ARDS 환자에서 prone position이 venous return에 미치는 영향

Effects of Prone Positioning on Venous Return in Patients With Acute Respiratory Distress Syndrome
 

Objective

Acute respiratory distress syndrome(ARDS, 급성 호흡곤란 증후군) 환자에서 prone positioning(복와위)가 venous return(정맥 환류)에 미치는 영향을 알아보았다. 또한 venous return에 영향을 주는 인자인 mean systemic pressure와 venous return resistance도 알아보았다.
 

Design, settings, patients

단일 기관 전향 연구로서 25병 상의 내과계 중환자실에서 prone positioning을 시행한 22명의 경증-중증 ARDS 환자를 대상으로 하였다.
 

Interventions

Prone position을 시행하기 전과 시행 중의 cardiac index, mean systemic pressure, venous return resistance를 측정하였다. 이 중 mean systemic pressure와 venous return resistance는 heart-lung interactions methods를 이용하여 측정했다.
Preload responsiveness는 end-sxpiratory occlusion test를 사용하여 측정하였다.
 

Measurements and main results

Prone positioning을 시행한 결과 mean systemic pressure가 유의하게 증가하였다(from 24 mm Hg [19-34 mm Hg] to 35 mm Hg [32–46 mm Hg]). 이는 부분적으로 prone positioning 전에 체간이 낮아지는 자세에 의한 효과로 생각된다.
 
7명의 환자에서는 cardiac index가 15% 이상 증가하였으며, 이 환자들은 모두 preload responsiveness를 보였다. 이 환자들은 prone posining을 mean systemic pressure가 82% (76-95%), central venous pressure가 33% (21-59%), 그리고 (mean systemic cressure - central venous pressure) gradient가 144% (83-215%) 증가하였다. Venous return resistance는 71% (60-154%) 증가하였다.
 

 
다른 15명의 환자에서는 prone positioning으로 cardiac index가 15% 이상 증가하지 않았다. 이 환자들은 mean systemic pressure가 28% (18-56%) 증가하였으며(p < 0.05 vs. patients with significant increase in cardiac index), central venous pressure가 21% (7-54%), (mean systemic pressure – central venous pressure) gradient가 28% (23-86%) 증가하였다. Venous return resistance는 37% (17-77%) 증가하였다. 이 15명 중 11명의 환자는 preload unresponsiveness를 보였다. Flowchart representing the study population depending on the presence or absence of significant changes in cardiac output during prone positioning and depending on the presence or absence of preload responsiveness.
 

Conclusion

본 연구에서 모든 환자들이 prone positioning 후 mean systemic pressure의 증가를 보였다. 이에 따른 결과로 나타나는 cardiac index는 (mean systemic pressure - central venous pressure) gradient 증가, preload responsiveness, venous return resistance의 증가 여부에 의해 결정된다. Cardiac index는 오직 preload-responsiveness 환자에서 venous return resistance 증가 정도가 (mean systemic pressure – central venous pressure) gradient 증가 정도보다 작을 때 증가하였다.
 
정리하자면, prone positioning이 cardiac index에 미치는 영향은 (Pms – CVP) gradient, Rvr, preload responsiveness 간의 균형에 의해 결정된다고 할 수 있다.
 

TEXT

Prone positioning이 hemodynamic effect를 보인다는 근거로 다음 두 가지를 들 수 있다:
1. Prone positioning은 afterload를 감소시켜 right ventricle의 dysfunction을 완화시킨다. 그리고 이는 cardiac index를 증가시킨다.
2. Prone positioning은 preload responsiveness를 보이는 환자에서 cardiac preload와 cardiac index를 증가시킨다. 이에 대한 기전으로 intra-abdominal pressure(IAP) 증가와 이에 따른 mean systemic filling pressure(Pms) 증가로 venous return의 pressure가 증가하게 된다.

Hering R et al: Prone positioning, systemic hemodynamics, hepatic indocyanine green kinetics, and gastric intramucosal energy balance in patients with acute lung injury. Intensive Care Med 2002; 28:53–58

 
위에 대한 반론으로 prone positioning 시행 시 splanchnic circulation이 압박됨으로써 venous return resistance(Rvr)이 증가하여 cardiac index를 증가시키는 요인들을 상쇄시킨다는 점을 들 수 있다.
 
Preload responsiveness는 EEXPO(end-expiratory occlusion) test로 평가하였다. 이 방법은 end-expiration(호기말)에 15초 동안 환기를 중단하고 pulse contour analysis-derived cardiac index 상 최대 변화를 측정한다.

Gavelli F, Teboul JL, Monnet X: The end- expiratory occlusion test: Please, let me hold your breath! Crit Care 2019; 23:274
Monnet X, Osman D, Ridel C, et al: Predicting volume respon- siveness by using the end-expiratory occlusion in mechanically ventilated intensive care unit patients. Crit Care Med 2009; 37:951–956

 

 
기본적으로 cardiac index는 (Pms -CVP) / Rvr에 의해 결정되므로, 이론적으로 prone positioning이 cardiac index에 미치는 영향은 다음 세 가지 인자에 의해 결정된다고 할 수 있다:
1. Pms(mean systemic filling pressure)은 semirecombent position에서 supine position으로 자세 변경을 하면서 체간이 낮아질 때 혈류 이동의 정도에 따라 증가 정도가 결정되고, prone positioning에 의한 intra-abdominal pressure의 증가에 의해서도 영향을 받는다.
2. (Pms - CVP) gradient는 preload responsiveness 정도에 의해 영향을 받는다.
3. Rvr(venous return resistance)의 증가는 (Pms - CVP) 증가를 상쇄시킨다(ie, 역의 관계).
 
Preload-responsiveness 여부는 fluid administration 동안 CVP 증가 정도에 따라 결정할 수 있다. Preload-responsiveness의 경우, Pms 증가에 비해 CVP 증가 정도가 작으므로 (Pms - CVP) gradient가 증가한다. 반면, preload-unresponsiveness의 경우, CVP 증가 정도가 Pms 증가 정도와 비슷해지므로 (Pms - CVP) gradient는 감소한다.

Guérin L et al: Effects of passive leg raising and volume expansion on mean systemic pressure and venous return in shock in humans. Crit Care 2015; 19:411

 
이전의 여러 연구들에서 보고한 대로, IAP 증가는 Rvr을 증가시킨다. 게다가 hypovolemia 환자에서는 IAP 증가에 의해 inferior vena cava가 좁아지거나 막힘으로써 RvR은 더욱 증가하게 된다.

Takata M et al: Effects of abdominal pres- sure on venous return: Abdominal vascular zone conditions. J Appl Physiol (1985) 1990; 69:1961–1972

 
Semirecumbent position에서 supine position으로 자세 변경을 할 때 Pms가 증가하는 기전은 어느 정도의 정맥혈이 중력에 의해 이동함으로써 발생한다. 이는 passive leg raising test에서 다리를 올리기 전에 체간이 낮춰지는 상태와 유사하다. 따라서 preload responsiveness를 보이는 환자가 circulatory failure일 때, semirecumbent position에서 supine position으로 변경함으로써 volume expansion과 같은 효과를 볼 수 있을 것이다.
 
Reference
Christopher Lai et al. Effects of Prone Positioning on Venous Return in Patients With Acute Respiratory Distress Syndrome. Critical Care Medicine, Volume 49, Number 5, 12 February 2021, pp. 781-789(9)

 

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