혈관내 카테터의 기본_The ICU Book

It is not a bad definition of man to describe him as a tool-making animal.
Charles Babbage

 

INTRODUCTION

의학적 자기 실험 역사에서 가장 극적인 사건 중 하나는 1929년 여름, 독일의 한 작은 병원에서 발생했다.
당시 외과 레지던트였던 베르너 포르스만(Werner Forssmann) 은 자신의 오른팔에 있는 기저정맥(basilic vein)을 통해 플라스틱 요도 카테터를 삽입한 뒤, 이를 심장의 우심방(right atrium)까지 전진시켰다.
이는 인간을 대상으로 시행된 최초로 기록된 우심도자(right-heart catheterization)였다.

그러나 포르스만 박사는 이 업적에 대해 어떠한 찬사도 받지 못했다.
그는 병원의 상급 외과진의 지침을 어기고 행동했기 때문이다.
오히려 그의 행동은 부적절하고 무모한 것으로 간주되어, 그는 즉시 레지던트 과정에서 해고되었다.
해고 당시 그는 “그런 방법은 서커스에는 어울릴지 몰라도, 존경받는 병원에는 어울리지 않는다”는 말을 들었다.

이후 포르스만 박사는 시골 의사가 되었지만, 그의 혈관 삽관에 대한 업적은 1956년에 이르러서야 마침내 인정받았고, 그는 노벨 생리의학상을 수상하였다.

베르너 포르스만의 업적이 가능했던 이유는, 그가 정맥계를 따라 안전하게 전진할 수 있는 유연한 플라스틱 카테터를 사용했기 때문이다.
이는 기존에 강직된 바늘이나 금속 캐뉼라로 혈관을 삽관하던 전통적 방식과는 근본적으로 다른 접근이었다.
이 사건은 본 장에서 설명하는 것과 같은 다양한 유연성 플라스틱 카테터를 사용하는 현대 혈관 삽관 시대의 개막을 알리는 계기가 되었다.

 

 

CATHETER BASICS

혈관 카테터는 화학적으로 불활성이며, 생체적합성이 높고, 화학적·열적 분해에 저항성을 가진 합성 플라스틱 고분자로 만들어진다.

카테터 재질

- 단기간 삽관(수일~수주)에 사용되는 카테터는 일반적으로 폴리우레탄(polyurethane)으로 만들어진다.
폴리우레탄은 유연하면서도 삽입 중 카테터가 꺾이는 것을 방지할 수 있을 만큼 충분한 인장 강도를 제공하는 다용도 고분자이다(신축성 있는 의류에 사용되는 탄성 섬유 역시 폴리우레탄으로 만들어진다).

- 장기간 혈관 접근(수개월)에 사용되는 카테터는 일반적으로 실리콘(silicone)으로 만들어진다.
실리콘은 폴리우레탄보다 훨씬 더 유연하며(예: 젖병의 젖꼭지는 실리콘으로 만들어진다), 혈관 손상을 일으킬 가능성이 더 낮다.
그러나 이러한 높은 유연성 때문에 실리콘 카테터는 경피적으로 삽입하기가 어렵고, 주로 이식형 카테터(예: 장기 항암치료용 카테터)로 사용된다.

2026.01.02 - [중환자의학] - 중환자에서 혈관내 카테터 삽입 시 초음파의 사용_The ICU Book

중환자에서 혈관내 카테터 삽입 시 초음파의 사용_The ICU Book

 

Catheter Size

혈관 카테터의 크기는 카테터의 외경(outside diameter, OD)을 반영한다.
카테터 크기를 표현하는 방법에는 두 가지가 있다.
- 게이지(gauge) 크기
- 프렌치(French) 크기

두 크기 체계 간의 상관관계는 표 1.1에 제시되어 있다.

 

From Access Technologies, 2016 catalogue.

 

Gauge Size (게이지 크기)

게이지 시스템은 원래 영국에서 고체 철선의 굵기를 측정하기 위해 도입되었으며, 이후 속이 빈 바늘과 카테터의 크기를 나타내는 데 사용되었다.
게이지 크기는 일정한 공간 안에 나란히 배치할 수 있는 와이어(또는 카테터)의 개수를 의미하며, 외경과는 반비례 관계를 가진다. 즉, 게이지 수가 클수록, 더 많은 카테터가 같은 공간에 들어가므로 개별 카테터의 외경은 더 작다

문제는 각 게이지 크기에 해당하는 실제 외경이 표준화되어 있지 않으며, 제조사마다 다르다는 점이다.
게이지 크기는 주로 다음에 사용된다:
바늘, 소구경 단일 내강(single-lumen) 카테터, 다중 내강(multilumen) 카테터의 주입 채널

일반적인 크기 범위는 16 gauge(가장 큼)부터 21 gauge(가장 작음)까지이다.

 

French Size (프렌치 크기)

프렌치 시스템은 (어디서 유래했을지는 짐작하겠지만) 속이 빈 관(카테터)의 크기를 측정하기 위해 도입되었으며, 게이지 시스템보다 예측 가능성이 높은 측정법을 제공한다.
프렌치 스케일은 0부터 시작하며,
프렌치 단위 1 증가 = 외경 0.33 mm 증가를 의미한다.

 

프렌치 크기(Fr) × 0.33 = 외경(mm)     (1.1)

 

프렌치 크기는 다음에 사용된다:
다중 내강 카테터, 대구경 단일 내강 카테터

일반적인 범위는 4 Fr (외경 1.2 mm)에서 9 Fr (외경 3.2 mm)까지이다.
또한 프렌치 크기는 요도 카테터, 비위관, 흉막 배액관에도 사용된다.

 

 

Flow Through Catheters (카테터 내 유속)

좁고 강직된 관(예: 카테터)을 통한 유속의 결정 요인은 19세기 중반, 독일의 토목공학자 고틀리프 하겐(Gotthilf Hagen)과 프랑스의 의사 장 마리 푸아죄유(Jean Marie Poiseuille)가 각각 독립적으로 기술하였다.
이들의 관찰 결과는 다음과 같은 식으로 표현되며, 이는 Hagen–Poiseuille equation(하겐-푸아죄유 방벙식)으로 알려져 있다.

 

Q = ΔP × (π r⁴ / 8μL)     (1.2)

이 방정식은 다음을 의미한다.
정상(층류) 유량(Q)은 관 양단의 압력 차(ΔP = Pin – Pout)에 비례하고, 관 반지름의 4 제곱(r⁴)에 비례하며, 관의 길이(L)와 유체의 점도(μ)에 반비례한다.

괄호 안의 항은 저항의 역수에 해당하며(Q = ΔP × 1/R 관계에 따라), 따라서 유동 저항(R)은 다음과 같이 표현할 수 있다:

R = 8μL / π r⁴ ​

 

Catheter Dimensions (카테터의 치수)

Hagen–Poiseuille equation은 카테터 치수가 카테터 내 유속에 미치는 영향을 설명한다.
이는 정맥 내 수액 주입 속도가 삽입된 카테터의 크기에 의해 결정되며,
삽관된 정맥의 크기에 의해 결정되지 않는다는 점에서 매우 중요하다.

먼저, 카테터의 내반지름(inner radius)은 유속에 매우 큰 영향을 미친다.
이는 유량이 반지름의 4 제곱에 비례하기 때문이다.
그 결과는 그림 1.1의 왼쪽 막대그래프에 잘 나타나 있다.

 

 

동일한 조건에서 16 gauge 카테터의 중력 주입 유속은 18 gauge보다 2배 이상, 20 gauge보다 거의 4배에 달한다.
이러한 큰 유속 차이는 외경 차이가 1 mm 미만임에도 불구하고 발생하며(표 1.1 참조), 이는 카테터 직경이 유속을 결정하는 핵심 요소임을 강조한다.

Hagen–Poiseuille equation은 또한 카테터 길이가 길어질수록 유속이 감소함을 보여준다.

그림 1.1의 오른쪽 그래프에 따르면, 2인치 카테터(말초정맥 카테터의 일반적 길이)에서 6인치 카테터(중심정맥 카테터의 일반적 길이)로 바뀌면 유속이 약 40% 감소하고, 12인치 카테터로 바뀌면 추가로 40% 감소함을 알 수 있다.

이러한 사실은 신속한 대량 수액 주입이 필요할 때, 대구경 카테터가 적절하며, 그중에서도 짧고 대구경인 카테터가 최적의 선택임을 의미한다.

 

Infusion Pressure (주입 압력)

혈관 카테터로 인해 발생하는 유동 저항은 압력 구배(ΔP)를 증가시킴으로써 극복할 수 있다.

 

중력 주입에서는 주입 용기(백 또는 병)를 삽관 부위보다 높이 올림으로써 압력 구배를 증가시킨다.

예를 들어,

높이 68 cm (27인치) → 주입 압력 50 mmHg (1 psi)

높이 100 cm (39인치) → 주입 압력 75 mmHg (1.5 psi)

 

 

INFUSION PUMPS (주입 펌프)

정맥 내 수액과 약물은 일반적으로 정확한 주입(또는 용량) 속도로 투여되며, 이는 주입 압력을 조절하는 프로그램 가능한 주입 펌프를 통해 이루어진다(최대 약 15 psi).

주입 펌프에는 두 가지 유형이 있다:

1. 용적 펌프(volumetric pump)

1 L 용량의 수액을 0.1–1,000 mL/hr 속도로 주입 가능

2. 주사기 펌프(syringe driver)

최대 100 mL 용량을 0.1–100 mL/hr 속도로 주입

 

용적 펌프는 정맥 수액과 대부분의 정맥 약물 투여에 사용되는 범용 장비이며, 주사기 펌프는 자가조절 진통(patient-controlled analgesia)에서 흔히 사용된다.

또한 대량 출혈환자에서의 소생술을 위한 특수 주입 펌프도 존재한다.
이 장비는 보온된 수액이나 혈액제제를 분당 최대 1.5 L 속도로 주입할 수 있으며, 이는 일반적으로 직경 7–8 Fr, 길이 2–2.5인치의 특수한 “급속 주입 카테터(rapid infusion catheter)”와 함께 사용된다.

 

Reference

Paul L. Marino. Chapter 1. Vascular access primer. The ICU book 5th ed.

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2026.01.01 - [중환자의학] - 혈관내 카테터의 종류_The ICU Book

혈관내 카테터의 종류_The ICU Book