기본임상약국 검진데이타의 해석3(산,염기혈증)

약국에서 산,염기성 혈증에 관해 다룰일은 거의 없지만 산염기혈증속에서 일어나는 필수 미네랄의 이동의 방향을 통해 인체에대한 이해가 더 깊어지리라 생각된다.그리고 병원원내약국에서 대사성산증에 가끔 사용되는 병원용어로 비본이라 불리우는 탄산수소나트륨주사의 용량계산법도 한번 알아보는 것도 재미있을것으로 생각된다
일단 정상 동맥혈 pH-7.36~7.44 정도라고 한다
기억을 더듬어서 pH구하는 법을 알아보면
pH=-log[H+의 몰농도]이다.
강산의 경우 100% 이온화하므로 pH=-log[H+]=-log[강산의 몰농도]로 간단하게 구할수 있다
인체의 경우 약산인 H2CO3가 pH를 결정하므로 강산의 공식으로 pH값을 이용하지는 않고 (물론 혈액검사에서 기기로 pH는 측정이된다)약산의 pH값을 결정하는 Henderson-Hasselbach equation인pH=pKa+log[A]/[HA]을 이용하는데 이 식에서 HA는 H2CO3이고 pKa는 6.1이다.A는 HCO3이온이다.이 식에서 H2CO3의 농도는 동맥혈 pCO2측정치를 이용하여 구하는데 henley의 법칙에의한 기체의 용해도로 구한다는데 0.03mmole/mmhg의 용해도로 녹는다고한다.따라서 위의 henderson-hasselbach식의 H2CO3의 농도는 동맥혈 이산화탄소의 분압측정치를 이용하여 pCO2×0.03하면 된다.또 위의 식으로HCO3의 이온의 농도를 간접적으로 구할수있는데 pH는 동맥혈 측정시에 기계로 측정되므로 나머지값을 측정값으로 대입하면 HCO3이온의 농도를 계산할수있다
tCO2(total CO2)-정상범위 24~30mEq/L.정맥혈 측정치로 혈액내의 총 이산화탄소기(대부분HCO3이온이고 약간의 CO2,H2CO3라고한다)를 기기가 정량하여 나타낸 것인데 대부분이 HCO3이온이므로 동맥혈 분석을 하지않고도 대략적인 HCO3이온값(1~2mEq정도 tCO2보다 적음.따라서 HCO3이온의 정상범위는 22~29mEq/L정도이다)으로도 이용되고 동맥혈 측정치 pCO2로 계산된 HCO3값과 비교하여 큰 오차가 나면 혈액검사의 신뢰도를 판단하는데도 이용한다고 한다
cf)노르말농도개념인 mEq/L(인체에서는 Eq/L를 사용하지않고 1/1000크기인 mEq/L를 사용한다)가 위에서 언급되었는데 HCO3이온은 1가 이온이므로 mmole/L와 같다.2가이온인경우 MgSO4에서 SO4이온은 2가 이온이므로 SO4이온 하나당 두개의 작용을 하므로 mmole/L×2하면 meq/L가 된다.역으로 2가 이온은 0.5M 몰농도로 lM의 1가 이온의 역할을 할수있다는 의미이다
임상에서 쓰는 속칭 비본주사의 탄산수소나트륨은 분자량이 84g/mole이다.8.4% ampule하나당 탄산수소나트륨1.68g이 들어있다.계산해보면 20mmole의 탄산수소나트륨이 들어있다.탄산수소나트륨은 1가이므로 20meq의 탄산수소나트륨이 들어있다.혹은 20mEq의 HCO3이온이 들어있다고 할수있다.이 내용은 대사성산증의 경우 몇개의 비본을 투여하는가할때의 계산에 쓰이는 개념이니 알아두면 좋다
Anion gap-혈중 전해질중의 측정가능한 이온인 양이온 Na,K 농도의 합에서 음이온인 HCO3,Cl 농도의 합을 뺀 것이다.정상범위가 측정방법에 따라 다르다고 한다.현대식기기에서는 3~11mEq/L로 되는 것도있고 과거측정법에서는 10~20mEq/L가 정상범위로 랩마다 다를수 있다고 한다.이 개념은 metabolic acidosis에서 많이 나오는 수치인데 high anion gap metabolic acidosis에서는 HCO3양이 많이 줄어든 상태를 말하는데 전기적 중성상태를 유지하기위한 Cl이온이 세포에서 혈장으로 나오지않은 상태를 말한다.그 의미는 Cl이온이 혈장으로 나오지 않아도 음이온의 역할을하는 다른 음이온물질(lactate로 인한 lactic acidosis,keto acid로 인한 ketoacidosis ,메탄올,에틸렌글리콜 ,아스피린 중독에 의한 독성이온등이 산으로서 알칼리역할을하는 HCO3이온을 중화시켜 산증을 유발하면서 anion gap을 증가시킨다 )이 있다는 의미이다.즉 metabolic acidosis의 원인이 다른 음이온의 역할을 하는 산성 물질에 있다는 의미이다.
또 normal anion gap metabolic acidosis가 있는데 이것도 HCO3이온이 줄어드는 상태인데 혈장내 전기적 중성상태를 유지하는 다른 음이온(lactate,keto acid등)이 없어서 세포내 Cl이온이 혈장으로 이동하여 혈장 anion gap의 총량은 변화가 없다.다른것은 Cl이온의 혈장으로의 이동으로hyperchloremia가 된다는 것이다.즉 이것은 HCO3이온이 줄어서 생기는 대사성산증인데 원인이 산성역할을 하는 물질의 생성이 아니고 HCO3이온의 과잉배출(설사,콩팥기능이상(proximal renal tubular acidosis등)이나 콩팥에서의 산 배출 감소에 의한 중화반응으로 인한 혈장HCO3의 감소(distal renal tubular acidosis)에 의한 것이라는 것이다.
Low anion gap-acidosis인 상황에서는 알부민수치 저하에의한 것이 많다고 한다.알부민이 혈장음이온역할을 하는데 알부민이 저하되면 그 차이를 HCO3와Cl이온이 대체하여 anion gap이 정상으로 나오거나 내려갈수있다고 한다.따라서 알부민수치가 적을때는 보정하는 anion gap수식을 사용해야한다
알부민 보정 anion gap=일반적인식으로 계산된 anion gap+2.5×(정상알부민수치-측정알부민수치)
1)metabolic acidosis
대사성산증은 체내 알칼리역할을하는 bicarbonate이온의 감소에 의한 것이다.위에서 언급했듯이 normal anion gap(hyperchloremic,이유는 위에서 언급했음)metabolic acidosis와 high anion gap metabolic acidosis로 나뉘며 또 normal anion gap metabolic acidosis는 hyperkalemic state와 hypokalemic state의 둘로 나누어 볼수있다.normal anion gap metabolic acidosis는 설사에 의한 bicarbonate의 loss나 산성물질의 섭취나 투여에 의한 것이 아니면 거의 신장에서의 산분비억제나 bicarbonate의 loss와 연관되어있다.hypokalemic state인 산증의 원인을 보면 설사에의한 bicarbonate와 potassium의 loss,carbonic anhydrase inhibitor의 투여에의한 신장의 proximal tubule lumen벽의 carbonic anhydrase의 억제로인한 bicarbonate이온의 CO2로의 생성반응(cf.carbonic anhydrase는 상황에 따라서 CO2생성반응 아니면 CO2와 H2O로 proton과 bicarbonate생성의 두가지 가역반응을 한다)이 억제되어 bicarbonate의 CO2로서의 재흡수가 안되어 NaHCO3의 형태로 배설되어버린다.또 proximal tubule cell 안의 carbonic anhydrase의 억제로인해 CO2와 H2O에서의 proton과 bicarbonate로의 반응이 억제되어 이 둘을 이용하는 tubule로의 sodium hydrogen exchange반응(hydrogen의 tubule로의 배출),sodium bicarbonate symporter,bicarbonate chloride antiporter에 의한 bicarbonate의 혈장으로의 재흡수반응이 모두 억제되어 결과적으로 acidosis가 되며 또 proximal tubule에서 과잉배출된 sodium이 신장의 collecting duct에 도달하면 sodium의 흡수를 촉진하기위해 principal cell에서 sodium흡수를 촉진하기위해 potassium 배설작용(via Na-K ATPase at basal side)이 촉진되어 hypokalemic metabolic acidosis가 되지만 sodium over load된 양을 다 재흡수하기에는 부족하다.따라서 carbonic anhydrase inhibitor는 이뇨제이고 뇨알칼리화제이다.
또 신장과 연관된 hypokalemic normal anion gap metabolic acidosis 의 두종류가 있는데 proximal renal tubular acidosis와 distal renal tubular acidosis가 있다.proximal renal tubular acidosis는 말그대로 proximal tubule에서 bicarbonate의 재흡수의 억제로 인한 acidosis이며 원인은 유전적이상에의한 proximal tubule에서 재흡수이상과 다른 유전적질환의 2차성질환에 기인한것이 많다고 한다.(cf.판코니 증후군)
distal renal tubular acidosis는 말그대로 distal tubule의 intercalated cell에서 proton의 tubule로의 분비저해에의한 산배출장애로 인한 acidosis이다.proton이 분비가 안되어 상호교환되어 재흡수되어야할 potassium이 재흡수가 안되어 (hydrogen potassium exchanger or ATpase)hypokalemia와 acidosis가 같이 일어난다. 뇨가 알칼리화(cf.proximal renal tubular acidosis는 뇨가 알칼화까지 되지는 않는다고 한다 왜냐하면 distal tubule의 산분비기능이 보전해주기 때문이라고 한다)되어 칼슘의 용해도가 저하되고 재흡수도 저하(acidosis상황에서는 renal tubule에서 칼슘재흡수가 저하되고 bone에서 칼슘이 유리되어 뇨로 칼슘이 많이 빠지는 상황이 온다고 한다)되어 신장결석(cf.신장결석에 자주 처방되는 potassium citrate는 뇨알칼리화제인데 산성뇨에서 결석 발생이 증가하는 urate와 oxalate결석 용해에 주로 사용된다.그러나 뇨가 알칼리화되어 발생하는 phosphate 신장결석에도 사용될 수 있는데 citrate가 urine의 pH와는 별개로 결석의 원인인  phosphate와 oxalate에 칼슘을 대신해서 결합하여 이 둘성분으로 이루어진 결석을 예방하고 citrate는 몸안에서 bicarbonate로 변화되어 산증을 줄여 calcium의 bone에서의 유리를 억제하여 calcium의 콩팥으로의 배설을 줄여 결석을 예방한다고 한다)을 일으키며 hypocalcemia를 일으키며 더 나아가 골연화증,rickets를 일으킨다.원인은 유전적결함이 있고 다른 만성질환의 합병증(쇼그렌증후군등의 류마치스성질환에 의한 신장합병증,간경화 및 간기능부전에 의한 hepatorenal syndrome의 신장합병증)등이라고 한다.
다음으로 hyperkalemic normal anion gap metabolic acidosis를 보면 aldosterone과 연관이 있는데 hypoaldosteronism이나 antialdosterone drug인 potassium sparing diuretics와 연관이 되는데 aldosterone이 sodium potassium ATpase를 촉진하여 sodium의 재흡수 및 potassium의 분비를 촉진하고 sodium hydrogen exchanger와hydrogen ATpase를 촉진하여 산을분비하는 역할을하는데 이게 저하되면 hyperkalemic acidosis가 된다.산증자체로는 mild하다고한다.지금까지는 normal anion gap metabolic acidosis를 살펴보았고 다음으로 high anion gap metabolic acidosis를 살펴보면 위에서 언급했다시피 anion gap의 계산 공식에 포함되지않는 다른 음이온물질의 생성이나 유입에 의해 생기는 산증으로 lactic acidosis,ketoacidosis,독극물이나 약물중독,신부전에의한 여러 음이온의 배설감소등이 해당된다.
대사성산증의 치료는 유형에따라 치료법이 다른데 설사에의한 경우는 설사를 조정하고 proximal renal tubular acidosis인경우는 oral bicarbonate 요법을 쓰거나 potassium의 보충요법을 하고 distal renal tubular acidosis인 경우 산증도 해결하고 결석도 예방하기위해 potassium citrate요법을 쓰고 hypoaldosteronism에 의한 경우aldosterone 유사체인 fludrocortisone을 쓴다고 한다.high anion gap metabolic acidosis의 심각한경우 비본투여를 하기도 하는데 공식은 다음과 같은데 공식이 몇개가 더 있는것 같다.하나만 보면 다음과 같다.필요한 bicarbonate meq수(cf.8.4%비본하나당 bicarbonate 20meq들어있음) =
0.5×kg체중×(기준bicarbonare농도meq-측정bicarbonate농도가 아니라 원하는 bicarbonate농도의 상승치라고 한다 정상치로 바로 올리면 안되고 정상치근처까지만 올리는것이 아이러니한bicarbonate투여후 대사성산증의 악화를 예방하는데 도움이된다고 한다)
2)metabolic alkalosis
대사성 알칼리증은 체내 bicarbonate이온의 과잉이나 산의 과잉배설에 의해 생기는데 주로 구토에의한 산의 배출 이나 탈수에의해 발생한다고 한다.이 증상도 두종류로 구분하는데 saline(chloride)에 반응하는 것과 반응하지않는 것이 있다고한다.
saline responsive metabolic alkalosis의 원인을보면 구토에의한 염산,칼륨,나트륨의 배출(나트륨의 배설을 억제하기위해 신장에서 sodium hydrogen exchnger의 가동으로 알칼리증의 악화).과도한 이뇨제의 사용이나 탈수시에는 aldosterone에 의한 sodium의 흡수가 증가하는데 이때에 sodium hydrogen exchanger에 의해 alkalosis가 일어난다.이를 contraction alkalosis라고 한다.제산제를 많이 복용했을때나 citrate가 첨가제로 들어있는 혈액을 많이 수혈했을때 citrate가 bicarbonate로 체내전환되므로 alkalosis가 일어난다고한다.
saline unresponsive metabolic alkalosis의 원인을 보면 aldosterone의 과잉에의한 hydrogen의 과잉배설이나 hypokalemia에의한 hydrogen의 potassium과의 교환에의한 cell내로의 shift라고한다.그리고 hypomagnesemia는 potassium의 배설을 촉진(마그네슘은 신장에서 칼륨의 배설을 억제하는 효과가 있다고 한다)하여 hypokalemia를 일으켜 hydrogen shift에의한 alkalosis를 일으키고 hypercalcemia는 calcium over load에의한 diuresis작용으로 contraction alkalosis를 일으킬수있다고 한다.드물게 유전성질환인 지텔만증후군,바터증후군(신장이상으로 이뇨제 과잉복용과 증상유사)등이 있다고한다.
대사성알칼리증은 말그대로 saline responsive하면 saline과 potassium을 투여하면되고(간,신장,심장질환이 있는 경우 sodium overload 되지않도록 주의) unresponsive한 경우 원인을 찾아 교정하면된다.
3)respiratory acidosis(호흡성 산증)
주로 폐에서 이산환탄소의 배출이 되지않아 발생하는 산증으로 PaCO2 >45mmhg일때를 말한다고 한다.급성기에는 pH가 산성을 나타내고 만성일때는 PaCO2>45mmhg이고 체내보상작용으로bicarbonate도 30mmhg이상을 나타낸다고 한다.만성일경우 pH는 정상을 나타낼때가 많다고 한다.즉 acidemia를 일으키는 acidosis상태이지만 체내보상작용에의해 acidemia가 아닌 상태가 많다는 것이다.원인은 주로 호흡장애를 일으키는 천식이나 만성폐쇄성폐질환,심장이나 폐질환,수면무호흡증,중추성질환,호흡근의 약화를 일으키는 질환(길랑바레증후군,myasthenia gravis..)이나 약물(lithium,phenytoin,aminoglycoside),전해질이상(hypokalemia,hypophosphatemia)등이 있다고한다.치료는 원인이되는 질환을 치료하는게 원칙이고 산소투여,bicarbonate,호흡촉진제인doxapram,CNS depression에 의한 원인인 경우medroxyprogesterone acetate등이 쓰이기도 한다
4)respiratory alkalosis(호흡성 알칼리증)
호흡성 산증과는 반대로 과도한 호흡으로 인하여 발생하는 알칼리증으로 PaCO2가 <35mmHg인 경우를 말한다.원인은 심리적 원인에 의한 과호흡증 혹은 인공호흡기 부착환자의 호흡수 과다설정,급격한 고산지대 노출로 인한 산소부족에 의한 과호흡,간기능 부전에 의한 호흡촉진기능이 있는 progesterone의 분해저하,호흡촉진기능이 있는 약물의 과잉사용,폐질환에 의한 호흡촉진,대사가 촉진되어있는 상태인 Fever등의 이유로 생기며 심한 경우 증상으로는 말초및 입주변 감각이상 및 어지럼증,빈맥,정신착란등의 증상이 생긴다고 한다.
치료로는 원인을 제거하는 것이 기본이며 심리적인 경우 종이백을 이용한 호기된 공기를 다시 호흡하는 방법이 사용된다.
이상 산염기평형에 대한 내용을 과거에 약간 공부했고 얻어들은 내용을 심심풀이로 정리해보았다.틀릴수도 있으니 참고만 하시길