신체에서 일어나는 대사작용은 효소에 의해 촉매된다. 효소는 적정한 산도(pH)에서 작용하며 체액의 산도는 일반적으로 7.35-7.45의 매우 좁은 범위에서 유지되고 이를 위하여 환충계, 호흡계, 신장이 함께 작용하고 있다. 음식 섭취 및 대사작용에 의하여 매일 많은 양의 산이 생산되고 이들의 대부분인 탄산(H₂CO₃)은 적혈구 내의 헤모글로빈과 결합하여 페로 이동되어 배출되며 그 외 케톤산(keto acid), 황산, 인산 등은 혈액을 통하여 신장으로 배설된다.


동맥혈의 산도, 이산화탄소 분압(pCO₂), 중탄산염(HCO₃-)을 측정하여 체내 산염기 상태를 파악하고 이를 조절하는 완충계, 호흡계, 신장의 산염기 조절 능력을 평가하고 이와 함께 산소분압(pO₂)을 측정하여 체내 산소 공급 상태를 평가하는 검사를 동맥혈액가스검사(Arterial Blood Gas Analysis, ABGA)라 부른다. 동맥혈액가스검사를 시행하는 대부분의 기기에서는 측정되는 산도와 이산화탄소 분압을 가지고 헨더슨-하셀바흐 방정식(Henderson-Hasselbalch equation)에 따라 중탐산염을 계산하고 보고한다.

pH=pKa + log[HCO₃-)/H₂CO₃(=0.03 x pCO₂)]


참고

여기서 pKa는 H₂CO₃의 해리상수(dissociation constant of carbonic acid)의 음로그값(w정상 체온에서 6.1)이며 정상인에서 pCO₂는 약 40 mmHg이므로 H₂CO₃ = 0.03 x 40을 하면 약 1.2 mmol이고, HCO₃-는 약 24 mmol이므로 pH는 6.1 + log20(log20은 약 1.3)으로 약 7.4 정도를 유지한다. 일반적으로 완충액을 만들 때 우리가 맞추려는 pH와 유사한 pKa를 가진 산을 사용하지만 우리 몸은 pKa 6.2인 중탄산염-탄산 완충계를 사용하여 산과 염기의 비율을 20배 차이를 두어 7.4로 유지하고 있으며 그 이유는 폐를 통한 이산화탄소의 배출이 손쉽기 때문인 것으로 생각한다.


산염기 및 완충계

산은 반응에서 수소 양이온을 주는 물직, 염기는 반응에서 수소 양이온을 받아들이는 물질로 정의되며 강산은 쉽게 수소 양이온을 주며 강염기는 쉽게 수소 양이온을 받아들인다. 또한 강산의 짝염기는 약염기이며 반대의 경우도 마찬가지이다. 완충제는 약산과 그 짝염기의 염과의 혼합물로 강산이나 강염기가 들어 왔을 때 ph의 변화를 최소화하는 역할을 하며 완충게에는 중탄산염 및 탄산 완충계, 혈장단백 완충계, 헤모글로빈 완충계 등이 있다. 중탄산염 및 탄산완충계를 예로 들면 강산이 HCO₃-, H₂CO3를 포함하는 용액에 들어오면 H+는 HCO₃-와 반응하여 H₂CO₃를 더 생성하고, H₂CO₃는 CO₂와 H₂O로 변환되어 수소 양이온농도의 증가를 감소시킨다.

H+ + HCO₃- = H₂CO₃ = CO₂ +  H₂O

모든 몸의 완충계는 수소양이온과 평행을 이루고 있으며 HCO3-와 CO2는 체내의 중요한 완충제이다. 헨더슨-하셀바흐 방정식은 pH가 HCO₃-/pCO₂ 비에 의존한다는 것을 의미하며 이 비율이 올라갈 때 pH가 올라가면 알카리증이 증가되는데, 이 비율이 중탄산염의 증가때문에 증가하면 대사성 알카리증, pCO₂ 감소 때문에 증가하면 호흡성 알카리증이라고 한다. 또한 이 비율이 감소하면서 pH가 내려가면 산증이라 하며 중탄산염의 감소 때문에 감소하면 대사성 산증, pCO₂증가 때문에 감소하면 호흡성 산증이라고 한다.



산염시 균형


비휘발성 산 중 가장 중요한 산은 메치오닌, 시스테인같은 황을 포함하는 아미노산이 대사되면서 생성되는 황산과 불완전 연소된 아미노산이다. 신장은 산을 배출함으로서 알카리를 생성하는 효과로 산염기 항상성에 중요한 역할을 한다. 산은 암모늄이온(NH₄+)과 적적산(titrable acid)으로 배출되는데 정상적으로는 산 배출의 2/3가 암모늄이온 형태로 배출되나 산 중에서는 10배 정도 증가되기도 한다.


적정산의 분비는 보통은 적정산을 생성하는 완충제의 양이 제한되어 그다지 많지 않으나 당뇨병성 케토산증 등의 질환이 있는 경우 크게 증가할 수 있다. 산염기 균형 유지는 순산 생산(net acid production)과 순산 배출(net acid excretion)이 같을 때 이루어지며 순산 생산이 순산 생산을 초과할 때는 대사성 산증이 되고 반대의 경우 대사성 알카리증이 일어난다.


관련질환


호흡계의 주기관인 폐 질환 및 폐에 혈액을 공급하는 심장질환, 폐를 조절하는 뇌질환으로 인한 산염기 불균형ㅇ과 신장계의 주기관인 신장 질환 및 신장을 조절하는 내분비기관의 질환, 그리고 완충게의 주 요소인 중탄산염을 직접 소실하는 소화기질환, 신장질환, 강산을 대량 생산하여 완출계를 소모시키는 당뇨병, 허혈성 쇼크 등도 산염기 불균형을 초래할 수 있으며 이뇨제, 알코올 등 각종 약물들의 복용여부도 산염기 불균형과 관련이 있다.

감사종목 및 검체


산도, 이산화탄소분압, 산소분압을 직접 측정하며 중탄산염, 용존 이산화탄소(dCO2), 총 이산화탄소 등은 기기에서 자동으로 계산된다. 혈액가스검사의 측정을 위한 검체로는 헤파린 처리된 주사기로 동맥혈에서 채혈된 전혈이 주로 사용되며 적절한 채혈과 검체의 관리가 중요하다.


이 지표들의 참고범위는 아래와 같다. 검체가 공기와 접촉한 경우 산소분압이 증가하고 이산화탄소분압은 감소한 결과를 보이며 장시간 방치한 경우 혈구세포의 대사로 인해 산소분압은 감소하고 이산화탄소분압은 증가한 결과를 보인다.


검체는 헤파린 플라스틱 주사기를 사용하여 일반적으로 손목의 노동맥(또는 요골동맥, radial artery)에서 채취한다. 맥박이 잡히면 여기서 동맥혈 채취한다. 채혈 후에 즉시 가스분석을 실시해야 한다. 검사가 지체된다면 얼음이나 냉장고에 일시 보관할 수는 있지만 혈액의 특성을 보존해 주지는 못한다.


참고  


이온선택전극법(ion selective electrode, ISE)이 사용되고 있으며 산도와 이산화탄소분압은 전위차전극법을 이용하여 측정하고 산소분압의 경우 이동한 전류가 산소와 비례하는 것을 이용하여(전류전극법, amperometry) 측정하며 중탄산염은 계산하여 보고한다.

중탄산염(total CO₂ 총이산화탄소) 계산치는 자동화 장비에서 측정된 총이산화탄소와의 상관성은 좋으나 pCO₂에 영향을 많이 받으므로 중환자나 소아 환자에서는 주의깊게 사용하여야 한다.


 
임상적 의의


산도(pH) : 혈액의 산염시 상태를 나타내며 7.35 이하인 경우는 산혈증(acidemia, 7.45 이상인 경우는 알카리혈증(alkalemia) 이다. 산혈증은 호흡성 혹은 대사성 산증(acidosis)에 의해 생기며 알카리혈증은 호흡성 혹은 대사성 알카리증(alkalosis)에 의해 생긴다. 산증과 알카리증을 함께 가지고 있는 경우도 있으므로 산도가 7.35-7.45 냉에 있어 산혈증이나 알카리혈증이 없더라도 산증 혹은 알카리증이 없다고 할 수는 없다, 동맥혈의 정상 참고 범위는 pH 7.35-7.45이며, 정맥혈의 pH는 7.32-7.38로 약간의 차이가 있다. H+로 표시되기도 하는데 참고치와 단위는 3545 nmol/L (nM)

산소분압(pO₂) : 혈액 중 산소의 양을 나타내며 110 mmHg 이상인 경우 고산소혈증(hyperoxidemia)이라고 하며 80 mmHg 이하인 경우는 정도에 따라 세분하여 60mmHg까지는 경도, 40 mmHg까지는 중등도, 40 mmHg 이하는 고도 저산소혈증(hypoxemia)이라 한다. 혈액 중 산소를 감소시키는 질환에는 폐뿐만 아니라 심장질환, 뇌질환 등이 있다. 산소 부족은 호흡을 증가시켜 호흡성 알카리혈증을 유발하기도 하며, 조직에 산소의 공급부족으로 대사성 산혈증을 유발하여 산염기질환과 관련이 있다. 정상 참고범위는 80-110 mmHg이다.

이산화탄소분압(pCO₂) : 혈중 이산화탄소의 양을 나타내며 이는 폐에서 호흡에 의한 이산화탄소 배출의 정도를 반영한다. 35 mmHg 이하인 경우 저이산화탄소혈증(hypocapnea)이라 하며, 과호흡(hyperventilation) 혹은 혹은 호흡성 알카리증을 의미하며 저호흡 혹은 호흡성 산즈을 의미한다. 정상 참고범위는 35-45 mmHg이다.

중탄산염 (HCO₃) : 중탄산염은 혈장내의 음이온 중 염소이온 다음으로 많은 음이온으로 혈액 중 가장 대표적인 중탄산염 탄산완충계를 표시하는 지표이다. 다시 말해서 케토산증(ketoacisosis) 같은 대사성 문제점의 유무를 알려주는 지표이다.  28 mmHg 이상인 경우 대사성 알카리증, 22 mmHg 이하인 경우 대사성 산증을 의미한다. 정상 참고범위는 22-26 mmHg이다.

 
국내 의료기관 공급 장비


- NOVA BIOMEDICAL/USA - Stat Profile pHOx Series
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- Cobas b 221 System : Blood gas, electrolyte, CO-oximeter, metabolites

(glucose,lactate,Urea/BUN, Hb/Hct)등 중환자검사에 필요한 17가지 파라메터를 제공.

21 모델은 10개 파라메터 제공


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