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화상의 수액소생술 (Fluid Resuscitation)

  • Fluid resuscitation은 SIRS에 따른 수분요구량을 맞춰 환자의 혈역학적 상태와 신진대사를 유지시키기 위한 기법이다.
화상환자의 수액요구량 증가는 표피 손실에 따른 수분증발로 인한다는 설명은 무리가 있다. 
실제 수분요구량의 증가는 수분손실에 따른 것이 아니라 전신염증반응에 따른 혈관내 수분의 조직저류로 인한 것이며 이로인해 대량의 수분이 필요한 상황에 도달하는 것이다.

화상에서 수분저류의 기전

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혈관에서 조직으로의 수분이동은 Starling equation에 의해 이해할 수 있다.

 
Jv : 미세혈관 장벽을 건너가는 수분의 흐름 (flow rate)
Kf : 모세혈관 투과계수
Pc : 모세혈관 정수압
Pif : 간질액의 정수압
πp : 혈장의 교질삼투압
πif : 간질액의 교질삼투압

학자들의 동물실험등을 토대로 정상적인 상태와 화상이후의 위 변수들의 변화가 산출되었다. 아래는 이에대한 내용을 정리한 표이다.[1]

Effect of Burn Injury on Changes in the Classic Starling Equation Variables
Variable Normal or Baseline Post-Burn Δ References
Pc ~25mmHg ~50mmHg ↑~25mmHg [2]
πP 25-30mmHg 15-18mmHg ↓~10mmHg [3][4][5]
Pif -2~0mmHg ~100mmHg non-resuscitated

non-perfused skin and -5mmHg perfused skin

↓~100mmHg

↓3-5mmHg

[6][7]
πif 10-15mmHg 13-18mmHg in burn wound

↓ and with resuscitation hypoproteinemia in unburned skin

↑~3mmHg [3][5][8]
σ ~0.9 ~0.5 ↓~0.4 [2][3][8][9]
Kf ~0.003mL/min/mmHg/100g(leg) ↑2-5x [10]

위 계산식과 아래의 표를 놓고 생각해 봤을때 Jv가 양의 수를 가졌을 때, 혈관내의 수분은 간질로 빠져나가게 된다.

정상 상태에서의 Jv는 아래의 계산결과로 값을 알 수 있다. 간단히 이해하기 위해 위의 공식에 표의 값을 대입해 계산을 해보겠다.

 
 

위 결과를 비교해보면 화상을 입은 후와 정상에서의 혈관에서 간질로의 수분유입률은 2.17배 증가함을 할 수 있다.

문제는 이러한 계산상의 결과가 화상을 입은 환자의 조직에서 지속적으로 발생하는 것이며, 이 원인은 다양한 염증유발인자의 분비에 있다.

화상에서의 염증유발인자의 작용

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통상적인 염증유발인자로는 histamine, prostaglandin, thromboxane(TXA2), kinin, serotonin, catecholamine, reactive oxygen species (ROS), nitric oxide(NO),

platelet aggregation factor, angiotensin II, vasopressin, hydrogen sulfide(H2S), metalloproteinase(MMP)등이 있다. 이들은 환자의 화상부위가 완전히 회복되기

전까지 대식세포(Macrophage)와 백혈구(leukocyte)에서 계속적으로 분비되며, 이로인해 myocardial dysfunction과 pulmonary edema, 그리고

abdominal compartment syndrome등을 유발하게 된다.

Cadiovascular and Inflammatory Mediators of Burn Shock[11]
Mediators Central Cardiovascular Effects

(at High Concentrations)

Load Tissue Effects
Histamine ↓Blood pressure; hypovolemia Arterial dilation; Venular constriction

↑Blood flow

↑Permeability

Prostaglandin E2 (PGE2) ↓Systemic arterial and pulmonary

arterial blood pressure

Vasodilation

↑Blood flow

↑Permeability

Prostacyclin (PG12) ↓Blood pressure ↑Permeability
Leukotrienes

LB4

LD4

Pulmonary hypertension
Thromboxane A2 (TXA2)

Thromboxane B2 (TXB2)

GI ischemia

Pulmonary hypertension

Vasodilation

↑Blood flow

↑Permeability

Bradykinin ↓Blood pressure

Hypovolemia

Vasodilation, ↑Permeability
Serotonin ↑Permeability
Catecholamines

Epinephrine

Norepinephrine

↑Heart rate

↑Blood pressure

↑Metabolism

Vasoconstriction (receptors; Vasodilation (β2 receptors in muscle);

block ↑ permeability due to histamine & bradykinin via β receptors

Oxygen radicals:

Superoxide Anion (O2-)

Hydrogen peroxide (H2O2)

Hydroxyl Ion (OH-)

Peroxynitrite (ONOO-)

Cardiac dysfunction Tissue damage

↑Permeability

Platelet aggregation factor ↑Blood pressure Vasoconstriction
Angiotensin II GI ischemia

↑Blood pressure

Vasoconstriction
Vasopressin GI ischemia

↑Blood pressure

Vasoconstriction

결국 화상에서의 fluid resuscitation은 초기 burn shock에서 환자의 혈역학적 상태를 안정화 시킬 수는 있으나 근본적인 치료(화상 부위의 회복)가 없이는 생존율을 높이는데 큰 의미는 없다.

Fluid Resuscitation의 실제

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최근까지 화상환자의 fluid resuscitation에서 가장 중요하게 보는 것은 환자의 소변량이었다. ABA(American Burn Association)에서는 수액소생술 동안 성인의 경우 소변량이 0.5cc/kg/hr~1.0cc/kg/hr, 소아의 경우 1.0cc/kg/hr~1.5cc/kg/hr로 유지되도록 권장하고 있으며, 환자의 혈관내 수분상태를 다른 방법으로 파악하기 힘들 때는 이 기준을 수액소생술의 목표로 보고 있다[12].

다음은 일반적으로 알려진 수액소생술의 계산식이다.

Common Burn Resuscitation Formulas[13]
Colloid formulas Electrolyte Colloid D5W Next 24hrs Post-burn[14]
Evans N/S 1cc/kg/% TBSA 1cc/kg/% TBSA 2000cc N/S 0.5cc/kg/% TBSA + Colloid 0.5cc/kg/% TBSA + D5W 2000cc
Brooke H/S 1.5cc/kg/% TBSA 0.5cc/kg 2000cc N/S 0.5cc/kg% TBSA + Colloid 0.25cc/kg/% TBSA + D5W 2000cc
Slater H/S 2000/24hrs FFP 75cc/kg/24hrs
Crystalloid formulas
Parkland H/S 4cc/kg/% TBSA H/S : 없음 + Colloid 5% albumin given at 0.3~1cc/kg/% TBSA/16 per hour
Modified Brooke H/S 2cc/kg/% TBSA H/S : 없음 + Colloid 0.3~0.5cc/kg% TBSA
Hypertonic saline formulas
Monafo Volume maintain urine output at 30cc/hr
Fluid contains 250mEq Na/L
Warden H/S + 50mEq NaHCO3 (180mEq Na/L) for 8hrs to maintain urine output at 30-50cc/hr
H/S to maintain urine output at 30-50cc/hr beginning 8hr post-burn
Demling Dextran 40 in N/S at 2cc/kg/hr for 8hrs
H/S : volume to maintain urine output at 30cc/hr
FFP : 0.5cc/kg/hr for 18hrs beginning 8hr post-burn
Newly added[14]
Shriner's Cincinnati

(For Children)

H/S 4cc/kg/% TBSA + 1500cc/m2, 1/2 given over 8hr and the remaining over the next 16hr (older children)
H/S 4cc/kg/% TBSA + 1500cc/m2 + 50mEq NaHCO3 for the first 8hr, followed by H/S alone in second 8h, followed by 5% albumin in H/S in third 8hr (younger children)
Galveston Formula

(For Children)

H/S 5000cc/m2 TBSA + 2000cc/m2 total, 1/2 volume in first 8hr, followed by remainder in 16hr

D5W, 5% Dextrose in water; LR, lactated Ringer’s solution; NS, normal saline; UO, urinary output; TBSA, total body surface area.

Lactated Ringer's solution과 Hartmann's solution IV는 동일한 조성이라 원문의 LR을 모두 H/S로 변경함.

수액소생술을 시작하기 전에 반드시 다음 내용을 확인하는 것이 중요하다.

  • 수상시각
  • 체중(kg)
  • IV Access의 유무와 위치, 갯수
  • 현재까지 투여된 수액의 종류와 양
  • 기저질환
  • 수상전 환자의 상태
    • 약물 복용력
    • 음주
    • 흡연
    • 신체활동 여부
  • 화상의 기전(종류)

이러한 정보는 fluid resuscitation의 계산과 적용, 그리고 평가에 영향을 미치는 인자들로 아직까지 어떤 인자가 어떤 영향을 주는지 객관적 연구결과로 나온 것은 많지 않으나 경험적인 부분에서 매우 중요한 것들이다. 특히 환자의 평소 체중은 내원시 환자의 탈수상태와 수액소생술 공식의 적용에 필수적인 부분이다.

가장 많이 사용하고, 가장 오래된 계산식인 Parkland formula를 이용해 수액소생술 적용에 대해 설명하겠다.

Parkland formula를 사용할때 가장 중요한 것은 체중으로, 환자의 평소 체중을 확인하여 계산을 한다. 위 표를 살펴보면 Parkland formula는 체중 x 4 x % TBSA로 수액의 총량을 계산한다. 이때 나오는 결과값은 Hartmann's solution이나 Lactated Ringer's solution으로서 단위는 mL(cc)이다. 계산결과를 적용할 때는 결과값의 절반을 수상초기 8시간 동안 투여하고, 나머지 절반은 16시간에 걸쳐 투여하게 된다.

예를들어 60kg의 40% TBSA환자가 내원 직전에 수상하여 병원에 도착한 경우 아래의 방식으로 투여를 한다.

 
Parkland formula에 의한 예상 수액요구량
 
 
 

Parkland formula는 다른 fluid resuscitation계산식보다 간단하여 외우기 쉬워 가장 일반적인 수액소생술 방식으로 알려져 있다. 다만 환자의 체중과 TBSA가 늘어나면 늘어날수록 급격히 증가하는 수액량과, Starling's equation에서 추정할 수 있는 Colloid의 중요성으로 인해 최근에는 24시간 후 알부민과 같은 colloid의 투여를 권하고 있다. 우측의 그래프는 화상환자에게 단순히 Parkland formula를 적용했을때 필요한 수액요구량의 그래프다.

화상 환자에서 fluid resuscitation의 가장 큰 특징은 초기에 대량의 수액을 투여하여 혈역학적 안정을 유도하고, 이후 소변량에 맞춰 투여되는 수액량을 조절하는 형태라는 것이다. 이런 resuscitation protocol은 계속 진화해 나가고 있으며, 최근에는 계산된 수액을 모두 주는 것보다 미국 화상학회의 권고대로 환자의 소변량과 혈역학적 안정상태에 맞춰 투입량을 가감하는 방식으로 변화하고 있다[12]. 또한 몇가지 연구 결과로 확인된 고삼투 수액을 사용한 수액소생술도 어느정도 일반화 되었다.[15]. 정상 혈장보다 높은 Na+농도(통상 150mEq/L 이상)를 사용하는 이 방식은 최대 30% 수액요구량을 감소시킬 수 있다고 알려져 있다[16]. 이러한 고삼투 수액 투여의 논리적 근거는 생리학적으로 인체의 모든 수분은 Na+의 이동에 따른다는 것이며, 또한 세포막은 Na+-K+ ATPase의 능동수송에 의해 세포내에 일정한 농도(저농도)의 Na+만이 존재하고 그로인해 수분은 혈관과 간질에만 저류한다는 것이다. 하지만 통상적으로 8시간이 지난 이후에는 그 효과가 떨어지기 때문에 보통 수상직후 8시간의 fluid resuscitation에만 고삼투 수액을 사용한다.

Fluid resuscitation에서 알부민의 사용에 대해서는 몇 가지 연구가 있었으며, 다음과 같은 문제를 확인했다[17].

  • 초기에 알부민을 투여하는 경우 Cardiac output의 빠른 회복을 달성할 수 있다
  • 초기에 알부민을 투여하는 경우 첫 24시간 동안 수액요구량을 줄일 수 있다
  • 하지만 3~7일째에 폐부종이 심해지는 단점이 있다
  • 사망율이 증가한다

이러한 결과에도 불구하고, 현재 환자에게 투여할 수 있는 colloid는 FFP(Fresh Frozen Plasma)와 알부민이 전부이다. 일부 연구에서는 알부민의 투여는 최소 수상후 8~12시간이 지난 후에 시작하는 것이 환자에게 유리하다는 연구결과 있으며[18], 외국에서는 8시간 이후, 그리고 한국에서는 24시간 이후 투여를 시작하도록 하고 있다

(∵국내에서 화상환자의 알부민 투여기준은 단순히 심사평가원의 기준을 따랐을 때 이야기로 이에대한 명확한 근거를 저자는 찾지 못했다. 원한다면 8~24시간 이내에 사용해도 되나 혈중 알부민 수치 2.4g/dL이하와 수상후 24시간이라는 조건을 지키지 않으면 전액 비급여 처리된다)

Fluid Creep

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Fluid Creep은 resuscitation formula의 계산값보다 더 많은 수액이 투여되는 상황에 대한 명명으로 이로인해 organ dysfuction과 사망에 이르게 되는 상황들을 설명하는 용어이다[19]. 과도한 수액소생술은 acute coronary syndrome, airway & pulmonary edema, extremity compartment syndrome, orbital compartment syndrome, cerebral edema를 유발할 수 있어 지양해야 한다. fluid creep을 유발할 수 있는 원인은 다음과 같다.

  • 염증유발인자가 분비될 수 있는 원인의 잔존
  • 진통제의 과도한 사용 (특히 마약성 진통제)
  • 목표치(소변량)를 너무 넓게 설정한 경우
  • 의료진의 미숙

현재는 최대한 fluid creep을 줄이기 위해 여러가지 노력을 진행하고 있으나 아직까지 확실한 해법은 나오지 않은 것이 사실이다. 다만 일반적으로 권고되는 것은 아래와 같다[20].

  • colloid를 투여할 것
  • 소변량을 최소한에 맞출 것
  • 신장기능의 이상 또는 산증이 시작되면 최대한 빨리 CRRT를 시작할 것
  • shock을 유발할 수 있는 화상이외의 다른 원인을 찾을 것
  • 사지 거상(Extremities elevation)
  • 필요시 Compartment pressure 측정

새로운 수액소생술

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최근에는 수차례 전쟁을 겪은 이스라엘 쪽에서 Haifa formula라는 것이 나왔다. 이 방법은 colloid를 근간으로 하여 crystalloid로 소변량을 조절하는 방식이다[21].


 
 


중국에서도 최근 fluid resuscitation기법이 나왔으며 아래와 같다[22].


 

 

 


TMMU protocol의 경우, 다른 resuscitation formula와 달리 수상 24시간 이후의 계산에 대해서도 내용이 있는 것이 특징이다. 자세한 내용은 해당 논문을 참조하기 바란다.

Protocol-Driven and Computerized Resuscitation

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다양한 시도가 이우러지고 있다.

이에대해 어느정도 유의미한 결과가 나오고 있으나 아직 완전히 확정된 것이 없어 생략한다.

나가는 글

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현재 화상에서 수액소생술(Fluid resuscitation)은 다양한 방식으로 이루어지고 있다. 과거의 연구까지 생각해보면 단순 crystalloid에서 colloid의 비중이 증가하였으며, 초기 수상 8시간 이내 hypertonic solution의 사용이 대두되었으며, 알부민의 사용시기, 그리고 혈관내 수분량을 정확히 측정하기 위한 비침습적 검사방식이 개발되었다. 또한 Fluid creep이라 부르는 상황에 대한 이해 역시 알려졌다.

화상에서 수액소생술은 초기 수상환자의 혈역학적 안정을 유지시키기 위해 매우 중요한 기법이다. 하지만 화상 치료는 단순히 수액소생술만을 진행한다고 하여 끝나는 것이 아니며, 반드시 원인인자의 해결이 동반되어야 함을 꼭 기억할 필요가 있다.

References

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  1. ↑ Paul, Wurzer; Derek, Culnan; Leopoldo C., Cancio; George C., Kramer (2018). 〈Pathophysiology of Burn Shock and Burn Edema〉. Herdon, David N. 《Total Burn Care》 5판. Elsevier Inc. 66-76.e3쪽. 
  2. ↑ 2.0 2.1 Pitt, RM; Parker, JC; Jurkovich, GJ; 외. (1987). “Analysis of altered capillary pressure and permeability after thermal injury”. 《J Surg Res》 42 (6): 693-702. 
  3. ↑ 3.0 3.1 3.2 Aukland, K; Reed, RK (1993). “Interstitial-lymphatic mechanisms in the control of extracellular fluid volume”. 《Physiol Rev》 73 (1): 1-78. 
  4. ↑ Zetterström, H; Arturson, G (1980). “Plasma oncotic pressure and plasma protein concentration in patients following thermal injury”. 《Acta Anaesthesiol Scand》 24 (4): 288-294. 
  5. ↑ 5.0 5.1 Pitkänen, J; Lund, T; Aanderud, L; 외. (1987). “Transcapillary colloid osmotic pressures in injured and non-injured skin of seriously burned patients”. 《Burns Incl Therm Inj》 13 (3): 198-203. 
  6. ↑ Lund, T; Wilg, H; Reed, RK (1988). “Acute postburn edema: role of strongly negative interstitial fluid pressure”. 《Am J Physiol》 255 (5 Pt2): H1069-H1074. 
  7. ↑ Kinsky, MP; Milner, SM; Button, B; 외. (2000). “Resuscitation of severe thermal injury with hypertonic saline dextran: effects on peripheral and visceral edema in sheep”. 《J Trauma》 49 (5): 844-853. 
  8. ↑ 8.0 8.1 Harms, BA; Bodai, BI; Kramer, GC; 외. (1982). “Microvascular fluid and protein flux in pulmonary and systemic circulations after thermal injury”. 《Microvasc Res》 23 (1): 77-86. 
  9. ↑ Arturson, G (1979). “Microvascular permeability to macromolecules in thermal injury”. 《Acta Physiol Scand Suppl》 463: 111-122. 
  10. ↑ Arturson, G; Mellander, S (1964). “Acute changes in capillary filtration and diffusion in experimental burn injury”. 《Acta Physiol Scand》 62: 457-463. 
  11. ↑ Paul, Wurzer; Derek, Culnan; Leopoldo C., Cancio; George C., Kramer (2018). “Total Burn Care” 5판. Elsevier Inc.: 72. Table 8.2.  |장=이 무시됨 (도움말)
  12. ↑ 12.0 12.1 Pham, TN; Cancio, LC; Gibran, NS (2008). “American Burn Association practice guidelines burn shock resuscitation”. 《J Burn Care Res》 29 (1): 257-66. PMID 18182930. doi:10.1097/BCR.0b013e31815f3876. 
  13. ↑ From Hansen SL. From cholera to “fluid creep”: a historical review of fluid resuscitation of the burn trauma patient. Wounds 2008;20(7): 206–213. For earlier version of the Cincinnati formula, see Merrell SW, Saffle JR, Sullivan JJ, et al. Fluid resuscitation in thermally injured children. Am J Surg. 1986;152(6):664–669. For earlier version of the Galveston formula, see Carvajal HF. Fluid resuscitation of pediatric burn victims: a critical appraisal. Pediatr Nephrol. 1994;8(3):357–366.
  14. ↑ 14.0 14.1 Cancio, Leopoldo C.; Hohanon, Fredrick J.; Kramer, George C. (2018). 〈Burn Resuscitation〉. DN., Herndon. 《Total Burn Care》. Elsevier Inc. 78. Table 9.1쪽. 
  15. ↑ Warden, GD (1992). “Burn shock resuscitation”. 《World J Surg》 16 (1): 16-23. 
  16. ↑ Caldwell, FT; Bowser, BH (1979). “Critical evaluation of hypertonic and hypotonic solutions to resuscitate severely burned children : a prospective study”. 《Ann Surg》 189: 546-552. 
  17. ↑ Goodwin, CW; Dorethy, J; Lam, V; Pruitt, BA Jr. (1983). “Randomized trial of efficacy of crystalloid and colloid resuscitation on hemodynamic response and lung water following thermal injury”. 《Ann Surg》 197 (5): 520-531. 
  18. ↑ DemLing, RH; Smith, M; Bodai, B; 외. (1981). “Comparison of postburn capillary permeability in soft tissue and lung”. 《J Burn Care Rehabil》 2: 86-92. 
  19. ↑ Pruitt, BA Jr. (2000). “Protection from excessive resuscitation: "pushing the pendulum back"”. 《J Trauma》 49 (3): 567-568. 
  20. ↑ Leopoldo C., Cancio; Fredrick J., Bohanon; George C., Kramer (2018). 〈Burn Resuscitation〉. Herndon, DN. 《Total Burn Care》 5판. Elsevier Inc. 83쪽. 
  21. ↑ David G., Greenhalgh (July/August 2007). “Burn Resuscitation”. 《J Burn Care》. PMID 17665515. 
  22. ↑ Luo, G; Peng, Y; Yuan Z; Cheng W; Wu J; Tang J; Huang Y; Fitzgerald M (2009). “Fluid resuscitation for major burn patients with the TMMU protocol.”. 《Burns》 35 (8): 1118-23. PMID 19501974. doi:10.1016/j.burns.2009.02.020. 
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