INVITED REVIEW J Neurocrit Care 2010;3 Suppl 1:S6-S10 online ML Comm ISSN 2005-0348 신경과영역에서산염기및전해질불균형 가톨릭대학교의과대학서울성모병원신장내과학교실 양철우 Acid-Base and Electrolyte Imbalance in the Neurology Field Chul Woo Yang, MD Division of Nephrology, Department of Internal Medicine, Seoul St. Mary s Hospital, College of Medicine, The Catholic University of Korea, Seoul, Korea Understanding of acid-base and electrolyte imbalance is an important knowledge for neurologists since these entities are closely associated with life-threatening events in clinical practice. I d like to address representative case of acid-base and electrolyte imbalance in the neurology field. To correct acid-base and electrolyte imbalance effectively, neurologists should have know how to interpret arterial blood gas analysis, and, correction methods and choice of fluid of electrolyte imbalance. Neurologists should also understand the risk factors of hyperkalemia, changes of electrocardiogram and emergency treatment of hyperkalemia. J Neurocrit Care 2010;3 Suppl 1:S6-S10 KEY WORDS: Acid-base Electrolyte Imbalance Sodium Potassium. 서 산염기및전해질불균형은임상에서흔하게겪는합병증으로환자의생명과직접적으로관련되어있다. 본글에서는주로신경과영역에서알아야할산염기및전해질불균형에대하여임상증례와함께설명하고자한다. 론 산염기불균형 정상산염기우리몸은체내에서생산되는수소이온 (H + ) 을일정하게유지하기위한기전이작용한다. 수소이온은 40 mol/liter 를유지하고이를 ph로환산하면 7.4가된다. 정상적인몸에서는 ph가 0.05 미만으로변화하며우리몸은 ph가 7.35 에서 7.45사이를유지하게된다. Address for correspondence: Chul Woo Yang, MD Division of Nephrology, Department of Internal Medicine, Seoul St. Mary s Hospital, College of Medicine, The Catholic University of Korea, 505 Banpo-dong, Seocho-gu, Seoul 137-040, Korea Tel: +82-2-2258-6037, Fax: +82-2-536-0323, E-mail: yangch@catholic.ac.kr ph와 H + 사이의관계일반적으로 ph가 0.1씩증가할수록 H + 은 80% 감소하게된다. 따라서 ph7.4 인경우 H+ 의농도는 40 nmol/l, ph7.2 인경우는 H + 은 64 nmol/l 로감소하게된다. 이를공식으로간단히표시하면 H + =(7.8-pH) 100 으로나타낼수있다. H + 농도를조절하는 3가지기전 H+ 이온을조절하는 3가지기전은첫째, ECF와 ICF에존재하는 chemical buffer, 둘째, 폐호흡을통한이산화탄소제거, 셋째, 신장을통한 H + 의제거이다. 이중 ECF buffer에의한 H + 제거가가장빨리일어나며호흡, ICF buffer, 신장을통한제거순이다. ECF buffer 의대표적인물질이중탄산염 (HCO 3-) 이며, ICF buffer는 protein, phosphate 이온등이다. 산염기평형이상을알아보기위한검사임상에서널리이용되는산염기평형이상을확인하는검사는 arterial blood gas analysis(abga), total CO 2, anion gab, anion gab/hco 3 ratio이다. S6 Copyright 2010 The Korean Neurocritical Care Society
Management of Acid-Base and Electrolyte Imbalance CW Yang ABGA ABGA는동맥혈을통하여검사하며 ph, PCO 2, HCO 3- 의세자기지표를제공하여준다. Total CO 2 정맥혈을이용하며 total CO 2 는 HCO 3-을대신하여사용할수있다. Serum anion gap(ag) Anion gap=(na+)-[(cl-)+(hco 3-)] 로계산하며측정하지않은음이온 (unmeasured anion) 양을간접적으로계산할수있다. 호흠과신장에서의보상을확인하여보면 HCO 3 의경우 7의증가가있었고 PCO 2 의경우 5의감소가있었다. 따라서대사성산증으로진단할수있다. 둘째, anion gap을측정한다. 환자의경우 AG이 25 meq/ L[140-(98+25)] 로 high AG metabolic acidosis 임을알수있다. 셋째, AG/ HCO 3- ratio을측정한다. 환자의 AG/ HCO 3- ratio는 (25-12)/(24-17)>2 로대사성산증에호흡성알칼리증이동반된것을알수있다. 따라서이환자의임상적인상황을고려할때최종진단은경련에의한 lactic acidosis 와경련과관련된무호흡으로인한호흡성산증으로내릴수있다. AG/ HCO 3- ratio 정상적인 AG/ HCO 3- ratio는 1~2사이이며 mixed acid-base imbalance 감별진단에도움이된다. AG/ HCO 3-ratio 가 1미만인경우는 mixed high AG metabolic acidosis with normal AG metabolic acidosis 또는 respiratory alkalosis 이며 AG/ HCO 3- ratio 가 2보다큰경우는 mixed high AG metabolic acidosis with metabolic alkalosis 또는 respiratory acidosis 인경우이다. 전해질불균형 혈장나트륨치의의미혈장나트륨치의정상범위는 135~145 meq/l 로혈장 1 L 에나트륨이수분에대하여차지하는상태적인비율을의미한다. 따라서혈장나트륨치가정상보다높다는것은반드시나트륨의절대치가우리몸에증가되었다고해석하는것은올바르지않으며상대적인관계를고려하여야한다. 산염기평형의보상성변화우리몸에산염기의균형이깨지면이를보상하려는기전이일어나게된다 (Table1). 이러한보상성변화를이해함으로써산염기불균형정도를파악할수있다. 신경과영역에서산염기평형장애의예 60세남자가 grandma seizure를주소로응급실내원하였다. 내원당시혈장 Na 140 meq/l, K 4.0 meq/l, Cl 98 meq/l 였고, ABGA에서 ph 7.14, PCO 2 45 mghg, HCO 3 17 mmhg였다. 이환자에서산염기평형장애를다음과같은순서로확인한다. 첫째, 환자는 ph가 7.14로심한산증을보인다. 이런경우 TABLE 1. 산염기장애시보상성변화 Metabolic acidosis [HCO3-] 1 감소시 PCO2 1.2 감소 Metabolic alkalosis [HCO3-] 1 증가시 PCO2 0.7 증가 Respiratory acidosis Acute PCO2 10 증가시 [HCO3-] 1 증가 Chronic PCO2 10 증가시 [HCO3-] 3.5 증가 Respiratory alkalosis Acute PCO2 10 감소시 [HCO3-] 2 감소 Chronic PCO2 10 감소시 [HCO3-] 5 감소 고나트륨혈증고나트륨혈증의의미고나트륨혈증을보이는경우는임상적으로 3가지경우를고려해야한다. 첫째, 우리몸에서수분의소실이주로일어나는경우, 둘째, 수분소실과나트륨소실이같이있지만수분소실이더많은경우, 셋째, 나트륨의증가가수분의증가보다많은경우이다. 신경과에서흔히보는고나트륨혈증예신경과영역에서가한흔히경험하는고나트륨혈증은치매노인에서볼수있다. 이러한노령의환자들은갈증에대한인식이저하되어있거나뇌졸중의과거력이있어의사표시가어려운환자가많다. 이러한노인환자에서수분섭취가필요한사항 ( 고열, 설사등 ) 이있는경우쉽게고나트륨혈증을보이기쉽다. 최근노령환자가증가하면서요양원등에거주하는노령환자에서쉽게발생한다. 예 : 80세여자환자가의식혼탁을주소로응급실에내원하였다. 환자는내원열흘전부터제대로식사도못하고지내던중의식이혼미해져서내원하였다. 10년전뇌졸중의병력이있으며최근치매가있어요양원에서입원중이었다. 내 S7
J Neurocrit Care 2010;3 Suppl 1:S6-S10 원당시혈압 90/60 mmhg, 맥박 110 번 / 분이었다. 생화학검사에서혈청나트륨 183 meq/l, BUN 110 mg/dl, 혈청크레아티닌치 1.5 mg/dl였다. 위증례에서보듯이노인치매환자에서보는급성신부전의특징은수분결핍에의한급성신부전과이에따른고나트륨혈증이다. 따라서이러한환자를치료하는데고려해야할사항은수분부족량과이에따른고나트륨혈증을적절히조절하는것이다. 고나트륨혈증의치료원칙고나트륨혈증은가능한천천히조절하여야한다 ( 시간당 0.5 meq 또는 24시간에 12 meq 이내 ). 급속한고나트륨혈증의조절은뇌삼투압과말초삼투압과의차이를유발하여뇌부종을유발하며심한경우비가역적인뇌손상을일으키고사망에이르는수가있다. 수분결핍의계산방법수분결핍계산의큰원칙은고나트륨혈증이수분결핍으로만있다면우리몸의삼투질압은동일하다는것이다. 즉우리몸의삼투질압의총량 = 체중 혈장나트륨농도이다. 따라서현재체중과혈장나트륨농도를알고있으면수분결핍을계산할수있다. 위증례의경우현재체중이 50 kg이라고하면수분결핍 = 정상체중-현재체중 = 현재체중 혈장나트륨농도 /140-현재체중 = 현재체중 ( 혈장나트륨농도 /140-1) 본증례의총수분결핍 =0.4 50 (183/140-1)=6 liters, 남자 : 0.5 수분공급의속도위증례의혈장나트륨치는 183 meq/l로정상평균치인 140 meq/l보다 43 meq/l증가되어있고수분결핍은계산에의하여 6 liter였다. 고나트륨혈증은시간당 0.5 meq/l 로조절하는것이안정하므로 43 meq를낮추는데는 86시간이소요된다. 따라서부족한수분 6 liter를 86시간에교정하려면시간당 70 ml로주사하여야한다. 수액을공급하는동한불현소실 (insensible loss) 이시간당 30~50 ml가되므로최종적으로수액공급은시간당 110 ml투여하는것이바람직하다. 공급하는수액의종류고나트륨혈증의치료시수액선택의원칙은고나트륨혈증의원인에따라결정한다. 예를들어순수하게물만부족한경우 ( 예 : diabetes inspidus) 에는 free water를경구또는 정맥주사하며나트륨결핍이동반된경우 ( 예 : vomiting, diarrhea, diuretic) 에는 half-saline 이바람직하다. 그러나내원당시심한수분결핍으로혈압이떨어진경우에는처음에는 Isotonic saline 으로투여하여혈압을유지시키고이후 halfsaline으로교체하는것이바람직하다. 저나트륨혈증저나트륨혈증이발생하는세가지조건저나트륨혈증은혈장나트륨이 135 meq/l미만으로감소하는경우를말한다. 고나트륨혈증과마찬가지로혈장나트륨치는상대적인수치이므로다음의세가지경우를고려해야한다. 첫째, 수분보다나트륨의체외손실이많은경우 ( 예이뇨제, 설사 ), 둘째, 수분의증가만있고나트륨은변화가없는경우 ( 예 : SIADH, cortisol, hypothyroidism), 셋째, 수분의증가가나트륨의증가보다많은경우 ( 예 : 급성또는만성신부전, 간경화, 심부전 ) 이다. 따라서각각의경우에따라치료방법이달라질수있다는것을명심해야한다. 저나트륨혈증의두가지치료방향저나트륨혈증의원인에따라치료방향은대별된다. 첫째, NaCl를투여하거나 ( 예 : True volume depletion, diuretics, adrenal insufficiency) 둘째, 수분을제한하는경우 ( 예 : SI- ADH, Renal failure, Edema) 이다. 저나트륨혈증의정도에따른임상소견혈장나트륨농도가 130~135 meq/l이면특별한증상이나타나지않지만, 125~130사이는위장관증세가나타나고 110~125 이면신경학적증상이동반된다. 특히 110미만일때는응급치료를요한다. 또한저나트륨혈증에소요되는기간에따라 48시간을기준으로급성과만성으로나누며 48시간이내에고나트륨혈증이발생하였을때는즉시교정해야한다. 나트륨결핍치의계산방법나트륨결핍치의계산은체중과현재혈장나트륨농도를알면계산할수있다. 나트륨결핍치 = 혈장나트륨분포양 나트륨농도차이 =0.6* 체중 (kg) (120- 혈장나트륨치 )*0.5 in female, 120: 안전한속도로혈장나트륨치를올리기위한임의의값. 급성저나트륨혈증의치료원칙응급교정의적응증은첫째, 신경학적증세가동반되고둘째, 혈장나트륨치가 110 meq/l 이하인경우이다. 이때혈 S8
Management of Acid-Base and Electrolyte Imbalance CW Yang 장나트륨치를시간당 1.0 meq/l 이내로조절하며하루에 12 meq/l/day 이상증가하지않도록해야한다. 급속히교정하는경우 osmotic demyelination syndrome 과같은치명적인합병증이발생할수있다. Pseudo-hyponatremia 란? 혈장나트륨치는혈장 1 L에차지하는나트륨치를표시하는상대적인값이므로혈장내삼투질압을가지는물질이증가되는경우상대적으로혈장나트륨치가낮게측정될수있다. 예를들면혈장나트륨치는낮으나삼투질압이정상인경우 (hyperlipidemia, hyperproteinemia), 혈장나트륨치는낮고삼투질압은높은경우 (hyperglycemia, mannitol, IV- IG) 등을들수있다. 신경과에서경험하게되는저나트륨혈증예신경과에서경험하게되는저나트륨혈증환자의예는다음과같은경우이다. 1) Mannitol 투여중발생한저나트륨혈증 2) Thiazide 를항고혈압제로복용중발생한저나트륨혈증 3) 뇌막염치료중발생한저나트륨혈증 4) 수술직후발생한저나트륨혈증 생리적식염수의총삼투질압은 Na(154 meq/l)+cl(154 meq/l)=308 mosm/kg 으로처음에는생리적식염수의삼투질압 (308 mosm/kg) 이혈장나트륨농도보다높으므로일시적으로혈장나트륨농도가증가하나요삼투질압 (680 mosm/kg) 을고려하면 308 mosm/680 mosm=453 ml (urine volume) 가요로배출되고궁극적으로 550 ml의수분은몸속에남아있어결국에는혈장나트륨이감소하게되어이환자의경우혈장나트륨의농도가 2 meq/l 감소하게된다. 결론적으로 SIADH에의한저나트륨혈증시수액선택의원칙은 urine의 Osm보다높은수액을투여해야한다는것이다. 2) 만약 3% NaCl 1,000 cc를투여한다면? 3% NaCl내에는 Na(513)+Cl(513)=1026 Osm/kg의삼투질압을유지하므로이를배출하기위해서는 1.5 L의요량이필요하며 (1026/680=1.5 L) 궁극적으로 500 ml의수분소실이발생한다. 따라서총수분량은 29.5 liter 가되며이때혈장나트륨농도는 117 meq/l(6900/59.5) 가된다. 즉요삼투질압이높은경우고농도의식염수를투여하더라도혈장나트륨농도를높이는데크게효과적이지않으므로이러한경우요삼투질압을낮추는방법을고려해야한다. 저나트륨혈증치료시수액종류결정일반적으로나트륨결핍에의한저나트륨혈증의교정은 NaCl이함유된수액을혈장나트륨교정원칙에따라공급하면된다. 예제1: 60세여자가 lethargy, confusion, skin turgor 의감소를주소로응급실방문하였다. 환자는 thiazide 를 5 일간복용중이었다. 체중은 60 kg였으며내원당시혈압은 80/60 mmhg, 혈청나트륨은 108 meq/l이었다. 이때총나트륨결핍을계산하면 0.5 60 kg (120-108)=360 meq 이다. 3% NaCl에는나트륨이 513 meq/l 함유되어있으므로 700 ml(3% NaCl) 를 24시간투여한다. 혈장나트륨농도는시간당 0.5 meq 감소시켜야하므로시간당 29 ml를투여하면된다. 예제2: 58세여성, 체중 : 60 kg, 고열과의식혼탁을주소로내원, CSF study 에서뇌막염에합당한소견. 검사실소견은 Table 2와같다. 뇌막염에의한 SIADH 에합당한소견이다. 이때치료원칙의첫번째는수분을제한하는것이고두번째는저나트륨혈증을교정하기위하여수액을투여하는것이다이때수액의종류에대하여고민하여야한다. 1) 만약 0.9% 생리적식염수 1,000 ml를투여한다면? 3) 만약 3% NaCl+Furosemide 를투여한다면? Lasix 투여로 Uosm을 300 mosm/kg 로낮출경우에소변량은 1026/300=3.4 Liter 가되며이때총수분량은 27.6 liter로감소하게된다. 따라서혈장나트륨농도는 6900/55.2 =125 meq/l로증가하게된다. 칼륨혈중농도의의미혈중칼륨농도는 3.5~5.5 meq/l로혈장나트륨농도에비하여 1/00정도낮다. 그가장큰이유는칼륨의대부분은세포내에존재하기때문이다. 따라서세포내존재하는칼륨이세포외로방출되는조건 ( 예 : 대사성산증 ) 이되면혈중농도는급격히상승할수있다. 반대로혈중칼륨농도가낮은경우는체내칼륨이현저히감소되었다는것을의미한다. 이러한점이혈장나트륨과다르다는것을인지하고있어야한다. TABLE 2. 의식혼탁을주소로내원한환자의검사실소견혈청 sodium 115 meq/l 혈장 Osm 240 mosm/kg 요 Osm 680 mosm/kg 요량 1,000 ml/day 요 sodium 62 meq/l S9
J Neurocrit Care 2010;3 Suppl 1:S6-S10 저칼륨혈증신경과에서경험하는생명을위협하는저칼륨혈증에대하여 Pubmed에서 hypokalema 와 emergency 라는 key word를넣고검색하면많은보고들이나온다. 이들논문들을정리하면 periodic paralysis and hyperthyroidism 의두가지로요약된다. 물론이외에감별질환들이있으나위두질환은호흡곤란등의생명을위협하는임상질환이므로반드시감별진단해야한다. 주사한다. 3) 체내 K+ 의제거 Kayexalate(Kalimate) 를보편적으로많이이용하며 1 pack에 5 gram 들어있다. 일반적으로 1 g의 kayexalate 는혈장칼륨을 0.1 meq 감소시킨다. 따라서혈청칼륨이 6.0 meq/l 인경우 5.0 meq/l 로감소시키기위해서는하루에 2 pack의 kayexalate 를복용하도록처방한다. 고칼륨혈증고칼륨혈증을가장빨리아는방법은? 심전도소견이다. 고칼륨혈증은치명적인부정맥을동반하므로반드시고칼륨혈증에의한심전도이상소견을숙지하고있어야한다. 고칼륨혈증의심전도에서의최초의변화는 precordial lead 3, 4에서 tall and peaked T wave이며 QRS widening, P wave의소실순으로나타난다.. 고칼륨혈증의치료고칼륨혈증의치료원칙은직접 K+ 의작용을억제하거나, 세포내로 K+ 를이동시키거나직접체내 K+ 를제거하는방법을이용한다. 1) 직접 K+ 의작용억제 10% Calcium gluconate 를투여하며그적응증은저혈압과 EKG변화가동반되는 medical emergency 다. 주사는 10 분동안천천히주사한다. 이때작용은투여후 1~3분부터시작되며 30~60분간지속된다. 한차례투여로끝내지말고환자의혈압이안정되고심전도상에서 QRS widening 이없어질때까지반복적으로투여한다. 2) 세포내로 K+ 의이동대개 3가지방법이이용된다. 첫째, 인슐린 + 포도당을혼합하여투여하며이때속효성인슐린과 DW의농도비는 10 U RI+50% DW 50 cc로한다. 둘째 Beta길항제는 10 mg nebulized albuterol 과같은흡입용 nebulizer 를이용한다. 셋째, 대사성알칼리증유도는 sodium bicarbonate 를정맥 ACEI 또는 ARB를복용하는환자에서고칼륨혈증의위험인자임상에서투여되는약제중고칼륨혈증을유발하는대표적인약제는 ACEI와 ARB이다. 이들약제를투여할때는고칼륨혈증을유발하는위험인자 ( 만성신부전, 당뇨, 만성심부전, 수액결핍, 노령, NSAIDS, Beta-blockers, K-sparing diuretics, bactrim 등 ) 에대하여주의를하여야한다. ACEI나 ARB를복용하는환자에서고칼륨혈증발생의예방수칙첫째, 신기능의저하가없는지확인하고, 둘째, 칼륨배설을억제하는약제 (NSAID, COX-2 inhibitors) 와병합투여하지않도록한다. 셋째, 이뇨제 (Thiazide 또는 loop diuretics) 를병합투여하며, 넷째, ACEI 또는 ARB는저용량부터시작하고다섯째, 투여시작또는증량일주일후혈청칼륨치를측정하도록한다. 여섯째, 혈청칼륨치가 5.5 meq/l 까지증가하면약제용량을줄인다 (ACEI, ARB, SPR를병용하면이중한가지끊는다 ) 일곱번째, spirolactone 투여량은 ACEI또는 ARB와병용하는경우하루 25 mg을넘지않도록하고사구체여과율이 30이하일때는투여중지한다. 여덟째, 위의조치에도불구하고칼륨이 5.5 meq/l 이상이면 spirolactone 은투여중지한다. REFERENCES 1. Rose BD, Post TW. Clinical physiology of acid-base and electrolyte disorders. 5th ed. New York: MaGraw-Hill Co, Inc. 2001. 2. Palmer BF. Managing hyperkalemia caused by inhibitors of the reninangiotensin-aldosterone system. N Engl J Med 2004;351:585-92. S10