How to Reduce Embolism during ...

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대한흉부외과학회
제 25 차 춘계학술대회 및 연수교육
How to Reduce Embolism during CPB?: The Surgical Tips
인제대학교 상계백병원 흉부외과학교실
허
재
학
1. 배 경
인공심폐기는 색전증이나 저관류, 염증반응 유발 등에 의해 뇌 손상을 유발할 수
있으며, 뇌졸증, 뇌병증(encephalopathy), 인지 기능의 손상을 일으킬 수 있다. 인공
심폐기를 이용한 심장수술 후 뇌 부작용에 대한 연구는 연구마다 다른 결과를 보고
하고 있지만 대개 1-3%에서 임상적으로 뚜렷한 뇌졸중 발생을 보고하고 있다.
Roach GW 등이 1996년 미국에서 24개 센터의 2108명의 환자를 대상으로 행해진
전향적 연구에서 6.1%의 뇌 합병증을 보고하였다[1]. 그러나 임상적으로는 뚜렷하지
않지만 지능감소나 기억력 소실 등의 neurocognitive dysfunction은 정확한 발생을 알
기 어렵고 저평가되는 경우가 많은데도 수술 후 1개월에 30–65%, 수술 후 5개월에
20-40%까지 높게 보고 되고 있다[2]. 이러한 뇌 합병증의 원인으로는 macro 혹은
microemboli에 의한 색전증이나 저관류에 의한 허혈성 손상이 가장 흔한 원인으로
지적되고 있다(Table 1).
Table 1. Possible etiology of stroke during coronary bypass (2)
Etiology
Atherosclerotic emboli
Cardiogenic emboli
Shock
Carotid vascular disease
Other
Unknown
Number (%)
36
10
8
6
1
37
(37)
(10)
(8)
(6)
(1)
(38)
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대한흉부외과학회 제25차 춘계학술대회 및 연수교육
2. Emboli의 종류와 기원
emboli는 크기에 따라 macroemboli와 microemboli로 나누어 볼 수 있는데 macroemboli
는 직경이 200 um 이상의 동맥을 폐색시킬 수 있어 뇌졸중과 같은 뚜렷한 신경학적
이상을 초래할 수 있지만, microemboli는 그보다 작은 동맥이나 소동맥, 모세혈관 등
을 막아 망막 동맥 색전증 등의 특별한 경우를 제외하고는 임상적으로 뚜렷한 이상
을 보이지 않고 신경심리검사에서 이상반응을 보이는 neurocognitive dysfunction을 유
발할 수 있다[3]. 한편 emboli의 크기는 그 기원이나 구성성분과는 무관하며 성분에 따
라 심폐기 circuit이나 심장이 열리면서 발생한 가스 혹은 공기 방울, fibrin/fibrinogen,
lipid material, denatured protein, bone or muscle fragment 등 혈액에서 유래한 것, 심폐
기 구성성분이나 수술 시야에서 유입된 이물질 등으로 분류해 볼 수 있다(Table 2).
3. 수술 중 Embolism의 발생
국소적인 신경학적 결손은 심장내부에 남아있던 다량의 공기가 심장이 박동을 시
작하면서 색전증을 유발할 수 있지만 드물게 일어나고 대개는 국소적인 저관류 혹
은 입자성의 macroemboli로 인해 생길 수 있는데 이는 주로 대동맥 삽관시에 동맥경
Table 2. Major Sources of Microemboli
Gas
Foreign
Blood
Bubble oxygenators
Atherosclerotic debris
Fibrin
Air entry into the circuit
Fat, fat droplets
Free fat
Residual air in the heart
Fibrin clot
Aggregated chylomicrons
Loose purse-string sutures
Cholesterol crystals
Denatured proteins
Cardiotomy reservoir
Calcium particles
Platelet aggregates
Rapid rewarming
Muscle fragments
Platelet-leukocyte aggregates
Cavitation
Tubing debris, dust
Hemolyzed red cells
Bone wax, talc
Transfused blood
Silicone antifoam
Glue, Surgicel
Cotton sponge fiber
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허재학 : How to Reduce Embolism during CPB?: The Surgical Tips
화반의 이탈(disruptioin), 심장 판막 조작 시에 떨어져 나온 calcium이나 vegetation,
blood clot이나 다른 debris 등에 의해 일어난다(Fig. 1)[3]. 이처럼 macroemboli는 대
개는 심장이나 대동맥의 수술적 조작에서 기원하게 되며 membrane oxygenator와
arterial filter 등 심폐기 장비의 개선으로 체외순환 회로 자체에서 발생하는 경우는
드물다. 반면에 microemboli는 여러 경로에서 발생할 수 있다. 수술 동안 gas
microemboli 발생을 TCD를 이용하여 중뇌동맥을 monitoring하며 관찰했을 때 심폐
기의 시작, 심폐기 이탈 후 심장이 박동을 시작할 때 유의하게 높게 보고 되었으며
[4], 그 기원은 심폐기 회로 내에 혹은 심장 내에 갇혀 있던 공기로 생각된다. 인공
심폐기의 priming 과정 뿐 아니라 정맥관 (venous line) 내에 포함되어 있는 공기도
arterial filter를 통과하여 eibolism을 일으킬 수 있고[5,6](Fig. 2), 수술 후 심장이나
대동맥을 봉합하는 과정에서 갇혀 있던 공기가 색전증을 일으킬 수 있다. 요즈음
minimally invasive surgery가 많아지면서 vacuum assisted venous drainage system를
이용하는 경우가 많아지고 있는데 음압을 이용한 venous drainage에서 정맥관에 공
기가 포함되어 있을 때 보다 높은 emboli 숫자를 중뇌동맥에서 관찰할 수 있었으므
Fig. 1. Rate of microemboli detection during each surgical
intervention. Initiation of cardiopulmonary bypass (CPB on) and
start of cardiac ejection after cross-clamp removal (Eject)
resulted in higher rates of emboli production than other surgical
events.
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Fig. 2. Mean arterial-line emboli count (± standard deviation)
downstream from 40-µm filter with increasing volumes of
entrained venous air under gravity venous drainage.
로 음압을 적용한 venous drainage에서 심폐기 priming과 정맥관 삽입시에 공기를 완
전히 제거하는 데 더욱 주의가 필요하다[5].
Venous reservoir 형태에 따라 차이가 있겠지만 심폐 관류사가 약물을 주입하거나
혈액 sample을 채취하는 경우에도 microemboli의 발생이 많아진다고 알려져 있으므
로 심폐기 조작에서 공기 제거를 더욱 철저히 하거나 혈액 채취시 주사기에 남은 혈
액은 venous reservoir로 넣지 말고 버리는 등의 세밀한 주의가 필요하다[4]. 관상 동
맥 우회술시에 대동맥 조작과 수술 후 뇌졸중의 발생을 연구한 결과 aorta no touch
technique에 비해 side biting clamp, cross clamp 등의 aorta 조작을 많이 할수록 수술
후 뇌졸중의 발생 위험도가 높은 것으로 나타났다[7](Table 4). 수술 조작과 관련한
emboli의 발생을 TCD와 TEE 통하여 관찰한 연구에서 Barbut D 등은 aortic cross
clamp release 시에 42%, 41%, partial occlusion clamp release 시에 24%, 21%의 emboli
가 각각 발생하였으며, cross clamp release 후 4분 동안 가장 많은 emolic signal을 관
찰 할 수 있었다[8](Fig. 3).
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Table 4. Comparison of Various Surgical Techniques to the Development of a
Postoperative Stroke in Matched Samples (Propensity Score Matched Analysis)
Risk Factors
Odds Ratio of 95% Confidence
Stroke
Interval
p Value
On-CPB CABG vs. OPCABG
(matched pairs = 1915, n = 3830)
1.9
(1.16, 3.02)
<0.01
Extensive aortic manipulation vs. no aortic
manipulation
3.1
(0.97, 9.62)
0.06
Extensive aortic manipulation vs. moderate
aortic manipulation
1.5
(0.92, 2.36)
0.10
Moderate aortic manipulation vs. no aortic
manipulation
1.8
(0.51, 6.10)
0.37
Fig. 3. Bar graph shows distribution of embolic signals (ES) across specific
operative events, including aortic cannulation (AC+), bypass on (BP+), aortic
crossclamp on (CX+), aortic cross clamp release (CX-), aortic partial occlusion
clamp on (POC+), aortic partial occlusion clamp release (POC-), and bypass
off (BP-)
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4. Embolism을 줄이기 위한 surgical tips
심폐기의 가동을 위해서는 대동맥에 purse string suture를 하거나 대동맥 cannula
및 심정지액 cannula의 삽입, 대동맥의 cross clamping 등 대동맥에 많은 조작을 필요
로 하게 되는데 대동맥에 동맥경화성 병변이 있는 경우 색전증에 의한 허혈성 뇌손
상을 초래할 수 있게 된다. 더구나 요즈음 환자가 고령화되고 말초 혈관질환이나 뇌
졸중의 과거력 등을 가진 고위험군 환자가 많아지면서 CABG 대상 환자의 38-53%
에서 대동맥 경화반이 발견된 보고[8,9]를 감안하면 대동맥의 경화성 병변을 수술
전에 미리 확인하는 것은 반드시 필요한 과정이라 할 수 있다. 대동맥의 동맥경화성
병변 여부를 판정하기 위해서는 수술 전에 CT나 MRI 등의 imaging study를 시행하
거나 수술실에서 상행대동맥을 직접 검사할 수 있다. 대동맥을 손으로 촉진해서 동
맥경화반을 평가하는 방법은 TEE나 eipaortic ultrasonography(EAU)에 비해 정확도
가 떨어지고 개인차이가 많으며, epiaortic ultrasound에 비해 20–55%의 민감도를 보
인다고 알려져 있다[9,10]. TEE는 대동맥 판륜과 근위부 대동맥에 대해서는 민감도
가 높지만 원위부 대동맥과 대동맥궁에 대해서는 기관과 기관지가 식도와 대동맥
사이에서 시야를 방해하므로 시야가 좋지 않아 EAU에 비하여 29–45%의 낮은 민감
도를 보이는 것으로 나타났다. 따라서 상행대동맥의 동맥경화반에 96.8%의 민감도
를 보인 epiaortic ultrasound가[11] 상행대동맥의 대동맥 동맥경화의 감별을 위한
“gold standard”technique으로 인정되고 있으며, EAU를 시행하여 그 결과에 따라
cannulation site를 변경하거나 수술방법을 conventional CABG에서 OPCAB with no
touch technique으로 변경한 결과 수술 후에 뇌졸중 빈도나 neuropsychological
dysfunction의 감소 등 수술 후 성적이 향상되었음이 여러 연구자들에 의해 보고되
고 있다[11,12]. 수술 중에 EAU를 시행함에 있어 대동맥 동맥 경화의 grading
system이 여러 저자 들에 의해 제안되었으나 아직 수술 후 예후를 명백하게 반영해
줄 수 있는 분류법은 확립되지 못한 상태이다. 그럼에도 여러 문헌을 비교해 보면 3
mm 이상의 높이/두께를 가진 병변, mobile component 그리고 상행대동맥 내에 위치한
병변 등이 수술 후 높은 뇌손상과 관련이 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 the
American Society of Echocardiography, the Society of Cardiovascular Anesthesiologists
에서는 EAU 시행 시에 근위부, 중간, 원위부 상행대동맥의 short axis view, 상행 대
동맥과 대동맥궁의 long axis view 등 5가지 view를 시행하고, 1) 동맥 경화반의 최
대 높이/두께 2) 동맥 경화반의 상행대동맥 내에서의 위치 3) 유동성 병변 여부 등
을 보고하도록 지침으로 제안하고 있으며, 대동맥 경화반의 여부와 위치를 수술팀
이 대동맥을 조작 하기 전에 상의하도록 권고하고 있다[13]. 상계백병원 흉부외과에
서도 epiaortic ultrasound를 관상동맥 우회술을 시행하는 모든 환자에서 시행하여 대
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동맥 내로 3 mm 이상 돌출된 경화반을 가진 환자에서 뇌졸중의 과거력, 말초혈관
질환의 동반 등의 위험인자가 있으면 OPCAB로 수술방법을 바꾸고 aorta no touch
technique을 이용하고 있다. 이때 더 많은 graft가 필요한 경우에는 heart string을 이
용하여 대동맥에 근위부 문합을 시행하거나 ITA에 Y graft를 만들어준다. 3 mm 이
하의 focal lesion이 있거나 wall thickening 만 있는 경우에는 cannulation site를 동맥
경화반이 없는 곳으로 옮겨주거나 axillary artery 혹은 femoral artery를 arterial
cannulation을 위해 사용하고 있다.
Microemboli의 대부분을 차지하는 air embolism을 예방하기 위한 여러 가지 방법
이 제안되거나 도입되어 사용되고 있는데 그중 CO2 insufflation은 가장 오래되고 널
리 사용되는 방법이다. 당연히 cross clamp를 풀기 전에 심장 내의 공기를 완전히 제
거하는 것이 가장 중요한데 이러한 소위 deairing을 위해서는 마취과 의사와의 긴밀
한 협조가 필요하며, Trendelenburg position에서 폐를 환기시켜 폐정맥 내에 갇혀 있
는 공기를 제거하고, 좌심방이나 대동맥이 열렸을 경우 심장을 흔들어주면서 혈액
으로 심장 내 공간을 완전히 채운 후에 봉합하고, 상행대동맥과 좌심방의 vent를 연
결한 후에 TEE를 시행하여 심장 내에 공기가 완전히 제거된 것을 확인한 후에 cross
clamp를 제거하여야 한다. 수술 시야에 CO2 gas를 유입하여 흉강내의 공기를 공기보
다 무겁고 용해도가 높은 이산화탄소로 바꾸어 주는 방법은 1960년대 이후로 많이
사용되어 왔으나 그 실효성에 대한 의문이 남아 있다. 1/4인치 관류관으로 5-10
L/min의 용량으로 유입시켰을 때 20-80% 공기가 흉강내 혈관이나 심장내에 남아있
어 여전히 microemboli 남아있음이 보고되었다[14]. Multi-perforated nozzle이 달린
gas diffuser를 이용하여 5-10 L/min 속도로 CO2를 유입했을 때 종격동 내의 공기를
거의 완전히 CO2로 대치할 수 있었으며, 임상연구에서도 좌심방, 좌심실, 대동맥 모
두에서 현저하게 감소된 emboli 숫자를 보였다는 보고가 있으므로[15,16] 1/4 인치
관류관을 통한 CO2 가스의 유입보다는 보다 특수한 주입관을 사용하는 것이 보다
효율적일 것으로 생각되며 이 경우 CO2 축적에 의한 산혈증의 우려가 있으므로
cross clamp release 직전에 이산화탄소를 유입시켜야 할 것으로 생각된다.
한편 Feindel 등은 cannulation site를 ascending aorta 대신에 aortic arch를 통하여
descending aorta에 시행하여 aortic cannula를 통하여 유입된 emboli들이 뇌혈류보다
는 하행대동맥 이하로 순환되도록 한 후에 TCD를 통하여 중뇌동맥의 emboli를 관
찰한 연구에서 arch group이 conventional group 보다 뇌 색전증이 감소한 결과를 발
표하여 arch cannulation이 air embolism을 줄일 수 있다고 제안하였다.
이러한 개념은 동맥 cannula를 통하여 유입된 emboli가 뇌혈류보다는 하행 대동맥
으로 향하도록 특별한 cannula를 고안하도록 하였으며 이러한 cannula(Cobra
catherer, Cardeon Aegis cannula)를 이용하여 arch vessel로 emboli가 유입되는 것을
185
줄여주는 방법이[17,18] 동물실험을 거쳐 임상에 적용할 수 있을 것으로 생각된다.
현재 CPB circuit 구성에서 현재 사용되는 arterial filter가 대부분 25-40 마이크로
미터의 pore가 있지만 emboli를 차단하는데 완전하지 않아 arterial filter 이후에도
air microemboli가 관찰되기 때문에 filter 이후에 emboli를 수집하여 배출하는 장치
(Dynamic bubble trap)를 이용하여 CPB circuit를 구성함으로써 이 과정에서 유입되
는 emboli를 차단하려는 시도도 있다[19].
대동맥에 cross clamp를 시행하거나 cross clamp release 시에 emboli의 발생이 높게
나타나므로 대동맥에 이러한 조작을 가할 때에 특별한 주의가 필요한데 많은 외과의
들이 혈압을 낮추거나 CPB flow를 낮춘 후에 혹은 인공심폐기의 혈류를 일시적으로
중지시킨 후에 대동맥에 cross clamping을 시행하고 있으며, emboli의 뇌혈관 유입을
차단하기 위해 일시적으로 경동맥을 압박하여 차단하는 방법을 사용하는 분도 있다.
Intraaortic filtration system (EMBOL-X, Mountain View CA)을 이용하여 상행대동맥
이나 aorta cannula를 통해 유입되는 emboli를 수거하는 방법에 대한 multicenter study
에서 그 효용성과 안전성이 주장되었으나[20] cannulation 시에 대동맥 박리를 초래한
경우도 보고되고 있으므로 사용에 주의가 필요할 것으로 생각된다.
수술 후 공기색전증이 발생하거나 발생이 의심될 때 수술실에서 retrograde
cerebral perfusion(RCP)을 시행하여 호전된 보고들이 있으며, retrograde cerebral
perfusion 시행하는 동안 TCD을 이용하여 middle cerebral artery 혈류가 역전되는 모
습이 관찰되어 인공심폐기에서 이탈한 직후나 완전 순환 정지 후 다시 인공심폐기
를 시작할 때 뇌 색전증을 예방하기 위해 RCP 시행할 수 있으며 후자의 경우 여러
센터에서 사용되고 있다[21,22].
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