332. 전해질검사 - 각 검사의 임상적 의의

[바람소리]

전해질검사

각 검사의 임상적 의의

1. 나트륨

세포 외액을 구성하는 주된 양이온으로서, 신체 수분상태와 관련이 높으며 나트륨의 농도가 높거나 낮을 경우 각각 탈수와 과수분 상태가 나타날 수 있습니다. 혈장을 구성하는 무기 양이온의 90%를 차지하고 있으며, 145mmol/L 이상인 경우 고나트륨혈증(hypernatremia), 135mmol/L 이하인 경우 저나트륨혈증(hyponatremia)이라 합니다.

1) 고나트륨혈증

항이뇨호르몬(antidiuretic hormone, ADH)의 기능 저하로 신장의 원위관에서 수분의 재흡수가 안되어 소변으로 수분이 과량으로 빠져나가는 경우, 알도스테론(aldosterone)의 과다 분비로 인하여 신장의 원위관(distal tubule)에서 나트륨의 재흡수가 증가되는 경우, 혹은 당뇨에서 혈중 삼투압의 증가로 과량의 수분이 소변으로 빠져나가는 경우 등 고나트륨혈증이 발생할 수 있습니다.

이 외에 피부나 호흡기를 통하여 수분이 증발되는 경우도 고나트륨혈증을 일으키며 피부나(땀) 소화기를(설사, 구토) 통하여 체액이 빠져나가는 경우에도 고나트륨혈증을 일으킬 수 있으나 실제로는 드물고 수분섭취에 의해 오히려 저나트륨혈증을 보이는 경우가 있을 수 있습니다. 그 밖에 산혈증 치료로 중탄산나트륨(sodium bicarbonate, NaHCO₃)을 과량으로 투여한 경우도 고나트륨혈증이 유발될 수 있습니다.

고나트륨혈증의 대부분의 증상과 징후는 중추신경계에서 일어나며 고나트륨혈증과 고삼투질농도의 정도에 연관됩니다. 세포 외액의 유효 삼투질농도의 증가 결과 뇌세포의 수축에 의해서 임상증상이 나타나게 되는데, 불안, 기민증 등이 진행되면서 혼수, 사망 등에 이를 수 있습니다. 세포 외액 삼투압이 320-330 mOsm/kg을 초과할 경우 혼수와 호흡마비 등이 나타날 수 있습니다.

2) 저나트륨혈증

저나트륨혈증은 크게 두가지로 나누어 볼 수 있습니다.

첫째, 결핍성 저나트륨혈증으로서 발한, 구토, 설사, 이뇨제 남용, 심한 다뇨증, 대사성 산증 등에서 나타납니다. 둘째, 희석성 저나트륨혈증으로서 과량 수분에 의해 나트륨이 희석되는 경우입니다. 심부전, 당뇨, 간경변, 신 증후군, 영양 결핍 등에서 나타날 수 있습니다.

저나트륨혈증의 원인으로, 이뇨제를 사용한 경우 수분과 함께 나트륨이 신장으로 빠져나가는 것이 가장 흔하며, 항이뇨호르몬의 과량 분비로 인하여 수분이 신장에서 재흡수되는 질환인 항이뇨호르몬과다분비증에서도 나타날 수 있습니다.

세뇨관(細尿管)에 작용하여 나트륨의 배설을 억제하고, 칼륨의 배설을 촉진시킨다. ">알도스테론(Aldosteron) 부족증의 경우 원위(부) 세뇨관에서 재흡수가 안되어 나트륨이 소변으로 빠져나가지만 저 나트륨혈증을 보이는 경우는 드문 것으로 알려져 있습니다. 과량의 설사와 구토 및 치료적 위액 제거의 경우 수분섭취를 할 수 있는 상태라면 저나트륨혈증을 보이게 됩니다.

혈중 지질 및 단백이 높은 사람에게 간접법으로 나트륨을 측정한다면 ‘전해질 배제 효과(electrolyte exclusion effect)’에 의하여 실제보다 낮게 측정되어 가성저하를 보일 수 있습니다. 예를 들면, 검체에 지질과 단백질이 7% 포함되어 있다면, 혈장의 93%가 실제 수분이 되고 전해질은 이 수분 내에 존재하게 됩니다. 희석을 위해 검체 10μL를 뽑아낸다면 실제로는 9.3μL의 혈장의 수분이 전해질을 포함하고 있고 총 혈장으로 측정된 나트륨값이 145mmol/L를 나타내었다면, 실제로 혈장은 93%의 수분을 포함하는 것이므로 실제값은 145 × (100/93)=156mmol/L가 되게 됩니다.
소변의 나트륨을 측정하면 신장을 통해 나트륨이 배설되는 질환과(이뇨제 사용, 알도스테론 부족증 등) 신장 외를 통해 배설되는 질환(설사, 구토 등)을 구별 할 수 있으며, 소변에서 나트륨 농도만을 측정하는 것보다 신장의 분획성나트륨배설(fractional excretion of Na, FENa)을 구하는 것이 더 좋은 것으로 알려져 있으며 신장 외로 나트륨이 나가는 경우 1% 이하를 보입니다.

대부분의 저나트륨혈증 환자는 자각 증상이 거의 없습니다. 나타나는 양상은 매우 다양하며 농도가 120 mEq/L 이하일 때 주로 발생합니다. 증상은 기면, 쇠약감 및 졸음이 주가 되지만 심하면 혼수, 사망에 이를 수도 있습니다.

임상증상의 악화는 나트륨치와 직접적인 상관성이 없으며, 오히려 세포외액 삼투질 농도의 감소 속도와 정도에 영향을 받게 됩니다. 중추신경계 증상은 세포외액 삼투질 농도의 급속한 감소로 인한 뇌부종에 의해 나타나게 됩니다. 만성 저나트륨혈증일 경우 증상이 경미하게 나타납니다.

저나트륨혈증의 진단을 위해서 체액의 희석을 유발한 원인 질환이 무엇인지 확인하여야 합니다. 상세한 병력청취와 이학적 검사는 물론, 혈청 크레아티닌, 혈액요소질소 및 전해질 측정이 이루어져야 합니다. 아울러 소변 중 나트륨 농도, FENa, 혈액 및 요의 삼투압 등이 측정되어야 합니다.

2. 칼륨

세포내에 다량 존재하는 주된 양이온으로, 조직세포 내에는 약 150mmol/L, 그리고 적혈구내에는 약 105mmol/L(혈장의 약 23배) 존재합니다. 일반적으로 산염기 상태와 관련성이 많아 알칼리혈증에서는 감소하고 산혈증에서는 증가하는 현상을 보입니다.

1) 고칼륨혈증

고칼륨혈증은 체내 칼륨의 증가 없이 발생할 수 있으며 혈청 칼륨의 급격한 상승은 칼륨의 세포내액에서 세포외액으로의 이동으로 발생할 수 있습니다. 고칼륨혈증은 칼륨의 섭취 또는 세포 내에서 세포외액으로의 칼륨 방출이 신장 또는 신장 외로의 칼륨 소실보다 많을 때 발생됩니다.

신장은 칼륨 배설을 조절할 수 있는 능력을 갖고 있기 때문에 외부로부터 칼륨섭취 과다에 의한 경우 신기능의 장애가 없는 한 고칼륨혈증은 잘 일어나지 않습니다.

그러나 신기능이 떨어져 있을 때 부적절한 칼륨 투여는 고칼륨혈증을 유발하게 됩니다. 급성 또는 만성의 고칼륨혈증은 신장에서 칼륨 배설이 감소하거나 세포내에서 세포외액으로 급격한 칼륨의 이동이 있을 경우 발생하게 됩니다.
흔하게 관찰되는 임상 질환으로는 급, 만성 신부전증이 있으며 사구체를 통한 칼륨 투과의 감소로 신장을 통한 배설이 이루어 지지 않으나 다른 보상기전에 의해 혈중 칼륨을 낮추므로 신장 기능이 아주 나빠져 신사구체 투과율(glomerular filtration rate, GFR)이 20mL/min이하가 되기 전까지는 고칼륨혈증을 보이는 경우는 드문 것으로 알려져 있습니다. 알도스테론 기능저하증(4형 신세뇨관성 산혈증 포함), 조직파괴, 칼륨 보존성 이뇨제의 사용 및 주기성 고칼륨성 마비증 등에서도 고칼륨혈증이 관찰됩니다.

실제로 검사를 해보면 검체 채취시 부주의로 용혈이 된 경우 적혈구 내의 과량의 칼륨이 방출되어 가성증가를 보이는 경우가 가장 흔히 관찰되며, 드물지만 혈소판이나 백혈구가 높은 경우, 혈소판이나 백혈구에서 유출되는 경우, 혈액 채취 시 과다운동, 칼륨을 포함한 항응고제와의 혼합에 의한 가성증가를 보이는 경우도 있습니다.
고칼륨혈증이 있을 경우 나타나는 가장 중요한 임상양상은 심부정맥입니다. 혈청 칼륨치와 심전도 변화가 완전히 일치하지는 않지만 심전도 변화를 확인함으로써 고칼륨혈증의 진단과 치료에 도움을 줄 수 있습니다.

고칼륨혈증은 암모니아 생성과 분비과정을 억제하므로 요중 암모니아 배설을 감소시켜 대사성 산증을 유발하기도 합니다.

2) 저칼륨혈증

혈청 칼륨치가 1 mEq 감소하면 체내 총 칼륨은 약 300 mEq가 소실된 것으로 추정됩니다. 체내에서 칼륨 결핍이 극심한 경우 혈청 칼륨농도가 1.5-2.0 mEq/L까지 낮아지게 됩니다. 저칼륨혈증은 칼륨이 세포외액에서 세포내액으로 이동하거나 실제로 체내 칼륨이 결핍되어서 발생하게 됩니다.

저칼륨혈증이 가장 흔히 나타나는 때는 이뇨제를 투여한 경우로 과량의 사구체 여과액이 원위관에 도달하면 알도스테론 분비가 증가되어 칼륨을 소변으로 분비합니다. 설사의 경우 장을 통한 칼륨의 배설, 구토의 경우 알칼리 혈증으로 인한 신장을 통한 칼륨 배설의 증가가 주요원인 중 하나입니다.

소변 내의 칼륨을 측정하여 칼륨이 소실되는 곳이 신장인지 아닌지를 구별하며, 신장 이외로 칼륨이 소실되는 경우 소변의 농도가 20mmol/L 이하를 보이게 됩니다. 그러나 급성 소실의 경우 신장의 적응이 느려 신장 이외의 칼륨 소실에서도 소변 칼륨 농도가 20mmol/L 이상을 보이는 경우가 종종 있게 됩니다. 또한 이뇨제 치료의 경우나 알도스테론 분비 증가 또는 구토 시, 산도와 중탄산염이 증가되어 있으나, 설사 및 신세뇨관성 산혈증에서는 감소합니다.

칼륨 결핍이 일어나면 골격근, 심장, 신장 및 위장관의 기능장애가 발생합니다. 이 중 신경근육계에 가장 큰 이상을 주게 되는데, 혈청 칼륨치가 2.0-2.5 mEq/L가 되면 근 무력증이 나타나고 더 심해지면 근 마비가 발생하게 됩니다. 특히, 호흡근의 마비가 있을 경우 생명을 위협받게 됩니다. 또한, 저칼륨혈증은 심장 부정맥을 초래하고, 위장관 운동 감소로 인해 변비에서 장 폐색까지 다양한 증상을 유발하기도 합니다.

3. 염소

염소 이온은 세포외액에서 가장 풍부한 이온입니다. 수분의 재분포, 삼투압 유지와 양이온-음이온 균형을 맞추는 기능을 합니다. 섭취된 염소는 장에서 완전히 흡수된 후 신장에서 간접 여과와 재흡수 과정을 거칩니다.
땀으로 배출되기도 하며 이는 알도스테론 분비로 억제될 수 있습니다. 일반적으로 산염기 불균형이 없는 상태에서는 나트륨 농도와 함께 증가하고 감소하는 경향을 보이지만, 아닌 경우로는 대개 중탄산염과 관계되어 반대 방향으로 변화함으로 산염기 불균형을 의심할 수 있는 정보를 제공합니다.

1) 고염소혈증

혈중 나트륨 농도가 증가하는 대부분의 질환(요붕증(Diabetes insipidus) 등)에서 함께 증가하게 됩니다.

또한 중탄산염이 감소하는 질환 중 중탄산염이 체외로 직접 소실되는 질환(설사, 신세뇨관성 산혈증)에서는 증가하는 소견을 보이게 되고 음이온차는 정상을 보이게 됩니다. 탈수, 신세뇨관산증, 만성 신부전, 설사, 약물 중독, 살리신산 중독, 호흡성 알칼리혈증 등에서 나타나게 됩니다.

2) 저염소혈증

혈중 나트륨의 농도가 감소하는 대부분의 질환에서 함께 감소하며 특히 구토, 치료적 위액 제거시에는 많이 감소합니다. 유기산 생성의 증가 또는 배출의 감소(당뇨성 케톤산혈증, 신부전)로 인한 대사성 산증이 있는 경우에도 관찰됩니다.

또한 중탄산염이 증가하는 질환에서 감소하게 됩니다. 만성 신우신염을 동반한 염분소실성 신염, 애디슨병(Addison' s disease)에서 급성기, 당뇨성 케토산혈증, 신부전 등 유기산(organic acid)이 증가되는 상황에서 증가할 수 있습니다.

4. 중탄산염

산염기 불균형을 초래하는 다양한 질환에서 증가 혹은 감소합니다. 총 이산화탄소는 체액 내에서 용액에 녹아 있는 이산화탄소(dCO₂),단백의 아민기에 약하게 결합되어 있는 CO₂ (carbamino 화합물), HCO₃^-, 소량의 CO₃^2-, 그리고 H₂CO₃형태로 존재합니다.

이 중 중탄산염은 혈장내 총 이산화탄소(22~31mmol/L)의 약 2mmol/L를 차지합니다. 전해질 검사의 일환으로 측정하는 총 이산화탄소 검사는 산염기 불균형을 평가하는데 있어서 중탄산염 농도를 가름하는데 유용한 검사입니다.

혈장에 녹아 있는 중탄산염과 이산화탄소의 변화는 산염기 불균형의 특징입니다. 이 검사들은 혈액 가스와 pH와 함께 중요한 의미를 갖고 있습니다.

5. 음이온차

혈액에서 흔히 측정하는 전해질 4가지 이온 중 양이온과 음이온의 차이를 말하며, 혈액에는 일반적으로 음이온 및 양이온이 각각 약 155mmol/L로 존재하며 이 중 양이온은 140mmol/L, 음이온은 125mmol/L 정도가 실제로 측정됩니다. 일반적인 참고치는 10~17mmol/L이며, 음이온차의 계산 공식은 아래와 같습니다.

유기산의 과량 생산으로 인한 산혈증(ketoacidosis, lactic acidosis)이 있을 경우, 강산인 유기산에서 분리된 수소 이온은 중탄산염과 결합하여 탄산이 되어 중화되며, 이때 측정되는 음이온인 중탄산염은 감소되며 수소 이온을 떨어뜨린 유기산의 음이온은 측정이 안 되므로 음이온차가 커지게 됩니다.

또한 신부전증에서는 정상적인 양으로 생성되는 유기산 이온과 수소이온의 사구체를 통한 투과 감소로 인하여 음이온차가 증가된 산혈증을 초래하는 것으로 알려져 있습니다. 반면 중탄산염의 직접적인 체외로의 소실로 인한 산혈증(신세뇨관성산혈증, 설사)에서는 감소된 중탄산염만큼 염소가 재흡수되므로 측정되는 음이온이 감소되지 않아 음이온차는 변화가 없게 됩니다.

6. 삼투압

용액 내의 용질의 총합으로 삼투압은 각각의 용질의 농도에 입자 수를 곱하여 표시합니다. 체액내의 이온의 농도(mOsmol/kg)로 삼투압을 간접적으로 표시하기도 합니다. 혈액의 삼투압은 곧 조직액의 삼투압과 같고 이것은 세포막 사이의 삼투압과 같습니다.

그러므로 혈중 농도가 가장 높은 나트륨, 염소, 중탄산염이 주를 이루고 다음으로 당, 요소가 영향을 미치게 됩니다. 단백은 무게는 크지만 혈액 중 총 농도가 미미하므로 단백의 변화는 삼투압 농도에 큰 영향을 주지 못합니다. 그러나 혈관벽 사이의 삼투압은 조금 달라 대부분의 이온은 모두 수분과 함께 통과하고 단백과 같은 큰 분자만이 막의 양쪽에 삼투압을 작용하는 물질로 작용합니다. 이를 콜로이드 삼투압이라 부르며 단백이 가장 큰 영향을 주게 됩니다.

삼투압 측정방법에는 수증기압(vapor pressure), 끓는점(boiling point), 어는점(freezing point)등의 세 가지 원리가 이용될 수 있습니다. 용액의 삼투압이 증가하면, 수증기압은 낮아지고 끓는점은 올라가며 어는 점은 낮아지게 되는 특성을 이용하게 됩니다.
이 중 한가지 원리를 이용하여 측정하며 어는 온도를 측정하는 방법이 간단하고 주위 온도에 영향을 덜 받으므로 가장 많이 이용되고 있습니다. 계산 방법은 혈중에 가장 높은 농도를 차지하는 3가지 물질의 mol/L 농도로 표시(이 중 나트륨은 음이온을 포함한 것으로 입자 수에 2를 곱한다)하여 계산하게 됩니다. 계산 공식은 아래와 같습니다.

삼투압은 나트륨 농도와 관련이 가장 많아 고나트륨혈증에서 혈액과 소변의 삼투압을 비교하면 당뇨, 요붕증, 탈수증 등에 의한 것을 구별할 수 있고, 또한 측정된 삼투압과 계산된 삼투압을 서로 비교하여(osmolal gap: 약 17mOsmol/kg H₂O)차이가 커지면 측정되지 않는 이온의 증가(만니톨, 알코올 등)가 있음을 알아낼 수 있습니다.

[아무인어]

좋은 정보 감사합니다^^

[대구신사]

좋은 정보 감사합니다.