Hemodynamic monitoring continuously checks hemodynamic variables for problems so that the clinician can treat them when a patient’s vital signs are unstable. There are many different monitoring systems, and many new technologies were developed over the past three decades. It is challenging to understand the many monitoring system in the intensive care units, for example. However, all such monitoring systems are based on the general principle of monitoring oxygen transport to a peripheral organ. In this review, from conventional to recent principles, general concepts and paradigm shifts of hemodynamic monitoring will be discussed.
혈역학적 감시(hemodynamic monitoring)란 혈역학적 불안정성을 보이는 중증 환자에서 진단과 치료를 목적으로 혈역학 지표들을 지속적으로 확인하는 것을 말한다[
혈압은 중환자의 감시에 가장 기본이 되는 혈역학적 지표로, 혈압의 측정은 비침습적 혈압측정(non-invasive blood pressure)과 동맥혈관에 카테터 삽입을 통해 지속적으로 동맥 혈압을 측정할 수 있는 침습적 혈압 감시 방법이 있다. 동맥혈관을 이용한 침습적 혈압 감시 방법은 비침습적인 방법보다 더 정확한 것으로 알려져 있으며 중환자실에서 주로 사용되는 방법이다.
지속적 동맥혈압을 보면 일정한 파형을 볼 수 있는데 이것을 동맥압파형이라고 한다. 이는 측정 부위에 따라 다르게 나타나고 심장 위치에서의 상완동맥압(brachial arterial pressure)이 가장 정확한 것으로 알려져 있다. 동맥압파형은 각절흔(dicrotic notch)을 중심으로 두 부분으로 나눌 수 있는데 앞부분이 심장의 수축기 파형을, 뒷부분이 이완기 파형을 나타낸다.
동맥압파형은 말초로 이동할수록 동맥이 분지하면서 직경이 감소하여 수축기 압력이 증가하고 수축기 파형 부분이 좁아진다. 최대 수축기 압력은 증가하고 수축기압 파형이 좁아지면서 이 둘이 서로 상쇄되어 MAP는 일정한 값을 유지하게 된다. MAP는 수축기와 이완기의 두 가지 요소를 포함하고 있기 때문에 중심대동맥압을 좀 더 정확히 대변한다고 할 수 있고 측정 위치에 상관 없이 일정하기 때문에 체순환을 유지시키는 근본적인 힘으로 간주된다. MAP값을 얻는 방법은 계산하는 방법과 측정하는 방법, 두 가지가 있다. MAP 계산값(=이완기혈압+ [INLINE] (수축기혈압-이완기혈압))은 심장 박동수가 60회/분이었을 때 이완기 시간이 심장 박동의 3분의 2를 차지하는 것에 근거하고 있으므로 중증 환자에서 심장 박동수가 60회/분 이상으로 증가하는 경우, 계산에 의한 MAP보다는 직접 측정한 값이 더욱 정확하다[
흉강 내의 인접한 기관인 심장, 폐, 대동맥과 대정맥은 흉강 내압의 영향을 같이 받으며 상호 간에 영향을 미친다. 특히 인공호흡을 통해 양압환기를 받고 있는 중증 환자의 경우 흉강 내압의 변화에 따라 복귀정맥혈과 말초 저항이 변하기 때문에 이 변화를 통해 환자의 혈장량과 수액반응성(fluid response)을 예측할 수 있다. 흉강 내압이 상승하면 우심장의 관점에서는 복귀정맥혈이 감소하고 후부하(afterload)가 증가하지만, 좌심장의 관점에서는 복귀정맥혈이 증가(squeeze of pulmonary blood)하고 후부하는 감소한다. 우심방의 혈류량은 좌심방에 영향을 미치기 때문에 호흡 주기에 따라 동맥압과 복귀 정맥혈은 일정한 증감의 흐름을 보이게 된다(
The hemodynamic effects of positive pressure ventilation on heart-lung interactions.
Functional hemodynamic monitoring for assessing the Frank-Starling relationship in patients with spontaneous breathing activity and/or cardiac arrhythmias and/or low tidal volume and/or low lung compliance. PPV: pulse pressure variation, SVV: stroke volume variation, PLR: passive leg raising test, EEO: endexpiratory occlusion, VE: volume expansion.
앞서 언급된 바와 같이 심폐 상호작용에 의한 혈역학적 변화는 SVV를 발생시키며 이는 혈역학적 감시에서 측정되는 여러 가지 지표들 즉, PPV, 최고대동맥혈류속도변동(peak aortic blood flow velocity variation), 대정맥직경의 호흡성변이(respiratory variation of vena cava diameter) 등의 이론적 배경이 된다. 이러한 변화의 정도를 나타내는 역동적 지표들은 MAP나 CVP 등의 정적인 지표들에 비해 환자의 합병증 및 사망률과 더 많은 연관성을 보인다[
동맥압파형에서 보이는 주기적인 변화의 폭을 계산하여 PPV를 알 수 있는데(
How to measure PPV
Check that cardiac rhythm is regular |
Raise the tidal volume to 10 ml/kg of predicted body weight |
Ensure that the patient is receiving ventilation passively or adjust further the rate, tidal volume, or degree of sedation to achieve this |
Display or pint the arterial pressure waveform for 30 s |
Measure the minimum and maximum pulse pressure |
Calculate PPV (PPmax-PPmin)/([PPmax+PPmin]/2)×100% |
A value ≥13% predicts fluid responsiveness |
Reproduced from the article of Durairaj and Schmidt (Chest 2008;133:252-63) [
PPV: pulse pressure variation, PP: pulse pressure, PPmax: maximal PP, PPmin: minimal PP, PPmean: mean PP.
Relationship of arterial pressure wave and passive respiration. PPmax: maximal pulse pressure, PPmin: minimal pulse pressure.
Predictable value of techniques used to determine fluid responsiveness
Method | Technology | AUC |
---|---|---|
Pulse pressure variation (PPV) | Arterial waveform | 0.94 (0.93∼0.95) |
Systolic pressure variation (SPV) | Arterial waveform | 0.86 (0.82∼0.90) |
Stroke volume variation (SVV) | Pulse contour analysis | 0.84 (0.78∼0.88) |
Left ventricular end-diastolic area (LVEDA) | Echocardiography | 0.64 (0.53∼0.74) |
Global end-diastolic volume (GEDV) | Transpulmonary thermodilution | 0.56 (0.37∼0.67) |
Central venous pressure | Central venous catheter | 0.55 (0.48∼0.62) |
Reproduced from the article of Marik et al. (Ann Intensive Care 2011;1:1) [
AUC: area under the curve with 95% confidence intervals.
혈장량에 대한 평가는 조직의 산소 공급을 위한 기초적인 평가인데, 패혈증과 같은 중증 환자에서 수액의 과다 공급으로 인한 폐부종, 심부전과 같은 합병증을 피하면서 정확한 수액 효과를 알아볼 수 있는 좋은 방법이 수액반응성을 평가하는 것이다[
End-expiratory occlusion test. The end-expiratory occlusion (EEO) test consists in interrupting mechanical ventilation at the end of expiration during 15 seconds.
이상의 수액반응성을 평가하기 위한 방법들은 모두 심폐상호작용에 의한 혈역학 변이에 근거하고 있기 때문에 정확한 평가를 위해 각각의 상황과 적응증에 맞는 방법을 적용하는 것이 필요하다(
Decision-making process of fluid administration. SVV: stroke volume variation.
현재 임상에서 사용하고 있는 혈역학적 감시 방법은 여러 가지가 있는데, 침습적 방법으로는 식도 Doppler를 이용하여 하행대동맥의 혈류량과 혈류속도를 측정하는 Cardio-Q®와 동맥 내 혈압 감시 장치인 PiCCO®가 있으며, 최소 침습적 동맥 내 혈압 감시 장치로는 Flotrac®, LiDCO®, ProAQT®가 있다. 비침습적 방법으로 Doppler 초음파 USCOM®과 non-invasive bioreactance measurements (NICOM®), 손가락의 커프를 이용한 non-invasive continuous arterial blood pressure measurement (Nexfin®, Finapres®) 등이 있다. 최근에는 침습적인 방법보다는 사용하기 간편하고 안전하게 적용할 수 있는 비침습적 방법으로 선호되는 경향을 보인다. 비침습적 감시 방법들의 정확도는 혈역학 감시 장치의 기초라고 할 수 있는 PAC와 비교하였을 때 유사한 결과를 보이고 있으나[
Hemodynamic monitoring devices for the perioperative setting
Device | Technique | Invasive | Continuous measurements | SV/CO | SVV | PPV | Ward |
---|---|---|---|---|---|---|---|
Cardio-Q® | Doppler | + | + | + | - | - | - |
PiCCO® | Thermodilution/arterial line | + | +/- | + | + | + | - |
Flotrac®/LiDCO®/ProAQT® | Arterial line | + | + | + | + | + | - |
USCOM® | Doppler | - | - | + | + | - | + |
NICOM® | Bioreactance | - | + | + | + | - | + |
Nexfin® | Finger cuff | - | + | + | - | - | + |
Reproduced from Perioperative monitoring of tissue perfusion: new developments. Annual update in intensive care and emergency medicine 2013 (Berline: Springer; 2013. p.291-9) [
SV: stroke volume, CO: cardiac output, SVV: stroke volume variation, PPV: pulse pressure variation, ward: general surgical ward.
심박출량과 혈장량은 조직으로의 산소 전달과 관류를 위한 기본적인 조건으로 알려져 있지만, 절대적인 인과관계를 보이는 것은 아니다. 수액반응군에서 산소 전달(DO2)이 증가하여도 이들 중 일부에서만 산소 소비량이 증가된 연구 결과들을 볼 때, 충분히 혈장량이 증가하였다고 해서 조직에 적절한 관류가 이루어졌다고 보기는 어렵다[
SmvO2는 체순환의 산소전달 및 산소소비량을 평가할 수 있는 지표로, PAC를 통해 폐동맥에서 채혈하여 측정한다. 산소소비량은 급격한 대사 변화가 없는 한 크게 변하지 않으므로 SmvO2는 산소 전달 능력을 평가할 때 간접적으로 사용된다. 하지만 이 값은 산소소비량에 대한 평가가 배제된 값이므로 조직 관류를 평가하기에는 한계가 있다[
혈역학적 감시는 관류의 적절성을 평가하는 것이며 심폐기능, 혈장량 및 산소 전달과 소비까지 이루어져야 완성되었다고 할 수 있다. 이것을 적절히 평가하기 위하여 다양한 방법들이 개발되어 오고 있으며 이러한 다양한 혈역학적 감시 방법을 적절히 이용하기 위해서는 혈역학과 심폐 상호작용에 대한 전반적인 이해가 뒷받침되어야 한다.
No potential conflict of interest relevant to this article was reported.