1. 연구의 필요성

호흡곤란은 가스교환 기능에 장애가 생겨 충분한 산소화가 유지되지 않거나 환기가 되지 않는 상태로 저산소증과 때로는 고이산화탄소증을 유발하게 되는데[1], 호흡부전이 발생하면 소아환아의 생명을 위협할 수 있다[2]. 급성 저산소성 호흡부전환자에게 시행하는 고유량 비강 캐뉼라(High-flow nasal cannula, HFNC)산소요법은 가온 및 가습된 산소를 최대 60 L/min의 유속으로 전달하는 비침습적 호흡보조요법이다[3]. 최근 HFNC 산소요법은 환자의 안위도모, 산소포화도 향상, 호흡노력의 감소, 기도삽관을 늦추는 등 치료의 효율성 때문에 사용이 증가하고 있으며, 계획된 발관 이후 호흡부전의 발생을 줄이기 위해서도 널리 사용되고 있고[4], 신생아부터 청소년기 소아환아에게도 많이 사용하고 있다[5].

그러나 HFNC 산소요법을 하면서 기도삽관이 지연되면 오히려 사망률이 증가할 수 있으므로 HFNC 산소요법의 실패를 조기에 예측할 필요가 있으며, 환자의 호흡양상과 산소요구도 등을 면밀히 모니터링하여 적절한 시기에 기도삽관하는 것을 고려해야 한다[6]. HFNC 산소요법이 효과가 있는지를 확인하는 지표로 Respiratory rate oxygenation index (ROX index)를 사용하면 환자의 호흡상태를 평가할 수 있는데, 이 지표는 폐렴이나 급성호흡부전이 있는 환자에게 적용한 HFNC 산소요법의 효과를 예측하기 위해 사용되어 왔다[7]. ROX index에 심박동수를 보완한 ROX-heart rate index (ROX-HR index) 또한 환자의 호흡상태에 대한 평가지표로 사용되고 있다[8].

산소포화도(saturation of percutaneous oxygen, SpO₂)/흡입산소농도(fraction of inspired oxygen, FIO₂)비 즉 SF ratio는 호흡상태를 나타내는 지표로 사용되며[9], 동맥혈산소분압(pressure of arterial oxygen, PaO₂)/FIO₂비 즉, PF ratio는 동맥혈 가스분석결과에서 도출하여 저산소혈증의 정도를 평가하는 데 사용된다. 비침습적으로 측정할 수 있는 SF ratio는 산소화 기준을 평가할 때 호흡상태 지표로 PF ratio 대신 사용되어 왔으며[10], 호흡곤란이 있는 성인환자의 SF ratio는 민감도와 특이성을 고려할 때 235 미만이거나 315 이상이면 HFNC 산소요법의 실패와 성공을 예측할 수 있는데, SF ratio 235와 315는 PF ratio의 200과 300에 해당한다[11]. 급성호흡곤란 증후군이 있는 소아중환자실 환아 120명의 SF ratio와 PF ratio를 비교한 연구에서도 두 지표의 수치는 거의 유사하여 SF ratio는 통증에 민감한 소아환아에게 유용한 지표라고 하였다[9]. Khemani 등[12]도 소아환아의 SF ratio와 PF ratio를 비교하였고, SF ratio가 201 미만이거나 263 이상일 때 HFNC 산소요법의 실패와 성공을 예측할 수 있으며, SF ratio 201과 263은 PF ratio 200과 300에 해당한다고 하였다.

현재 임상에서는 의료진이 호흡부전으로 중환자실에 입실하는 소아환아의 호흡양상, 혈중 이산화탄소 농도나 산소포화도 등으로 기도삽관이 필요한지 판단하고 있는데, ROX index와 ROX-HR index 및 SF ratio는 동맥혈을 채혈하지 않고도 산출할 수 있기 때문에 소아환아에서 사용하기 용이한 장점이 있음에도 불구하고[9] 아직까지 간호현장에서 활용되지 않는 실정이다. HFNC 산소요법은 환자의 호흡부전을 호전시키는 장점이 있지만 기도삽관 시기를 지연시키는 단점도 있으므로 환자에게 HFNC 산소요법을 지속할 것인지, 중단하고 인공호흡 보조요법을 시도할 것인지를 지속적으로 평가하는 것은 매우 중요하다[13]. 24개월 미만의 소아환아에게 HFNC 산소요법 시 여러 시점에서 성공 및 실패 예측 정확도를 측정한 연구[14]에서 ROX-HR 지수가 HFNC 산소요법 시작 후 1시간과 6시간에서 HFNC 산소요법의 실패를 예측하는 데 유용한 도구라고 하였다. 하지만, 소아환아는 연령에 따라 맥박과 호흡수에 높은 변동성을 보이므로[15], 본 연구에서는 ROX index와 ROX-HR index 및 SF ratio를 함께 제시하여 소아환아에서 유용한 지표가 무엇인지 확인하고자 하였다. 한편, 코로나19 감염증 성인환자를 대상으로 ROX index를 다룬 연구는 많았지만[16, 17, 18], HFNC 산소요법을 시행하는 1세에서 18세 소아환아의 호흡능력을 측정하는 도구로 ROX index를 사용한 연구[19]와 24개월 미만 446명을 대상으로 ROX index와 ROX-HR index를 모두 사용한 연구[14] 외에 아직까지 소아환아를 대상으로 한 국내외 연구는 미흡한 실정이다.

이에 본 연구는 소아중환자실에 입실한 후 HFNC 산소요법을 받다가 호흡상태가 호전되어 중단한 환아(성공군)와 호흡상태가 악화되어 기도삽관 후 인공호흡 보조요법을 받은 환아(실패군)를 대상으로 ROX index와 ROX-HR index 및 SF ratio를 모두 적용하여 유용한 지표를 확인하고자 하였다.

2. 연구 목적

본 연구의 목적은 HFNC 산소요법을 받은 소아중환자실 환아의 ROX index와 ROX-HR index 및 SF ratio를 분석하기 위함이다.

1. 연구 설계

본 연구는 HFNC 산소요법을 받은 소아중환자실 환아의 의무 기록을 이용하여 ROX index와 ROX-HR index 및 SF ratio를 분석한 후향적 조사 연구이다.

2. 연구 대상

대상자는 2017년 1월부터 2021년 12월까지 가톨릭대학교 서울성모병원 소아중환자실에 입원하여 HFNC 산소요법을 받은 환아 150명 중 24시간 안에 HFNC 산소요법이 중단된 34명과 24세 이상인 5명, 심폐소생술 직후 입실한 2명, 입실 후 연명의료중단으로 기도삽관이 지연된 2명을 제외한 107명이었다. HFNC 산소요법의 성공은 상태가 호전되어 HFNC 산소요법을 중단하는 것으로 정의하였고, 실패는 기도삽관을 통해 인공호흡 보조요법이 필요한 상태로 분류하였다. HFNC 산소요법의 성공군은 75명이었고, 실패군은 32명이었다(Figure 1).

Figure 1
Flowchart of the study process.
CPR = Cardiopulmonary resuscitation; HFNC = High-flow nasal cannula; PICU = Pediatric intensive care unit.

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3. 연구도구

4. 자료수집 방법

본 연구는 후향적 조사연구로 가톨릭대학교 서울성모병원 간호부와 소아청소년과 책임자에게 자료수집에 대한 허락을 받고 의무기록을 통하여 연구자 1인(Choi SH)이 직접 조사하였다.

5. 자료분석 방법

자료는 IBM SPSS Statistics version 24.0 (IBM Co., Armonk, NY, USA) 프로그램을 이용하여 분석하였다. HFNC 산소요법 성공군과 실패군의 특성은 Chi-square test, Independent t-test, Fisher’s exact test로 분석하였고, HFNC 산소요법 성공군과 실패군의 시점별 ROX index와 ROX–HR index 및 SF ratio의 차이는 t-test나 Mann–Whitney U test로 알아보았다. HFNC 산소요법 성공군과 실패군에서 유의한 차이가 있었던 변수는 민감도(sensitivity)와 특이도(1-specificity)로 그려지는 곡선인 Receiver operating characteristic (ROC) curve와 곡선아래 면적인 Area under the curve (AUC)를 확인하여 HFNC 산소요법 성공여부를 예측하였고, ROX index와 ROX-HR index 및 SF ratio가 HFNC 산소요법 성공을 정확히 예측할 수 있는지 절단점(cut off point)을 확인하였다.

6. 윤리적 고려

본 연구의 내용과 방법에 대하여 가톨릭대학교 서울성모병원 생명윤리심의위원회(Institutional Review Board)의 승인(No. KC22RISI0235)을 받았다. 본 연구는 의무기록을 이용한 후향적 조사연구로 자료수집에 대한 대상자의 동의는 면제되었으며, 대상자를 식별할 수 있는 모든 개인정보는 숫자화하였다. 수집된 자료는 안전한 장소에 보안을 유지하여 보관하였으며, 연구목적 이외에는 사용하지 않았고, 파일은 암호화하여 연구자 이외는 접근할 수 없도록 하였다. 본 자료는 3년 후 파기될 예정이다.

1. HFNC 산소요법 성공군과 실패군의 특성 비교

HFNC 산소요법을 받은 소아중환자실 환아의 나이는 평균 36.4개월이었고, 5개월 미만이 57명(53.3%)으로 가장 많았고 61개월 이상 22명(20.6%), 6~11개월 16명(14.9%)순이었다. 성별은 여아가 65명(60.7%)이었고, BMI는 평균 17.14 kg/m²였으며, 진단명은 심장질환이 33명(30.8%), 혈액질환이 27명(25.2%)이었다. 만성폐질환이 있는 환아는 11명(10.3%)이었고, 호흡부전의 원인은 질병과 관련된 경우가 91명(85.0%)이었으며, 병동에서 중환자실로 이실한 경우가 62명(57.9%)이었다. HFNC 산소요법 치료기간은 평균 6.82일이었고, PRISM 점수는 평균 9.41점이었으며, 사망한 환아는 23명(21.5%)이었다.

HFNC 산소요법의 성공군의 BMI는 16.10 kg/m²로 실패군의 19.55 kg/m²보다 낮았으며(t = -3.14, p = .002), 동맥혈 가스분석 결과 base excess는 성공군이 1.19로 실패군의 4.65보다 낮았고(t = -2.37, p = .022), 사망률은 성공군이 6명(8.0%)으로 실패군의 17명(53.1%)보다 낮았다(χ² = 27.07, p < .001) (Table 1).

Table 1
General and Disease-Related Characteristics of the HFNC Success Group and the HFNC Failure Group (N = 107)

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2. HFNC 산소요법 성공군과 실패군의 시점별 ROX index와 ROX-HR index 및 SF ratio 비교

심박동수는 HFNC 산소요법 적용 6시간 후에 성공군이 134.11회/min로 실패군의 121.09회/min보다 많았고(t = 2.58, p = .011), HFNC 산소요법 중단 1시간 전에는 성공군이 124.79회/min로 실패군의 136.00회/min보다 적었다(t =-2.58, p = .010). 호흡수는 HFNC 산소요법 적용 6시간 후에 성공군이 41.43회/min로 실패군의 36.34회/min보다 많았다(Z = -2.08, p = .038).

HFNC 산소요법 적용 24시간에 ROX index는 성공군이 8.28로 실패군의 6.82보다 높았고(Z = -2.50, p = .012), HFNC 산소요법 중단 1시간 전에도 성공군이 10.16으로 실패군의 6.88보다 높았다(t = -3.91, p < .001). ROX-HR index는 HFNC 산소요법 중단 1시간 전에 성공군이 8.61로 실패군의 5.23보다 높았다(t = -3.90, p < .001).

SF ratio는 성공군이 HFNC 산소요법 적용시점(Z = -2.99, p = .003), 적용 후 2시간(Z = -3.28, p < .001), 적용 후 6시간(Z = -2.97, p = .003), 적용 후 12시간(Z = -3.59, p < .001), 적용 후 24시간(Z = -3.64, p < .001) 및 중단 1시간 전에 모두 실패군보다 높았다(t = -5.57, p < .001) (Table 2).

Table 2
Difference in Respiratory Variables between the HFNC Success Group and the HFNC Failure Group (N = 107)

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3. ROX index와 ROX-HR index 및 SF ratio의 HFNC 산소요법 성공 예측률

HFNC 산소요법 중단 1시간 전에 ROX index는 AUC = 0.74 (95% confidence interval [CI]: 0.62~0.86, p < .001)의 성공 예측률을 보였고, ROX-HR index는 AUC = 0.74 (95% CI: 0.62~0.85, p < .001)의 성공 예측률을 보였다. SF ratio는 HFNC 산소요법 적용 후 12시간과 적용 후 24시간의 AUC가 각각 0.72 (95% CI: 0.60~0.84, p < .001)이었으며, 중단 1시간 전의 AUC는 0.84 (95% CI: 0.75~0.94, p < .001)로 성공 예측률이 높았다(Table 3).

Table 3
Predictive Values of ROX Index, ROX-HR Index, and SpO₂/FIO₂ Ratio for HFNC Success in Pediatric Patients (N = 75)

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4. HFNC 산소요법 시 ROX index와 ROX-HR index 및 SF ratio의 민감도와 특이도

ROX index는 HFNC 산소요법 중단 1시간 전이 치료 성공과 실패의 최적 절단점으로, 성공군이 10.16과 실패군이 6.88이었고, ROX-HR index는 HFNC 산소요법 중단 1시간 전이 성공과 실패의 최적 절단점으로 성공군이 8.61과 실패군이 5.23이었다. SF ratio는 HFNC 산소요법 중단 1시간 전이 성공과 실패의 최적 절단점으로 성공군이 353.15와 실패군이 198.75였다. HFNC 산소요법 중단 1시간 전에 ROX index의 민감도와 특이도는 각각 .69였고, ROX-HR index의 민감도와 특이도는 각각 .72였으며, SF ratio의 민감도와 특이도는 각각 .81이었다(Figure 2).

Figure 2
ROC curves for (A) ROX index, (B) ROX-HR index, and (C) SpO₂/FIO₂ ratio as predictor of HFNC failure.
FIO₂ = Fraction of inspired oxygen; HFNC = High-flow nasal cannula; ROX = Respiratory rate oxygenation; ROX-HR = ROX-heart rate; ROC = Receiver operator characteristic; SpO₂ = Saturation of percutaneous oxygen.

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