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고압산소치료에 대한 최신 지견 I만성 난치병에 대한 적용 가능성

고압의학(Hyperbaric medicine)이란 특정가스 성분을 대기압보다 높은 압력으로 투입하는 의학적 치료의 한 부분이다. 이때 특정한 가스를 산소로 사용하게 되면 고압산소치료(Hyperbaric Oxygen Therapy, HBOT)라고 한다. 고압산소치료란 100% 산소를 1기압 이상의 압력으로 밀폐된 공간에서 투여하며 치료하는 것을 말한다. 고압산소 치료 시 100%산소를 2~3기압으로 투여하면 동맥 산소분압이 2,000mmHg이상 되고, 조직에서의 산소분압도 400mmHg에 이르게 된다. 이 농도의 산소는 세포에 생화학적으로나 생리학적으로 유익한 영향을 줄 수 있다. 지난 40년간 고압산소치료는 안정성과 유효성에 대하여 충분한 과학적 타당성이 확인되지 않은 상태에서 다양한 질병들에 대하여 추천되는 치료방법중의 하나가 되어왔다. 그 결과 고압산소치료의 효과에 대하여 기존의 전통의학에서 부정적으로 인식되어왔다. 그러나 최근 20년간 동물실험 결과와 여러 임상적인 많은 치료사례들을 통해서 합리적이고 과학적 증거와 결과들이 축척되어 발표되고 있다. 그 결과 고압산소치료는 전 세계적으로 많은 병원에 도입되어 사용되기 시작하였다. 그러나 아직도 많은 의료인들이 고압산소치료를 경험해보지 못하고 익숙하지 않기 때문에 보편적으로 보급되어 사용되어지지는 못하고 있다.

생리적 효과
고압산소를 사용함에 있어서 1기압을 정의하면 14.7psi로 환산되며, 1cm2에 1kg의 압력이 가해지거나 760mmHg로 표시할 수 있다. 1기압에서 혈액의 산소 농도는 1 liter당 3ml이며 휴식상태에서 정상적인 조직은 1 liter의 혈액에서 50-60ml의 산소를 가져간다. 정상기압에서 100%산소를 투여하면 산소가 혈액 1 liter당 15ml정도(5배) 녹아들어가며, 3기압이 되면 1 liter당 60ml의 산소가 녹아들어가게 된다.

생화학적인 효과 및 세포에 미치는 영향
인체 내의 국소적인 저산소증은 상처가 감염되기 좋은 조건이 된다. 왜냐하면 백혈구 중에서 호중구가 세균을 죽이는데 있어서 저산소증이 되면 필요한 자유기(free radical)가 모자라기 때문이다. 고압산소를 투여하면 감염에 대한 저항성이 증가되며, 백혈구가 포식한 세균을 죽이는 비율이 증가된다. 뿐만 아니라 고압산소 자체가 혐기성 세균인 가스괴저균(Clostridium perfringens)을 죽이거나 대장균과 녹농균(pseudomonas)의 증식을 억제한다. 그리고 가스괴저균이 만드는 알파 독소의 생성을 억제한다. 국소적인 저산소증은 상처의 치유를 방해한다. 충분한 산소분압이 유지되면 신생혈관이 잘 만들어 지면서 콜라겐 기질의 형성에 도움이 된다. 방사선을 쪼인 조직의 경우에 고압산소는 콜라겐 기질의 합성과 신생혈관 형성에 도움이 된다.

짓 이겨진 상처나 피부를 이식한 경우와 접합 수술을 한 경우 및 구획증후군이 발생한 경우에 혈액이 다시 공급되면 재관류에 의한 손상이 발생하여 상태가 더 나빠지는 경우가 있다. 재관류 손상에 관여하는 세포는 호중구가 주된 역할을 한다. 허혈상태의 혈관벽에 호중구가 달라붙어서 단백질 분해효소를 분비하고 자유기를 만들어서 비정상적으로 혈관을 수축하게하고 광범위한 조직 손상을 초래한다. 이때 고압산소는 중성구가 혈관벽에 부착하는 것과 허혈상태 이후에 이어지는 혈관의 수축을 억제한다.
헤모글로빈에 결합된 일산화탄소는 반감기가 대기 중의 산소를 흡입했을 때는 4~5시간정도 되는데, 2.5기압정도의 고압산소를 이용하면 20분 이하로 단축시킬 수 있었다. 분자생물학적으로 보면 일산화탄소는 미토콘드리아의 내막의 전자전달계에서 cytochrome C oxidase와 결합하여 세포를 질식사하게 한다. 이때 고압산소를 투여하면 이 효소와 결합된 일산화탄소를 빨리 해리하는데 도움이 된다(표2 참조).

고압산소 투여
효과적으로 고압산소를 투여하려면 기관지 삽관을 하거나 특별히 고안된 고압 산소통에 환자가 들어가야 한다. 일산화탄소 중독인 경우에는 45분 정도 고압산소 치료를 하고 중중의 감압 질환인 경우에는 5시간까지 사용할 수 있다. 궤사된 조직을 제거하거나 항생제를 투여해도 상처가 잘 낫지 않으면 평균 90분정도의 치료를 20~30회 정도 반복하면 도움이 된다.


고압산소가 도움이 되는 질병이나 상태들 (표3. 참조)
일산화탄소 중독

일산화탄소 중독은 일차적으로 연기를 흡입하거나 자살을 시도한 경우에 발생할 수 있다. 과거에 우리나라도 난방과 취사 목적으로 연탄을 많이 사용하던 시절에는 일산화탄소 중독이 빈번히 발생하였다. 심하게 일산화탄소 중독이 되면 의식을 잃고 간질증상을 보일 수 있으며, 혼수상태에 빠지거나 신경학적 이상 소견을 보이기도 하며 폐부종, 심장근육의 허혈소견 및 중증의 대사성 산성혈증 등을 보이게 된다. 경하게 일산화탄소에 중독이 되면 두통이나 구토 등의 증상이 나타난다. 급성 중독 현상이 해결된 후에 시간이 지나면서 신경학적 이상증상이나 정신과적인 후유증이 발생될 수 있다. 혈중 일산화헤모글로빈(carboxyhemoglobin, COHb)의 농도의 정도와 일산화탄소 중독에 의한 임상적 중증도는 항상 일치하지 않는다.

급성의 일산화탄소 중독의 경우에 고압산소를 투여한 경우와 투여하지 않는 경우에 대한 관찰 연구에서 일관성 있는 결과가 나오지는 않았다. 그러나 생명을 위협할 정도의 중증의 급성 일산화탄소 중독의 경우에는 혈중 일산화탄소의 농도에 상관없이 가장 빠르게 일산화헤모글로빈(COHb)을 정상화 시킬 수 있는 방법은 2.5-3.0 기압의 고압산소치료이다. 이런 경우에 1회성의 치료로 중단하지 말고 추가로 여러 차례 고압산소치료를 해주면 신경정신과적 후유증을 예방하고 개선하는데 도움을 줄 수 있다. 
 
감압병
잠수(scuba, self-contained underwater breathing apparatus)를 한 경우에 너무 빨리 수면으로 올라오면 조직과 혈액에 녹아있던 고압의 질소가스의 분압이 대기압보다 높아지면서 가스 거품이 발생되면서 공기 색전증이 생기면서 혈액순환을 차단하는 현상을 감압병이라고 한다. 증상은 시간이 지나면서 저절로 없어지는 피부발진부터 마비, 간질 뿐만 아니라 죽음에 이를 수도 있다. 대부분은 잠수 후에 발생하지만 5,500m이상 고공으로 올라가도 고도 차이에 의한 감압병이 올 수 있다. 감압병에서 거품의 크기를 감소시키고 저산소증을 교정하는 가장 좋은 방법은 고압산소치료이다. 감압병이 생겼을 때 고압산소를 투여한 것과 대기압에서 산소를 투여한 무작위 비교연구는 아직까지는 보고되어 있지 않지만, 일단 감압병으로 진단되면 2.5-3.0기압정도의 고압산소를 2시간에서 4시간 정도 치료하는 것이 추천된다. 증상이 없어질 때 까지 반복하거나 더 장시간 치료할 수 있다. 증상이 생기고 6시간 이내에 치료한 경우가 치료결과의 예후가 좋았다고 보고되었다.

동맥 가스 색전증 동맥 가스 색전증은 scuba다이빙하는 동안에 폐에 과도하게 공기가 들어가거나 갑자기 기압차를 적응할 시간적 여유 없이 고공으로 상승
하는 경우나 인공호흡기로 호흡을 하는 경우 등에 생길 수 있다. 그 이외에도 중심정맥관을 거치시키거나 심장흉곽수술시 혹은 혈액투석중일 때 발생할 수 있다. 고압산소치료는 원인이 무엇이던지 공기나 가스 색전증에 대한 일차적인 치료 방법이다. 이러한 경우에 가장 좋은 치료는 2.5~3.0기압의 고압산소를 2~4시간정도 투여하는 것이다.

방사선에 의한 조직 손상
방사선에 피폭된 조직은 세포의 분열과 증식이 복원되는 능력을 상실하게 되고, 혈관의 분포정도가 감소되고 국소적인 저산소증이 생겨서 결국은 조직 괴사가 일어날 수 있다. 그 결과 부종, 괴양, 골괴사, 감염의 위험도가 증가되거나 상처의 치유가 잘 안 되는 것이 수년간 반복되면서 계속될 수 있다. 방사선에 피폭된 조직에 100%산소를 1기압으로 투여하면 조직의 치유에 필요한 산소의 분압이 충분하지는 않지만 산소분압이 더 높아지면서 신생혈관의 성장과 부분적 상처 치유에 도움이 된다. 고압산소치료가 도입되기 전까지는 구강인두나 두경부 암환자의 방사선 치료 후 50~60%의 환자에서 하악골을 포함한 주변조직에 골괴사, 연부조직의 방사선 괴사, 점막염, 피부염 및 후두부의 괴사가 발생하였다. 그러나 고압산소치료를 도입한 이후에 치료 성공률이 93%까지 향상되었다는 보고도 있다. 이전에 방사선 치료를 받은 병력이 있는 37명의 환자를 대상으로 한 비교연구에서 30회의 고압산소를 투여한 결과 하악골의 골괴사를 예방하는데 있어서 더 효과적이라고 보고하였다(6개월 후에 비교한 결과 대조군은 30%의 골괴사가 있었으나, 고압산소치료군은 5%의 골괴사가 발생하였다). 방사선 치료를 받고 연부조직 피판 이식술을 한 160명의 환자들을 대상으로 한 예비연구에서, 수술 전에 고압산소치료를 한 군에서 상처의 벌어짐, 감염 및 상처치유의 지연 등에 있어서 훨씬 우수한 결과를 보여주었다. 최근에는 골괴사를 예방하고 치료하기 위하여 수술 전에 2.4기압에서 90분 동안 시행하는 고압산소치료를 30회하고 수술 후에 10회를 더 시행하는 프로토콜을 사용하고 있다.

클로스트리듐균에 의한 근육의 괴사
다친 상처는 클로스트리듐균에 의하여 흔히 오염되지만, 근육의 괴사는 드물지만 일단 발생되면 매우 빠르게 진행되고 생명을 위협하는 감염질환이다. 특히 클로스트리듐균이 생산하는 알파 독소는 광범위하게 조직을 파괴하고 혈압을 급격히 떨어트리면서 쇼크에 빠지게 할 수 있다. 클로스트리듐균에 의한 외상의 상처는 전쟁 중에 잘 발생하지만 외상으로 인하여 복강 내 수술을 하게 되는 경우에도 종종 발생하게 된다. 드물게는 벌에 쏘이거나 정맥주사를 맞은 자리에 생겼다는 보고도 있다. 환자의 증상은 상처의 상태나 크기보다는 더 심하게 통증을 호소하고 상처에서 부분적으로 가스가 나오면서 가스 괴저병 상태가 된다.
클로스트리듐균에 의한 근육의 괴사 치료는 괴사된 조직을 즉시 수술적으로 광범위하게 제거한 후에, 아직까지는 효과가 가장 좋은 페니실린이라는 항생제를 투여하는 것이다. 개를 이용한 실험에서 괴사된 조직 제거 수술과 항생제 투여는 똑같이 하면서 고압산소치료를 한 군과 하지 않은 군을 비교하였을 때 생존율이 각각 95%와 70%를 보였다. 지금까지 클로스트리듐균에 의한 근육의 괴사 치료에 고압산소로 치료한 경우가 1,200례 이상이 보고되었다. 최근까지의 경험을 종합하면 수술과 항생제 치료를 하면서 초기에 여러 번 고압산소치료(3기압, 90분)를 병행하는 것이 단독 치료보다 더 좋은 결과를 보였다.
고압산소치료를 한 경우가 괴사된 조직과 정상조직의 육안상의 경계가 뚜렷하였기 때문에 괴사된 조직을 제거할 때 과도하게 정상조직을 제거하지 않을 수 있었다. 고압산소치료는 클로스트리듐균에 의한 근육의 괴사로 인한 사지의 절단 범위를 줄일 수 있었으며, 전신상태가 좋지 않은 환자에서도 한 두 번의 고압산소치료를 통해서 상당히 회복하는 경우가 많았다.

괴사성 근막염

감염에 의하여 근육까지는 침범하지 않고 피부와 피하조직에 빠르게 진행하는 염증을 괴사성 근막염이라고 한다. 이것은 클로스트리듐균에 의한 근육의 괴사와 비슷하게 치명률이 높다. 치료는 수술과 항생제를 사용하면서 고압산소치료가 도움이 될 수 있다.

난치성 골수염
고압산소치료는 동물실험에서 골수염에서 효과가 입증되었고 사람에서도 기존의 표준적 수술방법과 항생제치료에 반응하지 않는 골수염에서도 매우 잘 회복되었다. 고압산소치료를 하면 저산소 상태인 뼈와 조직의 산소분압을 정상이거나 고농도의 산소상태로 주기적으로 만들어 줄 수 있다. 그 결과 혈관신생이 촉진되고 백혈구가 세균을 죽이는 능력이 증가되며, 파골세포의 활성도를 증가시켜서 괴사된 뼈의 제거를 촉진시킨다. 실제로 괴사조직을 수술로 제거하고 항생제를 투여하면서 2-2.5기압에서 90분에서 120분정도 고압산소치료를 하면 치유에 도움이 되었다.

급성 외상성 허혈 손상
짓이겨진 상처나 팔다리에 중증의 외상을 받으면 큰 혈관이 손상을 받거나 미세 혈액순환에 장애가 옴으로서 허혈, 부종, 구획증후군 및 조직의 괴사가 초래될 수 있다. 이러한 손상이 되면 수술이 가장 좋은 방법으로 알려져 있다. 부종을 감소시키고 재관류에 의한 손상을 줄여주고 상처의 치유를 강화시키는데 도움이 되는 보조적인 방법이 고압산소치료이다. 동물실험에서 인위적으로 만든 허혈상태나 구획 증후군에서 아무런 치료를 하지 않은 군보다도 고압산소치료를 한 군이 더 효과적으로 잘 회복된다는 것이 확인되었다. 그러나 비록 고압산소치료가 도움이 된다고는 하지만 급성의 허혈성 손상에서 정상 기압의 산소요법과 비교한 연구는 아직까지는 보고되지 않고 있다. 수술 전후에 2.0-2.8기압정도로 2시간 정도까지 고압산소로 치료하는 프로토콜이 추천된다.

혈액 순환이 좋지 않은 피부이식 부위
피부를 이식받거나 재건 수술을 한 부위는 혈액순환의 장애와 저산소증 때문에 이식한 조직이 자리를 잡는 것이 실패할 수 있다. 동물을 이용한 실험에서 피부이식을 하고 아무런 치료를 하지 않은 군보다도 고압산소를 투여한 군에서 이식부위의 실패가능성이 더 적은 것으로 보고되었다. 혈관 상태가 좋지 않은 105명의 환자를 대상으로 고압산소를 투여한 결과 피부이식 부위의 허혈 손상이 감소되고 피부 이식 성공률이 증가되었다. 부분 층의 피부이식 수술을 받은 48명의 환자에서 고압산소치료를 한 경우에 이식부위의 성공률이 더 높았다. 피부이식을 하였을 때 혈액순환이 좋지 않은 조직, 특히 이전에 이식이 실패한 경우에 2.0-2.5 기압의 고압산소치료를 90-120분 정도 사용하면 모세혈액순환을 개선시키는데 도움이 될 것이기 때문에 적용해볼 필요가 있다.

실혈에 의한 빈혈
고압산소를 투여하면 헤모글로빈에 의하여 운송되는 산소의 양에 영향을 받지 않고 혈액에 녹아서 이동되는 산소에 의하여 세포대사에 필요한 산소를 충분히 공급해 줄 수 있다. 고압산소는 적절하게 수혈이 가능하지 않거나, 종교적인 이유로 수혈을 거부하는 환자들에서 발생한 실혈성 쇼크에서 효율적이고 성공적인 치료 방법으로 사용되어 왔다.

열에 의한 화상
화상 입은 상처에 고압산소를 주면 산소가 충분히 공급되어 혈관이 수축하면서 부종이 감소되고, 콜라겐의 합성이 촉진되며 세균의 포식작용이 개선될 수 있다는 가설을 세울 수 있다. 16명의 화상환자에서 고압산소치료를 한 경우와 하지 않은 경우에 대한 비교 연구에서 고압산소를 치료한 군에서 통계적으로 유의하게 평균적인 상처치유 기간이 짧아졌다. 또 다른 연구에서는 고압산소치료를 받은 266명의 화상환자와 고압산소치료를 받지 않은 609명의 화상환자에서 사망률이나 입원기간에 있어서 두 군 사이에는 통계적인 차이가 없었다. 지난 20년간 화상치료에 대하여 많은 발전이 있었다. 예를 들어 호흡계의 합병증에 대한 철저한 관리와 예방, 국소적이고 전신적인 항생제의 개발 및 적절한 사용, 초기의 괴사조직의 제거 및 정맥영양주사 요법의 발달에 의하여 유병률과 사망률이 많이 감소하였다. 그러나 최근까지의 여러 문헌에 따르면, 기존의 화상치료에 고압산소치료를 추가한 경우에 더 이득이 있었는지에 대한 연구결과는 아직까지는 명확하지 않다.

두개강내 화농성 병변
면역 기능이 떨어진 환자에서 화농성 병변이 심부에 위치하거나 다발성으로 존재하면서 수술적 치료가 불가능하며 기존의 약물치료에 반응하지 않을 때, 고압산소치료가 된다. 고압산소치료는 혐기성 세균에 더 효과적인 치료이며, 부종을 감소시키고 환자의 방어능력을 개선한다. 고압산소치료는 두개골의 골수염에서도 효과가 좋은 것으로 알려져 있다.

돌발성 난청
청신경의 기능은 지속적인 산소공급에 매우 예민하게 반응한다. 돌발성 난청에서 혈액의 점도를 낮추는 혈액희석방법과 혈관에 작용하는 약물치료와 병행해서 고압산소치료를 하면 증상의 호전에 도움이 된다. 50례 정도의 연구논문에서 약 4,109명의 환자에서 돌발성 난청이 발병 후 3개월이 경과하지 않았고, 기존 치료에 실패한 환자들에게 3개월 이내에 고압산소치료를 해주는 것이 도움이 되었다고 하였다.

망막에 혈관 병변이 생기는 질병
고압산소치료는 망막의 동맥에 색전이 생겼을 때 많이 사용되어 왔는데, 명암을 감별할 정도의 기능이 남아있는 경우에는 조기에 고압산소치료를 시행하면 도움이 되었다. 망막의 정맥에 혈전이 생긴 경우에서는 혈관성 부종을 우선 감소시켜주는 것이 중요하기 때문에, 가능하면 빠른 시간 내에 다른 약물 치료와 동시에 시행해야한다.

<다음 호에 계속>

최세환  emd@mdjournal.net

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