Evaluation of Parameters of Gas Exchange During Partial Liquid Ventilation in Normal Rabbit Lung

토끼의 정상 폐 모델에서 부분액체환기 시 가스교환에 영향을 주는 인자들에 대한 연구

Background: The opitmal ventilator setting during partial liquid ventilation(PLV) is controversial. This study investigated the effects of various gas exchange parameters during PLV in normal rabbit lungs in order to aid in the development of an optimal ventilator setting during PLV. Methods: Seven New-Zealand white rabbits were ventilated in pressure-controlled mode with the following settings; tidal volume($V_T$) 8 mL/kg, positive end-expiratory pressure(PEEP) 4 $cmH_2O$, inspiratory-to-expiratory ratio(I:E ratio) 1:2, fraction of inspired oxygen($F_TO_2$) 1.0. The respiration rate(RR) was adjusted to keep $PaCO_2$ between 35~45 mmHg. The ventilator settings were changed every 30 min in the following sequence : (1) Baseline, as the basal ventilator setting, (2) Inverse ratio, I:E ratio 2:1, (3) high PEEP, adjust PEEP to achieve the same mean inspiratory pressure (MIP) as in the inverse ratio, (4) High $V_T$, $V_T$ 15 mL/kg, (5) high RR, the same minute ventilation (MV) as in the High $V_T$. Subsequently, the same protocol was repeated after instilling 18 mL/kg of perfluorodecalin for PLV. The parameters of gas exchange, lung mechanics, and hemodynamics were examined. Results: (1) The gas ventilation(GV) group showed no significant changes in the $PaO_2$ at all phases. The $PaCO_2$ was lower and the pH was higher at the high $V_T$ and high RR phases(p<0.05). No significant changes in the lung mechanics and hemodynamics parameters were observed. (2) The baseline $PaO_2$ for the PLV was $312{\pm}$ mmHg. This was significantly lower when decreased compared to the baseline $PaO_2$ for GV which was $504{\pm}81$ mmHg(p=0.001). During PLV, the $PaO_2$, was significantly higher at the high PEEP($452{\pm}38$ mmHg) and high $V_T$ ($461{\pm}53$ mmHg) phases compared with the baseline phase. However, it did not change significantly during the inverse I:E ratio or the high RR phases. (3) The $PaCO_2$ was significantly lower at high $V_T$ and RR phases for both the GV and PLV. During the PLV, $PaCO_2$ were significantly higher compared to the GV (p<0.05). (4) There were no important or significant changes in of baseline and high RR phases lung mechanics and hemodynamics parameters during the PLV. Conclusion: During PLV in the normal lung, adequate $V_T$ and PEEP are important for optimal oxygenation.

배 경 : 부분액체환기 (partial liquid ventilation; PLV) 시 최적의 기계환기의 설정에 대해서는 아직 논란이 많은 상태이다. 이에 정상 폐의 PLV 시 가스교환에 영향을 주는 인자들을 관찰함으로써, PLV 시 최적의 기계환기 설정을 확립하는 데에 이용하고자 본 연구를 시행하였다. 방 법 : New Zealand 산 백색 토끼 7 마리를 기계환기를 시행하였다. 기계환기는 압력 조절 양식으로 일회호흡량 ($V_T$) 8 mL/kg, PEEP 4 $cmH_2O$, 흡기대호기비 (I: E ratio) 1:2, 흡입산소분율 ($F_IO_2$) 0.75로 설정하였고, 호흡수(RR)는 $PaCO_2$가 35~45 mmHg 사이에 유지되도록 조절하였다. 이후 30분마다 기계환기기의 설정을 protocol에 따라 변화시키면서 가스환기(gas ventilation; GV)를 시행하였는데 ; (1) 기저 설정 단계, (2) 역비환기 (inverse I: E ratio) 단계로 I:E ratio 2:1, (3) 고 PEEP 단계로 2단계와 같은 평균흡기압 (MIP)을 유지하는 정도의 PEEP 증가, (4) 고 $V_T$ 단계로 $V_T$ 15 mL/kg, (5) 고RR 단계로 4단계와 같은 분당환기량 (MV)을 유지하는 정도로 RR을 증가시켰다. 그 후 perfluorodecalin 18 mL/kg 주입 후 상기 protocol과 동일하게 PLV를 하였다. 각각에서 동맥혈가스검사와 폐역학 및 혈역학적 지표를 측정하였다. 결 과 : (1) GV 시 $PaO_2$는 다섯 단계를 거치는 동안 의미 있는 변화를 보이지 않았다. $PaCO_2$는 고 $V_T$단계와 고 RR 단계에서 의미 있게 감소하였다(p<0.05). GV 시 폐역학 및 혈역학적 지표의 의미 있는 변화는 보이지 않았다. (2) PLV 군의 기저 $PaO_2$는 $312{\pm}113$ mmHg로 GV군의 $504{\pm}81$ mmHg 에 비해 의미 있게 낮았다(p=0.001). PLV 시 역비환기 단계나 고 RR 단계에서는 기저설정 단계와 비교하여 $PaO_2$의 의미 있는 차이가 관찰되지 않았으나, 고 PEEP 단계 ($452{\pm}38$ mmHg)와 고 $V_T$($461{\pm}53$ mmHg) 단계에서는 기저설정 단계보다 유의한 상승이 관찰되었다. (3) $PaCO_2$는 GV군과 PLV군 모두에서 고 $V_T$ 단계와 고 RR 단계에서 기저설정 단계보다 의미 있게 낮았다. PLV군의 기저설정 단계와 고 RR 단계의 $PaCO_2$는 GV 군보다 의미 있게 증가하였다(p<0.05). (4) PLV 시 폐역학 및 혈역학적 지표의 의미 있는 변화는 보이지 않았다 결 론 : 정상 폐에서 PLV 시 최적의 가스교환을 위해서는 적절한 PEEP과 $V_T$이 중용할 것으로 사료된다.