흡입산소농도

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1. 개요
2. 계산식
- 2.1. 폐포기체 방정식 (간략화한)
- 2.2. 폐포기체 방정식
3. 의학에서의 FiO₂
4. FiO2의 적용
- 4.1. APACHE II 점수
- 4.2. PaO2/FiO2 비율
참조

1. 개요

흡입산소농도(FiO₂)는 호흡 시 폐포에서 산소가 차지하는 분율을 의미하며, 의학에서 사용되는 지표이다. FiO₂는 중환자 중증도 평가에 사용되는 APACHE II 점수에 활용되며, 동맥혈 산소 분압(PaO₂)과 FiO₂의 비율(PaO₂/FiO₂)은 저산소혈증 및 폐 손상 정도를 나타내는 지표로 사용된다. PaO₂/FiO₂ 비율은 급성 호흡 부전 증후군(ARDS) 진단 및 중증 폐렴 판단 기준으로 활용된다.

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흡입산소농도
개요
종류	의학적 절차
목적	환자에게 산소 공급
방법	산소 마스크 비강 캐뉼러 기계 환기
관련 위험	산소 독성 무기폐 화재 위험 증가
정의
정의	흡입 가스 내 산소의 용량 백분율
임상적 중요성
중요성	폐 기능 및 산소 공급의 지표 특정 의학적 치료의 설정

2. 계산식

간략화된 폐포 공기 방정식(Simplified alveolar air equation^영어)은 다음과 같다.^[9]

: $P_A \ce{O2} = \frac{P_E \ce{O2} - P_I \ce{O2} \frac{V_D}{V_t}}{1- \frac{V_D}{V_t}}$

여기서 P_AO₂, P_EO₂, P_IO₂는 각각 폐포, 호기, 흡기 시 산소의 분압이며, V_D/V_T는 생리학적 사강과 일호흡량의 비율이다.

2. 1. 폐포기체 방정식 (간략화한)

:

P_A \ce{O2} = \frac{P_E \ce{O2} - P_i \ce{O2} \frac{V_D}{V_t}}{1- \frac{V_D}{V_t}}

P_AO₂, P_EO₂, P_iO₂는 각각 폐포, 호기, 흡기 때의 산소 분압이며, V_D/V_T는 사강과 1회 환기량의 비율이다.^[9]

2. 2. 폐포기체 방정식

폐포기체 방정식은 호흡 시 폐포의 기체 조성과 분압을 계산하기 위한 공식이다.^[9]

간략화된 폐포 공기 방정식은 다음과 같다.

:

P_A \ce{O2} = \frac{P_E \ce{O2} - P_i \ce{O2} \frac{V_D}{V_t}}{1- \frac{V_D}{V_t}}

여기서 , , 는 각각 폐포, 호기, 흡기 가스 내 산소의 분압이며, 는 생리학적 사강과 일호흡량의 비율이다.

폐포 기체 방정식은 다음과 같다.

:

P_A \ce{O2} =  F_I \ce{O2}(PB-P \ce{H2O}) - P_A \ce{CO2} \left(F_I \ce{O2} + \frac{1-F_I\ce{O2}}{R}\right)

3. 의학에서의 FiO₂

의학에서 FiO₂는 호흡을 통한 가스 교환 시에 폐포에서 산소가 차지하는 분율을 의미한다.^[10] ''F_I''O₂는 폐포에서 가스 교환에 참여하는 산소 농도의 추정 비율이다.

4. FiO2의 적용

FiO₂는 중환자의학에서 환자의 중증도를 평가하는 APACHE II 점수에 사용된다. 동맥혈의 산소 분압(PaO₂)과 FiO₂의 비율은 폐 손상 정도를 나타내는 지표로 활용되며, 높은 FiO₂는 P_aO₂/FiO₂ 비율을 변화시킨다.^[3]

4. 1. APACHE II 점수

중환자의학에서 환자의 중증도를 평가하는 데 사용되는 APACHE II(Acute Physiology and Chronic Health Evaluation II) 점수에 FiO₂가 이용된다.^[11] FiO₂ 값이 0.5 이상인 경우 APACHE II 점수 계산에서 폐포동맥간 산소분압차를 계산식에 넣어야 하며, 0.5 미만이거나 기도삽관을 하지 않은 경우에는 PaO₂를 계산식에 넣어야 한다.^[11]

4. 2. PaO2/FiO2 비율

동맥혈 산소 분압(PaO₂)과 흡입 산소 분획(FiO₂)의 비율은 호로비츠 지수 또는 ''Carrico 지수''라고도 불리며, 혈액 내 산소 수치와 호흡하는 산소 농도를 비교한 것이다. 이는 폐가 혈액으로 산소를 전달하는 데 문제가 있는지 여부를 판단하는 데 도움이 된다.^[5] 이 검사를 위해 동맥혈 샘플을 채취한다.^[6] 정상 P_aO₂가 60~100 mmHg이고, 실내 공기의 ''F_I''O₂ 산소 농도가 0.21일 때, 정상 P_aO₂/''F_I''O₂ 비율은 300~500 mmHg이다. P_aO₂/''F_I''O₂ 비율이 333 mmHg 이하인 것은 지역사회 획득 폐렴 환자의 집중적인 호흡 또는 혈관 수축제 지원이 필요한지를 판단하는 SMART-COP 위험 점수의 변수 중 하나이다.

4. 2. 1. 정의

동맥혈 산소 분압(PaO₂)과 흡입산소농도(FiO₂)의 비율은 혈액 중 산소와 호흡을 통해 얻어진 산소 분압을 비교하는 지표이다. 이 지표를 이용하여 폐를 통해 얻어진 산소가 혈액으로 잘 전달되는지 여부를 판단할 수 있다.^[12] 동맥혈 가스분석(ABGA)을 통해 이 지표를 계산할 수 있다.^[13] PaO₂/FiO₂ 비율이 200 이하인 경우, 과거 기준인 AECC criteria에 따라 급성호흡곤란증후군(ARDS)으로 진단할 수 있었다.^[14] 최근 ARDS 진단 가이드라인인 Berlin criteria는 경증 ARDS의 기준을 PaO₂/FiO₂＜300으로 제시한다.^[15] 지역사회 획득 폐렴에서 PaO₂/FiO₂＜250은 중증 폐렴의 판단 기준 또는 입원 치료 기준으로 적용할 수 있다.^[16]

;계산 예시: ABGA를 통해 PaO₂가 100 mmHg로 확인되었고, 환자가 현재 FiO₂ 0.5(50% 산소가 포함된 공기)로 산소 요법을 적용받고 있다면, PaO₂/FiO₂ 비율은 100 mmHg / 0.5 = 200이 된다.

4. 2. 2. 계산 예시

동맥혈 가스분석(ABGA)을 통해 PaO₂가 100 mmHg로 확인되었고, 환자가 현재 FiO₂ 0.5(50% 산소가 포함된 공기)로 산소 요법을 적용받고 있다면, PaO₂/FiO₂ 비율은 100 mmHg / 0.5 = 200이 된다.

4. 2. 3. 임상적 의의

동맥혈 산소 분압(PaO₂)과 흡입산소농도(FiO₂)의 비율은 혈액중 산소와 호흡에서 얻어진 산소 분압을 비교하는 지표이다. 이 지표를 이용하여 폐를 통해 얻어진 산소가 혈액으로 잘 전달되는지, 그렇지 못한지를 판단할 수 있다.^[12] PaO₂/FiO₂ 비율은 호로비츠 지수 또는 ''Carrico 지수''라고도 불린다.

PaO₂/FiO₂ 비율은 급성호흡곤란증후군(ARDS), 지역사회 획득 폐렴 등의 진단 및 치료 결정에 사용된다.

급성호흡곤란증후군(ARDS) 진단 기준
AECC 기준: PaO₂/FiO₂ ≤ 200^[14]
Berlin 기준: PaO₂/FiO₂ < 300 (경증 ARDS)^[15]
지역사회 획득 폐렴 중증도 판단 및 입원 치료 기준: PaO₂/FiO₂ < 250^[16]

;계산 예시

: ABGA를 통해 PaO₂가 100 mmHg로 확인되었고, 환자가 현재 FiO₂ 0.5 (50% 산소)로 산소 요법을 적용받고 있다면, PaO₂/FiO₂ 비율은 100 mmHg / 0.5 = 200이 된다.

참조

_[1] 논문 i stands for internet (and other things), not for inspired O 2 concentration 2021-03-01
_[2] 논문 Bench-to-bedside review: oxygen as a drug
_[3] 논문 FIO2 and acute respiratory distress syndrome definition during lung protective ventilation.
_[4] 웹사이트 APACHE II Score https://www.mdcalc.c[...] MDCalc 2017-09-21
_[5] 논문 Transfusion-related acute lung injury: definition and review. https://pubmed.ncbi.[...]
_[6] 서적 Clinical Guide to Laboratory Tests W. B. Saunders
_[7] 서적 Murray and Nadel's Textbook of Respiratory Medicine
_[8] 저널 Bench-to-bedside review: oxygen as a drug
_[9] 저널 The alveolar air equation abbreviated
_[10] 저널 FIO2 and acute respiratory distress syndrome definition during lung protective ventilation.
_[11] 웹인용 APACHE II Score https://www.mdcalc.c[...] MDCalc 2017-09-21
_[12] 저널 Transfusion-related acute lung injury: definition and review. https://www.ncbi.nlm[...]
_[13] 서적 Clinical Guide to Laboratory Tests W. B. Saunders
_[14] 서적 Murray and Nadel's Textbook of Respiratory Medicine
_[15] 저널 https://scientonline[...] 2020-02-02
_[16] 서적 2020-02-02

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