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목표 농도 조절 주입의 역사

목표 제어 주입(티씨아이TCI(Target Controlled Infusion)는 사용자가 정의한 특정 신체 부위 또는 조직에서 목표 약물 농도를 달성하기 위해 정맥 주사로 약물을 투여하는 기술입니다. 본 리뷰에서는 TCI의 약동학적 원리, TCI 시스템 개발 과정, 그리고 시제품 개발에서 다뤄진 기술적 및 규제적 문제들을 설명합니다. 또한 현재 임상적으로 사용 가능한 시스템들의 출시 현황도 소개합니다.

모든 약물 전달 방식의 목표는 부작용을 최소화하면서 약물의 치료 효과를 나타내는 시간 경과를 유지하는 것입니다. 정맥 주사 약물은 일반적으로 표준 용량 지침에 따라 투여됩니다. 일반적으로 용량 계산에 포함되는 유일한 환자 관련 변수는 환자의 신체 크기, 특히 정맥 마취제의 경우 체중입니다. 나이, 성별, 크레아티닌 청소율과 같은 환자 특성은 이러한 변수와 용량 간의 복잡한 수학적 관계 때문에 종종 포함되지 않습니다. 역사적으로 마취 중 정맥 주사 약물 투여에는 두 가지 방법이 있었습니다. 바로 일시 투여(볼루스 투여)와 지속적 주입입니다. 일시 투여는 일반적으로 휴대용 주사기를 사용하여 투여하고, 지속적 주입은 일반적으로 주입 펌프를 사용하여 투여합니다.

모든 마취제는 투여 과정에서 조직에 축적됩니다. 이러한 축적 때문에 임상의가 설정한 주입 속도와 환자 내 약물 농도 간의 관계가 복잡해집니다. 예를 들어 프로포폴을 100 μg/kg/min의 속도로 주입하면 주입 시작 3분 후에는 환자가 거의 깨어 있는 상태가 되지만, 2시간 후에는 심하게 진정되거나 잠든 상태가 됩니다. 잘 알려진 약물동태학(PK) 원리를 이용하여 컴퓨터는 주입 중 조직에 축적되는 약물의 양을 계산하고, 혈장 또는 목표 조직(일반적으로 뇌)에서 안정적인 농도를 유지하도록 주입 속도를 조절할 수 있습니다. 컴퓨터는 환자의 특성(체중, 키, 나이, 성별 및 기타 생체지표)을 통합하는 수학적 복잡성이 컴퓨터에게는 간단한 계산에 불과하기 때문에 기존 문헌에서 가장 적합한 모델을 사용할 수 있습니다.^1,2 이것이 세 번째 유형의 마취제 투여 방식인 목표 농도 제어 주입(TCI)의 기본 원리입니다. TCI 시스템에서는 임상의가 원하는 목표 농도를 입력합니다. 컴퓨터는 목표 농도를 달성하는 데 필요한 약물의 양(일회 투여 및 지속 주입)을 계산하고, 계산된 양만큼 약물을 투여하도록 주입 펌프를 제어합니다. 또한 컴퓨터는 선택된 약물의 약동학 모델과 환자 변수를 사용하여 조직 내 약물 농도와 그것이 목표 농도 달성에 필요한 약물량에 미치는 영향을 지속적으로 계산합니다.

수술 중에는 수술 자극 수준이 매우 빠르게 변할 수 있으므로 약물 효과를 정확하고 신속하게 조절해야 합니다. 기존의 주입 방식으로는 자극이 갑자기 증가할 때 약물 농도를 충분히 빠르게 높이거나 자극이 약한 시기에 농도를 충분히 빠르게 낮출 수 없습니다. 또한 기존의 주입 방식으로는 지속적인 자극 기간 동안 혈장이나 뇌에서 일정한 약물 농도를 유지할 수도 없습니다. 약물동태학(PK) 모델을 통합한 TCI 시스템은 필요에 따라 신속하게 반응을 조절하고, 적절한 시기에는 일정한 농도를 유지할 수 있습니다. 이러한 시스템을 통해 임상의는 마취제 효과를 더욱 정확하게 조절할 수 있다는 잠재적 이점을 얻을 수 있습니다.3

본 리뷰에서는 TCI의 약물동태학적 원리, TCI 시스템 개발, 그리고 프로토타입 개발 과정에서 다뤄진 기술적 및 규제적 문제들을 설명합니다. 함께 게재된 두 편의 리뷰 논문에서는 이 기술과 관련된 전 세계적인 활용 및 안전성 문제를 다룹니다.4,5

TCI 시스템이 발전함에 따라 연구자들은 이 방법론에 대해 독특한 용어를 선택했습니다. TCI 시스템은 컴퓨터 지원 전신 정맥 마취(CATIA),6 컴퓨터를 이용한 정맥 주사제 적정(TIAC),7 컴퓨터 지원 지속적 주입(CACI),8 및 컴퓨터 제어 주입 펌프9 등으로 불려왔습니다. 이언 글렌의 제안에 따라 화이트와 케니는 1992년 이후 자신들의 논문에서 TCI라는 용어를 사용했습니다. 1997년에는 활발히 활동하는 연구자들 사이에서 TCI라는 용어를 이 기술의 일반적인 설명으로 채택하기로 합의가 이루어졌습니다.10