Comparison of Respiratory Mechanics and Gas Exchange Between Pressure-controlled and Volume-controlled Ventilation

압력조절환기법과 용적조절환기법의 호흡역학 몇 가스교환의 비교

Background : Pressure-controlled ventilation (PCV) is frequently used recently as the initial mode of mechanical ventilation in the patients with respiratory failure. Theoretically, because of its high initial inspiratory flow, pressure-controlled ventilation has lower peak inspiratory pressure and improved gas exchange than volume-controlled ventilation (VCV). But the data from previous studies showed controversial results about the gas exchange. Moreover, the comparison study between PCV and VCV with various inspiration : expiration time ratios (I : E ratios) is rare. So this study was performed to compare the respiratory mechanics and gas exchange between PCV and VCV with various I : E raitos. Methods : Nine patients receiving mechanical ventilation for respiratory failure were enrolled. They were ventilated by both PCV and VCV with various I : E ratios (1 : 2, 1 : 1.3 and 1.7 : 1). $FiO_2$, tidal volume, respiratory rate and external positive end-expiratory pressure (PEEP) were kept constant throughout the study. After 20 minutes of each ventilation mode, arterial blood gas, airway pressures, expired $CO_2$ were measured. Results : In both PCV and VCV, as the I : E ratio increased, the mean airway pressure was increased, and $PaCO_2$ and physiologic dead space fraction were decreased. But P(A-a)$O_2$ was not changed. In all three different I : E ratios, peak inspiratory pressure was lower during PCV, and mean airway pressure was higher during PCV. But $PaCO_2$ level, physiologic dead space fraction and P(A-a)$O_2$ were not different between PCV and VCV with three different I : E ratios. Conclusion : There was no difference in gas exchange between PCV and VCV under the same tidal volume, frequency and I : E ratio.

연구배경 : Pressure-controlled ventilation(PCV)은 최근 호흡부전 환자에게서 자주 사용되는 환기방식이다. 이론적으로 PCV은 초기에 높은 기류를 제공하므로 volume-controlled ventilation(VCV)에 비해 최고흡기압이 낮고 가스교환에 이점이 있을 것으로 사료된다. 그러나 PCV에서 최고흡기압이 낮은 것에 대해서는 대부분의 보고가 일치하고 있으나 가스교환에 대해서는 상반된 결과를 보고하고 있다. 따라서 본 연구는 호흡부전 환자에서 PCV과 VCV간의 호흡역학과 가스교환의 비교 및 I : E ratio의 변동에 따른 차이가 있는지를 알아보고자 본 연구를 시행하였다. 방 법 : 호흡부전으로 기계호흡을 받고 있는 9명의 환자를 대상으로 하였다. 각 대상환자에서 흡기산소농도, 일회호흡용적, 호흡수 및 호기말양압은 변화시키지 않고, PCV와 VCV을 번갈아 적용하고 I : E ratio를 1 : 2, 1 : 1.3 및 1.7 : 1로 변화시키면서 기도압과 동맥혈 가스분석, 호기 이산화탄소 농도를 측정하여 PCV과 VCV 간의 호흡역학과 가스교환을 비교하였다. 결 과 : PCV과 VCV 모두에서 I : E ratio를 증가시킴에 따라 평균기도압이 증가하였고, $PaCO_2$와 생리적 사강이 감소하였다. 그러나 P(A-a)$O_2$는 변하지 않았다. 각각의 I : E ratio 모두에서 최고흡기압은 PCV시 더 낮았으며, 평균기도압은 PCV에서 더 높았다. 그러나 $PaCO_2$, 생리적 사강 및 P(A-a)$O_2$는 PCV과 VCV간의 차이를 보이지 않았다. 결 론 : 동일한 일회호흡용적, 호흡수 및 I : E ratio 상태에서는 두 환기 양식의 차이에 따른 가스교환의 차이가 없었다.