산-염기 장애 총론

국시에서 산-염기 장애를 동반하는 증례들은 매우 자주 출제되지만, 산-염기 장애 자체만에 대해서 출제되는 경우는 드물다. 국시 수준에서는 pH, PaCO₂, HCO₃^-만 보고 대략적으로 대사성/호흡성 산증/알칼리증 정도만 파악할 수 있어도 큰 지장이 없으며, 보상 작용에 대한 평가 및 혼합성 산-염기 장애를 진단해야 하는 경우는 매우 드물다. 대사성 산증과 대사성 알칼리증의 진단적 접근에 대해서는 각 단원에서 더 깊게 다루고 있으며, 본 단원에서는 acidosis/alkalosis에 대한 개괄 및 보상 작용에 대해 다루고 있다. 혼합성 산-염기 장애에 대한 내용은 '대사성 산증' 단원, 그 중에서도 anion gap에 대한 내용을 공부한 이후 보는 것을 권한다.

1. 개요

인체의 산-염기 균형은 아래 bicarbonate buffer system을 통해 조절된다.

H⁺ + HCO₃^- ⇌ H₂CO₃ ⇌ H₂O + CO_2(aq) ⇌ H₂O + CO_2(g)

위 화학식에 대한 Henderson-Hasselbalch equation은 다음과 같다.

1) 각종 정상값

(1) pH = 7.4

(2) HCO₃^- = 24 mEq/L

(3) PaCO₂ = 40 mmHg

2) HCO₃^-(중탄산염, bicarbonate)

(1) 산-염기 평형에서 대사성(metabolic) 부분을 담당

① HCO₃^-↑: pH가 높아짐 = 알칼리화

② HCO₃^-↓: pH가 낮아짐 = 산성화

(2) 조절

① Total body buffering: RBC 등 체내 세포 안팎으로 H⁺ 및 HCO₃^-운송 (H⁺/K⁺ pump 등 이용)

• 즉각적으로 작동함 / HCO₃^- 변경 가능폭이 작음

② Renal buffering: 신장 세뇨관에서 HCO₃^- 재흡수, H⁺ 분비를 조절

• 완료되는 데 3~5일이 소요됨 / HCO₃^- 변경 가능폭이 큼

3) PaCO₂(동맥혈 이산화탄소 분압, partial pressure of arterial CO₂)

(1) 산-염기 평형에서 호흡성(respiratory) 부분을 담당

① PaCO₂↑: pH가 낮아짐 = 산성화

② PaCO₂↓: pH가 높아짐 = 알칼리화

(2) 조절

• Alveolar ventilation: 뇌의 호흡중추가 폐의 호흡수를 조절함 (저호흡 = PaCO₂↑, 빈호흡 = PaCO₂↓)

2. 진단

1) 산증, 알칼리증 구분

(1) pH < 7.35: 산증(acidosis)

(2) pH > 7.45: 알칼리증(alkalosis)

2) 대사성, 호흡성 구분: 대사성/호흡성 중 하나에 문제가 생기면, 반대쪽에서 이를 보상하려고 함

분류	pH	1차적 문제	1차적 문제에 대한 보상 반응
대사성 산증	↓	HCO₃^-↓	PaCO₂↓
대사성 알칼리증	↑	HCO₃^-↑	PaCO₂↑
호흡성 산증	↓	PaCO₂↑	HCO₃^-↑
호흡성 알칼리증	↑	PaCO₂↓	HCO₃^-↓
정상	7.35 ~ 7.45	PaCO₂ 40 mmHg, HCO₃^- 24 mEq/L

3) 보상 작용에 대한 평가

대사성 산증 ¹⁾	HCO₃^- 1 감소 → PaCO₂ 1.2~1.25 감소 ex) pH 7.32, PaCO₂ 28, HCO₃^- 14 → 적절한 보상
대사성 알칼리증 ²⁾	HCO₃^- 1 증가 → PaCO₂ 0.7~0.75 증가 ex) pH 7.48, PaCO₂ 47, HCO₃^- 34 → 적절한 보상
호흡성 산증 ³⁾	PaCO₂ 10 증가 → HCO₃^- 1(급성) or 4(만성) 증가 ex) pH 7.26, PaCO₂ 60, HCO₃^- 26 → 적절한 보상 (급성일 경우)
호흡성 알칼리증	PaCO₂ 10 감소 → HCO₃^- 2(급성) or 4(만성) 감소 ex) pH 7.62, PaCO₂ 20, HCO₃^- 20 → 적절한 보상 (급성일 경우)

¹⁾ PaCO₂ = 1.5×[HCO₃^-] + 8 ± 2로 계산할 수도 있으며, 더 간단하게 PaCO₂ = [HCO₃^-] + 15로 계산할 수도 있다.
²⁾ PaCO₂ = [HCO₃^-] + 15로 계산할 수도 있다. 문헌에 따라 +15 대신 +10을 사용하기도 한다.
³⁾ 호흡성 산증/알칼리증의 대사성 보상에 있어 급성과 만성을 나누는 기준은 3~5일이며, 이는 3~5일이 경과해야만 renal buffering이 완료되기 때문이다. 또한, 경한 호흡성 산증/알칼리증의 대사성 보상이 만성적으로 진행될 경우, pH가 정상 범위일 수도 있다.

3. 혼합성 산-염기 장애(mixed acid-base disorders)

1) 정의: 4개의 기본 산-염기 장애 중 2개 이상이 중첩되어 있는 상태

• 보상 작용 계산시 과도하거나 부족할 때 의심해보아야 함

2) 예시

(1) 대사성 산증 + 호흡성 산증: pH 7.30, PaCO₂ 38, HCO₃^- 18

* HCO₃^-가 24-18 = 6 감소했으므로, 대사성 산증에 대한 적절한 호흡성 보상은 PaCO₂ = 40 - 6×1.2 = 32.8이어야 한다. 하지만 현재 PaCO₂는 이보다 높으므로 호흡성 산증이 동반되었다고 보아야 한다. 대표적인 예로 폐렴으로 인한 패혈증의 경우, 패혈증의 lactic acidosis에 의한 대사성 산증, 페렴의 hypoventilation에 의한 호흡성 산증이 동반되어 위와 같은 결과값을 보일 수 있다.

(2) 대사성 산증 + 호흡성 알칼리증: pH 7.39, PaCO₂ 24, HCO₃^- 14

* HCO₃^-가 24-14 = 10 감소했으므로, 대사성 산증에 대한 적절한 호흡성 보상은 PaCO₂ = 40 - 10×1.2 = 28이어야 한다. 하지만 현재 PaCO₂는 이보다 낮으므로 호흡성 알칼리증이 동반되었다고 보아야 한다. 대표적인 예로 패혈증이 있는데 채혈로 인한 불안에 의해 과호흡을 하고 있을 경우, 패혈증의 lactic acidosis에 의한 대사성 산증, 과호흡에 의한 호흡성 알칼리증이 동반되어 위와 같은 결과값을 보일 수 있다.

(3) 대사성 알칼리증 + 호흡성 산증: pH 7.42, PaCO₂ 67 HCO₃^- 42

* HCO₃^-가 42-24 = 18 증가했으므로, 대사성 알칼리증에 대한 적절한 호흡성 보상은 PaCO₂ = 40 + 18×0.7 = 52.6이어야 한다. 하지만 현재 PaCO₂는 이보다 높으므로 호흡성 산증이 동반되었다고 보아야 한다. 대표적인 예로 COPD가 있는 환자에 이뇨제 과용이 동반될 경우, 이뇨제에 의한 대사성 알칼리증, COPD의 pulmonary dead space 증가에 의한 호흡성 산증이 동반되어 위와 같은 결과값을 보일 수 있다.

(4) 대사성 알칼리증 + 호흡성 알칼리증: pH 7.55, PaCO₂ 38 HCO₃^- 33

* HCO₃^-가 33-24 = 9 증가했으므로, 대사성 알칼리증에 대한 적절한 호흡성 보상은 PaCO₂ = 40 + 9×0.7 = 46.3이어야 한다. 하지만 현재 PaCO₂는 이보다 낮으므로 호흡성 알칼리증이 동반되었다고 보아야 한다. 대표적인 예로 구토를 많이 하는 환자가 과호흡을 하고 있을 경우, 구토에 의한 대사성 알칼리증, 과호흡에 의한 호흡성 알칼리증이 동반되어 위와 같은 결과값을 보일 수 있다.

* 대사성 산증에 다른 양상의 대사성 산증이 동반되거나, 대사성 산증에 대사성 알칼리증이 동반될 수도 있다. 이에 대해서는 대사성 산증 단원 참고
* 위 예시 (2)와 (3)에서 보듯, 산-염기 장애가 있어도 pH는 정상일 수도 있다. Acidosis/alkalosis는 단순히 pH의 낮고 높음으로 정의되지 않으며, 엄밀한 정의는 'pH를 낮추려는/높이려는 과정'이다. 낮고 높은 pH 그 자체는 acidemia/alkalemia라고 부른다. 위 예시처럼 pH는 정상, 즉 acidemia와 alkalemia는 모두 없는 상태이지만, pH를 낮추려는/높이려는 과정(ex. lactic acid를 생성하려는 패혈증, CO₂를 배출하려는 과호흡)은 존재하는 상태이므로 pH가 정상이더라도 acidosis와 alkalosis는 존재하는 것으로 보아야 한다.

Harrison 21e, pp.359-361

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