Introduction
수의학에서 외과 발전이 많이 이루어져 있지만, 아직 심장에 대한 수술적 접근은 초기 단계라고 할 수 있습니다. 이번 article에서 open heart surgery를 하기 위한 기초 단계인 CPB에 대해서 소개해 드릴까 합니다.

Step for Cardio
-pulmonary bypass (CPB)

1. Anesthetist
2. Extracorporeal perfusionists
3. Medical technologist

체외 순환을 하기 위해서는 step을 구성하는 일이 첫 번째 일일 것입니다. 수술하는 스텝들,chief, assistant등 외과의 몇 명을 제외하더라도, 전문화되고 숙련된 마취의, 체외순환사, 임상병리사들이 필요합니다. 이 밖에도 수술장 바깥에서 환자의 상태를 advice 해 줄 수 있는 우수한 internal medicine과 medical imaging department의 consultant도 있어야 합니다. 높은레벨의 team-work는 수술을 보다 부드럽고, 빠르게 진행하게 합니다.

심장 수술의 마취
심장 수술에 대한 ‘마취제’나 뒤에 소개될 ‘심정지액’에 대한 조성은 술자 성향에 따라 다르다는 것을 먼저 말씀 드리고 싶습니다. 아래 프로토콜은 ‘로얄동물메디컬센터’에서 사용하는 프로토콜입니다.

심장 수술에 대한 마취는 다음과 같이 이루어 집니다.

•Pre-anesthetic medications

　–Atropine sulfate 0.025 mg/kg SC
　–Propofol 6mg/kg IV
　–Tramadol 3mg/kg IV
　–Cefazolin sodium 30mg/kg IV.

•Maintenance anesthesia
　–Isoflurane with oxygen

•During CPB
　–CRI of a propofol 0.4 mg/kg/min CRI
　–Butophanol (0.2 mg/kg/hr) was administered through CRI
　–IPPV (tidal volume=135365 ml/kg, ventilation frequency=20/min)

CPB 동안에 propofol의 CRI 투여는 비교적 안정적으로 유지되며, 약물의 특성에 따른 특이한 부작용은 나타나지 않았습니다.

체외 순환 시 환자의 감시
체외 순환시의 환자 감시(patientmonitoring)는 다음과 같이 이루어집니다.

•Patient monitor
– Heart rate, respiratory rate, rectal
temperature, electrocardiogram, SpO2,
ETCO2, ET, and esophageal temperature

•IBP
– Arterial blood pressure, arterial blood gases (PaO2, PaCO2, and pH), central venous pressure
– Femoral artery and vein
– A urinary catheter
– Urinary output
– Blood gas and electrolyte, and activated clotting time

환자의 컨디션을 확인할 수 있는 모니터링은 가급적 많이 할수록 좋습니다. 심장과 관련된 ECG모니터뿐만 아니라, 혈압, 체온, 동맥 혈액 가스 분석 등. 환자와 관련된 모든 검사들이 환자의 예후에 막대한 영향을 끼치게 될 것입니다.

Arterial blood gas analysis (ABGA)는 특히, 환자의 대사성 산증, 대사성 알카리증, 호흡성 산증, 호흡성 알카리증을 판별하는데 필수적인 아이템입니다. 혈액 산도의 변화는 수술과는 무관하게 환자의 예후에 영향을 주므로, 30-40분 간격으로 checking하여, 온도에 따르는 적정 pH를 조절해 주어야 합니다.

Activated clotting time (ACT) 는 환자의 체외 순환 지표가 됩니다 . 환자에게 체외 순환 전 heparin 을 1000 U/L of priming vol. 투여해야 합니다 . Heparin 의 투여는 환자 혈액의 응고를 지연시켜주며 , ACT 검사를 통해서 480 초 이상이 되었을 때 , 체외 순환을 실시 합니다 . 모든 체외 순환이 끝나고, protamine 을 사용하여,항 - 헤파린 작용 , 즉 혈액 응고를 일으킬 때에는 ACT 를 120 초 미만이 되어야 합니다 . ACT 또한 체외순환을 개시하기 전 혈액 응고 지표로 쓰이며 , 약물 ( 헤파린 or 프로타민 ) 이외에도 출혈 또는 혈액의 과도한 희석 때문에 혈소판 감소증이 일어나서 , ACT 가 증가 할 수 있으므로 , 이를 감별해야 합니다.

환자의 혈액 PCV가 20%에서 25%가 되도록 priming volume을 reservior에 섞어야 합니다.
희석된 PCV는 체외 순환을 부드럽게 하며, tube에서 혈액의 유동성을 증가시킵니다 ( Tab. 1).

혈압은 약물과, roller pump로 조절이 가능하며, 저혈압이 지속되면, brain perfusion ischemia injury에 노출이 될 수 있으므로, 끊임없이 모니터링 해야 합니다. 배뇨량을 확인 하는 것은 신장 기능을 감시하는 것입니다. 저체온 마취 시 환자의 중심 체온에 대한 정보가 필요하므로, 체온은 반드시 식도 내에서 측정하도록 합니다. 수술 시, 환자에 대한 모니터링은 아무리 강조해도 지나치지 않습니다. 끊임없이 환자 정보를 확인 하여, 환자가 항상성을 유지하도록 도와줍니다.

체외 순환기의 구성
체외 순환기의 구성은 다음과 같습니다.
* CPB
* Reservoir
* Membrane oxygenator
* Heat-exchanger
* Roller pump

Reservoir는 정맥혈 또는 suction을 통해서 들어온 혈액을 모으는 저장소 입니다. Membrane oxygenator는 모인 혈액에 산소를 공급해 주는, 즉, 인공 폐와 같은 역할을 하게 됩니다. Heatexchanger는 환자에게 공급되는 혈액의 온도를 상승 시키거나 또는 하강 시키게 하는 기계입니다. Roller pump는 일반적으로 3개로 이루어집니다 (Fig. 2).

3개중 하나의 펌프는 환자의 혈액을 체외로 순환 시켜줄 수 있는 동력을 공급하고, 나머지 두 개의 펌프는 심장 수술 중 유출된 혈액을 suction하여, 다시 reservoir로 공급하는 역할을 하게 됩니다 (Fig. 3).

다시 말하자면, 환자의 venous return 또는 수술 창으로부터 reservoir로 모인 혈액은 roller pump에 의해서 membrane oxygenator로 이동하고, 여기서 동맥혈화 되어, 환자에게 산소를 공급하게 됩니다 ( Fig. 4).

Cannulation의 장착

Cwannulation의 장착은 open heart surgery에서 매우 중요합니다. 크게 왼쪽 흉강을 통한 접근과 오른쪽 흉강을 통한 접근일 때 cannulation의 방법이 각각 있으며, 접근 방법에 따라서 cannulation의 장착 방법도 달라지게 됩니다. 오른쪽 흉강으로 접근 시에는 cranial and caudalvena cava가 왼쪽 흉강 접근 시보다 잘 보입니다. Azygous vein의 형태도 명확히 보이기 때문에, venous return의 통로를 확보하기에 왼쪽보다 더 유리한 점이 있습니다. 하지만, cannula들로 인하여 수술 시야 확보가 어려우며, mitral valve에 대한 접근을 어렵게 합니다 ( Fig. 6).

왼쪽 흉강 접근 시 left auricle을 통한 이참판으로의 접근이 용이하며, 왼쪽 흉강으로 접근 시에는 cannulation을 bi-vena cava가 아닌 jugular vein을 통해서 실시하므로, 수술창의 시야 확보가 오른쪽 보다 유리합니다. 하지만 jugular vein의 size문제로 venous return을 확보하기가 매우 어려우며, cannula의 끝을 양쪽 vena cava가 만나는 곳에 정 위치 시키기가 매우 까다롭습니다 (Fig. 7).

결론적으로 오른쪽 흉강 접근 시 venous return을 위한 혈관 접근은 매우 용이하나, mitral valve에 대한 접근성은 매우 떨어지며, 반대로 왼쪽 흉강 접근 시 left auricle을 통한 수술 창에 대한 접근은 매우 용이하나, venous return을 확보하기가 매우 어렵습니다. 따라서 상황에 따라서 접근해야 하며, 충분한 숙련도를 가지고 있어야 합니다.

저체온 마취
Cannulation을 통하여 venous return을 할 준비를 마쳤다면, heat exchanger로 저체온 마취에 들어가야 합니다. 저체온 마취는 조직의 산소 요구를 감소 시키며, 이를 통하여 말초 세포의 생존력을 높이기 위하여 사용합니다. 체온을 낮출 때에는 ice-sludge를 직접 적용하는 것 (Fig.11)뿐만 아니라 body surface cooling과 heat exchanger를 사용합니다.

조직 damage를 최소화하기 위해서, cooling은 천천히 하고, warming은 빠르게 합니다. 저체온의 온도는 28-32도로 합니다 (Fig. 8).

Setting cardioplegia cannula
저체온 마취가 되는 중에 aorta에 cardioplegia(심정지액)이 들어갈 수 있는 통로를 cannulation을 통해서 확보하여 줍니다.

5-0 polyvinylidene fluoride suture material로 purse-string suture혹은 horizontal mattress suture로써, left lateral aspect of ascending aorta에 장착을 합니다 (Fig.9).

심정지
심정지의 과정은 다음과 같습니다.
1) Hypothermia was slowly induced
2) Perfusion flow * 50 ml/kg/min at 28 ℃
3) Anesthesia is switched to intravenous propofol infusion
4) The aorta is occluded using a vascular clamp
5) Cardioplegic solution cooled to 4 ℃ is immediately infused

* Antegrade into root of the aorta to induce cardiac arrest (100-120 mmHg)

Heat exchanger를 통하여 hypothermia를 28도까지 유발하고, roller pump의 perfusion 속도를 50ml/kg/min으로 slow down 시킵니다. 대동맥 차단을 실시하기 전마취를 propofol 로 전환하는데, 2mg/kg을 bolus 주입하고, 이후 0.2mg/kg/min로 유지한 후, 대동맥을 aortic vascular clamp로 차단을 시킵니다 (Fig. 10).

심정지액을 주입할 때는 antegrade로 100 mmHg에서 120mmHg의 속도로 주입 합니다. 심정지액은 가능하면, 4도로 유지시킵니다.

Weaning
Weaning의 과정은 다음과 같습니다.

1. ACC was removed
2. Flow rate is decreased to 50% in a stepwise fashion until CPB is terminated.
3. Anesthesia was switched to maintenance with isoflurane inhalation.
4. The dog was rapidly re-warmed.
5. When the dog had a core temperature of 37 ℃ and MAP was restored, weaned from CPB.
6. At the return of sinus rhythm, dobutamine was infused with norepinephrine.
7. Protamine was administered
8. After recovery from CPB, the catheter for cardioplegic infusion removed
9. The catheters removed

Weaning은 cannulation을 제거하면서 이루어집니다. 먼저 aortic cross clamp (ACC)를 제거하여 동맥에서 심장으로 혈액이 들어오도록 합니다. Roller pump의 속도를 CPB를 종결시키기 전까지 서서히 절반 정도까지 줄여줍니다. 환자의 체온을 가능하면 빠른 속도로 상승시켜줍니다. 환자의 체온이 37도에 이르고, 평균 동맥혈압이 돌아왔을 때, venous의 cannulation을 제거 합니다.

환자의 sinus rhythm이 돌아왔을 때, dobutamine을 10 ug/kg/min 로 CRI 하고, norepinephrine을 적절히 사용하여, 동맥압과 sinus rhythm을 유지 시키도록 합니다. 이 때, protamine을 투여 합니다. Anti-heparin인 protamine을 투여 할 때는 환자가 저혈압 상태에 빠지지 않도록 각별히 유의 하여야 합니다. 속도는 0.2 mg/kg/min으로 하여야 하고, 투여 용량은 6 mg/kg이 되어야 합니다. Protamine의 투여가 모두 끝나고, ACT(activated clotting time)가 120초 이상이라면 1mg/kg을 추가 투여 합니다. Protamine의 부작용으로 알려진 저혈압은 환자에게 치명적이므로 반드시 혈압을 모니터 하면서 투여 하여야 합니다.

ACT가 120초 이내로 들어온다면, 이제 대동맥에 장착되어있는 cardioplegic infusion pathway를 제거합니다. 이후 aortic cannulation을 제거한다면, weaning이 완료되게 될 것입니다.

Summary
이상, open heart surgery를 위한 체외순환에 대하여 설명 드렸습니다. Open heart surgery를 소개하기 위한 첫 단추로써,

체외순환; CPB를 설명하였는데, 실제로 적용하려면, 많은 시행 착오가 필요합니다. 이러한 시행 착오들을 줄이기 위해서는 우선 전문화된 스텝의 반복된 simulation과 호흡이 중요하며, 각 스텝간의 유기적인 움직임도 중요합니다. 또한 유기적으로 인원이 움직일 수 있도록 각 장비의 위치를 정하고, 인원간 정보 교환과 검사가 활발히 이루어져야 합니다. 또한 환자의 상태에 대한 정보도 공유한다면, 술자의 부담을 덜어줄 수 있을 것입니다.

결론적으로 원활한 CPB는 결국 team-work에 의한 성공이 우선 보장되어야 하며, 그 이후에야 수술의 성공을 기대할 수 있을 것 입니다.마취 시에는 혈액 가스 분석과 혈압 측정을 반드시 해야 하며, 할 수 있는 모든 모니터링을 checking하여 환자의 상태를 파악하여야 합니다. Cannulation을 장착할 때, venous return의 확보는 수술의 성공 여부를 결정합니다.

성공적인 venous return은 환자 혈압의 control을 용이하게 하며, 또한 수술창의 출혈을 줄게 하여, 술자가 수술 시야를 확보하는 데에 도움을 줍니다. 따라서, 수술 초반에 이루어 지는 cannulation은 그 중요도가 높다고 하겠습니다. Weaning 시 환자 폐사의 원인 중에서 protamine의 투여에 의한 저혈압이 가장 발생하기 쉽습니다. 따라서, 투입 용량과 속도를 반드시 지켜야 하며, protamine 투여 시 혈압을 포함한 환자의 모든 정보를 철저히 파악하여야 합니다.

체외순환은 심장수술을 하기 위한 선결 필수 조건입니다. 이 글을 통하여, 체외순환에 대한 outline을 그릴 수 있기를 바랍니다. 또한 이러한 out-line이 심장 수술을 가능하게 하는 디딤돌이 되었으면 좋겠습니다.