Effect of Ketanserin and Positive End Expiratory Pressure Ventilation on Hemodynamics and Gas Exchange in Experimental Acute Pulmonary Embolism

실험적 급성 폐동맥색전증에서 Ketanserin과 Positive End Expiratory Pressure Ventilation이 혈류역학 및 환기에 미치는 영향

Background: In acute pulmonary embolism it has been postulated that the constriction of bronchi and pulmonary artery secondary to neurohumoral response plays an important role in cardiopulmonary dysfunction in addition to the mechanical obstruction of pulmonary artery. Serotonin is considered as the most important mediator. Positive end expiratory pressure (PEEP) stimulates $PGI_2$ secretion from the vascular endothelium, but its role in acute pulmonary embolism is still in controversy. Methods: To study the cardiopulmonary effect and therapeutic role of Ketanserin, selective antagonist of 5-HT2 receptor, and PEEP in acute pulmonary embolism experimental acute pulmonary embolism was induced in dogs with autologous blood clot. The experimental animals were divided into 3 groups, that is control group, Ketanserin injection group and PEEP application group. Results: Thirty minutes after embolization, mean pulmonary arterial pressure and pulmonary vascular resistance increased and cardiac output decreased. $PaO_2,\;P\bar{v}O_2$ and oxygen transport decreased and physiological shunt and $PaCO_2$ increased. After injection of Ketanserin, comparing with control group, mean pulmonary arterial pressure, pulmonary vascular resistance and physiological shunt decreased, while cardiac output, $PaO_2$ and oxygen transport increased. All these changes sustained till 4 hours after embolization. After PEEP application pulmonary vascular resistance, $PaO_2$ and $PaCO_2$ increased, while physiological shunt, cardiac output and oxygen transport decreased. After discontinuation of PEEP, mean pulmonary arterial pressure and pulmonary vascular resistance decreased and were lower than control group, while $PaO_2$ and cardiac output increased and higher than control group. $PaCO_2$ decreased but showed no significant difference comparing with control group. Conclusion: It can be concluded that Ketanserin is effective for the treatment of acute pulmonary embolism. With PEEP hemodynamic status deteriorated, but improved better than control group after discontinuation of PEEP. Thus PEEP may be applied carefully for short period in acute pulmonary embolism if the hemodynamic status is tolerable.

연구배경 : 급성 폐동맥색전증에서의 심폐기능 장애는 폐혈관계의 물리적 폐쇄와 신경체액성 반응에 의한 이차적인 기관지 및 혈관의 수축에 의하며, 혈소판에서 유리되는 serotonin이 체액성반응의 주 매개체인 것으로 알려져 있다. Positive End Expiratory Pressure(이하 PEEP 이라 칭함) 호흡요법은 성인성 호흡곤란증후군에서는 그 효과가 입증되어 널리 이용되고 있으나 폐동맥색전증에서의 역할은 아직 알려진 바 없다. 방법 : 연구자는 5-hydroxytryptamine 2 (이하 5-HT2라 칭함) 수용체의 선별 길항제인 ketanserin과 PEEP이 폐동맥색전증의 심폐기능 장애에 미치는 영향을 관찰하고 이들이 폐동맥색전증의 치료에 이용될 수 있을지를 검정해보기위해 한국산 잡견 13마리에 자가혈병을 이용하여 급성 폐동맥색전증을 일으킨후 대조군과 ketanserin 투여군, PEEP 적용군에서 환기 및 혈류역학의 제지표를 측정하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 결과: 1) 폐동맥색전증을 일으키는데 사용된 혈병은 체중 Kg당 0.30~0.89($0.63{\pm}0.16$)gm 이었고 세 군간에 유의한 차이가 없었으며 평균 폐동맥압은 11~18($14{\pm}2$)mmHg 에서 색전증 유발 직후 38~46($42{\pm}2$)mmHg 까지 상승하였다. 2) 혈병 투여 30분후의 변화 혈병 투여 30분후 평균 폐동맥압 및 폐혈관저항은 증가하였고 심박출량은 감소하였으며, 동맥혈 산소분압과 산소운반량 및 혼합정맥혈 산소분압은 감소하였고 생리적 단락과 동맥혈 이산화탄소분압은 증가하였으며(p<0.05) 세 군간에 유의한 차이는 없었다. 대조군은 이후 실험기간중 상기 지표에 유의한 변화가 없었다. 3) Ketanserin 투여후의 변화 Ketanserin 투여후 대조군에 비해 평균 폐동맥압과 폐혈관저항은 낮았으며 심박출량은 높았고 생리적단락은 낮았으며 동맥혈 산소분압과 산소운반량은 높았다(p<0.05). 동맥혈 이산화탄소분압은 ketanserin 투여 30분후 감소하였다(p<0.05). 평균 전신동맥압은 ketanserin 122mmHg 에서 101mmHg로 하강하였고 한시간 후에는 투여전 수준으로 상승하였으며 통계적 유의성은 없었다. 혼합정맥혈 산소분압은 대조군에 비해 높은 경향을 보였으며 통계적 유의성은 없었다. 4) PEEP 적용군에서의 변화 PEEP 적용후 동맥혈 산소분압과 폐혈관저항은 증가하였고 심박출량은 감소하였으며 생리적 단락은 감소한 반면 산소운반량은 감소하였다(p<0.05). 한편 동맥혈 이산화탄소분압은 증가하였다(p<0.05). PEEP 제거후 평균 폐동맥압과 폐혈관저항은 감소해 대조군에 비해 낮았으며, 산소운반량과 심박출량은 증가해 대조군에 비해 높았다(p<0.05). 생리적단락은 대조군에 비해 낮았고(p<0.05) 동맥혈 이산화탄소분압은 감소해 대조군과 유의한 차이는 없었다. 혼합정맥혈 산소분압은 대조군에 비해 높았다(p<0.05). 5) 혈병 투여 4시간후 혈소판은 감소하였고 백혈구는 증가하였다(p<0.05). 결론 : 이상의 결과로 5-HT2 수용체의 선별 길항제인 ketanserin은 폐동맥색전증의 치료에 유용할 것으로 생각된다. 한편 PEEP용 적용증에는 혈류역학적 제지표가 악화되었으나 제거후에는 오히려 대조군에 비해 유의하게 호전되었으므로, 폐동맥색전증의 초기에 혈류역학적 상태가 허용되면 조심스럽게 단기간 적용해볼 수 있을 것으로 생각된다.