고농도 산소 부작용 - gonongdo sanso bujag-yong

   오래 전부터 순수한 고농도산소를 장시간 흡입하게 되면 폐 등에 부작용이 생길 수 있다는 사실이 알려져 있었으며 좁은 범위의 산소분압은 포유동물의 생명현상에 필수적이지만 만일 그 범위를 벗어나면 조직에 손상을 입힐 수도 있으므로 고농도산소 흡입이 인체의 장기들에 어떤 부작용을 일으키는가를 충분히 이해하고 산소요법에 임하여야 한다.

   산소는 세포의 호기성대사에 의해서 환원되어 결국에는 수분으로 전환되는데 그 과정은 다음과 같은 네 단계를 거쳐서 이루어진다.

     제 1 단계 : superoxide분자(O2-) 생성
     제 2 단계 : 과산화수소(H2O2) 생성
     제 3 단계 : hydroxyl이온(OH-) 생성
     졔 4 단계 : 수분 생성

     이 과정에서 생성되는 superoxide분자 및 hydroxyl이온과 같은 자유기 (free radicals)는 반응성이 큰 분자들로서 세포막과 사립체를 파괴할 뿐만 아니라 세포의 원형질과 핵효소를 불활성화시키는 독작용을 가지고 있다.

   그러나 다행스럽게도 포유동물의 세포에는 superoxide dismutase와 같은 항산화효소(antioxidants)가 존재하고 있으며 이 효소가 산소의 환원작용을 촉진하고 또한 superoxide와 H2O2의 반감기(half life)를 단축시키기 때문에 독성산소기가 큰 문제는 되지 않는다고 한다.

   정상적인 폐를 가진 환자에게 고농도산소를 투여하더라도 P

   Rat에게 100% 산소를 흡입시킨 뒤에 폐조직을 절제하여 전자현미경으로 관찰한 결과 모세혈관의 내피세포에 투과성이 증가하고 간질에 액체가 축적되는 병적 소견이 가장 먼저 나타나며 그후에 폐포의 상피세포가 광범위하게 소실되는 소견을 보여주었고 결국에는 간질에 액체가 축적된 결과로 폐포-모세혈관막이 두꺼워져 가스의 확산장애가 일어난다.

  그러나 100% 산소를 1기압의 조건하에서 흡입시키면 10시간 이내에  폐활량이 감소하며 감소된 폐활량은 산소흡입을 중단하더라도 수일이 지나야 정상으로 회복된다.

  산소요법시에 흡입산소의 농도를 결정하는 기준은 PaO2를 60-100 mmHg 범위내에서 유지할 수 있는 농도중에서 가장 낮은 쪽을 선택하고 50% 이상의 산소농도는 48시간 이상 그리고 100% 산소는 12시간 이상 유지하지 않는 것이 관례로 되어 있다.

  그림 1은 흡입산소의 농도 및 노출기간 그리고 폐의 산소독성간의 관계를 나타낸 것으로써 50% 이하의 산소는 수주간 투여하여도 비교적 독성을 적게 일으키나 100% 산소를 24시간 이상 투여할 경우에는 산소독성이 나타날 가능성이 매우 높다는 사실을 알 수 있다. 고농도 산소를 투여하였을 때 호흡계에 나타나는 여러가지 생리적 변화와 부작용은 다음과 같다.

그림 1. 흡입산소의 농도와 노출기간 및 산소독성간의 관계

1) 저산소성 호흡자극(hypoxic ventilatory drive)의 감소

   정상인이 저산소증 상태에 이르게 되면 일부 말초화학수용체(peripheral chemoreceptor)를 통해서 호흡이 촉진되나 만성기관지염이나 기관지천식으로  상당한 기간동안 산소분압이 낮았던 환자는 호흡이 주로 저산소성 말초화학수용체의 자극에 의해서 이루어진다.

   이런 이유로 인해서 만일 고농도 산소를 갑자기 투여하게 되면 이러한 자극이 소실되어 호흡이 억제되며 심할 경우에는 호흡정지가 올 수도 있다.

  따라서 이런 환자에게 산소요법을 시작할 경우에는 낮은 농도로부터 시작해서 단계적으로 높여가고 또한 수시로 혈액가스분석을  시행하여 적절한 산소분압을 유지할 수 있는 농도를 선택하는 것이 바람직하다.

2) 중추신경계 및 호흡기도의 영향

   산소독성의 임상증상은 산소의 압력과 노출시간에 따라서 급성형과 만성형으로 구분할 수 있다.

(1) 급성형 산소독성

급성형 산소독성은 노출시간보다는 산소압력의 영향이 크며 입술의 떨림, 사지의 저림, 시각 및 청각의 이상 그리고 심하면 간질성 대발작을 일으킨다.

(2) 만성형 산소독성

   만성형 산소독성은 노출시간의 영향이 크며 대체적으로 100% 산소를 12시간 이상 투여한 경우에 주로 나타날 수 있고 주증상은 흉골하 불쾌감(substernal distress)이다.

그 외에 기도의 자극, 기침, 호흡곤란 등이 나타나고 점막섬모의 운동 및 폐대식세포(macrophage)의 식작용(phagocytosis)이 억제되며 때로는 폐출혈이나 폐부종으로 사망하는 경우도 있다.

3) 폐실질 (parenchyme)의 산소독성

  고농도 산소를 장기간 투여하면 임상적으로나 병리학적으로 성인성호흡곤란 증후군(ARDS)과 비슷한 증상이 나타나는데 이 증상은 고체온 또는 패혈증과 같은 과대사성 (hypermetabolic) 상태, corticosteroids, insulin 및 catecholamine의 투여 등에 의해서 더욱 악화될 수 있다.

  산소독성으로 사망한 환자의 폐를 살펴보면 모세혈관의 내피(endothelium)는 투과성이 증대되어 있으며 그 결과로  간질에 체액이 축적되어 있고 또한 폐포와 모세혈관간에 가스의 확산장애가 나타난다고 한다. 폐표면활성물질(surfactant)의 생성이 억제되고 활성도도 억제된다.

4) 흡수성 무기폐 (absorption atelectasis)

  100% 산소를 공급하면 폐포와 동맥혈액의 질소분압이 급속도로 감소하기 시작하여 각각 2분과 5분 내외에 질소가 거의 완전히 배출되며 다른 조직에 확산되어 있는 질소도 15분 이내에 체외로 배출된다.

  대기가스 중 75% 이상을 차지하고 있는 질소는 혈액/가스 분배계수 (partition coefficient)가 0.01로 매우 낮아서 폐포로부터 모세혈관 내로 확산하기가 어렵기 때문에 거의 대부분이 폐포 내에 남아있으며 그 영향으로 폐포가 팽창되어 허탈(collapse)되지 않는다.

   그러나 만일 혈류는 잘 유지되나 환기가 제대로 이루어지지 않는 폐포부위에 질소가 섞여있지 않은 고농도 산소가 유입되면 폐포내 산소의 대부분이 곧바로 모세혈관 내로 흡수되어 폐포가 허탈상태에 빠지게 되고 결국에는 무기폐가 발생하게 된다.

   고농도 산소를 장기간 투여하면 폐에 손상이 온다는 것은 의심할 여지가 없으나 안전하게 투여할 수 있는 산소농도가 얼마인지는 아직 확실하게 밝혀지지 않았으며 이것은 기존의 폐병변, 산소를 흡입한 기간 그리고 개인의 상태에 따라서 달라질 것이다.

   저산소증에 의한 조직의 손상은 산소독성의 위험성보다 더 크므로 산소독성의 위험성을 두려워하여 환자를 저산소증으로 빠뜨려서는 안된다.

2. 순환계의 산소독성

   건강한 사람에게 고농도 산소를 흡입시키면 심박동수와 심박출량이 약간 감소하고 말초혈관의 저항과 혈압이 상승하는 것을 볼 수 있다.

   고농도산소 투여가 혈압의 상승과 심박동수의 감소를 초래하는 점은 말초혈관수축제를 투여하였을 때 나타나는 효과와 비슷한데 이것은 화학수용체에 대한 직접적인 작용이라기보다는 압수용체(baroreceptor)의 자극에 의한 반사작용이라는 점을 암시하고 있다.3. 후수정체 섬유증식증(retrolental fibroplasia)

   미숙아가 고농도 산소에 노출되면 망막혈관의 증식, 안구내출혈, 망막부종 및 박리, 후수정체의 섬유막(retrolental fibroplasia) 형성 등이 발생할 수 있으며 이 부작용은 동맥혈액의 산소분압이 정상 범위 이상으로 높을 경우에 발생하므로 동맥혈액의 산소분압이 100 mmHg 이상을 넘지 않도록 산소농도를 조절하는 것이 무엇보다도 중요하다.

후수정체섬유막증 (retrolental fibroplasia)

4. 화재 및 폭발의 위험성

  산소가 폭발성 및 인화성이 강한 물질은 아니지만 조연성이 강한 물질이므로 산소의 농도가 높아지면 화재와 폭발의 위험성이 증가한다.

   따라서 산소를 많이 사용하는 수술실이나 중환자실 등에서는 환기를 자주 해주고 점화성이 있는 전기기구들을 사용할 때에는 유의하여야 하며 실내의 습도가  항상 50% 이상 유지되도록  세심한 배려가 있어야 한다.