✅ 호흡동조 시리즈 ④ - CPAP의 프리미엄 버전? NIMV60p
📍들어가며
지난 글에서는 CPAP이 일정한 양압으로 폐를 팽창시키고, 환자가 숨을 참지 않아도 심장과 정상 장기의 위치를 유리하게 바꿀 수 있다는 점을 소개했습니다. 그러나 CPAP이 높이는 것은 호흡의 baseline pressure입니다. 그 위에서 언제 숨을 들이마시고 내쉴지, 얼마나 깊게 호흡할지는 여전히 환자에게 달려 있습니다. 따라서 폐 용적은 증가하더라도 호흡의 크기와 규칙성, 특히 횡격막에 가까운 종양의 움직임까지 일관되게 줄이지는 못합니다.
그렇다면 한 단계 더 나아가, 폐를 팽창시킨 상태에서 환자의 호흡 자체를 작고 빠르게 만들 수는 없을까요? 이러한 질문에서 시작한 기법이 NIMV60p입니다. NIMV60p에서는 BiPAP(bilevel positive airway pressure)과 같이 흡기와 호기에 서로 다른 압력을 주고 호흡수를 충분히 높입니다. 그러면 환자가 그 사이에 자발호흡을 끼워 넣을 수 있는 시간은 매우 짧아지고, 환자는 점차 자신의 호흡을 멈춘 채 기계가 만들어주는 빠르고 얕은 호흡, 즉 rapid shallow breathing을 따르게 됩니다.
이번 호에서는 CPAP의 lung inflation 효과에 호흡의 규칙화와 motion suppression을 더한 새로운 호흡동조 기법, NIMV60p를 소개하려 합니다.
📍환자에게 호흡을 잘해 달라고 요청하는 대신
방사선치료 중 환자의 호흡을 일정하게 유지하기 위해 가장 흔히 사용하는 방법은 환자에게 직접 호흡을 조절하도록 요청하는 것입니다. “편안하게 규칙적으로 호흡하세요”, “조금 더 얕게 쉬세요”라고 안내하거나, 화면과 음성을 통해 일정한 호흡 주기를 따라 하도록 합니다. 그러나 호흡은 생각하는 순간부터 달라집니다. 긴장하거나 피곤해져도 달라지고, 치료가 길어질수록 처음의 호흡을 유지하기도 어렵습니다.
2016년 Parkes 등은 이 문제를 전혀 다른 방향으로 접근했습니다. 환자에게 호흡을 잘해 달라고 요청하는 대신, ventilator가 환자의 호흡을 대신하도록 한 것입니다. 연구에 참여한 15명의 유방암 환자는 진정이나 마취 없이 깨어 있는 상태에서 face mask를 통해 mechanical ventilation을 받았습니다. Ventilator가 호흡을 장악하는 데 걸린 시간은 1분 이내였고, 모든 환자가 불편감 없이 과정을 마쳤습니다.
그 결과 호흡수의 within-patient variability는 85%, inflation volume의 variability는 29% 감소했습니다. 유방 표면 marker의 흡기와 호기의 끝 위치 변동은 각각 0.5 mm와 0.4 mm에 불과했습니다. 무엇보다 흥미로운 점은 환자가 특별히 집중하거나 화면을 보면서 자신의 호흡을 맞출 필요가 없었다는 것입니다. 환자가 호흡을 조절하는 것이 아니라, 기계가 환자를 대신해 규칙적인 호흡을 만들어준 것입니다.
📍호흡을 규칙적으로 만드는 것에서 작게 만드는 것으로
이후 연구자들은 기계환기를 이용해 단순히 호흡을 규칙적으로 만드는 것을 넘어, 호흡의 크기 자체를 줄이려 했습니다.
Van Ooteghem 등은 여러 형태의 non-invasive mechanical ventilation, 즉 NIMV를 평가했습니다. (1) volume-controlled mode에서는 호흡수와 호흡량을 일정하게 유지했고, (2) shallow-controlled mode에서는 호흡수를 높이는 대신 한 번의 호흡량을 줄였습니다. (3) slow-controlled mode에서는 높은 압력과 낮은 압력을 교대로 적용해 반복적인 mechanically induced DIBH를 만들었습니다. 같은 ventilator라도 설정에 따라 규칙적인 호흡, rapid shallow breathing, 또는 반복적인 breath hold까지 서로 다른 respiratory state를 만들 수 있다는 것을 보여준 것입니다.
이 가운데 호흡에 따라 움직이는 흉부와 상복부 종양에서 특히 흥미로운 것은 rapid shallow breathing이었습니다. 호흡수를 높이면 한 번의 호흡에 사용할 수 있는 시간이 짧아집니다. 분당 ventilation을 유지하면서 각 호흡의 tidal volume은 작아지고, 이에 따라 횡격막과 종양의 왕복 운동도 줄어들 수 있다는 원리입니다.
West 등은 10명의 healthy volunteers에게 respiratory rate (RR) 20/min과 25/min의 rapid shallow ventilation을 적용하고 MRI로 움직임을 측정했습니다. Free breathing과 비교해 내부 장기의 움직임은 각각 56%와 62% 감소했습니다. 움직임이 가장 컸던 오른쪽 폐 후방에서는 평균 motion이 40.0 mm에서 각각 15.5 mm와 15.2 mm로 줄었습니다. 호흡수가 조금 더 빨라졌을 뿐인데, 호흡의 크기와 변동성이 함께 감소한 것입니다.
Amsterdam UMC 연구진도 RR 22/min의 regularized breathing을 적용했습니다. 15명의 healthy volunteers에서 diaphragm motion은 free breathing의 중앙값 20.9 mm에서 12.8 mm로 39% 감소했습니다. 그러나 일부에서는 여전히 상당한 움직임이 남았습니다. 호흡을 규칙적으로 만드는 데는 성공했지만, RR 22/min은 환자가 자발호흡을 중간에 끼워 넣거나 비교적 큰 tidal volume으로 호흡할 여지가 있는 속도였습니다.
자연스럽게 다음 질문은 이것이었습니다.
“호흡수를 더 높이면 motion을 더 줄일 수 있지 않을까?”
📍1초에 한 번 호흡하는 NIMV60
Amsterdam UMC 연구진은 호흡수를 60/min까지 높였습니다. 1초에 한 번씩 흡기와 호기가 반복되는 셈입니다. CPAP과 마찬가지로 여기에 PEEP을 적용해 호기 말에도 양압을 유지하고 폐를 팽창된 상태로 만들었습니다.
기계는 호기 동안에도 PEEP을 유지하고, 흡기 때는 그보다 높은 압력을 짧게 가합니다. 예를 들어 PEEP을 15 cmH₂O로 유지하면서 흡기압을 PEEP보다 15 cmH₂O 높게 설정하면, 흡기 시 peak pressure는 약 30 cmH₂O가 됩니다. 흡기와 호기 사이의 압력 차이가 각각의 작은 호흡을 만들고, 높은 PEEP은 전체 호흡이 일어나는 baseline lung volume을 높입니다.
RR이 60/min에 이르면 각각의 호흡 구간은 매우 짧아집니다. 환자가 그 사이에 깊고 불규칙한 자발호흡을 끼워 넣기는 어려워지고, ventilator가 만들어주는 빠르고 얕은 호흡을 따르게 됩니다. 이처럼 호흡을 강제로 멈추지는 않으면서 기계가 호흡의 속도와 깊이를 사실상 장악하는 것을 forced rapid shallow breathing이라고 설명할 수 있습니다.
Amsterdam UMC의 초기 연구에서는 RR 60/min을 강조해 이를 NIMV60이라고 명명했습니다. 이후 PEEP 없이 RR만 높이는 경우와 구분하기 위해, RR 60/min에 PEEP을 함께 적용하는 현재의 방식은 NIMV60p라고 부르고 있습니다. 여기서 p는 PEEP을 의미합니다.
📍RR 60은 움직임을 줄이고, PEEP은 폐를 넓힌다
2022년 ESTRO에서 발표된 초기 연구에서는 6명의 healthy volunteers에게 RR 60/min을 적용하고 PEEP을 0, 5, 10, 15 cmH₂O로 단계적으로 높이며 MRI를 촬영했습니다.
PEEP을 적용하지 않고 RR만 60/min으로 높여도 diaphragm motion은 free breathing의 중앙값 37 mm에서 11 mm로 76% 감소했습니다. 모든 참가자에서 움직임이 감소했고, PEEP이 5, 10, 15 cmH₂O로 증가함에 따라 sagittal lung area는 PEEP이 없을 때보다 각각 18%, 31%, 41% 증가했습니다.
즉, CPAP이 제공하던 lung inflation 효과에 rapid shallow ventilation의 motion suppression 효과를 결합한 셈입니다.
이후 Veldman-Landegent 등은 2025년 12명의 healthy volunteers를 대상으로 NIMV60p의 효과를 보다 자세히 분석했습니다. 폐동맥의 단면을 lung tumor의 surrogate로 사용한 결과, craniocaudal motion은 61–67%, anteroposterior motion은 51–68% 감소했습니다. Sagittal lung area는 free breathing보다 35% 증가했고, MRI에서도 diaphragm이 caudal direction으로 이동하면서 폐가 확장된 모습을 확인할 수 있었습니다. 단순히 횡격막만 덜 움직인 것이 아니라, 폐 내부 구조물의 움직임도 여러 위치와 방향에서 일관되게 감소한 것입니다. | 
