Changes of Blood Gases, Plasma Catecholamine Concentrations and Hemodynamic Data in Anesthetized Dogs during Graded Hypoxia Induced by Nitrous Oxide

아산화질소에 의한 점진적 저산소가스 흡입이 혈중 가스치와 Catecholamine치 및 혈역학에 미치는 영향

The sympathoadrenal system plays an important role in homeostasis in widely varing external environments. Conflicting findings, however, have been reported on its response to hypoxia. We investigated the effect of hypoxia on the sympathoadrenal system in dogs under halothane anesthesia by measuring levels of circulating catecholamines in response to graded hypoxia. Ten healthy mongreal dogs were mechanically ventilated with different hypoxic gas mixtures. Graded hypoxia and reoxygenation were induced by progressively decreasing the oxygen fraction in the inhalation gas mixture from 21%(control) to 15%, 10% and 5% at every 5 minutes, and then reoxygenated with 60% oxygen. Mean arterial pressure, central venous pressure and mean pulmonary arterial pressure were measured directly using pressure transducers. Cardiac output was measured by the thermodilutional method. For analysis of blood gas, saturation and content, arterial and mixed venous blood were sampled via the femoral and pulmonary artery at the end of each hypoxic condition. The concentration of plasma catecholamines was determined by radioenzymatic assay. According to the exposure of graded hypoxia, not only did arterial and mixed venous oxygen tension decreased markedly at 10% and 5% oxygen, but also arterial and mixed venous oxygen saturation decreased significantly. An increased trend of the oxygen extraction ratio was seen during graded hypoxia. Cardiac output, mean arterial pressure and systemic vascular resistance were unchanged or increased slightly. Pulmonary arterial pressure(PAP) and pulmonary vascular resistance(PVR) were increased by 55%, 76% in 10% oxygen and by 82%, 95% in 5% oxygen, respectively(p<0.01). The concentrations of plasma norepinephrine, epinephrine and dopamine increased by 75%, 29%, 24% in 15% oxygen and by 382%, 350%, 49% in 5% oxygen. These data suggest that the sympathetic nervous system was activated to maintain homeostasis by modifying blood flow distribution to improve oxygen delivery to tissues by hypoxia, but hemodynamic changes might be blunted by high concentration of nitrous oxide except PAP and PVR. It would be suggested that hemodynamic changes might not be sensitive index during hypoxia induced by high concentration of nitrous oxide exposure.

교감신경계는 광범위한 각종 기능의 항상성 조절에 결정적인 역할을 하고 있으며, 저산소증, 출혈, 통증 등에 따른 스트레스 반응에 의해 자극되어 심박출량의 증가 및 조직으로 산소공급 향상을 위한 혈류 조절 반응이 나타나게 되나 주어진 환경에 따라 반응 정도는 다양하게 보고되고 있다. 고농도의 $N_2O$로 인해 발생된 저산소혈증 상태에서 혈역학적 변화가 저산소혈증을 발견하는 지표로서 유용한 지를 관찰하기 위해 본 실험에서는 마취후 기계적 환기를 시행한 한국산 잡견에서 고농도의 $N_2O$를 이용하여 흡입산소농도를 점진적으로 감소시킬 때 발생된 저산소혈증이 혈중 catecholarnine의 분비와 혈액 가스 및 혈역학적 변화를 비교 관찰하였다. Halothane으로 흡입 마취하여 기계적 환기를 시행한 뒤 10 마리의 한국산 잡견에서 21%, 15%, 10%, 5%의 산소를 5분씩 공급하여 혈역학상의 변화와 조직의 산소이용 상태 및 혈중 catecholamine치를 관찰하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 조절호흡의 결과, 실험견은 등탄산성 저산소혈증이 초래되었으며 흡입산소농도의 감소 정도에 따라 동맥혈 및 혼합정맥혈의 산소분압 및 포화도가 감소되었고, 산소섭취율이 증가함에 따라 동정맥혈 산소함량의 차이는 증가하였으며 동시에 심박출량이 증가하는 대상성 반응을 보였다. 중심 정맥압은 10%와 5%의 흡입산소농도에서 측정치가 유의하게 증가되었고, 평균 폐동맥압은 10%와 5%의 흡입산소농도에서 각각 55% 및 82% 증가되었으며 폐혈관저항도 각각 76%, 95%로 유의하게 증가되었으나 전신혈관저항의 변화는 유의성이 없었다. 실험견에서 혈중 norepinephrine, epinephrine 및 dopamine의 대조치는 각각 $141.4{\pm}94.4$ pg/ml, $172.6{\pm}130.1$ pg/ml, $151.1{\pm}282$ pg/ml이었다. 15% 산소 흡입 시 norepinephrine, epinephrine 및 dopamine치는 모두 유의한 증가를 나타내기 시작하였고 dopamine은 10% 흡입산소농도에서 가장 많이 증가하였으나 5% 흡입산소농도에서는 오히려 감소되었고 60%의 흡입산소로 재산소화하는 동안 대조치 수준으로 회복되었다. 이에 비해 norepinephrine은 15%의 흡입 산소농도에서 74% 증가한 후 저산소혈증이 심화될수록 더욱 증가하는 양상이 계속되었다. Epinephrine은 대조치에 비해 15% 산소 흡입시 29% 증가하였으나 10% 및 5% 흡입산소농도에서 각각 382%, 350% 증가되었다. 60%의 흡입산소로 재산소화하였을 때는 norepinephrine과 epinephrine치는 감소되었으나 대조치보다는 여전히 증가되어 있었다. 이상의 결과로 볼때 마취후 고농도의 $N_2O$에 의한 저산소 가스 흡입은 혈중 catecholamine의 농도를 증가시키나 심혈관계 및 교감 신경계의 반응을 매우 둔화시키는 것으로 생각된다. 따라서 임상 마취에서 환자에게 고농도의 $N_2O$를 흡입시켜 저산소혈증이 초래되는 경우 혈압 및 맥박수의 변화는 저산소혈증을 발견하는 지표로 유용하지 않은 것으로 사료된다.