연변이유발 (metagenesis)과 키메라 수용처I(chimeric receptor) 접근법에 의하여 실 힘적으로 결정된다- 이러한 구조들에 대한 최종적인 확인은 결정학 자료 (crystallographic data)를 요구할 것이다 이것은 현재 여러 실험실에서 시 도되고 있다. 그림 2-2-8

bisphosphate(PIP2) 에 작용하여 이 차 전 령 인 inositol 1 ， 4 ， 5 trisphosphateOP3)와 diacylglycerol(DAG)을 생 산한다. 이 러 한 반응들은 최종적으로 세포내 칼슐농도를 증가시 키 고 증가 된 칼숨은 이 차 전 령 으로 작용한다. 대 부분 비항생 저] (nonantibiotics)는 GPCR를 표적( target) 으로 한다. 흡입마취 제 ， 국소마취제 ， 정 맥마취 제는 GPCR 또는 수용체와 G 단백 질 결합( coupling) 에 영향을 미 치 고， 그 하위 세포신호 전달에는 마취 제 가 영향을 미 치 지 않는다.

2) 리 간 드에 의 하 여 작동 되 는 이 온통로 수 있다(그림 2-3). GTP를 GDP로 바뀌는 불활성화에 관여 하

리 간드에 의 하여 작동되 는 이 온통로는 소수성 막경 유부위

는 GTPase activity 는 regulator of G protein signaling(RGS)

(hydrophobic t떼lsmembrane region) 와 하전 막경 유부위

에 의하여 조절된다.

(charged transmembrane region) 를 가지고 있다 소수성 부

20 개 이 상의 G 단백 질 이 확인되 었고， 그 중에서 중요한 G

위 (hydrophobic region)는 막구조를 안정화시 키 나， 중앙부의

단백 질은 Gs(stimulation) ， G i (inhibition) ， Gq(phospholipase

하전부분은 이 온왈각흐름(f1ux치 ) 을 위한 구멍(φpoαr얻e리) 역 할을 한

C regulation) ， Golf(olfactory) 등이 있다. 자극성 G 단백 질

다다. 신 경 전 달물질(“(neu비1ro아tr따lsmit따tte리 r) 등의 리 간드( Jigand) 가

통로(channel) 단백 질에 있는 수용체에 결합하면 통로가 열 리

고， 세포막을 통하여 이 온(ion) 이 세포 내로 유입 된다. 즉 수용 체 단백 질과 이 온통로( ion channel) 의 결합은 LGIC을 형 성 하 고 ， 수용체 에 어 떤 약물의 결합은 세포막의 이옹에 대한 투과 성 을 변화시 킨 다. 많은 마취 제 는 니 묘틴 (nicotinic) acetyl choline 수용체와 GABAA 수용제 같은 LGI C 에 작용한다. LGIC은 흥분성 ( excitatO!y) 또는 억 제 성 (inhibitory) 을 지 나 고 있으며 ， 흥분성 신경 전달물질 (excitatory neurotransmitter) 은 acetylcholine ， glutamate 가 있 고 ， 억 제 성 신 경 전 달물 질

•

↑cAMP ATP Adenylyl cyclase

그림 2-3 버|타-아드레날린 수용체 신호전달 연속단계(cascade)의 도해. ßAR : 버|타-아드레날린 수용처1， ATP : Adenosine triphosphate， cAMP : cyclic adenosine monophosphate， Gsa 자극성 G 단백질의 알파 소단 위， 이 자극성 G 단백질의 베타/감마 소단위

(inhibitolY neurotransmitter) 은 γaminobutyric acid( GABA) ， glycine 이 있다 LGIC은 세포막에 있는 4 개 또는 5 개 의 소단위 로 구성 되 어 있다. 작용제 의 LGIC 에 대한 결합과 세포반응 사 이 에 경과되는 시 간은 0 001 초이고， 이 런 신속한 신호전달은 연접 (synapse) 을 통한 정보의 순간적 인 전달에 중요한 역 할을 한다(그림 2-5).

24

•

PART I

역사와 기본원리

Extracellular

Stimulatory agonist

Inhibitory agonist

N

Intracllular

•

아네닐 사이클라제(adenylyl cyclase)의 조절에 관여하는 GPCR(G protein-coupled receptor)과 신호 분자(signaling molecules)들의 구 조 지극성 수용체(stimulatory receptor， 좌측)에 리간드 결합은 Gs의 알파 소단위(a subunit)에 전달되는 입체형태(conformation) 변화를 낳는다. 이것은 결합된 guanine 5' -diphosphate(GDP)를 guanine 5' -triphosphate(GTP)로 교환하여 Gs를 활성화시키고， 활동성 있는 as를 낳는다. Gs는 a 소단위 와 ß/y 소단위로 분리되고 활동성 있는 as는 아데닐 사이클라제를 활성화시킨다. 또한 Ga 소단위는 GTPase를 가지고 있기 때문에 GTPase가 GTP를 GDP로 분해하고， G 단백질을 불활성화시킨다. 해리된 ß/y 소단위는 다른 신호 기능을 위하여 자유로원진다， 억제성수용�ji(inhibitory receptor， 우측)의 활 성화는 α소단위에서 GDP-GTP 교환을 일으키고， 아데 닐사이클라제를 억제한다 GTP : guanosine 5-triphosphatte， GDP : guanosine 5 diphosphate， ATP : adenosine triphosphate， cAMP = cyclic adenosine monophosphate. 그림 2-4

，

Glutamate 와 acetylcholine을 포함한 흥분성 신 경 전달물질

아제핀( benzodiazepine) ， 바르비투르산염( barbiturate) 알코

은 Na+의 세포내 유입과 탈분극( depolarization) 을 일으키는

올(alcohol) 등의 약제는 내 인성 GABA 작용을 촉진시 킨다.

양이 온에 선 택 적 인 통로(cation-selective channel) 를 연다.

이 러한 GABAA LGIC 자극은 중추신 경 계 에 서 억 제 성 염소이온

GABA와 같은 억 제 성 신 경 전달물질은 막을 과분극(hyperpo­

왈각흐름( inhibitory chloride ion fll써을 증가시 킨다. 즉 대

larization) 시 키 거 나 탈분극을 방지 하는 chloride 통로를 연다

부분의 최 변제( hypnotics) ( 예 : 벤조디 아제 핀 ， 바르비투르산

LGIC 에 의한 세포신호는 대 부분의 흡입마취 제 에 의하여 영향

염 ， propofol ， etomidate ， 흡입마취제) 는 GABAA 리 간드에 의

을 받는다(그림 2-5) .

하여 작동되는 이옹통로에서 내 인성 억 제 성 신경 전달물질 인

Acety lcholine 은 한 개 이 상의 수용체 형 태 인 니 코틴

GABA 의 작용을 증가시 킨 다( 그 림 2-5) . 바르비 투르산염 은

acetylcholine 수용체와 무스카린( muscarinic) acetylcholine

GABAA 수용체 에서

수용체 에 결합하는 내 인성 신경 전달물질이 다. 니 코틴콜린 수

반응을 촉진시 키 고 GABA 부재 시 수용체 chloride 통로를 열

용체 (nicotinic cholinergic receptor)는 중추신경 계 ， 자율신경

어 서 GABA 흉내를 낸다.

별 개 의 부위 에 결합하여 GABA 에 대한

절 (autonomic ganglia) ， 골격근의 신경근이음부(neuromus­

Glutamate 는 흥분성 아미노산 이 온통로 수용체 (excitatory

cular junction) 에 서 발견되고， 이 것은 마취제 가 작용하는 부

amino acid ion channel receptor) 의 세 가지 아형 인 N­

위 가 될 수 있다 GABA는 중추신 경 계 의 중요한 억 제 성 신경

methyl-D-as parta te ( NM D A ) 수용체 a l pha-amino-3-

전 달물 질 이 고， GABA는 ionotropic GABAA 수용체 또는

hydroxy-5-methylisoxazole-4-propionic acid(뻐tlPA) 수용

metabotropic GABAß 수용체 (G 단백질과 연결된) 에 작용한

체 ， non-NMDA 수용체 등을 활성화시 킨다 NMDA 수용체는

다. 많은 정 맥 마취제와 흡입마취제는 GABAA 수용체에 결합하

뇌와 척수에 널 리 분포하고， 감각 정 보처 리 (sensory informa­

여 GABA 에 의하여 중재되 는 신경세포억제( GABA-mediated neuronal inhibition) 작용을 강화시 킨다 GABAA LGIC 에 있는 다른 수용체부위 에 결합하는 벤조디

，

tion processing) ， 기 억 ， 학습 등의 생 리 적 기 능에 관여한다.

NMDA 수용제는 통각(nociception) 특히 만성 통증， 조직 손 상과 연관된 신경세포 형 성 력 (neuronal plasticity) 에 중요한

Chapter 2 마취와

벤조디아제핀 작용제 길항제 역작용제 세포 외

약력학

•

25

역 할을 한다 N itric oxide 와 xenon은 NMDA 수용체 길항제 CI-

y-aminobutyric acid 바르비투르산염 알쿄올

이 다. 다른 LGIC 과 비 교하여 NMDA 수용체는 gllltamate 에 민감하고， 보조 작용제 (co-agonist) 로 glycine 이 필요하고， 느 린 운동( slow kinetics) 과 마그네슐(Mg2+ ) 에 의한 전압에 의존 하는 차단 (voltage-dependent block) 을 특 정 으로 한다. NMDA 수용체는 연속하는 자극에 대 하여 신 경 세 포(neuron)

막

반응이 증가하는 ‘.wind-llP’ 이 라는 현상에 관여한다 Wind­

A

IIp은 척 수통각반사(nociceptive reflex) 와 통각과민(hyperal­

세포 내

gesia) 의 촉진(facilitation) 과 관련이 있다. 이 러한 뒤뿔통각신 경 세 포 ( dorsal horn nociceptive nellron) 의 wind-llp 이 NMDA 길항제 ketamine 에 의하여 선 택 적 으로 억 제된다.

3 ) 효소에 연 결 된 셰포표면에 있는 수용 체 효소에 연 결 된 세 포표변에 있는 수용체(enzyme-linked cell surface receptor) 는 인슐린， 표피 성장인자(epidermal growth factor) ， 혈 소판유래 성 장인자( platelet-derived growth fac­ tor) ， 심 방나트륨이뇨인자에 의한 세포신호를 중재한다. 이 수 용체는 하나의 막경 유영 역 을 통한 세 포외 리 간드 결합영 역 Oigand-binding domain) 과 세포내 촉매 효소영 역 (catalytic enzyme domain) 을 연결하는 막경유단백 질(transmembrane protein) 이 다. 세 포내 효소영 역 (enzyme domain) 은 단백 질 티 로신 인산화효소(protein tyrosine kinase) ， 세 린 인산화효 소(serine kinase) ， guanylyl cyclase 등이 있을 수 있다. 리 간 드가 세포외 수용체 에 결합하여 나타나는 수용제 입 체 형 태

B

(conformation) 의 변 화는 수용체 분잭들을 서 로 결합하게 한

•

도식화된 y-aminobutyric acid(GABA)-버|조디아제핀 (benzodiazepine) 수용체 복합체(전형적인 리간드에 의하여 작동되는 이 온통로 복합체)의 횡단면. GABAA 리간드에 의하여 작통되는 이온통로에 벤조디아제핀 작용제(agonist) 결합은 내인성 GABA으| 작용을 촉진시킨다 이 것은 중추신 경 계 에 서 증가된 억제성 염소이온왈킥흐름( i n h i bitory chlorite ion Ilux)을 일으킨다 A. 벤조디아제핀과 GABA의 수용체 위치 와 바르비투르산염(barbiturate)과 알코올을 위한 별개 수용체 위치를 보여 주는 GABAA 리간드로 작동되는 이온통로 복합체의 도해 B. a， ß， y， δ과 p 폴리핍 티드를 포함하는 5개 소단위의 이형-소중합처I(hetero-oligomer) 로 구성된 GABAA 수용체-염소이온통로 단백질 복합체의 모헝 각 소단위 는 4개의 추정되는 막에 걸친 영역들(원통으로 표시되고， 1에서 4까지 숫자 를 붙임)을 지니고 있다 (A. 출처 Berkowitz DE: Cellular signal transduction. In Schwi nn DA [ed]: Scientilic Princi ples 01 Anesthesia， vol 2. Philadelphia， Current Medicine， 1998: B 출처 Firestone L， Quinlan J， Gyulai F: Mechanisms 01 anesthetic action. In Schwinn DA [ed]: Scientilic Principles 01 Anesthesia， vol 2. Philadelphia， Current Medicine， 1998.) 그림 2-5

다. 이 것은 효소 활성화가 일 어 난 티로신 인산화효소를 함께 모이 게 하고， 티 로신 인산화효소는 서 로 인산화를 일으키 며 하 부 신호 단백 질을 인산화시 킨다. 이 러한 활성화된 티 로신 인산 화효소는 세포내 표적단백질 (target protein) 을 인산화시 킨다.

4) 지 용성 약제 가 작용하는 셰 포 내 수 용체 여 러 개의 생물학적 신호(biologic signal)는 지용성 이 며 형 질 막(plasma membrane) 을 통과하여 세 포 내 에 있는 수용체 Ontracellular receptor) 를 자극한다. 코티 코스테로이드(corti­

，

costeroid) ， 비 타민D (vitamin D) ， 광물부신겉 질호르몬( miner­ alocorticoid) 갑상샘 호르몬(thyroid hormone) 은 특 별한 유 전자 전사(specific gene transcription) 와 발현 (expression) 을 조절하는 세 포내 수용체 에 결합하여 효과를 나타낸다. 세포내 수용체에 의하여 중재 되는 약물효과는 비 교적 반응시간이 늦 은 것 이 특정 이 다(30분에서 수시 간 정 도 걸 린다) . 그 이유는 새 로운 단백질 의 합성 이 필요하기 때문이 다 이 러한 수용체 에 작용하는 약물의 효과는 작용제농도가 0 이 되 어 도 수시 간 또

26

•

PART I

역사와 기본원리

는 수일 동안 지속된다. 작용제 의 농도가 0인 상태 에 서 도 효과

촉매소단위 (catalytic subunit) 는 비 교적 비 특 이 적 (nonspecif-

가 지 속되 는 것은 합성 후 수시 간이나 수일 동안 세포에서 활

ic) 이 다. 질 병 의 치 료에서 수용체 에 근거한 표적보다 매우 특

동할 수 있는 효소와 단백 질의 비 교적 느린 재 편 성 (turnover)

이 성 이 높은 단백 질 인산화효소는 잠재 적 으로 중요한 치 료표

과 주로 관련된다

적 으로 대두되고 있다. 그 예로， 종양학에서 구조에 바탕을 둔 sine kinase 억 제 제 인 Gleevec 과 aurora kinase 억 제 제 인 vx-

접 근(structure-based approach) 에 의 하여 확인된 Abl 다rro­

휩 이차 전령과 인산화

680은 생 체 내 에 서 종양의 성장을 억 제 시 킨다.

리 간드의 수용체에 대한 결합이 즉각적으로 임 상효과를 낳지

기 질단백 질의 공유수정 (covalent modification) 이 다. 모든 단

는 않는다. 대신에 일 련의 생화학적 부산물인 이차 전 령 (sec­

백 질 인 산화는 공통적 으로 세 가지 요소를 지 니 고 있다.

ond messenger)을 통하여 최종적 인 임상효과와 연결된다. 이

Dephospho-form 또는 phospho-form 으로 있는 기 질 단백 질

차 전령 결합(coupling) 에 서 어 떤 변화는 약물의 효과를 변화

(substrate protein

시 킬 수도 있기 때문에 마취과의사들이 이차 전령 작용의 일반

(terminal phosphate) 으로부터 기 질 의 특별한 hydroxylated

적인 원칙을 이해하는 것이 중요하다.

amino acid(serine ， threonine ， tyrosine) 로 phosphoryl 전달

단백 질 인산회는 phosphoryl 전달( transfer) 에 의한 주요한

phosphoprotein) ， ATP의 말단인산염

많은 세포외 신호의 작용기 전은 이 차 전령과 단백 질 인산화

을 촉매하는 단백 질 인산화효소， 인산화기 질 (phosphorylated

조절을 수반하는 것으로 보인다 단백 질 인산호j-(protein phos­

substrate) 의 탈인산화{dephosphorylation) 를 촉매하는 단백

phorylation) 는 수용체와 연관된 단백 질 인산화효소(receptor­

질 인산분해효소(protein phosphatase)를 지 니 고 있다.

associated protein kinase) 에 직 접 작용을 하거 나 단백 질 인

일정한 조직 에 서 수용체와 이 차 전 령 의 자극은 궁극적으로

산화효소와 단백 질 인산분해효소(phosphatase)를 조절하는

생 리 적 효과를 나타내는데 ， 그 효과는 조직 내 에 있는 특별한

이 차 전 령 양의 변회를 일으킨다. 이 러한 인산회는 대부분의

수용체 아형 (specific receptor subtype) ， G 단백 질 ， 이차 전령

호 르 몬( hormone ) 과 신 경 전 달물 질 이 세 포 효과(cellular effect) 를 나타내는 최종공통경로 (final common pathway) 이

에 의존한다. 흔한 교감신경 전달물질 (sympathetic neuro­ transmitter) 인 노르에 피 네프린( norepinephrine) 은 광범 위한

다 세 포외 신호에 의 한 단백 질 인산화의 조절에 관여 하는 이

심 혈관계효괴를 나타내는 것 같다. 즉 교감신경 자극에 의한 효

차 전령은 cAMP ， cyclic guanosine monophosphate(cGMP) ，

과는 조 직 에 따라 다양하다. ßz-Adrenoceptor어l 의한 혈관확

칼슐-칼모듀린 (calcium-calmodulin) ， DAG 등이 있다. 이 들은

장은 골격근 혈류를 증가시 킨다. ßI-Adrenoceptor 자극에 의

한 개 이상의 단백 질 인산화효소를 활성화시 킨다. 단백 질 인산

한 수축촉진효과(inotropic effect)는 심장수축을 강화시 킨다

화효소는 두 개군으로 나누어 진다. 하나는 serine/threonine

중추신 경 계 에 서 아드레 날린성 효과(adrenergic effect) 는 각성

kinase ， tyrosine kinase 이 고， 다른 하나는 이 중 특이 성 인산화

을 일으킨다( 그림 2-6 ， 2-7) . 이 러 한 모든 효과들은 스트레스

효소(dual specificity kinase) 이 다. 인산화효소는 높은 기 질

받는 상태 에서 효율적 수행을 가능하게 한다.

특이 성 (substrate specificity) 을 지 니 고 있으나， 인산분해효소

그힘 2-6

생리학-

•

아드레날린 수용체 아형(subtype)

Chapter 2

마취와 약력학

•

27

하는 단백 질 인산화효소의 기 질은 통로(channel) ， 수용체 ， 효 소， 세 포 뼈 대 단백 질(cytoskeletal protein) ， 전사인자(tran scription factor) 등을 포함한다.

2) Cyclic guanosine monophosphate

cGMP

여 러 가지 통신(message) 의 흔한 전달지-{carrier) 인 cAMP와 달 리 cGMP는 소수의 세포형 태 에 서 만 신호전달 역할을 한다. L

arginine 에 nitric oxide synthase(NOS) 가 작용하여 nitric

NE

oxide(NO) 가 생산된다 NO는 soluble guanylyl cyclase을 자 극하여 혈관 긴장도， 신 경 전달 등의 조절에 관여한다. 지극된 guanylyl cyclase는 cGMP를 생산하고， cGMP 는 cGMP 에 의존

acetylcholine ATP

bradykinin

NE

RECEPTOR calmodulin \、

calcium ionophore A23 1 87

ENDOTHELlAL

L-citruline I CELL

NADPH

L-arginine

SNP NTG

하나의 전달물질에 의한 여러 수용체의 활성화 신호전달에 대한 효과- 노르에피네프린(norepinephrine)에 의한 하나 이상의 수용체 아형의 coactlvatlon은 다양한 이차 전령반응을 낳는다 즉 서로 반대(opposing)， 추가(additive)， 독립(independent)되는 이차 전렁반응을 낳는다 NE : norepinephrine， ßl : beta-1 adrenoceptor， ß2 : beta-2 adrenoceptor， : alpha-2 adrenoceptor， alpha-1 adrenoceptor， Gs : G protein (stimulation)， Gi : G protein(inhibition)， Gq : G protein (phospholipase)， AC : adenyl cyclase， ATP : adenosine triphosphate， cAMP : cyclic adenosine monophosphate， PLC : phospholipase C， PIP2 : phosphatidyl inositol 4， 5-bisphosphate， IF성 inositol 1， 4， 5-trisphosphate， DAG : 1， 2-diacylglycerol 그림 2-7 .

al:

a1

1 ) Cyclic adenosine monophosphate 세포내 이차 전령 인 c따tlP는 cAMP ojj 의존하는 단백 질 인산화 효소(cAMP-dependent protein kinase) 를 자극하고， cAMP 에 의존히는 단백 질 인산화효소는 cAMP 가 결합하는 조절 이 합체 (cAMP-binding regulatory dimer)와 두 개 의 촉매사슬( cat­ alytic chain) 로 구성 되 어 있다 cAMP가 조절이합체 (regulato­ ry dimer) 와 결 합하면 활동촉매사슬(active catalytic chain) 은 세포질과 핵 으로 나아가서 기 질단백 질 ( 효소) 을 인산화시 킨다. 이 러 한 인산화는 생물학적 인 반응을 일으킨다. cAMP ojj 의존

GTP

•

「 검E치

x n_

re l a at i o

NO

� cyclic G M P

↓

GMP dependent protein kinase

VASCULAR SMOOTH MUSCLE CELL

내피세포로부터 nitric oxide(N이의 분비와 생산의 중요한 세포 신호전달 경로와 혈관 평활근에서 NO의 작용에 대한 도해 L-Arginine으로 부터 NO 형성은 nitric oxide synthase(NOS)에 의하여 촉매된다 NOS는 칼슐에 의존하는 형태로 칼모듀린에 결합하는 nicotinamide adenine dinucleotide phosphate에 의존하는 oxygenase이다. 따라서 수용체에 의존하는 작용제(acetylcholine， adenosine triphosphate， bradykinin) 또는 세포내 자유 칼슐(Ca 2+) 농도를 증가시키는 수용체에 의존하지 않는 작 용저I(calcium ionophore A23187)에 의하여 NOS 활성도는 증가될 수 있 다 NO는 guanylate cyclase의 활성화에 의하여 3， 5-cyclic guanosine monophosphate(cyclic GMP)의 형성으로 평활근을 이완시킨다- 내띠에 의 존 하 는 않는 NO 저| 공 자 인 sod iu m n itroprussd ie(SN P)와 nitroglycerine(NTG)은 guanylate cyclase을 활성화시키고， 이들은 혈관 펑활근에 직접 작용한다 NOS : nitric oxide synthase， SNP : sodium nitroprusside， NTG : nitroglycerin， NADPA : nicotinamide adenine dinucleotide phosphate， GTP : guanosine triphosphate， cyclic G M P : cyclic guanosine monophos phate， ATP : adenosine triphosphate， NO : nitric oxide， GC : guanylate cyclase. (출처 Sohn JT， Kim HJ， Cho HC， Shin IW， Lee HK， Chung YK 티fect 。f etomidate on endothelium-dependent relaxation induced by acetylcholine in rat aorta. Anaesth Intensive Care 2004;32:476-81.)

그림 2-8

28

•

PART I

역사와 기본원리

하는 단백질 인산화효소(cGMP-dependent protein kinase) 를

화효소(calcium-dependent protein kinase)를 포함한 다른

자극하여 인산회를 일으킨다{그림 2-8) . NO의 신호전달은 혈관

효소의 활동을 조절하여 인산화를 일으킨다. DAG은 단백질

긴장도， 신 경 전달， 대 식 세 포 기 능(macrophage function) 의 조

인산화효소 C(protein kinase C) 를 자극하여 기 질을 인산화

절에 중요하다. NOS 형 태 는 기 본구성 신경세포 NOS(neuronal

시 켜 서 약물반응을 나타낸다.

NOS ， nNOS) ， 내 피 NOS(endothelial NOS ， eNOS) ， 유발 NOS(inducible NOS ， iNOS) 등이 있다. eNOS 와 nNOS는 활동 을 위하여 칼슐/칼모듀린에 의존하나， iNOS는 강하게 결합된 자제 칼숨/칼모듀린 때문에 본질적 으로 활동성을 지 니 고 있으

I핀

의빨 농도와 반응 사이 으| 관계

Acetylcholine ， bradykinin ， substance P와 같은 여 러 혈관 확

약물과 수용체의 상호작용을 다루는 이 부분은 농도 반응곡선，

장제의 작용을 중재 하는 NO는 내 인성 guanylyl cyclase 의 활동

치 료지 수Ctherapeutic index) ， 작용제 ， 수용체상태 ， 길항작용，

며 ， 단 백 질 발 현 ( protein expression) 으 로 조 절 된 다 .

여분 수용체 (spare receptor) ， 역 가(potency) ， 효능( efficacy) ，

을 조절하는 물질이 다. NOS knock-out mouse 을 시용한 연구

탈민감화 등에 대 하여 기 술하였다.

관여함을 나타낸다. 대 부분의 마취제 (흡입마취 제 ， 정 맥마취제 ，

1 ) 농도-반응곡선

국소마취제)는 혈관에서 작용제(예 : acetylcholine) 에 의 하여

약력학(pharmacodynamics)은 의멜농도와 약물효과 사이 의

유도된 NO 분비 에 의한 혈관이완을 억제한다.

관계를 다룬다 즉 익F물이 인체에 미 치는 작용을 다루는 것이

는 nNOS는 신경 전달， eNOS 는 혈압조절， iNOS는 면 역 조절에

다. 저 용량에 대 한 반응은 용량에 비 례하여 증가한다 그러나

3 ) 칼슐과 p hosp h o i n ositides

약물용량이 증가함에 따라 반응의 증가는 감소하고， 최종적으

μ

로 약물농도가 증가하여 도 반응이 더 이상 증가하지 않는 고원

M)는 세 포외 칼숨농도( 1 -2 mM)보다 매우 낮고， 세포막에 있

(plateau) 에 도달한다. 인체에서 약물농도와 효과 사이 의 관계

는 흥분칼숨경로(excitable calcium channel)는 안정상태 에 서

는 아래의 식 ( 1 ) 에 따라 쌍곡선 (hyperbolic curve) 으로 나타

닫 혀 있다. 안정상태 수동 칼숨진입 (resting state passive cal­

낸다. 이 것을 농도-반응곡선(concentration-response curve)

cium entry) 은 결 코 세포내 칼숨농도증가에 이 르지 못한다.

이 라고 하며 ， 농도가 C 일 때 나타나는 약물효과는 다음 식 으로

안정상태에 서 다음의 기 전들이 작용하기 때 문에 세포내 갈슐 농도가 증가하지 못한다. ( 1 ) 세 포막 Ca2+-ATPase 에 의한 세포

나타낸다(그림 2-9) .

안정상태 (resting state) 에서 세포내 칼슐(calcium) 농도(0. 1

밖으로 칼숨의 능동운반(active transport) ， (2) 근세포질그물 (sarcoplasmic reticulum) Ca2+-ATPase 에 의 한 근세포질그물 내로 칼숨 흡수， (3) Na+/Ca2+ 교환{exchange)( 세포 내로 세

Ec

=

(Emax X C) / (C

+ EC50)

(1)

로 수동운반(passive transport) ， (5) 세포핵 속으로 칼슐이동

Ec 약물의 농도가 C 일 때 나타나는 효과 Emax : 약물에 의하여 나타나는 최 대 반응'-(maximal response) EC : 최 대 반응의 50%를 낳는 약물의 농도

등의 기 전들이 작용한다.

많은 약물-수용제 조직 (system) 에 서 작용제 에 의한 수용체

개 Na+ 흡수와 세포 밖으로 한 개 Ca2+ 배출) ， (4) 미 토콘드리 아

so

탈분극으로 나타나는 전압작동 칼슐통로(voltage-operated

calcium channels) 를 통한 칼숨 유입과 작용제의 수용체 에 대

tive receptor ligand) 가 사용된다. 이 러 한 조 직 에 서 는 수용체

한 작용으로 나타나는 수용체작동 칼숨통로(receptor-operat­

에 결합된 약물은 자유약물(free drug : 수용체 에 결합하지 않

ed calcium channels) 를 통한 칼숨유입은 세포내 칼슐농도를

은 약물)농도와 관련이 있으며 ， 다음의 식 (2) 으로 설 명 한다( 그

증가시 킨다. 세 포외 신호 또는 리 간드가 세포막에 있는 GPCR

림 2-9).

에 결 합하여 PLC 를 자극한다. 자극된 PLC 는 PIP 2를 IP3와 DAG 로 가수분해시 킨다 IP3는 근세포질그물에 있는 IP3 수용 체 에 작용하여 세포 내 로 칼슐 유리 (release) 를 일으켜 세포내

점 유 가설을 확인하는 데에는 방사능 수용제 리 간드( radioac­

AR = (RT X A) / (A + Ko)

(2)

작용제 A의 수용체 결합

질 (calcium-binding protein) 인 칼모듀린에 칼슐결합을 촉진

RT : 수용체 총농도( 무한히 높은 자유의F물 농도에서 의t물에 결합된

시 키고， 칼슐 칼모듀린 결합체는 칼슐에 의 존하는 단백 질 인산

Ko[ 평 형 해 리 상수(eqllilibrillm dissociation constant)]

칼슐농도를 증가시 킨다. 증가된 세포내 칼숨은 칼숨결합단백

AR :

수용체)

최 대 결합

Chapter 2

1 00

1 00

80

80

60

돔 *i

71

40 20 -11 I 0

그림 2-9

•

o ECso

(a∞)

20 --1 0 20

40

60

80

1 00

농도(nM)

산술농도눈금

/

0.1

1.0

마취와 약력학

. 29

이 지역에서 거의 직선임

10 Ko (app)

1 00

농도(nM)

대수농도

=

눈금Oogarith mic concentration scale)

수용체 점유(receptor occupancy)에 대한 농도-반응곡선 Ko(app) = dissociation constant， ECso 50"10 effective dose

의 1/2 이 관찰될 때 작용제 A의 농도 A : 작용제 A의 자유의t물농도(free drug concentration)

아니고， 오히 려 신경자극기 (nerve stimulator) 에 의 하여 전달

평 형 해 리 상수(Ko ) 는 약물에 결합하는 수용체 친화력을 나

2 ) 여 분 수용체

되 는 신경근자극에 대한 반응이다.

나낸다. ED50과 KD는 거 의 동일한 개 념 이 나 약간의 차이 가 있

어 떤 조 직 에 서 약물에 대한 반응은 점 유한 수용체 의 단편

을 수 있다. 용량 반응 자료(dose-response data) 는 X축을 약 물농도의 대수(logarithm) 로， Y 축을 약물효과의 형 태 로 종종

(fraction) 에 비 례한다. 그 러 나 대 부분의 경 우 수용체 의 일부 분만 작용제 에 의하여 점 유된 상태 에 서 도 최대 반응이 나타난

표현한다. 원래 쌍곡선 형 태 의 용량-반응 자료에 대한 수학적

다. 그 이유는 초기 수용체 자극에서 부터 하부로의 세 포신호전

조작(mathematical maneuver : X축을 의빨농도의 대 수로， Y

달에서 여 러 가지 증폭(amplification) 단계 가 있기 때문이 다.

축을 약물효과로 나타냄)은 쌍곡선 중간부분이 직 선 인 S 자형

이 러한 현상을 ‘여분 수용제’ 라는 개 념 으로 정 의 한다. GPCR

곡선( sigmoid curve)으로 바뀌 게 한다(그림 2-9) . 이 S 자형

의 활성화와 G 단백 질 의 자극 사이 에 1

곡선은 약물효과가 빨리 변하는 저농도에서 농도축(X축) 의 눈

chiometry) 관계가 있을 경 우， 예를 들어 어 떤 특별한 세 포에

금을 팽 창시 카 고 약물효과가 천천히 변하는 고농도에서 농도

서 1 천 개 수용체와 단 1 00 7H 의 G 단백 질을 지 닌 경 우 최 대 한

축(X축) 의 눈금을 압축시 켜 서 얻 는다. 이 러 한 S 자형 용량- 반

의 반응을 유발하기 위 해 서 는 단 1 0%의 수용체만 활성화가

응곡선 에 서 최 대 반응의 25%와 75% 사이는 거 의 직 선을 이

요구된다. 보다 많은 수용체 점유는 반응의 크기를 더 증가시

룬다.

키 지 못한다.

1 화학량론(stoi­

실 제 로 정확한 약물-수용체 점 유(drug-receptor occupan

하부 신호전달 경 로가 증폭을 수반한다면 ED50은 최 대 수용

cy) 를 측정하는 것은 어 려운 일 이 다. 약물 수용체 복합체 그

제 점 유 1/2를 차지하는 농도( 평 형 해 리 상수 : Ko ) 보다 매우 낮

자체는 특별한 효과를 낳기 위한 중간 단계를 나타낸다고 생 각

게 나타날 수 있다. 여 분 수용체는 용량- 반응곡선을 좌측으로

된다. 그 러 므로 많은 연구지들은 약물의 일정한 용량과 효과를

이 동시 킨 다(그림 2-10) . 따라서 여 분 수용제는 수용체 친화력

비 교하는 데 약력 학이론을 적용시 킨다. 그래서 이 러한 약물효

을 변화시 커 지 않고 작용제 대한 조직 의 민감도(sensitivity) 를

과는 측정할 수 있는 생화학적 또는 생 리학적 변수가 사용될

증가시 킨다. 여 분 수용체가 흔히 존재하기 때 문에 작용제 의

수 있는 것 이 다. 예로 근이완제의 약력학을 평 가하는 경우 측

ED50은 보통 평 형 해 리 상수(Ko ) 와 같지 않다.

정 되 는 효과는 익t물 수용제 복합제 그 자체의 직 접 적 인 측정 이

•

30

PART 1

�'­

역사와 기본원리

1 00

효응

1 00

80

뼈 :五。、a」 E *f

60

A

40

l

A

A

jÔf 1여

20

0

0

•

0.1

1 .0

10

1 00

농도(nM) (대수 눈금)

여분 수용체를 다양한 비율로 지닌 조직들(A， B， C， 이에서 같 은 수용체 아형에 작용하여 생체 외 근육수축을 일으키는 동일한 작용제에 의한 대수 농도 반응곡선들. 거의 모든 조직은 믿t물에 대하여 같은 정도의 최대 반응(내재 효능)을 나타낸다 이 작용제는 여분 수용체를 가장 높은 비 율로 지니고 있는 조직(A)에서 가장 높은 역개가장 낮은 ED50)를 나타내고， 가장 낮은 비율로 여분 수용체를 지닌 조직(미에서 가장 낮은 역개가장 높 은 ED50)를 나타낸다 그힘 2-10

•

용량， 농도 또는 노출에 대한 다른 측정

一

용량 또는 농도에 대한 반응관계 대수 '2{-물농도가 임상반응이 나 효과에 대하여 그래프로 나타낼 때 S자헝 용량-반응곡선이 생긴다- 탈민 감화한 후 또는 경쟁길항제가 있을 때 용량-반응곡선은 오른쪽으로(B C) 이동한다 곡선 C는 곡선 B 또는 A보다 낮은 수용체 진화력(Ka) 또는 낮은 역가를 지닌 작용제를 나타낸다 곡선 A는 곡선 B보다 높은 수용체 친화력 또는 높은 역가를 지닌 작용제를 나타낸다 그림 2-11

생 리 적 반응을 낳는 능력 에 의하여 결정 된다. 어 떤 수용체 에

3 ) 약물-반응곡선 에 서 역 가， 기 울 기 ， 효 능

대한 내 재 효능(intrinsic efficacy)을 설 명 하는 데 사용되는 척 도는 0 부터 1 사이로 나타낸다. 완전작용제(full agonist)는 1

역 가는 일정한 효과를 낳기 위하여 투여히는 약물의 양을 말한

이 고， 부분작용제 (partial agonist)는 0 과 1 사이 에 있고， 중성

다. 약물의 역 가는 약물의 용량에 반응하는 능력 이 다. 역 가는 보통 최 대 반응의 50%를 일으키는 의t물의 농도(ED50)로 정 의

길항제 (neutral antagonist)는 0 이 다. 완전작용제와 부분작용

한다. 역 가가 큰 의노물일수록 ED50은 적 다( 그림 2-1 1 ) . 익t물 역 가는 부분적으로 익t물이 결합하는 수용체에 대 한 친화력 (affin­ ity) 및 약물과 수용체 상호작용이 반응으로 연결되는 효율에

1 00

의 존한다(그림 2-1 1 ) 예를 들어 통일한 의t물인 두 경 구용 제 제 (oral preparation) 로 A 약제와 B 약제가 있다. A 약제는 위 에 잘 녹고 신속하게 흡수되고 B 약제는 완전히 녹지 않고 잘 흡수되 지 않는다면， 잘 흡수되는 A 약제 1 00 mg은 잘 흡수되 지 않는 B 약제 1 00 mg보다 강한 약물효괴를 나타내 기 때문

퍼 1여

개인 변이성

에 약물 A 가 약물 B 보다 역 가가 크다고 할 수 있다 효능(그림 2-12) 은 반응의 크기를 나타낸다. 즉 효능은 용 량-반응곡선에서 고점을 나타낸다. 임상적으로 약물의 역 가와 효능을 구분하는 것은 중요하다 익t물효과는 역 가(ED50) 가 아 니 라 최 대 효능과 수용체 에 도달히는 능력 에 의 하여 결 정 된다. 효능은 약물이 정 해 진 임상적 또는 생 리 적 효과를 낳는 고유능 력 (intrinsic ability) 의 척도이다. 예를 들어 GPCR 에서 효능은 수용체 의 G 단백 질 에 대 한 결합， 이 차 전 령 활성화， 최 종적 인

o

←-

•

역가

-

용량， 농도 또는 노출에 대한 다른 측정

효능， 역가， 개인 번이성이 전형적인 S자형 용량 또는 농도에 대한 반응콕선과 관련될 때， 효능-역가-개인 변이성 간의 관계

그림 2-12

마취와 약력학

Chapter 2

1 00

80

80

/

60

40

---; -------r1:.r、「、， s、( 010 。」 ←」

31

|= 調 |

60

-r

8""

40

LDso EDso

I -

벽 'i여

1 00

•

치료지수 400 1 00

‘

A

20

20

0

•

용량， 농도， 또는 노출에 대한 다른 측정

EDso LD1 EDgg 1 00

50

•

200

LDsO 400

800

1 600

수용체반응에 대한 여러 가지 형태의 리간드효과 완전작용제 는 고농도에서 수용체를 완전히(100"10) 활성화시킨다 그러나 부분작용제 결 합은 매우 고농도에서 조차도 100"10 이하로 수용체 활성화를 나타난다. 중성 길항제는 그 자체적으로 어떠한 활성도를 지니고 있지 않다 그러나 으k물이 없을 때조차도 약간의 수용체가 활성화된 상태로 있기 때문에 20"10 정도의 효과가 나타난다 역작용제(inverse agonist)는 거의 모든 수용체를 불활성 상태로 만들기 때문에 믿멸이 없을 때 측정된 기초반응(baseline response) 보다 작은 약물반응을 낳는다 따라서 초길항저I(super antagonist)로 생각된 다. 활성수용체(activated receptor)의 기초수준에서 생리적 효과가 적다면 길항제와 역작용제는 임상적으로 구멸되지 않을 수도 있다‘

용량(mg) 그림 2-14 중간유효용량(median effective dose. EDso). 중간치사용량 (median lethal dose. LDso)과 치료 수(therapeutic index) 사이의 관계 동물들이 진정제-최면제의 다앙한 용량을 주사 받아서 임상반응이 결정된 자료로 부터 이러한 곡선들이 만들어진다 EDso은 g멸을 투여 받은 동물의 50"10에서 특별한 효고H최면)를 유도하기 위하여 요구되는 Q{물의 용량이다 (왼쪽 곡선)， LDso은 익별을 투여 받은 동물의 50"10에서 사망을 일으키기는 g멸 용량이대오른쪽 곡선)， 그 약물의 치료지수는 LDso과 EDso 사이의 비 율(LDso/EDso)OICf， LD1은 집단의 1"10에서 나타나는 치사량이다 ED99는 집 단의 99"10에서 효과가 있는 으t물용량이다 그림에 나타나듯이 LD1은 ED99보 다 작기 때문에 이것은 임상적으로 바람직하지 못한다.

제 는 효능에 서 차 이 를 나타낸다( 그 림 2-1 3 ) ， 최 대 효과로

4) 유효 용량 과 지 사 용량

100% 반응을 일으키는 약물은 최 대 효과로 50% 반응을 일으

중간유효용량(median effective dose ， EDso) 은 의t물이 투여 된

키는 약물보다 효능이 크다. 환자에 게 투여할 두 가지 익별을

개 체 의 50%에서 특별한 효괴를 나타내는 농도이다. 중간치사

고려할 때 의t물의 역 기보다 약물의 상대 적 인 효능을 고려하여

용량( median lethal dose ， LDso)은 약물이 투여된 개 제 의 50%

야 한다. 두 개 의 약물이 같은 효능을 지 니 고 있으나， A 익t물은

에 서 사망을 일 으 키 는 용량( 치 사용량， lethal dose) 이 다.

1 mg 에서 최 대 효과를 나타내고 B 의t물은 100 mg 에서 최 대 효

LDso/EDso 의 비율을 ‘치 료지 수(therapeutic index)’ 라고 하며 ，

과를 나타낸다면， B 약물은 A 약물보다 역 가가 낮다.

치 료 지 수가 클수록 LD50 이 ED50보다 크기 때문에 안정 성 이 매

그림 2-13

용량 반응곡선에서 기 울기 (slope) 는 약물의 효과가 나타나

우 높다(그림 2-14)，

기 전에 차지 하여 야 히는 수용체의 수에 의하여 영향을 받는 다. 예 로 약물의 효과가 나타나기 전에 약물이 수용체 의 대 부

5) 작용제

분을 차지하여 야 한다면 용량- 반응 곡선의 기 울기 는 매우 급하

친화력 ( affinity) 은 약물과 수용제 사이 의 당김 (attraction) 의

게 (steep) 나타난다. 급한 용량반응곡선은 근이완제와 흡입마

척도이다. 일정한 수용체 에 대 하여 친화력 이 낮은 약물은 수용

취제에서 특징 적 으로 나타난다. 예를 들어 흡입마취제 1 MAC

체 에 결합하지 못하는 경향이 있고 거 의 약물 효과를 나타내 지

는 외과적 피부절개에 대 하여 50%에서 골격근 웅직 임 을 방지

못한다. 그러나 수용제와 친화력 이 높은 약물은 저 용량에 서 도

하나 약간 증가된 농도인 1 . 3 MAC은 적 어도 환자의 95%에서

수용체에 의 하여 중재 되 는 반응을 나타낸다.

움직 임 을 방지한다 더 욱이 용량-반응곡선이 급할수록 치 료농 도와 중독농도의 차이는 줄어들 수 있다

수용체 에 결합하는 물질은 리 간드 Oigand) 이 고 ， 리 간드는 작용제 또는 길항제 로 나누어 진다. 작용제는 수용체 에 결합하 여 리 간드-수용체 상호작용의 결과로 반응을 일으킨다. 이 러한

32

•

PART 1

역사와 기본원리

1 00

효뻐89]

R를

곰 � 퍼」 농

50 동 ñïJ

:!T디|

E õ

� R*

•

불활성상태(R)에서 활성상태(R*)로 수용체의 자동전환. 대부분 조직에서 R*는 전체 수용체 집단에서 적은 일부분을 나타낸다‘

그림 2-16

Oxymelazoline만 있을 경우

•

8

7 6 log [ oxymelazoline] (M)

코충혈제거저I(nasal decongestant)인 oxymetazoline 부분작용제는 혈관 펑활근에서 epinephrine 같은 완전작용제에 의한 반응보다 낮은 최대 반응을 일으킨다 매우 고농도 。xymetazolineo I 경우 에피네프린(epinephrine)의 효과는 oxymetazoline만 있을 때의 반응 수준으로 에피네프린에 대한 최대 반응이 감소된다

그림 2-15

의 일부분이 활성수용체( active receptor) 로 전환이 일 어 나고

5

있고， 활성수용체는 총수용체 의 극소수를 나타낸다(그림 216) . 역 작용제 (inverse agonist) 는 기 준선 값(baseline value)

같은 최대 있을 최대

이 하로 수용체반응을 일으키 기 때문에 초길항저1(super때tag­ 。nist) 로 보인다( 그림 2-1 3 ， 2-17). 즉 작용제는 활성화된 상태 의 수용체를 증가시 커 나， 역 작용제는 불활성수용체를 증가시 켜 서 이 러 한 반응을 나타낸다( 그림 2-18， 2-19) . 예 를 들어 벤 조 디 아제 핀 수용체 의 역작용제는 헝불안( am않} 걱 정을 유발한다다. 길항제는 활성수용체와 불활성수용체 에 똑

반응을 일으키 는 능력을 ‘효능’ 이 라고 한다. 수용체에 결합하 나 내 재효능이 없는 약물은 길항제 이 다.

EclEmax(약물농도 C 에

같이 결합하기 때문에 두 수용체 사이 의 균형 에 영향을 미 치 지 않는다(그림 2-19)

서 나타나는 반응을 그 익t물의 최 대 반응으로 나눈 값) 가 100%

완전작용제와 부분작용제 사이 에 최대 효과의 차이는 각 약

에 이 르는 최 대 반응을 일 으 키 는 작용제 는 완전작용저1 (full

agonist) 이 나 EclEmax가 100%에 도달하지 못히는 최 대 반응을

물의 내 재 효능(intrinsic efficacy) 의 차이 때 문에 생 긴다(그림

일반적으로 완전작용제는 수용체 점유(receptor occupan­

일한 용량에서 수용체에 같은 정도로 결합함) 수용체를 활성화

일으키는 작용제는 부분작용제(partial agonist) 이 다.

2-13). 효능은 친화력과 혼돈하지 말아야 한다. 예를 들어 두 개 의 약물이 동일한 친화력을 지 니 고 있으나(즉 두 약물의 동

cy) 가 낮아도 최 대 효능을 나타내 나， 부분작용제는 수용체를

시 키는 정도에서 차이 가 있다면， 최 대 수용체 활성 (maximal

모두 점 유하여도 최대 반응이 일 어 나지 않는다( 그림 2-13) . 부

receptor activation) 을 낳는 약물은 완전작용제 이 고， 높은 효

분작용제는 작용제와 길항제로 작용하는 두 가지 작용을 지 니

능을 지 니 고 있다. 그러나 최 대 수용제 활성보다 적은 활성을

고 있다. 부분작용제가 수용체 에 결합될 때 일부분의 수용체만

낳는 약물은 부분작용제 이 고 낮은 내 재효능을 지 니 고 있다 완

을 활성상태로 바꾼다. 부분작용제는 같은 수용체 에 작용하는

전작용제와 부분작용제 사이 의 약리 기 전 차이는 분명 하지 않

완전작용제 에 대한 반응을 부분적으로 차단할 수 있다. 또한

으나， 수용체 의 고활성 상El1(high-activity state) ， 즉 활성수용

부분작용제와 완전작용제가 동시 에 있을 때 부분작용제의 농

체 를 안정화시 키는 능력과 연관될 수 있다.

도가 증가함에 따라 보다 많은 수용체가 부분작용제로 점 유되 고， 수용체 의 일부분은 더 이 상 활성 화되 지 못하기 때문에 완

6 ) 수용체 상태

전작용제 에 대한 반응을 감소시 킨 다(그림 2-15) 혼합작용제­

전형 적 인 수용제 이 론은 질량작용법 칙 (law of mass action) 에

길항제 (mixed agonist -antagonist) 는 수용체 의 아형 (subtype)

근거 하여 리 간드와 수용체 사이 의 상호작용으로 설 명 된다. 이

이 있을 때 나타난다. 예 를 들어 pentazocine 은 μ-길항제 이 고

러 한 상호작용은 수년간에 걸 쳐 분자수준에서 수용체 에 작용

K깨- 부분작용제 이 다.

제 가 결합하면 수용체 입 체 형 태 의 변화를 일으켜 불활성수용

정상 생 리 학적 상태 에서 불활성수용체(inactive receptor)

체 를 활성 수용체로 바꾸는 것으로 이 해 되 어왔다(그림 2-20) .

Chapter 2

mω

10

0.001

0.01

0.1

10

30 영

3「

o

잉

-10 0.001

C

부분작용제

0.01

0.1

10

0.01

0.1

10

5

0

잉 %M m

。 여m =

메 딩 百퍼 꾀{ 」← 보」 동콤 ( Qφω~ 〉a) N工

•

33

20

-10

5 0 0.001

B

•

30

완전작용제

때

。 여m← 「

메쥔 百퍼 씨{ 」{ 뽀」 동I 」( Qmω~ 〉각) N工

A

80

마취와 약력학

0.01

0.1

10

혈중농도(μg/mL)

0.001

D

혈중농도(μg/mL)

4개의 베조디아제핀에 대한 농도-뇌파반응 관계 A. midazolam(완전작용저1). B. bretazenil(부분작용저1). C. Ilumazenil(길항저1)와 D. RO 19-4063(역작용제) 뇌파에 나타나는 최 대 효과는 임상작용과 상관관계를 지니고 있대완전작용제 > 부분작용제 > 길항제 >역작용저1). (출처 Shaler S Principles 01 pharmacokinetics and pharmacodynamics. In Longnecker DE， Tinker JH， Morgan GE[eds]: Principles and Practice 01 Anesthesiology， 2nd ed. St. Louis， Mosby-Year Book， 1997; based on Mandema JW， Kuck MT， Danhol M: Differences in intrinsic efficacy 01 benzodiazepines are rellected in their concentration-EEG effect relationship. Br J Pharmacol 105:164-170， 1992.) 그림 2-17

그 러 나 유전체삽입 생 쥐 (transgenic mouse)를 시용한 실 험 은

용제 ， 길항제 ， 역 작용제 의 작용을 이해하는 데 있어 의 미 가 있

리 간드와 수용체 사이 의 상호작용에 대 하여 새 로운 사실을 나

다. 작용제는 불활성 수용체를 활성 수용체로 바꾸는(그림 2-

타나고 있다. 즉 리 간드 결합은 불활성 수용체를 활성수용체

20) 대 신 강력하게 활성 수용체를 안정화시 켜 서 활성 수용체

로 바꾸는 대신에 리 간드가 없을 때 에도 대 부분의 조 직 에 서

부분을 증가시 킨다(그림 2-19) . 역 작용제는 불활성 수용체를

불활성 수용제가 활 성 수용체로 자동전환( spontaneous con­

안정화시 켜 활성 수용체수를 감소시 킨다(그림 2-19) . 그러 나

version ) 되 고 있음을 암시한다 (그 림 2-16) . 기 준선 수용체

중성 길항제 는 활성 수용체와 불활성 수용체에 똑같이 결합한

(base1ine receptor) 반응은 조직들 사이 에 다양하게 나타난 다. 즉 절 대 적 인 활성 수용체 농도， 불활성 수용체와 활성 수

작용제

용체 사이 의 자동전환 정 도는 조 직 에 따라서 다양하게 나타날 수 있다. 역 작용제는 활성 수용체 에 비 하여 불활성 수용제를 안정 화시 키 기 때문에 역 작용제 부재 시 나타나는 반응보다 낮 게 약물반응을 일으킨다(그림 2-13 ， 2-17) . 활성 수용체로 자 동전환이 많이 일 어 나는 조직 에 서 역 작용제 부재 시 나타나는 반응과 역 작용제 가 있을 때 나타나는 반응 사이 에 큰 차이가 나타난다. 그 리 고 이런 이 유 때문에 불활성 수용체 에 서 활성 수용체로 전환이 많이 일 어 나는 조직 에 서 역 작용제 의 효과가 높게 나타난다. 유전체삽입생쥐를 시용한 실험으로 불활성 수용체와 활성 수용체 사이 의 자동전환에 대한 발견(그림 2-16)은 리 간드J작

•

R

R*

리간드에 의한 수용체 상태의 안정화 작용제는 활성수용처I(R*) 를 안정화시키고， 역작용제는 불활성수용처I(R)를 안정화시킨다 중성길항제는 두 수용체 상태사이의 균형에 영항을 미치지 않고， 활성수용처I(R*)와 불활성 수용체(R)에 똑같이 결함한다 그림 2-18

34

•

PART I

역사와 기본원리

R

• 작용제

R

R*

역작용제

R

• 중성길항제

R

R*

•

•

R* R*

불활성수용처I(R)와 활성수용처I(R*) 사이의 균형은 조직에 특이 적으로 나타나고 투여된 리간드의 형태에 의존한다 작용제는 활성수용체를 안정화시켜서 평형을 우측g로 이동시킨다. 그러나 역작용제는 불활성수용체 를 안정화시쳐서 평형을 좌측으로 이동시킨다. 중성길항제는 활성수용체와 물활성수용체에 똑같이 결합하기 때문에 중성길항제는 활성수용체와 불활성 수용체 사이의 조직 특이적인 평형(tissue specific equilibrium)에 영흔k을 미치지 않는다. 그림 2-19

인 길항제는 중성 길항제 라기 보다는 역 작용제 인 것으로 발견 되고 있다. 역 작용제는 어 떤 질환( 경 련 ， 울혈성 심부전)을 치 료

하는 데 에 장점 이 펼 수 있다. 따라서 의사들은 길항제를 시용

하기 전에 그 길항제가 중성 길항제 인지 확인하고， 아니 면 역 작

용제 인지 구별하기 위하여 그 의t물에 대한 최근의 약리학적 자 료를 세 심 하게 검 토하여 야 한다

익t물과 수용체 결합부분의 3차원 윤곽(three dimensional

configur따ion) 사이 의 구조-활성 도 관계 (structure - activity relationship)는 결합 성 질을 결 정 하는 데 매우 중요하다. 약 물의 화학구조는 수용체 결 합부분의 3차원 윤곽과 꼭 맞아야

융핍N OCH3

- CH2CH2CH2 -

많 띈o

CH3 、-r CH3 O Antagonist Pharmacophore 5-Methyl u rapidi l(m -adrenoceptor

antagonist)

다. 중성 길항제는 균형 에 영향을 미 치 지 않고 활성수용체 와 불 활성수용체 에 똑같이 결합하고 관찰되는 기 준선반응(base­

융

line response)을 변화시 키 지 않는다(그림 2-13). 많은 전 형 적

cHOHCH2

-N

CH3

Angonist Pharmacophore

R

잃짧 앓씩 •

Phenylephri ne(al -adrenoceptor angonistl

R*

작용제

용

CH2CH2 -

m -adrenoceptor angonist pharmacophore

짧3

전형적인 수용체 활성화 도해- 수년 동안 리간드의 결합은 수 용체를 불활성 수용처I(R)에서 활성수용체(R*)로 바뀌게 한다고 생각되어왔다 그 후 활성화된 수용처I(R*)는 매개물 guanine nucleotide (G) 단백질과 상 호작용하거나 이차 전령 연속단계(효과기 티와 직접 상호작용한다. 또는 활 성화된 수용체가 G 단백질뿐만 아니라 이차 전령 연속단계와도 상호작용한 다. 보다 최근의 정보는 그림 2-16， 18， 19에서 나타나 있듯이 활성수용체 (R*)와 불활성수용처I(R) 사이의 매우 복잡한 평형을 암시한다 그림 2-20

·

•

N J� �

O C

〈0)

αl-adrenoceptor antagonist pharmacophore

Fentanyl

알파1A-아드레날린 수용체에 선택적으로 작용하는 길항제 5met h y l u ra p i d i l ， 비 선 택 적 알파1 -아드레 날 린 수용체 완전 작용제 phenylephrine과 fentanyl의 화학구조 Fentanyl의 화학구조는 알파1 아 드레날린 수용체 작용제뿐 아니라 알파1-아드레날린 수용체 길항제와도 유 사한 의멸작용발생단(pharmacophore)들을 지니고 있음을 나타낸다. (출처 Sohn JT， Ding X， McMune DF， Perez DM， Murray PA: Fentanyl attenuates a lB-ad renoceptor-mediated pul monary artery contraction. Anesthesiology 2005;103:327-34.) 그림 2-21

Chapter 2

마취와 약 력 학

•

35

만 한다 약물구조의 미 세 한 변화도 특별한 수용체 집 단에 결

다. 공유결합은 매우 강하기 때문에 결합을 깨는 데 많은 에 너

합하는 약물의 능력을 심하게 변화시 킬 수도 있다. 수용체 에

지 가 필요하다. 이 러 한 비 가역 적 결합 때 문에 길항제가 수용체

서 리 간드를 인지하는 부분과 상호작용핸 리 간드의 3차원

의 일부분을 점 령 한 후 남아 있는 자유로운(길항제 로 점유되지

요소 (three dimensional component) 를 ‘약물작용발생 단

않은) 수용체수가 너 무 적 어 서 고농도의 작용제 를 사용하여도

(pharmacophore) ’ 이 라고 한다. 예를 들어 fentanyl 의 구조

비 경 쟁 길항제 부재 시 에 나타나는 최 대 반응에 도달하지 못한

식 (그림 2-2 1 ) 은 α-아드레날린 수용체작용제 익노물작용발생단

다. 이 에 대 한 전형 적 인 예 가 크롬 친화세포종( pheochromocy­

(m-adrenoceptor agonist pharmacophore)과

아드레 날린

toma) 치 료에 사용되는 비 가역 알파-아드레날린 수용체길항제

수용체 길항제 약물작용발생 단(αl-adreno ceptor antagonist

인 phenoxybenzamine 이 다 많은 카테콜아민을 분 비 하는 크

pharmacophore)으로 구성 되 어 있고， fentanyl 은 m -아드레

롬친화세포종이 제 거 된 후에도 phenoxybenzamine 에 의 한

날린 활동성 주머 니 (m-adrenergic activation pocket) 에 결합

저 혈 압은 오랜 시 간 동 안 지 속된다. 길항제가 작용제 에 의 한

하고， m- 아드레 날린 활동성 주머 니 를 억제함을 암시한다. 이

약물 반응에 이 르는 경 과사슬(chain o f events) 가운데 일부를

러 한 m- 아드레날린 활동주머 니 억 제 가 fentanyl 투여 시 나타

차단하여도 비 경 쟁 길항이 나타난다

α

나는 혈압하강에 기 여 하는 기 전과 연관될 수도 있다.

8) 탈 민 감화 7) 길 항작용 (1 ) 결행길앙제

세포가 계속해서 전달물질이 나 호르몬에 의한 자극에 노출될

수용제와 길항제 사이 의 결합이 가역 적 일 때 경 쟁 길항작용

식 환자에서 흡입 하는 베 타-2 아드레날린 수용체 자극 의뇨물의

(antagonism) 이 나타난다. 작용제농도를 증가시 키 면 경 쟁 길항

반복적 인 시용 후 베 타-2 아드레 날린 수용체 자극 약물이 천 식

작용을 극복할 수 있다. Vecuronium은 acetylcholine 의 경 쟁 길

환자에서 기 관지 를 확장시 키 는 능력을 잃게 되 는 것 이 있다.

항제 이 다 Acetylcholine은 신 경 근 접 합부에 있 는 시 냄스이후

이 러 한 경우 수용체 결합 친화력 (receptor binding affinity) 과

(postsynaptic) 니 코틴 acetylcholine 수용체를 통하여 근수축

신호전달효능의 변화가 종종 급격하게 일 어 난다.

을 일으킨다. Vecuronium은 시 냄스이후 acetylcholine 수용제

때 탈민감화가 나타날 수 있다. 이 러 한 탈민감화의 예 로는 천

Serine ， threonine 또는 tyros1l1e 의 수용체 인산화(recep­

를 점유하고 acetylcholine 에 의한 근수축을 차단하여 근이완

tor phosphorylation)는 작용제 에 대한 반응을 조절하는 공통

이 일 어 난다. 신경근전달은 acetylcholine esterase 억 제 제 에

된 기 전이 다. 인산화는 친화력 또는 세포 신호전달효능을 급

의하여 회 복될 수도 있 다 Acetylcholine esterase 억 제 제 는 니

격 하게 변화시 키 고 수용체 내 재 회1internalization) 또는 수용

코틴 acetylcholine 수용체 에 작용하는 작용제 인 acetylcholine

체 분해( degradation) 를 일으킨다. 베 타2-아드레날린 수용체

농도를 효과적으로 증가시 킨다. Acetylcholine 이 수용체 에 서

의 동종(homologous) 또는 이 종( heterologous) 탈민감화에

vecurol11um을 충분히 이 동시 킬 때 근수축이 나타난다. 임상에

관련된 기 전들은 잘 알려 져 있다. 세 개의 다른 단백 질 인산화

서 시용되는 대부분의 길항제는 경 쟁 길항제 이 다.

효소에 의한 serine-threonine residue 에 서 수용제 인산화는

두 개 의 약물이 주어 진 수용체 에 같은 정도의 친화도와 이

작용제 에 대 한 반응소실을 일으킨다 세 개 의 단백 질 인산화

차 전령 결합에서 같은 효능을 지 니 고 있다면 두 약물의 용량­

효소는 베 타-아드레 날린 수용체 인산화효소(beta-adrenergic

반응곡선은 서 로 겹 쳐 서 나타난다. 그러나 의뇨물 C 가 약물 B 에

receptor kinase) ， cAMP 에 의 존하는 인 산화효소 (cAMP­

비 하여 같은 수용체 에 서 낮은 친화력을 지 니 고 있으나 이 차 전

dependent kinase) ， 단백 질 인산화효소 C(protein kinase C)

령 결합에서 동일한 효능을 나타낸다면， 의t물 C 용량-반응곡선

를 포함한다. 베타 아드레 날린 수용체 인산화는 G 단백 질과

은 약물 B 용량 반응곡선에 비 하여 오른쪽으로 이 동된다( 그림

상호작용하는 수용제 의 능력을 억 제 하고， 이후에 수용제가 외

2-1 1 ) .

부 호르몬과 상호작용을 할 수 없는 지 역 에서 수용체 내 재 화 와 수용제 분리 (sequestration) 를 일으킨다. 베 타- 아드레 날린

(2) 비 경 쟁 길앙제

수용체 인산화효소는 동종 탈민감화에 특히 중요하다. 베 타­

비 경 쟁 길항저1 (noncompetitive antagonist) 는 작동제 의 농도

아드레날린 수용체 인산화효소는 수용체 가운데 활성 화된 작

를 아무리 증가시 켜 도 길항제 부재 시 나타나는 최 대 반응에

용제와 결합한 수용체 형 태 만을 인산화시 키 는 능 력 을 지 니 고

도달하지 못한다 이 러 한 현상은 길항제와 수용체 사이 에 비 가

있다( 그림 2-22) .

역 적 (irreversible) 공유결합(covalent bonding) 때 문에 생 긴

• Eξg드 00

36

PART I

역사와 기본원리 크롬 P-450 초가족(cytochrome P-450 superfamily) 효소에 의 한 약물 대 사율 차이 때 문 이 다 임 상의학에 약 리 유 전 학 (pharmacogenomics) 도입은 약물 에 대 한 환자의 반응을 예 견하는 데 도움이 될 수도 있다. 약물에 대 한 개 인 반응의 다양 성 은 환자들 사이 에 약동학f생 체 이 용률(bioavailability) ， 간기 능， 신기능， 심장기 능， 연령]과 약력학( 효소 활동， 유전적 차이 ) 차이와 의t물 상호작용을 반영한다 약물에 대 한 반응에서 개체들 간에 차이가 있을 때 정확한 약물 용량에 도달하기 힘 들고， 같은 용량을 시용하여도 각각의 다른 개 체 에 서 도달하는 혈중 농도는 적 어도 두 배 정도의 차 이 가 나타나는 것 이 드물지 않다. 더욱이 각 개 개 인에 서 같은

이종

약물효과에 도달하기 위 하여 요구되는 약물의 혈중농도는 5 배

•

정 도 차이 가 날 수도 있다. 약물에 대한 개 개 인의 반응에 서 차 이를 유발하는 요소들 가운데 상대 적 으로 중요한 요소는 부분 적 으로 약물 그 자체와 약물의 배 설 경 로에 의존한다. 익t물 대 사율에 서 가장 중요한 결 정 인자는 유전적 요인이다. 대 사율의 변화는 고추출률(high extraction ratio) 을 지 니 고 있는 약물에는 거 의 영 향을 미 치 지 않는다. 그 이유는 추출 (extraction) 효율이 높기 때문에 간 혈류가 대 사보다 중요한

cAMP

속도 제한요소(rate-limiting factor) 가 된다. 다시 말해 저 추출 률(low extraction ratio) 을 지 닌 의t물은 대사율의 적은 변화에

•

인산화는 수용체 탈민감화에 중요하다 동종 탈민감화에서 베 타-아드레날린 수용체 인산화 효소(beta-adrenergic receptor kinase)와 cAMPOlI 의존하는 단백질 인산화효소(cAMP-dependent protein kinase) 의 자극경로. 01종 탈민감화에서 프로스타그란딘 수용체와 알파1 아드레날린 수용체에 의한 cAMP에 의존하는 단백질 인산화효소와 단백질 인산화효소 C{protein kinase C)의 자극경로 p : phosphate， ß-receptor : beta-ad renoceptor， ß-ARK : beta adrenergic receptor kinase， cAMP kinase : cyclic adenosine monophosphate-dependent kinase， AC : adenyl cyclase， Gs : G protein(sti m u l at i o n )， α，-rec : a l pha-1 adrenoceptor， PGE rec : prostag landin receptor， PLC : phosphol i pase C， Gq : G protein(phospholi pase)， DAG : d iacylg lycero l ， I P3 : inositol trisphosphate， ATP : adenosine tri phosphate， cAMP : cyc lic adenosine monop hosp hate， ER : endoplasmic reti c u l u m ， PKC : protein kinase C 그림 2-22

도 민감하다. 그 예로 alfentanil 의 전신제 거 (systemic clearan sy) 는 사이토크롬 P-450(CYP) 효소유도와 억 제 에 매우 민감 하다 그러나 fentanyl 과 sufentanil 같은 고추출률을 지닌 아 편유사제 (opioid) 는 행탤 적 게 받는다. 전구약물(prodrug)

codeine에 대한 반응에서 개체 간 변 이 성 이 나타난다. 이 것은 codeine 을 morphine 과 morphine-6-glucuronide 로 대 사시 키 는 CYP2D6로 중재 (mediation) 되는 O-demethylation 의 활 성도로 결정 된다. CYP2D6 효소가 부족한 사람은 codeine 투 여 후 morphine 생 산이 부족하고， CYP2D6 유전자 증폭을 지

닌 사람은 codeine 투 여 후 과도한 morphine 생 산으로

codeine 중독이 나타날 수 있다 실제 임상에서 환자의 익t물반 응의 다양성은 고용량 의t물투여에 의하여 나타나지 않고 지 나 칠 수 있다. 예 를 들어 비 탈분극성 근이완제 ED95(95% effec­

I훨

tive dose) 의 2-3배 용량투여는 모든 환자에서 골격근 이 완을

약물반응에

대한 개인 변이성

일으키 기 위하여 시용되는 흔한 진료행 위 이 다 그러나 근이완 정도와 이완기 간에 대 한 감시 가 이루어 진다변 환자 사이 의 다 양한 반응이 분명 히 나타나게 된다

많은 약물에 대 한 개 개 인의 반응은 매우 다양하다Cindividual variability) . 같은 약물투여 후 어떤 환자는 임 상적 으로 의 미

1 ) 노 인 환자

있는 반응을 나타낼 수 있고， 다른 환자는 어 떠 한 치 료반응을

노인에서 나타나는 약물반응의 다양성은 심박출량 감소， 지 방

나타내 지 않을 수도 있다 이 러한 다양한 반응의 일부는 시 토

증가， 단백 질 결합 감소， 신 기 능 감소 등을 반영한다(그림 2-

Chapter 2

영아

젊은 성인

노인

마취와 약력학

•

37

변화가 lidocaine 제 거 를 감소시 킬 수도 있다. 중추신경효과를 지 닌 약제 (thiopental ， midazolam ， propofol) 는 본질적으로 노인에서 역 가가 크고 이 러한 역 가의 변화는 약력학 모댈에서

체중에서 총체액(%)

느 」 이「 이 “

뿔 꽤 서。 조 바。 요。 。g 협 분 지 지

‘ ，

‘ ，

간의 약울 대사

‘ ，

2) 효소 활동 효소유도에 의한 효소활동의 변회는 개 개 인 사이 에 서 나타나 는 약물반응 다양성 의 원인이 될 수도 있다. 예를 들어 담배 에 는 혼합기능 간 산화효소(mixed function hepatic oxidase) 를 유도하는 다환식 탄화수소(polycyclic hydrαarbon) 가 있기 때 문에 담배를 피우는 환자에서 theophylline 과 삼환계항우울 저1 (tricyclic antidepressant) 같은 약물투여용량이 증가한다

만성 알코올(alcohol) 복용(200 g!day)은 믿멜을 대 사하는 미

세소체효소 (microsomal enzyme) 를 유도한다. 이 러 한 효소유 도에 의한 과도한 약물 대사 때문에 barbiturate 와 같은 약물 에 내 성 (to]erance )을 나타낼 수 있다.

。「

느o신장"-� 약물제거 ‘ -，

•

상자에 있는 면적은 각 연렁에서 기능(function)의 상대적인 크기를 나타낸다， 그림 2-23

양적으로 평 가된다.

3)

유전질환

개 개 환자에서 약물반응의 다양성은 부분적으로 수용체 감수 성 에 영향을 줄 수 있는 유전적 인 차이에 의하여 나타난다. 약 리유전학은 처 음부터 특별한 익t물에 대 한 변화된 반응으로 나 타나는 유전적으로 결 정 된 질환상태를 기 술한다. 약물투여 후 분명하게 나타나는 질환의 예는 succinylcholine 또는 mlvac

23). 심 박출량 감소는 간혈류를 감소시 키 고 대 사되는 약물의

uromum 투여 후에 나타나는 비 정 형 cholinesterase 효소에

간으로 운반을 감소시 킨다. 또한 고추출률을 지 닌 fentanyl 같

의한 지속적 인 근이완， succinylcholine 또는 흡 입 마취 제 에 의

은 약물의 작용시간은 증가시 킨다. 증가된 지 방은 분포용적

하여 유발되는 악성고열증 등이 있다.

(volume of distribution) 을 증가시 키 고 diazepam과 thiopen­ tal 같이 지 방에 잘 녹는 약물은 증가된 지 방에 축적 된다. 증가 된 지 방용량과 약물의 단백 질 결합 감소는 노인에서 나타나는 분포용적 이 증가하는 데 기 여한다. 노인의 경 우 총체 액 양도

4) 약물 상호작용 (1 ) 제약 gi탤률상호작용

약물이 환자에 게 주어 지 기 전에 제 약 상호작용(pharmaceuti­

감소하고 동시 에 총지 방량은 증가하기 때문에 이 러 한 모든 변

cal interaction) 이 정상적 으로 일 어 날 수도 있다. 예를 들어

화의 순수한 효과는 노인에서 쉽 게 나타나는 약물 축적 위 험 성

같은 주사세트를 사용하면 vecuronium 과 sodium thiopental

을 증가시 킨다.

은 침 전 (precipitation) 을 일으킨다. 그 러 나 관(tubing) 에 서

Albumin 과 m-acid glycoprotein 이 단백 질 결합의 주요한

눈으로 관찰되는 변 화 없 이 도 약물상호작용이 나타날 수도 있

부위이다. Albumin 농도는 노인， 간질환， 영 양실조에서 감소

다. 마취과의사는 일 어 날 수 있는 이 러한 다양한 상호작용을

acid glycoprotein은 노인과 급성 질환에서 증

경 계하여 야 한다. 반응이 일 어 나지 않는 것 이 분명 히 입증되

가한다. 예를 들어 diazepam은 주로 albumin 에 결합하기 때

기 전에 약물을 흔합하지 말아야 한다. 주사되는 약물의 안정

문에 albumin과 결합하지 않은 diazepam은 노인에서 증가하

성에 영호뇨을 미 치 는 요소들은 pH ， 용매 ， 완충액 (b마fer) ， 다른

고， 이 젓이 노인에서 나타나는 diazepam 에 대 한 감수성 증가

약물， 보존제 (preservative) ， 희 석 ， 저 장기 간， 흔합， 빛 ， 옹도

의 원인이 된다. 그 러 나 lidocaine 은 주로 m-acid glycopro­

등이 있다.

한다. 그러나

α

tein 에 결 합한다. 그래서 전체 lidocaine 가운데 m-acid glyco­ protein 에 결합하지 않은 자유부분은 감소하게 되고， 이 러한

38

.

PART I

역사와 기본원리

경구용랑 (150 mg)

위장관 (150 mg)

�i

간 릉수된 약물 (120 mg)

----을- 체순환 30 mg

간문맥 (120 mg)

•

경구 생체이용률의 결정인자들 약물 150 mg이 입으로 삼켜져 위장관으로 들어간다 150 mg에서 120 mg만 흘수된다(30 mg은 한 가지 또 는 여러 가지 기전에 의하여 소실된다). 홉수된 120 mg은 간으로 배출되는 간문맥(portal vei미으로 들어간다 간추출률은 0.75이고， 처음통과소실(firs pass loss)을 피하는 분율은 0.25이다 생체이용률은 처음통과대사(first-pass metabolism)를 피하는 분율(0.25)로 곱해진 간문맥으로 들어가는 흘수약물(0.8)의 일부분이다. 그림의 예에서 생체이용률은 20%이다(또는 30 mg/150 mg).

그림 2-24

를，.. ...‘ =，

(2) 악동획적 믿펠상호작용

(selective serotonin reuptake inhibitor : fluoxetine ， sertra­ line) ， propofol 등이 있다 그러나 propofol 에 의한 CYP3A4

약물은 적 어도 위장관 pH 와 운동의 변화， 관내 결합(intralu­

억 제 의 임상적 의 미 는 분명하지 않다. CYP3A4를 유도하는 약

minal binding) 과 약물의 킬 레 이 트화(chelation) ， 국소혈류

제는 rifampin ， rifabutin ， tamoxifen ， glucocorticoid ， carba

변화， 처음통과대사(first-pass metabolism) 의 억 제 또는 촉

mazepine ， barbiturate ， 한약제 Saint John’ s wort 등이 있다.

진 ， 위장관에 대 한 독성 효과 등에 의하여 다른 약물의 흡수

마취 제는 심 박출과 간혈류를 감소시 켜 서 많은 약물과 상호작

(absorption) 에 영 향을 미 친다. 체순환(systemic circulation)

용한다. 감소된 심 박출량은 대 부분 약물의 구획 간 제거 (inter­

에 도달하기 전에 많은 약물은 처 음통과대사를 받는다. 즉 위

compartmental clearance)를 감소시 키 나， 간혈류의 감소는

장관에 서 흡수된 후 약물은 체순환에 도달하기 전 문혈 액

고추출률을 지 닌 의t물 대사를 감소시 킨다.

，

(portal blood) 을 통하여 간에 도달한다. 이 러한 약물은 체순

환에 도달하기 전에 ιk물 대사에 주로 관여 하는 간에서 대사 되기 때 문에 익t물의 생 체 이용률이 줄어들게 된다(그림 2-24) .

처음통과대사 동안과 체순환으로부터 제 거 되는 동안에 약

분포 거 의 모든 약제는 혈 액 에 있는 요소들인 적혈구와 혈장단백 질 (plasma protein) 에 결합한다 혈액과 혈장 단백 질에 있는 결

II

반응으로 분류된다. 즉 phase 1 반응운 산화， 환원， 가수분해

합 부위에 결합하기 위 하여 경 쟁히는 약물들의 동시투여는 변

를 포함한다 Phase II 반응은 약물과 그 대 사산물이 glu­

있는 익t물의 지유부분을 증가시 킨다. 이 러한 자유부분이 약리

curonic acid ， glutathione ， sulphatic group ， acetyl group ，

학적으로 활동성을 지 니 기 때문에 단백질 에 결합하지 않은 약

methyl group ， glucosamine 과 같은 수용성 분자에 부착되는

물용량 증가는 익t물작용을 증가시 킨다. 흡입마취제를 포함한

결합반응(conjugation reaction) 으로 이 런 반응들은 약물을

많은 마취제는 생 체 외 (in vitro) 에 서 혈장 단백 질로부터 약물

친수성 (hydrophilic) 으로 만든다. 산해oxidation) 는 시 토크롬

을 떨 어 지 게 하나， 이 러 한 작용이 큰 임 상적 인 의의를 지 니 고

P450(cytochrome P450， CYP450) 효소에 의하여 촉매 되는

있는 것 같지는 않다.

물의 생 체 내 변환(biotransformation) 은 phase 1 과 phase

위 상호작용(displacement interaction) 에 의하여 경 쟁관계 에

가장 중요한 phase 1 반응이 다. 대사성 약물 상호작용(dmg interaction) 에 주로 관여 하는 것은 시토크롬 P450 효소 억 제

저|거

제와 유도제들이 있다. CYP3A4는 모든 약물 대 사의 약 절 반

Ba없rbitu띠L니비lr따e ， phenytoin ， carbamazepine ， ethan이 같은 많은

정도에 관여한다.

지용성 약물(lipid-soluble dmg) 은 간 미 세소체효소(hepatic

자몽주스(grapefruit j u i c e ) 는 CYP3A4를 억 제 한다 .

microsomal enzyme) 를 유도하여 약물 대 사를 자극한다. 간

CYP3A4를 억 제 하는 약물은 항진균제 (ketaconazole ， itra

미 세소체효소를 유도하는 약물의 투여는 유도하는 의t물 그 자

conazole) ， 단백질분해효소 억 제 제 (protease inhibitor : riton­

체 의 대사를 촉진시 커 고 미 세 소체효소의 기 질 이 되는 관련 없

avir ， indinavir ， saquinavir) ， 항생제 (troleandomycin ， clar­

는 익t물의 대사도 유도한다 효소유도는 수일에서 수주 동안에

ithromycin ， erythromycin) ， 선 택 세 로토닌 재 흡수 억 제 제

일어 난다. 그러나 정 맥 마취제는 대부분 마취유도에만 사용되

Chapter

물효과에 주된 영향을 미 치 지 않는다. 그러나 효소유도는 CYP midazolam ， alfentanil) 의

효과와 농도를 감소시 킨다. 가장 흔히 사용되는 정 맥 마취 제 인 propofol 은 고추출률을 지 니 고 있 기 때 문에 propofol 제 거 율 은 효소유도에 의하여 영향을 받지 않는다. Ritonavir는 인간 면 역 결 핍 바이 러 스(human immunodefi­ ciency virus) 감염 치 료에 사용되는 단백질분해효소 억 제 제 이 고 CYP3A4 억 제 제 이 다 2 일 동안 ntonavlr 치 료는 fentanyl 제 거 를 감 소 시 켜 서 혈 증 fentanyl 농도를 증 가 시 킨 다.

업 흥 aR 피 ;g

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•1

08 0.6

0.2 0

혈 중 fentanyl 농도의 증기는 임상적으로 매 우 의 의 가 있고， 약물용량을 감소시 키 지 않으면 호흡억 제 를 일으킬 수도 있다. Ropivacaine 은 주로 CYPIA2 에 의하여 대 사되 고 또한 약 간은 CYP3A4 에 의하여 대사되는 아미 드형 (amide type) 국소 마취 제 이 다 CYPIA2 억 제 제 인 fluvoxamine을 ropivacaine 과 동시 에 투여하면 roplvacame 제 거 는 77%만큼 감소된다 임 상의는 CYPIA2 억 제 제를 roplVacame 과 동시 에 투여하면 ropivacaine 중독 가능성 이 높다는 것을 명 심 하여 야 한다.

39

1 .2

Fentanyl 제 거 가 67% 만큼 감소되 기 때문에 ritonavir 치 료는 CYP3A4 기 질 인 fentanyl 농도를 약 3배 증가시 킨다. 이 러 한

•

1 .4

기 때 문에 효소유도는 인체의 약동학(pharmacokinetics ) 과 약 효소에 의하여 대사되 는 뽑(예

2 마취와 약력학

o

2

•

4

3

5

6

Fentanyl (ng/mL)

절7H(jncision)에 대하여 움직임이 나타나는 50% 가능성과 연 관된 isoflurane의 최소펴|포농도에 대한 fentanyl의 영항 중정도 용량의 fentanyl은 isoflurane의 최소폐포농도를 감소시킨다 그러나 최소펴|포농도 감소가 최고한도에 신속하게 도달한다. 매우 많은 앙의 유사아편제가 있어도 약간의 isofluraneol 움직임 반응을 차단하기 위하여 요구된다. (출처 McEwan AI， Smith C， Dyar 0， et al: Isoflurane minimum alveolar concentration reduction by fentanyl. Anesthesiology 78:864-869， 1993)

그림 2-25

CYPIA2 억 제 제와 CYP3A4 억 제 제 ( 예 : erythromycin) 동시 투여는 roplvacame 의 혈중농도를 더 욱더 증가시 킨다. CYP3A4 기 질의 농도를 증가시 킨다. 지몽주스에 의한 상호작 하여 나타난다. P-당단백 질(p-glycoprotein) 은 소장과 대 장의 속공간 표변( luminal surface) 에서 높은 농도로 존재하는 세 포막을 통한 여 러 물질 의 운반을 중재하는 전 달 체 ( trans­ porter) 이 다 P-당단백 질 전달체 (p-glycoprotein transporter) 와 CYP3A 효소의 유전자는 같은 염 색 체 에 위 치 하고 있다. 그 래 서 CYP3A 효소억 제 제 대 부분은 p 당단백 질 억 제 제 로 알려

ζr m 」 버빼E~드

용의 일부는 장 p- 당단백 질(intestinal p-glycoprotein) 을 억 제

400

때mii-m ( m

자몽주스는 CYP3A4 억 제 제 이 고 amiodarone 같은

300

1 00

져 있다

(3) 약력막적 g매울 상호작용

o

다른 수용체에서의 작용 마취 의 특징은 최 면(hypnosis)과 진통(analgesia) 으로 구분된 다. 흡입마취 제 와 GABA 작용제( propofol ， 바르비투르산염 ， etomidate ， 벤조디 아제 핀 ) 등의 최 면약제 (hypnotic drug) 와 아편유사제 등의 진통약제 (analgesic drug) 의 상호작용에 대 한 보고가 많다 Isoflurane 과 아편유사제 사이 의 상호작용으 로 fentanyl 은 isoflurane 최 소폐 포농도(minimum alveolar concentration ， MAC) 를 감소시 킨다(그림 2-25) . 혈중 fen-

o

•

2

4

6

8

10

Propofol 농도(μg/mL)

절개 또는 삽관에 대하여 반응이 나타나는 50% 가능성과 수 술이 끝날 때 50%에서 깨어나는 가능성과 관련 있는 propofol 농도에 대한 alfentanil의 영향 Alfentanil 중정도 용량은 유해한 자극에 대하여 반응을 없애기 위해서 요구되는 propofol 요구량을 매우 감소시킨다- 그러나 약 propofol 2 �/mL 이하에서는 매우 많은 앙의 alfentanil조차도 유해한 자 극에 대한 반응을 억제하지 못한다 (출처 Vuyk J， Lim T， Engbers FH， et al: The pharmacodynamic interaction of propofol and alfentanil during lower abdominal surgery in women. Anesthesiology 83:822. 1995.) 그림 2-26

40

"

역사와 기본원리

PART I

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GABA

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사람과 동물에서 ‘초|면(인간에서 의식소실과 동물에서 바로 서는 반사의 소실)’ 과 ‘움직이지 않음(유해한 자극에 대한 움직이 는 반응의 소실)’ 을 낳기 위한 gt물 상호작용 의 요약 각 칸에 있는 수는 이러한 소견을 지 지 하는 참고문헌 수를 언 급 한 다 . y Aminobutyric acid(GABA) propofol， thiopental， methohexital ， etomidate; GABABDZ midazolam， diazepam; N methyl-D-aspartate(NMDA) ketamine， a2 dexmedetomidine， clonidine; opioid m o r p h i n e ， alfent a n i l ， fentanyl， sufentanil， remifentanil; dopamine d roperid이 metoc l o p r a m i d e ; Na + channel lidocaine， bupivacaine. (출처 Hendrickx JFA， Eger EI， Sonner JM， Shafer SL: is synergy the rule? A review 。f anesthetic interactions producing hypnosis and immobility. Anesth Analg 107: 494-504， 2008) 그림 2-27

3

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tanyl 농도 1 . 7 ng/mL는 isoflurane MAC을 50% 감소시 키고，

낸다. 예 외 적 으로 NMDA 길항제 인 ketamine 과 아산화질소

혈중 fentanyl 농도 3 ng/mL는 isoflurane MAC을 63% 감소

(nitrous oxide) 사이 의 상호작용은 다른 동물 모델들에 서 상

시 킨다. 이 것은 두 가지 의 임상적 의 미 를 지 닌다. 첫째， 중정도

승， 추가(additivity) ， 하추가Cinfra-additivity ) 등으로 나타나기

아편유사제는 움직 임 을 방지 하기 위하여 요구되는 흡입마취제

도 한다. 그 러 나 흡입마취제는 다른 흡입마취제와 상호작용에

농도를 감소시 킨다. 둘째 ， 아편유사제를 아무리 고용량으로 사

서 순전히 추가 상호작용(additive interaction) 을 나타낸다.

용하여도 환자의 움직 임 을 방지하기 위하여 최 면을 일으키는

즉 이 것은 같은 신호전달경로에 작용함을 암시한다.

약제가 아편유사제 에 추가되 어 야 한다. Alfentanil은 propofol

약물 상호작용에 대한 보다 보면적 인 견해는 두 개의 약물

과 상승(synergistic) 적 으로 작용하여 기 관삽관 또는 외과절 개

결합은 어 떤 반응과 연관된다는 것 이 다. 그래서 표면의 X와 Y

에 대 하여 50%에서 반응을 일으키는 propofol 농도를 감소시 킨다(그림 2-26). 통각， 진통， 최 면에 영향을 미 치 는 마취약제의 상호작용에 대 한 다른 보고는 두 개 의 끝점 (end-point) 을 조사하였다 하

축은 각각 익t물 A와 B 의 농도를 나타내고， Z 축은 이 러한 결합

에 대 한 반응을 나타내는 ‘ 반응표면(response surface)’ 으로

잘 나타낼 수 있다. 그림 2-28은 상호작용의 성 질 에 따라 6 가 지 기능한 반응표면을 나타낸다.

나는 사람에서 의 식 소실과 동물에서 바로서는 반사{righting

:

reflex) 소실로 나타나는 ‘최 변’ ， 다른 하나는 마비 되 지 않은

믿t물-시간 상호작용

대상에 서 유해 자극에 대한 움직 임 의 소실과 같은 ‘움직 이 지

수용체 의 탈민감화{desensitization)는 노인에서 나타나는 많

않음’ 을 끝점으로 시용하였다. 그림 2-27에 서 제 시 되 어 있듯

은 질환의 특정 이 다 따라서 주술기 동안에 탈민감화가 고 려 되

이 정 맥 마취제들 간의 상호작용 또는 정 맥 마취제와 흡입마취

어 야 한다. 탈민감화가 흔 히 나타나는 질환에는 울 혈 성 심부

제 ， 이 들의 상호작용은 전형 적 으로 상승(synergy) 작용을 나타

전， 고혈압， 당뇨 등이 있다. 울혈성 심부전에서 심 박출량 감소

탈민감화

Chapter 2

•

그림 2-28 마취약제들의 잠재적 약력학 적 상호작용에 대한 반응표먼들 A. 작용 기 전 이 같은 두 작용제 사 이 의 추 가 ( a d d i t ive) 상호작용(예 f e n t a n y l 과 alfentanil의 상호작용)， B. 두 작용제 사이 의 상추가(supra-additive) 상호작용 (예 ‘ isoflurane과 fentanyl)， C. 두 작용제 사이의 하추가(infra-additive) 상호작용 (cyclopropane과 nitrous oxide어| 대하 여 보고됨)， D. 부분작용제와 완전작용제(예 ‘ nalbuphine과 fentanyl의 이론적인 상호 작용)， E. 경쟁길항제과 완전작용제(예 : naloxone과 fentanyl)， F. 역작용제와 완전 작용저I(예 RO 19-4063과 midazolam)

:

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41

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마취와 약력학

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는 보상적 인 교감신경 자극을 일으켜 종종 혈중에 순환히는 카

가한다. 이 러 한 상태 에서 길항제투여를 갑자기 중단하면 작용

태 콜아민 농도를 2 배 로 증가시 킨다. 장기 적 으로 이 렇게 증가

제 에 대한 반응이 증가할 수도 있다. 이 것 이 주술기 동안에 장

체 (beta-adrenoceptor) 신호전달이 탈민감화를 일으킨다(특

기 간 사용한 베 타-아드레날린 길항제를 계 속 투여하는 근거 가

히 베 타- 아드레 날린 수용제 밀도와 기 능이 감소한다) 울혈성

(routine procedure) 동안에 심 박수와 심 수축력을 심 하게 증

심부전 환자에서 증가된 작용제 인 노르에피 네프린 노출로 나

가시 켜 서 심 근허혈과 경색을 일으킨다. 따라서 수술 전에 장기

타나는 탈민감화를 차단하기 위하여 심 장내과의 사는 장기 적 으

간 사용하던 약물의 투여 중지는 세 심 한 주의가 필요하다.

로 저용량(심 허 혈과 고혈압의 치 료에 사용되는 용량의 1/10)

(4) 악물 - 믿t물 상호작용

된 노르에피 네프린에 노출되 면 심 장의 베타-아드레날린 수용

베타 아드레 날린 길항제를 신중하게 투여한다. 이 러한 치 료로 심 부전을 지 닌 환자의 경 우 수명 연장이 일어 난다.

된다 길항제 투여를 중지 하면 기 관삽관과 같은 일상적 인 시 술

마취제와 비 마취 제 의 상호작용은 비 마취 제 가 흡 입 마취 제 의 MAC 에 미 치는 영향이 다. 일반적으로 중추신경 의 카태콜아민

믿t물 -시간 상호작용 : 수용체 밀도 증가

농도를 증 가 시 키 는 약 제 인 ampheta m i n e ( 급 성 노출) )

어 떤 익t물에 장기간 노출되 면 수용체 에 의하여 보상반응이 일

ephedrine ) monoamine oxidase inhibitor는 최 소폐포농도를

어 난다 예로 수용체 길항제 가 장기 간 투여 되 면 수용체수가 증

증가시 킨 다. 반대로 중추신경 카태콜아민농도를 감소시 키 는

42

•

PART I

역사와 기본원리

표 2-1 아드레 날린 수용체 신호전달경로의 여러 부위가 표적으로 되는 유전자 제거 생쥐 또는 유전자가 과도하게 발현된 생쥐에서 과의 요약(특히 심혈관계에 중짐을 모형

Transgenic Knock-out Transgenic Knock-out Transgenic Transgenic Transgenic Transgenic Knock-out Transgenic Knock-out Transgenic Transgenic Transgenic Transgenic Transgenic Transgenic Knock-out Knock-out Knock-out

표적

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j a2sAR j a2cAR

얻은 결

결과

t Basal AC， t LV In， t atrial contractility， t supraventricular premature beats， j HR variability No observable effects(except mild exercise effects) Dilated cardiomyopathy and early death， librosis 70% prenatal death rate， survivors: nl AC， j ISO-stim t HR， t Iractional shortening， no ISO-stim effects I AC activity， I In ßARs， j ISO-stim(rescued with ßARK-ct peptide， which inhibits GRK2) Enhanced ßAR desensitization， but not angiotensin 11 desensitization inhibitor Enhanced cardiac contract씨ty with ISO(/unctional I GRK2) Lethal phenotype， gestational hyperplasia 01 L\/， LVEF j 70% in embryos No Ll baseline EF， t ISO-stim， myocardial librosis I ßAR-mediated contractile responses Hypertension， t inotropy Myocardial hypertrophy， hypertension， nociception， memory(constitutively active) No myocardial hypertrophy， hypertension(wild type) Nociception， memory Myocardial hypertrophy ::::: 4-lold overexpression， higher expression give heart lailure Prevention 01 myocardial hypertrophy(!unctional I Gq) Presynaptic a2AR， mediates sedation/hypnosis， I BP(central hypotension)， analgesia， regulation 01 DA/5-HT， antiepileptogenic effects 01 NE Mediates t BP(peripheral vasoconstriction) Mediates hypothermia， DA synthesis/metabolism， presynaptic a2AR also(low-/requency stimulation)

AC， adenylyl cyclase， AR : adrenergic receptor， ßARK-ct : c terminal fragment of the : ß-adrenergic receptor kinase， BP : blood pressure， DA : dopamine， EF : ejection fraction， fn : function， HR : heart rate， 5-HT : 5-hydroxytryptamine， ISO : isoproterenol， LV : left ventricle， GRK : G protein-coupled receptor kinase， LVEF : left ventricular ejection fraction， NE : norepinephrine

약제는 MAC 을 감소시 킨 다. 이 러 한 약 제 는 methyldopa ，

tics) ， 세포독성 약물(cytotoxic drug) ， 사람 면 역 결핍 바이 러 스

reserpme ， 알파-2 아드레 날린 작용제 (alpha-2 adrenergic

약물(human immune deficiency virus drug) ， 저 혈 당약물

agonist: dexmedetomidine) 등이 있다

(hypoglycemic drug) 등으로 치 료 받고 있는 환자를 마취할 경 우 익t물 상호작용을 경 계하여 야 한다.

(5) 악물 상호작용의 걸론 의t물 상호작용이 약물 중독의 중요한 원 인 이 라고 해도 의t물 상 호작용에 대 하여 약리학자와 일부 의빨 사이 에 약간의 지 나 친 반응이 있어 왔다. 마취과의사가 기본적 인 약리학에 대한

편 분자약리학으| 발전

지식을 지 니 고 있고 사용하는 약물의 작용과 제 거 기 전을 알고

분자약리학 분야는 흥분성 막단백 질과 그들의 작용기 전에 대

있다면， 대 부분의 바람직하지 못한 약물 상호작용은 피할 수

한 이 해를 발전시 켰다. 분자약리학은 흥분성 막단백 질을 포함

있다. 또한 마취과의사는 약물 상호작용의 가능성 이 높은 약

히는 모든 단백 질 이 핵산(nucleic acid) 과 같은 인간 유전체 에

물 ， 즉 항응고저1 (anticoagulant) ， 심 ; 1.21

안정상태의 누운 자세에서 일어나 자세를 서 있는 자세로 바꾼다. 정상의 빠른맥반응은 일어난 후 1 5초 정도에서 최고로 나타나고 상대적 느린맥은 30초 정도에 현저하게 나타난다 서 있는 자세 반응은 30 : 1 5 비율로 표현하며， 이 비율은 30초 경과 후 맥박의 가장 긴 R-R 간격과 1 5초 경과 후 맥박의 가장 짧은 R-R 간걱과의 비율이다-

비율 > 1.04

1분 동안에 6번의 갚은 호홉을 시행하며 각각의 호홉주기 동안에 최 대 및 최소 심장박동수를 측정한다. 서| 번의 호홈주기 동안에 최대와 최소 심장박동수의 차이의 평균을 계산하여 최 대와 최소 심장박동수의 차이로 한다

평균차이 > 1 5/분

안정상태의 누운 자세에서 일어나 자세를 서있는 자세로 바꾼다 혈압과 서 있는 자세의 수축기혈압을 측정한다

�fOI

누운

자세의 수축기

5분 동안 궁은 악수의 상태를 유지하고 이 중 30"10는 최대로 굳은 악수를 유지한다 매분마다 혈압을 측정하고， 초기 이완기혈압과 굳은 악수를 멈추기 직전의 이완기혈압의 차이를 측정한다.

< 10 mmHg

차0 1 > 16 mmHg

Chapter 4

cholinesterase 와 butyrylcholinesterase 에 의 해 빠른 가수분 해가 일어나므로 안과수술 동안 동공수축을 위 한 안구내약제

로 대부분 사용된다.

스카린수용체는

NE

자율신경계

•

95

방출을 억 제 하고 무스카린대항제 는 교감

신경작용을 항진시 킨다. 혈 액뇌장벽을 통과하지 못하여 중추

신 경 계 작용을 하지 않는 제4급 암모늄 화합물을 제 외 하고 무

가수분해에 저항이 있어 사용히는 경우에 적당한 작용기 간을

스카린대항제들 사이 의 작용은 특별한 특이 성 은 없다. 즉 이 들

갖는다 Choline 작용제의 전신효과는 질보다 양에 관련이 있

든 무스카린효과를 차단한다( 표 4-1 1 ) ，

임상에서 사용되는 choline 작용제는 cholinesterase 에 의한

약제들은 효과에 약간의 차 이 를 보이 지 만 동등한 효능으로 모

으며 제한된 기관의 선 택 성 이 치 료에 중요하다 Methacholine

무스카린수용체 의 몇 가 지 아형과 각각의 작용제 그 리 고 대

과 bethanechol 은 무스카린작용제 이 며 carbachol은 니 묘틴과

항제 가 합성 되 었다 ， Pirenzepine 은 Ml-수용체를 선 택 적 으로

무스카린효과를 갖는다 Ach 의 choline 의 β 위 치 에 methyl 기

차단하고 tnpltramme은 M2 1 수용체와 선 택 적 친화성 이 있으

를 추가하면 methacholine 이 형 성 되 며 ， methacholine 은 순

며 darifenacin 은 M31-수용과 선 택 적 결합을 한다. 다OJ한 항

수한 무스카린작용제 이 고 choliesterase 에 의한 가수분해가 거

무스카린대항제 의 분명한 약리작용에 의 해 과활동성 방광장애

의 일 어 나지 않으며 정 맥투여하면 저 혈 압과 느린맥 이 나타난 다. 소량의 피 부밑 투여용량은 일 시 적 저 혈 압과 심장박동수의

의 새 로운 치 료 법 이 발전되 었다다， 0αx자cyb바)ut따t d없ari바i“fe태naχC디 in’ solifenacin 과 trosplUm 등은 방광을 제 외 한 다

반사성 증가가 나타난다. 현재 methacholine(provocholine)

른 무스카린수용체 의 효과는 최소화하면서 방광증상을 경 감시

은 무스카린작용제의 해로운 기 관지수축효괴를 이 용한 기도의

키 는 적 합한 약제 이 다.

과다 반응을 진 단하는 유 발 검 사의 약제 로 사용된 다 .

무스카린대항제 는 소화성 궤양， 다양한 형 태 의 경 직 창자증

Methacholine 은 흡입 에 의 해 서 만 투여하며 경 구 또는 정맥투

후군， 상부호흡기 질환과 천 식 의 치 료에 사용된다. 특수한 hist

여 를 하면 위창자증상， 가슴통증， 저 혈압， 의 식 소실과 완전심

amine 차단제 ， 즉 H 21-수용체차단제 인 cimetidine 이 소화성 궤

장차단 등의 심 각한 부작용이 나타난다. 과도한 기 관지 수축반

양의 치 료제 로 사용되 면서 무스카린대항제 의 사용은 현 저 히

응은 β작용제를 흡입 시 켜 치 료하며 β작용제와 methacholine

감소하였다. 기 관지 연축의 치 료에 사용되 었던 atropine은 분

의 병용은 금기 이 다.

비 물의 건조가 없고 섬 모운동을 감소시 키 지 않는 {32 1- 대항제로

Methacholine 의 carbamate 유도체 인 bethanecol(ure­

사용이 대 체 되 었고 안과영 역 에 서 는 동공확산을 목 적 으로

choline) 은 수술 후 창자의 꿈틀운동의 회복 또는 무긴장방광

atropine유사물질이 현재 사용된다. 과거 에 ether 마취 의 예 비

의 소변을 배출시 키 기 위 해 사용되 며 다른 기관의 부작용을 피

투약으로 무스카린성 항choline 약제를 투여하여 분비를 감소

하기 위해 약제를 경구 또는 피 부밑 투여한다， Bethanecol 은

시 키 고 해로운 미 주신 경 반시를 예 방하기 위해 사용하였다. 그

심장보다 창자와 방광에 있는 수용체에 선택 적 으로 작용하여

러 나 현재는 새 로운 흡입 마취 제 로 인해 atropine을 예 비투약

심 혈관효과는 최소화되고 위창자길과 방광을 자극한다.

으로 사용하지 않는다. 무스카린대항제는 소아나 이 비 인후과

Carbachol 은 넓 은앞방각녹내장의 장기 간치 료에 동공수축 을 위 해 국소점 안 또는 안구내 투여로 사용하며 국소점 안으

환자 또는 굴곡후두경삽관을 위해 수술 전에 침 샘 억 제를 목적 으로 사용한다.

로 사용하면 안구의 항cholinesterase 약제보다 더 좋고 pilo­

신경근차단을 환원시 키 기 위 해 항cholinesterase을 투여한

carpme 과 physostigmine에 저 항이 있는 환자에 게 효과적 이

경 우에 무스카린유해효과를 차단하기 위해 1-2 mg 의 많은 용

다. 신 경 절 차단효과와 무스카린효과의 혼합된 효과에 의 해

량의 atropme 을 투여하면 저]4급 화합물이므로 혈 액뇌 장벽 을

빠른 동공수축이 일 어 난다， pilocarpine 도 녹내장치료에 사

쉽 게 통과하여 중추신경효과가 나타날 수 있다( 그림 4-19)， 반

용된다.

면 합성항무스카린대항제 인 glycopyrrolate(robinul) 는 혈 액 뇌장벽을 통과하지 못하므로 atropme 의 대 체 약제 로 사용되 며

(2) Muscarine 대앙제 무스카린대항제는 예 전부터 약용효과와 독성 효과가 있어 이용

작용기 간이 atropme 보다 길 다 Scopolamine은 말초작용운 다른 약제들과 비 슷하나 중추

되는 흔한 식물의 성 분이 며 마취와 중환자치료에 중요한 약제

이 다. 무스카린대항제는 무스카린성 choline 수용체 에 작용하

형 의 약제를 피 부에 부착하면 멀 미 와 수술 후 구 역 과 구토의

는 신 경 방출 ACh 와 경 쟁 적으로 작용하여 이 들의 효괴를 차단

예방에 효과가 있다. 그 러 나 경 구 또는 정 맥투여는 눈， 방광，

하며 비 신 경 지 배 무스카린성 choline 수용체 의 무스카린작용

피 부 등의 부작용과 심 리 적 인 부작용이 있다

제 의 작용도 대항한다. 아드레날린신경종말의 시 냄스이전 무

신경 효과가 있다， Scopolamine 은 수면제로 사용되 며 부착포

Ipratropium( atrovent) 은 천식과 기 관지 연축질환의 치료에

96

•

PART I

역사와 기본원리

사용되는 항무스카린약제로 atropine 과 구조가 비슷하고 정 맥

항제로 사용된다. Physostigmine 은 무스카린대항제 에 의 해

투 여 시 기 본적 인 효과는 동일하지만 제4급 화합물이 다. 이 약

예 방되 지 않고 치 명 적 인 나 코틴효과가 있으므로 주의하여 사

제는 흡입 시 키 면 흡수가 거 의 없고 많은 양을 투여해도 폐 이

용하여 야 한다.

외 의 효과는 없다 흡입 된 약제의 90%는 폐 로 가고 1%만 전신 흡수가 일어 난다. 정상인에서 ipratropium은 여 러 유발물질에

(3) Cholinesterase 억제제

의 한 기 관지 연축에 완전한 보호효과를 나타내나 천식의 보호

항cholinesterase 약제는 신경근차단의 역 전과 중증근무력 증，

효과는 다양하다. Methacholine 또는 sulfur dioxide 에 의한

빠른 부정 맥 의 치 료에 사용된다. Physostigmine 외 에 carba­

기 관지 연축은 완전히 차단되 나 leukotriene 에 의한 기 관지 연

mates ， 01쩔nophosphate 와 제4급 암모니 눔 alchol 등의 세

축의 차단효과는 적 다. 기관지확장의 작용시작은 느리 며 최 대

종류의 cholinesterase 억 제제 가 있다. Neostigmine 은 위 창자

효과는 β작용제보다 작다. Atropine과 다르게 ipratropium은

길 의 자극제로 처 음 사용되 었고 후에 중증근무력증의 치 료에

섬 모청소율의 저 하는 없다. 일반적 으로 lp때.0plUm을 포함한

시용되 었다. Physostigmine ， neostigmine과 pyridostigmine

무스카린대항제는 천식환자보다 만성 폐 쇄 성 폐질환 환자에서

은 carbamate 이 며 ， edrophonium은 저14 급 암모늄 alcohol 이

치 료효과가 크다. Ipratropium 의 투여는 용량측정 기 가 부착된

다. Cholinesterase 의 estenc 부위와 acetate ， carbamate 또는

흡입 기 를 사용하여 18 μg/puff로 흡입한다. 투여용량은 하루

phosphate 가 결 합하면 cholinesterase 의 작용이 억 제 되 며

에 2 회 ， 2 puff로 투여하며 최 대 기 관지 확장은 30-90 분간 일

carbamate 와 phosphate 결합이 acetate 결합보다 hydroxy

어 나며 4 시 간 지 속된다

기 에 더 저 항이 크다. Acetyl 화합물은 수초 동안 지 속 되 나

무스카린대항제 의 부작용은 중추신경 계와 말초신경의 무스 카린성콜린수용체 의 차단에 의 해 일 어 나며 말초부작용은 입 안 건조와 같은 자극으로 성 인에 서 생 명 에 지 장은 없다. 체옹조절

1

carbamyl 화합물은 1 5-20분 정도 지속된다. Diisopropyl fluorophosphate ， parathion ， malathion ， soman ， sarin ，

VX 그리고 다햄f 화힘물은 살충제로 사용되 며

수 있다. 노인은 무스카린차단에 의 한 심장， 눈 또는 비 뇨 기 의

01쩔nophosphates살충제의 중독은 일차적 인 항cholinesterase

효과에 견 디 지 못할 수 있다.

cholinesterase 약제와 다르다. Organophosphates는 비 가역

을 위한 땀남은 성 인보다 소아에서 흔하며 위 험 한 고열이 생 길

작용과 연관되 나 이 효 과 기 전 은 임 상에 서 사용되 는 항

중추 신 경 계 의 효과는 사 망 이 나 손상의 원 인 이 되 며

적 효소억 제와 중추신경 계효과가 있으므로 organophosphates

atropme 또는 scopolamine 의 과량투여는 정 신활동장애와 사

살충제의 중독의 치 료는 cholinesterase 에 결합된 살충제를 분

고장애가 진행되 어 ， 환각， 망상， 섬 망과 심한 정 신 병 으로 진행

리시켜

될 수 있으나 가역반응이 며 정 신 기 능장애는 수주 동안 지 속될

doxam(2-P뻐1)이 여 기 에 해당한다.

cholinesterase 작용을 재활성화시 키 는 것으로 prali­

수 있다. 중독환자가 혼자 있으면 굶주림 ， 탈수 또는 외상에 의

Physostigmine 과 organophosphates 의 대부분은 제4급 암

해 사망할 수 있다. 보통 시용용량의 1 천 배 이상인 500 mg 이

모늄이 아니 므로 중추신 경 계의 choline 기능에 작용을 한다.

상의 atropme을 투여 받은 환자는 수주 동안 무능력 해 지 며 회

Edrophonium은 독특하게 acetate ， carbamate 또는 phos­

복되는데 수주가 걸 린다. 그 러 나 성 인에서 atropine 0 . 05mg 의

phate 기 가 없어 질소의 양전하가 음이옹부위와 강하게 결합하

적은 용량에 의 해 느린맥 이 나타나고 소아는 성 인에 비 해 약간

여 ester부위를 차단하여 작용을 나타낸다. Edrophonium분자

많은 용량에서 느린맥 이 나타나는 모순 느린맥은 중추 또는 말

는 이 온결합에 의 해 서 만 존재하며 각 분자에 의한 억 제 기 간은

초효과이 거 나 두 가지 의 효과에 의 하며 무스카린 아형 의 작용

매우 짧으며 반응히는 동안에 edrophonium분자는 변하지 않

은 아직 논란이 있다.

으므로 효소와 반복하여 반응하여 ACh가 이용되 지 못하도록

Atropine 과 scopolamine 중독의 치료나 이들 약제 의 정 백 투여 에 의 한 수술 후 중추신 경 계 의 효과는 혈 액 뇌 장벽 을 통과 하는 항cholinesterase 인 physostigmine(antilirium) 을

한다 이 들 화합물은 신경근차단의 역 전작용 이 외 에 다른 치 료 목

1-2

적 으로 사용된다. 이 화합물은 신 경 성 ACh 방출의 효과와 기

mg 의 용량을 정 맥주 입 하며 치 료할 수 있다. 또 physostig­

간을 증가시 키 므로 중증근무력 증과 같은 방출의 결손이 있는

mme 은 삼환계항우울제 ， 신 경 안정 제 와 항histamine 제 제를 포

경우에 유용하다. 항cholinesterase 약제는 가끔 창자기능을

시 키 며 benzodiazepine 의 진 정 작용을 길항시 킨다. 그 러 나 현

자극하기 위해 사용되 며 눈에 국소 점 안하여 축동을 일으킨다.

재는 flumazenil(romazicon) 이 benzodiazepine 의 특수한 대

비 가역 。rganophosphate 항cholinesterse 로 눈에 점 안하여

함한 항choline 작용을 갖는 화합물의 중추신경 계 효과를 역 전

Echothiophate iodide(phospholine) 는 임상에서 사용하는

Chapter

4 자율신경겨I

•

97

녹내장의 치 료에 사용하며 장점은 작용기 간이 길 다. 또 혈장

전한 상태를 의 미 한다. 이와 같은 간단하고 효과적 인 임 상평 가

cholinesterase 를 불활성화시 키 므로 succinylcholine 의 작용

는 당뇨병 이 없는 환자의 지율기능장애의 평 가에도 시용할 수

을 연장시 킨다 수술 시 행 일주일 전에 echothiophate 사용을

있다(표 4-12).

중단하는 것 이 좋으나 응급상황에서 는 약물의 사용을 중지하 지 않고 성 공적 인 마취를 시 행 한 보고도 많이 있다

2 ) 멸 장 catech o l a m i n e 혈 장 catecholamine의 측정을 위한 정확하고 민감한 방법 이

5) 신 경 절 약제 (1 ) 신 경 절 작용제

EP와 NE 농도는 100-400 pg/mL 이 며 스트레스에 의해 6 배 이

신경 절작용제는 신 경 절기 능을 분석하는 데 필수적 인 약제 이 나

상 증가할 수 있다.

30년간 사용되 었지 만 자료의 해석은 논란이 있다. 정 상혈장

치 료 목적으로는 사용하지 않는다. 니 묘틴이 대 표적 인 약제 이

EP의 혈장농도는 부신속질작용을 반영하나 모든 교감신경

다. 부교감성 약제는 신경 절을 자극하지만 다른 부교감작용제

작용을 반영하지는 않으며 변동이 심 하다. 대중연설과 같은 심

에 의해 작용이 잠복된다. 실 험 에 의하면 atropme 에 의 한 무

한 스트레스에 의 해 분 리 된 부신속질에서 EP 의 분 비 가 매우

스카린수용체 의 차단 후에 많은 양의 ach를 정 맥 투여 하면 신

많았다 정 맥 에 서 채취된 시 료는 몸 전체보다 채취한 기 관의

경 절자극이 나타나고 부신속질 에 서 EP 의 방출이 일 어 난다

EP를 반영 하므로 동맥 시 료가 더 신 뢰 성 이 있다 혈장 NE 농도의 의 미 는 더 논쟁 의 여 지 가 있어 부신속질은

(2) 신결절대앙제

약간의 NE를 분비함에도 불구하고 신경종말에서 방출된 대 부

1 950-1 960년에 고혈압의 효과적 인 치 료에 신 경 절 대 항제 를 사

분 의 NE는 신경종말에서 다시 섭 취 되므로 혈 장 N E 농도는 일

용하였으나 SNS 와 PNS 의 신 경 절을 통한 전달차단으로 인해

반적으로 교감신 경 의 자극에 의한 과영 의 NE 농도를 반영한

항 고 혈 압작용은 다 른 많 은 부 작용을 동 반 하 였 다 .

다 재 섭 취는 조직특이 성 이 며 생 리 변화나 질환에 의 해 많은 영

Hexamethonium이 이 약제 의 원형 이 며 신경근작용과 무스카

호탤 받으며 인 체 에 서 이 런 과잉양은 기 준 NE 합성속도의 1 0-

린작용이 적 다. 신 경 절 차단의 전신효과는 신 경 절 차단제의 투

20% 이 며 교감신 경 작용 동안에 많은 영향을 받는다. 혈장 NE

여 전 특수한 신체 계통의 안정 기 의 긴장도에 의 해 결 정된다.

농도는 신경작용을 직 접 반영한다는 동물실험 에 의 해 교감신

현재 임상에서 trimethaphan은 사용하지 않으나 역 사적 의 미

경 작용의 표지자로 혈장 NE 의 사용에 관한 논쟁 이 제 기 되 었

가 있는 약제 이 다.

다. 많은 중요한 연구들에서 급성과 만성 스트레스는 혈 장 cat­

I젠 I벌7 1능장애 1 ) 자율기 능의 평 가

echolamine 농도의 증가와 연관된다는 보고가 있으며 ， 이 에 따라 스트레 스가 없는 마취의 개 념 이 도 입 되 었다. CHF를 통반 한 환자의 사망률과 혈장 NE 농도와의 관련은 심 실 기 능장애의 치 료에 R 아드레 날린대항제를 사용하는 결과는 얻 었다. 방사성 추 적 자 방 법 의 연 구 가 발 전 하 여 생 체 의 cate

고령 또는 당뇨병 에 서 나타나는 지율기능장애를 통반한 환자

cholamine 역 동학은 임 상에 중요한 국소작용에 관한 정 보를

는 수술위험 도가 증가하므로 자율신경 병증의 진단이 매우 중

제공하였다. 예를 들면 동맥과 정 맥 의 catecholarnine 에 관한

요하다. 당뇨병 환자의 자율기능평 가를 위해 5 가지 의 검 사인

연구는 간창자간막혈관상이 catecholamine 의 전 신 청 소율에

valsalva 조작， 서 있는 자세 ， 심 호흡에 의한 심 장박동수의 변

큰 역할을 하며 ， catecholamine 의 과영은 단지 8% 이 하로 최

화， 그리고 서 있는 자세와 굳은 악수에 의한 혈압의 변화 등의

소라는 결괴를 얻 었다. 최 근의 연구에서 창자의 NE 방출은 간

심 혈관기능검사가 개 발되 었다.

에 의한 충분한 추출에 의 해 감추어 졌다. 또 허 혈 ， CHF 의 초기

심장박동수의 변화를 측정히는 검 사는 PNS 의 손상을 측정

와 빠른 부정맥과 연관된 심장에서 방출된 NE의 선 택 적 증가

하는 검사이며 먼저 변화가 일 어 나는 SNS 의 손상은 혈압을 측

는 측정 된 동맥 또는 정 맥 의 NE농도와 관계가 명 확하지 않다.

정 하여 자율기능을 평 가한다. 초기자율기능이상은 심장박동수

스트레 스가 일반적 인 교감신경 반응을 활성화시 키 나 국소의 과

의 변화를 측정한 검 사결과에서 한 가지 가 비 정상이 거 나 두 가

잉 catecholamine은 자극에 다양한 양상으로 나타난다. 임 상

지 가 비 정 상의 경 계 에 해당하는 경 우 이 며 심한 자율신 경 이 상

적 으로 의 미 있는 교감신경작용에 대한 혈장 NE 농도의 연관성

은 혈압측정 검 사 결과가 비 정상인 경우이다 만일 환자가 굳은

의 결 여 는 측정 기 술의 기 능과 특별한 자극에 의 한다.

악수에 의해 심장박동수가 분당 20 회 이 상이 면 8 차단이 불완

나이 ， 체위 그 리 고 수분공급의 효과에 의한 catecholamine

98

•

PART I

역사와 기본원리

농도의 작은 변화논 혈 역 학 변화와 상관관계가 적어 신중한 해

가장 많이 이 루어 졌다. Insulin 의존 당뇨병 의 20-40%에서 발

석 이 필요하고， 1 ， 000 pg/mL 이 상의 의 미 있는 catecholamine

생 하며 당뇨자율신 경 병 과 연관된 증상은 마취와 수술 중에 직

농도의 상승은 교감신경작용의 활성화의 좋은 표지자가 된다.

접 및 간접 기 전에 의 해 위 험 이 증가한다. 당뇨자율신 경 병 의 증상은 발기부전， 체 위 저 혈 압， 위 마비 ， 설사와 발한이 상 등이

3 ) 임 상증후군 (1 ) 외과적 스트레스반융

심 장박동수변동의 손실 또는 장애 ， 말초교감신경 긴장도의 감

대수술과 연관된 외과적 스트레스는 현저한 대사반응 및 내분

소와 이 에 따른 혈류의 증가， 그 리 고 땀남의 감소 등이다 당

비 반응이 나타나며 수술과 동반된 지율신경 반응， 호르몬반응

뇨자율신경 병 성 발은 통증과 온도감각이 촉각과 진동감각보

및 분해반응 등의 복합적 인 반응을 ‘외과적 스트레스반응’ 이

다 먼저 소실된다. 탈교감신 경 이 생 기 면 정상에서 소동맥 에

라고 한다. 임 상에서 스트레 스반응의 둔화가 이 점 이 있는 것으

분포히는 교감신경 이 전 부 소실되 거 나 이 들 효과기 부위 에서

로 알지만， 이 방법 이 결과에 미 치 는 영향에 관하여는 지속적

멀 리 떨 어 져 있다. 발기 부전 또는 설사는 생명에 영호뇨을 미 치

인 논쟁 이 계속되 었다. 외과적 스트레스반응의 둔화가 결괴를

지 않으나 체 위 저 혈압 또는 위 마비 가 동반되 면 5 년 사망률이

개 선 시 키 는 세 가지 의 증거들이 있다. 첫 번째 증거는 수술에

50%보다 높다.

있다 초기 에 작은 신경 섬유의 손상은 미 주신경조절에 의한

의한 교감신경 반응의 차단은 수술 중과 수술 후에 외 과적 스트

전신마취 에 자율신 경 병 을 동반한 당뇨병 환자는 위 험 이 추

레 스를 현 저 히 감소시 킨다는 것 이 다. 국소마취 제 의 흉추경 막

가되 며 탈미주신 경 에 의 해 위마비가 일 어 나 전신마취를 위 해

외 주 입 은 혈장 catecholamine ， cortisol 과 glucagon 농도를

각성 기관삽관 또는 빠른 연속기 관삽관이 펼요하다. 체 위 저 혈

증가시 키 고 결과를 개 선시 킨다. 통증을 없애는 비 스테로이드

압을 동반한 환자는 혈관의 혈관인 vasa vasorum 의 전신성 손

소 염 제 와 아편제제 등의 다른 방법을 시 행 받은 환자에서 수술

상에 의해 혈 역 학 불안정과 수술 전과 후에 심 혈관허탈의 위 험

에 의 한 대사반응과 내분비반응이 비슷하게 감소되 지 않으므

성 이 증가한다 정 상기 립 혈압의 유지 기 전의 변화가 나타나고

로 개선된 결과는 환자의 통증 정 도와 무관하다. 수술 후 지 속

기 립상태의 발에 분포하는 정 상 모세혈관전 혈관수축이 감소

적 경 막외 주 입 은 결과를 개 선 시 키 는 데 필수적 이 다. 감염조절

한다. 건강한 사람이 서 있으면 약 700 mL 의 혈 액 이 다리와 내

과 상처 치유에 필요한 염 증반응 및 면 역 반응은 영호t을 받지 않

장 순환에 고이고 심 박출량은 20% 감소한다. 정 상상태 에 서 는

는다. 결장절제술을 시 행 받은 노인 환자에 서 앞서 언급한 비

목동맥 팽 대 와 대 동맥 활에 있 는 압력수용체는 압력 감소를 감지

슷한 방법과 함께 다른 스트레스를 감소시 키 는 처 치를 하여 빠

하고 심장과 혈관으로 가는 교감신경자극을 중계하는데 ， 당뇨

르고 완전한 회복을 하였다.

자율신 경 병 환자의 경 우 이 압력수용체들이 손상된다. 체 위 저

두 번째 증거는 심 장수술을 시 행한 복잡선천심장병을 동반 한 신생 아가 수술 중 고용량의 sufentanil 을 투여 받은 경 우에

혈 압을 통반한 당뇨병 환자는 보통 NE 농도가 낮다. 소수술인 경우라도 당뇨지율신 경 병 은 심각한 합병증을 유

phin ， NE ， EP ， glucagon ， aldosterone 과 cortisol 농도가 대 조

발할 수 있다. 전신마취가 필요한 안과수술에 서 당뇨자율신경

군 에 비 해 감소하였으며 ， 아편제 제를 투여 받은 군의 사망률이

신 경 병 이 없는 당뇨병 환자에 비해 승압제가 더 많이 요구된

다른 군에 비 해 낮았다는 점 이 다. 마취 방법은 수술에 의한 대

다 예 기 치 않은 심 장호흡정 지 가 발생 한 5 가지 사례 의 젊은 당

사반응과 내분비반응에 현 저 한 효과를 미 칠 수 있으며 이 들 반

뇨병 환자에서 모동반지율신경 병 의 증상을 보였다는 보고가

사의 효과적 인 처 치 는 수술결괴를 변화시 킬 수 있다.

있다. 당뇨자율신경 병환자의 자율기능평 가를 위해 5 가지 의 검

수술 후 첫 24시 간 동안 스트레스반응이 감소하여 ß-endor­

병을 동반한 환자는 마취유도 동안에 혈압감소가 심 하며 자율

세 번째 증거는 수술 전과 후의 심 장허 혈 연구의 결과로 수

시를 하였던 연구에 의 하면 96%의 환자에서 부교감기능장애

술 전과 후에 β차단제를 사용하면 2 년 동안의 전 체 사망률이

가 교감기능부전보다 먼저 일 어 났다. 자율기능의 종합검 사는

변동되므로 스트레스반응을 경 감시 키 면 장점 이 있다는 증거를

자율신경 병을 동반한 환자를 확인하고 사망률과 수술 전후의

보여주었고， 심 장병 의 위 힘 을 가진 환자의 마쥐방법을 변화시

위 험 을 예측한다.

켰다. 또 β차단제 또는 a z- 작용제를 투여하면 교감성 긴장도 가 감소하여 스트레스반응이 억 제 되 었고 결과도 개 선 되 었다.

(3) 나이에 따른 자올기늄 변확 임 상에서 고혈압 또는 기 립 저 혈압으로 나타나는 심한 혈 압 변

(2) 당뇨병

화인 혈관반응성 은 나이와 관계가 있다. 기 립 저 혈압은 압력수

당뇨자율신 경 병 은 자율신경 병 의 가장 흔한 형 태 이 며 연구가

용체반응의 감소에 의 하며 노인에서 약 20% 정 도로 흔히 나타

Chapter 4

자 율신경계

•

99

난다. 혈압 변화， valsalva 조작 그 리 고 호흡주기 에 의한 심장

인 차이가 있다. 초기 에는 일 시 적 으로 흥분성 이 감소하는 상태

박동수의 반응이 나이 가 증가하면 둔화된다.

인 척 수쇼크로 보통 병 변이 생 긴 후에 즉시 나타나며 ， 수일에

건강한 사람도 13% 정 도는 나이 가 증가하면 NE의 청 소율

서 수주 동안 지 속되 며 ， 말초부위는 무긴장이 되 고 말초혈관은

이 감소하여 안정 기 와 운동에 의한 NE 농도가 증가한다. 나이

확장된다. 최근에 발생한 고위흉추병 변 이 지속되는 환자는 기

가 증가하면 미주신경 기 능이 감소하며 신경분포밀도의 감소에

초누운자세혈 압이 낮으며 혈장 catecholamine 농도가 정 상의

따른 일차적 인 자율기능장애 에 의 해 NE 섭 취 의 장애가 나타난

35% 정 도로 감소한다. 또 최근에 하위 척수손상을 받은 환자는

다. 뼈 대 근육의 날교감신경 의 신 경 자극비율은 나이 의존성 감

자율신 경 계 의 손상되 지 않은 부위 에 의 한 보상 빠른맥 이 나타

소를 보이는 것 이 확실하지는 않으나， 연구에 의 하면 정 신적

난다.

스트레 스를 동반하거 나 운동하는 노인 환자에서 NE 재 섭 취 가

고위 척 수손상을 받은 환자는 빠른맥을 통반하는 혈 량저 하

감소하여 심장의 N E 과영 이 선택 적 이 며 극적으로 증가한다.

에 반응을 하지 않으며 느린맥 이 나타난다. 팔다리 마비 환자

나이와 연관된 미 주신경 기 능이 감소된 상태 에 서 시 냄스의 NE

의 압력 반사의 완전한 날신경은 단지 미 주신경 이 며 위 치 변

농도가 증가하면 심 장질환이 있는 환지는 부정 맥 이 유발되 거

화， valsalva 조작 또는 기슴안 압력 이 증가하면 느린맥 이 나타

나 급작스런 사망 등의 합병증을 촉진시 킬 수 있다. ßl-아드레

난다.

날린수용체의 밀도와 친화성 의 감소 등의 보상성 하향조절과

고위 척 수횡 절단 환자는 기 관내흡인효괴를 고 려 하여 야 하며

Gs 활성화의 감소에 의한 ß2 -아드레날린수용체의 연합해 제 에

호흡근육마비 와 미 주신경지극에 의한 심 한 느린맥이 나타나므

의해 종말기관의 반응은 둔화된다. 그 러 나 심 장의 N E 과잉 이

로 환자는 인공호흡에 의존한다. 미 주신 경 반응은 저 산소혈증

있어도 심장의 산소소모는 변하지 않는다.

동안에 특히 항진된다.

나이 가 들수록 시 냄스이 전 α 2 아드레 날린수용체 에 의한 신

경 성 NE 방출억 제 의 약화에 의해 NE 농도가 증가하며 ， 시 냄

aldosterone 계 가 혈 압을 유지 시 키 기 위 해 보상반응이 나타나

스이후 a-아드레날린수용체작용이 감소하여 수축력 반응이 감

며 척 수횡 절단을 동반한 환지는 ACEIs 에 매우 민감하며 혈관

환지는 교감신 경 계 의 기 능장애로 인해 renin-angiotensin-

소하고 혈관수축 긴장도는 더 욱 감소한다. 이와 같은 악순환이

일 어 나면 혈장 NE 농도의 증가는 혈소판 α2-아드레날린수용

감신경 지극에 독립 적 으로 일 어 나며 콩팔관류압의 감소에 의 한

체 의 밀 도 및 반응도와 관계가 있다. 나이 에 따른 a2 - 와 β수용

콩팔압력수용체의 자극에 의해 이루어 진다.

체 반응의 감소에 의한 자율조절의 상실은 심혈관 반응을 조절 하는 교감신 경 계 의 효능을 상실히는 원인이 며 ， 노인에서

CHF

와 같은 심혈관장애의 발생빈도가 증가하는 원인이 된다.

내용적 이 나 자세의 변화에도 매우 민감하다. Renin 방출은 교

병 변 위쪽의 압력지극이 혈압을 변화시 키 지 않으나 자율반 사기능장애는 병 변 아래쪽 자극에 의 해 일 어 날 수 있다. 방광 또는 창자팽만에 의 해 집 단반사가 일 어 날 수 있는데 ， 혈압의 극적 인 상승， 말초부위로 가는 혈류의 급격한 감소와 병 변위쪽

(4) 칙수휠칠단의 자율기늄 변와

부위의 홍조와 땀남 등의 자율반사가 나타난다. 방광과 직 장의

척수횡 절단은 운동과 감각기능에 영향을 미 치 며 마취 에 변화

수축이 일 어 나고 뼈 대근육연축과 음경 발기 가 일 어 난다. 또 반

를 주는 자율기능의 현저한 변화가 생긴다. 척 수손상이 나 척수

사에 의 해 환자의 심장박동수는 감소한다. 집 단반λ까 작용하

횡절단은 병 변의 부위 ， 범 위와 시간에 의해 자율기능장애의 정

는 동안에 교감신 경 작용이 적 당히 증가하며 혈장농도도 증가

도가 다르다. 많은 지율반사들은 척수횡절단 후에는 소실되는

한다. 따라서 과도한 혈 압반응은 아드례 날린수용체 의 초민감

척추위 되 먹 임 에 의해 억 제된다. 하반신마비 환자는 작은 자극

성 에 의한다.

에도 과도한 교감신경흥분을 유발시 킨다

팔다리 마비 환자는 외 인성 승압제 투여 에 매우 민 감하여

자극의 유출이 중추조절기 전으로부터 분리 된다. 운동 및 감각

angiotensin 0 1 나 catecholamine 을 외부에서 투여하면 혈 압이

의 변화와 더 불어 심 혈관， 체온조절， 위창자와 비 뇨계 통에 변

으면 민감성 이 드물지 만 증가하므로 고혈압 동안에 활성화되

동이 일 어 나는 현저한 이상이 생 긴 다. 척 수의 말단부위는 약

는 하행 억 제 반사경로의 장애는 초민감성 에 관여한다. 그 러 나

간 의 기 능을 유지 하여 예 견 되 지 않는 자율기능이상이 나타나

팔다리 마비 가 오래 지 속된 환자는 아드레날린수용체는 정 상

므 로 횡 절단에 의한 자율기능의 결과는 항상 분명한 것 은 아

수준을 유지한다.

목의 척수횡 절단을 통반한 환자는 교감신경 및 부교감신경

니 다. 시 간적으로 척수횡 절단의 급성과 만성 기 의 효과는 기 본적

5-10배 상승하는 반응을 나타낸다. 제5 등뼈 아래 에 병 변이 있

지율반사기능장애의 처 치는 임상적 중요성을 갖는데 마취 과의사는 감각이 나 운동기능이 없는 환자는 최 소의 마취를 선

1 00

•

PART 1

역사와 기본원리

택하는 경 향이 있으나 중요한 내 장반사가 나타날 수 있다. 마 취과의사는 환자가 통증이 없어도 이 반시를 경 감시 키 기 위 해 척 수마취， 전신마취를 시 행하거 나 nitroprussude 나 nitroglyc­ enn 등의 혈관확장제를 사용하며 예방 목적으로 clonidine 을 시용하기 도 한다. 척 수횡 절단 환자는 탈자율신경 에 의해 저 체온에서 피 부혈 관확장이 일 어 나고 떨 림 을 못하며 ， 정상적 인 땀남기능의 장애 에 의 해 고체온이 발생하므로 마취하는 동안에 체온을 면밀히 감시 해야 한다.

F퍼 I뭘활동의 새로운 개 념 ANS의 펼수구성요소의 유전부호화에서 단일뉴콜레오티드다 형 태 Csingle-nucleotide polymorphism， SNP)와 같은 작은 유 전자 변 이 에 서 큰 유전자삽입 또는 유전자결손까지 확인되 었 으며 ， 특히 거 의 모든 아드레날린수용체와 도파민수용체 아형 의 유전자부호화에서 SNP 와 큰 유전자결손 또는 삽입 서 열이 확인되 었다. 반면 무스카린수용체 아형 의 유전부호화는 잘 보 존되 었다. 지율신경 수용체 의 부호화에서 변 이 뿐만 아니 라 cat­ echolamine 의 합성 ， 재 섭 취와 파괴 에 반응하는 단백 질의 유 전부호에서 유전돌연변 이 가 확인되 었고 수용체-결합 G 단백 질은 변 이 가 확인되 었다. 본태고혈압， 지 질과 포도당대사， 체 위 빠른맥증후군 등의 지율기능과 연관된 질 병 상태 의 많은 잠 재 적 유전요인이 확인되 었으나 검 사에 의한 자율기능장애를 단일유전 돌연변이 로 완전히 설 명 할 수는 없다. 지율기능의 비 정 상의 원인은 다유전자에서 유래하고 환경 의 영횡t을 받는다. 따라서 앞으로 다OJ=한 연관 유전자변이 를 포함한 큰 유전자서 열의 평 가에 의 해 자율기능에 관한 질환을 연구하여 야 한다. 자율기 능 소견의 대부분의 원인이 되는 유전 자변이의 수집 이 이루어 지 면 직 접 임상시 험 을 통해 투여된 약 제 나 약물의 종류에 따른 반응에 관여하는 결합된 유전자의 기 여 에 관한 평 가가 이루어 져 야 한다.

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4 자율신경계

•

1 01

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P

/

C h a pt e r

5

심 장생 려 학 박재현

차 려| -

01.

심장의

생리학

1 ) 심 박주기 2) 전 기 적 이 벤트 및 3) 기 계 적 이 벤트

ECG

심근의 구조 및 기능 1) 심근의 구조

02.

λ1

2) 수축기능 3) 전부하와 후부하 4) 프랭크 스탈링 곡선 5) 수축력 6) 심 장 작업 량 7) 심 박수와 일의 관계 8 ) 이완기능

장이 혈액순환의 중추적 인 역할을 한다는 개 념 은 1628

1:1 년 Harvey 에 의 해 제 시 되 었다. 그로부터 지금까지 심

장생 리학의 영 역은 펌 프로서 의 심 장생 리뿐 아니 라 분자생물학

9) 심박출량

03.

심장기능의

조절

1) 심장기능의 신경 조절 2) 심 장기능에 영향을 주는 호르몬 3) 성 스테로이드호르몬과 심장 4 ) 심 장 반사

와 심 실 기 능을 결 정 짓는 요인에 대한 지 식 이 펼요하다.

1 ) 심 박주 기

또는 세포생물학적으로， 심근세포에 관한 연구나 신경 또는 호

르몬에 의한 심장기능의 조절에 이 르기 까지 여 러 분야에 이 르

웅직 임을 말한다. 그 림 5-1은 ECG 로 대 변되는 전 기 적 이 벤트

고 있다. 또한 오늘날 심장생 리 학은 통합된 심 혈관계 생 리학의 일부로 여 겨 지 고 있으며 ， 이 장에서 는 심장생 리 학만 다룰 예 정

와 좌심방압 및 좌심실 압과 이 에 따라 나타나는 대동맥혈류와

이 다. 우 선 정상 심장의 생 리 에 대해 살펴보고， 그 다음으로 심

의 심장박동조율 조직은 지-통성과 율동성을 본질적 으로 가지

장기능을 조절하는 여 러 가지 요인들을 다뤄보고자 한다.

고 있다. 동방결 절 이 주로 그 역할을 하며 ， 정상적 인 경우 충분

해부학적으로 심장은 두 개의 독립된 병 렬순환을 만들어 내

심 박주기는 1 회 박동 동 안 일 어 나는 일 련의 전기 적 및 기 계 적

심 실용적 등의 기 계 적 이 벤트를 보 여 주고 있다 특수화된 심 장

한 빈도의 전 기 적 자극을 만들 수 있다.

는 두 개의 심 방과 심 실 에 의 해 서 이루어 진다. 낮은 저 항과 큰 용량을 특징으로 하는 폐순환은 우심 에 서 공급을 받게 되 며 ，

2) 전 기 적 이 벤 트 및 E C G

주 된 기 능은 양방향성 의 가스교환이 다. 체순환은 좌심 에 서 시

심장박동조율조직과 특수화된 전도조 직 에 의한 전기 전달은 체

작되 어 산소와 영 양분을 조직 에 공급하고， 이산화탄소와 대 사

표에서 ECG 를 측정하여 알 수 있다. 이 는 체표면의 각각의 측

산물을 제 거 하는 역할을 한다.

m

정 위 치 에서 심장에 의 해 만들어 진 전위차를 구하여 이 루 어 진 다. 동방결절에서 만들어 진 활동전위는 전도조 직 에 의 해 서 심 방으로 전달되고， 심 방의 수축， 즉 ECG 상 P 파를 만들어 낸다.

심장의 생 리 학

심 장의 작동방식을 알기 위 해 서 는 심 장박동주기 에 대 한 이 해

심 방중격과 심 실중격 의 접 합부에 심 방의 전도조직 이 모여 방 실결절로 이 어 지 고， 그 뒤 로 his bundle 로 이 어 진다 방실결 절 은 상대 적 으로 느린 전 도 속도를 가지 고 있어서 심 방과 심 실

1 04

.

PART I

역사와 기본원리

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1 20

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좌우각 섬 유가 나와 이후 purkinje 섬 유를 통해 각 심 실 의 심

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근세포로 전달된다. 심 실근세포의 탈분극의 전파는 ECG 상에 서 QRS 복합체 의 형 태 로 나타난다. 이 후 심 실 의 재분극이 일 어 나며 ， 이 는 T 파로 ECG 상에서 확인할 수 있다.

1 00

3 ) 기 계 적 이 벤트

80 mitral valve closes

40

’

체순환 및 폐순환에 서 돌아온 혈 액 이 각각 우심 방 및 좌심 방

l뉴: ’l

’’

으로 유입 되 면서 심 박주기 가 시 작된다. 심 방 내 에 혈 액 이 모

Ieft ventricular pressure

left atrial

이 면서 심 방압이 심 실 압보다 커 지 면 방실판막이 열 리 게 된 다. 혈 액 은 처 음에는 심 실 내 로 수동적 으로 흘 러 가게 되고， 이 러 한 유입은 심 실충만의 75%를 차지 한다. 나머 지 부분은

20

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atrial kick 으로 잘 알 려 져 있는 심 방의 능동적 인 수축에 의 해

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서 일 어 난다. 심 방의 수축은 동방결절 의 탈분극과 일 치 하며 ，

5 4 3 2

P파의 형 태 로 나타난다. 심 실 이 차는 동안 방실판막은 상방

0

세포의 수축은 심실내 압력을 증가시 키 며 ， 각 심 실압이 대 동

으로 이 몽하여 방실판막이 닫히고 난 다음 심 실수축이 일 어 나는데 ， 이 는 R파로 확인된다. 심 실수축의 초반부는 등적 성 또는 등장성 수축을 보인다. 전 기 적 자극에 의 해 생 겨 난 심근 맥 압과 폐동맥 압을 넘 게 되 면 대동맥 판막과 폐동맥판막이 열

38

리 게 되 고 ， 심 장에 서 의 분출이 시작되 어 후반부의 심 실수축 이 일 어 난다.

32

심 실 에 서 의 구출은 세부적으로는 빠른 구출기와 느린 구출

26

기 로 나눌 수 있다. 빠른 구출기 동안 전방으로의 혈류와 체 및

20

폐동맥압은 최 대 가 된다. 느린 구출기 동안 혈류와 체 및 폐통

1 때갱 람 며 ←며

010 �O

맥 압은 수축기 가 진행됨에 따라 조금씩 떨 어 진다. 양 심 실압은 혈 액 이 유출됨 에 따라 감소하고， 대 동맥 판막과 폐동맥판막이 닫히 면 심 실 이 완기 가 시작된다 심 실 이완의 초반부는 등적 성 또는 등장성 이 완을 보이는데 ， 심근의 재분극과 관련하여 ECG 상에 T 파의 끝과 일 치 한다. 이완기 의 후반부에는 심 실 내 압이

R

빠르게 감소하여 심 방압보다 낮아질 때 까지 계속된다. 이후 방

애써 갱

P

•

실판막이 열 리 고 심 실충만이 시 작되 며 ， 심박주기 가 다시 시작 된다.

o

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

시L�sec) 그림 5-1 심박주기 동안의 전기적 및 기계적 이벤트 대동맥압， 심실용적， 정맥혈류， 심전도 등을 나타내고 있다 (출처 Berne RM， Levy MN : The cardiac pump. In Cardiovascular Physiology， 8th ed. St Louis， CV Mosby， 2001， pp 55-82.)

휩 심근의 구조 및 기능 1 ) 심 근 의 구조 심근의 구조는 심장이 펌 프로서 의 기능을 하게 해준다. 타원형 의 좌심 실은 나선형 의 심근다발이 층층이 쌓여 서 형 성 된다(그 림 5-2). 심 근다발은 바깥층에서는 길이 방향이 고， 중간층에 서

사이 에 수축시 간의 차이를 만들며 ， PR 간격을 통해 방실결 절

원형 방향이 며 ， 안층에서 는 다시 길 이 방향으로 존재한다. 좌

의 기 능을 확인할 수 있다. His bundle 원위부에 서는 각각의

심실의 타원형 구조 때문에 심장의 각 부위 에 서 심근 두께가

Chapter

5 심장생리학

•

1 05

좌심 실은 높은 체순환을 견 뎌 야 하지만 우심 실은 훨씬 낮은 압력 만을 이 겨 내 면 된다. 그래서 우심 실근의 두께가 더 앓고 초승달 모양이 된다. 내향 혈 류 및 외향 혈류를 만드는 수축은 동시 에 이 루어 지 지 않으며 ， 수축력 또한 좌심실에 기 반한 심 실 중격 의 힘 으로부터 상당 부분 기 인하는 것으로 보인다. 복잡한 콜라겐섬유는 심 장과 인접 혈관의 뼈 대를 이 루며 충 분한 긴장강도를 제공한다. 콜라겐 섬 유는 대부분 굵은 I 형 섬 유로 이 루 어 지 는데 ， 1 형 섬 유가 앓은 III 형 섬 유를 연결하는 형 태 로 심근이 탄력성을 갖게 한다

2 ) 수축기능

•

심 장은 심 혈관계를 통해 혈 액 을 제공하여 양분을 공급하고 노

심근 다발 (출처 Marieb EN: Human Anatomy & Physiology， 5th ed. San Francisco， Peason Benjamin Cummings， 2001， p 684.)

그림 5-2

폐물을 제 거 한다. 우심 실의 해부학적 구조가 복잡하여 수축에 관한 언급은 주로 좌심 실에 국한되 어 있다 전부하와 후부하가 심근기능을 조절하는 주된 심 장외 인자이 다

3 ) 전부하와 후부하 차이를 보이며 단면에 서 지 름의 차이 가 발생한다. 이 러 한 차이

전부하는 심 실 이 완기 말의 심 실 부히를 말한다 스탈링 에 의해

는 좌심 실 이 여 러 가지 상황에 적응할 수 있게 하며 ， 심근 기 저

서 sarcomere 길이와 심 근 수축력간에 선형관계 가 있음이 최

부에서 시 작하여 심 첨 부를 향해 나사 형 태 의 방향으로 혈 액 이

초로 기 술되 었다(그림 5-3)， 임 상적 으로 좌심 실용적을 대 신하

구출되 게 한다. 심근세포가 수축됨으로써 심 근벽 두께가 두꺼

여 폐동맥 쐐 기 압이 나 중심 정 맥압이 전부하의 지 표로 사용되

워 지 고 박출할 수 있는 힘을 갖게 되 고， 수축했던 심 근이 이 완

고 있으나， 최근 심 초음파의 발달로 인해 좌심 실용적 에 대한

되 면서 이완기 동안 섬 실이 혈 액을 빨아들일 수 있게 된다. 좌

좀더 직 접 적 인 측정 이 가능해 지 고 있다.

심 실 의 중격부와 중격 이 외 의 부위는 비슷한 심 근구조를 가지

후부히는 좌심실수축이 시 작된 후 좌심 실에 걸 리 는 부히를

므로 심 실중격은 정상 심장에서 수축기 통안 좌심 실 안쪽 방향

말한다. 대 동맥유순도가 부가적 인 결 정 요인이 된다. 대 동맥 벽

으로 웅직 이 게 된다. 각 부위 의 심 실 근 두께는 흔히 심근의 작

의 변화는 대동맥유순도와 후부하의 변회를 가져 오는데 이 러

동을 반영 하는 항목으로 심 초음파나 자기 공명 영상을 통해 평

한 병 태 생 리 의 대표적 인 예 가 대 통맥판협 착과 만성 고혈압이

가된다.

다. 이 들은 심 근의 구혈을 방해하여 후부히를 증가시 킨다. 대

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이완기말 심실 용적(mL) (EDV)

•

프랭크-스탈링 관계 Sarcomere 길이와 긴장도의 관계를 보여준다- 단일 심근세포 에서 길이의 증가는 심장에서 용적의 증가와 같다 고 볼 수 있으며， 1회 박출량의 증가를 가져온다. 그림 5-3

optimal sarcomere length

300

1 06

•

PART I

역사와 기본원리

n istneaornosipretissurcs e LV

4) 프랭 크 -스 탈링 곡선 프랭크-스탈링 법칙은 심근세포의 본질적 인 특성으로 sarcom ere 의 길 이 증가가 심근세포 수축을 강화한다는 것 이 다(그림 5-3)， 오토 프 랭 크는 1895 년 골격근에서 긴장도의 변화가 길 이

norprmalessure

LV

의 변화와 직 접 적 으로 관련이 있으며 . 심장의 경 우 압력 에 대 해 용적 이 같은 관계 에 있음을 보고하였다. 스탈링은 독립 심 장- 폐 모벨을 이용하여 1914년 ‘ 이 완상태 에 서 긴장상태로의 변화에 필요한 에 너 지는 근육섬유의 길 이 에 달려 있다’ 라고 발표하였다. 심근다발이 등적 성 으로 일정한 주기를 갖고 수축 한다면 길 이 가 길 어 질수록 더 큰 힘을 낸다.

•

대동맥판 협착에 따른 좌심실압의 증가- 심근벽 스트레스를 조절 하기 위해 보상적으로 좌심실 비후가 따른다- 라플라스의 법칙에 의해 심근벽 스트레스가 감소된다 (출처 Opie LH: Ventricular function， In The Hearl. Physiology from Cell to Circulation， 4th ed， Philadelphia， 니ppincott-Raven， 2004， pp 355-401.)

그림 5-4

전자현 미 경 을 통해 sarcomere 길 이 (2 ， 0-2， 2 um) 는 액 틴과 마이오신이 교차되는 길 이 의 양과 양의 상관관계로 관련되 며 힘 이 최 대 가 되 는 sarcomere 의 길 이 가 존 재 함을 알 수 있다. 이 개 념 은 교차되는 길 이 가 심근작용과 비 례 한다는 가정을 토 대로 한다. 비 록 이 이론이 골격근에서는 맞지만 심근은 더욱 복잡하다. 두 근을 비 교한다면 심근의 경 우 80% sarcomere 길 이 를 보일 때 힘 의 감소는 1 0%에 불과하다. 프랭크-스탈링 법 칙 의 세 포학적 적 용은 추후에 다루겠다. 대 부분 임상적으로 사

동맥 임 피 던스(대동맥압/ 대동맥혈류)는 후부하를 비 교적 정확

용하는 것은 좌심 실 이 완기 용적과 박출량의 관계 이 다. 이 관계

히 반영 하지 만 이를 구하기 위한 과정 이 침 습적 이 라는 약점 이

는 병 적 심장에 서 도 적용될 수 있다. 그러나 심 근수상 후 회복

있다. 이 에 반해 심초음파는 비 침 습적 으로 대동맥혈류를 측정

하면서 리 모벨 링 되 거 나 심부전증이 있는 경 우 이 법칙은 변화

할 수 있다. 일반적으로 대동맥판협착이 없다는 가정 하에 수

하여 적 용될 펼요가 있다.

축기 압은 후부히를 반영한다고 본다 전부하와 후부하는 각각 이완기 말과 수축기 동안의 심 근벽

5 ) 수축력

스트레스를 의 미 하는 것으로 생각할 수 있다. 심근벽 스트레 스

각각의 프랭크- 스탈링 곡선은 수축력 의 정 도를 나타내고 이는

는 전부하와 후부하뿐 아니 라 수축 에 너 지를 포함하는 것으로

주어 진 이 완기 말 상황에서 심 장에 의한 일을 나타낸다 수축력

박동수와 함께 심근 산소요구량을 가장 잘 반영한다. 라플라스

을 결 정 짓는 요인은 그림 5-5와 같다. 운동이 나 교감성 신경자

의 법 칙 은 심근벽 스트레스는 압력과 반경 의 곱을 심근벽 두께

로 나눈 값이 다.

0= P

극， pH ， 온도의 변화， 디 지 털 리스와 같은 약제의 시용은 이 러

한 요인으로 잘 알려 져 있다. 운동과 같은 상황에서 압력을 높 이 고 유지하는 것은 정상 심장의 경 우 본질적 인 특성 이 다.

X R / 2h

독립 근육에 서 수축의 최고속도(Vmax) 는 무부하상태 에서 구출의 최 고속도로 정 의 된다 Vmax는 유두근에서 무부하를

타원형 의 좌심 실 구조는 타원형 에 서 구형으로의 수축을 통

비 롯한 여 러 가지 상태 에서 심근수축속도를 측정함으로써 구

해 생 기 는 심근벽 스트레스를 최 소화한다. 장축과 단축의 비 가

해 질 수 있지만， 실제로는 완전히 부히를 없앤다는 것 이 불가

감소하는 것을 관찰하여 구형으로의 변회를 확인할 수 있다.

능하기 때 문에 실제 심장에 서 는 측정할 수 없다. 따라서 심근

좌심 실근 두께는 심근벽 스트레스의 중요한 결정요인이다. 예

수축력을 구하기 위 해 여러 가지 방법 이 사용되 었다. 비 록 침

를 들어 대동맥판협 착의 경우 후부하의 증가로 심근은 훨씬 높

습적 이 기 는 하나 압력-용적 곡선으로 힘 (압력)과 근육길 이 (용

은 압력 이 필요한데 이 를 위 해 좌심 실근 두께가 늘어 난다， ( 좌

적 ) 간의 스탈링 관계를 간접 적 으로 살펴볼 수 있다(그림 5-6)，

심 실 비 후) 리플라스의 법 칙 에 따르면 늘어난 심근 두께는 심근

임상적 으로 가장 널 리 쓰이는 비 침 습적 인 방법은 박출계수로，

벽 스트레스를 감소시 킨다(그림 5-4)， 병 적 인 심장에 서 는 반경

이는 심초음파나 심 혈관조영술， 방사성동위 원소 심실조영술

이 늘어남에 따라 심근벽 스트레스가 증가한다.

등으로 구할 수 있다.

Chapter

5 심장생리학

•

1 07

부적 일은 압력 하에 혈 액 을 내뿜는 일 이 고 내부적 일은 심 실

family of Starling curves normal - exercise

이 모양을 바꾸고 구혈 에 대 비하는 일을 말한다. 내부적 인 일 은 심장의 작업 에 있 어 서 비 효율적 인 부분이 라 할 수 있다. 심 근벽 스트레 스는 이 내부적 인 일과 직 접 적 으로 비 례 관계에

m 째시γ패댄

runnlng

있다 외부적 인 일 다시 말해 1 회 박출작업량은 박출량과 압력 에 의 해 결 정 된다.

walking

rest

1 회 박출 작업량 fatal myocardum depression

1•

이완기말 심실 용적 (Myocardial stretch)

스탈링 곡선들. 곡선의 좌측 편항은 수축항진상태를 나타내며， 우측 펀항은 수축감소상태를 나타낸다 (출처 Opie LH: Ventricular function. In The Heart. Physiology from Cell to Circulation， 4th ed Philadelphia， Lippincott-Raven， 2004， pp 355-401.)

그림 5-5

박출계수 = (좌심실 이완기 말 용적 - 죄집실 수축기말 용적 ) /

=

1 회 박출량 × 압력 또는 ( 좌심실 이 완기 말 용적 - 죄심 실 수축기 말 용적 ) x 압력

심 실 의 내 외부적 인 일 모두 산소를 소모한다. 내부적 인 일 의 임상적 중요성은 CPB 동안 드레 인이 잘되지 않는 죄심 실을 예 로 들 수 있다. 외부적 인 일은 펌 프에 의해 제공되 지 만 드레 인이 잘되 지 않는 경 우， 심 실 벽 의 긴장도가 높아지고 내부적 인 부하가 늘어 나서 심 근허 혈 이 발생할 수 있다. 심장 효율은 다 음과 같이 구할 수 있다. 심장 효율

좌심실 이완기 말 용적

=

외부적 일 / 산소 소모로 측정 되 는 에 너 지

정상 심 근의 경 우 심장의 나사모양운동이 효율을 높이는 데

6) 심장 작 업 량

도움이 되 지 만， 심부전증의 경 우 심 실확장으로 인하여 심 근 스

심 장의 작업은 내부적 인 일과 외부적 인 일로 나눌 수 있다. 외

트레스가 늘어나고 효율이 떨 어 진다.

internal work external work

// /

、x

/ / ///

end-systolic

) P 녕 야 빼 m 미 하 잉 떼 히 마 때 / / / / /

_

-

•

이 를 ‘ 계단현상’ 이 라고 한다. 심 박수가 분당 1 50-1 80 인 경 우 단 일 심 근은 일 정 길 이 에 서 수축력 이 최 고에 이 르며 ， 심 박수 의 증가는 곧 수축력 의 증가를 가져옹다 그 러 나 자극 빈도가 지 나치 게 많은 경우 수축력 은 줄어든다. 임 상적 으로 심 방조율 병 적 인 심 장의 경우 심 박수 증가에 따른 수축항진효과는 훨 씬 낮다.

mitral

e;

8) 이 완 기 능 심실 용적

이완기는 심 실의 이 완을 말하며 ， ‘등적 성 이 완기 ， 급속 충만

→

압력 -용적 곡선 a 지점은 등적성 수축의 시작을 말한다 b 지 점에서 대동맥판막이 열리고 구혈이 시작된다(b c) 승모판은 d 지점에서 개방되고， 심실충만이 시작된다 외부적인 일은 a， b， c， d의 사각 영역이고， 내부적인 일은 e， d， c으| 삼각 영역을 말한다‘ 압력 용적면적은 둘의 함을 말한다 (출처 Opie LH: Ventricular function. I n The Heart Physiology from Cell 1 0 Circulalion， 4th ed. Philadelphia， Lippincott-Raven， 2004， pp 355-401.)

그림 5-6

하나의 심 근의 경우 자극빈도가 늘면 수축력 또한 증가하는데

을 통한 수축항진효과는 일 정 심 박수까지 만 의 미 를 가진다.

: - - - - - P쁘민뜨9 '

7) 심 박수와 일 의 관계

기 ， 저 속 충만기 ， 심 방수축에 의한 충만기 ’ ， 이 4 가지로 구분 된다. 첫 구간인 등적 성 이 완기 는 에 너 지 의 존적 이 며 ， 심 실충 만에 기 여 하지 못한다. 나머 지 세 구간은 증부하성 이 완기 로 ， 심 실충만은 압력 에 의 하여 일어 난다. 이 시 기 는 심 근이 힘 을 발휘할 수 없 는 시 간으로 섬 실충만이 시 작된다 2 구간에서 가 장 많은 양이 채 워 지 며 3구간은 5%， 4구간은 1 5% 가량을 담

1 08

.

PART I

역사와 기본원리

9 ) 심 박출량 from p비monary artery

심 박출량은 단위시 간 동 안 심장에 의하여 구 혈 된 혈 액 의 양을

to pulmonary velns

말한다. 이 는 4 가지 요인에 의하여 결정 되는데 ， 심 박수와 수축 력 은 심장 고유의 특성 이 고， 전부하와 후부하는 심 장과 혈관계

terminal bronchiole

의 관계에 의 해 서 결 정 된다. 심 박수는 분당 심 장박동이 이 루어

alveoli

지 는 수를 말하고 주로 자율성 신 경 계 에 의하여 영향을 받는 다. 이완기 동안 심 실충만이 충분하다는 가정 하에 심 박수의

0

n t

m 뼈 m m ) ; ”t -、」 、， 2 띠 끼4

증가는 심 박출량을 증가시 킨다. 수축력은 부하와 관계 없이 수 축기능의 정 도를 말한다. 실제 심장의 경 우 부하 상황을 배 제 하 여 생 각하기 가 힘 들기 때 문 에 정확히 측정하기 어 렵 다. 예 를 들 면 전부하의 증가에 따 라 수축 프랭크-스탈링 관 계 를 유지한

0

/

다. 심 박출량은 그림 5-7과 같이 Fick 의 법 칙 에 의 하여 측정할 수 있다. Fick의 법 칙 이 란 폐혈관계를 통해서 공급된 산소의 양(q3) 은 폐동맥을 통해서 공급된 산소양(ql)과 폐포에서 공급된 산

[02 1 pa

[02 1 pv

0. 1 5 mL O2 /mL blood

•

0.20 mL O2 /mL blood q1 +q2=q3

Fick의 법칙에 따른 도해 며|동맥 산소농도와 폐정맥 산소농도， 산소소모량을 알 수 있다면 심박출료t을 구할 수 있다 (출처 Berne RM Levy MN: The cardiac pump. In Cardiovascular Physiology， 8th ed. St Louis， CV Mosby， 2001， pp 55-82.)

그림 5-7

소양(qz) 의 합과 같다는 것 이 다. 곱으로 나타낼 수 있고， (ql

=Q X

평 가에 가 장 널 리 쓰 이 는 것 은 ‘ 심 실 의 시 간당 압 력 감소 (-dP/dt)’ 또는 ‘심실압 감소의 시 간상수’ 를 측정히는 것 이 다.

(q3

Cpvoz) 폐동맥 내 산소농도는 혼합 제 정 맥 산소농

도를 말하며 ， 폐 정 맥 내 산소농도는 말초 체동맥 산소농도와

혼합기 Q --→-

-기씨 、 A

수축기 용적부하， 심 실 경 직도， 심 실 탄력 성 ， 두 심 실 간 이 완기 상호작용， 심 방， 카태콜아민 등 여 러 가지 요인들이 이 완

nU

기 를 결 정 짓는다. 수축기능부전이 심 장이 구혈하는 능력 이 떨

버뻐하〈 κ라탠κ m

완기능을 평 가하며 심 실유순도를 이용하여 평 가할 수도 있다.

어 진 것 이 라면， 이 완기 능부전은 심장에 혈액을 채우는 능력 이 떨 어 진 것 이 다. 이완기 능의 이상은 울혈성 심 장부전의 병 태 생 리 의 큰 요인으로 인식 된다. 수축과 이완 동안의 심실 상호작용으로 내부 피 드백을 통해

서 1 회 박출량을 조절한다. 심 실 간 중격은 해부학적으로 양섬 실 모두에 속해 있기 때문에 수축기 상호작용은 중격을 통하여 이루어 진다. 따라서 한쪽 심 실 의 변화는 다른 쪽 심 실 의 기 능 및 용적 에 변화를 가져온다.

--t-

q mg 의 지시약 주사

대동맥판 폐 쇄 - 승모판 개 방 간격 이 나 등적 성 이 완시 간 및 심 근벽두께 최 대감소율을 심초음파로 측정하여 2 ， 3 ， 4구간의 이

Q X Cpaoz) q3는 폐 동맥 총혈

류량과 폐 정 맥 내 산소농도(CpVOz) 의 곱으로 나타낼 수 있다.

당한다. 이 완기 능의 지표에는 여 러 가지 가 있다 등적 성 이완기 의

=

q l 은 폐 통맥 총혈류량(Q ) 과 폐동맥 내 산소농도(Cpaoz) 의

•

t2

시간

지시약희석법의 심박출랑 계산원리 설명도 재순환이 없다는 가 정하에 정해진 앙(q)의 지시약이 A지점에서 주사되어 특정 혈류(Q mL/mi미 와 섞인다 B 지점을 통과한 흔합혈류의 샘플이 일정한 속도로 채혈되어 지 시약의 농도의 변화를 언속적으로 농도계로 측정한다 시간에 따른 지시약 농도의 변화가 곡선으로 그려진다 혈류는 주사된 지시약의 양을 시간{농도 곡선의 곡선아래먼적으로 나누어 계산된다 (출처 Berne RM， Levy MN: The cardiac pump. In Cardiovascular Physiology， 8th ed. St Louis， CV Mosby， 2001， pp 55-82.) 그림 5-8

Chapter 5

심장생리학

•

1 09

” 잉 끼 DA K π「 ”이 q‘ W 〕 션 κ p K × 잉 -O~ ×=밍 =

같다고 볼 수 있다. 산소소모량은 q2 로 폐포에서 공급된다고 볼 수 있다.

2

Q C -

P C 、υ ×

2

/

-C = ”2

P C

Q Q q· ·

수용기(수용체)

G

단백질

효과게작동처1)

단백질 결합 수용체의 개략도， (출처 Reprinted by permission from Bers DM: Cardiac excitation-contraction coupling， Nature 415:198-205， 2002， Copyright MacMillan Magazines LtdJ 그림 5-9 • G

따라서 폐동맥 내 산소농도， 폐 정 맥 내 산소농도， 산소소모량 을 안다면 심 박출량을 구할 수 있다. 표지자 희 석 법 은 질량 보존의 법 칙을 이용하여 심 박출량을

수용체다. 관상동맥순환에서 는 M3 수용체 가 확인되 었다. 또한

구하는 방법으로 가장 널 리 쓰이는 방법은 염 색 약을 이용하거

M2가 아닌 수용체들 또한 심장에 존재한다는 보고가 있었다.

나 열 희 석 법 을 이용하는 것 이 다. 그림 5-8은 염 색 약 희 석 법 을

일반적으로 세포내 신호전달을 위 해 M1 ， M3 ， M 5 수용체는

나타낸 것 이 다

Gq/ 1 1 단백질과 결합해 서 포스포리파제-c-디 아실글리 세롤-이 노시톨 포스페 이 트계(phospholipase C-diacylglycerol-inosi­

괜 심장기능으| 조절 1 ) 심 장기 능의 신 경 조 절

tol phosphate system)를 활성화시 킨다. 이 와는 반대로 M2와 M4 수용제는 백 일해 독소 감작성 지 단백질 지 i/o(pertussis toxin-sensitive G protein Gν0) 와 짝을 지 어 아데 닐 사이클 레 이 스(adenyl cyclase) 를 억 제한다， M2 수용체는 특정 포타

심장기능을 조절하는 데 있어 자율신 경 계는 두 개 의 경 로로 서

숨채 널과 짝을 지 어 칼슐채널 ， If current ， 포스포리파제 (phos­

로 상반된 신호를 보내고 있다. 교감신 경 계 의 신경 전달물질은

pholipase) A2 ， phospholipase D ， 타이로신 커 나제 (tyrosine

노르에 피 네프린으로 심 박동증가(positive chronotropic) ， 수

kinase) 등의 활성도에 영 향을 준다.

축력증가(inotropic) ， 심 이완기능(lusitropic) 을 한다. 부교감

미주신경과는 반대로 교감신 경 의 경우 심장 내 에 서 심 방보

신경 계는 심 방을 더 직 접 적으로 억 제 하고 심 실 에 대 해 서 억 제

다는 심 실쪽에 더 많이 분포하고 있다. 노르에 피 네프린은 교감

조절효과(negative modulatory effects) 가 있다. 부교감신경

신경 말단에서 분비 되 어 심 장의 아드레 날린성 수용체를 자극

계의 신경 전달물질은 아세틸콜린 이 다 노르에 피 네프린과 아세

한다(adrenoreceptors ， ARs)， ARs 에는 alpha 와 beta 두 가지

틸콜린은 둘 다 세포막을 7 변 통과히는 G 단백 질 연결수용체

종류가 있다. 두 종류 다 G 단백 질 연결수용체 (G protein-cou­

(seven-transmembrane-spanning G protein-coupled recep­

pled receptor) 로서 특정한 신호전달 단계들을 거 쳐 세포 내로

tor) 에 결합하여 세포 내로 신호를 전달하는 기 능을 한다(그림

신호를 전달한다(그림 5-10)，

5-9)， 휴식 시 심장에 서 는 부교감신경의 영향이 크고 교감신경

Beta ARs는 다시 beta 1 ， beta2 ， beta3 로 나눌 수 있다. 대

활동은 거 의 없다 따라서 휴식 시 에 심장에 주로 영 향을 미 치

부분의 포유류의 심장이 beta 1 과 beta2ARs 를 가지고 있지만

는 것은 부교감신경 이 다. 하지만 운동할 때나 스트레스가 가해

beta3ARs 또한 여 러 포유류의 심 장조직 에 서 확인된 바 있다.

질 때에는 교감신 경 이 더 우세하게 된다.

각 betaAR 아형들이 심장기 능의 조절에 어 떻 게 관여하는지는

부교감신경 은 미주신경 (vagal neπe) 을 통해 심장에 신경

종에 따라 다르다. 사람의 경 우에 beta1ARs는 심 방과 심 실 양

분포를 한다. 심 실상 조 직 이 심 실보다 미주신 경 의 지 배를 훨씬

쪽에 다 많은 아형 이 지 만， beta2ARs 의 대부분이 심 방에 위 치

더 많이 받는다. 주된 부교감신 경 의 신경효과기 (neuroeffec­

하며 약 20%가 심 실에 서 관찰된다， Beta3ARs 에 대 해 서 는 알

tors) 는 심장 내의 무스카린성 수용체들이 다. 무스카린성 수용

려 진 것 이 훨씬 적 지 만， 인간의 심 실에 서 발견된 바가 있다.

체들이 활성화되 면 박동조율 역 할( pacemaker activity) 을 감

Beta1AR 의 수가 beta2AR 에 비 해 많다는 사실에도 불구하고

소시 키 고， 심 방심 실 전도(AV conduction) 를 늦추며 ， 직 접 적으

심장을 자극하는 효과는 이 두 가지 아형 의 상대 적 인 밀도에

로 심 방수축력을 감소시 키고， 심 실수축력 에 대 한 억 제 조절효

비 례하지는 않는다. 이 러한 현상은 beta2ARs 이 beta1ARs 보다

과를 보이 게 된다

cyclic adenosine monophosphate(cAMP) 신호전달 체 계

무스카린수용체 에는 5가지 종류가 있다는 것 이 밝혀 졌다.

(signaling pathway) 에 더 단단하게 짝지 워 져 있다는 것 에 대

포유류의 심장에 서 발견되는 아형 (subtype) 중 대 부분은 M2

부분 기 인한다 B eta1ARs 와 beta2ARs 둘 다 stimulatory G

110

•

PART I

역사와 기본원리

아드레날린 수용체

•

그림 5-10 G 단백질과 효과기(AC : adenylyl cyciase. i CaL : L-type calcium current. PLC -ß : phospholipase ß)를 포함한 심장내 아드레날린 수용체 활성화의 연쇄반응- 서|포내 신호는 다음과 같다. DAG(diacylglyceroll. IP 3(inositol 1.4.5-triphosphate). PKC(protein kinase C). cAMP (cyclic adenosine monophosphate). PKA(protein kinase A). and MAPK(mitogen-activated protein kinase)

prote i n ( G s ) 를 포함하는 경 로를 활성 화시 키 고 ， adenyl

원섬유의 칼숨이옹에 대한 반응성을 증가시 킨다.

cyclase 를 활성 화시 켜 cAMP를 축적 시 키 고， cAMP-depen­

심 비 대는 주로 alphal뻐Rs 에 의 해 매 개된다. alphalAR 작

dent protein kinase A를 자극하며 ， L-type 칼숨채 널 ， phos­

용제들에 의한 심 비 대는 Gq 신호전달 기 전을 통해 protein

pholamban ， Tnl와 같은 표적 단백 질을 인산화한다.

kinase C 와 mitogen-activated protein kinase를 활성화시 켜

BetalARs 과 beta2뼈s 이 Gs-cAMP 경 로와 짝지 워 져 있다

서 발생된다. Alpha2AR 의 세 가지 아형은 alpha2A ， alpha2B ，

고 관습적 으로 알고 있으나， 최 근의 실 험 결 과들에 따르면

alpha2C이 다. 포유류의 심장에 서 심 방의 alpha2ARs은 노르

beta2ARs 는 억 제 성 G 단백 질 (i따libitory G protein) Gi 와도

에 피 네프린 분비를 시 냄 스 전 에 서 억 제 하는 역 할을 한다. 이

짝을 지 어 non-cAMP-dependent pathway들도 활성화시 킨다

시 냄스 전 alpha2AR들은 alpha2c 아형 에 속하는 것으로 생각

고 한다. 게 다가 beta2ARs는 G 단백질과 관계 없는 경 로들(G

된다.

protein-independent pathway) 을 통해서 도 심장기능을 조절

심 장기능의 신 경 성 조절은 서로 다른 종류의 그리고 다른

한다 BetaAR을 자극하면 그림 5-1 1 에 요약되 어 있는 것과 같

아형 의 아드례날린 수용체 (adrenoreceptor) 들과 신호전달 체

이 수축과 이완이 동시 에 증가한다.

계 간의 복잡한 상호작용으로 이루어 진다. 목적 에 맞게 심혈관

AlphaARs 의 두 가지 주된 아형은 alpha l 과 alpha 2 다.

계 약물을 쓰기 위 해 서 는 아드레날린수용체(a drenoreceptor)

alphalARs 과 alpha2ARs 는 다시 다른 아형들로 나궐 수 있다.

약리학에 대한 기 본적 인 이 해를 바탕으로 임상적으로 응용하

Alpha lARs 은 G protein-coupled receptor들로 alphalA ，

고 적용할 수 있어 야 할 것 이 다

alphal B ， alphal D 아형들로 구분할 수 있다. AlphalAR 아형 들은 각각 다른 유전자에서 나왔고 구조， G protein cou­

2 ) 심 장 기 능에 영 향을 주는 호르몬

pling ， 분포하는 조 직 ， 신호전달， 조 절 ， 기능이 다 다르다.

여 러 가지 호르몬들이 심장에 대 해 직 접 적 또는 간접 적으로 영

Aalpha lAARs 와 alphalBARs 는 둘 다 수축을 촉진하는 반응

향을 미 친다. 심장에 영향을 주는 호르몬들은 심 근세포에서 분

을 매 개한다. 하지 만 alphalARs 에 의해 매 개되는 수축촉진반

비 될 수도 있고， 다른 조직 에서 생산되 어 심 장으로 전달될 수

응은 심장에 있어 그다지 중요하지 않은 듯하다. AlphalAR은

도 있다. 그것들은 심근세포에 있는 특정 수용체 에 작용한다.

phospholipase C ， phospholipase D ， phospholipase A2 와

이 호르몬 수용체들 중 대부분은 plasma membrane G pro­

짝이 지 워 져 있다. 이 들은 세 포내 칼숨이온을 증가시 키 고 근

tein-coupled receptor(GPCRs) 이 다. non-GPCRs 은 guanylyl

Chapter 5

Ca2 +

베타 작용제

심장생리학

•

111

비 하는 폴리 펠 타이 드로서 나트륨 이 뇨 웹 타이 드 ， 알도스태 론， 아드레노메둘린 (adrenomedullin) 이 심근세 포 에 서 분 비 되 는 호르몬들 이 다. 레 닌 안지 오텐 신 계 ( renin-angiotens in

system) 의 효과기 호르몬(effector hormone) � 안지오댄신

(angiotensin) II 또한 심 근세포에서 만들어 진다. 레 닌 안지 오 텐 신 계 는 심 혈 관 생 리 에 있 어 가장 중요한 조절인자Cregula­

tor) 중 하나이 다. 심 장의 성장과 기 능에 있 어 서 도 핵심 조 정 자(modulator) 역 할을 한다. 안지 오텐신II는 두 개 의 별 개 의 수용체 아형을 자극한다 AT1 과 AT2 가 그것 인데 둘 다 심 장 에 존재한다 AT 1 수용체 는 정 상 성 인 심 장에 주로 존 재 하는 아형 이 다 AT1 수용체를 자극하면 심 박수가 증가하고 수축 력 이 촉진된다. 또한 안지오텐신II는 심 근세 포와 섬 유원세포 (fibroblast) 의 성 장과 증식을 촉진하고， AT1 수용체 의 자극 을 통해 성장 인자들인 알도스태론과 카테콜아민들의 분 비 를 유도한다 AT1 수용체 의 활성화는 심 비 대와 심 부 전 의 발생 ，

그 리 고 심 근의 좋지 않은 리모댈링 에 직 접 적 으로 연관되 어

있 다. 이 와는 반 대 로 AT2 수용체 의 활성 화는 역 조 절 의

(counter-regulatory) 역 할을 하며 전반적 으로 증식을 억 제 한다. 하지 만 AT2 수용체 의 발현은 성 인 심 장에 서 는 상대 적

•

으로 적 다. 태 아 심장일 때 가장 많고 이 후 발달에 따라 감소 수축형 태

그림 5-11 베타작용제 활성화는 심박수， 수축력과 이완속도를 증가시킨다. ADP : adenosine diphosphate， ATP : adenosine triphosphate， cAMP : cyclic adenosine monophosphate， GTP : guanosine triphosphate， PL : phospholipase， SL : sarcolemma， SR : sarcoplasmic reticulum， Tnl : troponin 1. (출처 Opie LH: Receptors and signal transduction. In The Hearl. Physiology from Cell to Circulation， 3rd ed. Philadelphia， Lippincott-Raven， 1998， p 195.l

하기 때문이 다. 손상이 나 허 혈 이 있을 때 그에 대한 반응으로 AT2 수용체 가 많아진다. 심 장의 AT2 수용체 의 정 확한 역 할 에 대 해 서 는 앞으로 밝혀 낼 여 지 가 있다. 심 부전 치 료에 있 어 서 안지오댄신 전환 효소억 제 제 로 레 닌 안지오댄신계를 차단해 서 얻 는 유리한 효과는 AT1 수용체 활 성 을 억 제 해 서 라고 알려 져 있다. 섬 근세포의 성장， 심 장섬 유 화의 촉진， 심 비 대 의 발생 ， 울혈성 심 부전의 진행 등 에 서 레 닌 안지오벤신계 이 외 에도 알도스테론， 아드레노메둘린， 나트륨 이 뇨성 웹 타이 드， 안지 오텐신， 엔도 댈 린 (endothelin) ， 바소프

cyclase-coupled receptors 인 나트륨 이 뇨 펠 티 드 수용체

레 신을 포함한 다른 심 장 호르몬들이 발병 원인이 된다고 밝

(natriuretic peptide receptors)와 안드로겐과 알도스테론과

혀 졌다.

결합하는 글루코코티코이 E광물부신겉 질호르몬 수용체(glu­

심 근이 늘어 나면 atrial natriuretic protein(ANP) 과 B-type

cocorticoid/mineralocorticoid receptor) 들이 있다. 글루묘묘

natriuretic protein(BNP) 이 각각 심 방과 심 실에 서 분 비 된 다.

티 코이E광물부신곁 질호르몬 수용제(glucocorticoid/miner­

ANP 과 BNP 는 natriuretic peptide 수용체들에 결합해 서 2 차

alocorticoid receptor) 는 핵 아연손가락 전사인자(nuclear

전달자인 cyclic guanosine monophosphate 를 만드는 데 ， 이

zinc finger transCIψtion factor) 이 다. 호르몬들은 정 상적 인

는 압력 이 나 용적부하 때문에 생 긴 혈 역 학적 변화에 대 해 심 장

심 장 생 리 에서 활성을 가질 수도 있고 병 태생 리 적 상태 에 서 활

이 나타내는 내분비적 반응 중의 하나이다. 이 들은 또한 배 아

성 을 보일 수도 있으며 ， 둘 다에서 활성을 가질 수도 있다. 지

의 심 장과 심 혈관계 기 관형 성 (organogenesis) 에도 관여한다.

난 10년간 심장 내 에 서 의 호르몬의 역할에 대한 지 식 중 많은

만성 심 부전이 있는 환자에서 혈청 ANP 와 BNP 농도의 상승

부분이 만성 심 부전과 관련된 호르몬 변화에 대한 연구에서 얻

은 사망률의 예측인자로 알려 져 있다.

어 졌다. 심 장호르몬은 정 상적 인 심 장에 서 ， 심 장조직 이 혈류로 분

Adrenomedullin은 최근 발견된 심장 호르몬으로 원래는 갈색세 포종(pheochromocytoma) 조직 에 서 분리 되 었다. 이 는

112

•

PART I

역사와 기본원리

cAMP 를 쌓이 게 하여 직 접 적 으로 심 박수와 심 수축력을 증가시

드호르몬 때문이 다.

키 는 효과를 보인다. Adrenomedullin 과 이 의 종(種) 간 또는

가장 광범 위하게 연구된 성 스테로이드호르몬은 estradiol-

지 역 간의 변이물(variation)들은 산화질소( nitric oxide ) 의 생

17beta(E2) 와 그것의 활성 대사물들이 다. 이 들은 심장의 에스

산을 증가시 켜 서 강한 혈관확장제로도 작용하는 것으로 알려

트로젠 수용체 중 두 가지 아형 인 ERalpha 와 ERbeta 에 결합

져 있다.

해서 작용한다. 프로게스태론， 테스토스테론(다른 두 가지 성

알도스태론이 어느 정도의 생 리 적 중요성을 가지는지는 더

스테로이드호르몬들)과 테스토스테론을 에스트로겐으로 바꾸

알아봐야 하겠지만 이 호르몬 역 시 심장에 서 생 성 되는 스태로

는 아로마타제라는 효소에 대한 연구는 훨씬 더 적은 편 이 다.

이드 중 하나이다. 이 는 mineralocorticoid 수용체 에 붙어 서 심 장 Na+/K+-ATPase ， Na+-K+ cotransporter ， CI--HC032+ 와

프로게스테론과 테스토스테론은 각각 심장에 있는 프로게스테

Na+-H+ antitransporter와 같은 이옹 항상성과 pH 조절에 관

이 드호르몬들은 각각의 수용체와 상호작용해 서 시 법 스 후

여 하는 심장 단백 질들의 표현이 나 활성(또는 둘다)을 증가시

(postsynaptic) 표적 세포반응을 유발하고， 시 냄스 후 교감신경

킨다. 알도스테론은 양 심 실의 심장 섬유화를 유발하여 심장구

부신 (sympathoadrenergic) 기 능들에 영향을 미 친다.

조를 변화시 키 고 심 장수축기능의 장애를 초래한다.

E2는 테스토스테론 에 서 생 성 되 며 ， 주로 간에서 대사되 어 hydroxyestr때iol ， catecholestradiol ， methoxyestradiol 이 된

3 ) 성 스 테 로 이 드호르몬과 심 장

다. 또한 estradiol 의 대사는 혈관평 활근세포， 심 장의 섬유원세

심장의 수축력은 폐 경 전 의 여 성 이 같은 연 령 대 의 남자들보다

포(cardiac fibroblasts) ， 내 피 세 포(endothelial cells) ， 심근세

더 좋고， 폐 경 후 여 성 에 서 호르몬 대 체요법을 중단하게 되 면

포에서 도 일 어 난다. 심근세포는 유전자 발현의 조절을 위 해 서

심장수축기능이 감소하게 된다. 심장기능과 손상과 질 병 에 대

핵관련 스테로이 드호르몬수용체 (nuc1ear steroid hormone

한 적응 반응이 성 에 따라 다른 것은 부분적으로 성 스태로이

receptors) 를 발현하고， 성스테로이드호르몬의 비 유전자 효과

E2 caveatin Ca2 치 K +

론 수용체와 안드로겐 수용체 에 결합해서 작용한다 성 스태로

/ ---- 괜

��\

뿔-→ -→맴 GPR-3D

EGFR

세포내 반응 - 활성효소 활성화 - 신호 연쇄반응 - 일과성 칼슐 - 단백 상호작용

단백합성

•

사립처|

핵

‘

그림 5-12 국소적 핵성과 비핵성 에스트로젠수용처I(ER)와 에스트로젠 결합수용체 GPR-30의 활성화과정 핵성 ER은 목표유전자의 촉진자 구역 내의 ER 반응 소재ER티에 결합하여 목표유전자의 전사에 영흔떨 미친다 E2 estrogen， EGFR : epidermal growth factor receptor， NCX : Na+ - Ca '+ exchanger， NHE : Na+ - H+ exchanger， NO : nitric oxide， NOS : nitric oxide synthase. (출처 Du XJ， Fang L， Kiriazis H: Sex dimorphism in cardiac pathophysiology: Experimental fi ndings， hormonal mechanisms， and molecular mechanisms. Pharmacol Ther 111:434-475， 2006.)

Chapter 5

심장생리학

•

113

(non-genomic effect) 를 위 해 서 비핵관련 수용체 (nonnuclear

유로 중추신경 계 와 연 결 되 어 있다. 심장의 수용체는 심 방， 심

receptor)를 발현한다. 전사에 있어 조직과 시 기 에 따른 특정

실 ， 심 낭， 관상동맥 에 존재한다. 심장 외 의 수용체는 큰 혈관들

성을 만들기 위해 여 러 가지 서로 다른 보조조절자(coregula­

과 경동맥 에 위 치 하고 있다. 교감과 부교감 신 경 의 신호들은

tor) 들과 상호작용하게 된다. 이 런 세포 특이 적 인 (cell-specif­

중추신 경 에 서 처 리 된다. 중앙처 리 과정(central processing) 을

ic) 보조 활성자(coactivator)와 보조억 압자(co-repressor) 단

거 쳐 심장이 나 체순환계로 가는 원심 신경 이 특정 반응을 일으

백 질들은 에 스트로겐 연관 수용체 (estrogen-related recep­

킨다. 원심성 자극에 대 한 섬 혈관계의 반응은 나이와 처음 그

tors) 들로 알려 져 있다 성 스테로이드호르몬들은 유전자 표현

반사를 유발했던 상황의 지 속시 간에 따라 달라진다.

형을 바꾸지 않고도 빠른 신호전달 체 계 ( rapid signaling path­ ways) 를 활성화시 킬 수 있다(그림 5-12) 그러한 예 중의 한

( 1 ) 압수용체 반사(경통맥통 반사)

가지는 혈관 내 피 세포의 산화질소(nitric oxide) 합성을 촉진

압수용제 반시{baroreceptor reflex ， 경동맥동 반사(carotid

해서 혈관확장을 유발하는 것 이 다. 에스트로겐의 혈관 확장효

sinus reflex))는 혈 압을 유지하는 역할을 한다. 이 반사는 음성

과는 폐 경 전 여 성들이 같은 연 령 대 의 남자들보다 혈 압이 낮은

되 먹 임 고리 (negative-feedback loop)(그림 5-13)를 통해 동

것에 대한 설 명 이 될 수 있을 것 이 다 남성 의 경우 아로마타제

맥 혈압을 미 리 정 해 진 수준으로 조절할 수 있도록 해준다. 여

에 의 해 테스토스테론이 에 스트로겐으로 변환되는 것 이 정상

기 에 더 해 압수용체 반사는 만성 고혈압으로 인해 설 정 치 (pre

적 인 혈관 긴장도(vascular tone) 를 유지하는 원인이 된다. 성

set value) 가 다시 맞춰 졌을 경우 혈압의 기 준점 을 잡아준다.

스테로이드호르몬에 의한 핵관련 또는 비 핵관련 수용체 자극

혈압의 변화는 경 동맥동과 대동맥궁(aortic arch) 에 있는 주위

이 외 에도 성 스테로이드호르몬 수용체들은 리 간드들 없이도

신전수용체 (circumferential stretch receptor) 와 세로신전수

성장인자 경 로(growth factor pathway) 의 빠른 활성 (rapid

용처lO ongitudinal stretch receptor) 에 의 해 감지 된다.

signaling) 을 유발할 수 있다.

숨뇌(medulla ， 연수) 에 있는 고 립 핵 ( nucleus solitarius) 은

심장의 전 기 생 리 학적 기능은 성 별에 따른 차이 가 있다. 에

이 러 한 신전수용제 의 신호를 설 인신 경 과 미 주신 경 의 구심섬

스트로겐이 칼숨 채 널 을 조절하는 기 능 때문에 성 별에 따라 심

유를 통해 받는다. 숨뇌 의 심혈관중추는 두 개 의 기 능 적 으로

장의 재분극이 달라지는 것 같다. 이 때문에 여 성 이 휴식 시 심

다른 영 역 으로 구성 되 어 있다. 동맥혈압을 높이는 역 할을 하

박수가 빠르고 여 자가 지 연 QT 증후군( prolonged QT syn­

는 부위는 바깥쪽(la terall y) ， 입 쪽(rostally) 에 위 치 하며 ， 동맥

drome) 이 생 기 는 경 향이 있는 듯하다. 에스트로겐은 쥐 의 심

혈 압을 낮추는 역 할을 하는 부위는 안쪽(머edially) ， 꼬 리 쪽

근경색 모벨에 서 ERbeta 수용체를 활성화시 켜 허 혈과 재관류

(caudally) 에 위 치 한다. 후자는 시 상하부(hypothalamus) 와

에 있어 보호 효과를 보였다. 이 외는 대조적으로 테 스토스테론

변 연 계 ( limbic system) 에 서 나오는 신호를 통합하는 기 능도

은 같은 모댈에 서 반대 의 효과를 보였다. 아로마타제도 에 스트

있다. 일반적으로 신전수용체들은 혈압이 1 70 mmHg을 념 을

로겐을 증가시 키 고 테 스토스테론을 감소시 키 는 역할 때문인지 마찬가지 로 심근을 보호히는 효과를 보였다.

때 작동된다. 억 제 체 계 의 반응에는 교감신경 의 활동을 줄여

서 심 장수축력 ， 심 박수， 혈 관긴장도를 떨 어 뜨 리 는 것이 있다.

심장생 리 에 있어 성 별의 차이를 고려할 때 남성과 여 성 의

거 기 에 더 해 부교감 체 계 의 활성 화는 심 박수와 심 근수축력 을

성 스테로이드호르몬들의 세 포 생 리 적 인 면 을 고려 해야 할 것

더 떨 어 뜨 리 게 한다. 저 혈 압이 시 작 되 면 반대 의 효과들이 유

이 다 심 근세포생 리 ， 혈관펑 활근세포들， 내 피 세 포들의 남자와

도된다.

여 자 사이 의 내 적 차이 가 그것이 다. 또한 심장생 리 의 자율신

압수용체 반사{baroreceptor reflex) 는 급성 실혈과 쇼크

경 계 조절 또한 성 별에 따라 다르다는 사실도 고 려 해 야 할 것

(shock) 에 서 중요한 역할을 한다. 하지 만 반사궁(reflex arch)

이 다.

은 50 mmHg 미만의 낮은 혈압에는 그 기 능을 잃는다. 호르몬 의 상태와 성 별의 차이로 인해 압수용체반응에 변화가 생 길 수

4) 심 장 반 사

있다. 게 다가 흡입마취 제 ， 특히 할로탄( halothane )은 이 반사

심 장 반사는 심 장과 중추신 경 계 (central nervous system ， CNS) 사이 의 속행성 반사고리 ( fast-acting reflex loop) 로서 심

중에서 심 박수에 관계된 부분을 억제한다. 칼숨채 널 차단제 ， 안

장기능의 조절과 생 리 적 항상성 유지 에 관여하고 있다. 각각의

이 사용하면 압수용체 반사에 의한 혈압 상승효과가 줄어든다.

심 장 수용체는 다OJ=한 경 로로 각각의 생 리 적 반응들을 보인다.

이 렇 게 효과가 줄어드는 것은 말초혈관에 대한 직 접 적 인 작용

심 장의 수용체는 미주신경을 따라가는 유수 또는 무수 구심 섬

지 오텐신전환 효소억 제 제 ， phosphodiesterase inhibitor를 같

에 의 해 서 거 나 또는 중추신 경 계 의 신호전달경로 (CNS signal

1 14

•

PART I

역사와 기본원리

심혈관계 조절중추 240

õl 틀 g끄 ;rõru

工

200

동DHOf

，1:1

1 60 1 20 80 40

빠m깅 버잉

•

그림 5-13 압수용체 반응의 해부학적 구조， 경동맥동과 대동맥의 압수용체가 동맥압의 변호털 인지하고， 헤링과 미주신경을 통해 연수의 구심성 구용체로 전달된 다 연수의 원심성 신경이 말초저항과 심박수를 조절한다 혈압의 증가는 압수용체 반응을 활성화(우측)하여 혈압을 떨어뜨리게 된다 (출처 Campagna JA， Carter C: Clinical relevance 01 the Bezold-Jarisch rell ex. Anesthesiology 98’1250-1260， 2003.)

ing pathway) Ccalcium ， angiotensin) 를 방해하기 때문이 다.

(3) 베인브릿지 반사

후자가 더 중요한 기 전이 다. 만성 고혈압이 있는 환지들은 압

베 인브릿지 반사(bainbridge ref1ex) 는 우심방벽과 상대 정 맥

수용체 반사가 감소되 어 있어서 종종 수술 전후에 혈 역 학적 으

이 만나는 곳(cavoatrial junction) 에 위 치 한 뻗 침 수용체( 신장

로 불안정한 모 습을 보인다.

수용체 ， stretch receptor) 에 서 생 긴 다. 우측 심장의 충만압이

증가하면 연수의 심 혈 관중추로 미주신 경 의 구심 신호가 간다.

(2) 와악수용체 반사

이 러한 구심 신호는 부교감신 경 의 활동을 억 제 해 서 심 박수를

화학수용체 세 포들은 목동맥토리 ( 경 동맥 체 ， carotid bodies)

증가시 킨다 또한 심 방이 늘어 나는 것으로 굴심방결절(동방결

와 대 동맥 토 리 ( 대 동맥 체 ， aortic body) 에 위 치 하고 있다 이

절， sinoatrial node ) 에 직 접 적 으로 영향을 미쳐 심 박수가 증가

세포들은 pH 상태와 혈 액 산소분압의 변화에 반응한다. 동맥

하기 도 한다. 심 박수의 변회는 자극 전의 기 저 심 박수에 따라

혈산소압력 (Pa02) 이 50 mmHg 미 만으로 멀 어 지 거 나 산증 (acidosis) 이 있을 경 우 화학수용체는 헤 링 의 통신경 (sinus

다르다.

nerve of Hering) ( 혀 인두신경 의 한 분지)과 1 0 번 뇌신경을 통

(4) 베졸드-자리쉬 반사

해 서 연수의 화학감수영 역 (chemosensitive area) 에 신호를 보

베 졸드- 자리 쉬 반사{Bezold-]arisch Ref1ex)는 심 실벽 내 의 화

낸다. 이 부위는 호흡중추를 자극해 서 호흡동인 (ventilatory

학수용체와 기 계수용체 에 서 해로운 심 실 내 자극을 인식 해 서

drive) 을 증가시 킨다. 이 에 더 해 부교감신 경 계 의 항진이 이 어

저 혈 압， 서 맥 ， 관상동맥확장의 세 징 후(triad) 를 보 이 는 것 을

지 고 심 박수와 심 수축력 이 줄어들게 된다. 지속적 인 저 산소증

말한다. 활성화된 수용체는 미 주신 경 의 민말이 집 구심 신경 C

의 경 우에는 중추신 경 계 가 직 접 자극되 어 그 결과， 교감신경

형 (unmyelinated vagal afferent Type C) 섬 유를 통해 신호를

활동이 증가한다.

보낸다. 이 섬 유들은 반사적으로 부교감신경을 항진시 킨다. 이

Chapter 5

심장생리학

•

115

것 이 서 맥 을 유발하기 때문에 베졸드-자리쉬 반사는 심 장을 보

구 주변조직을 잡아당겼을 때 생 긴다. 신장수용체는 외 안근 속

호하는 반사로 생각된다 이 반사는 심근 허 혈 이 나 경 색 과 같

에 위 치 해 있다 활성화되 면 신전수용체들은 짧은섬모체신경

은 심 장질 환들 ， 혈 전용해술 (thrombolysis) ， 동 맥 재 개 통술

과 긴 섬 모체신경 (short and long ciliary nerves) 을 통해 구심

(revascularization)과 실신에 대한 생 리 적 반응과 관련이 있

성 신호를 보내게 된다. 섬모체신경은 삼차신 경 의 눈신경분지

다. 나트륨이 뇨펠 티 드 수용체( natriuretic peptide receptors)

(ophthalmic branch)와 섬 모체 신 경 절 (ciliary gangilion) 에 서

는 내 인성 ANP 나 BNP 에 의 해 자극되 어 베졸드-자리 쉬 반사

합쳐 진 다. 삼차신 경 은 이 신호를 갓 세 르신 경 절 (gasserian

를 완화시 킬 수 있다 따라서 베 졸드-자리쉬 반사는 심 비 대 가

gangilion) 로 전달해서 부교감신경을 항진시 키고， 서 맥을 유

있 거 나 심방세동이 있는 환자에서 덜 두드러 질 수 있다.

발한다. 이 반사가 눈수술 중 생 기 는 빈도는 30-90% 정 도 이 다.

글 리 코피 롤레 이 드(glycopyrrola te) 나 아트로핀( atropine) 과

(5) 발살바법 성 문을 닫고 숨을 세 게 내쉬는 것은 흉강내 압력 ， 중심 정 맥 압

같은 항무스카린성 제 제 를 투여하면 눈수술 동안 서 맥 의 빈도 를 줄일 수 있다(62장 참조) .

을 높이고 정 맥 환류를 줄인다. 심 박출량과 혈압은 이 발살바법 (valsalva maneuver) 조작으로 감소할 것 이 다. 이 러한 감소는 압수용체에 서 감지 되 어 교감신 경 계 항진을 통해 심 박수와 심 근수축력 이 반사적으로 올라갈 것 이 다. 성문이 열 리 면 정 맥 환

참고문헌

류가 증가하고 심장은 세 게 뛰고 혈 압은 올라간다. 이 러 한 혈

Bers DM. Cardiac excitation-contraction coupling. Nature 2002; 415: 198-205 Braunwald E， Zipes DP， Libby P. Heart Disease. 6th ed. Philadelphia， WB Saunders 2001 Brodde OE， Michel MC. Adrenergic and muscarinic receptors in the human heart. Phannacol Rev 1999; 51: 651-89 Campagna JA， Carter C. Clinical relevance of the Bezold-]arisch reflex Anesthesiology 2003; 98: 1250-60 Du χ) ， Fang L， Kiriazis H. Sex dimorphism in cardiac pathüphy�iülügy Experimental findings， hormonal mechan isms ， and moleculal mechanisms. Pharmacol Ther 2006; 1 1 1 : 434-75. Fuster V. Hurst’ s the Heart. 10th ed. New York， Mc Graw-Hill. 2001. Katz Physiology of the Heart. 3rd ed. Philadelphia， Lippincott-Raven‘ 2001. Maieb EN. Human Anatomy and Physiology， 5th ed. San Francisco， Pearson Benjamin Cummings. 2001. Matthew N. Levy MD. Cardiovascular Physiology， 8th ed. St. Louis， C.V Mosby. 2001 Opie LH. Heart physiology: from cell to circulation. 4th ed. Philadelphia， Lippincott-Raven. 2004

압 증가는 다시 압수용체에 서 감지 되고， 이 로 인해 심 장으로 가는 원심 성 부교감 경 로가 활성화된다.

(6) 쿠싱 반사 쿠싱 반사{cushing reflex) 는 뇌 내 압력 의 증가로 야기 되는 대 뇌 허 혈 의 결과이 다. 숨뇌 ( 연수) 의 혈관운동중추(medullary vasomotor center)의 대 뇌 허 혈은 먼저 교감신경 계를 활성화 한다. 이 런 활성화는 대 뇌 순환을 향상시 키 려고 심박수， 혈압， 심 수축력을 증가시 킨다. 혈관긴장도가 높기 때문에 압수용체 에 의해 매 개 되는 반사성 서 맥 이 곧 뒤 따르게 된다.

(7) 눈심장 반사

눈심장 반사(oculocardiac reflex) 는 안구를 압박했을 때 나 안

AM.

C h a pt e r

6

호홉생 균J

전종헌

차 려| 01 . 정상인의 폐기능

1 ) 환기 2) 폐용적 3) 호홉역 학 4) 가스분포 5) 가스의 확산

6) 폐관류 7) 저 산소혈중과 고탄산혈증의 원 인

02. 마취

시

3) 마취중 환기와 혈류 분포 4) 마취중 환기 관 류 조화 5) 마취중 폐 기능에 영향을 미 치는 인자

폐기능의 변화

1 ) 마취중 폐용적과 호홉역 학 2 ) 마취중 무기폐와 기도폐쇄

m 정상인의 폐기능

1 ) 환기 (1 ) 사강과 며|포완기

폐 의 가장 중요한 역 할은 혈 액 에 산소를 공급하고 이산화탄소

폐는 규칙 적 인 호흡에 의해 신선한 공기 가 공급된다. 성 인의

를 제 거 하는 것 이 다. 이 것은 폐포와 폐모세혈관의 혈 액 사이 에

경 우 휴식상태 에 정상 1 회호흡량은 0. 5-0.6 L 이 며 호흡횟수의

가스교환으로 이 루어 진 다. 공기 가 규칙 적 인 호흡으로 폐포로

평 균은 16회/분， 범 위 는 1 2-22회/분이다. 뇌 간의 호흡중추가

내 려 가면 흡 입 가스 속에 산소가 폐포상피 벽 ， 사이 질조직 ， 모세

정상이 라면 대사수요와 폐 기능이 호흡의 양과 속도를 결 정 하

혈관내 피 벽 등을 통 해 확산되 어 적혈구 내의 헤모글로빈과 결

며 정상에서 7-8 L!min를 유지한다.

합한다. 이산화탄소는 혈 액세포나 혈장에서 폐포로 반대 방향

흡 입 되는 가스의 모두가 폐포로 가지는 않는다 약 100-150

으로 확산되고 배출된다. 사람의 폐 에 서 가스교환은 폐포의 환

mL는 기 도에 국한되 어 가스교환이 이루어 지 지 않는다. 이 러

기 ， 폐포모세혈관막을 통한 확산， 폐모세혈관계의 순환 또는

한 사강은 1 회호흡량의 30% 정 도로 이 경우 VDS/Vl 비 는 0.3

관류 등에 의 해 이루어 진다.

이 된다 (그림 6-1 ) . 나머 지 는 폐포와 호흡세 기 관지 에 도달하여

폐는 마취와 기 계호흡에 의해 항상 영향을 받는다. 이 러한

결국 폐포환기 는 5 L!min 정 도이 고 이 는 심 박출량과 유사한

현상은 건강한 사람이 나 심 폐 질환이 없는 환자에서 도 볼 수 있

값이므로 전체 적 인 폐 포 환기-관류 비 는 약 1 이 된다. 분당환

으며 생 명을 위 협 하는 저산소증을 일으킬 수도 있다. 이 미 폐

기 량이 증가되는 주요한 원 인은 육체 적 인 운동， 흡입산소농도

질환을 가지고 있는 환자에서 가스교환은 각성 중인 사람에 비

의 감소， 사강환기 의 증가， 대사성산증 등이 있다

해 더 손상 받을 수 있다. 그러므로 마취와 기 계호흡 중에 발생 할 수 있는 기 능적 손상에 대 해 올바로 이 해 하면 가스교환의

(2) 사강흰기의 증가

심 각한 손상을 예방할 수 있을 것 이 다

사강이 증가하면 정상 PaC02를 유지 하기 위해 환기는 잃 은 만 큼 증가되 어 야 한다. 마우스피스， 밸브， 마스크 등을 사용할 때

118

•

PART 1

역사와 기본원리 정상 폐

만성 폐쇄성 폐질환

폐색전 해부학적 사강

때 M nu A〔 r-L ·Uv ·Uv Uv

0.4 - 0.9

0.3 5

7. 1

( Umin) ( Umin)

5 8.3 - 50.0

( Umin) ( Umi미

그림 6-1 • 정상 폐와 병에 걸린 폐에서 사강환기와 떼모환기 이산화탄소 제거방법으로 측정해 보면 혈류차단과 관류랑에 대한 과도한 며|모환기는 사강을 증가시킨다- 사강이 증가할 때 폐포환기량을 유지시키기 위해 분시환기량이 증가한다. VA. 폐포환기 ‘ VD!VT. 사강/1호|호홉량 비 VE. 분시환기량(사강과 폐 포환기의 합) (출처 Courtesy 01 the editor 01 the BMJ series Respiratory Measurement.)

사강은 증가하며 이를 ‘기구사강’ 이 라 하고 25 mL 에 서 수백

로 PaC02가 증가한 것을 보고 저환기 로 잘못 판단할 수 있다.

mL 까지 이를 수 있다. 이 에 비 해 원래 기 도에 존재하는 해부학

만약 PaC02 가 두 배 가 되면 정상 폐 포환기 의 이산화탄소 반

적 사강은 100-150 mL이 다 기 관지확장증은 해부학적사강을

이 제 거 된 것 이 며 ， 이 는 표 6-1 의 폐포가스공식 에 의해 추정 할

증가시 키 나 그 양은 매우 적 다. 폐 한 단위의 혈류를 차단하는

수 있다.

폐 색 전 처 럼 관류가 안 되는 폐 포의 환기로 인해 사강이 많이

건강한 폐를 가진 사람에 게도 어 느 정도의 환기-관류 불균

증가할 수 있는데 이를 ‘폐포사강환기’ 라고 한다 (그림 6-1 ).

형 은 있으며 ， 해부학적 사강과 색 전 또는 환기-관류 불균형 에

우 또는 좌 폐동맥 이 막히 면 하나의 폐 전체에 관류가 되 지 않

의 해 서 발생한 폐포사강을 합하여 ‘생 리 적 사강’ 이 라고 한다.

아 가장 나쁜 경 우가 된다. 이 때 사강비는 0. 3 에 서 0.6으로 증 가하여 정상의 거 의 2 배 가 된다. 사강이 0 . 7-0. 8 이상으로까지

(3) 과왼기와 훈동

증가하는 폐색 전증에서 5 L/min 의 보통 폐포환기를 유지하기 위 해 서 는 분당환기 량을 7-8 에 서 20 L/min 까지 증가시 켜 야 하

분당환기 량을 휴식상태보다 최 대 20배 이상， 즉 여지는 100 L/min ， 남얀 1 50 L/min 이상으로 30초 정 도의 짧은 기 간 동

며 ， 색 전 이 지주 재발하는 환자는 심한 저산소혈증이 없어도

안 자발적으로 증가시 킬 수 있다. 또한 대사수요의 증가가 없

호흡곤란을 호소한다. 천식 ， 만성 기 관지 염 ， 폐공기종과 같은

는 과환기는 PaC02를 낮추고 의 식 에도 영향을 줄 수 있으므로

폐 쇄 성 폐 질환에서 도 사강이 증가한다. 이 러한 환자에서 기 도

환기능력 시 험 에 서 호기 가스의 재흡입 이 나 C02를 호흡가스에

가 폐 쇄 되 어 관류에 비 해 환기 가 저 하되는 지 역 이 증가하여 낮

추가하여 PaC02를 정상 수준으로 유지하여야 한다 1 회 호흡량

은 비 의 환기-관류 불균형과 같은 문제가 발생한다. 동시 에 흡

을 폐활량의 2/3 인 2. 5-4 L 로 또는 호흡수를 40회/분 이 상으로

입공기 가 폐 의 다른 부위로 가서 관류보다 환기 가 많아져 높은

하여 환기를 증가시 킬 수 있으나， 최 대로 육체운동하는 동안

VA/Q 비 의 환기 관류 불균형 이 발생하고 가스교환에서 사강

분당흰기 량은 최대 능력 의 2/3 정도만 증가하여 정상 여 자， 남

이 증가한 것과 같은 효괴를 보이 며 ， 또한 사강으로 측정된다

자， 운동선수에서 각각 65 L/min ， 100 L/min ， 150 L/min 정 도

(그림 6-1 ) .

증가한다.

중증의 만성 기 관지 염 에 서 VA/Q 비 는 0.8-0. 9 가 될 만큼 50 L/min 으로 환기 시 켜 야 하는데 이는 정상인 에 서 도 매우

2 ) 폐용적 ( 1 ) 기능잔기용량

어 렵 다. 그 러 므로 폐 포환기 가 감소하여 Pa C02는 증가한다.

정상적 인 호 기 후 에 폐 내 에 남아 있 는 공기 의 양을 ‘ 기 능잔기

사실은 과환기 를 하고 있는 기 관지 염 환자에서 폐포 저 환기

용량’ 이 라고 하며 (그림 6-2) 3-4 L 정도로 성 별 ， 나이 ， 신장， 체

높다. 이 러 한 환자에 서 정 상 PaC02를 유 지 하기 위 해 서 는 30

Chapter

PAOz

= -R뿜 [

+ PAC02 X F 102 X

P102

•

119

적 은 공기는 폐 포 내 에 가스 변화를 매 우 커 지 게 하고， 혈 액 내

표 6-1 폐포가스 공식

폐포산소분압( PA02)

6 호흩생리

�뿜]

.

2

2

2 p n「 =

땐 R n「 쩌 nr

PI02는 흘입산소농도， PAC02는 폐포이산화탄소분압(동맥헐PC02와 같다고 가정)， R은 호흘비(정상에서 0.8 - 1 이 FI02는 흘입산소농도 01다. 대괄호 안의 식은 떠|포모세혈관막에서 일 어 나는 이산화탄소제거량보 다 더 많은 산소섭취량을 보정하기 위한 것이다. 이 러 한 보정부분을 뺀 간략한 방정식은 다음과 같다.

의 Pa02와 PaC02의 변화도 커 지는데 이 러 한 현상은 폐용적 이 줄어든 환자에서 볼 수 있다. 운동하는 동안 환기 가 증가하면 1 회호흡량도 흡기와 호기 모두 증가하며 기 능잔기용량은 약 0. 5 L 가 감소한다. 그러 나 천식 에 서 처 럼 기 도폐 쇄 가 있을 때는 호기 가 늦어 지 면서 호기 말에 폐용적 이 증가한다. 이 러한 현상을 ‘공기포착( air trap­

ping)’ 이 라고 하며 좁은 기 도에 서 가스흐름에 대한 저항을 감 소시 키 는 수단이 되 나 호흡운동량을 증가시 킨다 (그림 6-2).

폐조직 의 탄성 력 이 나이 가 들어감에 따라 줄어 들기 때문에 기 능잔기 용량은 증가한다. 이 때 폐를 수축하려는 힘 은 감소되 어 흉벽 이 밖으로 커 지 려는 힘과 더 큰 폐용적 에 대 해 안으로

폐포환기 폐포환기량(VA)은 다음과 같이 표현할 수 있다 VA =

fx (Vr - VDS)

여기에서 f는 분당호흘수 \IT는 1회호흘량， VDS는 생리사강을 말한다 며|포환기량은 다음 공식으로 구할 수 있다， VC02

=C

X VA X FAC02

여기서 VC02는 이산화탄소제거 랑， C는 변환상수， FAC02는 펴j포이산 화탄소농도를 말한다. 만약 VA를 L!min로 VC02를 mL!min로 표현하고 FAC02는 PAC02 (mmHg)로 대치하고， C :::: 0.863이라고 하여 다시 표현하면 다음과 같다

=

0.863

Vco2 X V A = ---=---PAC02

오그라드는 폐의 힘 의 균형 점 이 바뀐다. 만성 폐 쇄 성 폐 질환 환자에 서 만성 적 인 공기포착 효과와 특히 폐공기종에 서 처 럼 탄력 조직 이 많이 소실되 어 보통사람보다 나이 에 따르는 기 능 잔기용량이 빨리 증가한다. 기 능잔기용량은 폐 가 섬 유화되는 특발성 섬 유증， 진폐증， 육아종증， 혈관염과 같은 폐질환에서는 감소한다. 심 한 경 우는 1 . 5-2 L까지 감소하며 폐 절제술을 시 행 했을 경 우도 기 능잔기 용량은 감소한다. 그 러 나 남아 있는 폐 가 팽 창되 고 절 제 된 후 에 남아있는 공간에도 채 워 져 보상성 폐공기종으로 발전할 수 도 있다 ( 그림 6-2) .

(2) 전며|용량 잔기 량 며|앓량 최 대 흡기 후에 폐의 가스용적을 ‘총폐용량 (total lung capaci­ ty ， TLC)’ 이 라고 한다. 보통 6-8 L 정 도로 COPD 환자에서 정 상폐포의 과팽창이 나 폐공기종과 같이 탄력조직 의 소실로 폐 포 벽 이 파괴 되 면 총폐용량은 증가한다 심한 경 우 약 50% 증 가하여 1 1-12 L까지 증가할 수 있으며 반대로 섬 유화의 정 도에

중에 영향을 받는다. 기 능잔기용량은 신장과 나이 에 따라 증가

따라 3 - 4 L까지 감소할 수 있다 ( 그림 6-2).

하며 체중에 따라 감소하고 여 자가 남자보다 적 다. 폐 가 안쪽

최 대호기 노력 후에도 폐의 일부에는 공기 가 남으며 정 상적

으로 오그라드는 힘 과 흉벽 이 밖으로 커 지 려는 힘 의 균형 이 그

으로 어 떤 지 역도 허탈되 지 않는다. 계속 남아 있는 용적을

양을 결정한다 폐 의 탄력 되 됨(elastic recoil) 은 폐조직 의 탄력

‘잔기 량 (residual volume ， RV)’ 이 라고 하며 2-2 . 5 L 정 도 된

섬유와 기 도의 민무늬근의 수축력 ， 폐포의 표면장력으로 이 루

다. 모든 가스가 다 빠져 나가기 전 에 호기 가 멈 추는 이 유는 두

어 진다. 흉벽 이 밖으로 커 지 려는 힘 은 늑골， 관절， 근육 등에

가지 이 다. 하나는 직 경 이 2 111m 이 하의 가는 기 도는 폐 포가 허

의해 만들어 진다. 호기 후에도 폐 내 에 가스용적 이 지 속되 면

탈되 기 전에 닫히 고 이 러한 가스의 포착이 폐포가 압축되 어 비

액 체 액 제 사이 기 Cinterphase) 를 가 진 허 탈된 폐포를 팽 창시 키

어 지 는 것을 막는다. 또 하나는 흉벽 ， 늑골， 횡 격 막 등은 폐 의

는 것보다 호 기 동안 폐포가 허탈되지 않는 액 체-가스 사이 기

모든 가스가 다 나간 후에도 비틀리 지 않 기 때문이다

를 가진 개 방된 폐 의 폐포벽을 팽창시 키는 것 이 저항이 더 작

흡기와 호기를 할 수 있는 최 대 용적 을 ‘폐활량(vita l capac­

기 때문에 폐포를 다시 재 개 방시 키는 것 이 쉽 다. 또한 폐 내 에

ity ， VC)’ 이 라고 한다. 폐활량은 총폐용량에서 잔기 량을 뺀 값

남 아 있는 가스와 흡기공기 가 섞 여 서 호흡주기 동 안 일 어 나는

으로 약 4-6 L이 며 제한성 폐 질환에서 폐활량은 잔기 량이 감소

산소와 이산화탄소 농도의 변화를 안정화시 킨다 폐 내 에 아주

하기 전에 감소한다. 그 러 나 폐쇄성 폐 질환에서 도 폐활량은 감

.

PART I

역사와 기본원리

’」」 Q

1 20

계 의 역학을 잘 이 해하여 야 한다.

(l ) 호픔계의 탄성

。〉

폐는 탄력 있는 고무풍선처 럼 반동함으로 정 해 진 폐용적 에 서 폐 를 팽 창시 키 려 면 일 정 한 압력 이 필요하며 이 를 ‘ 경 폐 압

(transpulmonary pressure ， Ptp)’ 이 라고 하며 흉막압에서 폐

〉￠

포압을 뺀 값이 된다. 폐 가 팽창되 면서 일정한 용적 이 증가하

， --’ ’ 카 U 미 ， ‘ 〉 α 버

A

ü〉 ü←..J

〉α

B

I l

Q〉

〉r

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는데 이 에 요구되는 압력은 더 욱 커 진다(그림 6-3) . 이 와 같은 압력-용적관계 의 곡선은 탄력 성 구조의 특징을 잘 나타내고 있으며 고무 밴드에 서 볼 수 있는 힘-길이관계 의 곡선과 유사 하다. 폐의 탄력 성 성 질을 ‘탄성 (compliance)’ 이 라고 하며 탄성 력 (elastance) 의 역 비 다 탄성은 폐용적 의 변화를， 용적을 증가 시 키 는 데 요구되는 압력 의 변화로 나눈 값이 며 ， 정 상의 폐탄 성은 약 0 . 2-0. 3 L/crnHzO， (2-3 L/kPa) 이 다. 그림 6-3 에 서 보 는 것 처 럼 폐용적 이 증가하면 탄성은 감소한다. 그러므로 폐탄 성을 측정할 때 폐용적은 매우 중요하며 폐탄성을 반복적으로 기 록함으로써 병 의 진행을 감시할 수 있다. 또한 폐가 전부 또 는 일부 절제되 었다면 남아 있는 폐조직의 변화가 없더 라도 탄 성은 감소한다. 섬유성 폐질환 환자에 서 탄성은 감소하며 압력 - 용적곡선은 그림 6-4에 서 처 럼 평 평 해지 고 우측으로 이동한다 이 러 한 곡 선은 폐 탄력성 성 질의 변화에 민감하지 만 이 것으로 질 병 을 구

C

•

강제호기

강제흘기

최대수의 호흘

건강한 성인에서 환기와 폐용적 정상 며I(A)， 제한성 폐질환 환자 (8)， 만성 폐쇄성 폐질환 환자(C) 폐섬유증 환자에서는 폐활량vital capacity， VC) 감소와 호기유랑속도의 증기를 보인대정상기울기보다 더 가따른 강제호 기곡선) 폐쇄성 폐공기종 환자에서는 잔류용량{residual volume， RV)의 증가， 펴|훨랑의 감소， 느린 강제호기 등을 보이며 과환기 동안에 공기포착이 발생할 수 있다. ERV(expiratory reserve volume) 호기예비용량， TLC(total lung capacity) 총폐용량 (출처 Courtesy 01 the editor 01 the BMJ series : Respiratory MeasuremenU

그림 6-2

분하는 데 사용하는 것은 바람직하지 않다. 특발성 섬유증， 폐 포단백증， 육아종증과 같은 사르코이 드증， 사이 질 및 폐포 부 종은 모두 탄성을 감소시 키 고 압력 -용적곡선을 평 평 하게 하여 우측으로 이 동시 킨다 폐공기종과 같이 폐조직 의 탄력 성 소실은 그림 6-4에 서 와 같 이 곡선의 경 사가 급해지 고 좌측으로 이 동시 커 지 만， 만성 기 관지 염 이 나 천식 에 서 는 이 러한 변화를 볼 수 없다. 이 러 한 압 력 -용적곡선을 기 록함으로써 흉부방사선사진만으로 쉽 게 할

수 없는 폐공기 종의 진단을 확립 하는 데 도움을 준다. 또한 흉 부방사선사진에 서 볼 수 있는 과다한 공기는 폐조직의 탄성 력

소한다. 만성 적 인 공기 포착으로 잔기 량이 늘면서 대신에 폐활

소실이 있을 때 와 없을 때의 폐쇄성 폐 질환을 구분하지 못한

량이 감소하기 때문이다. 이 경 우 이 미 언급했듯이 총폐용량도

다. 이 때 고해상도의 전산화단층촬영 (computed tomography ，

증가할 수 있으나 잔기 량의 증가에 따라 비 례 하지 는 않는다.

CT) 이 미묘한 폐구조를 보여줌으로써 감별진단을 할 수 있게

심한 폐공기종에 서 총폐용량이 1 2 L 경우 잔기 량은 1 1 L 이 고

도와준다.

폐활량 1 L 일 수도 있다

흉벽은 그 자체가 펌 프의 일부분으로 작용하기 때문에 호흡 에 대한 탄력 성 의 저항으로 작용한다. 흉벽 의 탄성을 측정할

3 ) 호흡역 학

때는 완벽하게 호흡근의 근이완이 이루어 져 야하므로 보통 사

흡입공기 의 분포를 조절하는 기 전을 알고 이 를 기 록함으로써

람의 경우에는 시 행하기 어 렵 다 그러나 기 계호흡과 근이완 동

폐 질환의 진단과 예후의 수단으로 사용할 수 있기 때문에 호흡

안 호흡근이 쉬 고 폐와 흉벽 이 팽창되 었을 때 늑골과 횡 격 막이

Chapter

6 호흘생리

•

121

1 00

?fl.

펌6 앤2

에lO

""

50

20

-10

0

10

20

30

40

경펴|압(c mH20)

•

펴|의 압-용적관계. 전형적인 탄력성 구조를 보이는 곡선관계이다 위쪽 구역의 흉막압이 더 낮기 때문에 곧게선 자세에서 구역에 따른 경폐압(입-흉막압) 은 바닥쪽보다 꼭대기쪽 펴| 단위에서 높 다 이로 인해 압-용적곡선에서 펴|의 위쪽 구역과 아래쪽구역이 서로 다른 위치에 해당되어 아래쪽 폐구역은 위쪽구역에 비 해 동등한 경폐압의 증가에서 더 많이 확 장된다

그림 6-3

_

유일하게 탄성 력 의 저항으로 작용하기 때문에 흉벽 의 탄성을

(2) 호흘계의 저 앙

측정할 수 있다. 폐용적 의 변화를 흉막압의 변화로 나눈 값을

호흡하는 동안 기 도를 따라 가스가 흐름으로써 저 항이 생 기 는

‘흉벽 의 탄성 ’ 이 라 하고 폐 의 탄 성 과 대 략 비 슷하여 0. 2

데 이 를 극복하기 위 해 압력 이 필요하다. 게 다가 흡기와 호 기

L/cmH20 정도이다 비만， 전신부종과 관련된 질환， 강직 성 척

동안에 일 어 나는 폐조직 의 여 러 구성요소들과 흉벽 의 움직 임

추염과 같은 관절질환에서 감소한다.

도 저 항으로 작용한다. 이 러 한 저 항은 추진력을 가스 유량(속) 으로 나눈 값으로 표현한다. 유량은 기 도가 개 방되는 부위 ， 즉 입 이 나 묘에서 측정하고 기 도 ， 폐조직 ， 흉벽 등의 세 가지 저항

10

을 계산할 때 적 용된다. 기 도저 항에 서 추진력은 입 또는 코에

니」 R -휩 빼 F ) (

폐공기종 천식 기관지염

9

서 측정한 압력 에 서 폐포압을 뺀 값이고 폐 저 항과 흉벽 저 항에 서 는 각각 경 폐 압과 흉막압이 변화한 부분이다.

8

유량은 소용돌이 에 의해 무질서 한 양상을 지 니 는 와류와 한

7

정상폐

방향으로 가는 유선형 의 층류가 있다. 와류의 유량은 압력 의

6

제곱에 비 례 하고 압력 이 덜 펼요한 층류는 선형으로 비 례 한다. 가스의 흐름은 큰 기 도， 기 관지 의 분기부와 그 일부 등에서 는 와류가 형 성 되고 ， 그 외 작은 기 도에 서 는 층류가 형 성 된다 가

4

스가 흐르는 데 요구되는 대 부분의 에 너 지 ， 즉 압력은 큰 기 도

서 。 ""

3

口"TT응

2

의 저항을 극복하는 데 거 의 다 쓰 이 고 정상인에서 측정 된 기 도저항의 약 20%만이 작은 기 관지 에 해당된다. 그러므로 직 경 2 mm 이 하의 작은 말초기 도에 서 저 항이 배 가 되 어 도 일반적 인 기 록방법으로는 알아내 기 어 렵 다.

0 -0.5

•

0

0.5

1 .0

1 .5

2.0

2.5

3.0

3.5

경폐압(kPa)

건강한 폐와 병에 걸린 폐의 압 용적곡선의 예. 섬유성 며|질환 의 곡선은 가장 펀펑하여 폐용적의 변화에 대해 압력의 변화와 호홉작업량은 매우 커진다 천식과 기관지 질환의 압-용적곡선은 정상에서 평행이동하여 탄성은 변하지 않고 펴|용적은 증가한다 폐공기증 환자에서는 탄력조직의 소 실로 곡선이 가따른 경사를 보이는데 이는 호흘작업량을 감소시킬 수 있으 나 천식과 기관지 질환에서처럼 기도저항이 증가하여 전체 호흘작업량은 증 가하게 된 다 (출처 Courtesy 01 the editor 01 the BMJ series Respiratory MeasuremenU

그림 6-4

공기 흐름에 대 한 저 항은 정상에 서 약 1 cmH20/L/sec 이 며 폐 쇄 성 폐 질환의 경 우 경 도에 서 중증도의 천식 이 나 기 관지 염 이 있으면 5 cmH20/L/sec 까지 증가하고 심하면 1 0 cmH20까 지 증가한다. 8 사이즈의 기 관내 튜브를 사용하여 호흡하면 1 L/sec 의 유량에서 5 cmHzO/L/sec 의 저 항을 보이고， 7 사이즈 의 기 관내 튜브를 사용하면 중증도의 천 식 수준 인 8 cmHzO/νsec 까지 증가한다 공기흐름에 대한 저항은 흡기 보다 호 기 에 서 더 클 수 있다.

1 22

.

PART I

역사와 기본원리 바로 누운 자세 에 서 는 등쪽에 주로 간다. 왼 쪽 옆으로 누운 자

:

R cmH20/Llsec 0.5

1

세 에 서 는 왼쪽 폐 의 아래쪽 부위로 공기 의 대 부분이 가며 ， 오

4 Llsec

6.0

른쪽 옆으로 누운 자세에 서 는 오른쪽 폐 가 주로 환기 된다. 이 와 같이 가스와 같이 가벼운 물질이 중력 의 영호t을 받는 이유 는 폐조직 의 압력-용적관계 가 곡션을 이 루고 폐 아래쪽으로 가

4.0

면서 흉막압이 증가하기 때문이다. 탄성 력 을 가진 조직의 압력 - 용적곡선은 용적 이 증가할수록 일정한 용적을 증가시 키 는 데 펼요한 힘 이 더 욱 증가한다. 폐

2.0

V

잔기량 FRC

총펴|용랑

그림 6-5 • 유랑속도의 변화에 따르는 펴|용적과 기도저항의 관계. 폐용적의 감소에 따라 기도저항은 증가하는데 기능잔기용랑(FRC) 이하에서 두드러지 게 나타난다. 유랑속도의 증가에 따라 기도저항은 증가하며 적은 폐용적에서 는 심한 전식에서 볼 수 있는 경우와 같이 기도저항이 매우 높아진다

전체가 일 정 한 폐포압을 가진 경우 폐꼭대 기 에서 바닥으로 흉 막압이 증가하변 경 폐 압은 감소하여 곧게 선 자세에 서 폐꼭대 기는 의존성 의 바닥쪽보다 높은 경 폐 압에 노출되 어 폐포 크기 도 커 진다. 이로 인해 위쪽과 아래쪽 폐는 압력 - 용적곡선에서 서로 다른 지 점 에 위 치 하게 된다(그림 6-3) . 흡기 동안 흉막압 은 감소하는데 경 폐 압의 변화가 같을 경 우 폐포 크기 가 작은 아래쪽 폐 가 위쪽 폐보다 더 팽창한다 ( 이 때 흉막압은 흉강 내

특히 강제적 으로 호흡히는 경우와 폐쇄성 폐 질환 환자에서 호

에서 거 의 일 정 하게 변화한다) . 그러므로 건강한 사람은 그림

기근육의 노력은 폐포를 비우는 데 뿐만 아니 라 기 도를 더 좁

6-3 에 서 와 같이 폐의 아래쪽 부위 에 서 환기 가 쉽 게 이루어 진

히 는 데 작용하기 때문에 저 항이 더 커 진다. 반면에 흡기 노력

다. 폐는 수직 에 서 중력의 방향으로 흉막압 차가 발생하기 때

은 기도벽 밖에 작용하여 흉막압을 감소시 켜 흉곽 내에 기 도를

문에 신제 자세 에 의 해 환기 의 분포가 달라진다.

확장히는 데 도움을 준다. 그밖에 흉곽 내 에 없는 기 도， 인두，

흉막압의 차이 가 발생하는 이 유는 폐 자체 의 무게에 의한

후두， 기 관 등의 기 도에 서 는 흡기 동안 대 기 압에 노출되 어 있

것으로 흉곽 내에서 아래쪽보다 위쪽에서 폐조직의 무게 가

는 벽 바깥쪽보다 안쪽에 낮은 압력에 영향을 받는다. 이 러한

덜 작용하기 때문이 다. 공기 로 차 있고 관류되 는 폐는 평균밀

생 리 적 결과를 이용하면 기 도저항 증가가 흉곽 내 에 서 왔는지

도가 0 . 3으로 흉막압을 수직 높이 에 따라 아래 쪽으로 0. 3

밖에서 왔는지 구분할 수 있다. 만약 흡기 동안 저 항이 증가한

cmHzO/cm만큼 증가시 킨다. 만약 부종 때문에 폐 의 무게 가

다면 흉곽 외 에 기 도가 좁아진 것 이 며 ， 호흡곤란이 있는 신생

더 커 지 면 흉막압의 차이도 더 커 지 고 폐포의 크기 차이도 더

아에서 는 상기도의 뒷당김과 그로 인한 호흡노력 을 볼 수 있다.

커 진다 반대로 가벼 워 진다면 수직 에 대 한 흉막압 차이 가 작

폐조직과 흉벽 의 저 항은 아직 덜 알려 져 있다. 폐조직의 저

아져 가스분포도 더 균일해 진다.

항은 정상인에서 약 1 cmHzO/L/sec 이 며 만성 폐 질환에서 3-4

수직 에 따르는 흉막압의 차이는 엎드린 자세 에 서 바로누운

배 가 증가할 수 있고， 기 계환기 가 펼요한 급성호흡곤란증후군

자세 에 비 해 작아진다 이 는 심장의 무게 때 문으로 바로누운자

에 서 는 폐조직과 흉벽 저 항의 합이 증가한다.

세 에 서 는 심장이 폐 의 의존성 부위 에 압박을 주나 엎드린자세

호흡저항， 특히 기 도저 항은 폐용적과 관련이 깊 다. 흡기 동

에 서 는 심장이 흉골에 무게가 가해져 비 의존성 부위에 폐를 더

안 기 도와 폐포는 팽창하고 기 도의 저 항은 감소한다. 호기 동

팽 창시 키 게 되 어 흡입 가스의 분포가 더 균일해진다. 이는 동위

안은 기 도가 좁아져 서 저 항이 커 진다 기 도 저 항은 기 능잔기용

원소에 의한 실 험 에 서 도 증명 되 었다

량 수준에서 약 1 cmHzO/L/sec 이 나 호흡으로 폐용적 이 증가

이 와 같은 흡입가스의 분포는 0 . 5 L/sec 이 하의 유량으로

하면 조금 감소한다 반대로 호기 동안 잔기 량 수준에 도달하

호흡한다면 거 의 같을 것 이 다. 그러나 유량이 증가하면서 기 도

면 5-8 cmHzO/L/sec 로 증가한다 (그림 6-5) .

저 항이 구 역 에 따라 차이 가 생 겨 분포에 영 향을 미 치 게 된다. 폐조직은 폐포와 기 도 모두 아래쪽보다 위쪽 부위에서 더 팽 창

4) 가스분포 (1 ) 흘입가스의 문포: 탄성 ， 저 앙， 기도며|쇄의 효과

는 분포 양상도 변화시 켜 더 많은 가스가 위 쪽 부위로 분포한

흡입 되는 공기는 폐에 균일하게 분포되 지 않는다. 정상호흡 동

다. 동위원소를 이용한 연구에 의하면 0.3 L/sec 의 유량에서

안 대부분의 가스는 아래쪽의 의존성 부위에 분포하게 되는데 ，

환기 의 약 2/3 가 폐 의 아래쪽 부위로 가는데 ， 흡기유량을 4-5

곧게 선 자세나 앉은 자세 에 서 는 기 저부 또는 횡 격 막부위 에 ，

L/sec 로 증가시 카 면 폐의 위 아래 양쪽 부위에 균등하게 분포

되 므로 가스흐름에 대한 저항도 폐 의 위쪽 부 위 에 서 작다. 이

Chapter 6

호흘생리

•

1 23

한 역 할을 한다. 45-50세에서도 기능잔기용량 이상에서 기 도

1 .0

폐 쇄 가 발생할 수 있으나 70세 에 서 기 능잔기용량과 일 회호흡 량을 합한 것보다 폐 쇄용적 이 더 커 지 면 계속 닫혀 있을 수 있

콤 � 0.8

다(그림 6-8).

‘~‘。 F、 패j

폐 쇄 성 폐 질환을 가진 환자에서 커 진 폐용적 은 기 도폐쇄를

눔

위 아래 l 0.6

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•

발생시 킨다. 분비물， 기도벽의 부종， 기 관지 근의 긴장도 증가

/

등은 기 도내 강을 좁혀 폐 쇄 가 일찍 발생한다. 이 러한 변화는 작은 기도에서부터 시 작하기 때 문에 폐 쇄용적 의 측정과 기 록 은 기도질환을 조 기 발견하는 데 도움이 된다. 분비물， 부종， 경 련수축 등은 기 도내 강을 줄이는데 ， 이 러한 기 도폐쇄로 영횡노을 받은 부위에서는 환기 가 줄거 나 되 지 않게

2

3

유량속도(L!sec)

4

5

그림 6-6 홉기 유량속도의 변화에 대한 띠l의 윗부분구역/아랫부분구역의 환기비율 낮은 유랑속도에서 환기는 폐의 아랫부분구역에 더 많이 분포하나 운동할 때처럼 유량속도가 증가하먼 위 아래 고르게 분포된다 그리고 이것 은 가스교환을 하는 펴1조직과 폐포-모세혈관막의 사용을 효과적으로 증가시 킨다. (출처 Redrawn from data in Bake B， Wood L， Murphy B， et al Ellect 이 inspiratory I1 ow-rate on regional distribution 01 inspired gas. J Appl Physiol 37:8-17， 1974.)

하고 덜 막힌 부위는 오히 려 환기 가 증가된다. 만성 폐 쇄 성 질환 환자에 게 호흡을 편하게 하기 위 해 때 때 로 반정도 닫힌 입 술모양 (pursed lips) 으로 저 항에 대항해 서 호 기 하도록 가르친다 이 를 위 해 저 항에 작용하는 기 구를 사용하 기 도 한다. 이 기 구는 기 도 내 에 압력을 높게 하여 호기 동안 닫히는 것을 예 방하고 호흡을 편하게 한다. 이 러한 기 구는 기 도를 안정하게 하고 호기를 촉진시 킨다. 높은 기도내압은 호기 노력을 증가해 서 만 얻을 수 있으며 기도내압뿐만 아니 라 같은 정 도로 흉막압도 증가시 킨다. 또한 기 도 벽 에 걸 쳐 있는 기 도내

한다 (그림 6-6). 이 는 가스를 폐 전 체 에 적 절하게 전달하여 운

압이 감소하여 호기 저항이 없는 것과 같이 되 어 기 도는 불안정

동 시 폐포모세혈관막을 효율적으로 사용하도록 한다. 그러나

해 진다.

관류는 환기와 같은 이 러한 방법으로 조절되 지는 않는다.

결국 위와 같은 결 과는 호기 저 항으로 인해 폐용적 이 증가되

기 도는 호기 동안 점 점 더 좁아진다. 충분히 갚 게 숨을 내 쉬

고 호기 가 천천히 이루어 지 기 때문이다. 기 도를 안정하게 하기

면 의존성 폐 부위 에 기 도는 닫힌다. 호 기 동안 잔기 량 이상의

위해 경 폐 압과 경 기도내압을 증가시 키 려 면 폐용적을 늘리는

용적 에 서 닫히는 양을 ‘폐쇄량’ 이라 하고， 잔기 량과 폐 쇄량의

것 이 유일한 방법 이 며 ， 동시 에 기도직경은 커 지 고 저 항은 감소

합을 ‘폐쇄용적 (closing capacity ， CC)’ 이 라고 한다. 기 도폐쇄

한다. 느린 유속은 내보내는 힘 을 덜 쓰기 때문에 폐 포로부터

는 정상적 인 생 리 현상이 며 호기 동안 흉막압이 증가하기 때문

입 으로 가는 동안의 압력 이 감소되는 것을 줄여 기 도내 의 압력

이 다. 흉막압이 커 지 면 거의 대 기 압과 같은 기 도내 의 압력 보다

이 바깥쪽에 압력보다 낮아지는 기 도의 한 지 점을 입 쪽으로

더 커 진다. 안보다 더 큰 바깥쪽 압력 에 의해 기 도를 압박하고

이동시 킨다. 이와 같이 느린 호기 유량은 기도 내와 밖의 압력

나아가 닫히 게 된다. 흉막압은 위쪽 부위보다 의존성 부위에서

이 같아지는 동등압력 지 점(equal pressure pαnt ， EPP)을 큰

더 높기 때 문에 폐 의 아래쪽 부위에서 기 도의 폐쇄가 일 어 나기 시 작한다 (그림 6-7) . 그러나 젊은 사람에서 잔기 량까지 내 쉴

기도， 즉 입 쪽으로 이 동시 켜 서 익빨 기 도에 서 의 허 탈을 막는

다(그림 6-9).

때는 잘 일 어 나지 않는다. 하지 만 나이 가 들어감에 따 라 기 능

의 경우 정상호흡 동안에 간헐적 으로 의존성 부위 에 서 기도가

5 ) 가스의 확산 (l ) 기도와 며|포의 확산 약 14세대 까지 의 크고 중간크기 의 기 도는 가스의 흐름을 전달

닫히고， 이 는 흡기 동안 폐용적 이 폐쇄용적을 초과하면 재 개 방

하는 역 할을 하며 이 후 기 도는 점점 가늘어 져 1 5세 대부터 23

된다. 기 도폐 쇄 에 의한 환기 의 장애는 나이 가 들어 감에 따라

세 대 의 기 도는 폐포와 함께 폐 혈관과 가스교환을 한다. 기 도의 단면적은 기 관이 약 2. 5 cm2 ， 허 파봐리 에 들어 가는 14 세 대 가

잔기용량이 증가하여 흉막압은 양압이 되 어 65-70 세 에 서 는 기 도폐쇄 가 기 능잔기용량 이상에서 발생하게 된다. 따라서 노인

동맥혈 산소포화도가 감소하게 되는 중요한 원인이 된다. 폐쇄용적은 자세 에 따라 영향을 받지 않지 만 기 능잔기용량 은 바로 누운 자세 에서 줄어들기 때문에 이 때 기 도폐 쇄는 중요

약 7 0 cm2 23세대 가 약 0. 8 cm2 이 다. 전 체 폐포표면적은 약 ’ 140 m2 이 며 가스의 유속은 면적 이 커 지 면서 감소한다. 정상호

•

1 24

PART I

역사와 기본원리

흉막압 O cmHp

0.6

6.5 cmHp

A

0.4

드E~ 」

1 cmHp

0.2

0.0 0

B 기도펴|쇄

A 개방된 며포

•

0.01

0.1

10

1 00

그림 6-7 왼쪽 그림은 위쪽 펴I(A)와 아래쪽 폐(8)의 폐포 및 기도용량으로 흉막압은 며|의 가장 낮은 부위와 가장 높은 부위 사이에 약 7.5 cmH20의 압력 차이를 갖는다 이로 인해 위쪽구역은 기도와 폐포 안쪽이 높은 압력을 갖고 아래쪽구역은 기도와 폐포 바깥쪽이 높은 압력을 갖는 경폐압 기울기를 보인다. 기도가 폐쇄되면 막힌 부위 이하에서 폐포가스의 흡수가 일어나 무기펴|가 될 수 있다 오른쪽 그림은 다불활성 기체제거법에 의해 얻어진 폐환기/관류비의 분 포로 A는 정상 펴|환기/관류비로 왼쪽 그림의 위쪽 폐부위에서 폐포가 열리고 환기되는 것에 해당된다 B는 환기에 비해 관류가 많은 낮은 V A/Ò 비의 아래쪽 폐부위로 정상 호홉 중에 간헐적으로 기도폐쇄가 일어나는 노인에서 몰 수 있다.

5 →

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CC

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FRC

ι 。----l

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흡의 기 관에 서 평 균가스유속은 약 0.7 m/sec 이 나 폐포표면에 서는 0 . 001 mm/sec 이하이다. 이 것은 폐포나 기도에서의 산 소와 이 산화탄소의 확산속도보다 훨씬 느 리 다.

(2) 며|포 -모세얼판막을 통안 확산 폐포가스상태 에 서 산소는 혈장과 헤모글로빈과 결합하는 적 혈 구로 수동적으로 확산된다. 이 산화탄소는 이 와 반대방향으로

0 0

•

20

40

60

80

나Ol(세)

그림 6-8 건강한 성인에서 나이에 따라 곧게 선 자세와 바로 누운 자세의 휴식상태 폐용적(기능잔기용량 FRC)과 자세에 영흔F을 받지 않는 폐쇄용적 (closing capacity， CC) 바로 부운 자세에서는 복강 내의 장기가 횡격막을 위로 이동시키기 때문에 기능잔기용량은 약 0.7-0.8 L가 감소한다 또한 일 정한 신장과 체중을 가지는 경우 나이가 증가함에 따라 탄력조직의 감소로 기능잔기용량은 약간 증가하지만 폐쇄용적은 더 가따르게 증가한다 곧게 선 자서|에서 65-70세 이상일 경우 기능잔기용량 이상에서도 기도폐쇄가 일어 난다. 바로 누운 자세에서는 45-50세에서조차도 호흘중 기도가 폐쇄될 수 있다. 혈액내 산소분압이 감소하는 이유는 이러한 기능잔기용랑과 폐쇄용적 의 관계 때문이다 마취는 기능잔기용량을 더욱 감소시켜 30서|에서도 기도 폐쇄를 일으킬 수 있다

혈장에 서 폐포로 확산된다. 일 정 한 시 간에 막을 통해 가스가 확산될 수 있는 양은 확산이 가능한 표면적 ， 막의 두께 ， 막에서 의 가스 압력차， 가스의 분자량， 통과해야 할 조직 의 가스용해 도 등에 의 해 결 정 된다.

표면적 표면적 에 서 폐용적은 매우 중요하다 폐용적 이 작아지 면 작아 질수록 확산도 적 어 진다 모세 혈관에 혈 액 이 순환되 면 폐표면 에서 확산이 가능해진다. 그러므로 폐 모세 혈관의 용적은 확산 에 서 결 정 적 인 역할을 한다. 또한 막의 면 적 과 특성도 상대 적 으로 영향을 미 치는데 ， 이 는 일산화탄소 (CO) 를 이용하여 서 로

Chapter 6

호홉생리

•

125

Ppl : 0.4

Palv: 1 .0

o

Ppl: 2.0

Palv: 2.6 Paw: 2.0

__

Pst: 0.6

•

때 -↑l ↓ 뺨 p’

A

「 。1 ，깅느 0

닐g

B

동등압력지점(equal point pressure， EPP) 개덤과 기도의 동적압박(dynamic compression) A. 가벼운 강제호기. 호기근육의 노력으로 흉막압 (Ppl)은 4 cmH20(0.4 kPa)의 앙압이다 폐포탄력반동압(alveolar elastic recoil pressure， Pst， 6 cmH20)과 흉막압이 홀}해져서 폐포내압(Palv)은 10 cmH20가 되며 호기를 일으킨다 기도가 열린 쪽으로 가다가 한 지점(EPP)에서 기도내압(Paw)OI 6 cmH20 만큼 감소하면 관내압과 흉막압의 관외압이 같아 진다 이 지점에서 입까지 관내기도내압은 주위에 관외압보다 낮아 기도는 압박을 받는다 B. 일명 ‘오므린 입술(pursed-lip)’ 에 의한 기도의 안정화. 호기흐름 에서 저항이 증가하언 공기흐름을 계속 유지하기 위해 더 큰 호기노력이 요구되어 흉막압은 정상상태보다 증가된다(Ppl = 20 cmH20). 펴|포탄력빈동압은 폐용 적이 같다면 윗 그림과 같다 정상호흘 동안과 같은 정도의 호기유량이라면 기도 내의 압력도 정상호흘 동안과 같은 정도로 감소하기 때문에 EPP는 정상호홈 동안과 같은 위치가 된다 여기에서는 기도를 압박히는 관외압이 커서 안정호}를 0 1룰 수 없다 그러므로 EPP를 입쪽으로 이동시키고 덜 허달되는 기도가 되도 록 하여야 한다 방법은 폐용적을 증가시켜 폐포탄력반동압을 증가시키거나 호기유속을 감소하여 기도 내의 압력감소를 늦추는 것이다， 그림 6-9

다른 두 산소흡입농도의 확산 또는 운반요소 (transfer factor)

산소를 흡수하고 이산화탄소를 배출한다. 그러 나 모세혈관 혈

시 힘 을 통해 폐모세혈관 용적과 분리하여 분석할 수 있다.

액 에 서 산소분압이 높아지 면서 확산속도는 느 려 지 고 폐포-모 세 혈관 벽 에 서 압력 이 평 형 을 이 루면 0이 된다(그림 6-10) . 심

막의 두께

박출량이 낮은 정상 폐 에 서 모세혈관 총 길 이 의 25-30% 내 에

막이 두꺼울수록 확산의 거 리 가 길 어 지 고 확산의 용량도 줄어

서 평 형 에 도달하며 그 이 상은 거 의 사용되 지 않는다.

든다. 게 다가 산소 또는 이산화탄소의 용해도는 물에서 보다 섬

운동으로 인해 심 박출량이 증가하면 모세혈관에 서 혈액은

유성 조직 에 서 더 낮아지므로 막이 두꺼워 지 는 것은 단순히 확

더 빠르게 ， 더 긴 거 리를 지 나야 평 형 에 도달하고 휴식상태보

산의 거 리 만 길 어 지 는 것보다 휠씬 더 확산을 어 렵 게 한다

다 더 많은 시 간이 걸 린다. 두꺼워 진 폐포 모세혈관막은 평 형

압력차

과정 에 걸 리 는 시 간이 늘어 저 산소혈증에 쉽 게 빠질 수 있다.

폐포와 모세 혈관 혈액 내의 산소와 이 산환탄소분압 차이가 크

과 결합한다. 헤모글로빈 1 g은 1 . 36 mL 의 산소와 결합하므로

면 클수록 확산도 커 진다. 폐모세혈관으로 들어 가는 혼합혈 정

1 50 잉L 의 헤모글로빈을 갖는 혈 액 1 L가 완전히 포화되 면

맥의 P02는 약 40 mmHg 이고 폐포의 P02는 약 100 mmHg 로

204 mL 의 산소를 갖는다. 반면에 산소분압이 1 00 mmHg 인 1

추진압력은 60 mmHg 가 된다. 혈 액 이 모세혈관에 들어 가면

L 의 혈 액 속에 용해되 어 있는 산소는 3 mL뿐이 다. 헤모글로빈

혈장에 서 산소의 대 부분은 적 혈구로 확산되 어 헤모글로빈

•

1 26

PART I

역사와 기본원리

1 00

( 。 초EE)N 。 m ι

t’ ， ’ ‘ -

-’

�

뀐-�관

PA02

필요하다. Poiseuille 의 법 칙 에 의 하면 혈관의 반경 이 증가하

과 ."，. ."". ... "，......- - - - --

，\

확산장애

면 동등한 유량을 유지하기 위 해 필요한 압력은 4제곱 만큼 감 소한다- 만약 와류라면 혈관구조의 의존도는 더 높아진다. 폐 모세혈관은 저 항이 작기 때문에 전신모세혈관과 달리 박동이 있다. 또 다른 중요한 사실은 모세혈관과 폐포벽 이 혈장의 누 수가 없으면서도 매우 앓아 산소와 이 산화탄소의 확산을 촉진

40

C그 --，2응j

•

ÃiDH

•

펴|모세혈관

•

동맥혈

정상인과 확산 장애를 가진 섬유성 폐질환 환자에서 휴식상태 와 운동 시 폐모세혈관 혈액의 산소공급- 정상인에서 모세혈관계와 펴|포가스 의 산소분압 평형은 빠르게 일어나며 모세혈관 전체 길이의 1/3 이하에서 이 룰 수 있다. 그러나 운동 시에는 띠|포와 폐모세혈관의 산소분압 사이가 평형 에 도달하기 위해서 폐모세혈관 전체 길이의 대부분을 사용하여야 한다. 이 것은 심박출량의 증가로 인해 적혈구의 통과시간이 짧아지기 때문이다 모세 혈관을 통한 혈액속도에 대한 심박출량의 증가효과는 폐모세혈관의 맹창과 동원에 의해 어느 정도 상쇄된다. 확산장애에서는 평형을 이루는데 더 긴 시 간이 필요하지만 휴식상태에서는 충분히 평형에 도달할 수 있다. 그러나 운 동 시 혈액속도가 증가되면 산소의 평형은 펴|모세혈관의 끝에서도 이룰 수 없기 때문에 심하면 동맥혈의 충분한 산소포호f를 이루지 못한다， 그림 6-10

다 짧은 길 이 때문이 며 ， 특히 큰 직 경 으로 인해 추진압력 이 덜

시 킨다. 그 러 나 30 mmHg 이 상의 갑작스러운 폐통맥압의 증 가는 혈장에서 사이 질 또는 폐포 내 로 삼출이 일 어 나 폐부종을 발생시 킨다 몇 개 월 또는 몇 년을 통해 서 서 히 압력 이 증가하 면 혈관평활근의 성 장도 촉진되 어 혈관벽을 두껍 게 한다. 이는 심 한 폐 고혈압에서도 부종의 발생을 감소시 키 나 확산용량도 감소한다.

(2) 떼일휴의 분포 폐를 통한 혈류는 추진압력과 혈관저항에 지 배 를 받는다. 이 들 이 균일하게 분포하지 않으면 관류도 균일하게 분포되 지 않는 다. 일반적으로 관류가 중력 에 영 호t을 받는다는 사실은 이 미 잘 알려 져 있으나， 최 근 중력 의 영 향은 적 고 차원분열 (fractal) 분포에 의해 영향을 받는다는 개 념 이 있어 여 기 에서 는 두 가지

과 결합한 산소는 확산 시 에 어 떠 한 압력도 행사하지 않으므로

를 모두 기술한다.

압력 평 형 에 도달할 때 까지 는 막을 통해 더 많은 산소가 확산될 수 있다.

폐혈류의 중력에 의한 분포

분자량

와 바닥 사이 에 형 성 되는 정수압의 차이 때문이다. 이 압력은

확산은 가스의 분자량의 제곱근에 반비 례 한다. 분자량이 클수

폐 아래쪽으로 내 려 가면서 1 cmHzO/cm(0 . 74 mmHg/cm) 만

록 막을 통과하기 어 려 워 진다. 분자량 32인 산소에 비해 분자

큼 증가한다. 폐 꼭대 기 와 바닥 사이 에 폐동맥 압력 차이는 폐

량 44 인 이 산화탄소가 더 크지만 제곱근을 취하면 가스 사이

의 높이 에 따라 1 1-15 mmHg 정 도 발생하며 폐 꼭대 기 로 가면

에 차이는 줄어들고， 용해도 때문에 산소보다 훨씬 확산이 잘

서 압력은 작아진다. 평균동맥 압은 심 장수준에서 약 1 2 mmHg

된다.

이 며 곧게 선 자세 에서 꼭대 기 는 거 의 0 에 도달한다. 양압환기

폐동맥 압은 펴l 아래쪽으로 내 려 가면서 증가한다. 폐 의 목대 기

시 폐포압이 증가하여 폐동맥압을 초과하면 폐모세혈관을 압

용해도

박한다. 이 때 혈관을 통한 혈류는 없으며 폐 의 이 부위를 ‘ I 구

확산은 조직 에 서 의 용해도와 직 선으로 비 례 하며 물에서 의 용

역 ’ 이 라고 한다(그림 6-1 1 ) ，

해도와 거 의 같다 이산화탄소는 산소보다 물에서 약 30 배 더

폐 아래쪽으로 내 려 가면서 동맥 압과 모세혈관압이 페포압

용해되 며 20배 빨리 확산된다. 실제로 측정 될 만한 확산의 장

을 초과하면 정수압 때문에 혈류가 시 작된다. 관류압은 동맥 압

애를 일으키는 폐 질환은 거 의 없다.

에 서 폐 포압을 뺀 값이 며 폐포압은 폐 정 맥 압을 초과한다. 이는 관류압이 동맥 압에서 정 맥 압을 뺀 값인 전신순환과 다르다. 폐

6} 펴|관 류 (1 ) 압력 -유량 관계 전신순환에 비해 폐순환은 저 압력 시 스템 이 다. 폐동맥 혈 압의 수축기 는 20 mmHg ， 확장기 는 8 mmHg 로 전신동맥의 혈압보 다 매우 낮다. 압력 이 낮은 것은 큰 직 경 의 혈관과 전신혈관보

아래쪽으로 가면서 폐동맥압이 증가되고 폐포압은 일정하게 유지 되 어 이 부위 아래로 가면서 관류압이 증가하여 혈류도 증 가한다. 이 부위를 ‘ R 구역’ 이 라고 한다. 폐 아래쪽으로 더 내

려 가면 동맥압과 정 맥 압 모두 비슷하게 증가하여 폐포압을 초

과하는데 ， 이 부위를 ‘ m구역’ 이 라고 한다. 관류압은 통맥 압

Chapter 6

폐혈관저항 ( PVR)

=

.. P_. - P上잉」 �

QT

o ;놈 FOEF o 그ε

( 111구역의 며|인 경우) Palv

> > > > Ppa

Ppa

Pla

Palv

•

Ppa

1 .2

E'J

없

Pla

> > > > Pla

Palv

Pla

Palv

펴|의 혈류 수직분포로 I， II， III， IV 구역으로 나눈다. 1 구역은 폐 포압이 혈관압을 초과하여 실제 관류가 없는 부위이고， 11 구역은 떼동맥압， 폐포압 폐정맥압 순서로 압력이 작아지는 부위로 추진압력은 동맥압에서 폐 포압을 뺀 값이다- 더 내려와서 川구역은 동맥압과 정맥압이 모두 폐포압을 초과하고 추진압력은 동맥압에서 정맥압을 뺀 값이다 떼의 바닥쪽(IV 구역) 은 폐포바깥 혈관을 압박하는 사이질압의 증가로 혈류가 감소한다 QT 심 박출량， Palv : 폐포압 Pla 좌심방압， Ppa 떼동맥압， 그림 6-11

1 27

16

0.8 0.4 0.0

Ppa

•

2.0

õ

짧

호를생리

•

등쪽

배쪽

개실힘을 통한 바로 누운 자세와 엎드린 자세의 배쪽과 등쪽 떼구역의 혈류 분포 자세와 관계 없이 등쪽과 배쪽은 유사한 분포를 보인다. 이들은 수직방항의 혈류분포는 중력보다 혈관의 해부학적 구조에 의해 결정 된다고 주장한다 (출처 Glenny RW， Lamm WJE， Albeη RK， et al: Gravity is a minor determinant 01 pulmonary blood-II ow distribution. J Appl Physiol 71:620-629， 1991.) 그립 6-12

이 간다는 것과 같은 중 력 에 의해 설 명 할 수 없는 혈류의 불균

일한 분포를 관찰하였다. 말초로 갈수록 저 항이 커 지 는 것은

말초실질 의 길 이 가 길 어 지 기 때문이 라 생 각되 었다 이 러한 연

에서 정 맥 압을 뺀 값이 며 양쪽 모두에 정수압이 더 해 져 실제

구들은 사용된 방법 의 신뢰도가 매우 중요하여 아직 여 러 가지

관류압은 증가하지 않는다 그러나 R 구역 에 비 하면 덜하지 만

한 불균일성을 믿는 증거 는 충분히 축적 되 었다.

제한을 받고 있는 게 사실이 다. 하지 만 폐관류의 비 중력 에 의

관류는 아래쪽으로 갈수록 증가하는데 ， 이는 혈관압이 증가하 여 혈관을 확장시 키 고 혈관저항을 감소시 키 기 때문이다.

(3) 저산소성 떼일관수축

위와 같은 관찰을 처음 발표하고 몇 년 후 폐 의 바닥쪽에 혈

저 산소성 폐혈관수축 Chypoxic pulmonary vasoconstriction)

류감소가 있는 부위를 ‘ W구역’ 이 라고 하며 폐관류 모댈에 더

은 저 산소증의 폐구역 에 혈류를 감소시 키 려는 보상성 의 기 전

해 졌다 폐 아래쪽으로 가면서 사이 질 압력 이 증가하여 폐포바

이 다. 중요한 자극은 낮은 폐포산소분압이 며 저 환기 나 낮은 흡

깥 혈관을 압박하여 좁혀 이 구 역 에 혈류가 감소한다. 따라서

입 산소분압이 원 인 이 다. 자극으로서 혼합정 맥 혈 의 산소분압은

혈류의 수직분포는 중력 에 의한 혈관압， 폐포압， 사이 질 압 등

매우 약하다. 수축의 강도는 저 산소에 노출되는 폐 구 역 의 크기

에 영향을 받는다.

에 달려 있으며 작은 구역 일수록 더 강하게 수축한다. 저 산소 성 폐혈관수축에 영 향을 미 치 지 않는 정 맥 마취 에 서 한쪽 폐 에

혈류분포의 비중력에 의한 불균일성

8%와 4%의 산소를 투여하고 반대쪽 폐 에 1 00% 산소를 투여

일부 연구자에 의한 개 실 험 에 서 폐 혈류의 수직분포는 거 의 균

하면 혈류는 저 산소폐 에 서 고산소폐로 이 동하며 저 산소폐의

일하고 바로 누운 자세와 엎드린 자세의 차이 에서도 변하지 않

혈류는 심 박출량의 52%에서 각각 40%와 30%로 감소한다.

하며 오히 려 일 정 한 수직 레벨에 대한 수평 면에서 수직 에서 볼

압과 폐부종이 잘 발생한다. 저 산소혈증을 동반한 만성 폐 질환

수 있는 것보다 훨씬 큰 관류의 불균일성을 보인다고 주장하였

도 저 산소성 폐 혈관수축을 일으키 나 이 질환의 느린 진 행 변화

다( 그림 6-12) . 그 후 많은 실 험 에 서 이 러 한 불균일성 이 재 현

가 그 사이 에 폐혈관벽 을 두껍 게 하여 부종형 성 이 억 제된다.

았다 이들은 관류의 분포에서 중력은 크게 중요하지 않다고

높은 고도에서 저 산소성 폐혈관수축이 촉진되 어 폐 성 고혈

되 어 아마도 중력보다 폐 혈관들 사이 의 형 태학적 ， 기 능적 차이 가 폐 혈류의 분포를 결 정 한다고 생 각하였다. 또 다른 연구자에 의하면 말초보다 중심부에 혈 액 이 더 많

7) 저 산소멸증과 고탄산멸증 의 원 인 저 산소혈증의 원 인은 저 환기 ， VA/Q 불균형 ， 확산의 장애 ， 우

128

.

PART I

역사와 기본원리

표 6-2 저산소혈증의 원인 휴식상태에서 (산소홉입 시)

휴식상태에서 (공기홉입 시)

장애

ZC그{ A C3}

감소 감소 감소 감소

저환기 환기-관류불균형

λ-격�

확산장애

Pa02

운동 시에 Pa02 (휴식상태와 비교하여 공기홉입 시)

변화가 없거나 감소 변화가 없거나 약간의 증가 또는 감소 변화가 없거나 감소 약간 또는 상당한 감소

XC그{ A C3}

�그t.:1、-

정상

PaC02

00

증가 X서Af

oζ〉 00

X꺼A f X꺼Af

표 6-3 여러 가지 폐 질환에서 저산소혈증의 기전 질환

저환기

확산장애 환7 1-관류 불균형 션트

만성기관지염 폐공기종 천식

+

++

。 서 口T Tξ ?〈5;

폐럼 무기폐 폐부종

(+)

++

++ +++ ++ + +

펴|색전

+

+

++

급성호홉곤란증후군

로 저환기 로 인한 PA02가 낮아지는 이유를 설 명 할 수 있다. 예 상되는 PA02와 측정한 PA02 사이 에 차이 가 있다면 저 산소혈증

+

++ ++

+

에 서 가능한 가장 높은 PA02를 말한다. 이 러한 간단한 공식으

++

+++

+

의 또 다른 이 유를 찾아야만 한다. 저환기 에 의한 PA02의 감소 는 P I02를 증가하여 쉽게 극복할 수 있으나 호흡중추의 자극이 줄어 이 산화탄소를 더 축적 시 킬 수 있다.

(2) 왼기 -관휴 불균영 적 절한 가스교환에서 환기와 관류는 폐 전체에서 서로 균등해 야 한다 휴식상태 에 서 환기 와 관류 모두 폐 아래쪽으로 갈수 록 증가한다. 관류가 환기 보다 더 증가하여 가장 꼭대 기 와 가 장 바닥의 5-cm 분절 사이 에 서 환기 는 3배 ， 관류는 10배의 차

좌 션트 등으로 나눈다. 고탄산혈증의 원 인은 저 환기 ， 때/Q

이 를 보인다. 폐 의 중간쯤에서 평 균 뻐/Q 비 는 약 1 이 나오고

불균형 ， 션트 등으로 나누나 실제 임상에서 문제가 되는 경우

바닥쪽에 0.5로부터 비 의존성 의 위쪽에 5.0까지 나온다(그림

는 저 환기 가 유일하다 (표 6-2， 6-3).

6-13 윗부분). 환기 와 관류 사이 에 균등성을 보는 또 다른 방법으로 얘/Q

( 1 ) 저흰기

비 에 대한 혈류의 환기 분포를 분석히는 다중구획분석 이 있으

대사요구량에 비해 환기 가 부족하면 이산화탄소는 제 거 가 잘

며 다불활성 기 체 제 거 법 (multiple inert gas elimination tech­

안 되 어 폐포， 혈 액 ， 다른 신체조직 등에 쌓이 게 된다. 저 환기

nique ， MIGET)으로 시 행할 수 있다. 혈 액 에 대해 서 로 다른

는 일반적 으로 환기 가 줄어들어 PaC02가 45 mrnHg 이상인 경

용해도를 갖는 여 러 개(보통 6 가지) 의 불활성 기 체를 지 속적

우로 정 의한다. 이 정 의 에 의하면 대사요구량이 나 사강환기 가

으로 주입하면 이들이 폐를 통과하면서 용해도에 따라 폐포를

분당환기 량보다 더 증가하여 분당환기 량이 크더 라도 저 환기 가

통해 제 거 되 고 호기 될 것 이 다. 용해도가 낮은 기 체 ( 예 : sulfur

나타날 수 있다.

hexafluoride) 는 혈 액 을 떠 나 거의 제 거 될 것 이 며 ， 중간용해도

폐포 PC02가 증가하면 폐포에서 산소가 차지하는 공간이 줄

의 기 체( 예 : halothane) 는 일부 혈 액 에 남고 매우 높은 용해도

어 든다. PA02는 표 6-1 과 같은 폐포가스 방정 식 에 의 해 추정할

를 갖는 기 체 ( 예 : acetone) 는 거의 다 남게 될 것 이 다. 서로 다

=

수 있으며 ， 정상 호흡교환비 라면 PA02는 다음과 같다.

PA02 P102 - (1 .25 x PAC02)

른 가스의 농도는 동맥 혈 에 서 다르게 나타나는데 높은 용해도 의 기 체는 더 높은 농도를 보인다. 남아 있는

%낼 계산하여 동

맥 혈과 흔합정 맥 혈 의 농도비를 계산할 수 있고 유사한 방법으

호흡교환비 가 0 . 8 이 라면 상수는 1 . 25가 되 는데 휴식상태를

로 호기 가스와 혼합정 맥 혈 의 농도비도 계산할 수 있으며 각 기

가정한 것 이 다 P I02가 1 49 mmHg 이 고 PaC02가 40 mmHg 이

체 의 제 거 되는 양도 알 수 있다. 혈 액 에 남아 있는 양， 제 거 되

면 PA02는 99 mmHg 가 되 고 저 환기 동안 PaC02가 60 mrnHg

는 양， 각 기 체 의 용해도 등을 알면 지속적 인 VA/Q 비 에 대한

로 되 면 PA02는 74 mmHg 가 된다. 이는 주어 진 폐포환기 수준

혈류 분포를 재구성 할 수 있다 그림 6-1 3의 아랫부분은 건강

Chapter 6

꼭대기

호를생리

•

1 29

불균형 한 환기와 관류는 가스교환에 영호t을 준다. 산소공급 손상의 가장 흔한 원 인은 환기-관류 불균형 이 다. 낮은 VA/Q 비 는 환기 가 적 어 혈 액 에 충분히 산소공급을 줄 수 없다. 손상 Q

정 도는 불균형 정 도에 달려 있으며 얘/Q 비 가 0. 5 에 서 1 사이 에 폐구역에서 조차도 혈 액 을 완전히 포화시 킬 수 없다. 그 러 므 로 PA02는 폐포 P02에 도달할 수 없 고 정상 폐 에 서 도 PA02와 Pa02 사이 에 3-5 mmHg 의 차가 존재한다. 환기-관류 불균형 이 커 지 면 PA02와 Pa02의 차이도 증가한다. 심 한 폐 쇄 성 질환에 서 볼 수 있는 모든 저 산소혈증의 원인은 환기-관류 불균형 이

A

다. 만성 폐 쇄 성 폐 질환 에 서 존재 한다고 주장되는 션트는

바닥

MIGET와 같은 정 밀한 방법을 사용하여 분석하면 거의 나타나

0.6

많핍

지 않는다. 실제 폐 쇄 성 질환에 서 의 션트는 합병증에 의 해 오

~」

는 것 이 다 (그림 6-1 4 아랫부분 왼쪽) . 심한 천식 에서 MIGET를 사용하면 흔히 낮은 ψ'A/o. 비 의 특

드 E

0.4

별한 형 태를 볼 수 있다 이 로 인해 ψ'A/o. 비 의 두 봉우리 형 태 의 분포를 볼 수 있다 ( 그 림 6-1 4 윗부분 오른쪽)， 이 는 부종，

B

뼈 “ m

점 액플러그， 경 련 등에 의해 완전히 폐쇄된 기 도를 가진 폐 포

0.2

도 페 포구멍 (alveolar pores) 과 기 관지 간 에 연 결로 이 른바 측

o

←

0.01

부환기 (collateral ventilation) 가 이 루어 지 고 있기 때문이 다. 이 와 같은 이유로 만성 폐 쇄 성 폐 질환에서 션트를 볼 수 없고

10

0.1

그림 6-13 • 폐환기(V)와 폐관류(0)의 수직분포(A)와 펴| 환기-관류(VA/O) 분포(8) 폐의 바닥쪽으로 가면서 펴|환기는 천천히 증가하나 폐관류는 빨리 증가한다. VA/O비는 폐환기선과 폐관류선이 교차하는 101 중심이 되며， 위 쪽 떼구역에서는 폐관류보다 폐환기가 크고 '1IA/Ò는 1보다 커진다 반대로 아래쪽 폐구역에서는 펴|환기보다 폐관류가 커져 VA/O는 1보다 작아진다

산소를 이용한 션트의 OJ'을 계산하는 일반적 인 공식으로 낮은

ψ'A/o. 비를 션트와 분 리 할 수 없으며 ， 이 와 같이 분리 되 지 않

은 경우 ‘ 정 맥 혈혼합 (venous admixture)' 이 라는 표현을 사 용한다. 폐 에 서 기 도폐 쇄 는 균일하게 분포하지 않으며 한 환자에서 얘/Q 비 의 범 위 도 매우 넓 다. 환기는 높은 기도저항이 있는 부

한 사람으로부터 나온 결과로， 환기 와 관류는 균등하게 이루어

위 에 서 다른 부위로 재 분포 되 어 관류에 비 해 과환기 되 고 V A/o. 비도 커 진다. 정상 폐 의 위쪽부위에서 때/0. 비 는 5까지

져 있고 VA/Q 비 1을 중심으로 몇 개 의 제한된 구획 에 분포하

볼 수 있으나 폐 쇄 성 폐 질환에서 100까지 증가하며 ， 이 때는 실

고 있다. MIGET는 환기/관류장애를 알아내는 데 높은 분 별 력

제로 진짜 사강과 구별할 수 없는 생 리 적 사강이 증가한 것 이

을 갖고 있으나， 폐 의 어 디 에 서 손상이 나 변화가 발생했는지

다. 높은 째/Q 의 효과는 기 도 사강에 서 처 럼 가스교환에 참여

알려주지 않는다. 불균형 의 정도를 반영 하는 변수들을 표 6-4

하지 않는 환기 와 같다. 결과적으로 폐쇄성 폐 질환에서 저 산소

에 서 볼 수 있다.

혈증을 일으키는 낮은 VA/Q 부위와 사강환기와 유사한 고탄산

표 6-4 심폐질환이 없는 각성 중인 사람과 근이완이 된 전신마취 중 환자의 환기-관류 관계의 평균(표준편차)

•

깨어 있을 때 마취중

Omea n

109 SDO

Vmea n

109 SDV

Shunt(%Or)

Dead Space(%VT)

Pa02/ FI02 '

0.76(0-33) 0.65(0.34)

0.68(0.28) 1 .04(0.36)

1.11(0.52 ) 1.38(0.76)

0.52(0.15) 0.76(0.31)

0.5(1 .0) 4.8(4.1)

34.8(14.2) 35.0(9.9)

59.5(8.1) 50.9(15.2)

F102(홉입산소농도)-각성중 0.21， 마취중 : 0.42 Log SDO는 관류분포 대수의 표준펀치{slandard devialions 01 Ihe logarilhmic dislribulion 01 perfusion) log SDV， 환기분포 대수의 표준펀차 (slandard devialions 01 Ihe logarilhmic dislribulion 01 venlilalion) : Omean， 관류분포의 평균 V A/O Vmean， 환기분포의 평균 VA/O.

:

1 30

.

0.8

0.6

그드

I

역사와 기본원리

PART I

OQL..:

AiAfOI

전식 1 .2

묻핍

1 .0

I그E

0.4

0.8

많핍

0.6 0.4

0.2 0.2 0.0 -←-/ /

0.0 0.01

0.1

10

1 00

0.01

0.1

VAlQ

0.5

그E

I

0.4

0‘6 0.5

그E

I

0.3 0.2

=

Qs/Qr 0.4% 0.0 -+으/ / 0.01

•

10

1 00

펴|럼

딩핍

0.1

1 00

VAlQ

만성 폐쇄성 폐질환 0.6

10

0.4 0.3

많핍

=

。 Qs/Qr 9.3%

0.2 0.1

0.1

10

1 00

VAlQ

0.0 -←-/ /

0.01

0.1 VAlQ

그림 6-14 정상인(위， 왼쪽)， 천식 환^�위， 오른쪽)， 만성 폐쇄성 폐질환 환자{아랫부분， 왼쪽)， 폐렴 환^�아랫부분， 오른쪽)의 펴| 환기 관류(VA/Q) 분포 정상인에서는 VA/Q 비가 1에 집중되어 환기와 관류 사이가 잘 어울리고 있어 적절한 혈액의 산소공급과 이산화탄소제거가 이루어지고 있다 천식 환자에서는 \.!A/O 비의 분포가 넓어지고 일부 관류에 비해 환기가 과도한 구역(\;A/O >1이이 증가한다. 또한 VA/Q 비가 0.1을 중심으로 하는 낮은 VA/O 비 형태가 보 이는데， 이는 폐쇄된 일부 기도에서 곁(collaterall환기에 의해 약간의 가스교환이 이루어진 것이며 션트는 볼 수 없다 만성 기관지염 환자는 천식 환자와 비 슷하며 사강과 같은 환기를 보이는 높은 VA/Q 형태가 특짐적이다. 션트는 볼 수 없으나 만약 있다면 폐럼이나 무기폐와 같은 합병증이 동반된 것이다 그림 에서 보여주는 VA/Q 형태로는 저산소증을 일으키지 않는다. 펴|럼 환자는 VA/Q 의 분포가 약간 넓어지고 폐조직의 경화로 환기가 되지 않는 부위에 관류가 지속되어 선트가 발생하는 것이 가장 큰 특징이다. Qs/O:r는 심박출량에 대한 션트혈류량의 비를 말한다.

혈증을 일으키는 높은 따/Q 부위가 동시 에 존재한다. 임 상적

성홍반루프스， 경 화종， 류마티 스질환 등에서 같이 혈관병 발이

으로 사강을 계산하려 변 호기와 동맥 혈의 이산화탄소를 측정

있는 전신질환은 환기-관류 불균형 ， 확산장애 ， 션트 등의 심 한

해야만 한다 (표 6-5) .

폐 기 능장애를 일으킨다. 휴식상태 에 서 폐 섬 유성 질환에서 볼

만성 폐 쇄 성 폐 질환을 가진 환자에서 환기 - 관류 불균형은

수 있는 저 산소혈증의 대부분의 원인은 환기 관류 불균형 이 다

다양한 크기로 나타나며 이 들 대 부분에서 저 산소혈증의 원인

또한 저산소혈증은 확산장애나 다양한 크기 의 션트에 의 해 서

이 된다. 다른 원인으로 저 환기 도 있으나 확산의 장애나 션트

도 발생할 수 있다. 폐 색 전도 막힌 혈관에서 잘 통 하는 다른 부

는 흔하지 않다.

위 로 혈류를 가게 하여 이 러한 구 역 에 서 환기 에 비 해 혈류가

폐 혈관은 폐 질환에 의 해 영향을 받아 구역혈류를 방해하여 환기-관류 불균형을 일으킬 수 있다. 결 절 성 동맥주위 염 ， 파종

증가하여 낮은 환기-관류 비 불균형 이 발생한다. 이 때도 션트 의 양은 폐동맥 압이 현 저 히 증가하지 않는다면 매우 적 다.

Chapter 6

표 6-5 생리사강 구하는 공식

=

폐포산소분압(PA02) FE

X

VT

FA (VT - VDS)

정리하면 다음과 같다

+ (FI

호흘생리

•

131

한다. 이 와 유사하게 Pa02를 감소시 키 는 유 일 한 경우는 심장에 서 우좌 션트가 증가할 때로， 휴식상태 에 좌우 션트가 있다가

X

VDS)

운동시 폐고혈압으로 인해 우좌 션트로 바뀌는 심 방결손증에 서 볼 수 있다.

VDS

FA - FE

(4) 우 - 좌 선트

Vr

FA - FI

혈액이 폐를 지 나가면서 환기 된 폐포와 접촉하지 않으면 혈액

만약 FI = 0이라면 F를 P로 대치하고 CQ2에 대 한 PA는 Pa로 대치 하여 다음과 같이 표현된다 VDS

Paco2 - PEC02

Vr

PaC02

여기에서 FE， Fa ， FI는 각각 혼합호기， 펴|포， 홉입가스농도이고， VT， VDS， VA는 각각 1 호|호홈랑， 사강， 1 호|호를랑 중에 관류되는 폐포에 들 어 가는 부분이 다.

은 산소를 공급 받지 못하고 이 산화탄소를 제 거 하지 못한다. Pa02를 낮추고 관찰하기 쉽 지 않지 만 PaC02를 증가시 키 는 것 이 션트이 다. 정상인에서 심 박출량의 2-3% 정도의 션트를 볼 수 있으며 심장에 서 나와 좌심방으로 가는 thebesian 정 맥 에 의 해 발생한다. 병 적 상태 에 서 션트는 정 상 심 박출량의 약 50%까지 증가할 수 있다. 션트는 VA/Q 가 0 인 심한 불균형을 보인다. 그 러 나 환기-관 류 불균형과 션트는 개 념 상 완전히 다르다. 첫째， 해부학적 근 거 가 다르다. 낮은 얘/Q 구역은 기 도와 혈관이 좁아져 서 일부 구역에서는 환기와 혈류는 감소하고 다른 구 역 에 서 는 증가한

폐 렴 이 나 급성호흡부전의 여 러 형 태는 션트와 다양한 크기

다 폐 쇄 성 폐 질환이 나 혈관질환에서 볼 수 있다 션트는 한 구

의 환기-관류 불균형을 보인다 ( 그림 6-14 아랫쪽 오른쪽) . 원

역 이 무기 폐 ， 폐 렴 ， 부종， 폐색 등으로 허 탈이 나 경 화가 일 어 나

인은 이 러한 질환에서 쉽 게 볼 수 있는 무기 폐 나 물이 차고 경

완전히 환기 가 되 지 않는 것 이 다. 원 래 천식 ， 기 관지 염 ， 폐공기

화되는 현상 때문이다.

종 등이 션트를 일으키 지 않으나 합병증에 의해 올 수는 있다

이산화탄소의 제 거 는 혈 액 의 산소공급보다 환기 - 관류 불균

둘째 ， 낮은 VA/Q 의 효과로 혈 액 의 산소공급에 장애가 있다변

형 에 의한 영향을 덜 받는 것 처 럼 보인다. 실제 이 산화탄소의

흡입공기 에 산소농도를 올려 근본적으로 극복할 수 있다. 환기

제 거 는 산소의 전달보다 환기 관류 불균형에 의 해 훨씬 제한을

가 잘 안 되는 폐포에 서 도 거 의 정상 부위 에 서 만큼 PA02를 증

받는다. 그 러 나 이 산화탄소 분압의 증가가 환기 를 증가하여

가시 킬 수 있으며 다른 점은 PaC02가 증가하는 것 이 다. 반면에

PaC02를 정상으로 돌리기 때문에 환기-관류 불균형 에 서 고탄산

중등도의 션트효과는 산소의 공급으로 감소될 수는 있지만 흡

혈증이 잘 나타나지 않는 것 이 다. 폐포환기 가 손상을 받아 증가

입 가스가 환기 가 되 지 않는 곳으로 갈 수 없기 때문에 완전히

될 수 없다면 환기 - 관류 불균형 에 의 해 더욱 악화될 것 이 다.

없 앨 수는 없다. 그러므로 션트는 P'02와 관계 없이 Pa02가 항 상 낮다. 25%로 션트가 증가하면 Pa02의 증가는 작아지 고

(3) 확산�'1재

30% 이상이 변 산소공급의 효과는 거 의 없다. 혼합정 맥 혈 의

Pa02를 감소시 키 는 정 도의 확산장애는 섬유증이 나 전신혈관

P02를 갖는 션트혈 액 이 전 체 폐혈류에서 상당한 부분을 차지

질환 등에서 폐 포모세혈관 막이 두꺼 워 져 서 나타난다. 확산이

하면 산소공급에 불응하게 된다

느려 지 변 휴식상태 에 서 조차 모세혈관의 혈 액 에 산소를 충분히 공급하기 위해 모세혈관의 전체 길 이 를 사용하여 야 한다. 반면 에 평 형 에 도달하는 데 뽑한 시 햄 모세혈관의 길 이 가 확보 된다면 확산장애로 저 산소혈증은 일 어 나지 않는다 ( 그림 6

휩 마추| 시 폐기능의 변화

10). 그 러 나 예 비 된 여유의 산소가 다 소모되 면 Pa02는 떨 어 지

마취는 환자가 자발호흡을 하거 나 또는 근이완 후에 기 계 호흡

기 시 작한다. 이 러 한 현상은 휴식상태 에 서 정상 Pa02를 유지하

을 할 때 폐 기 능을 손상시 키 며 마취중 대부분의 환자에서 혈

나 운동 시 40-45 mmHg로 떨 어 지 는 폐섬유증 환자에서 볼 수

액 에 대한 산소공급에 손상을 받는다. 그러므로 마취 중에는

있다. 확산 이 외 의 다른 원 인으로 이와 같은 감소는 일 어 나지

흡입 가스의 산소농도 (FI02 ) 를 높여 대 개 0. 3-0 . 4 정도를 유지

않는다 폐 쇄 성 폐 질환은 이와 같은 방법으로 산소공급을 손상

한다. 이 렇게 함에도 불구하고 예 정 수술의 거 의 반에서 동맥 혈

시 키 지 않으며 Pa02의 변화는 거 의 없고 오히 려 증가하기도

산소포화도가 85-90%의 경도 또는 중등도의 저 산소혈증이 발

1 32

•

PART I

역사와 기본원리 7�r fλ :t o z; ö

생 하고 이 러 한 저 산소혈증은 수초에서 30분까지 지속된다. 약 20%에서는 산소포화도가 81% 이 하의 심한 저 산소혈증을 보 인다. 수술 후에 폐 기 능이 손상되 어 임상적 으로 유의한 폐합병 증이 유발되는 경우는 작은 수술에 서 1-2%， 상복부와 흉부수 술에서 20%까지 이른다.

1 ) 마 취 중 폐용적 과 호흡역 학 (l ) 폐용적 휴식상태 의 폐용적 인 기 능잔기용량은 곧 게 선 자세에 서 바로

마취중

누운 자세로 바꾸면 0 .8-1 . 0 L만큼 감소하고 마취를 하면 0. 40 . 5 L가 더 감소한다 호기 말 폐용적은 약 3 . 5 L에서 잔기 량에 가까운 2 L로 줄어든다 자발호흡이 유지 되 더 라도 마취 자체 가

마취

기 능잔기 용량을 감소시 키 며 ， 이 는 흡입 또는 정 맥마취제 의 사

1 . FRC

용과는 관계가 없고 근이완과 기 계환기 자체도 기능잔기용량

2. CL 3. Raw

을 더 감소시 키 지 못한다. 마취는 각성 중일 때 의 기 능잔기용 량의 20% 정 도를 감소시 키 며 이 는 환기 의 분포를 변화시 키 고 혈 액 의 산소공급에도 손상을 준다 이 러한 감소는 호흡근의 긴장소실과 관계 가 있으며 이 로 인 해 폐 의 탄력 성 복원력 (elastic recoil force) 과 흉벽 의 바깥으 로 미 는 힘 사이 에 균형을 변화시 킨다. 케타민마취와 같이 근

↓ ↓ ↑

•

마취중 횡격막의 머리쪽 이동과 흉곽 횡지름의 감소가 기능잔 기용량(FRC)을 줄이고， 감소된 환기량(무기떠|와 기도폐쇄)은 폐탄성(CL)을 감소시킨다 또한 기능잔기용랑이 줄어들어 기도용적이 감소되어 기도저항 (Raw)을 증가시킨다

그림 6-15

긴장도를 유지 했을 경 우 기 능잔기 용량은 감소하지 않는다. 신 체자세와 마취가 기 능잔기용량에 미 치는 영향은 그림 6-8 에 서 보여주고 있 다 카 와 몸무게가 변하지 않으면 나이 의 증가에

러한 마취중 산소공급의 장애 원인을 무기 폐 라고 생 각하였으

따라 기 능잔기 용량은 증가한다.

나 가슴흉부 X선사진 에 서 무 기 폐 를 볼 수 없 었다. 그 러 나

CT 스캔을 사용한 많은 연구에 의하면 기 능잔기용량의 감

1980년대 중반에 흉부의 횡 단면을 보여주는 CT를 통해 마취

소 원인은 횡 격 막의 머 리쪽 이 동과 흉부 횡 단면적 의 감소로 알

중 폐 기 능의 변화를 관찰한 결과 양쪽 폐의 의존성 구역에서

려 졌다. 그 러 나 횡 격 막 앞부분이 다리쪽으로 다소 이 동한다는

급작스러운 밀도의 변화를 보았으며 이것이 무기 폐 의 진단을

일부 보고도 있다. 이 는 마취중 갈비 뼈가 아래쪽으로 기 울어 지

강력 하게 지지 해주었다(그림 6-16) . 마취중 환자의 90%가 무기폐를 보인다. 자발호흡 동안이 나

기 때문이 라고 한다

근이완 후에도 정 맥마취 제나 흡입마취제 어느 것을 사용하여

(2) 탄성과 호흘계의 저 앙

도 볼 수 있다. CT 에 서 횡 격 막 근처 에 무기 폐의 면적은 전체

호흡계 ( 폐와 흉벽 ) 전체 의 정 적 탄성은 마취중 평 균 % 에 서 60

폐 면 적 의 5-6%이 나 실제로는 1 5-20%에 해당된다. 왜 냐하면

폐 탄 성 은 각 성 중 일 때 1 87

공기 가 통하는 보통 폐는 폐조직 이 20-40% 이 고 나머 지는 공기

mL/cmH 20에서 마취중 1 49 mL/cmH 20로 감소한다. 마취중

로 차 있는 반면， 무기 폐 가 있는 부위는 주로 폐조직만으로 구

호흡계 전체 저 항과 폐 저 항은 자발호흡이 나 기 계환기 시 모두

성 되 어 있기 때 문에 실제 허 탈된 폐 조 직 의 원래 양은 훨씬 커

증가하며 ， 이 러한 폐 저항의 증가는 기능잔기용량의 감소 때문

진다. 마취중 폐 의 1 5-20%가 흔히 바닥쪽에서 허 탈된다고 보

이 다 ( 그림 6-15)

이 며 복부수술은 무기 폐를 증가시 키 지는 않으나 수술 후 며 칠

mL!cmH 2 0로 감 소 한 다

동안 지 속되 게 한다. 무기 폐는 감염 의 진원이 되 어 폐합병증을

2 ) 마 취 중 무 기 폐 와 기 도폐 쇄 (l ) 무기떼

유발하며 흉부수술 후나 심 폐우회술 후 상당한 시 간 동안 50%

초 기 연구에 서 마 취 중 인 환자와 실험동물에서 지속적 인 호흡

이 상이 허 탈될 수 있다. 무기 폐 의 양은 폐 쪽대 기 로 갈수록 줄 어든다 ( 그림 6-17) .

계 의 탄성 감소와 동맥혈 산소공급의 감소가 관찰되 었는데 ， 이

마취중 무기 폐의 넓 이는 체중 또는 신체충실지수와 관련이

Chapter 6

호홉생리

•

1 33

•

마취중 앙쪽 폐의 의존성 부위에서 무기폐가 보이는 환자의 3차 원 흉부 사진. 무기떼는 불규칙한 모앙을 하고 있으며 펴| 꼭대기쪽으로 가먼서 다소 앙이 감소하고 있다 (Redrawn from data in Reber A， Nylund U， Hedenstierna G:Position and shape of the diaphragm: Implications for atelectasis formation. Anaesthesia 53:1054-1061， 1998.) 그림 6-17

•

각성 중인 사랍(위)과 마취 중인 사랍(아래)의 흉부 횡노출 전 산화단층촬영 사진- 각성 중일 때 폐가 잘 통기되는 것을 보여주고 있으며 아래쪽 폐구역에서 일부 폐혈관을 볼 수 있다 심장의 방사모앙 빔은 떠|동맥 에 카테터의 끝이 위치해 있기 때문에 나타난 것이다‘ 마취중 무기떼는 양쪽 며|의 가장 의존되는 부위에서 보이 며(회색과 흰색의 불규칙한 부분) 오른쪽 폐영역의 중간에 큰 회색과 흰색 부분은 횡격막의 머리쪽 이동으로 보이게 된 간이다 두 스캔사진은 척추를 기준으로 같은 례벨이다 그림 6-16

(2) 마쥐중 무기떼의 예 방 호기말앙압 10 cmH20의 호기 말양압은 지 속적 으로 허 탈된 폐조직을 재 개 방할 수 있다. 이 는 호기 말양압 (positive end expiratory pres­ sure ， PEEP) 자체보다 흡기 기 도내 압의 증가 때문으로 보인다. 그러 나 많은 환자들에서 무기폐는 계속된다. 호기 말양압이 이

러 한 조직을 재 개 방할 수 있는지 확실히 알 수 없으나 이 상적

인 방법은 아니 며 ， 마취 중에 호기 말양압을 항상 사용하지는

않는다. 왜 냐하면 션트는 호기 말양압에 대해 비 례 적 으로 감소 있으며 뚱뚱한 사람이 마른 사람보다 무기 폐 범 위 가 넓 다. 그

하지 않으며 동맥혈산소도 의미 있게 개 선되 지 않는다.

러 나 나이와는 관련이 없으며 어 린이 와 젊은이 에게도 노 인만

션트가 계속 남아 있는 것은 호기 말양압에 의해 흉강내 압이

큼의 무기 폐를 관찰할 수 있다 만성 폐쇄성 폐 질환 환자에서

혈류를 폐의 더 의존적 인 부위로 재분포하기 때문이다 (그림 6

45분간의 마취 동안 무기폐를 거 의 볼 수 없다는 연구도 있다.

19) . 이 러 한 경우 폐의 바닥쪽에서 지속되는 무기 폐 는 호기 말

폐가 허 탈을 예 방하는 기 전에 대 해 서 는 명확하게 알려 져 있지

양압이 없을 때 보다 더 많은 폐혈류를 받게 된다. 게 다가 증가

않으나 폐포허탈이 발생하기 전에 기 도폐쇄가 일 어 나 거 나 폐

된 흉강내 압은 정 맥 혈 복귀와 심 박출량을 감소시 켜 정 맥 산소

의 용적 감소를 대항하기 위해 흉벽과 폐 사이 에 균형 이 변하

분압과 동맥산소분압 모두를 낮춘다. 또한 호기 말양압을 갑자

기 때문이 라고 생 각한다.

기 중단하면 폐는 바로 다시 허탈되고 1 분 이 내 에 호기 말양압

무기 폐 의 양과 다불활성 기 체 제 거 법 으로 측정 된 폐 션트 사

을 주기 전의 크기 만큼 허 탈된다.

이 의 관계는 매우 갚 다. 그러나 션트는 나이 에 따라 증가하지 않는다. 그림 6-18은 CT 스캔과 단일광자방출전산화단층촬영

근긴장도의 유지

(SPECT)으로 본 무기 폐 부위와 수직분포에 따르는 폐 위 치 의

호흡근의 긴장도 유지는 무기 폐의 발생을 막는다 케타민은 근

환기 량과 폐혈류량의 관계를 보여주고 있다

긴장도를 손상시 키 지 않으므로 무기 폐를 일으키 지 않는다 그 러 나 근이완이 되 면 무기 폐는 발생한다 그 외 근긴장도를 유

1 34

•

PART I

역사와 기본원리

「’」1 〉닝니 씨” C A

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B c 0:0

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1 :5

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("10)

마취중인 환자에서 앙쪽 폐 의존성 부위에 무기폐가 보이는 전산화단층촬영스캔(왼쪽 사진)과 그에 해당하는 환기와 혈류의 수직분포(오른쪽 그 림) 각성 중인 환자와는 달리 환기가 위쪽 펴|구역으로도 잘 분포된다 여기서는 환기가 관류를 초과하여 사강과 같은 효과나 과도한 환기를 보인대오른쪽 림으I A구역) 폐 아래쪽 반은 내려가면서 환기는 감소하며 관류보다 더 작다， 이 부위를 낮은 VA/O 라고 하며 혈액의 산소공급이 방해 받는다 여기서 환기가 감소하는 기전은 간헐적인 기도폐쇄 때문이다(8구역) 무기폐에 해당되는 바닥쪽은 거의 환기가 이루어지지 않으나 관류는 지속되어 션트가 나타난다(C구역) 또한 폐는 아래쪽으로 갈수록 관류가 증가되는데 가장 바닥쪽에서는 오히려 감소한다 이 부위를 일명 IV구역이라고 하며 여기에서는 폐사이질압이 증가하여 펴|포바깥 혈관을 압박하고 저산소성 폐수축을 일으킨다‘ (출처 Redrawn Irom dala in Tokics L， Hedenslierna G， 8vensson L， el al: V/O dislribulion and correlalion 10 aleleclasis in aneslhelized paralyzed humans. J Appl Physiol 81:1822-1833， 1996.) 그림 6-18 •

그

지 하기 위해 횡 격 막을 지속적으로 자극하는 방법 이 있으나 그

수 있다. 그 러 나 이 러한 요법 에 서 기 도내 압이 20 cmH20 이 하

효과는 미 미 하다.

라 면 무기폐를 감소시 커 지 못한다. 3 0 CmH20의 기도내 압에 서 처 음 크기 의 반 정도로 무기 폐를 감소시 키 며 허 탈된 폐조직

동원요법

모두를 재 개 방 하려 면 약 40 cmH20의 기 도내 압이 필요하다

동원요 법 ( recruitment maneuvers) 은 히품 (sigh)요 법 이 나 1

(그림 6-20) 이 처 럼 40 cmH20의 기 도내 압으로 7-8 초 정도 폐

회호흡량의 2배를 주는 방법으로 허 탈된 폐조직을 재 개 방시 킬

를 팽창시 켜 허 탈된 폐조직을 재 개 방시 키는 방법을 ‘VC 요법 ， (vital capacity maneuver) 이 라고 한다. VC요법 은 심 혈관계 의 부작용을 일으킬 수 있으므로 반드시 감시장치를 사용하면 서 시 행 되 어 야 한다.

최소가스재흘수 이 미 허 탈된 폐조직을 재 개 방시 키 기 위 해

vc

요법을 사용한

후 100% 산소로 폐를 환기 시 키 면 갑자기 다시 무기 폐가 발생 한다. 반면에 질소와 함께 40%의 산소를 사용하면 무기 폐가 천천히 나타나고

vc 요법

후 40분에는 처음 무기 폐의 20%만

이 다시 나타난다. 그러므로 마취중 환기 시 적 절한 흡입산소 농도(0. 3-0. 4)를 사용해야 하며 동맥혈산소공급에 문제 가 있을

옆으로누운자세의 마취중 환자에서 폐헐류의 분포를 나타낸 감 마카메라 영상 호기말앙압 없이(ZEEP) 기계환기 동안 관류는 주로 아래쪽 폐로 가고 위쪽 폐에는 약간 줄어 전체 떼관류의 33"10-40"10가 간다 10 cmH20의 호기말앙압(Gen. PEEP)이 적용될 때는 아래쪽 펴|로 관류가 더 증가하여 위쪽 폐의 대부분은 관류가 없어져 사강같은 효과를 보여준다 만 약 아래쪽 폐에 선택적으로 10 cmH20의 호기말앙압(8el. PEEP)을 가하게 되면 관류는 위쪽 폐로 재분포되어 두 폐사이가 균등해진다- 위 영상에서 위 와 아래쪽 펴|의 크기는 폐용적을 뜻하는 것이 아니라 관류되는 폐조직을 보 여주는 것이다. (출처 Hedenslierna G， Baehrendlz 8， Klingsledl C， el al: Venlilalion and perlusion 01 each lung during differenlial venlilalion wilh seleclive PEEP. Aneslhesiology 61:369-376， 1984.) 그림 6-19 •

때만 증가시 킨다. 기 도 삽관의 어 려웅으로 무호흡이 길 어 지 며 일 어 날 수 있는 위 힘 을 줄이 기 위해 마취유도 시 1 00% 산소로 몇 분간 환기 시 킨다. 이 러한 마쥐 전 산소투여( preoxygenation)를 30% 산소 로 환기 시 키 면 마취도입과 그 후에 발생할 수 있는 무기 폐의 형성을 막을 수 있다 한 연구에서 각각 60%， 80%， 100% 의 마 취 전 산소투여를 비교했는데 100% 산소를 사용한 경우에서 무기 폐 가 모두 발생하였으나 60% 이 하의 산소를 투여 했을 경

Chapter 6

호흘생리

25

•

135

。

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。

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5 0 0

•

그림 6-20 각성중(윗부분， 왼쪽)， 마취중 호기말 기도내압이 o CmH20일 때(윗부분， 오른쪽)， 마취중 기도내압이 20 cmH20일 때(아랫부분， 왼쪽)， 마취중 최대 기도내압이 40 cmH20일 때(아랫부분， 오른쪽)의 전산화단층 촬영스캔. 각성 중일 때는 무기펴|를 볼 수 없고 펴|의 아래쪽 부위에 혈관들 만 보인다 마취중 호기말 기도내압이 o cmH20일 때 앙쪽 펴| 의존성 부위 에서 무기떼를 볼 수 있다 마취 중에 정상 1 호|호홉량을 주면 약 1 0 cmH20 정도의 기도내압이 생기는데 이 때 허탈된 어 떤 떼조직도 열리지 않으며 20 cmH20에서도 열리지 않는다 30 cmH20의 기도내압에서 허탈 된 폐조직이 열리기 시ξ「하고 완전히 떼를 열기 위해서는 40 cmH20의 최대 기도내압이 팔요하다. 그러므로 폐를 열기 위해서는 ‘VC 요법(vital capacity maneuver)’ 이 요구된다. (출처 Rothen HU， Sporre B， Engberg G， et al Reexpansion 01 atelectasis during general anaesthesia: A computed tomography study. Br J Anaesth 71:788-795， 1993.)

•

20

40

60

80

1 00

FET0 2 (%)

그림 6-21 마취전 산소투여(preoxygenation) 동안의 흘입산소농도에 따 르는 무기폐의 발생 각각 12명에게 100%， 80%， 60%의 산소를 투여하고 호기말산소농도(FETO')를 측정하였다 100%의 마취전산소투여가 80%나 60%보다 무기떼가 많이 발생되었고 60% 마취전산소투여에서는 거의 무기 떼가 발생되지 않았다. 25%의 호기말산소농도를 보이는 파란 동그라미는 마취도입 시 30%의 산소를 투여한 경우이다 (출처 Rothen HU， Sporre B， Engberg G， et al: Prevention 01 atelectasis during general anesthesia. Lancet 345:1387-1391， 1995.)

요법 후 마취 끝날 때 까지 더 낮은 산소농도(40%)를 투여하면 동원 후에도 폐는 계 속 개방될 수 있다.

(3) 기도폐쇄 간헐적 기 도폐 쇄는 무기 폐와 같이 의존성 폐구역에 환기를 감 소시 킬 수 있다. 이 러한 폐구역은 낮은 때/0. 구 역 으로 환기 가 감소하나 관류는 유지 되 는 곳이다. 나이 가 증가함에 따라 낮 은 VA/Q 로 관류가 증가하여 기 도폐쇄는 증가한다 ( 그림 6-8) . 마취는 기 능잔기용량을 0 . 4-0. 5 L 로 감소시 키 기 때 문에 기 도

우에는 거 의 없 었다 (그림 6-21 ) .

폐 쇄 가 더 증가하게 된다. 폐 의 아래쪽 반에서 환기 의 감소가

100% 산소로 마취 전 산소투여 를 하더 라도 1 0 cmH20 의 지

기 도폐 쇄 에 의해 일 어 나는 것을 그림 6-18 에 서 보 여 주고 있

속적 기 도양압 (CPAP) 과 함께 시 행한다면 무기 폐를 막을 수

다. 이 러 한 부위는 마취중 산소공급을 손상시 키 는 중요한 원

있다. 하지 만 가스가 새 지 않는 시스템 이 필요하기 때문에 일

인이 된다.

상적 인 마취도 입 에 적 용하기 는 어 렵 다.

마취중 손상된 산소공급투여의 73%가 무기 폐와 기 도폐 쇄 에 의한 것 이 며 ， 다음과 같은 공식 이 성 립 된다.

마취후 산소공급 마취 전 산소투여뿐만 아니 라 수술이 끝날 때 시 행하는 마취후 산소공급에서 도 무기 폐 의 형 성 을 촉진시 킬 수 있다 이 러 한 마 취후 산소공급은 종종 기 도내 흡인과 같이 시 행 되 어 어 느 방법

P a02 ( mm H g) = 2 1 8 - 22 . l n atele떠ss (cm 2 ) - O.06 (CV - E RV ) ( m L )

이 무기폐를 형 성 했는지 알기 어 렵 다. 마취후 산소공급은 수술 이 나 마취 중에 보다 많은 무기 폐 가 형 성 되는 수술 후에 많이

( r = . 86， P < ， 00 1 ) ， (CV - ERV)는 기 능잔기용량 이상에서

투여 된다. 마취가 끝나기 전에 10 분간 100% 산소를 투여하고

일 어 나는 기 도폐 쇄 의 양이 며 ERV는 호기 예 비용량이 다. 그림

마취 끝날 때 VC 요법을 함께 시 행 하는 것은 이 러 한 무기 폐 형

6-22는 마취중 폐 의 산소공급 손상을 단순한 3구역 모댈로 설

성을 막지 못한다. 이 는 허 탈된 조직을 재 개 방하였으나 그 후

명 하고 있다. 이 는 정상 환기-관류구역 ， 환기 가 손상을 받는 기

투 여 되 는 100% 산소에 의 해 개 방된 폐조직을 통원(recruit­

도폐쇄구역 ， 환기 가 전혀 되 지 않는 허 탈된 폐구역으로 나누

ment) 하지 못하고 다시 닫히 기 때문이 다. 이 와는 다르게 VC

고， 해당하는 VA/Q 의 분포를 보여주고 있다.

1 36

•

PART I

역사와 기본원리

0.6

A

0.4

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0.2

VA/Q 0.0

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A 개방된 떼포 B 기도며쇄 C 무기며

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1 00

그림 6-22 마취중 환자 펴|의 3구역 모델 떼의 위쪽구역은 폐포와 기도가 열려 있다(A구역). 중간과 아래쪽구역은 기도가 간헐적으로 폐쇄되어 환기를 방 해한다(B구역) 폐의 바닥쪽은 폐포가 허탈된다(무기며1. c구역) 해당되는 환기-관류 분포를 다불활성 기체제거법으로 구했대오른쪽 그림). A와 B는 각각 환 기와 관류가 잘 되는 폐구역과 간헐적인 기도폐쇄가 있는 구역을 가리키고 있으며 그림 6-7과 유사하다 또한 펴|의 바닥쪽에서는 무기폐로의 관류로 선트가 발생한다

3 ) 마 취 중 환 기 와 멸 류 분포 ( 1 ) 완기 분포

방사능표지된 큰응집 알부민의 주입과 SPECT를 이용한 연구

동위원소를 사용한 연구에서 마취중 바로 누운 자세의 환자는

에 서 마취중 기 계환기 를 받고 있는 환자에서 폐 혈류의 분포는

흡입 가스가 의존성 폐 에 서 비 의존성 폐 부위로 재분포되 었으

배쪽에서 등쪽으로 내 려 가면서 관류가 증가하다가 가장 낮은

며 ， 방사능표지 분무제와 SPECT를 사용한 연구에서 는 환기 가

부위 에서 약간 감소한다 또한 가장 낮은 부위 에 CT를 통해 알

주로 위쪽 폐구역으로 분포되 었고， 폐의 아래쪽 반은 감소하였

수 있는 무기 폐구역 에도 관류는 이루어 진다 (그림 6-18) .

다. 그 리 고 폐 의 바닥쪽은 환기 가 안 되는 무기 폐 가 분포되 어 있는 것을 CT 에 서 관찰할 수 있었다( 그림 6-18) .

(2) 폐얼휴의 분포

호기 말양압은 우심 방의 정 맥 혈복귀(venous return) 에 영향 을 주어 심박출량을 감소시 키고， 심 박출량에는 영 향을 덜 미 치

호기 말양압은 마취중 옆으로누운자세에 서 의존성 폐에 환

지 만 폐 혈관저항에도 영 향을 준다. 게다가 호기 말양압은 혈류

기 를 증가하여 환기 의 분포가 각성 중인 사람과 비슷하게 된

를 의존성 폐구역으로 재분포하여 위쪽 폐구역의 관류를 줄여

다. 또한 마취 전에 미 리 폐를 팽창시 킴으로써 호기 말양압과

사강효과를 일으킨다. 상당량의 혈액을 폐의 등쪽으로 내 려 가

같이 환기를 위쪽과 아래쪽 폐에 균등하게 분포시 킬 수 있다.

게 하여 무기 폐 부위 에 혈류를 증가시 키 기 도 한다.

이와 같은 방법은 기 능잔기용량을 각성 중인 사람 정 도로 회복 시켜 정상적 인 가스분포가 되도록 한다. 이 러한 효과는 허탈된

(3) 저산소성 떼수축

의존성 폐구역 (무기 폐) 이 동원되 고 아래쪽 폐구역에 기 도폐 쇄

몇몇 흡입마취제는 분리된 폐에서 저산소성 폐수축을 억 제 시

된 곳 이 재 개 방되 어 나타나는 것 이 다 또한 위쪽 폐구역을 팽

킨다. 심 박출량의 변화가 없 는 상태 에 서 이 소풀루란과 칼로탄

창시 킴 으로 탄성을 낮춰 환기 가 덜 되도록 하여 아래쪽 폐 의

은 2%의 MAC에 서 저 산소성 폐수축의 반응을 50% 억 제한다

환기 가 증가되도록 한다.

(그림 6-23). 그러나 바르비투르산염과 같은 정 맥마취 제 에 서 는 이 러한 효과를 볼 수 없다. 저산소성 폐 수축 반응은 심 박출

Chapter 6

1 00

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그림 6-23

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•

1 37

•

최소폐모마취농도(MAC) 단 위에 대한 저산소성폐혈관수축(HPV)의 완 화 1 MAC에서 서로 다른 흘입마취제를 사 용하여 마취하면 저산소성 펴|혈관수축이 약 20-30% 억제되고 농도가 높아지면 더 크게 억제된다. 그러나 무기떼와 같은 환기가 되 지 않는 부위의 관류는 마취제의 농도가 커 져도 감소되지 않는다 (출처 Marshall BE Hypoxic pulmonary Vasoconstriction Acta Anaesthesiol Scand 94:37-41 1990 .)

*

50

호흘생리

3.0

폐포마취농도(MAC 딘위)

Awake

1 .0

0.6

0.2 0 ---'

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1 .2 ---，I Qs 1 70%

1 . 1 0. 1 00 Anesth .ZEEP

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0.6 0.3 0 ---'

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1 . 10. 1 00

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Anesth . P E E P

0.5

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0.3 0.1

6.6%

•

각성 중인 건강한 정상인(Awake)， 마취중 호기말 기도내압이 o c mH20인 사람 (Anesth.ZEEP)， 마취중 호기말양압이 10 cmH20 인 사람(Anesth.PEEP)의 펴| 전산화단층촬영스캔 과 VA/O 분포 각성 중인 정상인에서는 어떤 무기 떼도 없으며 해당되는 \!A/O 분포에서도 간헐적인 기도폐쇄에 의해 나타나는 낮은 \!A/O 형태 외에는 특별한 것이 없다. 마취중 호기말 기도내압이 o cmH20일 때 펴|의 바닥쪽에서 무기떼가 관찰되며 오른쪽 폐의 중간에서 횡걱막의 머리쪽 이동을 볼 수 있다 무기폐와 션트(Os)로 인해 낮은 \!A/O 는 사라지고 큰 션트가 나타나며， 위쪽 폐구역의 폐포 사강을 반영하는 작고 높은 \!A/O 형태도 볼 수 있 다 호기말앙압에서는 허탈된 폐조직이 동원되어 선트는 상당히 감소하며 높은 VA/O 형태는 더 커 져서 관류가 되지 않는 위쪽 폐구역이 증가하여 사 강과 같은 효과가 나타난다 그림 6-24

0

•

1 38

PART I

역사와 기본원리

량， 심 근수축， 혈관의 긴장도， 혈 액 량의 재분포， 혈 액 pH ， 이 산화탄소분압， 폐 역 학 등의 변화와 동시 에 일 어 나므로 알아내 기 어 렵고， 인처1 실 험 은 복잡하기 때 문에 다양한 결괴를 보이고

( 영

있다.

E굶빼6「

4) 마취 중 환.71 -관류 조화 (1 ) 사감， 선트， 왼기 - 관휴 관계

마취

16

12

8

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-------

，

마취중 대 부분의 환자에서 혈 액 의 이산화탄소제 거 와 산소공급 이 손상 받는다. 이 산화탄소제 거 의 손상은 사강환기 가 증가되 기 때문이 며 해부학적 사강은 변하지 않으나 폐포사강이 증가

0

되 기 때문이다 디불활성 기 체제 거 법 에 의하면 마취중 증가된 COz 사강은 진정한 사강이 아니 라 관류가 불충분한 폐부위의 높은 VA/Q 때문이 다 (그림 6-24) . 높은 VA/Q는 폐포압이 폐혈 관압을 초과하는 I 구 역 에 해당하는 폐 위쪽에 서 볼 수 있으며 폐포사이 막 Cinteralveolar sep띠) 의 혈관관류가 매우 적 다. 이 산화탄소의 제 거 가 손상되 면 환기를 증가시 켜 쉽 게 관리할 수 있으며 기 계호흡을 하는 보통의 마취 중에서 는 큰 문제가 되 지

o

•

10

20

30

40

50

60

70

나O l(서1)

마취 중인 사람의 나이가 션트(shunt) 션트 + 낮은 VA/Q (shunl + low V A/Q)， 정맥헐혼합(venous admixlure)에 미치는 영항 션 트는 나이에 따라 서서히 증가하나 션트 + 낮은 VA/Q과 정맥혈흔합은 가따 르게 증가한다 (출처 Gunnarsson L. Tokics L. Guslavsson H. el al Inll uence 01 age on aleleclasis lormalion and gas-exchange impairmenl during general-aneslhesia. Br J Anaeslh 66:423-432， 1991.) 그림 6-25

않는다. 마취중 산소공급의 손상은 고 령 의 노인에서 심 각하며 비 만 환자에서 는 산소공급을 악화시 키 고 흡연지는 비흡연자보다 가

농도(FIOz) 에 달려 있다. 흡입 산소농도가 높을수록 낮은 VA/Q

스교환에 서 더 손상을 받는다. 정 맥 혈흔합 (venous admix­

구 역 이 줄어든다. 그 러 나 낮은 VA/Q 구 역 이 가스흡수나 션트

ture)은 션트의 계산식 에 의해 구할 수 있는데 ， 마취중 심 박출

구역으로 전환되 어 허 탈된다면 높은 흡입 산소농도를 투여하여

량의 1 0%까지 증가한다 ( 표 6-6) 정 맥혈혼합은 환기 되 지 않는

도 개선시 킬 수 없다. 진성 션트와 낮은 얘/Q 구역 의 관류를 합

폐조직 에 관류하는 구역뿐만 아니 라 불충분한 환기 구역과 환

한 것은 정 맥 혈혼합과 관계가 깊으며 나이 에 따라 비슷한 양상

기 에 비 해 관류가 과다한 구역(낮은 VA/Q)을 포함한다. 정 맥

을 보인다 (그림 6-25).

혈혼합이 어 느 정 도 낮은 얘/Q 구역을 포함하느냐는 흡입산소

젊 고 건강한 성 인을 마취하면 다불활성 기 체제 거 법 에 의한 결과 각성 중일 때보다 Log SDQ 가 0. 43에 서 0 . 80 으로 거 의 두 배 가 증가하여 환기 와 관류의 분포가 더 넓 어 지고， 진 성 션

표 6-6 정맥혈흔합(션트)량을 구하는 공식

Ca X6T = (cc' x6이 + (cv x 6s) Qc = Qr - Qs

트는 8%까지 증가한다. 폐 기능이 떨 어 진 노 인 의 경우 근이완 과 함께 마취하면 log SD Q는 각성 중일 때 0 . 87 에서 1 . 73으로

(1)

증가하고 진성 션트는 1 5%까지 증가한다 이와 같은 결과에서

(2)

환기 관류 불균형과 진성 션트의 증가가 마취 에 의한 산소공급 손상에서 중요한 역 할을 한다는 것을 알 수 있다.

(2)식 (1)에 식(2)를 대입하면 다음과 같다

Ca x Or = (Cc X [6T - 6s J) + (Cv x 6s)

(2) 호흘추진력에서 마취효과

OT

이를 정리하면 다음의 식과 같다

Qs Cc' - Ca Qr Cc' -Cv 여기서 Cc' ， Ca， C\i 는 각각 펴|모세혈관끝， 동맥혈， 정맥혈혼합의 산소함유량이고， OT는 심박출량， Oc는 모세혈관혈류랑， Qs는 션트랑 0 1 다.

마취중 자발호흡은 자주 감소된다. 바르비투르산염과 같은 정

맥마취제뿐만 아니 라 흡 입 마취제는 이 산화탄소의 민감성을 떨 어 뜨린다. 이 러 한 반응은 용량의존적 이 어 서 마취 가 깊을수록

환기는 더욱 감소한다 마취는 저 산소에 대한 반응도 감소시 키 는데 목동맥토리 (carotid body) 의 화학수용체가 이 러한 효과 에 관여한다. 호흡큰에 대 한 마취 의 효과는 변하지 않으나 흉 곽은 마취가 깊 어 지 면서 작게 웅직 인다. 이 산화탄소에 대 한

Chapter 6

호흘생리

•

1 39

정상 환기 반응은 늑간근에 의한 것으로 마취 가 이 산화탄소에

용적과 무기 폐 형 성 의 차이가 있어 환기 - 관류 불균형 이 발생하

대한 환기 반응을 감소시 켜 늑간근이 영 향을 받아 환기 가 감소

여 어 떤 환자의 경우， 동맥산소공급에 상당한 손상을 가한다.

하게 된다.

그 러 나 이 러 한 현상은 개 인의 차가 심 하고 예측하기 어 렵 다. 동위 원소를 사용한 연구에 서 옆누운 자세 에서 환기 - 관류 불균

5) 마취 중 폐 기 능에 영 향을 미 치 는 인 자 (1 ) 자발호흘

세 에 서 는 관류의 수직 분포가 심한 불균형을 보이지 않는데 ，

기능잔기용량은 근이완의 여 부와 관계 없이 마취 중에 어느 정

폐 의 등쪽 혈관은 의존성 이 나 비 의존성과 관계 없이 관류가 개

도 감소한다. 또한 자발호흡을 하는 마취 중인 환자에서 무기

선되는 구조를 지 니 고 있기 때문이다. 또한 마취 중에 환기분

폐는 근 이 완을 하는 환자와 거 의 비슷한 정 도로 발생한다. 횡

포도 엎드린 자세 에 서 더 균일하게 나타난다.

격 막의 머 리쪽 이 동은 전신마취 에 서 자발호흡이나 근이완상태

(4) 나이

에서 모두 볼 수 있다. 자발호흡 동안 횡 격 막은 아래쪽 의존성

형 이 증가하였으나 엎드린 자세에 서 는 개 선 되 었다. 엎드린 자

부위 에 서 가장 많이 이 동하고 근이완상태 의 기 계호흡에서 는

나이 가 증가하면서 동맥혈 산소공급이 손상 받는 것은 잘 알려

위쪽 비 의존성 부 위 에 서 가장 크게 이 동한다.

져 있다. 앞에서 이미 언급했듯이 나이 에 따라 무기 폐 의 발생

이 러 한 자발호흡과 기 계호흡 사이 에 차이 때문에 기 계호흡 이 관류량이 많은 의존성 폐구역 에 환기 량을 감소시 켜 VA/Q

은 증가하지 않으며 션트도 증가하지 않는다. 반면에 나이 가 들어 가면서 각성 중이 나 마취 중에 낮은 ψ'A/Q 부위에 관류가

를 악화시 킬 가능성도 있으나 실제 근이완으로 인해 가스교환

증가하여 환기 - 관류 불균형 이 증가한다. 그림 6-25는 나이 가

이 악화되 었다는 증거는 없다. 동물실험 에 서 도 마쥐중 자발호

증가하면서 션트와 낮은 얘/Q 비 부위의 관류 변화를 보여준

흡과 기 계호흡 사이 에 환기 - 관류 불균형 도 같은 정도였으며 션

것으로 마취중 가스교환 손상의 가장 큰 원 인은 50세 이 하에

트도 모두 증가하였으나 둘 간의 의 미 있는 차이는 없 었다. 임

서 는 션트이 고， 그 이 상의 나이 에 서 는 환기-관류 불균형 ( log

상에서 도 이 와 유사하게 자발호흡과 기 계호흡 모두 션트의 양

SDQ 의 증가) 이 다. 마취중 나이와 log SDQ와의 관계는 각성

과 흰기 - 관류의 불균형은 각성 중일 때보다 증가하나 서 로 간

중일 때와 유사하며 마취 에 의한 환기 - 관류 비는 20년 의 세 월

의 차이는 없 었다. 이와 같은 결과를 보면 마취로 인한 가스교

만큼 악화된다 그러 나 log SDQ는 수술이 끝나면 마취 전 수준

환에 미 치는 대 부분의 효과는 자발호흡뿐만 아니 라 근이완이

으로 되돌아옹다

나 기 계호흡에 의 해 더 해지는 효과는 거 의 없 거 나 매우 적 다.

(5) 비 만 (2) 흘입산소농도의 증가

비 만은 혈 액 의 산소공급을 악화시 킨다. 이 는 정상인보다 기 도

흡입산소농도 (FIOz) 0 . 21 의 공 기 를 사용하여 폐수술에 정 맥 마

폐 쇄 가 상당히 증가하여 기 능잔기 용량을 현저 히 감소시 키 기

취를 시 행한 경 우 션트는 1-2%로 매우 적으나 FIOz 가 0.5로 증

때문이다. 고농도의 산소는 폐 쇄 된 기 도에서 무 기 폐 를 빠르게

가되 면 3-4%의 션트 증가를 보인다. Froz를 0. 53에 서 0.85로

형 성 한다 마취 중이나 수술 후에 신 체 비 만지 수(body mass

증가시 키 면 션트는 심 박출량의 7-10%까지 증가한다. 이 러한

index ， BMI) 와 무기 폐 크기와의 관계를 그림 6-26 에 서 보여주

관계는 증가된 Froz에 대 해 저 산소성 폐혈관수축이 완화되고

고 있다. 마취유도 중에 지 속기 도양압 (continuous positive

낮은 얘/Q의 폐단위 에 서 무기폐와 션트가 증가하기 때문이다.

airway pressure ， CPAP) 으로 기 능잔기용량의 감소를 막으면 무기 폐 의 형 성을 감소시 켜 동맥 혈의 산소공급을 증가시 킬 수

(3) 신치|자서|

있다. 심 한 비 만 환자에서 마취유도중 쉽 게 저 산소혈증이 발생

기능잔기용량은 바로누운자세와 마취로 인해 더 욱 감소하기

하는 것을 PEEP 이 나 CPAP 을 통해 막을 수 있다. 이 는 PEEP

때문에 기 능잔기용량을 보존하기 위 해 곧게 선 자세를 취하면

이 나 CPAP에 의해 폐용적 이 늘어 더 많은 산소가 모세혈관으

이득이 있지 않을까? 전신마취중 반누운 (semirecumbent) 자

로 확산되 기 때문이다.

세를 취 했을 경 우 바로 누운 자세에 비 해 산소공급의 개선은

마취 및 수술중 산소공급을 하기 위 해 100%와 같은 높은

없었다. 반누운 자세 에 서 는 심 박출량이 감소하고 혈류분포가

농도의 흡입산소를 종종 사용하는데 이 는 항상 최 선의 방법은

균일하지 못하여 폐 혈류에 장애를 주어 전혀 또는 거 의 환기 되

아니 다. 고농도의 흡입산소는 무기 폐 의 형성을 촉진하며 30%

지 않는 대 부분의 의존성 폐부위 의 관류가 증가하기 때문이다.

이 상의 션트가 있는 비 만 환자에서 더 이 상의 흡입산소는 동맥

옆으로 누운 자세 에 서 는 의존성 폐와 비 의존성 폐 간의 폐

혈 산소공급을 증가시 키 지 못한다. 이 경 우에는 충분히 높은

1 40

.

PART I

역사와 기본원리 넓어 주의하여 야 한다. 이 러한 환자에서 마취중 무기 폐 형 성 에

。

20

대 한 방지 책들을 오랫동안 지속할 필요는 없으나， 낮은 따/Q 비 부위 에 서 수술중 늦게 또는 수술 후에 폐 쇄 된 기 도의 가스

15

..라

가 천 천 히 재흡수되 어 무기 폐 가 형 성 될 수도 있으므로 조심하 여 야 한다.

10

(기 부 워 마쥐 부위마취가 환기 에 미 치 는 효과는 운동신 경 의 차단범 위와 형 태 에 달려 있다. 흉부와 요부 전체를 포함하여 광범 위하게 차

5

단되 면 흡기용적은 20% 감소하고 호기 잔기 량은 거 의 0 에 도 달한다. 그러나 횡 격 막기 능은 국소마취제 가 실수로 경 부까지 0 0

20

25

35

신체질량지수 그림 6-26 • 마취중 신체질량지수(body mass index， BMI)로 표시한 신 체크기와 무기펴|의 관계. BMI가 클수록 무기폐도 커진다 (출처 Rothen HU， Sporre B， Engberg G， et al: Reexpansion 01 atelectasis during general anaesthesia: A computed tomography study. Br J Anaesth 71:788-795. 1993.)

도달되 더 라도 지주 보존된다 숙련된 자에 의 해 시 행 된 부위마 취는 폐 가스교환에 거의 영향을 미 치 지 않는다. 척 추마취나 경 막외마취 에 서 동맥 혈 산소공급과 이 산화탄소제 거 는 잘 유지 되 고， 폐쇄용적과 기 능잔기용량과의 관계는 변하지 않으며 환기 ­ 관류 비 의 분포도 변하지 않는다

참고문헌

PEEP 을 사용하여 무기 폐를 막는 것이 좋다. 그 러 나 심 박출량 의 감소나 허 탈된 의존성 폐조직으로 가는 혈류의 재분포 등의 부작용을 조심하여야 한다. 허 탈된 폐조직을 재 개 방시 키는 VC 요법과 함께 PEEP을 사용하면 서 환기하는 것도 좋은 방법 이 다. 신체자세도 폐용적 에 영향을 미 치므로 수술에 제한을 받지 않는 정 도의 자세 변화도 고 려 할 수 있다.

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37: 8-17.

(이 기존의 떼칠왼 흡연자와 폐 질환 환지는 정상인보다 더 심하게 가스교환이 손 상되며 이 러 한 차이는 마취 중에도 나타난다. 중등도의 기 류제 한을 받는 흡연자는 정상 폐 를 가진 사람보다 션트가 적 으며 경도에서 중등도의 기 관지 염 환자에서 도 션트는 적 어 진다 그

러 나 log SDQ는 커 져 서 환기 -관류 불균형 이 발생한다. 다불활

성 기 체제 거 법 과 CT를 통한 연구에서 만성 기 관지 염 환자는 마취중 무기 폐 의 발생 이 매우 적으며 션트도 거 의 없다. 그러 나 낮은 때/Q 비 부위 에 관류가 증가하여 상당한 환기 -관류 불 균형을 볼 수 있다. 결과적으로 동맥혈 산소공급은 건강한 정 상인보다 더 손상을 받는데 그 원 인은 정상인의 경 우와 다르 다. 이 러한 환자에서 무기 폐 나 션트를 볼 수 없는 것은 만성 적 인 과다팽창 때 문으로 폐 의 역 학을 변화시 키 고 흉벽과의 상호 작용에 의 해 폐 허 탈을 감소시 킨다. 그러나 폐 쇄 성 폐 질환 환자 는 나중에 무기 폐로 전환될 수 있는 낮은 뻐/Q 비 부위가 매우

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호흘생리

•

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C h a pt e r

7

간생 리

최규택

차 려| -

01 . 해부

1) 엽， 구역 2 ) 간순환 3) 신 경 분포 4) 림프계 02. 간 혈류의 조절 1) 간정맥압의 특정

2) 간 혈류의 조절 기 전 3) 간 혈류에 대 한 마취 의 영향

03. 샘 리기능

1) 대 사기놓 2) 담즙 생 산 3) 혈 액 학적 기 농 4) 호르몬 대사 5 ) 면역기능 6) 약제 의 생 체 내 변환 04. 간기능 평가

3) 합성기능의 평가 4) 간기능의 정 량적 평가 05. 간질환의 병태생리학

1) 담즙 정 체 성 손상 2) 저 산소중/허 혈 3) 유 리 기 와 지 질의 과산화 4 ) 세균성 ， 바이 러스성 ， 면 역 학적 손상 5) 알코올

1 ) 간세포 손상의 평가 2) 담 정 체 의 지표

6) 만성 간질환

I뀐 해부

mL/min( 약 1 00 mL/min/1 00 g) 이 다.

1 ) 엽 ， 구역

25-30%를 담당하고 산소공급의 45-50%를 담당한다 문맥은

간의 무게는 1 . 4-1 . 6 kg 이 며 성 인 체중의 2%， 신생아의 5%어l

판막이 없으며 위장， 비장， 훼장， 내 장의 모세혈관으로부터 나

해당한다. 간은 육안적으로 좌， 우엽으로 나눈다. 우엽은 좌엽

오는 정 맥 혈을 받는다. 문맥 혈은 총 간 혈류의 70-75%를 차지

에 비해 6 배 더 크며 꼬리 엽(caudate) ， 사각엽 (quadrate) 으로

하고 산소공급의 50-55%를 담당한다. 문맥은 상장간막， 비 장

구분된다. 또한 생 리 적 해부학에 의 거 하여 혈관의 유출입과 담

정 맥과 연 결 이 있다. 부행혈관(collateral vessel) 도 존재하여

즙의 배출이 독립 적 으로 이 루어 지 는 8 개의 기 능적 이 고 독립 적

간동맥 이 점 차적 으로 막히 면 우 위 장， 좌 위장， 위 십 이 지 장，

인 구역으로 나눈다(그림 7-1 ) 가로막， 복벽 ， 위 ， 십 이 지 장 등

상 십 이 지 장， 상 춰11-십 이 지 장， 하 춰1-십 이 지장 동맥을 통하여

주위 장기 와 겸 상인대 (falciform ligament) ， 관상인대 (coro­

부행순환이 일 어 난다. 문맥을 통한 부행순환도 있으며 간 외

nary ligament) ， 간-신 인 대 ， 우삼각， 좌삼각 인 대 로 연결되 어 있다.

간통맥은 복강총(celiac axis) 에 서 분지 되 며 총 간 혈류의

문 맥 혈 로 가 막히 면 문맥 혈 류는 심 부 담냥， 대 망(greater omentum ) ， 횡 격 막， 제대 변연 정 맥 ， 간내 Eck' s 누공으로 흐 른다. 간 내 에 서 문맥과 간동맥은 치츰 분지를 내 어 궁극적으

2) 간순환 (1 ) 얼관 분포

로 종말 문맥과 세동맥 이 된 후 세담도와 함께 문맥축을 형 성

간은 심 박출량의 25%를 문맥과 간동맥을 통하여 이중으로 공

혈관이 다. 정 맥 동을 따라 혈 액 은 말단 간정 맥 또는 중심 정 맥

급받으며 성 인 에 서 휴식 기 에 총 간 혈류는 1 ， 2 0 0 - 1 ， 400

에 모인 후 간정 맥을 따라 하대 정 맥 으로 배출된다. 세 개 의 간

한다. 정 맥 동은 간동맥과 문맥 계 가 합하여 져 형 성 된 간 모세

144

.

PART I

역사와 기본원리

2 3

그림 7-1

•

간 구역의 기능적 해부도 1. 우간정맥， 2 중간점맥， 3 좌간정맥， 4 문맥

정 맥(좌， 우， 중) 과 간 후면의 많은 소분지를 통하여 하대 정 맥

세담관

담모세관

kupffer cell

으로 배출된다.

(2) 미세순왼 정 맥동(sinusoid) 은 앓은 내 피 세포와 큰 Kupffer 세포， 지 방을 저 장하고 있는 세포( 성상세포 또는 Ito cell) 들로 한 줄로 배 열 되 어 정 맥동의 벽 을 형 성 하고 있으며 간 실 질 내 혈류의 주된 통로이다. 정 맥 동과 간 실질세포 사이는 Disse 강이 있고 내 피 세포 사이 에 난 많은 작은 구멍을 통하여 Disse 강 내로 혈 액 이 쉽 게 통과하여 간 실질세포에 혈 액 이 도달하게 된다(그림 7-2)

문맥

•

간동맥

정맥동

""시처aH o 며。「

그림 7-2 문맥 3지의 단면도

조직학적 으로 간 소엽(lobule)은 6 각형 의 프리즘 모양이 다 중심 정 맥 (central vein)은 프리즘의 중심 에서 종으로 주행하며 6 개 의 수직으로 배 열된 문맥 축이 6 각 구조의 각을 형 성 하고

문맥축이 되 고 가장자리가 중심 정 맥 이 되 는 세 포군인 세 엽

중심 정 맥과 평 행으로 달린다 각 문맥축은 결 제 조직 ， 림프， 신

(acinus)으로 소엽을 대 신한다. 이 것은 간의 기 능적 인 미 세순

경 ， 문맥 3지 (portal triad ， 문맥 간동맥 ， 담도의 종말지 ) 가 있

다. 소 엽 의 횡 단변은 혈관로 (lacunae) 로 분리 되 면서 줄을 이룬

환 단위 이고， 세 엽 의 중심으로 들어온 혈액은 정 맥동으로 들어

상으로 6 각형 의 중심 에 있는 중심 정 맥으로 모여든다. 가장 변

3 개 의 순환영 역 으로 나뀐다(그림 7-4)，

，

간세포들이 도열하고 있다. 혈관로는 6 개의 문맥축에서 방사

간다(그림 7-3)， 간 세 엽 의 실질세포는 유입 혈관(문맥축)과의 관계 에 따라서

연부는 간세포의 제한판이 연속적 인 벽을 형 성 하여 전통적 인

구역 1 은 문맥축과 정 맥동의 기 시 부와 가까운 곳의 간세포

소엽을 구성한다. 그 러 나 인체의 간은 소엽 사이 에 결 체 조직 이

들이 며 산소와 영 양이 풍부한 혈액을 공급받는다. 구역 3의 세

발달되 지 않아 그 경 계가 불명하여 혈류의 방향에 따라 중심 이

포들은 세 엽( acinus) 의 주변부에 위 치 한 세 포로 구역 1 ， 2 의

Chapter 7

간생리

•

145

/ / / / /

/

그림 7-3

•

/ /

간소엽의 모식도

세 포와 가스， 대시물질을 교환한 혈 액 을 받는다. 구역 2는 그 이 행 지 역 이 다. 이 러 한 미 세 혈관 구조에 의하여 구역 1 과 구역 3 의 대 사는 판이하게 다르다. 문맥 주위 간세포 (periportal

•

‘

......

그림 7-4 간세엽의 세 개의 순환영역. 구역1에서 구역3으로 혈류가 나아 감에 따라 정맥동 내의 산소분압과 영양분 농도는 계속 감소한다

hepatocyte) 는 사립 체 (mitochocdria) 가 많이 포함되 어 있어 산화적 대사와 glycogen 의 합성 에 이 상적 이 다. 구역 3은 산소 분압이 제 일 낮은 혈 액 을 공급받으므로 혐 기 성 대사에 적 합하

4) 림 프계

다. 중심 주위 간세포(pericentral hepatocyte) 는 세포질내 세

정 맥 동 주위 의 Disse 강에서 생산되고 문맥 계 주변의 Mall 공

망(smooth endoplasmic reticulum) ， 환원 nicotinamide ade

간을 따라 문맥축의 림 프관에 도달한 후 가슴림 프관 팽 대 (cis­

nine dinuc1eotide phosphate(NADPH ) ， cytochrome p-450

terna chili) 를 통하여 흉관에 모인다. 간 정 맥 압의 작은 변화에

이 많아서 무산소대사{anaerobic metabolism) 와 외 생 성 생 체

의 해 서 림 프액으로 삼출되 며 간 피 막을 통하여 복강 내로 삼출

내 변환(xenobiotic biotransformation) 의 주된 위 치 가 된다.

되 면 복수가 된다. 복수의 단백은 정상 혈장 단백 의 80-90% 에

구역 3은 순환장애(허 혈 ， 저 산소증， 울혈)나 생 변환에 의한 독

해당한다.

성 부산물에 의 해 쉽 게 손상 받는다. 그 결과 허 혈 초기 에 약제 의 생 체 내 변환에 장애가 생 긴다.

3 ) 신 경 분포

휩 간 혈류의 조절

문맥과 간 피 막에 신경총이 전 ， 후로 분포한다. 전신경총은 복

1 ) 간정 맥 압의 특징

강신경총(T7-T1이으로부터 교감신 경 ， 좌 미 주신경 ， 우 가로막

간의 혈관은 용적 변화가 가능하므로 혈 액 의 저 장고 역할을 한

신경 의 지 배를 받으며 후신경총과 문맥 ， 담도에서 연결된다.

다 정상적 으로 간조직 1 00 g 당 25-30 mL의 혈 액 을 저 장하며

전신경총이 파괴 되 면 간담도의 생 리 가 변한다. 간， 담낭이 확

인체 혈량의 10-15%에 해당한다. 10%는 모세혈관에 ， 70%은

장되 면 우측 견 갑부， 견부의 방산통이 3 ，4 경수신경 (C3， 4) 을

통하여 전달된다

정 맥 계 에 ， 20%는 동맥 계 에 분포하고 있다. 간정 맥 압은 안정상태 에 서 문맥 압이 제 일 높고 간정 맥 압， 중심 정 맥 압 순이 다. 정 맥통압은 중심 정 맥 압보다 2-3 mmHg

146

.

PART I

역사와 기본원리

높다. 중심 정 맥 압은 간정 맥 압에 한정 적 으로， 정 비 례 하여 영

하면 증가한다. 식후 혈 액 의 과삼투압 상태는 간동맥과 문맥

향을 미 치 고 그 정 도는 직 곡선으로 나타난다. 그 이유는 간정

혈류를 증가시 킨다.

맥은 중심 정 맥 압이 증가함에 따라 저 항이 감소되 어 수동적 으 로 확장되는 정 맥 의 성 질이 있기 때문이 다. 문 맥 도 확장성 이

(2) 외인성 조휠

있 어 서 문맥 혈류와 유출압( 간정 맥 압， 중심 정 맥 압) 이 직 선적

신경성 조절

으로 비 례 하지 않는다. 정 맥 동도 직 경 이 7-1 5 μm 이 나 생 리 적

과탄산가스 혈증， 통증， 저 산소증에 의해 교감신경 이 자극 받

상태 에 서 도 180 fJffi 으로 확장될 수 있다. 생 리 적 범 위 내 에 서

으면 간 혈 류와 혈 량이 급격 히 감소하고 몇 초 내 간혈 량

문맥 혈류는 간정 맥 압에 비 해 항상 양압이 어 서 유출압에 구

(hepatic blood volume) 의 80%(약 500 mL) 을 중심 정 맥으로

애받지 않고 유지 되 나 1 0- 1 5 mmHg 이 상으로 유출압이 증가

방출할 수 있다. 간혈량은 비 긴장용적 (unstressed volume) 과

될 경 우 간정 맥상은 확장되 어 간울혈 이 생 기 고 혈류가 감소

긴장용적 (stressed volume) 을 합한 것 이 다. 간내 압(intrahep

한다

atic pressure) 의 생 리 적 한계 내 에 서 혈압- 혈량 관계는 비 례 하

간동맥과 문맥 의 상호보완작용， 간정 맥 내 의 괄약근， 간동 맥 의 압력-혈류의 상호 자동조절， 자율신경 이 담당한다

고 간내 압이 0 일 때 간 내 의 잔류 혈 액 의 OJ을 비 긴장용적 이 라

고 말한다. 긴장용적은 혈 관 탄성 (혈량/압력 ) 의 영향을 받으며 긴장용적 에 의 해 혈관 압력 ( 간내압) 이 결 정 된다 비 긴장용적

2) 간 멸 류의 조절 기 전 (l ) 내�성 조절

은 혈 액 의 저 장고로써 혈량이 부족해 질 경우 간내 혈류를 원활

내 인성 조절은 신경과 혈 액을 통한 혈관 작용성 물질의 영향을

된다. 그러므로 간은 혈량을 능동적으로 이동시 키 는 저 장고 역

받지 않고 혈류를 조절하는 기 전이 다. 간동맥 완충반응， 자동

할을 한다. 미 주신경은 총 간 혈류에 영 향을 주기보다 정맥동

조절， 대사적 조절 등 세 가지 가 있다.

전 괄약근에 작용하여 간 내에서 혈류의 지 역 적 배분에 영호t을

히 하기 위하여 긴장용적으로 전흰되 거 나 전신순환으로 박출

준다. 간에는 정 맥 괄약근이 있으며 내 피 세포 주변에 분포하고

간동맥의 완층반응

있는 탄성 이 있는 성상 세포군이다. 이 들은 능동적 ， 자발적으

문맥 혈류가 감소하면 간동맥 의 혈류가 증가하는 반응이 다 간

로 수축을 할 수 있으며 혈류의 조절에 관여 하고 혈관작용성

동맥과 문맥의 상호보완적 관계에 의 해 간세포의 기능에 펼수

물질의 영 향을 받는다.

적 인 산소공급과， 내 인성 외 인성 물질의 청소에 펼수적 인 총간

문맥과 간동맥 에서 정 맥 동으로 유입 되는 혈류는 문맥과 정

혈류(total hepatic blood flow) 가 일 정 하게 유지 된다. 문맥 혈

맥동이 만나는 지 점 의 정 맥 동 괄약근， 세동맥과 정 맥동이 만나

류의 감소로 인하여 adenosine 이 세 척 되 지 않아 간 세동맥 내

는 지 점 의 세동맥내 괄약근， 정 맥동내 중심 괄약근에 의 해 조

adenosine 의 농도가 증가하면 간동맥 이 이완되 어 간동맥 혈

절 되 고 소 엽 하정 맥 (sublobular vein) 에도 괄약근이 있다 그

류가 증가한다. 기 타 신경 성 ， 근육성 ， 대 사성 요인들， 문맥 의

밖에 기 능적 인 동맥-문맥 문합이 있다. 따라서 정 맥동은 중심

pH 와 산소함량이 완충역 할에 영향을 미 친다.

괄약근과 세동맥 괄약근이 수축하면 문맥 혈류만 받고， 정맥동 괄약근이 수축되 면 동맥 혈류만 받고， 모든 괄약근이 수축되 면

자동조절

혈류가 없다. 간소엽 에 서 방수로(sluice channel) 를 통하여 정

국소혈류가 동맥 압의 변화와 관계 없이 일 정 하게 유지 되는 경

맥동에서 중심 정 맥을 거 치 지 않고 소엽하정 맥 으로 혈류가 우

향을 말한다. 동맥 의 관류압이 증가하면 관류압의 증가에 의 해

회 할 수 있다. 약제에 의 해 소 엽 하정맥과 소엽 의 괄약근이 수

세동맥의 평 활근이 늘어나면 근육성 반응에 의 해 동맥수축이

축하면 이 런 방수로를 통한 혈류는 중지 되 고 혈류의 일부분은

일어 난다는 가설이 다 대사활동이 활발할 때 ( 식후) 어느 정도

정 맥동으로 역 류하여 간세포의 산소화와 대사에 영향을 미 치

있다고 본다. 그 러 나 공복(마취 및 수술) 시 와 같이 간이 자극

게 된다.

을 받지 않을 때는 자동조절 이 없다. 문맥 계 는 이 기 전이 없다 이 것은 간 혈류의 주된 조절기 전이 아니 다.

출혈이 심 할 때 혈압유지 의 목적으로 norepinephrine을 투 여할 수 있다. Catecholamine 은 간의 관류압은 증가시 키 나 간 정 맥 의 산소포화도를 감소시 키 므로 간의 산소화에 부정 적 인

대사적 조절

영향을 미 쳐 간의 산소공급을 감소시 킬 수 있다 간내 션트되

저 산소혈증， 과탄산가스혈증 등 혈 액 의 구성 성 분이 간 혈류에

는 혈 액 때문에 간 혈류가 조직 의 관류를 반영하지 않기 때문

영 향을 미 친다. 간동맥 혈류는 문맥 의 산소분압과 pH 가 감소

이 다.

Chapter 7

호르몬 조절 전신 호르몬 중에 에피 네프린이 가장 강력하게 혈관에 작용한

g

간생리

•

1 47

괜 생리기능

교감신경 성 수용체만 있다. 그러므로 에피 네프린의 투여 용량

1 ) 대사기능 ( 1 ) 단백 칠

에 따라 간동맥은 소량에선 ß-작용에 의 해 혈관이 이완되 고 대

간은 아미노산의 주된 대 사 장소이 다. 알부민은 간에서 생산하

량에 선 a-작용에 의해 혈관이 수축한다. 문맥은 단지 혈관수축

는 단백 질의 1 5%에 해당한다. 1 20-300 mg/kg/dL 정도 생 산

만 일어 난다.

한다. 알부민 합성조절은 식 사로써 공급되는 아미노산의 양과

다 동맥 에 a-， ß-교감신 경 성 수용체 가 존재하나 문맥 에는

간 혈류는 도파민의 영향을 거 의 받지 않는다 Epinephrine ，

호르몬의 균형 ， 혈장 삼투압이 관여한다. 알부민은 약제 ， 호르

norepinephrine 의 혈관작용이 항상 도파민의 혈관작용 효과

몬， 금속， 대 사산물들과 결 합한다. 그래서 이 러한 많은 물질의

를 능가하기 때문이다. Glucagon 은 단계 적 이 며 지속적 으로

생물학적 활동과 대 사에 영힘탤 미 친다. 반감기 는 20 일 이 고

간동맥을 이완시 키고 스트레스에 의한 교감-부신 반응을 포함

급성 간 손상의 기 간이 짧을 경 우 혈 장 알부민은 쉽 게 감소하

하여 다O.}한 생 리 적 자극에 대한 간동맥 의 혈관수축 반응을 억 제한다 Angiotensin II 은 장간막 혈류를 감소시 키 고 간동맥과 문맥을 강하게 수축시 킨다. 그 결과 간 혈류도 매우 감소한다. Vasopressin은 내장의 혈관을 수축시 켜 문맥 계로 정 맥 혈 의

지 않는다. 복수가 있고 만성 간질환의 경 우 총 교환 가능한 알

부민의 양은 정상이 더 라도 혈장치는 종종 낮다

비 타민 K 의존성 응고인지들인 II ， VII ， IX ， X과 비 의 존성 응고인자 V， XI ， XII ， XIII ， 섬 유소원은 간에서 합성 된다.

유 입 을 감소시 키 고 문맥 혈 관의 유 입 저 항을 감소시 키 므로

Ceruloplasmin은 구 리 를 함유하고 있는 m-globulin 이 며

vasopressm 이 문맥 고혈압을 없애는 데 효과가 높으나 간 혈

간에서 합성된다. 담즙 정 체성 쓸개관간경화증(biliary cirrho­

류 유지 의 측면에선 유용성 에 의문이 있다.

sis) ， 호지 킨 병 ， 임 신， 심 근경 색 에 서 혈중치 가 증가한다. 아미노산 전환úransamination) ， 산화적 탈아미노화에 의 해

3 ) 간 멸 류에 대 한 마취 의 영 향

아미노산이 분해되 면 케토산， 암모니아， glutamine 이 형 성 된다

마취 약제가 간 혈류에 미 치는 영 향을 고려하여 마취 및 환기 방

법을 결 정 해 야 한다. 상복부 수술 시 총 간 혈류는 수술 자체만

Krebs-Henseleit cyclε은 암모니 아와 다른 질소 배 설물을 요소

으로도 60% 감소한다. 어 느 마취 약제 에 의한 것보다 크다 조

것이 특정 이 다. 그 결과 혈중 요소농도가 매우 감소한다 또한

절 환기 에 의한 저 탄산가스 혈증은 내장혈관 저항을 증가시 켜

암모니 아가 과잉 축적 되 어 간부전 시 뇌병증(encephalopathy)

문맥 혈류는 감소한다.

의 한 원인이 되 기 도 한다.

(urea) 로 바꾼다. 심한 급만성 간질환은 요소 합성 이 되 지 않는

호 기 말 양압은 간정 맥 압을 증가시 키 므로 간 혈류를 더욱 감 소시 킨다. 심 박출량을 감소시 키 는 모든 마취 제와 마취수기는

(2) 탄수와물

최 소한 비 례 적으로 총 간 혈류량을 감소시 킨다. 또한 마취 제에

간은 혈당치 에 따라 당을 생산， 소모하는 매우 중요한 장기 이

따라 간 혈류의 변화를 더 증가시 키 거 나 상쇄하기도 한다. 할

다 카테콜아민은 당신생 (gluconeogenesis) 의 속도를 cyclic

로탄은 다른 흡입마취 제 보다 더 많이 간 혈류를 감소시 킨다.

adenosine monophosphate(cAMP) 의존성 (β양) 및 cAMP

이 소플루란(isof1urane)은 1-2 MAC에 서 간동맥 혈류를 증가

비 의존성 (a-양) 기 전에 의해 조절한다 Glucagon 은 cAMP 농

시 킨다.

도 가 증가하면 cAMP 의 존 성 단백 질 인산화효소 (protein

부위마취는 간 혈류를 감소시 킬 수 있다 척 추마취 가 간 혈

kinase) 에 의해 당신생 이 일 어 난다 인슐린은 당신생 에 대 한

류를 감소시 커 는 정도는 감각 차단의 범 위 에 달려 있다 T4 까

glucagon과 카태콜아민의 작용을 길항한다 24시 간 이상의 공

지 차단되 면 간 혈류가 20% 감소한다. 이 것은 전신혈압의 감

복이 나 지속적 인 운동 후에 glycogen 이 고갈되 면 유산， 글리

소와 비 례한다. Sodium nitroprusside 주 입 에 의한 유도저 혈

세롤， 아미노산 전구물질의 일부(alanine ， glutamine) 로부터

압은 동맥 압이 40% 감소할 때까지 간 혈류의 변화가 없다. 그

당신생 이 되 어 포도당을 공급받는다

러 나 저 혈압이 더 심 해 지 변 허 혈 성 손상이 발생한다 비록 모 든 마취가 간 혈류를 감소시 거 나 간의 산소요구량도 감소하므

(3) 지필

로 혐 기 성 대사가 일률적으로 발생하지는 않는다.

지 질은 유미 미 립 (chylomicron) 의 형 태 로 혈 액 에 서 림 프를 통 하여 간에 도달한 후 acetyl CoA로 분해된다. 이 것은 삼카르복 실 산 회 로 (tricarboxylic acid cycle) 또는 중지 방 인 지 질

1 48

.

PART I

역사와 기본원리

(triglyceride phospholipids) ， 콜레스테롤， 지 단백 합성 에서

그 결 과 질소 균형 이 양성으로 될 수 있다. 경 막외 마취로 이 반

지 방이 포함되는 대 사과정 의 열쇠 분자에 해당한다. 간내

응을 가장 효과적으로 차단할 수 있고 그 밖에 할로탄， 엔플루

glycogen 으로 저 장이 포화되고도 남은 포도당은 매우 효율적

란， 모르핀， 아산화질소를 thiopental 이 나 fentanyl 과 같이 사

으로 간에서 지 방산으로 변환된다.

용할 경 우 약한 효과가 있다.

간에서 지 방산의 대 사는 없 어 지 는데 에스테 르화(esterifi

중간대사물에 대한 마취제 의 영향 평 가에 할로탄이 가장 많

cation) 와 ß-산화(ß -oxidation) 의 두 가지 경 로를 거 친다. 지

이 조사되 었는데 할로탄은 분리관류 간에서 요소합성과 당신

방산의 산회를 촉진하는 것 이 glucagon 인 반변 인슐린은 억

생 과정 에 산소소모를 억 제한다. 유산을 제 거 하는 주과정 이 할

제한다. 지 방산은 R 산화된 후 사립 체 에 서 acetyl-COA로의

로탄에 의 해 억 제 되므로 유산의 농도가 증가한다. 할로탄에 노

분해과정을 거 친다. 그곳에 서 acetyl CoA는 삼카르복실산 회

출되 면 단백 합성 이 억 제 된다.

로 내 에 서 더 산화되 어 이 산화탄소와 물로 되 거 나 케 톤체 가 된다 그 러 나 간에는 케톤의 산화에 필요한 효소가 없다. 공

2) 담즙 생 산

복에 의 한 케 톤증의 정 도는 스스로 제한적 (self-limiting) 이

담즙은 소화액으로서 중요한 역 할을 수행하면서 많은 내 ， 외

다. 케톤이 춰l장에 서 인슐린의 분비를 촉진하므로 지 방조직

인성 물질 이 간에서 배 설 되 는 것을 돕는다 담즙은 간세포에

으로부터 지 방분해와 간의 지 방산의 산화를 제한한다 이 러

서 형 성 된 후 세담도(bile dl..1c tule) ， 담관， 담냥 점 막에서 재흡

한 안전장치 는 인슐린 부족 시 없 어 져 당뇨성 케톤산증이 발

수， 전 해 질 수분의 분비 등에 의해 재구성 된다. 이 과정 에 서

생 한다

담즙염 ， 콜레스테롤， 인 지 질 이 담 낭 내 에 서 매우 농축된다. 마

지 방산은 글리세롤과 함께 에스태르화하여 중성 지 방을 형

약은 Oddi 괄약근의 경 련을 일으키고 총담관의 압력을 증가

성 한다. 이 것은 지 단백 주로 초저 밀도 지 단백 (very-low-densi

시 킨다. 이 효과는 할로탄에 의해 완화되 고 엔플루란， mtro­

ty lipoprotein ， VLDL) 에 포합되 어 간에서 분비 된다. VLDL 생

glycerin ， naloxone ， atropine ， glucagon 에 의 해 서 도 소량 완

산에 영향을 미 치는 주된 인자는 간에 도달하는 지 방산의 양이

화된다.

다 VLDL 분비는 인슐린과 에스트로젠에 의해 촉진된다.

3) 멸 액 학적 기 능 (4) 빌리루빈

수태 9-24 주 사이 에는 간이 조혈작용을 담당하며 출생 후 두

주 로 노화된 적 혈구의 파 괴 로 인하여 하루 300 mg 의 빌 리 루

달까지 계속 중요한 역 할을 한다 그 러 나 골수가 발육하면서

빈이 생산된다. Myoglobin 의 heme 부분이 빌 리 루빈으로 변

간에서 조혈세포는 완전히 사라진다. 단지 선천성 용혈성 빈혈

환되고 알부민과 강력히 결합하여 간으로 운반되 면 간세포 내

의 경 우 남아 있다. 조혈세포들은 골수 증식성 질환이 있거 나

에 서 빌 리 루 빈은 glucuronic acid와 결합(conjugation) 된다.

골수 실 패 가 일 어 나면 다시 나타난다 Heme은 주로 골수에서

비 결합된 빌 리루빈과는 달리 결합된 것은 독성 이 없으며 담즙

생산되 며 간에서 는 포르피 린 대사과정을 거 쳐 합성 된다. 급성

을 통하여 장내로 쉽 게 배 설된다. 간세포에서 생 성 된 결합 빌

간성 포르피 린증은 간의 heme 합성 에 결함이 있고 barbitu

리루빈의 일부는 간 정 맥동으로 직 접 들어오 거 나 담도나 림프

rates ， benzodiazepines ， ketamine ， pentazocine ， 할로탄 등

에서 혈 액 으로 흡수되 어 혈중으로 다시 들어온다

마취 제 에 의 해 악화된다.

(5) 간대 사어| 미치는 마쥐의 영 앙

4) 호르몬 대 사

굶거 나 수술적 손상 반응에 의해 혈중 이 해ca떠bolic) 호르몬，

간은 많은 호르몬의 생 체 내 변환에 중요한 역 할을 한다. 춰l장에

카테콜아민， gll..1 cagon ， 코티졸이 증가하여 신체는 이화상태 가

서 분비된 인슐린의 50%가 간에서 분해된다.

되 고 질소균형 이 음성으로 변한다. 그 리 고 인슐린， 테스토스태

Thyroxine(T4) 는 간에서 능동적으로 흡취 되 어 triiodothy­

론 같은 동회(anabolic) 호르몬은 감소한다. 수술적 손상은 단

ronine(T3)로 변화시 키 거 나 불활성화된다. 또한 간은 갑상선

백분해， 요소생산， 단백합성을 감소시 키 고 수술은 혈당을 증가

호르몬들과 결합히는 혈장 단백을 합성한다. 그러므로 간은 갑

시 킨다. 지 질대사는 수술의 영향을 약간 받는다. 마취 제 가 스

상선호르몬의 세포내외 분포에 영향을 미 친다. Aldosterone ，

트레스 호르몬(카태콜아민， 코티졸) 의 유리 에 영향을 미 치 는

estrogens ， androgens ， 항이뇨호르몬도 간에서 불활성화 된

만큼 간대사에도 영 향을 미 친다 만일 수술부위 에 서 부터 구심

다. 그러므로 간질환 시 내분비 계 에 큰 이 상을 초래한다.

성 신경 전달이 차단되 면 이 러한 내분비-대사반응도 약화된다.

Chapter 7

간생리

•

1 49

5) 면역기능

2기 반응

간은 망상내 피 계( reticuloendothelial system) 가 제 일 발달한

27] 반응은 glucouronic acid 같은 물질을 더 첨 가하여 결합

큰 장기 이 며 간 중량의 1 0%가 Kupffer 세포이다. 위장관에서

또는 합성 하는 반응이 다. 수용성 인 내 인성 분지를 포합시 켜 더

흡수된 항원의 탐식 능력과 관련되 므로 간은 전신순환의 필 터

욱 수용성을 증가시 키 는 것 이 다 흔히 화합물 대 사의 마지 막

역할을 한다.

단계는 수용성 대사물로 포합되는 것 이 다， 2 기 반응은 세포질 에 있는 효소에 의 해 수행된다. 이 효소들은 cytochrome P450

6) 약제 의 생 체 내 변환

에 비해 간질환의 영향을 적 게 받는다

약제 대사의 목적은 활동성 의 지용성 물질을 불활성 의 극성물 질로 변환시 키 는 것 이 다. 극성분자로 바뀌 면 세 포막을 통과할

(2) 악제의 간대시어| 영 앙 미치는 요민들

수는 없지만 신장에서 배 설이 가능해진다. 약제의 생체내 변환

간은 경구， 비 경 구로 투여된 약제의 혈중농도와 전신 효용성 에

기 능은 분자가 더 욱 극성을 띄 게 하여 효율적으로 배 설 되 게 하

영향을 미 친다. 간은 약제와 결합하는 단백질을 합성 하므로 신

는 것 이 다. 많은 외 생 제 (xenobiotics) 는 세포막의 투괴를 촉진

체 여 러 부분의 약제 분획 에도 영향을 미 친다 알부민 이 나 α­

시 키 기 위하여 지용성 부분을 가지 고 있다. 그리하여 장내 흡

acid glycoprotein은 유리 약제의 농도를 감소시 키 는 스폰지

수가 촉진된다. 이 런 화합물은 단백 결합이 높고 신장에서 재

의 역할을 한다. 그러므로 혈중 단백 질의 농도가 변화하면 약

흡수되므로 서 서 히 배 설된다. 약제의 대사는 1 차적으로 간에

제 의 용량-반응 관계가 변화한다. 알부민의 농도가 감소하면

서 ， 적 게는 장， 폐 ， 피 부에 서 일 어 난다. 간효소는 지용성 물질

알부민과 결합하는 약제의 약리 적 효과가 증가한다. 반대로 α­

을 배설 가능한 물질로 변화시 키 고 약리 적 작용을 종결시 키 므

glycoprotein이 높으면 어 떤 약제의 경 우 수용체로의 전달이

로서 해독한다 불행하게도 대사과정 중 생 기 는 반응성 중간물

감소하여 약제의 반응이 감소한다

질은 자체 적 으로 어느 정 도 독성 이 있다.

간 청소율

(l ) 효소반용

간 청 소율( hepatic clearance) 이 란 간이 체 내 의 약을 제 거 히는

간에서 약제 의 대사에 관여하는 효소반응은 1 기 반응(phase 1

과정 의 총합을 말한다. 단위 시 간에 간에서 약물이 제 거 되는

reaction)과 27] 반응(phase 2 reaction) 으로 나눈다 1 기 반

혈액 의 양으로 정 의한다. 간 청 소율은 간으로의 약제 전달 속

응은 carboxyl epoxide 또는 hydroxyl 군이 모체 화합물 속에

도( 간 혈류) ， 내 인성 간 청 소율， 단백 결합률에 의 해 달라진다.

소개 되 어 반응성 종족들을 생산하는 것 이 다 2 기 반응은 1 기

내 인성 간 청 소율이 란 간이 약을 혈 액 에 서 단백 결합， 간 혈

반응에 의 해 생 성 된 화학 물질군인 전환효소가 촉매하고 이 들

류의 변 화와 무관하게 추출할 수 있는 능 력 으 로 추출률

은 acetate ， 아미노산， sulfate ， glucuronic acid ， glutathione

(extraction ratio) 로 표시한다

성물은 모 화학물에 비 해 비 교적 독성 이 적고 생물학적으로 활

추출률 = ( 동맥혈 농도 - 정 맥 혈 농도) / 동맥혈 농도

성 도가 낮다. 또한 수용성도 1 기 반응에 의해 획득되는 것보다

간을 한번 통과할 때 혈 액 으로부터 제 거 되는 약제 의 분획 이

같은 극성 분자들의 수용체로 작용하는 것 이 다 2 기 반응의 생

증가한다.

다. 어 떤 물질이 간을 1 회 통과할 때 100% 추출되 면 추출률이 1 ， 0이 다. 간 청 소율은 간 혈 류 × 추출률로 표시 된다. 추출률이

1 기 반응

높은 약저j( lidocaine ， diphenhydramine ， metoprolol) 는 간에

1 기 반응은 산소 분지를 첨 가동}는 기 능화 반응이 고 반응의

도달하자Or자 제 거 되고 간 청 소율은 간을 통과하는 속도(간 혈

90% 이 상이 산화의 형 태를 취하며 가장 흔한 형 태 의 생 변환

류) 와 비슷하다. 이 러한 약제의 간 청 소율은 간 혈류의 변화에

이 다. 그 밖에 환원， 가수분해가 있다 1 기 반응의 대 부분은

민감하여 혈류 제한성 약물이 라고 한다. 간 혈류가 감소하면

cytochrome P450 같은 거 대 효소군에 의해 수행되 고 일부 혼

약제 의 간 청 소율이 감소한다. 추출률이 낮은 약제 (diazepam ，

합기능이 있는 산화효소에 의 해 촉매된다， Cytochrome P450

antipyrine) 는 약제가 간을 통과하는 속도( 간 혈류)보다 낮은

의 역할은 스테로이드 합성 ， 수용체 조절， 발암 전구물질을 발

속도로 대사된다. 이 런 약제의 간 청소율은 간 혈류의 영 향을

암물질로 변환시 킨다. 이 효소들은 세포 내 내 형 질망상에 많이

거 의 받지 않는다. 추출률이 낮은 약제 의 경 우에는 약제를 대

있다. 고령 이 거 나 간질환에 의해 쉽게 억 제 된다.

사히는 간효소의 능력과 단백 결합 능력 에 달려 있어 효소 제 한성 의t물이 라고 한다. 왜 냐하면 결합되 지 않은 약제만 세포막

1 50

•

PART I

역사와 기본원리

표 7-1 약력학 지표에 기초한 약제의 분류 추훌률

단백결합률

약제

Enzyme limited， binding insensitive

Low

Low

Antipyrine Amobarbital Caffeine Theophylline Aminopyrine

Enzyme limited， binding sensitive

Low

High

Chlordiazepoxide Diazepam Diphenylhydantoin Indomethacin Phenylbutazone Rifampicin Tolbutamide Warfarin

Flow and enzyme sensitive

Medium

Medium

Acetaminophen Chlorpromazine Isoniazid Meperidine Metopr이이 Nortriptyline Quinidine

Flow limited

High

Medium

Galactose Indocyanine green Labetalol Lidocaine Morphine Pentazocine Propoxyphene Propranolol Verapamil

을 통과하여 대사가 가능해 지 기 때문이다.

효소유도

한편 어 떤 약제에 대한 간 효소의 능력 이 약제의 단백 결합

많은 화합물질， 살충제 ， 유기용매 ， 발암물질 ， 환경 오염물질 등

능보다 강할 경우 그 약제는 간을 통과할 때 효과적으로 유리

이 효소유도를 통하여 미 세소체( microsome) 의 대사작용을 촉

된다. 그 결과 단백 결합이 높은(90% 이상) 약제의 추출에 두

진한다. 또한 효소유도에 의 해 해독과 배 설 의 속도가 조절되 기

가지 유형 이 생 긴 다. 만일 약제 의 내 인성 청소율이 낮으면 약

도 하며 외 생 제 의 독 성 중간물질을 만드는 대 사를 증가시 키 기

제 의 비 결합 분획보다 작게 추출되 고 유리 분획 에 거 의 비 례 하

도 한다. 예를 들 면 isoniazid는 엔플루란의 탈불소화를 증가

여 제한적 으로 추출된다(제한적 추출) . 반대로 내 인성 청 소율

시 켜 서 불소의 신독성 의 위 험 을 증가시 킨다

이 높으면 비 결합 분획보다 많이 추출된다. 이 런 약제는 간을 1 회 통과할 때 단백 결합의 정도에 영호딸 받지 않고 거 의 모두

연령

대 사된다( 비 제한적 추출) 따라서 내 인성 청 소율이 클수록 단

태 아의 간에서 외생제의 대사반응에 의 해 생성된 극성 화합물

백 결합의 변화에 덜 민감하게 추출된다(표 7-1 ).

은 태 아- 태 반 장벽 때 문 에 태아에 축 적 된 다. 신 생 아 간의

단백 결합을 감소시 키는 요인은 내 인성 청소율이 낮은 약제

cytochrome P450 양은 정상인의 28%밖에 되지 않으므로 간

에 더 영향을 미 친다. 즉， 추출률이 낮은 약제 의 청 소율는 유리

에서 외 생 제 의 대 사가 지 연되 며 이 것은 보호적 의 미 가 있다

분획 에 거 의 비 례 한다

신생아 과빌리 루빈혈증 이 생 기 고 bilirub따

Chapter 7

간생리

•

1 51

transferase 의 발달이 지 연되 기 때문에 2기 반응 속도도 매우

림 프를 지나서 혈중에 나타난다. 림 프 유속이 느리 면 혈중에도

느 리 다. 고령 기 에는 meperidine ， amylobarbital 의 대 사가 느

늦게 나타난다. 효소의 분자량에 따라 림 프를 거 치 지 않고 혈

려 진다. 그 밖에 약제의 혈중농도가 증가하는 것은 대사보다

중에 바로 나타날 수도 있다. 예를 들면 급성 심근경색 시 cre­

약제의 분포가 변화하기 때문이다.

atinine kinase( 분자량 80 K) 는 빨리 나타나나 lactic dehydro­ genase( 분자량 160 K) 는 서 서 히 증가한다 간 모세혈관과 정

(3) 악제 대 사에 미치는 마쥐의 영앙

맥동의 특정 때문에 간세포는 혈장과 거 의 직 접 접촉하고 있어

주수술기 동안엔 염증， 열 ， 질소 함유 용액의 주입 등으로 간의

간세포 내 의 효소는 유리 되 면 곧 혈액에 출현한다.

약제 대 사능력 이 감소한다. Ketamine 은 자체 가 대 사를 유도 하는 능력 이 있어 내 성 이 빨리 생 긴다.

손상이 급성 인가 또는 만성 인가에 따라 그 정도가 결 정 되 고 급성 의 경우 세 포 외 로 유리 되는 양은 손상된 세 포의 수와 정

간 혈류를 감소시 키 는 마취제는 추출률이 높은 관류 의존적

도에 비 례 한다. 간세포가 죽으면 더 이상 효소를 유리 하지 않

약제 의 청소에 영향을 미 친다. 더욱 중요한 것은 휘발성 마취

으므로 짧은 시 간 동안 출현한다. 만성 손상의 경 우 세포가 적

제 ， 할로탄은 cytochrome P450 과 glucuronyltransferase 계 에

응하여 효소의 유리 도 적 어 진다.

직 접 영향을 미 쳐 약제의 생 체 내 변환을 억 제한다. 할로탄은 phenytoin ， warfarin ， ketamine 의 대사를 방해한다. 또한 미

(1 ) 아미노 전이효소

세 소제 효소의 동일한 약제 대사 위 치 에 서 경 쟁하므로 엔플루

세 포 내 효소인 aspartate aminotransferase(AST) ， alanine

란의 대 사도 저 하시 킨다. Fentanyl 청 소도 할로탄 투여 가 간

aminotransferase(ALT) 의 증가는 간세포 손상이 있음을 의 미

혈류에 영 향을 미 쳐 감소한다. Verapamil ， propranolol 의 청

한다. ALT는 간에 많고， AST는 간 ， 심 장， 골격근에 많다. 그 러

a앙ce앉t때a없때때m ir

나 간 이 외 의 장기 인 심장， 골격근， 지 방 조직 ， 뇌 ， 신장에도 아

도에 서 용량 의존적으로 억 제 한다. 그러나 미 량의 할로탄에 장

별성을 낮추므로 간 손상의 지 표로 이 효소들을 사용하는 데

기 간 노출되 면 효소유도가 증가됨을 의 미 하는 antlpynne 대사

임상적으로 한계가 있다.

소 도 감소한다. 분 리 된 간세 포 에 서 할로탄과 엔플루란은

가 증가하고 더 연구된 바에 의하면 cytochrome c reductase 의 활성 이 변화한다고 한다.

미 노산 전이효소 (aminotransferases) 가 있는 점 이 조직 의 선

급성 간괴 사 시 AST ， ALT 가 저 명 하게 증가하고 그 정 도는 손상의 급성과 증상의 경중 여 부를 반영 하나 간기 능과 예후를 반드시 반영 하지 못한다. AST ， ALT 가 저 명 하게 증가하면 급성

I훨 간기능 평가

는 아니 나 간 손상 후 8 시 간에 출현하여 24-36시 간에 최 고로

간담도기능의 평 가는 병 력 청 취 및 이학적 검 사와 함께 검 사실

올라가므로 간 손상 시 민감한 지 표가 된다. 손상의 정도와 비

검 사를 한다. 병 력 중 약제와 알코올 섭 취 ， 화흐L물질 ， 독성물질

례하여 급성 간염 시 50배 이 상 증가하며 간외 담도 폐 쇄 가 있

에 노출된 경 력 ， 주사 및 수혈 여부， 간담도질환의 가족력 ， 가

거 나 불활성 상태 의 간경화 시 간세포의 파괴 가 더 없으면 혈

려움증， 황달， 비 정상적 인 통증， 소회불량， 대소변 색 깔의 변화

중농도는 낮다.

손상을 의 미 하고 만성 의 경우 아미노산 전이효소는 정상일 수 있다. AST는 다른 조 직 에도 많이 있어 간 선 별 성 이 있는 효소

등에 관해 특별히 주의를 기 울여 야 한다.

이 학적 검 사는 간， 비 장의 크기와 감촉을 조사하고 황달， 복

(2) 젖산탈수소효소

수， 문맥 부행 지 ， 거 미 혈관상( spider angioma) ， 간성 뇌 증

젖산탈수소효소(lactate dehydrogenase ， LDH) 는 민감하지

(hepatic encephalopathy) ， 간탓숨냄새 (fector hepaticus) 여

않고 비특이 적 인 지표이다. 동종효소인 LDH 4， 5는 간， 골격

부를 검 사한다. 간기능은 자체 가 매우 복합적 이 다 그러므로

근 손상을 의 미 하고 심장， 신장， 적 혈구 손상 시 LDH 1 ， 2 가

여 러 종류의 생화학적 검 사를 시 행하여 간기능을 평 가한다 일

출현한다.

반적으로 어 떤 검사는 간기 능을， 어 떤 것은 간 손상을， 또 어 떤 것은 간질환의 표식자를 검 사한다.

(3) 글수탑산달수소효소

1 ) 간세 포 손상의 평 가

글수탐산탈수소효소(glutamate dehydrogenase ， GDH) 는 간

세포가 손상 받으면 세 포내 효소는 단백 투과성 이 적 은 경 우

엽 의 중심부에 많이 있는 반면 LDH ， ALT는 주변부에 많이 있 어 저산소성 간 손상 시 GDH 는 매우 높은 반 면 ALT는 중등도

1 52

.

PART I

역사와 기본원리

로 상승한다. 이 런 형 태 의 변화는 급성 바이 러스성 간염과 간

지 않는다. 태반， 골， 내 장도 혈청 AP 의 활성 에 관여 하므로 근

세포 전역을 침 범 하는 다른 염증성 질환에서는 볼 수 없다.

원 조직 이 어 딘 가를 확인하는 것 이 중요하다. 감별하는 과정으

AST와 GDH는 ALT에 비 해 반감기 가 짧아 혈중에서 빨리

로 5 ' -nucleotidase나 leucine aminopeptidase ， gamma-glu

소실되므로 급성 바이 러스성 간염 시 AST/ALT 비 가 낮아진다.

tamyl transpeptidase를 동시 에 측정 하는 것 이 있다. 5' ­

그 러 나 증상이 가벼울 경 우도 그 비율이 낮다. 이 때 는 LDH 4 ，

nucleotides 도 태반， 골， 대동맥등 다른 조 직 에 서 발견되 지 만

5 가 급성 간염의 초기 에 사라지므로 감별이 가능하다.

정상 임 신 이 나 사춘기 동안의 성 장골， 골 질환(구루병 ， 파제트

간세포는 손상의 기 간에 따라 대사활동과 세포내 효소의 분

병 ) 에 서 도 혈 청 에 서 증가하지는 않는다. 간담도질환에 서 AP ，

포가 변한다 급성 일 경 우 변화가 곧 원상대로 되 지 만 만성 일

5' -nucleotidase 의 증가는 서 로 비 례 하는 경향이 있다. 그리고

경우 지속된다. 만성 에서 간경화의 이 행 기 엔 비 교적 간에 특이

5 ' - nucleotidase 농도를 측정하면 AP가 증가하였을 때 간이

적 인 ALT ， GDH는 정도가 감소하지 만 AST ， LDH 는 변화가 없

원 인인가를 감별하는 데 가장 유용하다.

다. 진행된 간질환에 서 는 AST 가 ALT보다 높고， GDH는 정상 이다 최대 혈중농도는 간세포의 총량에 의존한다

(3) Gamma-glutamyl transpeptidase 세포막에 붙어 있는 세 포 효소이다. 반감기 는 4 일 ， 여 러 간 질

(4) 앙액 앙체 항핵항제 (antinuclear antibody)는 만성 활동성 간염 환자의 75%에서 나타난다 항사립 체 항체 (antimitochondrial anti­

환에서 상승한다. 폐 쇄 성 담도정체 ， 알코올， 약제들， 급 · 만성

간염에서 증가한다. 세포막이 조금만 손상되 어도 증가하므로 간담도질환의 가장 민감한 지표이다.

body) 는 거 의 모든 원발성 담관경 화증 환자에 서 나타난다. Alpha-fetoprotein 은 원발성 간암의 지표이고 바이 러 스성 간

(4) 기 타

염 A ， B 는 혈 청 에 항제 ， 항원이 나타난다. 간질환자의 혈 청

지 단백-x는 담정 체에 특이한 지 표 가 된다. 저 밀도지단백의 일

gamma-globulin이 높으면 만성 간질환을 의심한다.

종이 다. 방사선학적 으로 담도를 증명 하는 수기 는 경 피 또는 내 시 경 적 담도 조영술이다. 경 피 경 간담도 조영술은 특히 담도가

2) 담 정 체 의 지 표 (l ) 빌리루빈

확장되 었을 때 유용하다. 내 시 경 적 담도 조영술은 수술적 담도 질환을 국재화하는 데 도움이 된다.

간의 배 설 기 능은 혈청 빌 리루빈 검 사로 가장 잘 알 수 있다. 러 나 건강인의 1 0% 이 상에 서 약간 증가된 소견을 보인다. 그

3 ) 맙성 기 능의 평 가 ( 1 ) 단백 (일중 알부민과 융고인자들)

원 인으로 모두 비 결합(non-conugated) 빌 리루빈이 증가되 어

Cholinesterase는 간 손상이 심하면 감소하며 단백 합성과 분

있다. 혈청 빌 리 루빈 치 가 4 mg/dL 이상이 면 신체조직 이 황색

비 가 감소의 지표가 된다. 알부민은 간세포 기 능의 좋은 지 표

이 되 어 임 상적 으로 감지된다 공막에 잘 나타난다. 결합(con­

이 다. 그러나 분포가 비 정상적 이 거 나， 혈량의 변화， 알부민 파

jugated) 빌 리루빈의 증가는 간 실 질 및 담도의 기능이상을 의

괴 과정 이 변하면 저 알부민증으로 나타난다. 혈중 반감기 가 20

미한다. 급성 용혈에 의한 비 결합 과빌 리루빈 혈증에 서 도 결합

일 정도이고 합성장애를 인지하는 데 시 간이 걸 리 므로 만성 간

형도 증가한다. 소변 빌 리루빈의 증가는 혈청 결합 빌 리루빈이

질환에서 세포기능부전의 경중의 판별에 유용한 지표가 된다.

정상인은 혈청 빌 리루빈치 가 1 mg/dL 이상을 넘 지 않는다 그

있음을 뭇한다. 비 결합 빌 리루빈은 소변으로 배 설 되 지 않는다

간에서 나오는 응고인자들의 반감기는 알부민과는 다르게 매우 짧고 VII 은 4 시 간， 섬유소원은 4 일 정도 된다. 그러므로

(2) 알칼리인산문때표소

급성 간 손상 시 응고인자의 간내 합성 의 감소는 혈중농도에

알칼리 인산분해효소(alkaline phosphatase ， AP) 는 전 형 적 으

빨 리 반영 된다. 혈장내 응고인자의 실 제 치 는 합성과 분해의 균

로 1 1 개까지 군을 형 성 하는 동종효소이고 세포막과 연관이 있

형 에 의 해 결 정 되고， 간이 응고와 섬 유소 용해의 억제물질도

으며 신체의 대 부분에 있다. AP 의 측정은 간담도질환， 급성 간

함께 생산하기 때문에 급성 간질환의 경 우 합성 감소와 파괴

염 ， 간암， 담즙 정 체 성 질환의 진단에 유용하다. AP 의 활성도

증가의 조합이 생 긴 다

는 간담도외 폐색(담도결석 또 는 담냥결 석 ) 에 매우 증가하고

합성 기능을 가장 잘 측정하는 것은 프로트롬빈 시 간( pro-

담소관의 손상이 나 담정 체 가 없는 한 AP가 전형 적 으로 증가하

thrombin time) 이 다. 프로트롬빈 시 간의 이 상은 응고인자 I ， II ， V ， VII ， X의 간합성 의 저 하를 의 미 한다 비 타민 K 투여로

다음은 간내 담도폐색 이 다. 간 실질의 괴 사가 있는 간질환은

Chapter 7

간생리

•

1 53

교정 되 지 않으면 심한 간세포질환이 있거나， 지 용성 비 타민이

다. Caffeine 을 경 구복용 후 caffeine 의 타액의 농도를 측정 하

위장에 서 의 흡수장애가 응고장애의 주된 원인이 아님 을 의 미

면 간질환 시 감소되 어 있으며 알코올성 간질환에 민감도가

한다. 급 성 간부전에서 프로트롬빈 시 간은 뇌증(encephalopa

100%이 다. 담즙산은 정상 간세포가 매우 효율적으로 흡수하

thy) 과 비 례한다

므로 혈중 담즙산의 농도를 측정하면 세포독성 에 의한 간질환 을 제 외 하고 간기능의 조기 변회를 측정할 수 있다. Lidocaine

(2) 탄수와물

대 사물 측 정 하 여 간 기 능 의 정 량 적 평 가 에 이 용 된 다 .

간에는 glycogen 이 많아 간 조직 이 20%만 있어도 포도당 공

Lidocaine 은 cytochrome P450에 의 해 ethyl 기 가 떨 어 진 후

급에 지 장이 없다. Glucagon 부하검사로 혈당치 의 상승을 관

monoethyIglycinexylidine (MEGX) 이 형 성 된다. MEGX는

찰하여 glycogen 저 장량을 평 가할 수 있다 간질환이 심하면

lidocaine 의 주된 대사산물이 다. 간질환의 정도와 그 농도가

혈당이 감소되 어 있다. 저혈당은 간질환이 심 하거 나 원발성 간

역 비 례 한다.

세포암에서 드물게 보인다. 그 러 나 급성 간염 ， 간경화 환자는 당인내(glucose tole때1Ce) 가 손상되 어 있다. 유산과 pyruvate 도 간 청 소율의 감소와 합성 증가에 의하여 혈중치 가 높다.

편 간질환의 병태생리학

(3) 기 타

1 ) 담즙 정 체 성 손상

병 이 만성화되 면서 섬 유조직의 합성 이 증가하여 혈중에 colla­

담즙의 분비장애나 내장까지 이 동 경 로에 장애가 있으면 담즙

gen ， proteoglycan ， glycosaminoglycan 이 증가한다. 또한 procollagen

III 대사물인 n-terminal propeptide 가 섬유화 활

동을 가장 잘 증명하고 n-acetyl-b-D-glucosaminidase 가 섬유

정 제 가 일어 난다. 특징 적 으로 담즙을 통하여 정상적 으로 배 설

되는 물질 인 담즙산， 콜레스테롤， 빌 리루빈이 혈 청 에 증가한

다 담즙 내 정상적 으로 발견되는 효소와 단백 인 AP ， r-glu

화를 잘 평 가한다 Kuffer 세포는 세균， 바이 러스， 암세포， 지

tamyl transpeptidase ， 5 ' -nucleotidase ， leucine aminopepti­

방산， 독， 항원물질 등을 제 거 하는 데 중요한 역 할을 한다. 탐

dase ， 면역 글로불린 A 도 혈 청 에 서 증기한다. 빌 리 루빈은 담

식 작용을 평 가하는 데 방사선 동위물질을 첨 가한 교질액의 제

즙 중 가장 독성 이 높고 호흡성 및 산화적 인산돼phosphory

거 율을 이 용한다.

lation) ， glycogen 합성 ， 삼카르복실산 회 로를 포함하여 많은 효소계에 방해 작용을 한다. 빌 리루빈은 heme 생 합성 ， 지 질 ，

4) 간기 능의 정 량적 평 가

아미노산， 단백 대 사도 방해한다. 농도가 높으면 세포막 기 능

Bromsulphalein ， indocyanine green ， rose Bengal 같은 염

도 방해한다.

료 제 거 검 사도 간기능의 검 사에 사용된다. 염 료가 전신적으로 저류되 면 혈류， 섭 취 ， 세포내 결합， 대사적 변환， 담도배설에

2 ) 저 산소 증/ 허 멸

지장이 있음을 의 미 한다.

조직 에 산소가 공급되 지 못하면 저 산소성 손상이 발생한다. 지 연성 세포사와 괴 사의 가장 흔한 원 인 이 다. 실험동물에서 저 산

(l ) Bromsulphthalein， indocyanine green

소증이 간에 미 치 는 효괴를 조사한 바 저 산소증은 당분해를 촉

간에서 빨리 흡수되는 성 질 때 문에 청 소율은 간 혈류에 의존한

진하는 adenosine triphosphate 을 감소시 켜 glycogen 저 장을

다. 대 량의 indocyanine green를 투여하여 흡수에 관여 하는

고갈시 키 고 유산의 축적 ， 세포 p H 를 감소시 킨다.

효소를 포화시 키 면 청 소율은 혈류에 의존하지 않게 되므로 기

고에너 지 인산이 없 어 지 면 단백 합성 이 감소하고 세포내

능이 있는 간세포의 양과 실질의 혈류를 측정하여 수술 후 예

Na+ ， K+ 의 항상성을 유지히는 이온펌프 기 능이 장애받는다. 결

후의 판정 에 이용되 고 있다.

과 세포 종창(swelling) 과 세포막의 기 능 상실로 인하여 세포 내 간효소가 혈장으로 유출이 촉진된다

(2) 기 타

호기 성 대사 후 산소는 물로 4 가(tetravalent) 감소가 일어

Galactose 배 설 검 사는 galactose 가 간에서 주 로 대 사되 므로

나지 만 일부분은 1 가， 또는 2 가 감소가 되어 산소와 과산화수

간경화 환자와 전 격 성 간염 (fulminant hepatitis) 환자의 예후 판정 에 도웅을 준다. Aminopyrine ， antipyrine 의 대시율을 측

소가 된다. 내 인성 항산화 효소방어 기 전과 지용성 청 소자가 세 포내 산화제 (oxidants) 의 양을 micromole 범 위 로 유지 시 킨다.

정 하여 간의 주된 생 변환 효소인 산화효소계 의 기 능을 측정한

그 러 나 간허 혈 이 발생하면 조직의 항산화 방어 기 전이 과활성

1 54

•

PART I

역사와 기본원리

화되고 필수 생 화학적 과정 이 손상 받는 병 적 인 상태가 된다.

생 된다. CC14는 반응성 이 높은 trichloromethyl 기 를 생산하여

간이 식 시 공여 간의 보존과 관련된 간 손상과 허 혈 ， 저 산

간독성을 유발한다. Nitrofurantoin ， paraquat ， 다른 방향성

소혈증의 효과에 관심 이 많 이 모아졌다 보존재 관류 손상이

물질도 유리 기 를 생산하여 간독성을 유발한다. 할로탄은 반응

이 식 간의 일차성 기 능부전( primary nonfunction) 의 원인이

성 산소족의 발생과 펼수 항산화제를 고갈시 켜 간세포가 산화

고 합병증과 거 부반응의 빈도를 높인다고 비 난받아 왔다. 반

스트레스에 민감해 지 면 독성 을 나타낸다. Acetaminophen ，

응성 산소와 질소가 이 식 간의 재관류 후 손상에 중요한 역할

bromobenzene에 의해 환원 glutathione 이 부족해지 는 것이

을 한다.

한 에 이 다.

산화제가 보존 손상에 관여한다. Lipid peroxides 가 간이 식 후 환자의 혈장에 서 증가하고 요산의 산화 산물(allantoin) 이

4) 세균성 ， 바이 러 스성 ， 면 역 학적 손상

출현하며 알파 토코페롤 양이 산화제 생산과 역 비 례 하므로 알 수 있다. 인체에는 요산을 allantoin으로 변환할 효소가 없다.

세균이 생산하는 내독소가 세포의 퇴 화와 사망을 유도한다. 모 든 내독소는 공통으로 지 니 고 있는 lipid A 와 두 개 의 다양한

그러므로 혈장에서 allantoin 이 검 출되 면 반응성 산화제 에 의

polysaccharide 부분(즉， 세균에 특이하게 나타나는 O-anti

해 형 성 되 었다고 보며 반응성 산소족이 이 식 후 생 성 되 었음을

gen) 을 지 니 고 있다. Lipid A는 혈액과 세 포에서 고밀도 지 단

강력 히 시 사한다. 유리 기 (free radical) 의 유도는 간이 식 후 3-4

백 (high density lipoprotein)과 결합한다.

배 증가한다 산화제의 생산 속도가 증가함을 시 사한다. 거 부

간에서 내독소는 간세포보다 Kupffer 세포에 많이 결합한

반응 시 산화질소의 혈중농도가 증가하고 이 식 장기 의 세 포 반

다. 내독소와 간세포가 결합함으로써 직 접 적 인 독성을 나타내

응과 비 례 하므로 반응성 질소족도 이 식 장기 의 기 능 부전에 관

기 도 하지 만 eicosanoids 와 다른 세 포독성 중개물질의 생산을

여한다. 산화제 의 과잉 생산과 내 인성 항산화제의 결 핍 때문에

촉진하는 Kupffer 세포가 지극받으면 담즙 정 체와 간세포를

보존 간이 반응성 산소 대사 물질에 민감하게 된다.

손상시 킨다. 바이 러 스도 직 접 또는 cytokine 의 생산을 통하여

간과 내 장은 xanthine dehydrogenase(XDH) /xanthine

간접 적 으로 림 프구 또는 대 식 세 포 의존성 세 포독성을 유발한

oxidase(XO) 의 활성도가 높다. Immunolocalization 연구로

다. 대 표적 인 예 가 간염 바이 러 스이 고 herpes 바이 러스의 일

XO가 간세포， 내 피 세포， K니pffer 세포에 주로 있음을 증명하

부이다. 간세포막 항원에 대한 항체가 자가 면 역 성 간염과 원

였다 XO 가 세포내 독성 산소 유리 기 의 중요한 원천이다 허

발성 담도 경 회증에서 전형 적 으로 발견되 는 것으로 봐서 간세

혈/재 관류 시 XO가 관여 한다. 보존액 으로 University of

포막 항원이 세 포 중개손상을 유발한다. 그 외 간 특이성 지단

Wisconsin 액 (solution) 은 항산화제와 XO 억 제 제 인 allopuri

백과 간 lectin은 세 포 중개성 세 포 독성 (cell-mediated cyto

nol 이 포함되 어 있다. XO 가 세포내 산화 스트레스의 원천이

toxicity) 의 잠재 적 항원이다.

될 뿐 아니 라 혈관 내로 유리 되 어 나와 원격 조직 ( 폐 ， 심장) 에 도 산화 스트레스를 준다.

5 ) 알코올

간허 혈 ， 담낭염 ， 간염에 의 해 간세포가 손상되 면 XO 가 다

장기 간 만성 적 으로 에탄올을 섭 취 하면 간기 능 부전이 일차적

른 간효소와 함께 혈중에 증가한다. 재관류 후 XO 가 간에 서

인 증상으로 나타난다. 또한 음주는 심 혈관 효과 즉 심근병증，

많이 유리 된다. 동물모텔에서 간이 식 후 중심 주변의 간세포

부정 맥 ， 관상동맥 질환， 뇌졸증， 고혈압， 호흡 곤란증후군과 깊

내 구역 3에 XO 가 강하게 염 색 되 고 중간 영 역 엔 중간 정도， 문

은 관계가 있다. 알콜성 간질환의 특정 적 인 병 리학적 소견들은

맥 주변 구역 1 과 Kupffer 세 포에는 약하게 염 색 되 는 것을 본

acetaldehyde 와 연관된 독성 ， 대사이 상 및 미 세 순환 저 산소

다. 강하게 XO 염 색 되 는 부분은 허 혈과 저산소증이 심한 곳과 일치한다. 혈중 XO는 혈관의 내 피 세포면에 부착되 어 농축되

고 내 인성 XO 가 적은 폐 ， 심장에 서 도 일 어 난다. 혈중 XO 가 내

증， 많은 양의 산소와 질소 라디 칼 생 성 ， 항산화 방어 기 전의 소 실 등이 나타난다. 에 탄올 대 사의 속도 제 한 효소는 alcohol dehydroge

피 세포와 결합하고 혈관 세포에서 나오는 산소와 NO 가 반응

nase(ADH) 이 다. 여 러 조직 이 ADH 통종효소들을 가지 나 간

하여 peroxy-nitrite(ONOO-)을 생산하고 이 것 이 간 외 조직 의

외 대 사는 전체 에탄올 대사의 5% 이 내 이 다- 일단 간에서 에탄

손상을 야기한다.

올이 세포질 ADH 경 로， 내망상계에 서 미 세소체 내 에탄올 산

3 ) 유 리 기 와 지 질 의 과산화

acetaldehyde 가 생산된다. Acetaldehyde 는 다시 간의 사립 체

산소 유리 기 (free radical)는 유기 분자의 산화에 의해서도 발

에 서 acetate 로 산화된다. 그러나 장기 간 에탄올을 섭 취하면

화계 ， peroxis이 nes 에 존재 하는 촉매 효소에 의 해 대 사되 어

Chapter 7

간생리

•

1 55

사립 체 가 acetaldehyde를 제 거 히는 능력 이 감소하고 조직 및

6) 만성 간질환

혈중치 가 상승한다. Acetaldehyde 은 정상기능을 손상시 키 는

급 성 간세포 손상에 관여하는 모든 기 전이 만성 간기능 부전에

단백을 유도한다. Acetaldehyde은 간세포에 세포독성 호중구

도 작용될 수 있다. 만성 손상에서 손상과정은 지속적 인 해로

(neutrophile) 를 유도하는 화학쏠림 물질 (chemotactic sub­

운 자극에도 불구하고 세포의 적 응에 의 해 미 세 소체 ， 사립 체 의

stances ， 예

leukotriene B4) 의 분비를 자극한다. 또한 간세

항산화 효소가 유도된다. 기 타 lysosome 변화， 세포비 대 ， 지 방

포 원형 질막을 변형 시 킨다. 세포독성 산소족인 superoxide를

산 변 성 ， 전사해독의 변화， 전달， 저 장 기 능의 변 화 등이 다 손

:

생산하고 항산화제 인 glutathione 과 직 접 결합하여 간의 항산

상을 보상하는 단계를 지 나면 결국 간세포를 둘러싸는 섬유화

에탄올을 투여 하면 간은 과대사상태 가 되 어 간 산소소모가

하고 간기 능 소실을 초래한다. 임상 증상이 명 백할 때는 원 인

매우 증가한다. 그 결과 저산소증이 특히 구역 3 ， ADH 활동이

이 어 디든지 관계 없이 문 맥 고혈압， 황달， 정 맥 류 출혈， 복수，

집중되어 있는 곳에 발생하여 궁극적으로 간 손상에 기 여한다.

간-신증후군， 문맥-전신 뇌 병증이 특징 적 으로 나타난다

화물의 양을 감소시 킨다.

가 일 어 나 간경화로 발전한다. 이 것은 간 실 질 의 관류를 방해

이 런 허 혈 성 요인은 에탄올이 나 허 혈 성 간 손상이 유사함을 뭇 한다. 에탄올 투여로 nitric oxide(NO) 합성효소가 유도되 어 NO 생산이 증가하는 것은 에탄올에 의한 간미세 순환의 혈관 수축을 대 항하기 위한 대상적 기 전일 것으로 생 각한다. 간의

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Biebuyck ]F. Effects of anesthetic agents on metabolic pathways. Br ] Anaesth 1973; 45: 263-8

함하여 ) ， 혈관 내 피 세포 혈관 평활근의 iNOS 활동이 증가함을

Bird GL， Sheron N， Goka AK， Alexander G]， Williams RS. Increased plasma

의 미 한다. NO은 산소와 반응하여 peroxynitrite(ONOU ) 을

tumor necrosis factor in severe alcoholic hepatitis. Ann Intern Med 1990;

만들고 이 것 이 지 질과 단백 의 산화， 질소화， sulfhydryl 군의 산 화를 포함하여 독성을 나타낸다. 에탄올에 장기 간 노출되 면 조직과 혈장의 펼수 항산화물질 은 산화물질과 반응하여 고갈된다. 산소유리 기 를 매 개하여 일

112: 917-20 Borel ] 0 ， Bently ] B ， Nenad RE. Influence of halothane on fentanyl pharmacokinetics. Anesthesiology 1982; 57: A239 Cahill G F， Ashmore ]， Renold AE， Hastings AB. Blood glucose and the liver

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Alm MY， Kim KH， et aI. A study for

어 나는 에탄올 독성은 glutathione ， 간 a-tocopherol 이 감소하

pressllre-f1ow relationship and oxygenation in the denervated canine

므로 더욱 증강된다. 항산회물 생산 효소의 유전자 발현이 장

Kim HD， Koo BU， Park DP， 5eo 15， 50ng 50， Kim 5Y， et al. There is some

liver. Korean ] Anesthesiol 2000; 39: 423-31

기 간 에탄올 투여로 변하여 산화물에 의한 조직 손상의 발생

differences in the changes of liver enzyme levels among the type of

여 부에 영향을 준다.

sllrgery lInder enf1urane inhalation anesthesia. Korean ] Anesthesiol

1 56

.

PART I

역사와 기본원리

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C h a pt e r

8

뇌생 리

저이A

。-;，-

차 려|

0 1 . 뇌 대사

03. 뇌혈류에 대한 체온의 영향

1) 막전위와 시 냄스전도 2) 에너지의 생성 3) 에 너 지 의 소모 4) 에 너 지 의

보존

02. 뇌혈류

1) 해부학 2) 생 리 학

1 ) 뇌 대사와 뇌 혈류 2) 뇌 혈류의 자동조절 3) 산- 염 기 조절 4) 이 산화탄소 반웅도 04. 마취제 및 마춰보조제가 뇌혈류， 뇌대 사 및 두개내압에 미치는 영향

2) 정맥마취 제 05. 마취제와 체온이 손상된 뇌에 미치는 영향

1 ) 정주제제들 2) 홉업마취제 3) 저 체 온 4) 고체온

1 ) 홉입마취제

m 뇌대사

스전달을 통해 이 루어 진다.

중추신 경 계 는 뇌 와 척 수로 이 루어 져 있으며 ， 세 포수준에서 보

1 ) 막전 위 와 시 냄 스 전 도

면 신경세포(neuron) 와 아교세포(glial cell) 로 이루어 진다. 신

신 경세포에는 세포 내와 세포 외 의 이 온농도 차이 에 의 해 생 성

경세포는 특징 적 으로 세포막의 투과도를 변화시 켜 서 신호를

된 전기 적 전위가 존재한다. 세포내 칼륨이옹농되(K+)]는 주

전달하는 기능을 가지 고 있으며 ， 이 러한 신호전달 기 능이 감

위 의 간질액 (interstitial fluid) 에 비하여 높으며 ， 세포내 나트

각， 운동， 감정반응， 학습 및 기 억 의 기 초를 이룬다. 신 경 세 포

륨이옹농도( (Na+)] 는 세포외 공간에 비해 상당히 낮다. 이 러 한

는 아교세포에 의 해 둘러싸여 있는데 ， 아교세포의 종류로는 성

이 온의 불균형은 세포막에 있는 펌 프(Na+/K+-ATPase) 에 의 해

상세포(astrocyte) ， 희 소돌기 아교세포 (oligodendrocyte) ， 슈

유지 되 며 세포막을 사이 에 두고 전하의 분리 (즉， 전압차와 전

반세포(Schwann cell) ， 미 세 아교세포( microglia) 등을 들 수

기 장의 역 전)를 초래한다( 정 지 전 위 ， resting potential) . 펌 프

있다. 아교세포는 보통 정보처 리 에는 관여하지 않고 지 지 기능

는 전 기 화학적 경 사( electrochemical gradient) 에 반대되는 방

을 수행한다. 즉， 중추신 경 계 의 형 태 를 유지 시 켜 주며 수초

향으로 나트륨과 칼륨을 이 동시 키 며 ， 이 러한 펌 프는 adeno­

(myelin sheath) 를 형 성 해 서 신경세포의 축삭(axon) 에 대 해

sine triphosphate(ATP) 의 가수분해에 의 해 서 에 너 지 를 제 공

서 절 연 체 로 서 의 역 할을 한다. 또 한 아교세 포는 혈 뇌 장벽

받는다. 자극이 되 지 않은 신경세포에서는 칼륨에 대 한 전도성

(blood-brain barrier) 의 형성을 도외주며 ， 신경세포에 영 양분

이 나트륨에 대한 전도성보다 훨씬 높다. 이 러 한 전도성 의 차

을 공급하고， 신경 전달물질과 칼륨의 재흡수를 보조하고， 중추

이 에 의 해 휴식 기 의 경우， 세포막 외 에 서 는 양전위가， 세 포막

신 경 계 의 손상 후에 생 성 되는 세포폐 기 물의 청 소를 담당한다.

내 에 서 는 음전위 가 우세하게 된다. 이 러한 전위 의 분 리 에 의 해

중추신경 계 의 복잡다단한 기 능은 막전위 의 생 성 과 이 의 시 냄

-70 mV의 정 지 막전위 (resting membrane potential) 가 생 성

1 58

.

PART I

역사와 기본원리

된다. 이 러 한 선 택 적 인 이옹통과는 세포막에 있는 단백 질로 이

으로 직 접 전달되 기 때 문에 극히 신속하게 이루어 진다. 이 러한

루어 진 이 온통로에 의 해 조절된다. 이 온통로의 상태(즉， 개 폐

전기 적 시 냄 스는 신속성과 동기 성 (synchrony) 이 필요한 전달

비 율 ) 에 의 해 각각의 이온의 전도성 이 조절된다 휴식 기 에는

체계에 이용되 며 ， 또한 세포 사이 의 발달과 제 어 신호를 생 성 하

대부분의 나트륨통로가 닫힌 상태로 되고， 칼륨통로는 반쯤 열

는 데 중요한 역 할을 한다. 반면에 화학적 시 법 스는 시 냄 스전

린 상태 가 된다.

세포와 시 냄스후 세포 사이 에 세포질의 직 접 적 인 연결이 없으

세포막에 적 당한 지극이 가해지 면 이온에 대한 세포막의 투

며 시 법 스전 활성부위 (active zone) ， 소포(vesicle) ， 시 냄스후

과성 이 변화하게 된다. 나트륨과 칼륨 이동통로의 순차적 인 열

수용체로 이루어져 있고， 화학물질에 의해 신호가 전달되 며 ，

림 에 의 해 활동전위 가 생 성 되 며 ， 축삭(axon) 을 따라서 전파된

전달방향이 단방향이 다 시 냄스전 신경 세포에 활동전위 가 전

다. 활동전위 의 처음 단계 에 서 는 나트륨 이동통로가 열 리 게 되

달되 면 시 냄스전 세 포막에 있는 전위 작동통로(voltage-ga ted

며 이 에 따라 세 포 내 의 나트륨이옹농도가 급격 히 상승하게 된

channel) 가 열 리 면서 세포외 액 의 칼숨이 온이 축삭말단(axon­

다. 이 러한 탈분극( depolarization) 에 의해 막전위는 -70 mV

al terminal) 으로 들어가게 된다. 이 렇 게 칼숨이온이 유입 되 면 ，

에 서 +30 mV로 상승하게 되 고 활동전위가 생 성 된다. 나트륨

소포가 말단의 세포막과 결합하게 되 고 ， 소포의 신경 전달물질

이온의 투과도가 최 대한도에 다다르게 되 면 막투과도가 변화

이 시 냄 스 간극으로 유출되 어 ， 시 법스후 세포막에 있는 수용체

하게 되 어 ， 활동전위 의 나중 단계 인 재탈분극이 시 작되 게 된

와 결합하게 된다. 신경 전달물질과 특정한 수용제 가 결합하면

다. 나트륨이온통로가 닫히 면서 나트륨에 대한 투과성 이 감소

수용체 의 입 체 적 인 형 태 에 변형 이 일 어 나게 되고， 이에 따라

하고 칼륨이온통로가 열 리 면서 칼륨이온에 대한 투과성 이 증

시 냄 스후 세포막의 전도성 및 막전위 가 변화한다 그러 나 시 냄

가한다. 세포내 칼륨이온농도가 감소하고， 세포외 칼륨이온농

스에 의 한 신호전달에 의 해 발생 되는 효과는 전달물질의 화학

도가 증가하면서 ， 영 전위로 바뀐 막전위를 다시 정 지 막전위 상

적 성 분에 좌우되 지 않고， 수용체와 그 후의 이 차전달경로의

태 로 되돌리 게 된다(그림 8-1 ) .

특정과 관련되 어 있다. 시 법 스 신호전달은 직 접 적 으로 수용체

u

자극을 신속하고 정확하게 전달하기 위해서 두 가지 의 신 호

경 로 ， 다소단위(multis bunit) 막단백 질[즉， gamma-amml­

전달기 전이 있는데 ， 전기 적 시 냄 스와 화학적 시 냄 스가 그것이

nobutyric acid(GABA ) ， glycine ， glutamate 에 대한 수용체]

다. 이 두 가지 의 시 냄 스는 형 태 와 기 능이 각각 다르다. 전 기 적

또는 전달물질에 의 해 작동되는 통로 등에 의해 이루어 지 거 나，

시 냄 스에 서 는 시 법 스 전후에 걸 쳐 서 세포질이 연 결 되 어 있으

간접 적 으로 이 차적 인 전도물질에 의하기 도 한다 어 떤 경 로를

며 ， 간극결합통로(gap junction channels) 를 형 성 하고， 이옹

통하든지 간에 이 러한 신호전달에 의한 자극은 수용체에 흥분

전류에 의 해 신호를 전달하며 ， 단방향 또는 양방향으로 신호전

또는 억 제효과를 나타낸다

달이 이루어 진다. 전기 적 시 냄 스를 통한 신호전달은 전위에 의

신 경 전 달 물 질 로 는 여 러 가지 물 질 ， 즉 amino acids ，

해 작동되는 통로에 의해 일 어 나며 ， 전위가 시 법 스후의 세포막

amines ， purines ， polypeptides 등을 들 수 있다. 아미노산

〕n 장 E W ( T 하 야 )

중 g l u tamate 가 대 표 적 인 흥 분 성 신 경 전 달물 질 이 다 . Glutamate는 N-methyl-D-aspartate(NMDA) 를 자극하여 수 용체를 흥분시 킨다 NMDA 수용체복합체( receptor complex)

+35

>

드H=:나트륨이온 금=，::j':그

투과도 증가

- 70 그림 8-1

가 지극되 면 칼숨， 나트륨， 칼륨이온의 유입 이 일 어 나게 되 는 데 ， 이 과정 은 glycine 에 의 해 촉진된다. NMDA 수용체 는 magnesium ， phencyclidine 과 ketamine 에 의 해 차단된다. 뇌 허 혈과 뇌 손상 환자에 게 서 행 해 지 는 항흥분요법 의 이론적

재분극 칼숨이온 투과도 증가

인 근거 가 바로 NMDA 수용체 에 대한 길항작용이 다. GABA 는 억 제성 작용을 갖는 시 냄스전 신경 전달물질로서 염소이옹 에 대한 투과도를 증가시 켜 서 막전위를 안정화시 키 는 작용을

임계치

하며 ， 결과적 으로 활동전 위 에 대 한 민 감도를 감소시 킨 다

o

Benzodiazepine ， barbiturate ， propof l과 phenytoin 의 약

•

효는 GABA가 수용체 에 작용하는 것을 촉진시 키 는 것과 관련 된다. Glycine 은 척 수시 냄스에 작용하는 직 접 적 인 억 제물질

활동전위의 생성.

로서 세포막의 염소이온에 대한 투과도를 증가시 켜 서 세포막

Chapter

8 뇌생리

•

1 59

을 안정화시 킨다 Acetylcholine 은， O lcotmlc receptor 에 서 는

지 만 뇌세포의 기 능과 통합성을 유지 하기 에 충분한 만큼의 에

나트륨이옹의 투과도를 증가시 키 고 muscarinic receptor 에

너 지를 공급해 주지는 못한다. 포도당은 세포막에 존재하는 운

서 는 칼숨이 온의 유입을 증가시 킨다. Acetylcholine 은 척수에

반기 전에 의한 촉진확산(facilitated diffusion) 에 의 해 세 포 내

서 운동신경세포의 신 경 전달물질 이 며 ， 또한 모든 신 경 절 이 전

로 운반된다.

( preganglionic ) 신 경 세 포와 부교감신경 계 의 신 경 절 이 후

당분해(glycolysis) 에 의한 포도당산화는 포도당(6탄당)을

(postganglionic) 신 경 세 포에 서 신 경 전달물질로 작용한다.

세포질 내 에 서 두 개의 pyruvate(3 탄당)로 분해하면서 시 작된

N orepinephrine 은 뇌 간 (brain stem) 의 청 색 반 점 ( locus

다. 이 러한 분해에 의 해 한 분자의 포도당에서 두 분자의 ATP

coeruleus) 에 위 치 하고 있는 신 경 세포에 의 해 사용되는 생 체

가 생 성 된다. Pyruvate 는 산소 유무에 따라 두 가지 과정을 거

아민 (biogenic amine) 이 다. 이 러한 신경 세포는 대 뇌 피 질， 소

쳐 대사된다 산소가 결 핍 된 경 우에는 pyruvate 에 두 개 의 수

뇌 및 척 수 등에 광범 위하게 산재 되 어 있다 생 체아민 인 sero

소원자가 더 해 져 유산(lactic acid) 으로 환원되 며 이 에 의 해 두

toom 은 피 질하 구조물과 척수에서 간접 적으로 신 경 세 포 억 제

개의 수소이옹이 생 성 되고， 따라서 세포내 산성도가 증가하게

작용을 매 개 한다. Norepinephrine 과 serotonm은 능동적 재

된다. 무산소성 당분해 에 의 해 서 는 ATP 가 두 개밖에 생 성 되 지

흡수와 monoamine oxidase(MAO) 에 의해 비 활성 화 된다

않으며 ， 중추신경 계 의 에 너 지 요구량을 충족시 키 지 못한다. 산

막전위와 시 냉스에서 의 신호전달을 위해서는 세포막의 효

소가 있는 경우에는 pyruvate 가 사립 체 (mitochondria) 로 들

과적 인 이온펌프， 단백 질 ， 지 방 및 탄수화물의 대사， 세포내 분

어 가 acetyl coenzyme A(acetyl CoA) 로 변화된 후 이 산화탄

자운반 등이 필요하다. 이 러 한 세포작용에는 에 너 지 의 생 성 ，

소와 물로 산화된다.

소모 및 보존이 필요하게 된다. 일반적 으로 중추신경 계는 포도

Acetyl CoA는 구연산회로 (citric acid cycle ， Krebs cycle)

당과 산소를 시용 가능한 에 너 지 형 태 ， 즉 ATP로 변환하게 되

로 들어 가서 일 련 의 산화， 환원과정을 거 치 면서 다량의 에 너 지

는데 ， 뇌 가 체중의 2%밖에 차지 하지 않지 만， 휴식 기 심박출량

를 생 성 하게 된다. 이 과정 에 의 해 두 개 의 acetyl CoA 분자가

의 1 5%를 받으면서 전체 산소소모량의 20%를 소비한다는 사

4 개 의 이 산화탄소를 생 성 하며 에 너 지를 내 재 하고 있는 환원된

실을 보면， 중추신경 계는 이 러한 에너 지물질에 대 해 서 요구량

조효소(coenzyme ， 즉 NADH+ ， H+ ， FADHz) 와 나중에 ATP 를

이 상당히 높을 수밖에 없다. 중추신 경 계 가 생존하려 면 고율의

생 성 하는 두 개의 guanosine triphosphate(GTP) 분지를 생 성

산화대사가 필수불가결하며 ， 신경 세포는 부적 절한 에 너 지 공급

하게 된다. 전자전달반응을 거 쳐 NADH+， H+ ， FADHz어l 저 장

을 견딜 수 있는 능력 이 떨 어 지 게 되 어 ， 10분 정도만 포도당과

된 에 너 지 가 때 P 및 무 기 인산(inorganic phosphate) 에 전달

산소의 공급이 끊겨 도 비 가역 적 인

된다. 신 경 세 포

됨으로써 총 38개 의 ATP 분자가 생 성 된다 ATP는 세 포막에

는 보상적 인 에 너 지 저 장능력은 매우 낮지만， 신 경 세 포의 활성

있는 단백 질에 의 해 ADP 와 교환되 어 세포질 내로 운반된다.

도와 에 너 지 소모를 밀 접 하게 연관시 켜 조절함으로써 에 너 지 의 보존능력을 어 느 정 도 가지고 있다고 할 수 있다.

ATP의 가 수분해에 의해 중추신경 계 가 이용할 수 있는 실 질 적 인(저장된 형 태 가 아닌) 에 너 지 가 생 성 된다.

2) 에 너 지 의 생 성

3 ) 에 너 지 의 소모

정상적 인 상태 에 서는， 간과 근육에 서 생 성 된 glycogen을 포도

이 러한 집 중적 이고 계속적 인 에 너 지 생 성 의 목적은 다음과 같

당으로 분해하고 이 것을 산화하여 이 산화탄소와 물로 변환하

다. 신경 세포는 의 식 ， 감각정보， 운동， 감정 반응， 학습， 기 억 등

는 에 너 지 생 성과정 이 중추신 경 계 의 대사에 펼요한 에 너 지 의

여 러 가지 기능을 수행하도록 특화되 어 있다. 이 러 한 신 경 세 포

전부를 공급한다. 뇌 의 산소소모량이 분당 35-70 mL 에 달하는

망 이 기능을 하려 면 탈분극과 시 냄스전도가 일 어 날 수 있도록，

것을 보면 이 러한 산화대사가 대단히 높게 유지 된다는 것을 알

전 기 화학 적 기 울기 ( gradient) 에 반하여 능동적 인 운반

수 있다. 중추신경 계는 다양하고 상이한 활성도를 보 이 게 되는

(Na+/K+-ATPase)을 해 서 막전위와 막 내외의 이 온농도를 유

데， 이 에 다라 뇌산소소모량이 결정 된다. 뇌산소공급량(뇌혈류

지 해 주어야 한다. ATP 의 가수분해에 의해 얻은 에 너 지 의 대

× 동맥혈 산소함유량)은 보통의 경우 뇌산소요구량보다 높게

부분은 세포막에 있는 이온펌프가 나트륨과 칼륨농도를 조절

유지 되 기 때문에 어느 정 도의 산소공급 감소는 산소추출의 증

히는 데 사용된다 칼숨이온은 세포막과 세포내 기 능을 유지하

가로 보상될 수 있다. 포도당과 산소의 공급이 차단될 경 우 에

는 데 중요한 역 할을 하며 ， 칼숨이옹 기울기를 정 상적 으로 유

손상을 받게

너 지 를 공급해 주는 대 제 방법 (즉， phosphocreatine ， ketone

bodies ， dicarboxylic acid 등을 이용하는 방법) 이 있기는 하

지하기 위 해 서 도 에 너 지 가 필요한 펌프기 전이 필요하다. 신경 전달물질을 생산， 저 장， 방출， 재흡수를 하는 데도 에 너 지 가 필

1 60

•

PART I

역사와 기본원리

요하며 중추신 경 계 가 적 절하게 기 능하기 위해 직 접 적 인 관련 이 있다. 세포내 기능이 정 상적 으로 작동하기 위 해 서 는 세 포막

기능 CMR02=3.3 mL!100 g/min (60"10)

과 세포기관의 인 지 방 이중층이 절 대 적 으로 펼요하다. 세 포막 과 세 포질 의 항상성을 유지 하기 위해서는 에 너 지 를 사용하여

일체성 CMR02=2.2 mL!100 g/min (40"10)

계속적으로 단백질 ， 지 질 ， 탄수화물 등을 생산하여 야 하고 세

-'

포내 물질을 운반하여 야 한다. 성 상세포(astrocyte) ， 희 소돌기 아교세포(oligodendrocyte) ， 슈반세포(Schwann cell) ， 미 세 아교세포(microglia) 등은 지 지 세 포로 기 능하며 신 경 세포의 대 사과정을 중개한다. 아교세포는 큰 신경세포의 축삭(axon) 에 수초를 형 성 함으로써 절 연체 로서 기능하고， 혈뇌장벽 의 형

기능성활성도와 기초활성도. 60"10의 에너지소모는 중추신경계 의 기능성활성도에 사용된다 40"10는 세포일체성을 유지하는 기초대사에 사 용된다.

그림 8-2 •

성 에 도움을 주며 ， 당원(glycogen) 을 저 장해서 신 경 세 포에 영 양분을 제공하고 신경 전달물질과 칼륨을 재흡수하며 ， 중추신 경 계 의 손상 후 생 성 된 세 포폐 기 물의 청 소를 담당한다. 이 러한

세포의 일 체 성 을 유지 시 키 는 기 초대 사와 연관이 있다고 한다.

모든 아교세포의 기 능에는 에 너 지 가 소모된다.

뇌 기 질공급이 임 계 치 이 하로 감소하면 신 경 세 포는 세포기 능

요약하면 중추신경 계 가 높은 수준의 산화대사(ATP 생 성 ) 를

을 감소 또는 중단시 킬 수 있는데(EEG isoelectricity) ， 이 를

펼요로 하는 이 유는 ( 1 ) 막전위와 전기화학적 인 기 울기 를 유지

통해 에 너 지 소모를 60% 감소시 킬 수 있다. 이 러 한 감소에 의

하기 위하여 이 온펌 프가 지속적으로 작동하여 야 하고， (2) 단

해 세포의 기 초대 사와 일 체성 유지 에 더 많은 에 너 지 투자가

백 질 ， 지 질 ， 탄수화물을 지속적으로 생산하여 야 하며 ， (3) 분자

가능하게 된다.

의 세포내 운반， 저장， 유리 ， 재흡수를 하며 ， (4) 아교세포의 구 조 적 ， 대 사적 인 기 능을 위함이 다.

요약하면 중추신경 계 의 복잡다단한 기능은 막전위의 생 성 과 그의 시 냄 스전달에 기 초하고 있으며 이 를 위해서는 세포막 의 이옹펌프가 효과적으로 작동해야 하고， 단백 질 ， 지 질 ， 탄수

중추신경 계는 에 너 지를 보존하기 위하여 세포기능의 정 도에

화물을 대 사하여 야 하며 ， 분자의 세포내 운반이 펼요하다. 이

따라서 에 너 지 소모를 조절할 수 있는 능력을 가지 고 있다. 세

펼수적 이 다. 중추신 경 계 의 신 경 세 포가 기능적으로 활성 화되 면

포의 활성 도와 대 사전환이 평 행 한 관계를 유지 하는 것은 뇌 대

서 일체성을 유지하게 하려 면 ATP 를 생 성 히는 고도의 산화대

사요구량과 뇌 기 질공급이 밀 접 하게 연관되 어 있 기 때문이다.

사가 필요하다. 중추신경 계는 또한 국소적으로 뇌활성 도에 따

뇌 기 능이 활성화{즉， 정 신 적 또는 신체적 활동， 간질) 되 면 이

라 에 너 지 소모량을 조절함으로써 에 너 지 를 보존하고 있다. 그

온펌 프계통의 활성도가 증가하고 분자의 생 성 ， 운반， 유 리 가

러 나 부족한 기 질공급에 대 처 할 수 있는 신경세포의 능력은 상

증가하게 되 어 뇌 에 너 지 요구량이 증가하게 된다. 에 너 지 공급

당히 낮다. 이 러 한 경 우 phosphocreatine ， ketone bodies ，

의 필요성 이 생 기 면 뇌 혈 류(cerebral blood flow) 가 증가하여

dicarboxylic acid 등을 이용하면서 뇌 의 기 능적 인 활성 도를

적 절한 산소와 포도당을 공급하게 된다. 반면에 뇌 기 능이 저

감소 또는 중단시 키 는 것 이 세포의 일 체 성 을 유지 하는 유일한

하(즉， 휴식 기 ， 생 리 적 수면， 혼수) 된 상태 에서는 뇌 에 너 지요

방법 이 다.

4) 에 너 지 의 보존

러 한 모든 세포기능을 위 해 서 는 에 너 지 의 생산， 소모， 보존이

구량이 감소하여 뇌 에 너 지 공급이 감소하게 된다. 에 너 지 요구 와 공급은 국소적 으로 서 로 다르게 조절된다. 왜 냐하면 정 상 적 인 생 리 기능 상태 에서 서 로 다른 여 러 가지 의 기 능적 단위 들은 서 로 다른 활성도를 나타내 게 되 며 ， 이 러 한 활성도의 차

휩 뇌혈류

이 질 적 인 뇌 대사 형 태 를 나타내 게 되 기 때문이다. 에 너 지를

1 ) 해부학 ( 1 ) 흉맥얼 순펀

보존하는 과정 에 서 또 하나 중요한 기 전은 기 능적 인 활성도와

사람 뇌 혈 류의 거 의 대 부분은 내 경 동맥 (internal carotid

기 본적 인 활성도를 분리 하는 개 념 이 다( 그림 8-2) . 이 개 념 에

artery) 과 척 추동맥 (vertebral artery) 에 의해 공급된다. 내 경 동

이 때 문에 활성도가 낮은 부위와 높은 부위 가 서 로 이 웃하는

의하면 중추신경 계 가 필요로 하는 에 너 지 의 60%가 기 능적 인 부분(뇌 의 전기 적 활성 도와 연관이 있음) 에 쓰이 며 ， 40%는 뇌

맥 은 윌 리 스환( circle of Willis) 의 앞부분을 공급한다(그림 8-

3) . 척 추동맥은 서 로 결합하여 뇌 저 동맥(basilar artery) 을 형

Chapter

8 뇌생리

•

161

앞대뇌동맥

“-“ ACoA

앞대뇌동맥

중대뇌동맥

뒤 대뇌동맥

중대뇌동맥

P2

Pl 뒤교통동맥

뇌저동액

•

척추동맥

그림 8-3 뇌조직에 혈액을 공급하는 동맥과 Circle 01 Wills. (ACoA， anterior communicating artery PCoA， posterior communicating artery)

중대뇌동맥

내경동맥

뒤교통동맥

성 하고 윌 리 스환의 뒷부분을 공급한다. 윌 리 스환은 지 주막하 공간(subarachnoid space) 에 위 치 하며 각 부위의 연결모양이 다양하기 때 문에 48%에서 다른 모양을 하고 있다. 가장 흔하 게는 죄우측의 내 경동맥 이 한 개의 앞교통동맥 (anterior com­ municating artery) 에 의해 연 결 되 며 전후 순환은 두 개의 뒤 교통동맥 (posterior communicating artery) 에 의 해 연결되 어 있다. 보통의 경우에는 교통동맥을 통한 혈류는 낮지 만 내 경 동

그림 8-4

•

기본적인 뇌동맥의 관류 영역

맥 이 나 척추동맥 에 기 능적 인 협 착이 발생하면 압력 경 사에 따 라서 교통동맥을 통한 단락(shunt) 이 이루어 진다. 윌 리스환은

rior cerebellar artery) 은 뇌 저동맥 의 줄기 (trunk) 에서 기 시 하

앞 대 뇌 동맥 (anterior cerebral artery) ， 중 대 뇌 동맥 (middle

고， 교뇌 (pons) 의 외측과 연수(medulla) 의 상부， 소뇌 반구에

cerebral artery) ， 뒤 대 뇌동맥 (posterior cerebral artery) 등 세

혈액을 공급한다. 후하소뇌동맥 (posterior inferior cerebellar

부분의 종동맥 (end artery) 으로 이루어져 있다. 앞대 뇌동맥은

aπery)은 척 추동맥 에서 기 시한다. 외 경동맥 에 서 는 뇌 피 질 에 서

시 신경 과 시 신경 교차( optic chiasm) 의 상부에서 내 측과 전방

끝나는 연수막동맥 Oeptomeningeal artery) 이 나온다(그림 8-

으로 주행한다. 앞의 6 개 주요 동맥 이 혈액을 공급하는 부위는

4) . 동맥간의 문합이 많이 있 지 만 뇌 피 질 중 분수령 (water­

개 인 에 따라 상당히 차이 가 난다. 중대 뇌동맥은 외 측의 syl­

shed) 부위는 윌 리 스환을 통한 혈류의 감소에 극히 민감한데 ，

vian fissure 와 대 뇌 섬 Cinsula) 쪽으로 주행하여 전두(frontal) ，

이 는 뇌수막동맥을 통한 혈 액 공급이 매 우 낮기 때문이다.

두정( parietal) ， 측두Ctemporal) 가지로 나쥔다. 뒤 내 뇌동맥은 전측두( anterior temporal) ， 후측두(posterior temporal) ， 벽

(2) 정 맥 열 순왼

측-후두(parieto-occipital) ， 조거 열( ca1carine) 동맥으로 분류

얄은대 뇌 정 맥 (superficial cerebral vein) 은 상행 얄은정 맥

된다 상소뇌동맥 (superior cerebellar artery) 은 뇌 저 동맥 의

(ascending su perficial vein) ， 얄은실비 우스정 맥 (superficial

입쪽(rostral) 부위 에서 기 시 한다. 전하소뇌동맥 (anterior infe-

sylvian vein) ， 하대 뇌 정 맥 Cinferior cerebral vein) 으로 합쳐 진

1 62

.

PART I

역사와 기본원리

류된다. 내 대 뇌 정 맥(internal cerebral vein) 과 뇌 저 정 맥 (basi­

2) 생 리 학 (1 ) 대사성 조절

lar vein) 은 갈렌대 정 맥 (great veins of Galen) 으로 배류된다.

뇌는 상당량의 에 너 지를 필요로 한다. 휴식 기 에는 뇌의 산소소

갈렌대 정 맥군은 대 부분 중뇌와 위쪽소뇌부위 의 방충부위( par­

모에 대 응하여 심 박출량의 약 1 5% 정도가 뇌 에 공급되 며 ， 전

avermal region) 의 정 맥혈을 배류한다. Veins of horizontal

신 산소소모량의 20% 정도에 해당하는 산소를 소모한다 뇌산

fissure ， transverse pontine vein ， brachial vein ， vein of the

소소모량 및 뇌 포도당소모량 두 가지 모두 ATP 의 이용률을 직

lateral recess of the fourth ventr띠e 은 바위 정 맥 (petrosal

접 측정할 수 있는 지표이 다. ATP 에 저 장되 어 있는 에 너 지 가

vein) 으로 배 류되 어 상바위 정 맥 통( superior petrosal sinus)

세포에 서 의 생 화학적 반응의 연료로 사용된다. 그 러 나 중추신

으로 배류된다. 소뇌의 상정 맥 (superior veins of the cerebel­

경 계 가 저 장할 수 있는 에 너 지 양은 매우 작기 때 문에 지속적 인

lum) 은 가로정 맥동(transverse sinus) 으로 배류된다. 하소뇌

기 질공급을 위한 방법 이 필요하게 된다. 중추신경 계 조직 사이

반구정 맥 (inferior hemispheric cerebellar vein) 은 가로정동

에는 대 사율의 차이 가 매우 크게 존재하는데 ， 휴식 기 의 뇌혈류

맥으로 배류된다.

와 뇌 대 사는 피 질하보다 피 질에서 더 높다. 기 능적 뇌 영상검 사

다. 상행대 뇌 정 맥 은 대부분 시상정맥동(sagittal sinus) 으로 배

에 따르면 운동， 시 각， 인지 기능이 활성화되 면 대 응되 는 국소

(3) 뇌얼관의 신 경 지 배

부위 의 대 사율이 증가하는 것을 관찰할 수 있다 활성화된 부

대 뇌 혈관은 교 감 및 부교감신 경 의 지 배를 받는다. 청 색 반점 ，

위 에 대 한 기 질공급의 증가는 활성화와 거 의 동시 적 으로 신속

위목신경 절 (superior cervical ganglia) ， intermediolateral col­

히 이루어 진다. 즉， 신경자극 후 거 의 1 초 정도에 뇌 혈류가 증

umn of the spinal cord 등에서 기 시 히는 여 러 경 로가 교감신

가가 이 루어 진다. 국소부위 의 뇌혈류 증가는 자극된 신 경 세 포

경 지 배를 이루고 있다( 그림 8-5). 부교감신경은 나비 입 천장신

로부터 250 μm 이 내 에 국한되 었다. 이 러한 자료는 뇌 대 사요구

경 절 (sphenopalatine ganglion) 에서 기 시하며 귀 신 경 절 (otic

량과 기 질공급이 신속하고 국소적으로 조절되는 것이 미 세 혈

ganglion) 에서도 일부 기 시 하는 것으로 보인다. 교감， 부교감

관 수준에서 이루어 지는 것 을 나타낸다. 그 러 나 대 사활성도와

신경 지배는 앞쪽이 뒤쪽보다 더 치 밀하다 Norepinephrine ，

뇌 혈류의 변화폭이 항상 같은 것은 아니 다. 정상인 에 게 서 감각

acetylcholine ， neuropeptide Y ， vasoactive intestinal

자극을 해보면 뇌혈류는 29% 증가한 반면 산화대사율은 5%

polypeptide ， calcitonin gene-related peptide ， substance P

증가하였다. 위와 같은 뇌 대 사와 뇌 혈류의 신속한 대 응에는 여

등 여 러 종류의 신경 전달물질이 존재한다.

러 가지 기 전이 관련되 어 있다.

혈류-대사 연관관계의 화학적 조절 활성화된 신 경 세포에서는 혈관을 확장시 키 는 물질이 유리 되 PCA

MCA

ACoA

며 ， 이 것 이 직 접 적 으로 혈관벽 의 펑 활근에 작용하거 나 간접 적 으로 혈관내 피 세포의 매 개물질을 통하여 혈관 긴장도를 변화 시 킨다. Adenosine ， nitric oxide， 수소이온， 칼륨이옹 등이 가

BA

PCoA

greater superfici a l petrosal nerve

장 중요한 매 개물질로 보인다.

’ 아데노신. 아데노신(adenosine) 은 대 뇌 동맥과 연막소동맥 (pial arteriole) 에 대 하여 강력한 혈관확장제로 작용한다. 아데 노신에 의 한 펑 활근 이 완은 cyc1ic adenosine monophos­ phate(cAMP) 의 증가와 관련이 있으며 ， 아데노신을 주사하면 VA

ICA

•

stellate gangl ion

그림 8-5 혈관주위의 신경지배를 도식적g로 나타낸 그림 (PCA posterior cerebral artery; ACoA， anterior commuicating artery; BA， basilar artery; PCoA， posterior communicating artery; VA， vertebral artery; ICA， internal carotid artery; CCA， common carotid artery).

뇌 혈류가 증가한다. 아데노신이 혈류대사 연관관계의 매 개물 질 일 것 이 라는 생 각은 대 시- 중에 adenosine nuc1eotides 가 dephosphorylation 되 면 결과적으로 아데노신이 축적된다는 사실에 근거 한다. 다음 두 가지 요소가 이 러 한 개 념 을 보조해 준다 ( 1 ) 신경 세포를 활성화시 키 면 혈관 주위 의 아데노신 농 도가 증가한다 (2) 쥐 의 수염을 자극하면 뇌 혈류가 증가히는

Chapter

8 뇌생리

•

1 63

데 아데노신 길항제를 투여하여 이 반응을 감소시 키 거 나 없앨

인 에 너 지 대 사와 직 접 적 으로 연관되 어 있다. 칼륨이온농도는

수 있다. 그러나 시 간적 인 변에서 아데노신 축적은 너 무 느려

국소적 인 에 너 지 대 시와 직 접 적 으로 관련되 어 있지는 않지 만

서 이러한 기 전을 혈류대사 연관관계의 주요기 전으로 받아들

축적 되는데 이는 칼륨이 신경세포， 성상세포， 평 활근세포의 세

이기가 어렵다

포막기능에서 중요한 역할을 하기 때문이다. 수소이 온과 칼륨

，

이옹은 혈류대사 연관관계의 매 개물질 이 다. 세포외의 수소이 산화질소 (nitric oxide ， NO) 는 다양한 생 체 반

온은 뇌 혈관 저항을 감소시 켜 서 뇌혈류를 증가시 킨다 이 러한

응에 관여하는 분자수준의 전달물질 이 다. NO 가 뇌 혈류의 조

작용은 수소이온이 혈관평활근세포나 내 피 세포에 직 접 작용하

절 에 중요한 역 할을 한다는 증거 가 점 점 증가하고 있다. NO

는 것이 아니 고 간접 적 으로 혈관 주위 의 산도(pH) 를 변화시 킴

는 nitric oxide synthase(NOS) 에 의 해 L-arginine 으로부터 만들어 진다 NOS 에 는 세 가지 종류가 있는데 기 본적 인 두

으로써 생 긴 다 신 경 세 포의 활성도가 증가하면 이 산화탄소의 생 성 이 증가하고 이 것은 물이 있을 경 우 HC03- 와 수소이옹으

가지 NOS 는 신 경 세 포， 성 상세 포( astrocyte) ， 혈관 주위 의 신

로 변환된다. 수소이옹에 의 해 산도가 감소하면 소동맥의 직 경

경 ， 혈 관내 피 세 포 등 에 서 추출되 고 ， 세 번 째 는 대 식 세 포

이 증가하게 된다 세포외의 칼륨이온은 뇌혈관 긴장도에 지 대

산화질소.

(macrophage) 에 서 추출되는 유도 가능한 NOS(inducible NOS) 이 다.

한 영향을 미 친다. 칼륨은 활성화된 신 경 세 포로부터 유리 되 어

성 상세 포를 통해 운반되 며 ， 뇌혈관으로 방출된다. 신경세포가

NO는 확산성을 가지고 있으며 ， 작용시 간이 짧고， 반응성 이

활성화되 어 국소칼륨이온농도가 어 느 정 도 증가하면 연막소동

매우 강한 분자이다. 따라서 대부분의 연구자들은 NO 의 중추

맥 이 이완되고， 국소뇌혈류가 증가한다. 칼륨이 온에 의한 혈관

신 경 계 에 미 치 는 영향을 연구하는 데 NOS 억 제 제를 사용하였

이 완은 잠복기 가 5-10 초 정 도로서 ， 이 러 한 지 연은 칼륨이옹 방

다. 여 러 연구에서 NOS 억 제제를 국소 또는 정 맥 내 로 주입하

출에 대 한 NO 의 매 개 효과에 의 한 것으로 보인다. 그 러 나 칼륨

면 용량에 비 례하여 뇌 혈류가 감소히는 것을 관찰하였다. 그러

이온이 증가하는 데 시 간적 인 지 연이 있으므로 기 능적 활성 화

나 NOS 의 억제는 뇌 산소소모량이 나 뇌포도당소모량을 변화

에 의한 즉각적 인 뇌혈관반응에는 다른 기 전이 관여할 것으로

시 카 지 않았고 이 것은 NO 가 휴식 기 에 있어서 뇌 혈류의 중요

생 각된다. 다른 기 전이 관여할 것 이 라는 사실은， ampheta-

한 매 개 물질 이 지 만 뇌 에 너 지 대 사의 감소는 NO와 관련이 없다

mme으로 신경 세포를 활성화시 켰을 때 에는 세포외 수소이 온

는 것 을 시 사한다고 할 수 있다.

이나 칼륨이온의 농도변화 없이 뇌 혈류가 상당히 증가하는 것

국소 또는 전체 신 경 세 포 활성화가 뇌 혈류에 미 치는 영향

으로도 유추할 수 있다.

에 관하여 NOS 를 억 제 또는 억 제하지 않은 상태 에서 여러 연

요약하면， 아데노선， NO， 수소이온， 칼륨이온은 혈 류 대 사

구가 수행 되 었는데 ， 결과는 일관성 이 없는 것 처 럼 보 인다. 어

연관관계 에서 중요한 역할을 하고 있지만， 시 간적 으로 신 경 세

떤 연구에서 는 기 능적 인 뇌 자극에 대 해 서 뇌 혈류의 증가가

포 의 기 능적 인 활성화에 따른 뇌 혈류의 폭발적 인 증가를 설 명

억 제 되 는 양상을 보 여 주 었고， 다른 연구에 서 는 신 경 세 포의

해 주 지 는 못한다. 뇌혈류 증가의 아주 초기 에 다른 매 개 물질

활성도가 증가된 경 우에도 뇌 혈류가 감소되 는 것을 보 여 주지

이 관여 하고 있을 가능성 이 있다. 초기 단계 이 후 아데 노신，

못하였다. 이 렇 게 결 과가 상이 하게 나타나는 것은 NOS 억 제

NO， 수소이옹， 칼륨이온 등이 관련된 기 전이 혈류증가를 유지

제 의 용량과 주입 방법(즉， 정 맥 내 또는 국소적 ) 과 관련이 있

시 킨다고 볼 수 있다

거 나， NOS 억 제 의 정 도와 연관이 있을 것으로 생 각된다. 또 한 신 경 세포의 활성 화와 뇌 혈관의 확장 사이 의 연관관계 에

혈류-대사 연관관계의 신경성 조절

NO가 관련이 있는 것은 명 확히 밝혀 졌 지 만 NO 회 로는 특정

뇌 혈관은 교감신경 과 부교감신경 의 지 배를 받고 있다. 청 색 반

한 경 우에 서 만 작용한다고 생 각할 수 있다. 결론적으로， 현재

점 ， 위목신경 절 ， intermediolateral column o f the spinal cord

까지 의 연구로서는 뇌 대사의 활성 화에 서 나타나는 뇌 혈류에

등에서 기 시 하는 여 러 경 로가 교감신경 지 배를 이 루고 있다( 그

증가를 매 개 하는데 NO 가 관련되 어 있다는 것은 확실하지 만

림 8-5). 이 신 경 섬 유에는 norepinephrine ， ATP ， neuropep­

NOS 를 억 제시 키 면 뇌 혈류의 증가가 차단되는 것 이 아니 라

tide Y 등이 존재한다. 카태콜아민이 뇌 혈류에 미 치는 영향은

억 제 되 는 정도임을 보면 다른 매 개물질이 존재하는 것을 시

다양해서 뇌 혈관 저 항과 뇌 혈류를 증가 또는 감소시 킬 수 있

사한다고 하겠다.

다 뇌혈관반응은 신경 전달물질의 주 입 방법 (즉， 부신에서 분비

• 수소이온과 칼륨이온.

된 혈관내 의 카태콜아민， 혈관 주위 의 신경 섬유에서 유 리 된 혈관 주위의 수소이온농도는 국소적

norepinephrine ， 수막강 내로 투 여 된 경 우 등) ， 농도， 혈 뇌 장

1 64

.

PART I

역사와 기본원리

벽 의 상태 등과 관련이 있다. Norepinephrine 은 박리된 뇌동

하면 용량에 비 례 하여 혈 관 이 완이 발생 하며 ， 이 효과는

맥 에 대해서 혈관수축 작용을 하며 ， 이 러 한 α- 아드레날린성 반

atropme 과 scopolamine 에 의해 차단될 수 있다. 교감신경 이

응은

아드레날린성 길항제 에 의 해 차단될 수 있다. 그 러 나

내부적으로 뇌 혈관을 신 경 지 배하는 것 처 럼 부교감신경도 내부

norepinephrine 의 효과는 뇌 혈관 긴장도의 기 초상태 (resting

단위가 존재한다 소뇌 의 꼭지 핵 (fastigial nucleus) 을 자극하

tension) 와 연관이 있는 것으로 보인다. 즉， 이 미 수축된 상태

면 뇌 피 질의 혈류가 증가하며 Cl 부위 에서 척 수를 절단하여도

의 뇌 혈관에서는 카태콜아민이 혈관확장을 일으킬 수 있다. 혈

혈류증가가 유지 된다. 국소적 인 혈류증가는 대사증가를 초래

관 주위의 교감신경을 자극하거 나 부신수질로부터 분 비 된 카

하지는 않는다 쥐 에 서 는 복내측창백 핵 (ventromedial globus

태 콜아민에 의한 수용체의 지극은 외부신 경 계 에 의한 기 전으

pallidus) 이 피 질의 콜린성 신 경 지 배 의 주요 근원지 이 다. 쥐 에

로 생 각할 수 있다. 혈뇌장벽 이 정상적 인 생 체 에서 혈관 내 로

서 이 부분의 부교감신경을 자극하면 두정골(parietal bone)

카태콜아민을 주입하거 나 목신경 ( cervical nerve) 을 자극하면

부위 의 대 뇌 피 질에서 acetylcholine 분비 및 뇌 혈류가 증가한

뇌 혈관 저항이 상당 부분 증가하며 따라서 뇌 혈류가 감소한다.

다. 이 러한 사실로 미 루어 내부회로에 의해서 중추부교감신경

그 러 나 혈뇌장벽 이 손상되 었을 경우에는 혈관 내로 주입된 카

계의 자극이 전달되 며 이를 위해서는 콜린성 신 경 세 포가 손상

테 콜아민 이 나 심 실 내로 주입 된 norepinephrine은 뇌 혈류， 뇌

되 지 않은 상태 이 어 야 함을 알 수 있다.

Q

산소소모 ， 뇌 포도당소모를 상당히 증가시 킨다. 말초에서 기 시

결론적으로， 뇌 대 사에 의한 뇌혈류의 조절은 화학적 요소와

한 혈 관 주위 의 교감신경 ( 외 부신경)과는 달리 중추신 경 계 의

신 경 적 요소가 서 로 상승적으로 작용하여 조절된다. 신경세포

교감신경은 내부교감신 경 회 로를 경 유하여 신호를 발생시 킨다

에서 유리 된 혈관이완물질이 혈관펑활근에 직 접 작용하거 나

내부 신 경 성 조절은 교감 또는 세로토닌 신경세포나 신경세포

내 피 세포의 매 개물질을 통해 간접 적 으로 혈관 긴장도를 변화

군에 의하며 이 세포들은 뇌 미 세혈관을 직접 지 배하거 나 신 경

시 킨다. Adenosine ， NO， 수소이온， 칼륨이 온 등이 혈류대사

전달물질을 분 비 하며 이 에 의 해 혈 관 긴 장도가 조 절 된다.

연관관계의 화학적 조절에 중요한 요소이 다. 신경 성 조절에는

Dorsal medullary reticular formation을 자극하면 특정부위

외부적 인 조절과 내부적 인 조절이 있다. 외부적 인 신 경 성 조절

의 대 뇌 피 질에서 대 시율이 증가힌다. 뇌 미 세 혈관이 내부적으

은 뇌 밖에서 기 시 하는 혈관 주위 의 교감 및 부교감신경 에 의

로 신 경 지 배하에 있고， 내부적으로 교감신경 이 활성화되 어 대

한 조절이 나， 순환계 내 의 혈관작용성 화학물질(예 : 카태콜아

사와 혈류가 증가하는 것 이 시 간적 인 인과성 이 있다는 것을 관

민)에 의한 조절을 의 미 한다. 혈관 주위의 신 경 전달물질이 나

찰할 수 있는데 이 러 한 사실에 서 부터 뇌 가 자기 자신의 혈류를

혈 관 내 혈관작용성 물 질 에 의한 뇌 혈관 반응은 다양하게 나타

조절할 수 있다는 사실을 알 수 있다. 사람에서는 휴식 기 에는

나고， 용량에 비 례하며 ， 혈뇌장벽의 상태 에 영향을 받고， 혈관

뇌 혈류가 교감신경 계 의 긴장도에 의해 영향을 받지 않는 것으

수축이 나 확장을 나타낸다. 내부적 인 신 경 성 조절은 교감신경

로 보인다. 혈관 내 카태콜아민과 혈관 주위 의 교감신경지극은

이나 세로토닌성 신경세포 또는 세포군이 직 접 적 으로 뇌 미 세

의탤 뇌 혈관수축을 일으킨다. 반면에 내부교감신경을 자극하 면 뇌 혈류와 뇌 대 사가 상당히 증가한다.

혈관을 지 배 하거 나 신경 전달물질을 분비하여 뇌혈관 긴장도를 조절하는 것을 의 미 한다

부교감신경은 나비 입 천장신경 절에서 기 시 하며 귀 신 경 절 에 서 도 일 부 기 시 하는 것 으 로 보 인 다. 부교감신 경 섬 유 에 는

(2) 통맥얼 가스분압

acetylcholine ， vasoactive intestinal peptide ， histidine ，

이산화탄소

isoleucine 등이 신경 전달물질로 고려 되고 있다. 부교감신경 의

이산화탄소는 뇌혈관 저 항과 뇌 혈류에 강력 한 영향을 미 치는

감각섬유들은 C2 부위 의 삼차신 경 절에서 기 원한다. 감각섬유

요소이 다 동맥혈 과탄산혈증이 발생하면 뇌 혈관이 확장되 며 ，

에는 calcitonin gene-related peptide ， substance P ， neu­

뇌 혈관 저 항을 감소시 키 고， 따라서 뇌 혈류가 증가한다. 반대로

roleukin A 등이 존재한다 부교감신경은 두개 기 저부의 큰 뇌

동맥혈 저 탄산혈증에서 는 뇌 혈관이 수축하며 ， 뇌 혈관 저 항이

동맥들과 연막동맥 (pial artery) ， 소동맥 ， 뇌 정 맥 등에 분포하

증가하고 뇌 혈류가 감소한다( 그림 8-6). 통맥 혈 이산화탄소분

고 있다. Acetylcholine을 주 입 하거 나 추체 신 경 ( petrosal

압(PaC02) 의 변화에 따른 뇌 혈류의 변화는 뇌 혈 액 량의 비 선형

nerve) 같은 외부부교감신경 을 자극(즉， 외부신경자극)하면

적 인 변화와 연관되 어 있다. 뇌 혈관의 직 경 은 피 질이 나 조직을

뇌 혈관의 직 경과 뇌 혈류가 증가한다. 부교감신경을 자극할 때

관통하는 작은 동맥 이 나 소동맥 수준에서 동적으로 변화하지

뇌 혈관이완이 일 어 나는 것은 ll1Cotmlc 또는 muscanll1c 수용

만 큰 동맥도 뇌 혈관 저 항을 조절하는 데 관여 하고 있다

체 에 의 해 매 개 된다. Acetylcholine을 뇌혈관에 미세하게 투여

산화대사에서 가장 중요한 부산물이 이산화탄소이 므로， 뇌

Chapter

� _ � . .. ， ‘ ' ， r '.， ， s、o ， . ' ， --'1‘ . _.... ... .'...//. /.，.， -

과 펜

200 -1 Pa02

150 -1 | 100 -1 50

•

-1

PaC02

ι

…4:-------

PaC02

20

40

60

80

Pa02

50

100

150

200

뇌혈류변호�%)

8 뇌생리

•

1 65

1어/샤00 므 I=j

120 100 80 60 40 20

등� O f

o

- 20 - 40 - 60

그림 8-6 동맥혈 이산화탄소분압(PaCOz)과 산소분압(PaOz)의 변화에 따 른 뇌혈류의 변화-

o 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 PaC02(mmHg)

•

그림 8-7 동맥혈 이산화탄소분압(PaCOz)의 변화와 동맥혈압의 변화에 따 른 이산화탄소반응도의 변화 혈관의 이산화탄소 반응도가 혈류대사 연관관계의 가장 중요 한 기 전이 라고 전통적으로 인식 되 어 왔다. 뇌 혈관의 이산화탄 소 반응도는 PaCOz의 단위 변화에 따른 뇌혈류의 변화로 정 의

는 일 정 하게 유지 하며 PaC02가 다른 용액을 사용하거 나，

된 다 혈압이 정 상인 사람은 PaC02가 20-75 mmHg 사이 에서

PaC02가 일 정 하면서 중탄산염농도가 서 로 다른 용액을 사용

뇌 혈류가 거 의 이산화탄소분압에 비 례한다. 이 러한 비 례 부분

하여도 유사한 결과를 얻을 수 있었다 이 러한 연구결과로 보

에 서 는 PaC02 1 mmHg 변화에 뇌 혈류가 약 3-5% 변화한다.

아 이 산화탄소는 혈관평활근 주위 의 세포외 또는 세 포내 산도

이 산화탄소 반응도곡선의 양쪽 끝부분에서 는 곡선이 수평으로

를 변화시 킴 으로써 뇌 혈관 저 항을 변화시 키 는 것으로 보 인다.

호t하면서 PaC02가 더 이상 변화하여도 뇌 혈류의 변화가 거 의

이 산화탄소 분자와 중탄산염 이 온은 자체로는 혈관에 대한 영

나타나지 않게 된다. 이 것은 극도의 과탄산혈증이 나 저 탄산혈

향력 이 없는 것으로 보인다 PaC02와 세포외 중탄산염농도의

증에서 는 혈관확장이 나 수축이 최 대 한도로 일어나 있기 때 문

변화가 혈관 주위 의 pH 를 변화시 키 는 것은 다음과 같은 이 산

이 다.

화탄소와 물 의 화학적 반응에 기 초한다.

최 초의 소동맥 긴장도가 개 개 인의 이산화탄소에 대 한 반응 도를 결 정 짓는 중요한 요소이다 그러므로 뇌 혈관의 이산화탄

C02

+

H20 -→ H2C03

→

HC03-

+

H+

소 반응도는 동맥 혈압에 의해 영 향을 받는다고 할 수 있다. 동

이산화탄소는 확산성 분자로서 쉽 게 혈 뇌 장벽 을 통과하여

맥 혈 압이 감소하면 자동적으로 뇌 혈관이 확장하게 된다. 저 혈

혈관평활근세포로 침 투한다. 반면에 혈뇌장벽 과 혈관평활근세

압에 서 는 이 미 뇌 혈관의 긴장도가 감소하여 있 기 때문에 과탄

포는 수소이온에 대한 투과도가 낮다. 이 것 이 호흡성 산증이

산혈증에 의한 뇌 혈관확장이 감소되 거 나 없 어 지 게 된다( 그림

뇌 혈관 저 항을 상당히 감소시 키 는 데 반해 ， 대 사성 산증이 그

8-7). 극도의 과환기 는 뇌 혈류를 감소시 켜 뇌 허 혈을 일으킬 정

러 지 못하는 이유이 다. 따라서 간질 액과 뇌 척 수액 의 수소이옹

도까지 혈류가 감소할 수 있다. 고양이를 사용한 연구에 서

농도가 증가하면 혈관확장을 일으키 지 만 동맥 혈 수소이온농도

PaCOz를 25 mmHg 이 하로 감소시 커 면 뇌 정 맥 혈 산소포화도

가 증가할 경 우에는 뇌 혈관 저 항이 거 의 변화하지 않는다

가 감소하고 뇌 산소추출률이 증가하며 ， 뇌조직과 뇌 척 수액 에

PaC02 증가에 따른 혈관 주위 의 pH 감소가 뇌 혈관확장의

유산이 증가하는 것을 알 수 있었다. 국소허 혈을 일으킨 쥐 에

중요한 기 전이 지 만， NO와 cyclooxygenase 회 로도 이 러 한 조

서 과환기 에 의 한 뇌 혈관수축에 의 해 허 혈부위 가 증가할 수 있

절 에 관여 하고 있는 것으로 보인다. NOS 억 제제를 국소에 투

음이 밝혀 졌다.

여 하면 과탄산혈증에 의 한 뇌 혈류 증가가 억 제 되는 것을 보여

구가 시 행 되 었다. 뇌표면에 pH 가 낮은 용액을 국소적으로 뿌

주는 여 러

려 주면 뇌 혈관확장이 일어 난다. 반면에 pH 가 높은 용액을 사

으며 뇌 산소소모율과 뇌 포도당소모율도 영호탤 받지 않고 그

용하면 뇌 혈관수축이 발생하였다. 같은 연구를 중탄산염 농도

대 로 유지 된다. 그 러 나 indomethacin 투여 에 의해서 뇌 혈 류

뇌혈관의 이 산화탄소 반응성 의 기 전을 밝히 기 위 해 많은 연

연구가 있다. l ndomethacine을 투여하면 뇌 혈관의

이 산화탄소 반응도가 감소하는데 ， 이 는 산화대사와 관련이 없

1 66

.

PART I

역사와 기본원리

가 감소하면 산소추출률이 증가하고 EEG 에서 허 혈 성 변화가

조절 범위

허혈범위

돌파범위

관찰된다. Indomethacine 은 뇌혈류 자동조절이 나 저산소성충 성 감소는 매 우 특이하다고 할 수 있다. 이 러 한 사실로 보아 과 탄산혈 증에 의 한 뇌 혈 관확장은 cyclooxygenase 억 제 나

mgtm 때기치

혈과는 무관하기 때문에 이에 의한 뇌 혈관의 이산화탄소 반응

eicosanoids 와 연관이 있을 것으로 생 각된다.

산소 동맥 혈 산소분압(Pa02 ) 은 뇌 혈류의 변화와 연관이 있다. 마취 한다 이 러한 반응은 뇌 대사의 기 초상태와는 상관없이 유지 된 다. Barbiturate 나 isoflurane 으로 마취한 동물에서 저 산소성 저 산소증을 유발시 켜 도 뇌 혈류가 증가한다. 동맥 혈 산소분압 의 감소에 의해서 뇌 혈관이 확장하는 것은 화학적 수용체 ， NO

「WT κ패 폐걱 까싸빠파

를 하지 않은 동물에서 저산소증을 유발시 키 면 뇌 혈류가 증가

회 로， a2-아드러l날린성 수용체 등의 활성 화와는 관련이 없으며 아마도 산소분자가 직 접 혈관 평 활근세포에 작용하여 발생하 는 것으로 생 각된다(그림 8-6 참조).

•

50

100 150 뇌관류압(mmHg)

그림 8-8 뇌관류압의 변화에 따른 뇌혈류자동조절기능에서 동맥구경과 뇌혈관저항의 동적인 변화.

(3) 자동조 절 뇌 혈류의 조 절 에 있 어 서 가장 중요한 기 전 중 하나는 뇌관류압 이 상당히 광범 위하게 변화하더 라도 뇌혈관이 뇌혈류를 일정 하게 유지 (지동조절)할 수 있다는 사실이 다( 그림 8-8) . 뇌관류

이 일 정 하면서 뇌관류압이 증가하면 뇌 혈류가 증가하고 뇌관

압이 생 리 적 인 범 위 에 있으면 뇌관류압이 감소하거 나， 또는 충

류압이 감소하면 뇌 혈류가 감소한다는 것을 의 미 한다

혈 ， 모세 혈관손상， 부종 등에 의 해 뇌관류압이 증가하여도 자 동조절에 의해서 신 경 조직 이 저 산소증에 의해

손상을 받지

않

자동조절의 범위

도록 해준다. 지동조절은 뇌관류압의 변화에 반응하여 뇌 혈관

뇌 혈류의 자동조절은 뇌관류압이 약 50-150 mmHg 범위 내에

저항이 자동적으로 변화하는 것 이 다. 뇌혈류는 뇌관류압을 뇌

있을 경우 유지 된다. 자동조절 범위는 혈압과 두개 내 압의 변화

혈관 저 항으로 나눈 값이 다. 뇌관류압은 평 균 동맥 압에서 두개

와 유사하다( 그림 8-8 참조).

내 압을 뺀 값으로 정 의 된다. 뇌관류압이 평 균 동맥 압과 두개내 압에 의해 결 정 되므로 이 두 가지 값이 변화하면 자동조절 반

뇌혈류 자동조절의 하한치

응이 일 어 난다. 자동조절 이 효과적 이 라는 것은 뇌관류압이 감

점차적으로 혈압이 감소하거 나 두개내 압이 증가하면 뇌혈류와

소했을 때 뇌혈관 저 항의 감소가 발생한다는 것을 의 미 한다.

신 경 기 능을 일 정 하게 유지 하기 위하여 뇌 혈관의 확장이 초래

같은 맥 락으로 뇌관류압이 증가하면 뇌혈류를 일 정 하게 유지

된다. 두개 내 압과 용적 이 병 적 인 상태 에서는 자동조절에 의해

하기 위해서 뇌 혈관 저 항이 비 례 적 으로 증가한다. 해부학적 인

혈관확장이 발생하여 뇌 혈량이 증가하면 두개 내 압이 더 욱 상

면에서 뇌 혈류의 자동조절은 작은 동맥 이 나 소동맥 (arteriole)

승할 수 있다. 뇌 혈관 자동조절의 하한치 는 최 대 한도의 혈관확

에서 주로 일 어 나지 만 큰 뇌동맥도 혈관확장이 나 축소기 능을

장을 일으키는 뇌관류압 상태라고 정 의할 수 있다. 뇌관류압이

어 느 정 도 가지 고 있다.

하한치 이 하로 감소하면 뇌 혈류가 압력 에 비 례하여 감소하고

뇌 혈류 지동조절의 상한치와 하한치는 고정된 값이 아니 다

이 에 의 해 감소된 산소공급을 보상하기 위하여 산소추출이 증

뇌관류압의 변화에 대 한 개 개 의 반응은 기 존의 뇌 혈관 긴장도

가하게 된다(그림 8-8 참조) 보상적 인 산소추출이 한계에 다

에 의 해 영향을 받으며 뇌 혈관의 긴장도는 교감신경활성도， 뇌

다르게 되 고 뇌관류압이 너 무 낮아 뇌 혈류가 뇌 허 혈을 일으킬

대사율， PaC02 ， 마취제와 같은 혈관작용성 물질 등에 의해 영

정도로 감소하게 되 면 ， 곧바로 신경성 합병증( 현 기 증， 혼돈， 혼

향을 받는다. 자동조절기능이 상실되 었다는 것은 뇌혈관 저 항

수) 이 발생한다.

Chapter

뇌혈류 자동조절의 상한치

2.0

점 차적 으로 혈압이 증가하거 나 두개 내 압이 감소하면 뇌 혈류

1.8

와 신 경 기 능을 일 정 하게 유지하기 위 하여 뇌혈관의 수축이 초 래 된다. 자동조절기 능에 의 해 혈관이 수축하면 뇌 혈량이 감소 하게 된다. 그러 나 이 경우 반드시 두개 내 압이 감소하지는 않 는다. 뇌 혈관 자동조절의 상한치는 최 대 한도의 혈관수축을 일 으키는 뇌관류압 상태 라고 정 의할 수 있다. 상한치 이 상으로 뇌관류압이 증가하면 뇌 혈관이 확장되 면서 뇌 혈류가 증가하 게 된다(그림 8-8 참조) 자동조절 상한치 이상에 서 혈관확장

과탄산혈증

•

8 뇌샘리

•

1 67

•

IE 1.5

ô;

1.3

lUþ lòru

1.0

그E

고

0.8

이 일 어 나면 뇌충혈 ， 뇌 혈 량의 증가， 혈뇌장벽 의 손상， 혈관성

0.5

부종 등이 발생하게 된다. 경 혈 관압력 ( transluminal pressure)

0.3

이 병 적으로 증가하게 되 면 두통， 혼돈， 혼수 등의 신경 성 합

0.0

병 증이 발생하게 된다 뇌관류압의 변화에 따른 신속한 뇌 혈 관의 반응은 근원성 조절， 대 사， 신경 성 조절 ， NO 등의 기 전

정상탄산혈증

o 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 펑균동맥압(mmHg)

에 의 해 조절된다.

자동조절의 근원성 제어

그림 8-9 절기능

•

서로 다른 동맥혈 이산화탄소분압(PaCo，)에서의 뇌혈류자동조

뇌혈류 자동조절의 근원성 (myogenic) 기 전은 혈관평 활근세포 가 경 혈관압력을 변화시 키 는 내부적 인 혈관 반응성과 관련이 있다. 경 혈관압력 이 감소하여 혈관수축이 감소하면 작은 동맥

PaC02는 지동조절 곡선을 상당히 변화시 킬 수 있다. 과탄산

과 소동맥 에서 확장이 일 어 난다 반대로 경 혈관압력 이 증가하

혈증에 서 는 뇌 혈관이 확장하고， 뇌 혈류가 증가허며 따라서

여 혈관확장이 감소하면 동맥과 소동맥 의 수축이 일 어 난다. 이

뇌관류압이 감소할 때의 뇌 혈관확장능력 이 감소한다( 그림 8-

러 한 근원성 조절은 평 활근세포 세포막의 이온에 대 한 투과성

9). 반면에 저 탄산혈증에서 는 이 미 뇌 혈관이 수축되 어 뇌 혈 류

의 변화와 연관이 있는 것으로 보이 며 ， 따라서 경 혈관압력 에

가 감소되 어 있으며 따라서 뇌 관류압이 감소하였을 경 우 뇌

따라서 막전위가 조절되는 것으로 생 각된다.

혈관확장능이 과장된다. 자동조절의 대 사성 조절기 전은 산소 와 관련이 있는 것으로 보 인다. 동물실험 에서 동맥압이 감소

자동조절의 대사성 제어

하면 2차적 으로 뇌 조 직 의 산소농도가 감소하여 뇌 연질 소동

자동조절에 대 사성 제 어 가 관여한다는 것은 뇌 혈류의 감소에

맥 (cerebral pial arteriole) 이 확장하게 된다. 소동맥은 정 맥

반응하여 화학적 요소가 방출되는 것을 뭇한다. 이 러 한 대 사

압이 증가하여 도 확장되 며 이 것은 국소 과산소혈증을 유발시

성 조 절 과 부합되는 물 질 로 adenosine ， 수소이온， 칼륨이 온

키 변 역 전된다. 이 러한 자료로 보아 뇌관류압이 감소하면 즉

등을 들 수 있다. Adenosine 은 강 력 한 뇌혈관확장제로 작용

시 뇌 혈류가 감소하고 이 에 따른 뇌 산소농도의 감소가 뇌 혈

하며 ， 뇌관류압이 서 서 히 감소하면 뇌 의 adenosine 농도가

관의 확장을 유도하여 뇌 혈류의 감소를 보상하는 것으로 보

증가한다는 연구결과가 있다. 그 러 나 adenosine 길항제를 투

인다.

여 하여 도 자동조 절 기 능이 저 해 되 지 않았으며 ， 이 는 adeno­ sme 이 뇌 혈류 자동조절의 주된 매 개물질이 아나 고 저 혈 압에

자동조절의 신경성 조절

의 해 2차적으로 생 성 된다는 것을 시 사한다. 신경세포， 성 상세

이 장의 처음 부분에서 언급하였듯이 중추신 경 계 가 두개내 자

포， 평 활근세포의 세 포막기능이 증가하면 수소와 칼륨이 온이

율신경 절에서 기 원하는 외 부신 경 통로에 의 해 영향을 받고 있

혈관 주위에 축적 된다. 수소와 칼륨이옹은 뇌 혈류 대 사 연관

다고 생각되고 있다. 이 러 한 신 경 섬 유들은 혈관 주위 에 서 신 경

관계 의 매 개물질 이 며 이 기 전이 뇌 혈 류 자동조절에도 유효할

총( plexus) 을 이 루며 ， 대 뇌 동맥과 대 뇌 정 맥을 지 배 하고 있 다

가능성 이 있다. 그 러 나 혈 압이 서 서 히 감소하면 수소와 칼륨

크고 작은 대 뇌 동맥 에서 는 이 러한 신경 지 배 가 풍부한 반 면 ， 소

이 옹이 혈관 주위 에 축적 되 지 않으며 ， 따라서 수소와 칼륨이

동맥과 뇌 실 질 부위에 서 는 덜 발달되 어 있다. 교감신경 을 자극

옹이 지동조절의 주요 요소일 기능성은 낮다. 이와 유사하게

하면 대 뇌혈관의 수축이 발생하며 이 러한 반응의 강도는 생 물

1 68

•

PART I

역사와 기본원리

• ， ‘ • -정상 혈압

-

싸싸폐파

낮은 교감신경 긴장도/저혈압

높은 교감신경 긴장도/고혈압

그림

8-10

•

뇌관류압 자동조절범위의 변화.

자동조절기능의 상실 뇌혈류 자동조절은 매우 민감하고 취 약점 이 많은 기 전으로서 여 러 가지 의 병 적 인 과정 에 의해 변하거 나 억 제 또는 상실될

수 있다. 만성 고혈압 환자는 자동조절곡선이 혈 압이 높은 쪽 으로 이동한다. 따라서 동맥 압 상승에 의한 뇌충혈을 어 느 정

도 막을 수 있게 되 지 만 저 혈압을 보상할 수 있는 능력은 감소 하게 된다. 자통조절의 하한치 가 상승함에 따라 정 상인은 자동 조절 범 위 안에 있는 혈압에서도 뇌 허 혈 이 발생할 수 있게 된 다. 고혈압 환자에 게서 출혈 ， 쇼크 등이 발생하였을 경 우나 고 혈압에 대 한 익t물치료를 하고 있을 때 에는 위 와 같은 가능성을 항상 염두에 두 어 야 한다( 그림 8-10 참조) . 외상， 염증 등에 의한 급성 허 혈부위 에 서 나， 당뇨， 뇌종양 같은 병 적 인 경 우에는 뇌 혈류의 자동조절이 장애를 받거 나 소

의 종에 따라 다르다. 혈관 주위 의 교감신경 활성도가 뇌혈관

멸될 수 있다. 심 한 뇌 손상이 나 뇌 허 혈 이 발생한 경 우 뇌 혈 류

의 기 초긴장도에 어 느 정 도 기 여 하는가에 대해서는 논란이 많

의 자동조절과 이 산화탄소 반응도가 서 로 맞 지 않 게 된다. 실

지 만 제한적 일 것 이 라는 것 이 중론이다. 압수용체나 화학수용 제를 자극하거 나 제 거 하여도 뇌 혈관 긴장도나 뇌혈류는 별로

태 에 서 는 뇌 혈류 자동조절이 소 멸 되 지 만， 저 탄산혈증 상태 에

변화하지 않는다. 그러나 교감신경 활성도는 자동조절반응에

서 는 뇌혈류 자동조절이 잘 유지된다 이 러한 사실은 뇌혈관

영향을 미 친다. 교감신경 활성도가 높을수록 뇌혈류 증가를 보

주위 의 pH 에 의 해 결정되는 뇌 혈관 긴장도가 뇌 혈관 자동조

상하기 위해서 발생하는 뇌 혈관 수축의 강도가 증가하며 따라

절에 큰 영 향을 미 치 고 있다는 것을 보여준다. 심 한 뇌 손상 환

서 지동조절곡선이 오른쪽으로 이 몽하게 된다. 또한 뇌 혈류의

자의 경우 40-60%에서 뇌혈류 자동조절기 능이 소실되 었지 만，

감소에 대 해 서 도 대 처 할 수 있는 능력 이 떨 어 지 게 되어 뇌혈류

이 산화탄소에 대한 반응도는 대 부분의 경우 유지 되 었다. 자동

지동조절의 하한치 가 상승하게 된다(그림 8-10) . 교감신경 지

조절의 소실은 뇌혈관운동성 의 마 비 가 특정 적 인데 ， 이는 병 변

배 가 갑자기 없 어 지 게 되 면 자동조절곡선이 저 혈 압 쪽으로 이

부위 조 직 의 산성화와 칼륨유 리 에 의 할 것 이 라고 한다. 이 러

동하게 되 지 만， 신 경 재 배 가 서 서 히 없어 지 면 자동조절곡선은

한 자동조절의 장애는 병 변 바로 주위 에만 국한되 지 는 않는데

영향을 받지 않는다. Acetylcholine 을 주입하거 나 대추체신경

뇌종양이나 뇌 허 혈 부위 의 반대쪽에서도 자동조절기 능의 장

(major petrosal neπe) 같은 대뇌 부교감신경을 자극하면 뇌

애나 소실이 발생할 수 있다. 이 러한 현상은 뇌 부종이나 두개

혈관이 이 완하게 된다. 부교감신경 을 자극하면 뇌 혈류가 증가

내 압의 증가가 반대 편 뇌 혈관조직을 압박하여 생 기 는 것으로

하지 만， 실험 적 으로 부교감신경 을 여 러 부위 에서 파괴하여도

이 해된다

험 적 으로 지 주막하출혈을 유발시 켰을 경우 정 상탄산혈증 상

뇌 혈류나 자동조절에는 영향을 미 치 지 않는다. 따라서 부교감

두부외상 환자에게 서 뇌관류압을 조절하는 경우 뇌 혈류의

신경 지 배는 기초 뇌혈관 긴장도나 뇌혈류 자동조절에 기 여 하

지동조절 상태 가 임상적 으로 중요한 의 미 를 가지 게 된 다 자동

고 있지 않을 것으로 생 각된다.

조절이 정 상적 인 경우에는 뇌관류압을 80 mmHg 이 상으로 유 지 하면 적 절한 뇌 혈류를 유지 하면서 뇌혈량을 조절할 수 있다.

산화질소

자동조절이 소실된 경 우에는 뇌관류압을 90 mmHg 이 상으로

뇌 혈류의 자동조절은 내 피 세 포가 정 상적 일 경우에만 작동된

유지하면 뇌 혈 량과 두개내압을 증가시 킨다. 또 뇌관류압이 너

다 이 러한 사실로 NO 의 활성도가 뇌 혈류 감소에 의한 뇌 혈관

무 높으면 혈관성 뇌부종과 뇌출혈이 촉발될 수 있다. 이 러 한

이완에 관여하고 있을 것으로 추정할 수 있다 그 러 나 동맥 압

환자에 게 서 는 뇌관류압을 낮추고 뇌 정 맥혈량을 줄여주는 것 이

이 감소한 경우에도 뇌 혈류가 일 정 하게 유지 되 며 ， NOS를 억

좋다. 이 러한 접 근방법은 lund concept' 라고 알려 져 있는데 ，

제하여도 뇌 혈 류 자동조절의 하한치 는 변하지 않는다. 현재까

a2-아드레날린 작용제 ， ß1 아드레 날린 길항제 ， dihydroergota­

지는 뇌 혈류 자동조절 이 NO와 관련된 기 전과 관련이 없는 것

mme을 병 행투여하는 것을 의 미 한다.

으로 보 이 지 만 추가 연구가 필요할 것으로 생 각된다.

Chapter

8 뇌생리

•

1 69

(4) 얼액접성도

수도 있고， 혈압을 변화시 켜 뇌혈류 지동조절기능에 영향을 미

뇌 혈류는 뇌관류압과 뇌혈관 저 항의 함수이 며 ， 각종 생리 또는

쳐 간접 적 으로 영 향을 미 칠 수도 있다( 양쪽 모두 가능한 약제

약리 적 인 처 치는 뇌관유압 또는 뇌 혈관 저항에 영 향을 주어 뇌

도 있음J. 뇌혈류 지동조절기능이 보존되 어 있는 경 우， 자동조

혈류를 변화시 킨다 Hagen-Poiseuille 법 칙 에 의하면 저 항은

절 범위 밖에서 는 혈압이 증가하면 뇌 혈류가 증가할 것 이 다.

점 성 도와 관련이 있는데 헤마토크리트는 혈액 점 성 도를 변화

자동조절 범 위 내 에 서 는 혈 압이 증가하여 도 뇌 혈관 수축( 뇌 혈

시 키 는 가장 중요한 요 인이 며 ， 이 값이 변하면 다른 요소들이

관 저항의 증가) 에 의 해 뇌 혈류가 크 게 변화하지는 않을 것 이

변하지 않는 한 뇌 혈류가 변화한다. 헤마토크리트가 감소하면

다. 뇌혈류 자통조절기능에 장 애 가 있을 경 우에는 혈압에 비 례

뇌 혈류와 뇌 혈량이 증가하는 것은 여 러 연구에 의해 증명 되 어

하여 뇌 혈류가 변화할 것 이 다.

있다. 혈 액 을 희 석 시 키 면 뇌 혈 량이 같이 증가하는 것으로 보아 뇌 혈류의 증가는 뇌산소공급의 감소에 따른 뇌 혈관확장과 혈

�

a1 - 아드 레 날 린 작용제 .

흔 히 al - 아드 레 날 린 작용제

액 점 성 도의 감소에 의 하는 것으로 보 이 지 만， 혈액을 희 석 시 킨

(phenylephrine ， norepinephrine) 를 투여하는 경우 뇌 혈류가

다고 항상 뇌 혈류가 변화하는 것 은 아니 다 쥐 에 서 mannitol

감소하는 것을 우려하는 경 우가 많지만， 사람과 동물의 실 험 에

을 주입하여도 뇌 혈류는 변하지 않는다. 이는 혈 액 점 성 도가 감

서 혈압이 상당히 변화하는 경 우에도 뇌 혈류에 대 한 변화가 없

소함에 따라 소동맥 이 수축하기 때문일 것으로 생 각된다. 따라

는 것으로 확인되 었다 뇌 혈류에 대 한 영향은 종간 차이 가 있

서 뇌관류압과 혈 액 점 성 도의 변화는 자동조절에 대하여 동일

을 수 있으며 ， norepinephrine 의 경 우 뇌 혈류장벽 이 파괴 되 어

한 기 전으로 영향을 미 치 는 것으로 생 각된다

있으면 혈 관 밖으로 빠져 나와 뇌 대 사를 항진시 켜 그에 따른 뇌혈류 증가를 야기 할 수 있다.

(5) 떨판작용성 약룰

요약하면 혈관 내 al- 아드레날린 작용제는 뇌 혈류에 대 한

마취과 영 역 에서는 혈 역학적 인 조절을 위 해 마취 제나 혈관작

직 접 적 인 영향이 거 의 없으며 ， 예 외 적 으로 norepinephrine 의

용 약제와 같이 자체 적 으로 혈관에 영호탤 미 치는 약제를 많이

경 우 혈뇌장벽 이 파괴 되 어 있으면 뇌 혈관의 이완을 유발할 수

시용하고 있다.

있다.

전신 혈관이완제

� ß-ot드레날린

작용제. 저 용량의

8 아드레날린 작용제 (beta

혈 압을 낮추기 위해 사용되는 대 부분의 약제(sodium nitro

adrenergic agonist) 는 뇌 혈관에 대한 직 접 적 인 영향이 거 의

prusside ， nitroglycine ， hydralazine ， adenosine ， calcium

없다. 고용량을 투여하거 나， 생 리 적 인 스트레 스 상황에 서 는 뇌

channel blocker 등)는 동시 에 뇌 혈관이완을 초래한다. 이 에

대 시를 항진시 킬 수 있으며 이 에 따라 뇌 혈류도 증가할 수 있

따 라 뇌혈류는 증가하거 나 약제사용 전과 동일하게 유지 된다.

다. 이 러한 영향은 ß1-아드레날린수용체에 의 해 매 개 될 것으로

뇌 혈관확장기 능이 있는 약제에 의해 저 혈압이 유도되 면 출혈

보인다. 평균 동맥 압을 상당히 증가시 키 지 않는 용량으로 epi

이 나 뇌혈관확장기능이 없는 약제 에 의한 경 우보다 뇌 혈류가

nephrine 을 경통맥 내로 주 입 시 키 면 마취 되 지 않은 정상 성 인

더 잘 유지된다. Angiotensin-converting enzyme 억 제 제 인

에 게 서 뇌 대 사가 변화하지 않는다. 그 러 나 평 균 통맥압이 증가

enalapril 은 뇌 혈류에 대 한 영향이 없다 뇌 혈관계를 확장시 키

할 정 도의 용량에서 는 뇌 혈류와 뇌산소소모가 20% 정도 증가

는 마취제는 동시 에 뇌 혈 량을 증가시 켜 서 두개내압을 증가시

한다.

킬 수 있다. 마취제 에 의한 저 혈압을 점 진 적 으로 유도하면 두

혈 뇌 장 벽 에 손상이 있을 경우 8 아드레날린 작용제 의 작용

개 내 압에 영향이 심 하지 않게 나타난다 이 러한 현상은 혈압

이 항진된다는 보고가 있다. 고장성 용액을 투여하여 뇌 혈류

변화가 점 진 적 이 면 보상기 전(뇌 척수액과 정 맥 혈 의 전이 ) 이 작

장벽 의 투과성을 증가시 키 면， 정상적 으로는 뇌 혈류와 뇌 대 사

용하는 것을 나타낸다고 볼 수 있다.

에 영 향을 미 치 지 않는 용량으로 norepinephrine을 경 동맥 내로 투여하여도 뇌 혈류와 뇌 대 사가 증가한다. 연구에 따라서

카테콜아민 작용제와 길항제

카테콜아민 (catecholamine) 제 제 가 뇌 혈류에 대 해 미 치는 영

는 혈 뇌 장벽 의 손상이 없 어 도 8 아드레 날린 작용제 에 의 한 뇌

혈류 뇌 대사 항진이 관찰되 기 도 한다. 따라서 혈 뇌 장 벽 의 손

향은 기 초 혈압상태 ， 약제 에 의한 혈압 변화 정 도， 뇌혈류 자동

상이 ß-아드레날린 작용제 에 의한 뇌 혈류와 뇌 대 사 증가에 필

조 절 기 전의 상태 ， 뇌혈류장벽 의 상태 등에 의 해 달라질 수 있

요한 조건을 아닐지 라도 이 러 한 현상을 과장시 킬 것으로 생 각

다. 약제 에 따라서 뇌 혈관의 평활근에 직 접 적 인 영향을 미 칠

된다

1 70

•

PART I

역사와 기본원리

� ß-ot드레날린 차단제.

β아드레 날린 차단제(beta adrener­

gic antagonist) 는 여 러 연구에서 뇌혈류와 뇌 대사를 감소시

환자에게 사용할 때 ， 특히 마취 에서 깨 어 날 때 에는 사용에 주 의를 기 울여 야 한다.

키 거 나 영향이 없는 것으로 보고되 었다 개두술 후 마취 에 서 환자를 깨 울 때 혈 압이 상승한 경 우 labetalol을 시용하면 뇌

(이 연 령

혈류가 어 느 정도 감소하는 것을 관찰할 수 있다. 전기 경 련요

유년기 부터 성 년기 의 후반까지 뇌 혈류와 뇌산소소모는 점 진적

법 (electroconvulsive thera py) 시 esmolol을 사용하면 간질

으로 감소한다. 이 는 연 령 의 증가에 수반되 어 나타나는 신경세

기 간이 감소하는데 ， 이는 esmolol 이 정상적 인 혈 뇌장벽을 통

포의 감소에 기 인한다.

과할 수 있음을 나타낸다 β아드레날린 차단제를 투여할 당시

는 관류압에 대 한 영향 이 외 에는 두개내 병 변이 있는 환자에 게

I판 뇌혈류에 대한 체온의 영향

나쁜 영향을 줄 가능성 이 낮을 것으로 추정 된다.

최 근 몇 년 동 안 중등도 저 제온(moderate hypothermia) 이 뇌

�

에 미 치는 영향에 대 해 서 관심 이 증가하고 있다. 실 험 동물이 나

의 카테콜아민 수준이 나 혈뇌장벽 의 상태가 영후뇨을 줄 수도 있 다. 비 록 연구결과가 부족하기 는 하지 만 β아드레날린 차단제

임상에서 dopamine 은 여 러 상황에서 광범

사람에서 두개내 압이 증가되 어 있거 나 뇌 허 혈 이 있는 경우 뇌

위 하게 사용되 지 만 뇌 혈류와 뇌 대 사에 미 치는 영향은 연구가

온도를 조금만 낮추어도 뇌보호의 효과가 관찰된다. 저 체온이

잘 되 어 있지 않다. 일반적 으로 저 용량의 dopamine 은 약간의

주요 생화학적 인 과정을 감소시 켜[뇌 대 사의 감소， 흥분성 신경

뇌 혈관확장을 일으키 지 만 뇌 대사에 대한 영향은 거 의 없을 것

전달물질 유 리 의 감소， 지 질과산화산물Oipid peroxidation

으로 여 겨 진다. 국소적 으로 맥막얼기 (choroid plexus) 와 바닥

product) 의 감소， 자유기 (fl‘ee radical) 의 감쇠 뇌 보호를 가능

핵 (basal ganglia) 부위에서 뇌 대 사의 증가가 관찰된다는 보

하게 한다는 의 견 이 있는 반면， 저 체 온이 뇌 허 혈 후의 과관류

고도 있 지 만 ， 전 체 피 질 에 대 한 뇌 혈 류는 변 화 가 없 다 .

또는 저 관류 상태와 뇌부종 상태를 막아줌으로써 뇌 혈류가 경

Dopamine 을 100 μg/kg/min 정 도로 투여하여도 뇌 혈관의

제 적 으로 사용되 게 하여 뇌 보호 작용을 한다는 견해도 있다.

수축은 보 이 지 않는다. 같은 연구에 서 dobutamine 은 약

그러나 저 체온 기 간 동안의 산염 기 조절에 대 해 서 여 러 가지 설

2 0 - 30% 정 도 의 뇌 혈 류 와 뇌 대 사 항 진 이 관찰 되 었 다 . Fenoldopram은 DA1 수용체와 a2-아드레날린수용제( alpha 2

이 있듯이 ， 저 체옹이 뇌 혈류를 변화시 키는 기 전에 대 해 서 는 아

Dopa mi ne.

직도 이 견 이 많다

adrenoceptor) 에 작용하는 dopamine 작용제 인데 투여할 경 우 전신혈관이완과 혈 압 저 하가 발생한다. Fenoldopram을

1 ) 뇌 대 사와 뇌 멸 류

투여하여 혈압이 감소하면 뇌 혈류가 1 5% 정 도 감소하는데 혈

저 체온은 감소한 제 온에 비 례해서 뇌 대 시를 감소시 킨다. 체온

압이 정 상으로 돌아와도 뇌 혈류가 증가하지 않는다. 이 러 한 뇌 혈류의 감소는 이 약제 의 a2-아드레날린 활성 도에 기 인하는

과 뇌 대사의 관계는 체온계수(“tempe잉r‘따ure c∞oef돼fic띠C디le nt，’ QIO이) 로 기 술할 수 있다. QIO은 체온이 100C차이 가 나는 경 우의 대

것으로 사료되는데 ， 임상적으로 손상된 뇌 에 대 한 영 향은 알

시율비 이 다(그림 8-1 1 ) . 예를 들어 QIO이 2.0 이 라는 것은 체온

려 져 있지 않다.

이 1 0 0C 감소하면 대 사율이 반으로 감소하는 것을 의 미 한다. QIO의 값은 뇌 의 기 능적 인 상태와 깊은 관련이 있으며 ， 대 개

’ a2-ot드레날린 작용제

a2- 아드레 날린 작용제 (alpha 2

2. 0-5. 0의 값을 가진다. 뇌파가 활성화되 어 있으면 체온이 37

adrenergic agonist) 는 진통 진정작용 때문에 현재 관심을 끌

℃에서 27 0C 사이 에 있을 때 QIO은 대 개 2 .0에 가까운 값을 보

고 있는 약물이 다. 여 기 에는 dexmedetomidine 과 clonidine

인다. 제옹이 270C 이 하로 떨 어 져 뇌파가 거 의 등전압 상태가

이 속해 있는데 dexmedetomidine 에 비 하여 clonidine 은 훨

되면 활동성 과 기초 뇌 대 사율이 모두 심하게 감소하게 되 어

씬 덜 특이 적 이 고 역 가가 떨 어 진다. Dexmedetomidine 은 용

QlO 값이 5.0에 이르게 된다. 이 러한 사실로 보 아 뇌 산소소모

량에 비 례하여 뇌혈류를 감소시 키 는데 ， 이 효과가 직 접 적 인 혈

에 대한 QIO 값은 기 초 뇌 대사율과 밀 접 하게 연관되 어 있음을

관확장에 의한 것인지 뇌 대 사의 감소에 따른 2 차적 인 것 인 지

알 수 있다. 반면에 뇌파가 barbiturate 에 의해 등전위 상태로

는 확실하지 않다. 최 근 연구에 의하면 뇌 대 사의 감소에 의해

유지 되 면， QIO 값은 체온에 상관이 없이 항상 2. 0 정 도를 유지

뇌 혈류가 감소하는 것으로 보고되 었다 Dexmedetomidine은

한다

혈압을 상당히 감소시 키 므로 우회관류압에 대 한 의존이 심 한

정상인과 허 혈 이 있는 환자에서 저 체 온의 정 도가 뇌 혈류에

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(ζ-g ~。 。(〕←~」E )머저헤 딩 -퍼 6 5

4

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5

2

1

뇌생리

•

171

서 도 저 체온 심폐우회 술을 시 행하면 펌 프유량이나 동맥혈 압이 변화하여도 뇌혈류는 일 정 하게 유지 되 었다. 그 러 나 심 폐우회 술 여 부와는 상관없 이 ， 뇌 혈 류는 동맥 혈 이 산화탄소분 압 (PaC02 ) 과 동맥 혈 pH(pHa)와 직 접 적 인 관련이 있다. 저 체옹 에 의하여 뇌 산소소모는 비 교적 예측 가능한 정 도로 감소하지

만， 저 체 옹 시 의 뇌 혈류 변화는 일 정 하지 는 않은데 ， 이 는 아마

도 저 체 옹 동안의 산 염 기 조절방법 이 서 로 다르기 때문일 것

으로 추측된다.

3 } 산-염 기 조절

0 40 그림 8-11

Chapter 8

•

20

30

10

체온("C) 처|온과 뇌대사의 관계. 체온계수 QlO으로 표시하였다.

산 염 기 조절방법 이 결 정 적 으로 뇌 혈류에 영 향을 미 친다. pH­

stat 방식 에 서 는， PaC02와 pHa 를 각각 40 mmHg， 7 . 4 로 유지

하는데 ， 이 의 계산에는 환자의 현재 체온으로 교정된 값을 사 용한다. 저 제온 시 에는 이 산화탄소가 혈장에 더 잘 녹기 때 문 에 pH-stat 방 식 을 사용하면 환자는 상대 적 으로 과탄산혈증과 산혈증 상태 가 된다. 반면에 a-stat 방식 에 서 는 PaC02와 pHa

미 치 는 영향에 대 해 서 여 러 연구가 있는데 정상상태 에 서 는 에

는 370C 에 서 측정 하고 각각 40 mmHg 와 7.4로 유지하는데 ，

너 지 소모의 60%가 중추신 경 계 의 기 능적 인 활동에 쓰이 며 ( 이

이 의 계산에는 환자의 현재 제옹으로 교정 된 값을 사용하지 않

것은 뇌파로 반영 되 어 나타난다. ) ， 40%가 세포의 일 제 성 을 유

는다. 이 방법 이 세포내 pH를 전 기 화학적 중성 ( 체 온에 민감

지 하는 기 초대사에 쓰인다. Barbiturate는 기 초대사에 거 의 영

함) 에 보다 더 가깝게 유지 할 수 있는 것으로 믿 어 지 고 있으며 ，

향을 미 치 지 않으면서 기 능성 대사를 강력하게 억 제 시 킨다. 뇌

따라서 단백 질 의 전하상태 ， 구조， 기 능을 보존시 킬 수 있다고

기 질의 공급이 위 험 할 정 도로 감소될 경우 저 체온이 좀더 뇌 보

한다.

호작용이 큰 것으로 보이는 이 유가 여 기 에 있 는 것으로 생 각된

실 험 동물과 사람에 게 서 저 체온 동안 a-stat 방식을 사용하면

다. 동물실 험 에 서 체옹을 점 진적 으로 감소시 키 면 뇌산소소모

동맥 혈압이 감소하여도 뇌 혈류는 변하지 않으며 뇌 혈 류 자동

가 감소함에 따라 이 차적 으로 뇌 혈류가 감소한다. 저 체온 심 폐

조절기능이 보존되 어 있음을 나타낸다. 그러나 pH-stat 방식을

우회술을 시 행하면 뇌 혈류는 시 간이 경과함에 따 라 감소하지

사용하면 혈압이 점 진적 으로 감소함에 따라 뇌 혈류가 비 례하

만 뇌산소소모는 일 정 하게 유지 된다. 이 경우 뇌 산소소모와 뇌

여 감소한다. 저 체옹에서 심 폐우회술을 시 행 하면서 a-stat 방식

혈류의 관계가 선형 적 이 아닌 것으로 보아 다른 요소가 관련되

으로 환지를 관리 하면 뇌 관류압과는 상관없이 뇌 혈류가 유지

어 있을 것으로 보인다. N20-02로 마취한 쥐를 사용하여 행한

되 지 만， 뇌 산소소모와 뇌 혈류는 비 례 관계 를 유지한다. 반면에

실 험 에 서 뇌 대 사와 뇌 산소소모는 비 례 적 으로 감소하였지 만，

pH-stat 방식으로 환자를 관리 하면 뇌관류압에 따라 뇌 혈류가

320C와 270C 사이 에 서 는 개 체 간 차이 가 상당히 심하였다. 개

변화하면서 ， 혈류대사 상관관계가 유지 되 지 않았다. pH-stat

와 원숭이 에 서 280C 로 48시 간 동안 저 체온을 유지 하면 뇌관류

방식 에 서 발생할 수 있는 비 생 리 적 인 과탄산혈증이 이 러 한 현

의 양상이 완전히 국소적으로 특이 한 것을 관찰할 수 있는데 ，

상의 이유일 것으로 추측된다. 과탄산혈증에 서 는 뇌 저항의 중

완전히 관류가 되 지 않는 부위 바로 옆에 관류가 잘 되는 부위

요한 부분을 이루는 혈관이 확장되 며 뇌 혈류가 증가하고， 저 혈

가 존재하는 양상을 볼 수 있었다. 이 러한 특이한 뇌혈류 분포

압에서 뇌 혈 관을 확장시 킬 수 있는 능력 이 감소되 어 자동조절

형 태는 뇌 대 사상태와 관련이 없었는데 ， 이는 저 체 온에 의한 뇌

범 위 가 좁아진다. 이 러한 사실로 미루어 보아， 저 체옹에서 의

보호가 주로 흥분성 신경 전달물질의 전환(turnover) 이 활발한

산- 염 기 조절방법 에 따라 기 존의 뇌 혈관 긴장도가 변화하며 이

부위와 연관이 있다는 사실과 일 치 하는 결과이 다.

것 이 뇌혈류반응에 결 정 적 인 영 향을 미 치는 것으로 이 해할 수 있다

2} 뇌 멸 류의 자동조절 Halothane 으로 마취한 쥐를 사용한 실험 에서는 저 체 온(30. S 0C)

4} 이 산화탄소 반 응 도

동안 뇌혈류의 자동조절기능이 유지 되 었다. 토끼와 사람에게

PaC02의 변화에 대한 뇌 혈관의 반응성 이 보존되 어 있느냐에

1 72

.

PART I

역사와 기본원리

따라 pH-stat과 a-stat 방식 의 산」 염 기조절에서 뇌 혈류에 차이

1 ) 흡입 마취 제

가 난다. 이 산화탄소 반응도는 기 본 뇌 혈류에 따라 차이 가 나

Halothane ， isoflurane ， sevoflurane ， desflurane 같은 흡입 마

므로， 저 제온에 의 해 뇌 혈류가 저 하되 어 있는 경 우에는 이 산화

취 제는 용량에 비 례 해서 뇌 대 사를 감소시 키 며 직 접 적 인 뇌 혈

탄소 반응도가 감소될 것 이 라고 가정할 수 있다. 쥐 에 서 저 제

관확장을 유발한다. 결과적으로 뇌 혈 량과 두개 내 압이 상승하

옹(22 0C)을 유발시 키 면 PaC02 35-60 mmHg 사이 에 서 정상제

는데 ， 이 러 한 효과는 N20를 같이 사용하는 경우 극대화된다.

온 때 와 같은 정도의 이 산화탄소 반응도를 관찰할 수 있다. 그

다른 흡입마취제와는 달리 N20는 뇌 대 사를 촉진시 키는 것으

러 나 PaC02 30 mmHg 이 하에 서 는 뇌 혈류가 훨씬 더 많이 감

로 보이 며 이 에 의해 뇌 혈류와 두개 내 압이 증가하는 것으로 생

소 한 다 . 토 끼 에 서 심 폐 우 회 술을 시 행 하면 서 서 로 다른

각된다.

PaC02 (20 ， 40， 60 mmHg ， 체옹교정 하였음) 에 서 뇌 혈류를 측 정 하여 보면， 저 체온에 의 해 뇌 혈류는 감소하였지 만 이 산화탄

(1 ) Halothane， Isoflurane

소 반응도는 변하지 않음을 관찰할 수 있다. 위 와 같은 현상은，

Halothane과 isoflurane 은 뇌 혈관 저 항을 감소시 키 고 뇌 혈류

저 체온에 의 해 뇌 혈관이 이산화탄소에 반응하는 민감도가 증

를 증가시 킨다 뇌 혈 류는 뇌 대사가 촉진되 어 증가하는 것 이 아

가하거 나， 체온교정 된 PaC02 증가에 비 해서 뇌 척수액 의 호흡

니 라 직 접 적 으로 뇌 혈관이 확장되 어 증가히는 것 이 다. 고양이

성 산증이 더 증가한다(즉， 뇌 척수액 이 계산된 것보다 더 산성

에서 N20를 사용하여 마취하고 isoflurane을 점 차적 으로 증가

을 띄 게 된다)는 것을 시 사한다. 저 체온 심 폐우회술을 시 행하

시 키 면(0. 5-1 . 5 MAC) 뇌산소소모는 용량에 비 례 하여 감소하

는 환자에게 서 도 a-stat 방식 에 의 해 서 산- 염 기 조절을 하면 이

지 만 피 질 에 대한 뇌 혈류는 변하지 않는다 반면에 barbiturate 로 마취한 토끼 에 서 는 isoflurane 과 halothane 이 뇌 혈류를 증

산화탄소 반응도가 유지 된다.

가시 킨다. 이 러 한 결과로 보아 isoflurane 과 halothane 이 뇌 혈

마취제 및 마취보조제가 뇌혈류， 노|대 사 및 두개내압에 미치는 영향

관에 미 치는 영 향은 이 러한 약제를 투여하기 전 의 뇌 대 사상태 와 관련이 있음을 보여주고 있다 국소뇌 혈류에 대 한 연구결과가 서 로 상이 하게 나타나는 것 은， 각각의 연구에 사용된 뇌혈류 측정 방법 이 공간적 인 해상도

뇌 신경 마취 에 서는 최 변 ， 진통， 낮은 중추교감신경 긴장도를

변에서 서 로 차이 가 나기 때문일 것으로도 생 각된다. Xenon-

달성하면서도 뇌 대 사와 뇌 혈류의 상관관계를 유지해 주어야

133을 사용하여 피 질 로 가는 뇌 혈류를 측정 해 보면 halothane

한다. 마취제와 마약성 진통제는 뇌 혈류， 뇌산소소모， 두개내

을 사용할 경 우 증가하지만， isoflurane 을 사용할 경 우에는 뇌

압에 대 해 서 상당한 영향을 미칠 수 있다 현재 뇌 신 경 마취 에

혈관 저 항이 감소하여도 뇌 혈류가 변하지 않았다. 이 러 한 사실

사용하고 있는 마취제 및 마취보조제는 장점과 단점을 동시 에

은 halothane 과 isoflurane 이 각각 국소적으로 특이한 뇌 혈류

가지 고 있으므로， 이 에 대한 지 식 이 부족하면 뇌손상을 악화시

변회를 일으킨다는 것을 말해준다. 실제로 뇌 혈 류를 autoradi­

킬 수 있을 것 이 다. 따라서 뇌 신경 마취 에 서 는 각각의 마취 제 가

ography로 측정 해 보면 isoflurane과 halothane 사이 에 국소

뇌 혈류， 뇌 대 사， 두개내압에 미 치는 영향에 근거 하여 마취방법

뇌 혈류분포의 양상이 상당히 상이함을 관찰할 수 있다. 대 뇌

을 선택하여야 하며 ， 궁극적으로 각 개 인의 병 태생 리 에 따라

반구에 대 한 뇌 혈 류는 두 약제 간에 비 슷하 였 지 만 ， 신 피 질

마취를 적 정 화하여 야 한다.

(neocortex) 에 대 해 서 는 halothane 에서 피 질하부(Subcoltex)

Ha lothane I I soflurane

그림

8-12

•

Halothane I lsofl urane

쥐에서 halothaneOI나 isoflurane을 사용하였을 경우의 국소뇌혈류 분포

口 睡 血 텀 댐

1 85 1 55 1 35 1 20 60

Chapter 8

r、r、 Þ. A ^'、. ••• I

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그림 8-13 관계.

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그림

8-14

•

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뇌생리

•

1 73

#

.... 1.4% isoflurane 2.8% isoflurane

O

20

40

60

80

뇌관류압(mmHg)

1 MAC과 2 MAC isoflurane 마취에서의 뇌 혈류자동조절

뇌포도당대사(μmol/100 g/min)

상이한 isoflurane 마취에서 뇌혈류와 뇌포도당소모 사이의

에서 isoflurane 의 이 산화탄소 반응도가 halothane 보다 높았 다. 개 에 서 도 1 MAC과 2 MAC에 서 저 탄산혈증에 대 한 뇌 혈관 수축반응이 isoflurane 에 서 강했다 그러나 마취제 의 농도가 2 MAC 이 상이 되 면 기 존의 뇌 혈 관확장에 의 해 서 과탄산혈증에

에 대 해 서 는 isoflurane 에 서 뇌 혈류가 높았다( 그림 8-12).

대 한 이 산화탄소 반응도가 감소하거 나 소 실 될 수 있 다 .

Isoflurane을 점 차 고농도로 투여하면， 뇌파가 등전위를 나

Isoflurane을 사용하여 세 시 간 마취하여 보면 시 간이 경 과함

타낼 때 까지 뇌 대 사 가 점 점 감소한다. 뇌 대 사의 감소는

에 따라 정상 탄산상태 에 서 의 뇌 혈류가 감소하며 ， 이 산화탄소

halothane 보다는 isoflurane 에 서 더 큰 것으로 보인다. 뇌파가

반응도도 감소한다.

등전위 로 되 면 isoflurane 농도를 더 증가시 켜도 더 이상의 뇌

뇌 혈류 자동조절은 흡입마취 제 의 농도에 의 해 변한다. 고양

대사 감소는 발생하지 않는다. Isoflurane을 4 MAC으로 사용

이 와 개 에 서 1 MAC 의 isoflurane 을 사용하면 85-1 20 mmHg

하고 뇌 생 검 을 해보면 ATP 와 phosphocreatinine 농도가 정 상

의 평 균 동맥 압 범 위 에 서 뇌 혈류 자동조절이 유지 되 었지 만，

이 며 에 너 지 상태도 정상임을 관찰할 수 있다. 이 사실로 보아

halothane 1 MAC 에 서 는 유지 되 지 않았다. 그 러 나 2 MAC 의

isoflurane 이 뇌대사에 대 해 서 독성효과를 미 치 지 않으면서 뇌

isoflurane 을 사용하면 뇌관류압이 증가함에 따라 뇌 혈류가 증

피 질 의 활동을 정 지 시 키는 것을 알 수 있다.

가하는 것을 관찰할 수 있었는데 ， 이 는 고농도의 isoflurane을

흡입마취제는 용량에 비 례하여 뇌 대 사를 억 제 시 키 지만， 직

사용하면 뇌 혈류 지동조절이 억 제 되는 것을 시 사한다( 그림 8-

접 적 으로 뇌혈관을 확장시 켜 뇌 혈류를 증가시 킨다. 따라서 흡

14) . 이 는 흡 입 마취 제 의 농도가 증가하면서 기 초 뇌 혈관 긴장

입 마취 제 를 사용하면 뇌 혈류와 뇌 대 사의 상관관계가 없 어 지

도가 감소하여 생 기 는 현상으로 생 각된다.

는 것으로 결론지을 수 있을 것 이 다 그 러 나 autoradiography

동물실 험 에 서 isoflurane 을 사용하면 halothane 에 비 해

로 뇌 혈류와 뇌 포도당소모를 측정 하여 보면 국소적으로 혈류

0. 5 ， 1 . 0 ， 2. 0 뼈C에 서 뇌 의 표면돌출이 나 두개 내 압 증가가

대사 상관관계가 잘 유지 되 고 있는 것을 관찰할 수 있다(그림

덜하였다. 이 러 한 영향은 isoflurane 과는 달리 halothane 을 사

8-13). 흡입 마취 제 의 농도를 변화시 켜 도 대사율이 높은 지 역

용할 경 우 뇌 피 질로 가는 뇌 혈류가 상당히 증가하는 사실과 일

에 서 는 혈류가 높았으며 대사율이 낮은 지 역 에 서 는 혈류도 낮

치 하는 결과이 다. 원숭이를 fentanyl-droperidol 로 마취하고

았다

저 탄산혈증을 유도한 상태 에 서 isoflurane을 투여하여도 뇌 혈

일반적으로 halothane 과 isoflurane을 사용하여도 뇌 혈관

류 나 뇌 혈 량은 증가하지 않았다. 이 러한 사실은 isoflurane을

의 이산화탄소 반응도는 유지 되 는 것으로 생 각되 지 만， 두 약제

투 여 하 였을 때 두 개 내 압이 증가하려 면 정 상 탄산혈증이 나

사이 에 양적 인 차이 가 있을 수도 있다. 고양이 에 서 는 1 MAC

N20 등에 의 해 기 존의 뇌 혈관 긴장도가 변화되 어 있 어 야 함을

1 74

•

PART I

역사와 기본원리

보여준다고 할 수 있다. 토끼 에 게 냉동뇌손상을 가하면 뇌손상

가 됨을 보여준다.

과 두개내 압의 증가의 정도는 다양하지 만， halothane 을 사용

Desflurane은 고양이 에 서 용량에 비 례하여 (0. 5-2. 0 MAC)

할 경우 isoflurane 에 비 해 손상된 부위 주위에 서 뇌부종 형 성

뇌산소소모를 감소시 킨다. 이 러한 뇌 산소소모의 감소는 뇌 피

이 덜 함을 관찰할 수 있 었다

질의 전기 적 인 활성도의 감소와 연관이 있다. Desflurane 이

사람에 게 서 의 연구결과도 동물실험 과 유사한 것으로 나타

뇌 혈관에 미 치 는 영향은 뇌관류압의 상태와 연관이 되 어 있다.

난다 신 경 외 과 수술 환자에 게 isoflurane을 사용하면(0 . 65-1 . 5

Desflurane 의 용량을 점 차 증가시 킬 경우， 뇌관류압이 감소되

MAC) ， 뇌 피 질로 가는 혈류가 조금밖에 변하지 않았지 만，

어 있는 상태 에 서 는 뇌 혈류가 증가하지 않았지만， phenyle­

halothane을 사용하면 (0. 65-1 . 5 MAC) ， 뇌 피 질로 가는 혈류가

phrine 을 사용하여 뇌관류압을 유지 시 킨 상태에서는 뇌혈류

상당히 많이 증가하였다. 반면에 똑같은 MAC 에 서 뇌 대사를

가 증가하였다. 이 러한 사실은 desflurane 을 1 MAC 이상의 농

감소시 키는 정 도는 isoflurane 이 halothane 보다 많았다.

도로 사용하면 뇌 혈류 자동조절기능이 장애를 받는다는 것을

쥐 에 서 1 MAC으로 isoflurane 또는 halothane을 시용하면

의 미 한다. 이와 같은 사실을 확인시 켜주는 실 험 이 있는데 ， 개

서 국소뇌 혈 류를 autαadiography 로 측정하여 보면 피 질하

에서 desflurane을 사용하여 평 균 동맥압이 40 mmHg 로 감소

뇌 혈류는 isoflurane을 사용할 경우 더 높았으며 피 질 뇌 혈류

하면， 뇌 혈류가 60% 감소하였고， 뇌산소소모가 21% 감소하였

는 halothane 의 경 우에 서 더 높았다. Isoflurane 과 halothane

다. 그러나 위 연구에서 마지 막에 고에 너 지 phosphate 의 정상

은 보통 임상적으로 사용하는 농도에서 는 뇌혈관의 이 산화탄

대사산물의 농도를 측정 하여 보면， 뇌 혈류가 뇌대사요구량을

소 반응도에 영향을 주지 않았다

감당할 수 있을 정 도로 유지 되 었음을 알 수 있었다. 개 에 서

신 경 외 과 수술 환자에 게 서 정 상 탄산혈증을 유지 하면 서

desflurane을 0. 5-1. 0 MAC 사용하면서 정상 혈압을 유지하면

isoflurane을 사용하면 두개 내 압이 증가하지만， 이 것은 과환기

저 탄산혈증(20 mmHg) 에 대한 뇌혈관의 이 산화탄소 반응도는

를 시 행하거 나 barbiturates를 사용하면 막을 수 있다. 저 탄산

잘 유지되 었지만， desflurane 농도를 높이 면 반응도가 둔화되

혈증을 유지 하면서 isoflu띠ne 을 1 MAC 이 하로 사용하면 임

는 양상을 보여주었다. 개 에 서 desflurane을 사용하면， 뇌 혈관

상적으로 의 미 있는 두개 내 압 증가를 피할 수 있을 것으로 생

이 전 체 적 으로 확장되 어 두 개 내 압이 상승하지 만， 이 현상이 용

각된다.

량에 비 례 하는 것으로는 보 이 지 않았다. 신경 외과 수술 환자에게 과환기를 시 키 면 1 MAC 의 desflu­

(2) Sevoflurane， Desflurane

rane 과 isoflurane은 뇌 혈류가 비슷하였다 또한 desflurane 과

Sevoflu때le 과 desflurane은 halothane 이 나 isoflurane 에 비

isoflurane 을 1 . 5 MAC으로 증가시 켜 도 뇌 혈류가 증가하지 않

하여 혈 액/ 가스 분별계수가 낮은 마취제 이 다. 이 렇게 용해도

았다. 두 약제 에서 PaC02 25-35 mmHg 의 범 위 에 서 는 뇌 혈관

가 낮으면 약역학적 으로 신속한 반응을 가지 게 되 어 마취유도

의 이산화탄소 반응도가 유지 되 었다. 허 혈 성 뇌 혈관질환이 있

와 마취로부터 의 회복이 빠르게 된다.

는 환자에 게 0. 88 MAC 의 sevoflu때e 으로 마취를 히는 경우

Sevoflurane은 뇌 혈류， 뇌 대사， 두 개 내 압에 대 해 서 isoflu­

뇌혈관의 이산화탄소 반응도는 PaC02 35-45 mmHg 범 위 에 서

rane 과 유사한 영 호t을 보인다. 쥐를 1 MAC 의 sevoflurane 을

일 정 하게 유지 되 었다. 또한 이 환자들에서 는 평균 동맥 압 89

사용하면서 자발호흡 상태 에 서 유지하면， 각성상태 에 비 해 뇌

1 13 mmHg 범 위 에 서 뇌 혈류가 일 정 하게 유지 되 었는데 ， 이 는

혈류가 35% 증가하였다. 그 러 나 이 러한 뇌 혈 류 증가의 어 느

뇌 혈 류 자동조절 기 능 이 정 상적 임 을 나타낸다. 천막위종괴

정 도는 마취 에 의 한 과탄산혈증에 기 인되 었을 것으로 생 각된

(su pratentoI때 mass) 가 있는 환자에 게 서 desflurane 을 1

다. Sevoflurane 은 뇌 대 사를 감소시 킨다. 토끼 에 서 mor

MAC 사용하면 isoflurane 1 MAC과는 달리 요추부위 의 지 주

phine-N20로 마취 하면서 sevoflurane 이 나 isoflurane 을 1

막하강에서 측정한 뇌 척 수액 압이 증가되는 것 을 관찰할 수 있

MAC 사용하면 뇌 파 상의 돌발파억 제 (burst suppression) 와

다. 개 에 서 의 연구결과 위 와 같이 뇌 척 수액 압이 증가하는 것은

동반하여 뇌산소소모가 50% 감소하였지 만， 뇌파 상에서 극파

desflurane이 뇌 척수액 의 생 성 과 재흡수에 영향을 미 치 기 때

(spike) 나 간질현상의 증거는 볼 수 없었으며 ， 전뇌 혈류나 뇌

문일 것으로 추정된다.

피 질로 가는 뇌 혈류도 변화하지 않았다. 뇌 혈류가 변화하지 않았지 만 두개 내 압은 증가하였다. 이 것은 sevoflurane 과

(3) 아산확칠소

isoflurane 을 사용하면 뇌용적 혈관(capacitance vessel) 이 확

아산화질소(nitrous oxide ， N20)를 투여하면 뇌 혈류와 뇌 대 사

장하게 되 어 뇌 혈 류와 뇌 혈량이 비 직 선적 (nonlinear) 인 관계

가 상당히 영향을 받는다. N20는 뇌 혈류， 뇌 혈량， 두개 내 압을

Chapter 8

뇌생리

•

1 75

증가시 키 지 만， 신 경 외 과 수술 환자에 게서 다른 주마취 제 에 대

않을 때 와 비 교하여 시 상(thalamus) 및 바닥핵과 마찬가지로

한 보조제로서 N20를 시용하는 문제 에 대 해 서 는 논란이 많은

전두부， 두정부， 측두부 쪽으로의 뇌 혈류가 증가한다. 몇 개

상황이 다.

의 임 상연구를 보면 N20가 두개 내 압을 상승시 킨다. 저 탄산혈

실험동물에서 마취를 하지 않고 N20를 70% 농도로 흡입 시

증을 유발시 키 거 나 혈관수축제를 투여하면 N 20에 의 한 두개

키 면 뇌혈류와 뇌산소소모가 국소특이 적 으로 증가한다. 그러

내 압상승이 억 제 된다. 이 러한 사실은 두개 내 압의 상승이 뇌

나 마취가 되어 있는 상태 에 서 는， N20에 대한 대사반응이 다

혈류와 뇌 혈량의 증가와 연관이 있으리 라는 것을 시 사하는데 ，

르게 나타난다. 토끼 에 서 halothane ， isoflurane 또는 fen­

이 는 동물실 험 에 서 증명 되 었다. 그 러 나 신 경 외 과 수술 환자

tanyl-pentobarbital 로 마취하면서 N20를 70% 농도로 사용하

에 대 한 임상연구에서 는 N20를 흡입 시 켜 도 경 막의 봉합 후에

면 정상 탄산혈증이 나 저 탄산혈증에서 뇌 혈류가 증가하였지 만

두개 내 압이 증가하지 않았다. 이 사실은 두개 내 공기 의 팽 창

뇌 대 사는 영향을 받지 않았다.

을 피 하기 위 해 N20흡입을 중단시 킬 펼요가 없다는 것을 시

N20는 뇌 피 질의 기 능활성도를 자극시 키 는 것으로 보인다.

사한다.

개 에 서 isoflurane 을 시용하여 뇌파등전위상태를 유도한 후 N20를 사용하면 뇌파활동을 다시 관찰할 수 있었지 만， 이 때

2 ) 정 맥 마취 제

뇌 대 사는 변화하지 않았다. 사람에 게 서 propofol 을 뇌파등전

정 맥 마취제는 뇌혈관수축제로 인 식 되 고 있는데 ， 이 효과는 뇌

위를 일으킬 정 도로 사용하고 N20를 사용하면 EEG 활성도가

대 사의 억 제 에 따른 2차적 인 효과일 것으로 생 각된다 정 맥 마

재 개 되 면서 뇌 산소추출률이 증가하는 것으로 보아， N20가 신

취 제 를 투여하여 뇌 혈관수축이 일 어 날 경 우， 과탄산혈증을 유

경 세포의 활성도와 뇌 대 사를 지극하는 것을 알 수 있다 이 러

발하지 않을 정 도로만 호흡을 유지 하면， 뇌 혈량과 두개 내 압이

한 사실들로 보아 N20는 뇌 대 사를 증가시 키는 기 전과는 다른

감소한다. 뇌 허 혈을 유발하기 전에 정 맥 마취제를 투여하면， 뇌

기 전으로 뇌혈관확장을 강력 하게 유발시 킨다는 것을 알 수 있

허 혈 에 의한 뇌 경 색 크기 가 감소한다는 것 이 실 험 적 으로 밝혀

다 그러나 N20에 의한 혈관확장은 마취제에 의한 혈관 긴장

져 있다. 정 맥마취제 가 뇌 보호 효과를 가지 고 있을 가능성은

도의 기 초상태와 갚 게 연관되 어 있다. N20는 뇌 혈 량을 증가시

있지만 전적으로 정 맥 마취 제 만을 사용하여 마취하면， 마쥐에

키 며 따라서 두개 내 압을 증가시 커 는데 ， 이 러한 영향은 뇌 혈관

서의 회복이 지 연될 수 있으며 ， 뇌관류압을 심하게 감소시 킬

긴 장 도 의 기 초상태 와는 무관하다. 토끼 에 서 h a l othane ，

수 있다.

isoflurane 또는 fentanyl-pentobarbital 로 마취하면서 N20를

(l ) barbiturates

70% 농도로 시용하면 정상 탄산혈증에서 는 물론이 고 저 탄산 혈증에 서 도 두개 내 압이 증가하는 것을 볼 수 있다. 이 러 한 결

실 험 동물에 thiopental을 투여하면 용량에 비 례 하여 뇌 산소소

과는 개 에 서 fentanyl 을 투여하면서 N20를 50% 농도로 투여

모가 감소하고， 돌발파억 제 가 일 어 날 때 까지 뇌파가 억 제된다

사람에 게 서 N20가 뇌 혈관에 미 치 는 영향은 실 험 통물에서

Phenobarbital 과 pentobarbital 을 시용할 경 우에 도 유사하게

와 유사하다. 각성상태 의 사람에 게 서 N20를 30 ， 50 ， 60% 농

감소는 뇌 혈관 저 항의 증가와 뇌 혈류의 감소를 동반하였다. 뇌

도로 흡입 시 키 면， 정상 탄산혈증과 저 탄산혈증 상태 모두에

피 질 이 최 대한도로 억 제 되 면(뇌파의 등전위상태) ， barbiturate

서 ， 국소 및 전체 뇌 혈류가 증가하였다 반면에 isoflurane 으

의 혈장농도를 더 이상 증가시 켜도， 뇌산소소모나 뇌 혈류는 일

로 마취한 환자에게 서 는 정 상 탄산혈증 상태 에 서 는 뇌 혈류가

정 하게 유지 된다. 이 것은 barbiturate를 투여하는 동안에도 뇌

43% 증가하였지 만 저 탄산혈증 상태 에 서 는 증가하지 않았다.

기 능， 뇌산소소모， 뇌 혈 량은 서 로 연관관계를 유지 하고 있다는

이 연구에서 N20를 투여하면 뇌파의 전 기 적 활성도가 증가하

것을 말해 준다. 이산화탄소에 대 한 뇌 혈관의 반응도는 질 적 으

였 지 만 뇌산소소모는 변화하지 않았다 이 결과는 N20에 대

로는 유지 되 지 만， 양적으로는 barbiturate 에 의 한 뇌 혈 관 저 항

한 뇌 혈관 반응이 마취제 사용에 의한 뇌혈관 긴장도의 기 초

의 증가에 비 례하여 감소한다 Isoflurane 으로 마취를 하는 경

상태와 연관이 있다는 것 을 보여준 동물실험 과 일 치 하는 것으

우에는 이산화탄소 반응도가 시 간의 경 과에 따라 변하지 만，

로 보인다.

barbiturate 를 사용할 경 우에는 시 간이 경 과하여도 이 산화탄

하면 뇌 혈량이 증가하는 것과 같은 맥 락이 다.

N20를 흡 입 하면 뇌 혈관의 이 산화탄소 반응도는 감소할 수

뇌 혈류와 뇌산소소모가 감소하였다. 이 러한 뇌 대 사와 기 능의

소 반응도가 변화하지 않는다.

있 지 만， 뇌 혈류의 국소적 인 분포는 PaC02 에 의 해 영 향을 받

정상 성 인에 게 thiopental 을 투여 ( 총량이 10-55 mg/kg) 하

는다. 저 탄산혈증에서 50% N20를 흡 입 하면 N20를 흡 입 하지

면 ， 뇌 산소소모와 뇌 혈 류가 50-55% 감소하였다(그림 8-1 5) .

1 76

‘~‘E。) -.JE

•

PART I

‘-rE。) -.J 트

3.0

( 드

“←‘ “~

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2.0

역사와 기본원리

50 40 -

。 30 。

%그UI1m:t

ZJ 뇌

-/‘‘ ‘‘、 、、 、、 、

뇌산소소모

20 -

‘~‘oE。) “‘~-.JE 드

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마;roID 파

10

0

0.0

•

대조군

→그- 0 . 5 mg/kg/min propofol

70

thiopental

「걷r-

--

60

D---ι'"O"'" � 口 /

50

thiopental + 과환기

그림 8-15 Thiopental과 과환기가 뇌혈류와 뇌산소소모에 미치는 영항

2.0 mg/kg/min propofol

40 50 - 80

이 경우 이산화탄소에 대 한 반응도는 유지 되 었다. 두개 내 압이 증가되 어 있는 환자는 barbiturate 를 기본적 인 마취제로 사용

•

80 - 110

110 - 140

평균동맥압(mmHg)

그림 8-16 서로 다른 propofol 농도에서의 뇌혈류지동조절.

하면서 barbiturate 를 대 량투여하거 나 일 시 적 으로 과호흡을 시 키 면 도움을 받을 수 있는데 ， 이는 뇌혈량이 감소하여 두개 내 압이 감소할 수 있기 때문이다. 그러나 두개 내 압이 증가된

만， 평균 동맥압이 나 뇌관류압에 대 한 영향은 비 교적 적 었다.

환자에게 barbiturate 를 투여하면 평 균 동맥압이 감소하면서

이 런 변에서는 etomidate 가 barbiturates 나 propofol 보다 우

뇌관류압이 떨 어 져 언제 라도 뇌 허 혈 이 발생할 수 있다는 사실

수하다고 할 수 있다.

에 주의해야 한다.

(3) propofol (2) efomidafe

Propofol 이 뇌 혈관에 미 치 는 영향은 barbiturates 나 etomi­

동물실 험 에 의하면 etomidate 는 용량에 비 례하여 뇌 산소소모

date 와 비슷하다. Propofol 은 용량에 비 례하여 뇌산소소모와

와 뇌 혈류를 감소시 킨 다( 최 대 감소는 뇌파상의 돌발파억 제로

뇌 혈류를 감소시 킨다. 뇌파가 돌발파억 제 에 도달하면 propo­

알 수 있다. ) . Barbiturates 와는 달리 뇌혈류와 뇌산소소모의

fol을 증량하여도 더 이 상의 뇌산소소모와 뇌 혈류의 감소는 일

감소는 완전히 비 례 적 이 지는 않다. 뇌 혈 류와 뇌 산소소모는 etomidate 0 . 2 mg/kg 의 용량에서 거의 최 대 의 감소를 보였으

어 나지 않는다. 실 험 실 내 에 서 propofol은 전압-의존성 (volt­ age-dependent Ca2+ channel) 에 대 해 영향을 미 쳐 서 Ca2+ 유

며 ， etomidate를 0. 3 mg/kg까지 점 차 증량시 키 면 뇌산소소모

입 을 감소시 키는 기 전에 의 해 뇌혈관확장제로 작용한다. 동물

는 뇌파의 burst-suppression 까지 점 점 감소하지 만， 뇌 혈류는

실 험 에 서 propofol 이 뇌혈류를 감소시 키는 것은 생 체 내 에 서

더 이상의 감소하지 않는다. 고양이 에서 etomidate는 ( 1 ) 직 접

뇌 대사가 억 제 되 어 2 차적 으로 뇌혈관이 수축하는 것으로 생 각

적 인 뇌 혈관 수축， (2) 기 능성 뇌 대사의 감소에 의 해 뇌 혈류를

된 다 . 동 물 실 험 에 서 는 propof이 을 상 당 히 고 용 량 ( 4 8

감소시 킨다. Barbiturates외는 달리 etomidate 는 국소특이 적

mg/kg/h)으로 투여하여도 뇌 혈관의 이산화탄소 반응도는 유

으로 뇌 대사를 변화시 킨다. Etomidate는 주로 전두부와 두정

지 되 었다. Propofol 이 뇌혈류 자동조절기능에 미 치는 영향에

부 부위 에 서 뇌 포도당소모를 감소시 키 며 ， 후두(occipital) 부 부

대 해 서 는 논란이 많다. 개 에 서 propofol 을 48 mg/kg/h 의 용

위 에 서 는 뇌 대사억 제 가 뚜렷하지 않다.

량으로 투 여 하여 뇌 관류압이 76 :t 1 4 mmHg 에 서 42 :t 1 1

사람에 게 서 etomidate는 임 상용량(0. 2-0. 6 mg/kg) 에 서 뇌

mmHg 로 감소하면 뇌혈류 자동조절기능에 장애를 받았다. 반

산소소모와 뇌 혈류를 감소시 킨다. 이산화탄소에 대 한 뇌 혈관

면에 쥐 에 서 propofol을 1 20 mg/kg/h 정도의 고용량으로 사

의 반응도는 유지 되 었다. Barbiturates 보다 etomidate는 투여

용하여 도 뇌 혈 류 의 자동조절 기 능 이 평 균 동 맥 압 50- 1 40

시 전신적 인 혈 역 학 변화가 덜 심 하다. 뇌손상 환자에서 의 연

mmHg 범 위 에 서 유지 되 었다( 그림 8-16) .

구에 의하면 ， etomidate를 주입할 경우 두개내 압이 감소하지

심장수술 환자에 게 propofol 을 1 2 mg/kg/h로 투여하면 뇌

Chapter 8

산소소모와 뇌 혈류가 감소한다. 그 러 나 뇌대사 감소는 뇌 피 질 보다는 피 질하조직 에 서 더 두드러 졌다. Propofol 을 투여(3- 1 2

뇌생리

•

1 77

tanil ， sufentanil 은 용량에 비 례하여 연막소동맥을 수축시 켰

다. 실 험 동물이나 사람에서 N20로 마취하면서 fentany1 (6-400

mg/kg/h) 하여도 뇌 혈관의 이산화탄소에 대한 반응도는 유지

μg/kg) 이 나 sufentanil(20 μg/kg 이 하)을 투여하면 뇌 대 사가

되 었다. Propofol은 barbiturates 나 etomidate 와 유사하게 두

억 제 되 면서 2 차적 으로 뇌 혈류가 감소하였다. 위 연구들 에 서

개 내 압을 감소시 킨다. 그 러 나 propofol은 뇌관류압을 심 각하

뇌 혈 류 지동조절과 뇌혈관 이 산화탄소 반응도는 잘 유지 되 었

게 감소시 킬 수 있으며 그 감소 정도는 propofol 의 용량， 주입

다. 반면에 ， 개 에 서 마취를 하지 않고 근육이완을 시 킨 후 조절

속도， 환자의 심 혈관계 상태 등과 연관이 있다. 최 근의 연구에

호흡을 실 시 하면서 sufentanilO O-200 μg/kg) 을 투여하면 뇌

의하면 propofol 이 간질이 나 뇌파이 상과 연관이 있을 수 있다

혈류가 증가하였고， N 20를 사용하면 이 러 한 반응이 완전히 소

고 한다. Propofol 이 대발작과 연관이 있고 대 뇌 피 질의 간질부

실 되 었다. 이 러 한 결과는， 마약성 진통제의 뇌 혈류에 대 한 효

위 지도 작성 에 쓰이 기 는 하지 만 propofol 자체의 간질유발성

과는 N20에 의 한 기 존의 뇌혈관 긴장도와 연관이 있을 것 이 라

에 대 해 서 는 증명 되 지 않았다.

는 관점 과 일 치 한다. 여 러 실험 에 의하면 마약성 진통제가 두 개 내 압에 미 치는 영

(4) 벤조디아제 핀

향은 뇌관류압의 변화와 연관이 있다는 것을 짐 작하게 한다.

벤조디 아제핀 (benzodiazepine )은 최 면， 진정 ， 항불안， 기 억상

뇌손상 환자에 게 서 두개 내 압이 정상이 거 나 증가해 있는 경 우

실 ， 항간질 효과를 가지 고 있다. 임 상적 인 효과와 부작용은 특

fentanyl(3 . 0 μg/kg)을 투여하면 두개 내 압이 증가하였다. 이

수한 길항제 로 역 전될 수 있으며 ， benzodiazepine 주입 후 진

환자들에 게 마약성 진통제를 투여하면 항상 평 균 동맥 압이 감

정 및 마취로부터 의 회복이 지 연될 수 있다

소하였고 이 에 따른 뇌혈관 자동조절기능에 의해 뇌 혈관이 확

聽 빼 +

벤조디 아제 핀은 실 험 동물에서 용량에 비 례 하여 뇌 혈류를

장하여 두개 내 압이 증가히는 것으로 보인다 이 러 한 자동조절

감소시 킨다. 이 효과는 뇌 대사 억 제 에 따라 2차적으로 나타난 혈관수축작용이 있는 것으로 보인다. 개 에 서 midazolam을 0. 2 mg/kg 주 입 하면 뇌 산소소모의 변화 없이 뇌 혈 류가 감소

g roup 1 10 5

않았다. Midazolam을 더 높은 용량(2-10 mg/kg) 으로 투 여 하

O r。E。 E 5 1

�

Wass C T ， Lanier W L ， Hofer RE ， Scheithauer B W ， Andrews A G . Temperature changes of

degree Celcius alter functional neurologic

outcome and histopathology in a canine model of complete cerebral ischemia. Anesthesiology 1995; 83: 325-35

9

C h a pt e r

신장생 리

김시오

차 려| 01. 해부 및 생 리

1) 토리 2) 요세관 3) NaCl과 물의 재흡수의 조절기 전 02. 신장기능

스템 2) 혈관 확장과 염분 분비 를 촉진하는 시 스댐

05.

검사

1 ) 신장 청 소율(제 거 율) 2 ) 요세관기능 검사 3) 신기능의 실험적 검 사

λl

4) Nitriuretic perptides

03. 신기능의 신 경호르몬적 조절 1) 혈관 수축과 Na 저류를 조장하는 시

04. 약리학적 신장보호 1 ) Dopaminergic agonist 2 ) Prostaglandins 3) 칼숨통로 차단제

장은 대 략 200만 개 의 콩팔단위( nephron) 로 구성 되

e 어 있는데 각각의 콩팔단위는 토리 (glomerulus) 와 집

I삐

해부

수술중 허헐

및 신독성에 의한

손상

1 ) 마취 제 2 ) 양압환기 3) 유도저 혈압 4) 대통맥 차단법 5) 심 폐우회술 6) 신장 독성 물 질 7 ) 패혈중

및 생리

합세관(collecting tubule) 으로 구성 되 어 집 합관(collecting

1) 토리

duct)으로 이 어 진다. 이 런 기 능적 인 구성은 다양한 수액과 용

토리 (glomerulus ， renal corpuscle)는 여 과 장벽을 구성하는

질 (solute) 의 섭 취 에도 안정 적 인 신장의 내부 환경을 유지 하

모세혈관 내 피 세포， 콩팔단위 바닥막， 내장 상피 세 포들과 벽 측

게 한다. 이 러 한 구조들로 구성 된 신장은 우리 몸의 체 액 의

양， 삼투질 농도， 산 염 기 ， 전해질 균형 및 혈압을 조절하고 약

상피세 포(parietal epithelium ， Bowman' s capsule) 및 혈관

물과 대 사산물을 배출하며 포도당신합성을 한다. 소변은 이

세 혈관 다발은 무수히 꼬 여 져 있으며 구심 성 소동맥으로부터

러 한 토리 여과와 집 합세 관 재 흡수와 분비의 결과로 생 성 된

이 어 져 서 ， 원심 성 세동맥으로 빠져나간다(그림 9-2).

사이세 포(mesangium ， interstitial cell) 로 이루어 진다. 토리 모

다. 콩팔단위는 또한 제 액 의 항상성을 유지하게 하는 renlO ，

토 리 의 바닥막 꼭대 기 에 있는 모세혈관 내 피 세 포에는 70-

prostaglandin ， kinin 등 의 호르몬뿐만 아니 라， 뼈 의 대 사

100 nm 직 경 의 구멍 이 있는데 이 것 의 총 단면은 350 nm 정 도

( 1 ，25- dihydroxycholecalciferol) 와 조혈 기 능( 적 혈구 조 혈

이 다. 바닥막의 아래쪽에는 내 장 상피세 포가 있는데 수축성 의

인자， erythropoietin) 을 유 지 하는 호르몬도 만든다. 이 러

가는 근육잔섬유(actin filament) 를 함유하는 실모양의 가지 가

한 콩팔단위들의 기 능은 신장의 혈관 공급과 밀 접 히 연 계 되

있는 족세포로 구성 되 어 있다 이 여 과 틈새는 25-60 nm 의 틈

어 있다 (그 림 9-1 ) .

을 형 성하고 앓은 막에 의 해 연 결 되 며 이 것 의 크기와 투과도는 발돌기 (foor process)들의 수축에 의 해 변한다. 신장 요세관의 끝이 막힌 벽측 상피 세 포 낭(parietal epithe-

1 94

•

PART I

역사와 기본원리

OT

Cortex

PT

。uter medulla

TAL OMCO

Inner medulla OTL

•

그림 9-1 콩팔단위와 신장혈관 구조(renal vasculature)의 해부학적 관계 (1) interlobar artery， (1a) interlobar veins， (2) arcuate artery， (2a) arcuate veins， (3) interlobular arteries， (3a) interlobular veins， (4) stellate veins， (5) afferent arterioles， (6) efferent arterioles， (7) capillary tufts 01 the renal glomeruli， (7a) juxtamedullary zone， (8， 8a， 9) long loops 01 Henle ; ATL， ascending thin loop 01 Henle ; CCD， co대cal collecting duct ; DT， distal tubule ; DTL， descending thin loop 01 Henle ; G， glomerulus ; IMCD， inner medullary collecting duct ; OMCD， outer medullary collecting duct ; PT， proximal tubule ; TAL， thick ascending loop. (출처 Kriz W : A standard nomenclature lor structures 01 the kidney. Kidney Int 33 1-7， 1988.)

‘

lial sac)은 모세혈관 타래 (capillary tuft) 를 둘러싼다 이 주머

의 공간인 보우만씨 공간(Bowman’ s space) 은 토 리 의 소변극

니 는 토리의 혈관막대 (vascular pole) 에서 내 장상피 세포(vis

에서 근위 요세관의 내 강으로 이 어 진다 그 리 고 벽측 상피 세포

ceral epithelium) 와 연결된다 주머 니 의 내장층과 벽 측 사이

는 근위 요세관의 입 방세포로 이 어 진다. 중심세포나 간질세포는 구조를 지 지 하고， 간질 합성 ， 포식 Cphagocytosis) 기능 등 수많은 기 능을 가진 혈관주위 세포이 다. 이 세포들은 액 틴과 미 오신으로 이 루 어 진 근사Cmyofila ments) 와 유사한 섬 유로 유지 된다. Angiotensin II 와 같은 혈 관 작용물질에 대한 반응인 간질 수축은 모세 혈관 고 리 의 혈류 를 떨 어 뜨 린다. 그래서 혈관사이세포는 여 과를 위한 유효 토리 표면적을 조절하고 결과적으로 토리 투과도를 조절한다

( 1 ) 토리 미셰여과 영성 혈장과 요세관 체 액 사이 의 여과 장벽을 넘기 위해 분자는 반 드시 내 피 세 포 구멍 ， 토리 바닥막， 내 피 세포의 앓은 막을 통과 해야 한다. 모세혈관 내 피 세포는 세 포의 이 동을 제한하지만 바 닥막은 혈장 단백 질을 여 과시 킨다. 세 개 의 모든 층은 음전하 인 당단백 질을 가지고 있어 음전하인 단백 질 의 통괴를 지 연시

그림

9-2

•

킨다 그래서 여과 장벽은 크기와 전하에 따라 선택 적 으로 여 과가 이 루어 진다. 물， Na이 urea ， glucose ， inulin 등 1 . 8 nm

Bowman' s capsule이 없는 glomerulus의 형태‘

미 만의 유효 직 경 을 가진 분자는 자유롭게 여 과된 다 Hb ，

Chapter

albumin 등 3.6 nm보다 큰 분자는 여 과될 수 없다. 1 . 8 nm와

Afferent arteriole

9 신장생리

•

195

Efferent arteriole

3.6 nm사이 의 분자의 여 과는 전 기 적 전하에 따라 이루어 진다. 양이온은 여과되고， 음이온은 여 과되 지 않는다. 토리 신 염 에 서 음이온의 당단백 질은 파괴 되고， polyanionic 단백 질은 여과되

A

며 ， 단백뇨가 나타난다. 토리 미 세 여 과는 여 과 장벽을 넘 어 서 는 체 액 이동을 조절하 rate(GFR)는 보우만씨 공간으로 체 액 을 밀어 넣는 정수압과 혈장에 체 액을 유지 하는 삼투압 사이 의 총합의 차이와 여과 장

•

B

벽 의 투과도에 따라 달라진다.

GFR = Kuf[(Pgc-P마)-(pgc-Pbs)]

‘빨-

Afferent arteriole

는 Starling 의 힘 에 의 해 유지 된다. Glomerular filtration

그림

9-4

Efferent arteriole

A. 구심성 세동맥 조절 기전， B. 원심성 세동맥 조절 기전

여 기 서 미 세 여과 상수 Kuf는 모세혈관 투과도와 토리 표면 적 을 반영한다. 신장 동맥 압은 토리 모세혈관의 정수압(Pgc ) 을

마디 상행각Cthick ascending limb)의 특별한 부분인 치 밀반

결정 한다. 구심 성 세동맥 의 혈류는 혈장 삼투압(πgc) 을 결 정 한

(macula densa)은 구심성 과 원심 성 세동맥 사이 의 혈 관 극단

다 빠른 혈류는 유효 삼투압 분지를 밀 어 내 고 πgc를 낮추며 ，

에서 토리와 연 결된다. 치 밀반의 세포는 요세관 염 화나트륨 농

느린 혈류는 그 반대 의 결과를 만든다.

도를 느끼는 화학수용기 이 다. 구심 성 과 원심성 세 동맥 의 근접 부위는 renin 을 만드는 변 형 된 평 활근세포인 과립세포(granu­

(2) 토리겉 장치

lar cel1) 를 가지고 있다. 동맥혈관들은 교감신 경 의 지 배 를 받

토리 곁 장치 (juxtaglomerular apparatus)는 요세관과 토리를

고 내 강 압력 의 변화에 반응하는 압수용기를 지 난다 Renin 은

구조적으로나 기 능적 으로 잘 연 결하고 있다( 그림 9-3) . 굵은

angiotensin 의 형 성을 촉진하게 해 서 원심성과 구심 성 세동맥 의 긴장도와 사구체 여과율을 조절한다.

Efferent arteriole

Afferent arteriole

(3) 구심성과 원심성 셰동맥의 제어 기 전 GFR은 일차적으로 토리 여 과압에 좌우된다. 이 여 과압은 신장 동맥 관류압뿐만 아니 라 구심 성 (afferent) ， 원심 성 (efferent) 세동맥 의 긴장도의 균형 에 의해 결 정 된다. 구심 성 세동맥 압력 이 나 혈류가 감소하면， 낮은 농도의 angiotensin ， arginine vasopressin(AVP) ， catecholamine 이 우선적으로 원심 세 동 맥을 수축시 켜 GFR을 유지하게 한다(그림 9-4 A) . 이 보상기 전은 신장 혈장량(renal plasma flow ， RPF) 의 분율에 대 한 GFR인 여 과분율(filtration fraction ， FF) 의 증가로 나타난다. 즉 ， FF

membrane Endothelium

Proximal tubule

=

G FR/RPF 이 다 높은 농도의 catecholamine 과

angiotensin( 그 러 나 AVP는 아 님 ) 은 원심 세동맥의 긴장도를 증가시 키 고 RPF와 균형 되 지 않게 GFR을 감소시 킨다. 즉， FF 가 감소한다(그림 9-4 8) .

(4) 요셰판-토리 되 먹일

요세관」토리 되 먹 임 (tubuloglomerular feedback) 은 신장 자 동조절 기 능의 1 차적 인 구조이 다. GFR이 증가할 때 ， 원위 요세 관의 NaCl 전달은 증가된다 Cl 의 증가는 치 밀반이 감지하고，

그림

9-3 •

토리곁장치(juxtaglomerular apparatus)

가까운 구 섬 세 동맥 에 서 renin 분 비 를 촉 진 시 킨 다 . 연 이 어

1 96

•

PART I

역사와 기본원리

anglotensm 이 만들어 지 고 세동맥 수축이 증가되고 GFR은 감 소한다 굵은마디 상행각에 허 혈 이 초래 되 면 ， NaCl의 재흡수가 멈

and ascending thin limb) 부분과 비후상행각(thick ascend­ ing limb)으로 구분된다. 각각의 원위 요세관은 집 합관으로 연

결 되 고， 유두부의 신우로 들어 가기 전에 피 질 ， 외 측수질， 내측

어할 수 없는 다뇨가 생 기 게 된다. 치 밀 반으로의 NaCl 전달이

수질로 연결된다(그림 9-1 참조)

증가하게 되면 anglotensm 으로 매 개되는 세동맥 수축이 촉진

다. 피 질 콩팔단위는 신장 피 질 의 밖과 중간에 위 치 하고， 개수

된다. 그 러 면 GFR 이 감소하고 핍 뇨가 발생하고 혈관내 용적 이

가 좀더 많으며 신혈류의 85%를 공급받고 짧은 Henle’ s loop

유지 되 고， 탈수로부터 장기를 보호할 수 있어 이 러 한 과정을

를 가지고 있다. 수질 인접 콩팔단위는 신장 피 질의 좀더 안쪽

‘ acute renal success' 라 부르기 도 한다.

에 위 치 하고 신혈류의 1 0%만을 공급받고 있고 토리 가 더 크며

춰 지 고 소변을 농축히는 요세관의 기 능을 잃고， 이론적 으로 제

콩팔단위는 피 질 콩팔단위와 수질 인접 콩팔단위로 구분된

수질 안쪽까지 깊이 들어 가는 긴 Henle’ s loop 를 가진다. 이

(5) 신장 자동조절

것들의 원심 성 세동맥은 직 행혈관(vasa recta) 라고 불리는 가

자동조절 (autoregulation) 은 동맥혈 압이 크게 변화하여도 신

늘고 긴 혈관으로 이 어 지 고 Henle’ s loop 로 가까이 가게 된다

장에서 용질과 수액 의 조절을 독립 적 으로 유지 되도록 한다

직 행혈관이 RBF 의 1%밖에 받지 못하지 만 수질의 고장성과 신

1951 년 개 를 이용한 연구에서 신장은 동맥혈 압이 80 mmHg

장 농축능력 을 위한 역류계( countercurrent) 기 전을 만드는 데

에서 180 mmHg까지 변화하는 상황에서 지속적으로 신혈류

아주 중요한 역할을 한다.

(renal blood f1ow ， RBF)와 GFR을 유지한다고 증명하였다. 요류속도(urinary f10w rate)는 자동조절의 대상이 아닌데 ，

( 1 ) 요셰관의 재흡수와 분비

요세관의 물 재흡수는 요류속도를 결 정 하고 요세관 근 처 모세

요세관은 NaCl과 물을 재흡수하는 거대한 능력을 가지 고 있

혈관들의 정수압과 아주 관계가 깊다. 유도되 었든 그렇지 않았

다 매 일 단백 질 없이 토리 초여과가 180 L 나 되고 이 여과물

든 간에 저 혈 압은 요류속도를 감소시 커 는 데 동맥 혈압을 정상

에서 물의 99%와 Na 의 99%가 재흡수된다.

으로 회복시 켜 야만 요류속도가 교정 이 될 것 이 다

많은 다른 여과된 물질들은 완벽 히 재 흡수되 나， glucose 같

신장의 자동조절기능에 대한 정확한 기 전은 아 직 밝혀 지 지

은 어 떤 물질들은 요세관 재흡수의 최 대율을 가지고 있다. 당

않았다. 신장 혈관저항은 토 리 전 원 심 세통맥 의 다양한 저 항에

의 요세관 재흡수는 여과된 양에 따라 같은 비 율로 증가된다.

의 해 매 개 되는 것으로 보인다. 평 균통맥압이 감소할 때 신장

만일 GFR 이 일 정 하다면 재흡수 비 율은 직 접 적 으로 혈장 당 농

혈관저항은 감소하고 신혈류는 유지 된다. 가장 그럴듯한 설명

도와 비 례 적 이 다. 만일 혈장 당이 요세관 최 고치 를 넘 는다면

은 증가된 동맥압에 대항하여 세동맥 이 수축하게 되는 근성

( > 375 mg/dL) ， 더 이상 재흡수되 지 않고 당뇨(glycosuria) 가

(myogenic) 반응이 라는 것 이 다. 요세관-토리 되 먹 임 기 전은

나오게 된다. 그 후 소변으로 배출되는 당의 양은 여 과된 양이

또한 자동조절의 범 위 에 서 동맥압이 증가할 때 치 밀반의 세포

증가할수록 증가한다.

로 NaCl 전달이 증가되고 이 것은 구심세동맥을 수축시 키 고 신 혈류와 GFR을 감소시 킨다 동맥혈압이 감소할 때 는 반대 효과

요세관 강내 로 분비 된다. 어 떤 용질 (para-aminohippurate ，

가 나타난다.

PAH)은 요세관에 서 의 분비의 최 대 치 가 있는데 ， 이 로써 RPF 를

많은 중요한 내분비 ， 외분비 용질들은 모세혈관 피 로부터

이 러한 신자동조절기능은 대부분의 마취제 에 의 해 서 도 영

계산하는 데 사용된다. 분비가 요세관에서 최 대 치를 이룬다.

향을 받지 않지 만 심 한 패 혈증， 급성 신부전 그 리 고 아마도 심

그래서 PAH는 RPF를 계산하는 데 이용된다. 이 주제는 ‘신기

폐우회술 등의 경 우에 자동조절기능이 상실되 는 것으로 생 각

능 검샤 부분에서 자세 히 살펴보도록 한다.

된다 이 런 상황에서 신혈류는 저 혈 압 시 현 저 히 감소되 며 신

요세관의 다른 부분들은 구조와 기 능 사이 에 밀 접 한 관계가

관류압이 정 상화되 면 신혈류가 회 복되는데 ， 이 는 혈관 수축제

존재한다. 요세관에서 대사적 으로 가장 활성 화되 어 있는 부분

로 혈압을 올리 더 라도 회복된다.

은 근위 요세관， Henle 고 리 의 비 후상행각， 원위 요세관의 첫 번째 부분이다.

2) 요세관

그림 9-5 는 재흡수와 분비의 주요기 전을 포함하는 Henle

요세 관{tubule)은 근위 요세관， Henle 고 리 ， 원위 요세관， 연결

고 리 의 비 후상행 각의 tubular cell 을 보 여 준다. Tubular

부위의 4가지로 구분된다 Henle 고리는 다시 pars recta( 직부

lumen 은 apical cell membrane과 접 경 하고 tight junction으

근위 요세관의 직 선부분) ， 상행각과 앓은 하행 Zj-(descending

로 주변 세포와 이 어 져 있다. 세포의 나머 지 는 기 저- 외측 세포

Chapter

+ + 이 뼈

@

W

@ @ E m』 P E@ E= @ 。mQ g m

•

Na+ CI

K+

CO녕 + . H20

Na+

Lumen

1 97

K+

K+

H20

•

Paracellular diffusion

K

@

9 신장생리

HC03-

Lateral interstitial space

Basol ateralane cell membr

그림 9-5 요세관의 분비와 재흡수의 기전 (1) Thick ascending loop 01 Henle 의 요세관 세포는 분비와 재홉수의 주요 기전을 둘러싸고 있다 가장 도 처에 있고 중요한 이동 기전은 basolateral membrane어| 있는 energy-requiring Na+/K+-ATPase pumpOI다 (2) 이 pump가 Na+을 그것의 농도차에 대항하여 interstitium으로 나오게 하고， 낮은 세포내 농도를 유지하게 한다 이 기전은 요세관 강내로부터 Na+을 안으로 이동시키고， apical cell membrane의 NaCI symp。ηer system에 의해 촉진된다. (3) K+을 농도차에 대항하여 들어가게 하는 잠재적인 에너지를 만들어 낸다 그리고 loop diuretics 작용의 일차적인 억제 장소이다 Apical cell membranem의 Na+/H+ Antiporter system은 Na+ 재홈수를 거들고 H+ 이온을 배출한다. Na+ 재 훌수는 H+ 이온 소실및 재흘수와 함께 이루어진다 이 이동 단백실은 강내에서 앙전하를 만들고 paracellular diffusion에 의해 tight junction을 통해 이것 은 Na+， Ca2+ K+， Mg2+ 같은 이온을 수동적으로 이동하게 한다 thick ascending loop 01 Henle는 특별히 물의 투과도가 높고 luminal osmolality가 150 ’ mOsm/kgOI하로 떨어지게 된다

막(basolateral cell membrane) 에 의해 정 렬 되 고， 기 저 에 서 는

삼투압을 따라 수동적으로 확산된다

peritubular capillary와， 옆 면 에 서 는 외측 간질공간(lateral interstitial space) 과 만나게 된다. 많은 수의 protein-based

(2) 근위 요세관

actrve transport system 이 있고， 그 system 의 가장 중요한 점

근위 요세관의 첫 번째 부분은 여 과된 당， lactate ， amino acid

은 기 저 외측 세포막에서 일 어 나는 Na+/K+adenosine triphos­

phosphate 의 약 100%를 Na+ symporter system 과 결합해 재

phare 시 스 템 이 다. 칼륨 이옹을 tubular cells 내 로 이 동시 키 는

흡수한다. 수소이옹을 대 신 교환시 키 는 Na+/H+ antiporter

것 과 교환으로 전 기 적 차이와 농도에 저항하면서 나트륨 이 온

system 에 의해 요세관으로 배출된다. 근위 요세관의 첫 번째

(Na+)을 tubular cell 011 서 간질액으로 이동시 킨다. 세포내 Na+

부분에서 。rganrc anron 과 중탄산염 (bicarbonate) 흡수는

농도의 감소는 tubular lumen 에 서 부터 cell 안으로 Na 의 수동

의 수동적 인 진 입 을 촉진하여 비 교적 높은 Cl 농도가 되 게 한

적 인 재흡수를 용이하게 한다. 사실상 모든 용질의 이 동은 Na+

다. 결과적으로 요세관의 체 액은 혈 액 과 비 교할 때 양전하이 며

과 결합되 어 이루어 진다.

이 는 요세관 체 액 에 서 세 포 내 로의 이 동을 더 욱 촉진한다.

cr

용질을 같은 방향으로 세포의 안 또는 밖으로 이 동시 키는

대 부분의 NaCl은 apical cell membrane 에 있는 Na+/H + 와

능동적 이 동 시스템은 symporter system 이 라고 한다. 반면에

chloride-based antiporter system 에 의 해 세포를 통과해 흡수

solute를 반대방향으로 이 동시 키 는 것을 antrporter system 이

된다. N a + /K+ ATPase system 은 Na+을 간 질 로 배 출하고，

라 한다. 용질은 능동적 ， 수동적 기 전으로 이동되고 물은 항상

potassium-chloride symporter system은 chloride 를 배 출한

1 98

•

PART I

역사와 기본원리

다. 삼투질농도의 결과적 인 증가는 물을 잘 통과시 키 게 한다.

표 9-1 신 피 질과 수질 샤이의 신혈류의 분포

여과된 물， ct， K+ 의 3분의 2가량은 근위 요세관에 의 해 재흡 수된다. 근위 요세관에 의한 재흡수는 Na 흡수에 의 해 큰 영향 을 받는다. 근위 요 세 관은 또한 내 인 성 음이 온 (bile salt ， 비따e) ， 양 이 옹(creatinine ， dopamine) 그 리 고 약 ( 이 뇨 제 ， penicilliin ， probenecid ， cimetidine) 의 배출에 아주 중요한

신혈류("10) 혈류(mL!min/g) P02(mmHg) 02추출율(Vo2/Do2)

피질

수질

94

6

5.0 50

0.0 3 8

0.18

0 .79

부분이 다 유기 이 온들은 protem transport system 에 대 하여 서 로 경 쟁한다 그래서 probenecid 의 투약은 penicillin 의 요 세관 분비를 손상시 키 고， 작용을 지 연시 킨다. 만성 신부전에서

외 측피 질에 서 adenosine 은 혈관을 수축시 킨다(다른 곳에서

유기산은 쌓이고， 분비 단백 질에 대 하여 furosemide 같은 약

혈관 확장 역 할을 히는 것과 차이 가 있다) . 아래쪽의 수질 인접

과 경 쟁하게 되 어 고리작용이 뇨제 (loop diuretics) 에 명 백한

지 역 에 서 내 인성 prostaglandin 과 nitric oxide는 혈관이 완을

저 항을 갖게 된다

유발한다. 최종 효과는 기능한 한 수질로 충분한 혈류가 가도 록 한다. Nonsteroidal anti-inflammatory drug(NSAID) 같은

(3) Henle 고리의 비후상엉 각

prostaglandin synthesis 를 억 제 하는 약은 이 런 보상적 인 기 전

Henle 고 리 의 대사적 활성 부분은 비후상행각이 며 ， 여 기 에 서

을 방해할 수 있고 수질 괴 사로 이 어 질 수도 있다

여과된 Na+， K+ ， C l 의 20%가량이 재흡수된다. 하행각만 물에

통증， 외상， 출혈 ， 관류저 하， 패 혈증， 울혈성 심 부전 같은 스

투과성 이 있다 물에 비투과성 인 비 후상행각에서 Na+은 능동

트레스는 sympathoadrenal system 을 활성화시 키 고 신장 피

적 으로 재흡수되나， 물은 남게 된다 이 런 신장의 diluting seg­

질의 수축과 잠재 적 인 요세관의 허 혈을 일으킬 수 있다. 신장

ment 에서 요세관 체 액 의 삼투질 농도는 1 50 mOsm/kg H 20

은 비 교적 베 타2-아드레날린 수용체가 없고， 그래서 epineph­

보다 더 감소하게 된다.

nne 의 분비는 주로 알파 아드레 날린성 수용체 나 anglotensm

근위 요세관에 서 처 럼 기 저 외측 세포막의 Na+/K+ ATPase

활성 화를 통해 혈관 수축이 일어 나게 된다.

pump는 비후상행각의 재흡수 능력의 원동력 이 다. Na+은 농

혈 역 학적 으로 신장손상에 서 는 신장 관류감소에 대한 첫 반

도차에 따라 수동적 확산으로 요세관 강내 에 서 이동을 하게 된

응으로 비 후상행각에서 능동적으로 NaCl 흡수가 증가하게 된

다. Apical cell membrane 의 Na+/H+ antiporter system은 중

다 이 러 한 흡수는 산소 전달이 감소된 상황에서 산소 소비를

탄산염 의 재흡수와 H+ 의 최종 분비를 중재한다.

증가시 킨 다 이 어 지 는 sympathoadrenal 반응과 신장 피 질

중요한 symporter protem system은 apical membrane 을

혈 관 수축은 수질로 혈류를 재 분포하려는 보상적 인 시 도일

오가는 Na+ ， ct ， K+과 관련되 어 있다. 이 시 스템을 막는 것이

것 이 다. 최 종적 으로 adenosine triphosphate(ATP) 저 장은

Henle 고리의 비 후상행각에서 NaCl 의 재흡수를 막는 고리작

감소되 고 능동적 NaCl 재흡수는 감소한다. 이 것은 원위 요세

용이뇨제의 제 일 주요한 기 전이 다

관의 치 밀반에 도달하는 요세관 체 액 의 NaCl 농도를 높이 게 되 고 ， angiotensin을 분비하게 되 며 ， 구심 성 소동맥 의 수축

(4) 수칠 비후상앵 ζ빽|서의 산소 균영

을 일으키 게 된다( 요세관-토리 되 먹 임 기 전 ) . 용질 재흡수를

신장은 총 심 박출량의 20%를 받는다. 그 러 나 산소는 비 교적

감소시 키 고 수질 Henle 고 리 의 비 후상행 각에 서 의 산소소비

적 게 받는다. 신장 동정 맥산소차이 (renal ar떠"lOVenOus oxy­

를 줄임 으로서 생 긴 GFR의 감소는 신장 산소 균형 에 이득을

gen difference) 는 단지 1 . 5 mL!dL 이 다. 그러나 신피 질과 수

준다.

질 사이 에 혈류， 산소 전달， 산소 소비를 고려할 때 현 저 한 불

이 런 가설은 신 요세관에 가해 지는 허 혈 성 또는 신독성같은

수질은 RBF 의 6%만을 받고 평 균 8 mmHg 의 산소분압을

손상은 고리작용이뇨제나 dopaminergic agent를 통해 완회됨

가진다 그래서 비 교적 적 절한 총 RBF를 가지 더 라도 수질에서

수를 억 제하여 산소 소비를 줄이고 요세관 산소 균형을 향상시

는 심한 저 산소증이 생길 수 있다. 그리고 대사적 으로 활동적

킨다.

일 치 가 있다( 표 9-1 )

을 의 미 한다 이 런 약들은 비후상행각에서 능동적 인 Na+ 재흡

인 수질의 Henle 고리의 비 후상행각은 특별히 취 약하다. 수질 비후상행각은 또한 잠재 적 인 신독성 손상을 받는 부분 이 다. 신장내 혈류는 내 인성 혈관작용 물질에 의해 조절된다.

(5) 뭔위 요세관과 짙 압관 원위 요세관의 근위부는 비후상행각과 구조적 기 능학적으로

Chapter

비 슷하다. 나트륨 재 흡수는 표면 세 포막 apical cell mem­ brane 의 NaCl symporter system 에 서 조절되 며 이 부분이 thi­ azide 이뇨제가 작용하는 부위 이 다.

9 신장생리

•

1 99

가장 끝부분과 집합관의 물투과성 증가에 관한 항이뇨호르몬 의 역할이 그것이다.

수질의 간질세포는 Loop of Henle 의 역류 multiplier 효과

원위 요세관의 마지 막 부위는 두 가지 종류의 세포로 구성

에 의 해 고장성으로 남아 있게 된다. 첫 번째 기 전은 상행각의

된다. 주된 세포는 나트륨과 물을 재흡수하고 Na +/K+-ATPase pump 를 통해 K+을 배출하며 intercalated cell 은 표면 세포막

NaCl 재흡수와 수분 비 투과성 의 작용에 의한 수분으로부터 의

의 H +-ATPase pump를 이용해 H + 를 분비 하고 중탄산염을 흡

도 증가가 일 어 난다.

수한다.

용질분리 이 다. 그 결 과 수 질 간질세포에서 삼투압과 NaCl 농 하행각은 수분이 자유로이 통과되 기 때문에 ， 물이 삼투압의 차이 에 따라 간질세포로 확산되 어 ， 고 리 의 끝에서 요세관액 이

3 ) N a C I 과 물의 재훌수의 조절 기 전 (1 ) 삼투압 명영

점 차적으로 고장성 이 된다.

신장의 소변농축기능은 다음과 같은 세 가지 과정 의 상호작용

H enle 고 리 의 수질인접 콩팔단위 에 가까이 붙어 있는 직 행 혈관(vasa recta) 은 수질간질을 통하여 물과 용질이 지 나갈 때

에 달려 있다. ( 1 ) Urea 재 사용과 역류기 전 (countercurrent

물을 제 거 하고 용질을 증가시 켜 이 상태를 유지한다. 따라서

mechanism) 에 의한 수질의 고장성 간질 생 성 ， (2) Loop of

삼투압 농도의 차이 가 수질(300 mOsm/kg) ， 수질 인 접 지 역

l! l T l l 이

H enle 에 의한 요세관액 의 농축과 희 석 ， (3) 원위 요세관과의

Vasa recta

NaCI

H20

+ -’ - ‘ ‘ H20

•

( mOsm/kg H20)

NaCI

H20

- - -1

Interstitial fluid osmolality

Nephron

! 1

Solute

(600 mOsm/kg) ， 심 부 수질 (deep medulla ， 1 ，200 mOsm/kg)

H20

..

H20 H20

-→ -

.. - i - I@ .. - i ..

- .. Solute

NaCI

-­

-r-

->- - ->@I ‘ ->-

--

@

- -- + H20

--t-

300

->- H20

300

->- H20

600

-->- H20

1 200

6 NaCI

NaCI

--t-

NaCI

- - U rea

.. -1- -

@

그림 9-6 Juxtarmedullary 콩팔단위는 vasa recta와 관계된 긴 Loop 01 Henle를 가진다. 점선은 용액과 용매의 농도， 삼투압 차이에 따른 수동적 수송 을 나타낸다 줄선은 능동적 수승을 나타낸다‘ (1) 근위 요세관의 원위부에 혈장과 함께 들어가는 요세관액은 등장성이다. (2) 수분이 빠르게 빠져나가며 vasa recta에 의해 제거된다. 그리하여 요세관액은 NaCI의 농도에 의해 고장성이 된다 요소는 고장성의 간질로부터 스며들어옴으로써 요세관액의 삼투압을 더욱 증가시킨다(1200 mOsm/Kg). (3) Henle의 thin ascending loop는 NaCIOI 농도차이에 따라 간질로 수동적으로 빠져나오나， 수분은 수분비투과성 요세관 에 갇혀 간질액의 삼투압이 감소한다 요소는 수동적으로 요세관액으로 스며든다 (4) (요소의 재활용) 요세관희석은 Thick ascending loop와 원위 요세관 의 근위부의 능동적 NaCI 재흘수에 의해 가속화 된다. 원위 요세관에 들어가는 용액은 저삼투압성(100 mOsm/Kg)이다. (5) 집합관에서는 요세관액의 삼투 압이 혈장의 삼투압과 같은 300 mOsm/Kg로 들어오지만 근위 요세관과는 다르게 용액은 많은 앙의 요소， creatinine， 또는 다른 분비 물질로 이루어져 있 다 (6) 혈장 항이뇨호르몬의 증가는 cortical， 집합관의 수질부분이 수분이 투과하도록 만들며 고장성수질간질 부분으로 수동적으로 물이 이동하게끔 한다­ (7) 비록 요소의 일부분이 수질부분으로 빠져나오지만 농축된 요의 최소 삼투압은 약 1200 mOsm/Kg의 고장성 수질부분의 간질삼투압에 근접한다 항이뇨 호르몬의 부재인 상태에서는 집합관은 수분에 비투과적이며 소변은 희석된다-

200

•

PART I

역사와 기본원리

강화되는데 ， 요소는 내측 수질의 집 합관에서 간질로 확산되 어

핍 신장기능 검사

H enle 고 리 의 원위 부분으로 간다 이 과정들은 그림 9-6 에 요

신장의 혈 역 학적 기 능은 신혈류량， 신혈장량， 신장내 혈류분포

약 되 어 있다.

와 신혈관저항에 의해 정 의 된다. 토리 기 능은 토리 여과율에

사이 에 서 생 성 된다. 이 과정은 요소의 수동적 재사용에 의해

의해 정 의 된다. 요세관기능은 농축능력 ， 물의 보존， Na+ 의 보

(2) 요셰판 농축과 의석

존을 포함한다. 실용적 목적으로 임상에 서 신기능은 제 거 율 기

저유량증

세포외 액 의 농축은 혈관 수축제 ， NaCl 을 보존하는 신경호르몬

술과 ( 가장 많이 사용됨 ) 요세관기능 검 사를 기 본으로 한다.

arginine vasopressin(AVP) 를 활성화시 킨다. 초기 에 는 토리

1 ) 신 장 청 소율(제 거 율)

여 과율과 여 과되 는 나트륨이 감소한다. 근위 요세관에 서 의

신장기능은 제 거 율에 의 해 서 도 간접 적 으로 평 가되 며 Fick 원

Na+ 재흡수는 교감신경작용과 angiotensin II 에 의 해 66%에서

리 에 그 기 초를 둔다. 신장에 의 해 분비된 물질 X는 통맥공급

80%까지 증가하며 신혈관 수축에 의 해 요세관 모세혈관의 압

에 의해 전달된 양에 정 맥 환류에 들어 있는 양을 뺀 것과 같다.

력 이 감소한다 H enle 고 리 의 비 후상행각， 원위 요세관 그리 고 집 합관으로 Na+ 이 동이 감소하나 aldosterone은 Na+ 재흡

제 거 량(excretion)x = 운반량( delivery)x - 환류량( return)x

수를 촉진한다. AVP 영향으로 집 합관에서 수분이 재흡수되고，

따라서 ，

수많은 검 사들이 임상적으로나 연구목적으로 사용된다.

시 스탬 인 교감 신 경 시 스뱀 ， ren녕ngiotensin-aldosterone 축，

소변이 고농축되 며 ( 삼투압 600 mOsm/Kg) ， 소변의 Na+은 거 의 없어 지 게 된다(10 mEq/L)

운반량 x = 제 거 량 x + 환류량 x

이뇨제는 고장성 수질을 희 석 하면서 신장의 소변농축능력

신장으로 운반된 물질 x 량은 신혈류량과 동맥 혈장농도

을 파괴한다. 이 뇨제는 수분 재흡수를 막는 삼투압효과나 비후

(Pax) 의 산물이 다. 신장으로부터 되돌아오는 양은 신혈류량과

상행각이 나 원위 요세관의 첫 번째 부분에 있는 활발한 NaCl

정 맥 혈장농도(Pvx)의 산물이 다 물질x 의 소변제 거 율은 소변

운반을 방해하면서 효과를 나타낸다. 급성 요세관괴사의 중요

농도량(Ux) 과 분당 요류(V) 의 산물이 다.

하면서 도 초기 증상은 H enle 고리 비 후상행각의 에 너 지를 요 구하는 Na+/K+-ATPase pump 의 파괴 에 의해 생 기 는 소변 농 축능력 소실이 다

(Pax

X

RBF)

= (Rvx + RBF) + (Ux X

V)

그 러 나 실 체 적 으로 신혈류량과 정 맥 환류를 측정 하지 않는 다. 대 신에 신장에 의해 혈장으로부터 제 거 된 물질 x 가 제 거 율

과혈량증

이 라는 개 념 으로 표현된다. 제 거 율(C)은 단 위 시 간당 물질x 가

세 포외 액 의 증가나 과혈량증은 혈관이완제 ， NaCl 을 배출히는

혈장에서 제 거 되 는 부피로 정 의 되 며 단위는 mL/min 이 다. 이

neuropeptide [atrial natriuretic peptide(ANP) 가 주됨 ] 에 의 해 조절된다. 교감신 경 의 작용， angiotensin II 역 할의 감소와 ANP 분비 증가에 의 해 토리 여 과율과 여과되는 Na+ 량은 증가 한다. 요세관 모세혈관 정수압 증가와 함께 이 러 한 반응들은 근위 요세관에서 Na+ 의 재흡수를 67%에서 50%까지 감소시 킨 다 Aldosterone 감소는 Henle 고 리 의 비후상행각에서 집 합 관까지 Na+ 재흡수를 방해하여 소 변 의 희 석 과(삼투압 3 ，000

용어는 x 의 소변제 거 율이 신동맥혈장농도와 같음을 말한다. Pax

XC

=

Ux

X

V

만약 동맥과 정 맥 의 x 농도가 같다고 가정할 때 물질 x 의 제 거 율은 소변과 정 맥 혈 ， 그 리 고 뇨류를 사용해 계산한다. CxX

=

Ux

X

Pax / V

mOsm/Kg) 소변 내 Na+ 를 증가시 킨다(80 mEq/L)， 요세관의 재흡수 능력을 억 제 하는 고리작용이뇨제와 요세

(1 ) Para -aminohippurate 저| 거올

，

관의 재흡수 능력을 완전히 파괴 하는 급성 요세관괴사{acute

Para-aminohippurate(PAH) 는 유기 음이온으로서 토리 여과

tubular necrosis) 가 저 혈 량증이 있는데도 불구하고 동일한 소

와 근위 요세관제 거 에 의 해 신장을 거 쳐 혈장에서 완전히 제 거

변 특정( 저 삼투압， 높은 소변내 Na + 함유량)을 나타내는 것을

된다. 그러므로 PAH 의 제 거 율(CPAH) 은 RPF을 나타낸다.

주목할 만한 점 이 다.

최 대 PAH 배 출을 얻 기 위 해 서 는 혈장 PAH 농도 약 2 mg/dL를 정 맥 라인을 통한 주입으로 일 정 하게 유지하여야 한

Chapter

9 신장생리

•

201

다. 도뇨관을 통한 시 간당 소변 저 장이 필수적 이 다. 오로지

찬 소변을 제 거 하기 위해 공기 와 함께 배출된다. 매우 세 심 한

90%의 신혈장량이 근위 요세관을 둘러싸는 요세관 모세혈관

시 간당 소 변 모음이 필요하다. 일반적으로 inulin 제 거 율(ClN )

으로 들어가기 때문에 PAH 제 거율이 실제 신혈장량보다 낮게

은 가장 정확한 GFR을 제공한다.

측정 되 며 ， 이 것은 실 제 적 신 혈 장량(effective renal blood flow ， eRBF) 이 라 불린다. eRPF

= = CPAH

(UPAH

X V)/PPAH

2 정상 eRPF는 600 mL/min/ 1 . 73 m 이 다. 실 제 적 신혈류량 (eRBF)은 Hct을 알고 있다면 아래 의 식 으로 표현될 수 있다. eRBF

= eRPF/(l-Hct)

저 혈량과 핍 뇨(oligouria) 는 신장에서 PAH 의 격 리 (sques­

GFR = ClN

=

(UIN

X V)/PIN

비록 inulin 제 거 율이 GFR 의 가장 표준적 측정을 나타내 지 만 측정 이 매우 힘들며 ， 세 심 한 주의를 요하므로 임상에 서 는 거 의 쓰이 지 않는다. Inulin 평 가는 시 간이 많이 걸 리 며 inulin 자체는 수요량이 적 으므로 공급량도 적 다 I nulin은 이 상적 여 과지표를 모두 만족시 키 나 검 사 도중의 혈당의 변화가 심할 경 우에는 펑 가를 저 해 하며 GFR을 반영하는 정확성 은 직 접 적으 로 이용될 수 없으며 오로지 추론될 뿐이 다. I nulin 제 거율의

tration) 를 유도하기 때문에 스트레스 동안에 CPAH는 신혈장량

예상 가변성은 동일인에게 두 번 측정 되 었을 경우 20% 이 며 두

의 잘못된 지표가 된다. 만약 혈장 PAH 농도가 요세관의 최 대

사람 사이 에 비 교해 보았을 경우에는 40%이다. Inulin 제 거 율 의 정상 수치는 남성 의 경 우 1 1 0-140 mL/min/1 . 73 m2 이 며 여

재흡수량( 1 2 mg/dL) 을 초과한다면 그 초과된 PAH는 다시 신 정 맥 으로 돌아가고 배출되는 양은 줄어들면서 RPF 가 과소측

자의 경우 95-125 mL/min/1. 37 m2 이 다

정 된다. 약 80% 의 PAH가 요세관 배출에 의해 제 거 되 며 만약 근위 요세관의 기 능이 떨 어 지 면 PAH 의 제 거 율은 감소하며

(3) 여 과분율

RPF 도 과소측정 된다.

여과분율(filtration fraction ， FF)은 토리에 의 해 여과된 RPF 의

이 러한 오치는 동， 정맥 PAH의 농도를 알 수 있다면 없앨 수 있다. P파f의 신배출은 계산되 며 ， 근위 요세관기 능 평 가를 제공한다. EPAH

=

(PaPAH - PVPAH)/PaPAH

분율이 다. FF

= GFR/RPF = ClN/CrAH

정상적으로 GFR 이 약 1 25 rnL/min 이 며 ， 신혈장량은 660 mL/min으로 FF은 125/660， 약 0. 2 정도이다 FF의 변화는 토

신기능이 정상이 라면 신 정 맥 의 PAH 는 거 의 0 에 가까우며

리 세동맥 의 긴장도를 반영한다 FF 의 증가는 신혈장량에 비 해

PAH 분비는 1 . 0 에 가깝다. 근위 요세관의 기능이 감소함에 따

토 리 여과율의 증가를 나타낸다. 이 FF 의 증가는 세출동맥의

라 신 정 맥 의 PAH 농도는 증가하며 PAH 배출은 1 . 0 이 하로 점

수축 또는 세 입 동맥 의 확장이 있을 때 발생하며 신혈장량이 감

차적으로 감소한다. 실제 신혈장량은 PAH 제 거율에 PAH 배

소함에도 토리 여과압이 유지될 때 에도 나타난다. 반대로 FF

출을 나눈 것과 같다

의 감소는 세 입동맥 의 수축 또는 세출동맥 확장에 의 해 신혈장

RPF

=

CPAH/EpAH

계측도구의 상대 적 편 리 함에도 불구하고 PAH 제 거 율은 마 취와 수술 중에서 의 신혈류량의 신뢰할 수 없는 지 표이 다.

량에 비해 토리 여괴율이 감소했음을 말한다.

(4) Creatinine 정 소율 체 내 creatine phosphate 대사의 최 종산물 인 creatinine(Cr) 은 정상적 으로 매우 일 정 하게 근육에서 생 성 되 며 innulin 과 비

(2) Inulin 저| 거올

슷하게 신장에서 조절된다. 그러므로 creatmme 제 거 율은 간

Inulin은 토리에서 완전히 여 과되 는 비활성 의 polyfructose 이

펀하고 비용을 들이 지 않고 할 수 있는 GFR측정을 제공한다.

며 신요세관에서 배출되 지 도 재흡수되 지 도 않는다. 분당 혈장

소변 저 장시 간 중간에 채 혈 이 한번 시 행된다.

에 서 제 거 되는 inulin 의 부피 가 토리 여과율(GFR， mL/min) 이 다.

GFR = CCR = (CCR

X V)/PCR

I nulin 제 거 율은 PAH 제 거 율과 동일하게 측정 된다. 정 맥 으

Creatinine 제 거 율은 자발적 배 뇨 후 방광목에 남아 있는 소

로 30-50 mg/Kg 주 입 뒤 혈장농도를 1 5-20 mg/dL로 일 정 하

변에 의한 오차를 없애기 위 해 긴 시 간( 1 2-24hr) 동안의 소변

게 유지 하기 위 해 지속적 주입 이 필요하다. 방광은 보 통 가득

저장이 필요하므로 일상에서 사용 시 번거롭다는 제한점 이 있

202

.

PART I

역사와 기본원리

다. 측정 된 creatmme 제 거 율은 언제 채 혈 이 이루어 졌는가에

1 00 듣 9。 그 80 @ 70 60 눔 50 옹 40 30 20 둥잉 10 Q 0

달려 있으며 ， 소변 저장 시 급격한 creatmme 의 변화는 잘못된

� 응c\l

결과를 가져올 수 있다. 기 간이 아니 라 정확한 시 점 의 소변 저장이 중요한 이슈이 다 이뇨제나 방광을 비 우기 위 한 노 력 이 가해져 많은 양의 배

믿

뇨가 생 길 시 24시 간 소변 저 장보다 한 시 간 동안의 소변 저 장 에 의한 creatmme 제 거율이 더 크 지 않다. 시 간당 배뇨속도가 1 5 mL/hr 보다 큰 사람의 도뇨관을 설 치 한 사람의 두 시 간 동

0

안의 소변 저 장을 통한 creatinine 제 거 율은 1 2-24시 간의 소변 저장을 통한 creatinine 제 거 율과 같다. 더 구나， 짧은 시 간 동 안의 소변 저장은 빠르고， 반복된 GFR 측정을 가능케 한다. 이 것은 중환자에게 두 시 간의 소변 저장을 통한 Cr 제 거 율 을 실용적 이 되 게 만들었으며 Cr 의 제 거 율의 연속적 측정을 통

2

6 Day

4

10

8

12

그림 9-8 - 급성 신부전의 새로운 발병 중환자실에서의 급성 신부전 발병 한 환자의 Cr 제거율의 기하급수적 감소는 두 시간의 소변 저장(CC02)과 22시간의 소변 저장(CC22) 시와 거의 같게 나타난다 그러나 20시간의 소 변 저장보다 두 시간의 소변 저장을 통한 데이터가 더 접근성 있다

해 GFR 의 변화를 예 민하게 반영할 수 있게끔 하였다(그림 97 ， 그림 9-8 ， 그림 9-9) 예를 들어 사고를 당한 환자에 게 서 6 시 간 동안의 수술 내 시 간당 25 mL/min 이 하의 Cr 제 거 율은 핍 뇨가 없음에도 술후

의 소변 저장을 통한 Cr 제 거 율을 얻 어 야 한다. 정 상 Cr 제 거 율은 체표면적 이 나 체중과 연관되 어 있으며 부 종이 나 악액 질 ( cachexia ) 이 있는 환자에게 서 는 수치 의 변동이

급성 신부전을 의 미 한다. Cr 제 거 율의 정상 범 위 가 상당히 변동이 많다는 것 이 알려

매우 심 하다 Cr 제 거 율은 소변 저장을 주의 깊 게 하여도 수많

져 있다. Tobias 등은 5년 동안의 건강한 개 인에 게 서 혈장 Cr

은 제한점을 가지고 있다. Cr 생 성 률은 근육량， 육체 적 활동，

이 0.9-1 . 5 mg/dL 에 서 Cr 제 거 율이 88-148 mL/min 의 변동이

단백 질 섭 취 와 이 화작용에 따라 변한다. 가장 많이 사용되는

있음을 보고했다. 하루 동안에도 변화가 존재하는데 ， 오후에는

혈장 Cr 평 가는 ] affe 반응으로 alkaline picrate 와 붉은색 의 Cr

높은 수치를 나타내 며 평 균값의 25% 정도까지 변 이 가 있다.

결합체를 기본으로 하는 반응이 다. 그것은 신 기 능이 정상일 때

이 러한 하루 동안의 변이를 최 소화하기 위 해 서 매 일 동일시간

총 Cr 의 1 4% 정 도를 반영 하는 당， 단백 질 ， ketone ， ascorbic acid 등을 역 시 측정한다. Ketoacidosis ， barbitarate 와 cephalosporin 항생제는 혈

。

등

NoE

U Q

。

1 20

。

1 00 80

。

。

40 20

o

20

40

。

。

60

o

。

60

=

1 .006x+.793 .95 P 1 0 mg/kg/min) 등 주로 알파 아 드레날린성 효과를 나타내는 약들은 저 혈압에 대 한 내 인성 교

Angiotensin

감신경 반응을 증가시 킨다. 베 타1 과 베타2-아드레날린 활동올 주로 가지는 약(dobutame ， isoproterenol) 은 심 박출량과 RBF 를 증가시 킨다. 그러나 신장내 효과는 확실하지 않다 저 용량

그림 9-13 enzyme

•

111

(heptapeptide)

Renin-angiotensin겨1. ACE

Angiotensin-converting

208

•

PART I

역사와 기본원리

이용되는 혈량 부족으로 인한 혈량저 하증(effective hypov­

의 기 전을 가지고 있다. 그것은 역 되 먹 임 기 전에 의해 renm 의

。lemia ， 양압환기 ， 울혈성 심 부전 ， 패혈증， 복수가 동반된 간경

분비를 억 제 하고， ACE 억 제 제 에 의한 angiotensin 의 생 성 의

화) 에 자극을 받는다.

차단은 혈관 확장을 야기 하며 ， 혈 중 renm 치 를 증가시 킨다.

Renin 은 간 에 서 생 산되 는 큰 순환 gl ycoprotein 인

angiotensin II는 신장내 angiotensin II의 합성을 자극히는 유

angiotensinogen 에 작용하여 angiotensinogen을 angiotensin

발인자인 phospholipase Az를 활성화시 키 며 혈관 확장제 인

이 라는 decapeptide 로 분해한다. 신장과 간에서 angiotensin I

prostaglandin은 angiotensin II의 활동을 조정하고 낮은 혈중

은 내 피 세포에 근거한 ACE 에 의해 octapeptide 인 강력한 혈관

농도에서 원심 성 소동맥 에 주된 역할을 담당할지 도 모른다.

수 축 제 인 angiotensin II 로 더 욱 분 해 된 다 ， Renin 은

Angiotensin 으로 유발된 혈관 수축은 심 방압을 증가시 키 고

angiotensin II의 생산에 있어 속도 제한 효소이 다(그림 9-13)，

R

e얹mπ따r

적 당량의 angiotensin II의 활성화는 신피질， 특히 원심성

킨다. 신기능에 대 한 ACE 억 제 의 결과는 환자의 혈액량의 정

소통맥 에 서 의 혈관 수축을 유발하며 ， 이 것은 가벼운 정 도에 서

도， 전신 혈 역 학， 신기능의 기 저상태 ， 신혈관 협 착증 등에 달려

중 간 정도로 감소한 RBF 또는 관류에 대 해 GFR을 유지하게끔

있다. 특히 당뇨에 있어서 긴 시간 동안 고혈압과 심부전증 치

작용한다. 이 러한 보호기 전은 저 혈압이 나 신부전증， 편측성 신

료를 받으면서 captopil ， enalapril 또는 lisinopril 같은 심부전

하는 GFR 의 악화에 의 해 그 중요성 이 강조된다. 심 한 스트레

증 억 제 제 의 복용은 신장 혈관저항을 감소시 거 고 신기능에 이

스는 angiotensin I I 치 를 증가시 키 고， 이 것은 토리 간질세포

pril 의 전 처 치 는 RBF와 GFR의 감소를 막고 sodium 의 배출을

를 수축시 키 며 ， 토리 여과분율을 감소시 킨다， Angiotensin II

유지 시 키는 것으로 추정 된다는 보고자료도 있다. 그러 나 저 혈

의 신장에 미 치 는 효과는 그 자체 효과의 10분의 1 정 도가 혈

압 ， 신부전증 또는 편측의 신동맥협 착이 있는 환자에 게 서 ACE

관 수축울 유발한다. 그 러 나 전 신 동맥 혈 압은 captopril ，

억 제 제 의 사용은 신기능장애와 과칼륨혈증을 유발한다는 보고

enalapril 또는 anglotensm 수용체 의 대항제 등과 같은 ACE

가 있으며 ， 아마도 angiotensin 이 매 개되는 원심성 소동맥 수

억 제 제 에 의 해 크 게 감소하며 ， 염 분과 수분을 축 적 하는

축의 보상적 기 전 의 차단과 관련되는 것으로 보인다. 수술 중

angiotensin II의 효과는 부신피 질 에 의한 aldosterone 분비 ，

에 즉시 사용하는 것은 피 히는 것이 바람직하다.

동맥 협 착증을 가진 환자에게 서 ACE 억제제를 투여할 때 발생

익 이 되는 것처 럼 보인다. 심 폐우회로술 동안 단기 간의 capto­

뇌 하수체 후엽 에 의한 ADH 분비 ， 근위 요세관에 의한 NaCl 의 재흡수 등을 자극시 키 면서 발생한대 표 9-2) Angiotensin II 는 자신의 활동을 조정 또는 반대 되는 몇 개

Aldosterone Aldosterone 은 저 칼륨혈증， angiotensin I I ， adrenocorti­ cotropic hormone(ACTH) 에 의한 반응으로 부신피 질의 시 구

표 9-2 신장에서 N a+ 와 물 배설을 조절하는 인자들

N a+ 배설)

↑ 활성도 l ↓ 사구체여과율 1 Renin 분비 1 근위세뇨관 Na+ 재홈수

신교감신경(

대 (zona glomerulosa) 에 의 해 분비 되는 부신피 질 호르몬이 다. 이 것은 Henle씨 고리의 굵은 마디 상행각， 원위 요세관의 주 세포， 집합관에 작용하여 Na 의 능동적 흡수와 물의 수동적 흡 수를 증가시 킨다. 혈관벽 내 의 sodium 의 축적은 혈관 수축체 에 대한 그들의 반응을 증가시 키 는 것 처 럼 보인다 Sodium은

Renin-angiotensi n-aldosterone( j N a+ 배설) 1 Angiotensin 11 근위세뇨관 Na+ 재흘수 원위세뇨관 Na+ 재흘수 1 Aldoslerone 1 ADH 분비 Atrial natriuretic peptide( ↑ N a+ 배설)

관여 하고 aldosterone 의 분비와 sodium을 재흡수하는 과정

1 사구체여과율 j Renin 분비 j Aldoslerone 분비 l 원위세뇨관 Na+ 재흘수 ↓ ADH 분비

(3) 앙이뇨호르몬

ADH( ↓ H20 배설) ↑ 집합관 H20 재흘수

요세관 수분에서 요세관 주위 모세혈관으로 전 기 적 기울기 에 의 해 chloride와 함께 이통한다. 이 러한 과정은 단백 질 합성 에 사이 에는 한두 시 간의 지 연이 있다. 그러나 저 혈량에 대하여 교감신경 angiotensin I 반응은 즉각 나타난다.

항이뇨호르몬(arginine vasopressin， ADH)은 소변량과 삼투 압을 조정 하고 이뇨와 항이뇨를 조절한다. 전시상하부(anteri 。r hypothalamus) 시상핵( supraoptic) 과 방실핵( paraventric­ ular-nuclei) 에 서 만들어 지 는 9 개 의 아미노산 웹 타이드인 8

Chapter

arginine vasopressin(AVP) 이 다. 여 기 서 부터 이 것은 순환되 기 전에 과립으로 저장되 었다가 뇌 하수체 후엽 에 신 경 축으로 전달된다. AVP 는 집 합관의 특수 V2 수용체에 작용함으로써 수 분의 재 흡수와 농축된 소 변 의 흐름을 감소시 킨 다 이 것은 Henle씨 굵은 마디 상행각에서 NaCl 의 재흡수를 증가시 켜 신 수질 내의 간질액 의 고장성을 유지하고 삼투압차에 따라 집 합 관 밖으로의 수분의 이 동을 촉진시 킨다. 이 것은 요세관에 서 의 수분의 보존， 요삼투압의 증가， 혈 중 삼투압의 감소와 용질의

변화 없이 음성 자유수 제 거 율(free water clearance) 의 결과

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9 신장생리 . 209

12

8

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0 300

290

310

Plasma Osmolality(mOsm/kg)

로 생 긴다. 집 합관의 바닥막외측에 위치한 V2-수용체는 베 타­ 응한다. Adenylyl cyclase 와 짝지 어 진 G protein 의 활성을 통

해 ATP 가 protein kinase 를 활성 화하는 cyclic adenosine monophosphate(cAMP) 로 전환된다. Protein kinase는 수분 통로를 포함한 소수포를 꼭대 기 쪽 세포막에 융합함으로써 수 분의 투과성을 증가시 키 게 되 며 ， 수분은 세포 내 로 흡수되 어 자유로이 통과할 수 있는 바닥막외측을 통해 요세관 주위 모세

1 ，400

。Eω。 @드=그 써〉:; 。i~E띠。E) (

아드레날린성 수용체와 유사한 수용체 기 전을 통해 AVP 에 반

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1 ，200 1 ，000 800 600 400 200 0

혈관으로 들어 간다. 이 러한 과정은 혈장 AVP 가 감소하면 빠르

2

0

3

4

’

5

，l ←↓� 10 15

Plasma AVP(pg/mL)

게 되돌아간다 AVP 의 혈장반감기는 5-1 5분이 다. 1 ，000

시상하부의 삼투수용체는 혈 청 삼투질농도의 정 상에 서 1% 증 가도 감지한다. 그림 9-14 A 에 서 보듯이 AVP 분비 의 역 치 (갈 증의 감각)는 280-290 mOsmlkg 이 다. 일단 이를 초과하게 되 면 분비율은 가파르게 상승한다. 약간의 탈수도 혈중 AVP 가 0 에 서 5 pg/mL로 증가함에 따라 소변의 삼투질 농도의 빠른 증

ι 。”m> mEmm〔‘ 드ωm@」 」ε~ma) (

AVP 분비의 조절

1 00

10

가와 함께 항이뇨를 야기 한다(그림 9-14 B) . AVP 분비는 혈관 내 용적 의 감소와 정 신적 스트레스에 의해 자극을 받는다. 혈 량저하증으로 인한 AVP 분비는 삼투성 반응을 초과하여 서 주 술기 부적 절한 ADH분비증후군(syndrome of inappropriate antidiuretic hormone secretion ， SIADH) 을 일으키 며 ， 이 때 문에 수분 축적 ， 저삼투압농도와 저 나트륨혈증이 발생한다 이 러한 상황은 혈청 삼투압을 감소시 키 는 저장성 용액의 대 량투

•

0

15

30

45

그림 9-14 Arginine vasopressin(AVP)의 생리적인 조절(본문 참조) (출처 Landrg DW Vasopressin deliciency and hypersensitivity in vasodilatory shock: Discovery 01 a new clinical syndrom. P&S Med Rev 1996;3:5)

여 로 심화된다 전신적 동맥성 저 혈압은 대통맥 ， 경 동맥 압수용 체로 매 개 되 어 강력하게 AVP 분비를 촉진한다. 혈중 AVP 는

영향을 일으키 지 않는다. 외 과적 자극이 AVP 분비 의 주된 자

정상의 10-100배로 증가될 수 있다(그림 9-14 C) . 이 러한 농도

극 요인이 며 통증에 의 해 서 든지 혈관내 용적 변화에 의 해 서 든

에 서 AVP는 특히 외 신피 질에 혈관 수축제로 작용한다. 혈관

지 이 러한 스트레스반응은 강렬하고 적 어 도 외과적 처 치 후 2-

평활근， 토리 간질세포， 직 행혈관에 존재하고， phosphatidyli­

3 일 동안 지속된다-

nositol 통로를 통해 혈관 수축을 유발하는 Vla- 수용체를 자극 함으로써 일어 난다. 마취 약제들은 그들。l 야기 하는 동맥 압과 정 맥 용량 그 리 고 혈청 삼투질 농도의 변회를 제 외 하고는 AVP 분비의 직 접 적 인

2 ) 멸 관 확장과 염 분 분 비 를 촉진 하는 시 스 템 ( 1 ) Prostaglandin 신장 내의 prostaglandin은 내 인성 신장 보호에 중요한 역 할

210

•

PART I

역사와 기본원리

은 한다. Prostaglandin은 진 정 한 호르몬과는 달리 소량이 만

감소시 켜 GFR를 감소시 킨다. Thromboxan 는 ARF 패 혈증의

들어지고， 지극히 미 미 한 국소적 인 효과를 나타내 기 때문에 자

경 우에는 신장에 서 증가한다. Thromboxan 수용체 에 작용하

능성 ( 自 能性) 호르몬(autacoid) 유기물질로 분류된다 또한 구

는 또 다른 혈관 수축제 인 prostaglandin 인 PGFz는 arachi­

조 가 20- c a rbon fatty a c i d 를 기 본구조로 하기 때 문에

donic acid 가 급성 염증 동안 leukostasis 로 나온 유리 기 로 산

eicosanoid로 불리 기 도 한다(eicosa 는 Greek 어 로 20을 뭇함).

화될 때 형 성 된다. Lipoxygenase 에 의 해 형 성 된 arachidonic

혈관 확장제 인 prostaglandin은 정상적 신기능을 유지하는 데

acid 의 부산물인 leukotriene 도 또한 내독소를 활성화시 키 는

중요한 것 이 아니 라 외상이나 수술로 야기 되 는 경 색 으로부터

백 혈 구 로 부 터 분 비 된 다 . Thromboxan 과 마 찬 가 지 로

신기능을 보존하는 데 중요하다

leukotrien C4 와 D4 는 간질 세 포의 수축을 일으키 고 GFR을

세포막의 내 벽 에 존재하는 phospholipase A2는 prostaglandin

감소시 킨다.

의 합성을 조절한다. 합성을 촉진하는 것은 경색과 저 혈 압 또는 norepinephrin ， angiotensin rr ， AVP 등이 있다. Arachidonic

Kinins

acid는 cyclooxygenase 에 의 해 서 prostaglandin 의 전구물질

Kinin 은 prost a g l a ndin 의 작용을 촉 진 시 키 고 ， renln­

인 PGGz로 변환된다. Cyclooxygenase는 aspirin ， indomethacin ，

angiotensin 계 를 변 화시 키 므로 혈 관 확장제 로 작용한다.

meclofenamate ， ketorolac 과 같은 NSAID 에 의 해 서 억 제 된다

Kinins 는 phospholipase Az의 작용을 촉진시 키 고， 신장내

중요한 혈관 확장제 인 신장 prostaglandin 은 PGDz ， PGEz，

kinins 농도를 조절하는 ACE 억 제 제 에 의해 차단된다. 두 가

PG Iz(prostacyclin) 이 며 이 것 의 작용은 norepinephrine 과

지 중요한 신장 내 의 kinin 인 bradykinin 과 kallindin 은 아드

anglotensm 의 작용의 반대 이 고 AVP 를 길항하며 원위 요세관

레 날린성 호르몬과 angiotensin rr 에 의해 야기 된 신혈관 수

에서 sodium 의 재흡수를 차단한다. Prostaglandin은 특히 구

축을 감소시 킨다.

심 성 소통맥과 토리 간질세포에서 angiotensin rr 의 활성화를 막는다. Prostaglandin 의 생산은 신혈관 확장을 촉진시 키 며 ，

(2) Atrial natriuretic peptide

신장내 혈 역 학을 유지 시 키고 sodium 과 수분의 배설을 촉진시

Atrial natriuretic peptide(ANP) 가 확인되 기 전에도 여 러 해

킨다. Prostaglandin은 renin angiotensin 계를 조절할 뿐만 아

동안 내 인성 natnuretlC 호르몬의 잠재 적 인 역할이 분명하게

니 라， renm 분비를 자극한다. PGEz와 같은 합성 prostaglandin

가정 되 어 왔었다. 1972 년에 Gorfinkel 등은 개를 대상으로 한

을 외부에서 주입한 경우 동물실험 에 서 뼈F에 서 기 인한 경 색

실 험 에 서 쇼크의 형 태 에 따라 신장반응이 다른 것을 발견하였

을 막을 수 있으며 ， 또한 신 이 식 에 서 공여자의 신기능을 보존하

다. 심방 압력 이 낮은 저 혈 량증 쇼크의 경우에는 RBF의 빠른

는 역할을 하는 것으로 추정된다. Prostaglandin 의 신장 보호

감소가 나타났으나， 심 방압이 증가된 심 인성 쇼크인 경 우는

효과는 NSAIDs 가 정상 신기능을 가진 경우에는 신독성올 일으

RBF가 낮은 심 박출량에도 불구하고 대조군의 75% 경우에서

키지 않으나 경색을 가진 경우에는 신독성올 나타낸다는 사실

보존되 었다. 이 사실은 심방 확장이 신장 보호 호르몬의 분비

로 설 명 할 수 있다. Cyclooxygenase 는 8-24시 간 정 도 NSAID

를 일으킨다는 것을 나타낸다. 1981 년도에 Bold 등이 ANP 의

에 의해서 억 제 되 며 ， 혈소판의 경우에는 저해가 7-10 일 정 도

존재를 확실히 밝혀 냈다. 신장의 혈 역 학과 sodium 배출에 서

지속되 지 만， 신장의 경우에는 8-24시 간 내 에 cyclooxygenase

ANP의 중요한 역 할이 잘 알려져 있다.

가 재 생 산된 다. 스트레스의 조 건 에 서 NSAID 나 aspirin 은

사실， 이 peptide 종류들은 비슷한 전구체로 이루어 진 ， 25

prostaglandin 의존성 신 기 능을 억 제하여 RBF와 GFR 의 감소

32 7H 의 ANP-like activity 를 가지는 핵심을 가지고 있다 ANP

를 야 기 하며 ， 신 혈관저 항을 증가시 킨 다. 이 뇨제 로 유도된

는 최근 이 미 알려 진 A-type 과 뇌와 심 실 에 서 기 인하는 B­

sodium 배 설을 감소시 키 며 ， 저 칼륨혈증이 일 어 날 수 있다. 동

type ， 큰 혈 관의 내 피 세 포 에 서 기 인 하는 C-type 이 있다.

시 에 ， prostaglandins 도 레 닌 의 분비를 자극할 수 있다. 그래

Urodilatin은 하부요로계 에 서 생산되는 natriuretic peptide 이

서 음양설(yin and yang) 이 두 시 스 템 사이 에 일 어 난다.

，

다. Anaritide(A-type natriuretic peptide 로부터 ) nesiri­

혈관 수축을 일으키는 arachidonic acid 유도체들은 병 적

tide(B-type natriuretic peptide 로부터 ) 만들어 진 ， 외 부에 서

인 상태 에 서 중요하다 Thromboxan(πCAz) 은 thromboxane

주입하는 analogue 들이 개발되 었다. 이 모든 것들은 동맥과

synthetase 에 의 해 서 cyclic endoperoxide 로부터 합성 되 며

정맥을 확장시 키 며 ， RBF와 GFR을 증가시 키고， norepineph­

이 것 의 작용은 혈관 수축과 혈소판 응집을 촉진시 키 며 신장에

rine 과 angiotensin 그 리 고 endothelin 의 활동을 줄인다.

서 간질세포 응집을 일으켜 유효한 토리 표면과 여과상수를

ANP는 국소적 인 심 방 신전 (stretch) 이 나 증가된 심방 용적

Chapter

9 신장생리

•

21 1

에 대한 반응으로 심 방의 단핵세포 내 의 electron-dense gran­

Angiotensin 으로 자극된 aldosterone 를 감소시 킨다. 그것은

ule 로부터 분비된다 이 것은 guanylate cyclase를 활성화시 키

또한 부신피 질에 있는 zona glomerulosa 에 서 aldosterone 분

고 cyclic guanosine monophosphate 를 형 성 함으로써 혈관

비와， aldosterone 의 원위 요세관과 집 합관에 서 의 salt-retain

을 확장시 킨다. 뿐만 아니 라 ANP 는 경 쟁 적 으로 phospholi­

ing 작용을 억 제 한다 그 리 고 원 위 요 세 관과 집 합관에 서

pase C-linked protein 에 서 norepinephrine 을 방해하며 같

aldosterone 의 작용을 방해하며 ， ANP는 뇌하수체 후엽 에 서 의

은 자 리 에 서 비 경 쟁 적 으로 angiotensin 1I 를 방해한다 따JP

AVP 분 비 를 방해하고， 집 합관에 서 의 AVP 의 역 할을 길 항한다.

는 RBP가 증가되 어 있지 않거나， 동맥압이 감소되 어 있는 경

외부에서 주 입 된 ANP는 전신 동맥압을 감소시 키 며 이 것은 혈

우에도 빠르고 지속적 인 GFR과 토리 여과분율을 증가시 킨다

관 확장과 심 장 전부하의 감소 때 문이 라고 생 각된 다 또한

이 것은 ANP 가 원심 성 소동맥 수축과 관계 없이 구심 성 소동맥

GFR을 증가시 키 고 N a 배 설 증기를 일으키 며 신혈관 고혈압을

확장을 일으키는 것을 보여준다. 증가된 GFR는 여 과된 sodi­

반전시 킨다 U rodilatin 은 신장에 서 형 성 된 ANP 의 동종으로

um 부히를 증가시 킨다. 그 러 나 Na 배설 증가는 증가된 신수

요로 배 설 되 며 전신적 인 혈관 확장 기 능은 떨 어 지 지만 신 기 능

질 혈류량에 기 인하기도 한다.

에 서 는 유사한 기 능을 가진다.

，

내 인성 ANP 의 신장 보호기 능은 Shannon 등에 의 해 명 쾌

ANP는 혈 관 내 피 세 포 에 서 생 산 되 는 내 인 성 혈 관 수축 peptide 인 endotheline 과 길항적 인 관계를 가지고 있는 것 같

하게 밝혀 졌는데 ， 승모판 치 환술을 받은 환자들이 대동맥판 치

다 ANP 는 여 러 가지 측 면 에 서 renin-angiotensin-aldos­

환술이 나 관상동맥 혈관형 성술(coronary revascularizatio n)

terone 계 를 방해하며 reinin 분 비 에 반대 되 는 작용을 한다

을 받은 환지들보다 소변량이 적은 것으로 알 수 있다. 그들은

-l

。10. LLz 〈 E

m E

c/)cl0.l : 이Q) @

때mwm

α 」 @ 。 g φ 허」 〉 gφ mm )ιZ〈mFa @ E~ 」 (

A

것을 발견하였다. 게 다가 좌심 방압의 감소와 술후 ANP의 감소 량이 직 접 적 으로 연관이 있는 것을 알 수 있다(그림 9-15). 다 르게 밀하자면， 승모판 질환이 있고 좌심방압이 증가된 환자는 계속해서 ANP 혈중농도가 증가되 어 있다. 승모판을 수술하여 좌심 방압이 줄어들변 ANP 가 줄어들고， 결 과적 으로 sodium 배출과 소변량이 줄어든다.

50

(3) Dopaminergic System D opaminergic(D A) 수용체 에는 두 가지 특수형 이 있다( 표 9 10

15

20

25

30

35

Preoperative left atrial pressure ( mmHg )

3) . 말초기 관에서 는 DAl 수용제가 신혈관과 내 장혈관뿐만 아 니 라 원위 요세관에도 존재한다. DA ， - 수용체 의 자극은 신혈관

1 50

의 확장과 RBF와 GFR 의 증가， Na 배설 증가， 이 뇨를 일으킨

1 00

다. 그러나 나트륨 배 설 증가는 RBF와 GFR 의 증가와 상관없

50

o

이 일 어 날 수 있고 특별한 Dl-수용체 대 항제 에 의 해 파괴 된다. 근위 요세관에 서 ， 도파민은 brush border membrane 에 서

50

- 1 00

。 α

B

mmHg 이 상 감소한 환자들이 GFR과 소변량이 매 우 감소한

250

행 - 1 50 옹용 -200 〉

승모판 치 환술을 받은 환자 중 좌심 방 압력 이 수술 전보다 7

•

표 9-3 Dopa m i ne a n d its analog s

o

-5

-1 0

-1 5

-20

-25

Postoperative /::，. Ieft atrial pressure (mmHg)

그림 9-15 신장수술을 받은 환자 집단에서 좌심방 압력과 혈중 alrial nalriurelic peplide의 관계 /::，. 변화

Receptor

D Al

D A2

ßl

ß2

u1

Dopamine Dobulamine Dopexamine Fenoldopam

+++ 0 ++ ++++

++ 0 + 0

++ +++ + 0

+ ++ +++ 0

+++ + O O

212

.

PART I

역사와 기본원리

sodium-hydrogen antiporter 시 스템을 억 제 한다. 수질 비후

Constitutive NOS는 두 가지 종류가 있다. 말단신경 전달물

상행각에 서 ， 이 것은 또한 기 저 외 측 세포막에서 Na-K-ATPase

질로 작용하고， 뇌 혈관을 확장시 키 는 neuronal NOS ， 혈관내

펌 프를 억 제한다.

피 세포에서 발견되 고 이 전에는 endothelial-derived relaxing

신 경 성 DAz- 수용체 는 교 감 신 경 후 신 경 절 의 시 법 스 전

factor(EDRF) 라고 불 리 는 EDRF의 활동을 중재하는 endothe­

(presynaptic) 의 말단에 존재한다. 작용온 시 법스전 소낭에서

lial NOS 가 있다. 후지는 체순환과 폐순환의 혈관저항의 중요

norepinephrine의 분비를 억 제 하는데 ， 시 냄스전 알파2-아드

한 조절 인자이 다. 신장에 서 ， 내 인성 nitric oxide 는 oligemic

레날린성 수용체 의 자극과 동일한 기 전이 다， Norepinephrine

juxtamedullary cortex 의 혈류를 유지 시 키고， 허 혈과 신독성

의 억 제 를 통해 ， DAz-수용체 활성회는 혈관 확장을 일으킨다.

손상을 보호해 준다

도파민 수용체는 내 인성 vasodilator-natriuresis system 의

Induced NOS는 칼숨과 칼모율린을 필요로 하지 않고 염

통합요소이고 정상혈압을 유지 히는 데 기 여한다. 내 인성 도파

증세포( 대 식세포， 과 립 구) 와 혈관 근육세포들로부터 유리 되

민은 구조적으로 DAz-수용체를 자극하고， 이 것은 상승효과를

는 cytokine 에 이 해 유 도 된 다 . 활성 이 낮은 단 계 에 서 ，

일으켜 DA1-수용체 의 활성을 강화하는 것으로 생 각된다. 이 것

inducible NOS는 감염 에 대 한 반응을 강화하고， 염증반응과

은 요세관 Na +-K+-ATPase 활성을 저해함으로써 autocnne 과

상처 치 유를 증진한다. 심 각한 패 혈증에 서 ， inducible NOS는

paracrine natriuretic factor로 작용한다. 특히 sodium 의 섭 취

매우 많은 양의 nitric oxide 를 오랜 기 간 생 산하며 ， norepi­

가 증가했을 때 그 러 하다. 이 것 은 또 norepinephrine 과

nephrine 에도 반응하지 않는 전신적 인 혈관 확장을 일으킨

angiotensin II 의 antmatnuretlc 작용에 대항하는 작용을 한

다 고농도의 NO와 그 부산물인 nitrogen dioxide 와 perox

다. 내 인성 ANP는 조용한 DA1- 수용제를 혈장 쪽 세포막으로

ymtnte 는 lipid peroxidation 과 단 백 질 의 변성 (denatura­

이 동시 켜 신장의 도파민 시 스템 에 작용한다는 여 러 증거들이

tion) 을 야기 한다. 이 것은 전신적 인 염증반응을 일으키 고 급

있다. 도파민 시 스 템 의 저 히는 특발 부종(idiopathic edema)

성 신장손상에 관여한다.

의 기 전이 라고 생 각되 며 ， 이 것은 sodium과 물의 저 류로 나타 난다

신 기능과 손상에서 nitric oxide 의 이중성 Goligosky과 Noiri는 constitutive NOS 와 inducible NOS의 발

(4) Nitric oxide

현과 활성 의 균형 이 깨 지 는 것 이 ARF 의 병 태 생 리 (pathophysi­

내 인성 nitric oxide(NO) 의 생 산은 nitirc oxide systhase(NOS)

ology) 에 중요한 역 할을 한다는 가설을 세 웠다. 패 혈증의 실

에 의해 조절된다， NOS 는 비 필수 아미노산의 하나인 L-argi­

험 모텔에서 ， 두 가지 모두를 차단하는 비 선 택 적 inhibitor는 혈 압은 올렸지만， 신장을 포함한 전반적 인 관류는 저 하시 켰다.

nme을 L-citruline 으로 hydroxylation 하는 데 촉매 역할을 한 다， Nitric oxide 의 대 부분의 작용은 guanine triphospate 를

Inducible NOS 만 선 택 적 으로 저 해하는 것은 신장을 포함한

cGMP 로 변화히는 데 촉매작용을 하는 것이다， cGMP는 중요

중요한 장기 들의 긴장 관류(tonic perfusion) 를 유지 시 키 면서

한 두 가지 작용을 한다. 혈관 근육을 이완시 키고， 염증반응， 백

심 한 염증반응과 혈관 확장을 방지하였다.

혈구의 부착， 혈소판의 활성과 응집 ， 그리고 세포분열을 방지 한다 cGMP 는 phosphodeesterase I 과 V 에 의 해 GMP로 된

(5) Renal adenosine system

다 따라서 nitric oxide 의 국지 적 인 효과는 sildenafil 같은

아데노신 수용체

phosphodiesterase V 를 방해함으로써 더 강화될 수 있다.

ATP의 분해 산물 인 adenosine 은 포유류 세포들에게 서 만들

Nitric oxide 는 세포내 heme 과 heme 단 백 질 ( oxyhemoglo

어 지 고 정상적 으로 강력 한 혈관 확장효괴를 가진다고 생 각된

bin ， oxymyoglobin ， guanylate cyclase ， COX， cytochrαne

다 . 그 러 나 신 장 에 서 는 수 질 바 깥 을 수 축 하 면 서 ) UX­

P450) 에 결합함으로써 스스로 빠르게 불활성화된다

tamedullary 의 관류를 유지함으로써 신장내 혈류를 유지 하는

Nitric oxide synthase

류의 수용체 에 의 해 설 명 된다(Al ， A2a ， A Zb ， A3 ; 표 9-4)，

데 필수적 인 역할을 한다. 이 러 한 역할의 차이는 최소한 네 종

Nitric oxide synthase(NOS)는 nitric oxide syntase 의 기 능과

Al-수용체가 활성화되 면 피 질 바깥쪽의 혈관 수축이 생 긴

작용장소에 따라 몇 가지 다른 종류가 있다， Constitutive NOS

다 이 것은 또한 레 닌의 분비를 줄이고 이뇨와 나트륨 배 설 증

는 calcium과 calmodulin 이 필요하고 잠시 동안 적 은 양의

가를 줄인다. 반대로， Az 수용체는 수질 RBF를 증가시 키고， 레

NO를 분비 한다.

닌 분비 ， 이 뇨와 나트륨 배 설 증가를 증가시 킨다.

Chapter

수용체

작용제 기능

허혈성 손상

Al

오|측 피질 혈관 수축 레 닌 분비 감소 이뇨와 나트륨 배설 증가 억제

매우 보호함

수질인접 혈관 확장 레닌 분비 증가 이뇨와 나트륨 배설 증가 촉진

매우 보호함

A2b

알려지지 않음

A3

알려지지 않음

. 213

파민 대항제 인 haloperidol 과 선 택 적 DA1- 대항제 인 metoclo­

표 9-4 Adenosine 수용체 아형들과 기능

A2a

9 신장생리

pramide 들은 생 체 외 (in vitro) 에 서 도파민의 작용을 저 해 한다 이 들의 도파민 자극의 임상적 특징은 많이 연구되 지 않았다 도파민의 삼단계 (triphasic) 효과는 Olsen 등에 의 해 용량 반응 ( 1 - 1 2 ug/kg/min) 에 대 한 많은 연구가 되 었다. 1 - 2 ug/kg/min 에 서 는 평 균동맥압이 감소한다. 따라서 혈 관 확장 의 효과가 크다는 것을 알 수 있다. eRPF는 3 ug/kg/min 에서 최대치를 이룬다. 그 러 나 GFR은 어떤 용량에서도 증가하지 않

손상을 촉진

는다. 5 ug/kg/min e>ij서 는 심 박출량이 증가한다. 이 것은 베타­ 아드레날린성 수축 촉진 효과이다. 7. 5 ug/kg/min 이상에서 는 알파-아드례날린성 수용체 지극에 의한 혈관 수축이 일 어 나 평균통맥압은 빠르게 증가한다.

Ischemic preconditioning and adenosine

도파민 유도 나트륨 배 설 증가(natriuresis) 는 근위 요세관

생 처l 내 (in vivo) 허 혈 성 급성 신장 부전의 쥐 모델에서 ， Lee 와

의 outflow 가 늘고 distal reabsorption 의 감소에 의한 것 이 라

Emala 는 ischemic preconditioning 에 서 아데노신과 아데노

고 생 각된다. 높은 용량에서 ， saluresis 는 실 질 적 으로 증가하는

신 수용체 아형들의 역 할의 특정을 기 술하였다. 선 택 적 Al-작

데 ， 이 것은 압력-의존 나트륨 배 설 (natri uretic) 효과이다. 도파

용제와 아데노신을 허혈 전에 주었을 때 신장의 재관류 손상이

민과 도부타민의 심 장수술 후의 수축촉진 용량의 비교연구에

방지 되 었다. 반대로， 선 택 적 A3-작용제는 허 혈 손상을 증가시

서 두 제제는 GFR， RBF ， 신장혈관저항， FF 에서 비슷한 결과를

켰다. 선 택 적 A 2a 수용체 가 신장손상을 방지하는 역할이 가장

보였다 그 러 나 도파민은 요량， natriuresis ， FENA， 칼륨 배출이

켰다.

더 높은 수치를 보였다. 이 와 같이 ， 이 뇨효과{diuretic effects)

Al- 수용체 자극은 신장의 산소 소모량， 피 질의 혈량， GFR

는 GFR과 RBF 에 독립 적 이 다.

그 리 고 교감신경작용을 줄이고， A2- 수용체 자극은 피 질의 혈량

이론적으로 도파민은 선 택 적 으로 RBF와 saluresis를 증가시

을 증가시 켜 산소 운반을 증가시 킨다. 게 다가 아데노신은 세 포

키 는 것 (DA1-수용체 효과)과 심 박출량을 증가시 키 고 신 관류

를 보호하는 특정 이 있는데 ， 이 는 심 장 ， 뇌 의 ischemic pre­

를 증가시 키는 것으로( 베타- 아드레 날린성 효과) 신장에 이 로운

conditioning 의 중요한 역할을 한다. 그 리 고 이 장기들에서 허

효과가 있다. Norepinephrine 에 의한 혈관 수축에도 불구하고

혈 이 발생했을 때 세포들이 더 잘 견 디 게 하는 역 할을 한다고

도파민은 신장혈류를 증가시 킨다 그러나 혼합된 아드레날린

알려 져 있다 안전한 선 택 적 인 A 2a-수용체 작용제 의 약리학적

성 효과 때 문에 도파민의 효과가 제한된다 게 다가 약동학 연

발전은 신장의 허 혈손상을 막아준다.

구에 서 ， MacGregor 등은 사람들에 따라 도파민의 혈장농도가

I훨 약리학적 신장보호

30배 정도 차이 가 난다는 것을 발견했다. 저용량 도파민을 주 입 받았던 일부 환자에서 는 높은 알파-아드레날린성 범 위 의 혈 장농도가 나타난다 넓 은 범 위 의 도파민 농도는 임 상적용에서 다양하고 예측하기 힘 든 것을 설 명 해 준다. 저 용량에서도 원치

이 전 내용에서 언급한 생 리를 근거 로， 많은 보호작용이 있는

않는 빈맥이 생길 수 있다. 10 ug/kg/min 이상의 용량에 서 ， 도

약제 의 사용이 조장되고 있다. 단기 효과( 요량의 증가， GFR 의

파민은 알파-아드레날린성 수용체의 높은 활성을 나타내는데 ，

개 선) 는 일반적으로 확실하지는 않지 만， ARF 나 투석 의 펼요，

이는 norepinephrine 으로 biotransformation 하기 때문이다.

생존률 등 측정된 결과가 확연한 차이를 보여주는 데 이 터는 아

총 효과는 급격한 신장 혈관 수축과 요량의 감소이다.

직 거 의 없다. 이 런 약제들 중 일부가 여 기 서 논의 될 것 이 다.

아마도 이 러한 결함들이 낱낱이 고려 됨 으로써 ， 수술， 외상， 패 혈증에서 예 방적 저 용량 도파민의 사용을 지 지 하는 데 이 터

1 ) Dopa m i n e rg i c a g o n i st (l ) Dopamine

도파민 작용제와 대 항제는 DA1- 수용체와 DA2- 수용체의 선택

적 비선택적 효과에 의 해 구분된다(표 9-3 참조) . 비 선택 적 도

가 거 의 없다. 저용량 도파민은 thoracic crossing clamping 동안 RBF ， GFR 또는 요량을 증가시 키 지 못한다 기 초(base­ line) GFR 이 50 mL/kg/min/1 . 73 m2 이하일 때 는 저 용량의 도파민의 GFR과 RBF 증가효과가 크지 않다. 간이식 환자의

214

•

PART I

역사와 기본원리

전향적 연구에 서 ， 예 방적 저 용량· 도파민은 술중 요량， 술후

지하는 prostaglandin 의 혈관 확장작용은 신장보호기 능에 대

Ccr ， ARF， 사망률에 큰 이 로운 효과가 없 었다. 이 런 경우 빈맥

한 많은 연구를 이 끌었다 PGEl 같은 합성 prostaglandin 의

을 흔히 일으킨다.

투여는 동물실 험 에 서 허 혈-유도 ARF를 방지하고， 신장이 식 에

이 러 한 증거를 볼 때， 이뇨작용이 있는 수축 촉진제 (inotrop

서 공여자(donor) 신장을 보호히는 기 능이 있 는 듯하다.

ic agent with diuretic activity) 의 기능을 위 해 도파민의 사용 은 제한되 어 야 한다. 충분한 혈관내 용적 이 있는데 ， 저 혈 압이

3 ) 칼슐통로 차단제

동반되 면서 ， 요량이 감소하는 경 우에는 도파민이 혈압을 올리

칼슐통로 차단저](calcium channel blocker ， CCB)는 여 러 가

고， 심 박출량을 증가시 키 며 ， RBF와 요량을 증가시 킨다.

지 방법으로 신장을 보호핸데 ， 혈후 reflow-induced vaso­ constriction 과 토 리 에 서 anglotensm 의 효괴를 저 해 하는 것，

(2) Dopexamine

순환 interleukin-2 수용체 의 수를 줄이는 것들이 그러한 방법

Dopexamine 은 dopamin 의 합성 유시물질 이 다. 베 타2 아드

에 해당한다. CCB 는 。xygen free radical을 줄이고 세 포 내로

레날린 수용체 작용물질 이 며 비 선택 적 도파민성 작용물질이

칼슐 유입과 칼슐/칼모율린 의존성 xanthine dehydrogenase

다. 신혈관에서는 dopamine 효과의 30% 정도를 가지고 있고

의 xanthine oxidase 로의 변환을 줄임 으로써 재관류 손상

1-5 ug/kg/min 의 용량을 사용하였을 때 좌， 우 심실 후부하의

(repurfusion injury)을 줄인다

감소를 가져오며 뼈F를 증대 시 킨다. 빈맥이 지주 발생하지만

그러 나 칼슐 차단제는 신장의 자동조절 기 전을 압도하고 유

부정속맥 (tachyarrhythmia) 은 아니 다. 잠재 적 인 이점은 신 관

도-저 혈 압 시 신 기 능을 더 욱 악화시 킨다. 신부전 환자에 게 서 의

류를 증가시 킬 뿐만 아니 라 혈관 확장과 luistropic action( 증

nifedipine 투 여 는 비 핍 뇨성 신부전을 일으키 며 이 는 약제를

가된 확장기 이완과 심 벽 긴장의 감소) 을 통하여 심근의 효율성

중단할 때 회복된다 대조적 으로 고혈압 환자에게 서 diltiazem

을 향상시 킨다. Dopexamine 은 작용 발현 이 빠르고 cate

과 nifedipine은 Na 배설 증기를 조장하며 RBF 와 GFR을 증가

cholamine 의 작용을 상쇄하는 milrinone 과 같은 phosphodi­

시 킨다. 칼숨통로 차단제는 cyclosporin ， cisplatinum ， 조영제

esterase 억 제 제와 같은 약리 적 인 측면을 가진다.

등의 신독성 약제 에 대해 중요한 보호작용을 한다.

(3) Fenoldopam

4) N i tri u ret i c perpt i d es

Fenoldopam 은 benzodiazepine dopamin . 유사물 질 로서 DA2와 베 타-아드레날린성과 알파-아드레 날린성 작용 없이 선

ANP나 ANP 유사물의 외부 투여는 동맥과 정 맥 의 이 완을 통 해 혈압을 감소시 킨다 Nesiritide(human recombinant BNP)

택 적 으로 DAI 수용체 에 작용한다. 0. 003-0. 3 ug/kg/min 만큼

는 외부 투약 시 말기 심부전에서 효과가 입 증되 어 FDA 허 가

복용하였을 때 용량 의존성 신혈류량과 Na 배설의 증기를 나

를 받은 유일한 nitriuretic perptide 이 다. 이 물질은 이 뇨를 촉

타낸다. 시 험 관에서 norepineplrine 으로 유도된 혈관 수축을

진하여 폐울혈과 폐부종을 개선시 킨다. Urodilatin은 ANP유

길항한다. Fenoldopam은 급속히 대사되 고 반감기는 10분 정

사물질로 신장에서 생성 후 소변으로 제 거 되 어 전신적 혈관 이

도이 며 정맥주사 시 빠른 발현과 효과의 상실이 있다.

완효과가 없고 신장에 서 만 ANP유사 기능을 보 인다.

Fen이dopam은 중증 고혈압을 조절히는 데 sodium nitro­

prusside 만큼 효과적 이 다. 그러나 nitroprusside 와는 달리 반

는 것을 보 인다는 것이다. 동물실 험 에 서 허 혈 성 ， 신독성 ， 급성

발 고혈압(rebound hypertension) 없이 GFR과 요유량의 증

세뇨과 괴 사에서 ANP를 주입 하였을 때 GFR과 RBF가 증가하

가와 염분배설 증기를 일으킨다. Fenoldopam 의 선 택 적 DAI­

여 이뇨가 일 어 났으며 요독증상과 조직의 손상을 감소시 켰다

수용체 활성은 dopamine 의 베타-아드레 날린성 부작용 없이

는 연구가 있다. 대 조군 연구에서 내 인성 급성 신부전 환자에

신독성 또는 허혈성 신손상으로부터 보호를 얻을 수 있다고 생

게 ANP 투 여 가 24시 간 안에 creatinin 제 거 율을 1 0 에 서 21

각되 어 왔으나 현재에는 이 것은 임상에 실제로 쓰이지 않고 이

m1/h 로 증가시 켰으며 ， 투석 의 발생율을 23%에서 5%까지 감

론적으로만 남아 있다.

소시 켰다.

흥미로운 점은 ANP를 투여 하였을 때 급성 신부전이 회복되

이 결과로 대규모의 무작위 환자 대조군 연구를 시 작하게

2) P rostag l a n d i n s

되 었다. 이 연구에서 504 명 의 핍뇨성 이 나， 비 핍 뇨성 급성 요세

N orepinephrine 과 angiotensin의 혈 관 수축작용에 대항하여

관괴사 환자에 게 24시간 동안 anaritide 를 투여하거나 위 약을

prostaglandin 의 혈관 확장작용과 inner cortical perfusion 유

투여해 보았다. 핍 뇨성 급성 신부전에서 anaritide 의 주 입 이 투

Chapter

9 신장생리

•

21 5

석 없는 생존율이 27%로 위 약군의 8%에 비해 의 미 있는 결과

(2) 전신마취

를 얻 었다. 하지 만 비 핍 뇨성 급성 신부전에서는 anaritide 의 투

흔히 사용되는 마취 약제가 신장기능에 미 치는 영 향은 Priano

여 가 더 나쁜 생존율을 보였다( 49%와 59%) 핍 뇨성 급성 신부

에 의해 잘 요약되 어 있다. 모든 마취방법과 약제들은 GFR을

전 환자들은 혈압이 요유량(urine flow) 에 영 향을 덜 미 치는

감소시 키 고 술중 요유량은 감소시 커 는 경 향을 가진다. 어 떤 약

반면 비 핍 뇨성 급성 신부전 환자들은 anaritide 투여 시 혈압의

제들은 RBF도 감소시 키 나 여과분 획(filtration f1χtion) 은 통

저 하로 인한 요유량이 감소하기 때문이 라 설명 하였다.

상적으로 증가시 키 며 이 는 anglOtensm 에 의한 원심성 소동맥

이 결괴를 참고하여 다시 핍 뇨성 급성 신부전 환자 222 명을

혈관 수축이 GFR 의 감소를 제한함을 암시한다. 그 렇 지 만 이들

대상으로 이중 맹 검 실험을 시 행하였다 그 결과 투석 의 필요성

의 효과는 외과적 지극이 나 대 동맥 차단에 의한 것보다 매우

과， 투석 없는 생존율， 60 일 사망률을 비교한 결과， 두 시 험 군

약하며 마쥐로부터 의 각성 후에는 일반적으로 즉각 소실된다.

에 서 의 미 있는 차이 가 나타나지 않았으며 ， anaritide 투여군에

저 혈 압을 유도하는 마취방법은 RBF와 GFR의 유지 ( 이 는 통상

서는 위 약군에 비해 명 백 한 저 혈압이 발생하였다.

마취 에 서 유지 된다) 에도 불구하고 요세관 주위 (peritubular)

이 러 한 연구들은 동물실험군에서 성 공적 인 결과가 나왔더

모세 혈관 수압의 변화로 인해 요유량을 감소시 킨다. 신장의 저

라도 실제 입상연구에서 성공적 인 적 응의 어 려움을 나타내고，

혈량증이 길 어 져 신독성올 더 악화시 커 지 않는 한 영구적 인 손

이 것은 신부전에서는 신장 관류압 유지 의 중요성을 알려준다.

상은 드물다.

I폐

Halothane ， enfluane ， isoflurane과 nitrous oxide 의 병용

수술중

허혈 및 신독성에 의한 손상

시 중추성 순환( 심 근억 제 ， 말초 저 류) 에 작용하여 RBF와 GFR 이 경 도에서 중등도 정도의 감소를 보인다. 이 러 한 영 향은 수 분공급에 의 해 조정 된다. 고용량의 opioid(fentanyl ， alfen­

이 단락에서는 수술중 약제들과 상황들이 정상 신장생 리 에 손

tanil) 는 심근수축력 을 감소시 커 지 않고 RBF와 GFR에 영향을

상을 줄 수 있다는 것을 알아본다. 만약 이 러 한 손상이 개 인 이

적 게 준다. 이 들은 휘발성 약제보다 술중 catecholamine ，

감당할 수 없 을 정 도로 심할 경 우 허 혈 성 ， 신독성 신장손상을

angiotensin II ， aldosterone ， AVP 의 분비 억 제 에 더 효과적

일으킬 수 있다.

이 다 그 렇 지 만 심 폐우회술의 경 우 많은 용량의 opioid 에도 불 구 하 고 AVP 와 catecholamin 치 의 증 가 를 보 인 다 .

1 ) 마추| 저|

Thiopental 과 diazepam 같은 정 맥 마취 제 는 신 기 능 변화에

신기능을 보존하기 위한 수술 중과 수술 후의 마취방법의 선택

10-15% 정 도의 적은 변화를 보인다 Ketamine 에 의 해 서 는 아

은 RBF와 관류압의 보존， 혈관 수축제 의 억 제 ， 수술 자극과 술

마도 교감신 경 의 항진에 의 한 것으로 보이는 RBF의 증가와

후 통증에 대한 염 분 잔류， 스트레스 반응의 억 제 와 신독성을

요유량 속도의 감소를 보이 며 출혈성 저 혈 량증 동안에 RBF는

피할 수 있거나 줄일 수 있어야 한다 단독의 마취 약제 로서 는

잘 보존된다.

이 러한 판정 기 준을 만족할 수 있는 것은 없다.

휘발성 마취제의 신독성

(l ) 국소마쥐

휘 발성 마취제 (volatile anesthetic) 의 잠재 적 선독성은 대 사산

T4 에서 Tl。까지 의 흉부분절의 교감신경 차단을 하는 척추마취

물인 유리 불회물(f!uroride) 에 기 인하며 이는 농축능의 소실

나 경 막외 마취 에 서 는 교감신경 스트레 스 반응을 억 제 하고

과 다뇨성 급성 신부전증( polyuric ARF) 을 수반하는 요세관

renm과 argmme vasopressm 등의 catecholamine을 분비 억

병 변을 유발한다. 신독성은 aminoglycoside 나 이 전의 신 기 능

제하는 데 아주 효과적 이 다. 대수술 동안 적 절한 신 관류가 유

장애 (renal dysfuntion) 에 의 해 더 심 해진다. 불화물의 최 고 치

지 되는 한 RBF 와 GFR은 유지 된다. 이는 특히 심 혈관질환이

가 5 0 mM/L 보다 작은 경 우는 손상이 드물고 1 50 n뻐/L 이상

있는 고연령층에서 신 경 차단 시 의 세심한 차단이 필요함을 보

의 불화물은 높은 다뇨성 급성 신부전증의 높은 발생률과 연관

여주며 ， 술중 수액요법을 25-50% 증가시 켜 야 함을 암시한다.

된다. Methoxyflurane 1 MAC 이상으로 두 시 간 이상 사용 시

그 렇 지 만 Gamulin 등은 경 막외마취로 신장교감신경 이 차단되

최 고 불회물치는 100 mM/L를 넘 기 쉬우며 이 런 이 유로 이 약

었을 때 ， 선 하방대동맥 차단( cross-clamping) 시 나타나는 신

제는 더 이상 사용되 지 않는다. Enfluane 은 대사가 빨라 대부

혈관 저 항의 증가를 차단하지 못하고 술후 creatmm 제 거 율의

분의 연구에서 최 고 불회물치는 경 I따1/L을 넘 는 경우가 드물

감소를 막지 못한다고 한다.

다고 한다. 그러나 항결핵 약제 인 isonazid는 불화물의 생 성을

216

.

PART I

역사와 기본원리

더 조장한다. 단지 어 떤 단독보고에서 만 enfluane 에 의한 불화

2 ) 양압환 기

물로 유도된 신독성을 보여주고 있다. Isoflurane 은 4 m/L 이

양압환기와 호기 말 양압은 RBF ， GFR， sodium 의 배 설 및 요유

하의 최 고 불화물치를 보 여 주고 halothane은 불회물로 전혀

량 속도를 감소시 킨다. 신 기 능의 억 제 정 도는 평 균기 도압에 따

대사되 지 않는다

른다. 신장에 대한 충격은 간헐필수환기 (intermittent manda­

Sevoflurane 의 잠재 적 인 신독성 에 대 해 서 는 논쟁의 여 지 가

tory ventilation ， IMV) 보다 inverse ratio ventilation 시 크고，

남아 있다. 이 의 대사산물 enfluane 보다 많은 불화물을 생 성 함

호기 말 양압과 동반한 자발호흡 때 보다는 IMV 때 크다고

에도 불구하고 임상적 으로 특기 할 만한 불회물로 유도된 신독

한다.

성은 보이 지 않고 있다 낮은 유량에서 이산화탄소 흡수제를

이 런 변화는 기 도와 흉곽강내 압력 이 혈관내 압력으로 전달

통과할 때 sevofrulane 의 분해에 의해 생 기 는 compound A는

되어 일 어 나며 정 맥 환류와 전층 심 장충만압(transmural car­

쥐 에 게 신손상을 줄 수 있다. 인체에서 ARF가 보고되 지 않았

diac filling pressure) 과 심 박출량을 감소시 킨다. 급성 폐손상

음에도 불구하고 Eger 등은 2 L!min 의 가스유량에서 1 . 경

시 낮은 폐탄성으로 인해 이 전달은 감소된다 높은 평 균 기 도

MAC 의 sevoflurane 을 8 시 간 받은 실험군에서 일시 적 신손상

압은 폐동맥순환을 압박하고 우심 실의 후부하를 증가시 키 며

( 알부민혈증， 요세관 효소뇨) 의 증거를 보고했다. 요농축능이

심 실 증격을 좌심 실로 이 동시 키 고 심 실 충만과 심 박출량을 감

나 혈 청 creatinin 및 BUN의 변화는 없었다. 결과적으로 Eger

소시 킨다. 양압환기는 하대 정 맥 압과 신 정 맥 압을 증가시 키 고

등의 연구에 서 는 토 리 와 요세관손상의 생 화학적 표적 (bio­

아마도 요세관 주 위 모세혈관압의 증가로 인 한 요세관의 sodi­

chemical marker) JAW Millü 뻐싸 빼빼 싸Mι 싸.-. 빼M 빼M 삐삐 빼M 빼L 빼M 빼M 빼M a

흘입마취제와

이나 힘 의 곱으로 정 의 하며 단위는 ‘ joule’ 로 표시한다. 폐 의 3.6

u빠 c

13

초

복하는 작 업 량과 폐 조 직 의 점 도탄력 (viscoelastic) 저 항을 이 겨 내는 작 업 량의 합이 다. 호흡일은 일 반 적 으로 폐 경 유압력 (transpulmonary pressure)과 1 회 호흡량의 곡선에 의 해 얻어 진다. 흡 입 마취 제 는 어른이 나 어 린이 모두에서 호흡일을 증가 시 킨다 Sevoflurane 을 정상 쥐에 투여하면 폐의 점도탄력 압 력과 탄력 압력 을 증가시 키 는데 ， 이 는 기 도부위 에 서 보다는 폐 의 변두리 에 서 의 탄성 Ccompliance) 를 억 제하기 때문이 다. 사 람의 경 우 낮은 농도의 흡입마취 제 는 상부 호흡계통과 하부 호흡계통의 저 항을 현 저 하게 잠소시 킨 다( 그림 13- 1 1 ) 만성

그림 13-7 • 세로토닌(serotonin， 5-HT)의 다앙한 용량(0. 1 .4， 1 .8， 4.9

천 식 을 유도한 생 쥐모댈에서 sevoflurane 으로 마취를 시 행 하

pmol/mi미을 투여한 상태에서 이소푸루란을 마취 이하 농도(0.3 MAC)를

면 상기 도와 하부기 도의 저 항을 감소시 커 고 폐 변두리 의 저 항

투여하더라도 들숨혀 밑신경세포가 억제된다- 서|로토닌의

존재

하에서 들숨

않음을 제시하고 있다‘ 이소푸루란의 마취 이하 농도에서 혀 밑신경활동은 60%

혀 밑신경세포가 억제되는 것으로 보아 칼륨이온누출통로가 주로 작용하지 정도 현저하게 억제되었으나 가로막신경활동은 1 0%

미만으로

거의 억제되지

잃댔다 Fr은 신경세포의 자발최고방출빈도를 말한다 (출처 Brandes I F， Zuperku EJ， Stucke AG， et al: Isollurane depresses the response 01 inspiratory hypoglossal

motoneurons to seroton i n in vivo

Anesthesiology 106:736， 2007， with permission.)

도 감소시 켰다. 따라서 sevoflurane은 만 성 기 도폐 쇄 가 있는 환자에 유 익 하며 흡입 마취 제 가 호흡일을 감소시 킬 수 있음을 암시 한다( 그림 1 3-12) 정 상호흡을 하는 상태 에 서 날숨은 폐 의 반동특성 에 의 해 수 동적으로 영향을 받는다. 환자에 게 마취를 시 행 하면 날숨저 항 에 대 한 호흡반응이 들숨저항에 대한 호흡반응보다 훨씬 더 많 이 억 제된다. 사람의 경 우 날숨저항부하가 걸 리 면 의 식 이 있거

논은 신경 근육전달을 잘 유지 하기

나 마취상태 에 서 는 호흡횟수가 감소하지 만 마취상태 에 서 는 갈 때문에 가로막경유압(trans­

비 우 리 - 배 벽 운동의 비 동시 성 이 일 어 나 환 기 가 억 제 되 어

diaphragmatic pressure) 이 나 가로막근전도검사(electromyo­

PaC02가 증가한다. 이 러한 개 념 은 호흡회로의 부분박힘 ， 천식

graphy) 에 영향을 미 치 지 않는다.

이나 폐공기증， 기도의 분비물에 의 해 날숨 중 기 도막힘 이 있

호흡일 (work of breathing)은 들숨 중의 1 회 호흡량과 압력

여 히는 경 우에 PaC02가 증가할 수 있으므로 특히 중요하다.

:C:�

。}즈ξ 갈비우리

머리쪽

는 환자에 게 자발호흡을 하고 있는 상태 에 서 흡입마취제를 투 Sevoflurane 마취 중에 아산화질소의 이 차 가스효괴를 설 명 하 는 데 있어 새 로운 기 전으로 흡입마취 제 에 의한 환기 - 관류불균 형 이 제 시 되고 있다

가로막

5) 흡입 마취 제 가 화학자극에 의 한 환기 반응에 미 치는 영향

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흘입마취제의 대사와 독성

「「 4 |l ll J F「 || l| P) t’

J → | lI”ν l’ I’ E’ J ! (1 니” Ru ­ 4 → 「「 힐로탄

Chapter 14

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11

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11 1

Prot. - NH - C -C - F

L드」

그림 14-6 할로탄， 엔플루란， 이소푸루란， 데스플루란이 CYP4502E1 효소에 의한 대사 할로탄， 이소푸루란， 데스플루란은 trifluoacetylated 단백질 부가 물의 구조가 동일하지만， 엔플루란은 면역학적으로만 유사하고 구조는 다르다

각각의 거 울상제를 분리 ， 생 산하는 비용이 절감됨 에 따라 임

mer) 가 (S)-이 성 체 보다 간에서 TFA-단백 질 부가물을 더 많이

상에서 의 사용이 점 차 증가되고 있다. 예를 들어 (S)-ketamine

생 성 한다( 그림 1 4-7) . 할로탄의 이 성 체들끼 리 의 마취 강도는

은 racemic ketamine 에 비 해 효능이 우수하고 체 외 배출이 빠

비슷하므로 (R)- 이 성 체 나 거 울상 흔합물보다 (S)- 이 성 체 가 더

르며 ， 안절부절못하는 부작용이 적 은 반면， 진통 강도는 (R)­

안전할 것으로 보인다. (R) 엔플루란은 (S)-엔플루란에 비 해

ketamine 보다 3 배 나 더 강력 하다. 부피 바카인 (bupivacaine)

간에서 1 . 9배 정 도 더 많 이 대사되고 이 소푸루란의 이 성 체 들

상동체 (homolog) 의 (S)형 인 ropivacaine 과 (S)-부피 바카인인

은 마취강도의 차이 가 나 기 때문에 향후 마취 약은 각각 이 성 체

levobu pivacaine 이 개 발되 어 임상에 서 사용되고 있다.

에 따라 개발될 것으로 전망된다.

Ropivacaine은 부피 바카인에 비 해 혈장 단백 질과의 결합능 은 비슷하지만 지 방용해도가 낮고， 혈장제 거 율(plasma clear로탄은 (R)- ， (S)- 거 울상 혼합물로서 CYP2E1 에 의해 산화대

ι헤

사되 어 TFA-Cl을 생 성 한다. TFA-Cl은 단독 또는 여 러 가지 간

1 ) 독성 의 기 전

단백질과의 공유결합으로 할로탄 간독성 의 면 역 반응에 관여한

일반적으로 용량의존적 인 반응을 보이는 흡입마취 제 의 독성은

다. 할로탄은 입 체 선 택 적 대 사가 일 어 나는데 ， (R)- 이 성 체 (iso-

일정 용량 이상 흡입 되 었을 때 발생할 수 있다. 이 외 에도 체 내

ance) 이 높아서 배출반감기 (elimination half-l此) 가 짧다. 할

흘입마취제의 독성

330

•

A

PART 11

전신마취

•

B

그림 14-7 (R) 또는 (8) 할로탄을 24시간 동안 처리한 쥐의 간에서의 trifluoacylated 단백질 먼역화학적 검사 A와 B는 각각 (R)-할로탄과 (8)-할로탄을 처리하였대배율 50삐. (출처 Njoku D， Laster MJ， Gong DH， et a I : Biotransformation of halothane， enfl urane， isofl urane and desfl urane to trifl uoroacetylated liver proteins : Association between protein acylation and liver injury. Anesth Analg 84 : 173-178， 1997.)

로 투여된 익t물의 대 사과정 에서 생 성 된 중간 대 사산물이 면역

(idiosyncratic) 기 전으로 야기 될 수 있다. 내 인성 기 전을 통해

반응을 유발할 수 있는 불완전항원(hapten) 으로 되어 세포내 정상적 으로 항산화제 역 할을 히는 세포의 방어 기 전 이 결 여 될

발생한다. Acetaminophen 과 chloroform 에 의한 간손상은 내

때 독성 이 나타날 수 있다. 일반적 인 약물과 달 리 흡입마취제

나기 위 해 서 는 문턱 용량( threshold dose) 에 도달해야 하는데 ，

의 1 기 대사 동안 생 성 된 중간대사산물은 세 포단백 질과 불완

문턱 용량은 다른 익t물， 생 리학적 상태 의 변화， 병 적 상태 등에

전항원 단백 질 공유결합을 함으로써 면 역 반응이 일 어 난다. 이

의해 영향을 받는다. 일단 이 용량에 도달하면 대 사산물은 직

어 서 세 포대 사， 단백 질합성 ， 복저] (rep!ication) 등에 영향을 미

접 간손상을 유발시 킬 수 있고， 세포의 보전 유지에 필요한 효

쳐 조 직 괴 사， 돌연변이 ， 기 형 발생 ， 암발생을 유발하거 나， 익t물

소계를 억 제 한다. 이 에 반해 특이 체질성 기 전은 드물게 발생하

알레르기 등 각종 손상을 야기한다.

지 만 개 체 의존적 인 특징을 보인다. 대 부분의 흡입마취 제 에 의

단백 질 ， 효소， 핵산 등과 공유결합하여 부가물을 형 성하거 나，

야기 되는 간손상은 예 견 될 수 있으며 ， 환자의 상태와 무관하게 인성 간손상을 일으키는 대표적 인 예 이 다. 내 인성 독성 이 일 어

한 간손상이 여 기 에 해당한다. 간손상을 포함한 특이 체 질성 약

2) 간독성

물반응은 ‘hapten 가설’ 과 ‘danger 가설’ 로 설 명 되 는데 ， 분자

Chloroform ， carbon tetrachloride ， trichloroethylene 등은

량이 작은 전구약물은 면 역 성 을 띠 지 않으므로 간손상을 야기

비교적 빈번히 발생히는 간독성 때문에 현재는 임 상에 사용되

하지는 않는다.

지 않는다. 1956년 임 상에 도입된 할로탄은 최초의 불소화합

그러나 대 사산물은 조직단백 질과 비 가역 적 인 결합을 하여

물 alkane 마취제로서 안전한 약물로 소개되 었으나， 역 시 간

면 역 성을 띠 게 되는 약물-단백 질 부기물(또는 불완전항원 운

괴 시-(hepatic necrosis) 를 포함히는 간독성 이 발생 되는 것 이

반체 접합물)을 생 성 한다. 약물 자체와 대 사산물 모두 단백 질에

보고되 었다. 치 명 적 인 간괴 사는 1 천 건당 하나의 빈도로 발생

결힘송}는 불완전항원인 ‘ hapten’ 이 될 수 있다. 단백질과 결

하며 ， 할로탄마취 후 원 인불명 의 열과 황달이 나타난 환자에 게

합된 불완전항원은 항원부여 세 포(antigen-presenting cell ，

차후 할로탄을 사용하지 않는 것 이 바람직하다. 그 러 나 이 후

APC) 에 의 해 인 식 되 어 주 조직 적 합성 복합체 (major histo­

할로탄뿐 아니 라 엔플루란도 비록 빈도는 낮지만 간독성 이 보

compatibility complex ， MHC)와 함께 세포독성 (cytotoxic) T

고되 었고， 이 소푸루란과 데 스플루란도 매우 낮은 빈도지만 간

세포에 의 해 면 역 반응이 나타난다 이 과정을 능ignal 1’ 또는

독성 이 보고되 었다.

‘ hapten 가설’ 이 라고 한다.

약물에 의한 간독성은 내 인성 (intrinsic) 또는 특이 제 질 성

한편 약물이나 마탬에 의해

스F레스를 받거 나 손상 받

Chapter 14

홉입마취제의 대사와 독성

•

331

반응성 대사산물

CD8 + T

↓

B 세포

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20 psig

•

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