대사성 산증(Metabolic acidosis)


목차

대사성 산증이란?

  • 혈중 중탄산염 농도(HCO3-) 감소와 이에 따른 보상성 과호흡에 의한 동맥혈 이산화탄소분압(PaCO2)의 감소, 동맥혈 pH(수소이온 농도의 증가)를 특징으로 함

 



원인 및 병태생리 

  • 체내에서 산 생성증가
  • 중탄산염 체외 소실
  • 신기능 감소에 따른 산의 체내 축적

 

고음이온차 대사성 산증

정상음이온차 대사성 산증

  • 급성 신손상
  • 만성 콩팥병
  • 당뇨병케톤산증
  • 알코올케톤산증
  • 기아케톤산증
  • 젖산산증(lactic acidosis)
  • 살리실산 중독
  • 독성 알코올 중독(methanol, ethylene glycol, propylene glycol)
  • pyroglutamic acidosis
  1. 정상 또는 증가된 혈청 칼륨
    1. 만성 콩팥병
    2. 제4형 신세관 산증
    3. 부신기능저하증(일차성, 이차성)
    4. 저레닌 저알도스테론증
    5. 약물(spironolactone, prostaglandin 억제제, triamterone, amiloride)
  2. 혈청 칼륨 감소
    1. 설사
    2. 장루(intestinal fistula), 췌장루(pancreatic fistula), 담도루(biliary fistula)
    3. 근위세관산증(제2형 신세관산증)
    4. 원위세관산증(제1형 신세관산증)
    5. 요관 구불결장 연결술(ureterosigmoidostomy)
    6. 요관 회장 연결술(ureteroileostomy)

 

 

Anion gap에 대해 알아보자!!

  • 대사성 산증의 분류에서 Anion Gap(AG)이라는 개념이 새롭게 등장한다.
  • AG은 mixed type Acidosis와 같이 ABGA (Arterial Blood Gas Analysis)상 정상으로 보이는 경우에 숨어있는 Acidosis를 찾아 내는데 큰 도움을 준다.
  • 대사성 산증에서 AG이라는 개념이 등장하는 이유는 우리 몸에서는 크게 두 가지의 평형이 일어나기 때문이다.
    1. “음이온의 총전하량 = 양이온의 총전하량”
    2. “pH 일정수준으로 유지”
  • 우리 몸에서 H+이 생성될 때, H+혼자 만들어지지 않고, H+A-형태로 만들어 지게 되는데, 이 때 만들어진 Anion인 A-가 실험실의 검사에서 통상 측정하지 않는 음이온을 가지는 유기물이다.


Anion Gap 

  • ECF에 존재하는 양이온/음이온
    • 양이온: Na + 측정되지 않는 양이온(Unmeasured cation, UC)(거의 무시할 수 있음)
    • 음이온: bicarbonate; Chloride; 측정하지 않는 음이온(Unmeasured anion, UA) [anionic proteins (예. albumin), phosphate, sulfate 등]

① Unmeasured(측정되지 않는다) 라는 말은 통상 혈액검사에서 이들 이온들을 측정하지 않는다는 의미


  • ECF는 항상 전기적 중성을 이루고 있기 때문에 양이온 전하의 합과 음이온 전하의 합은 동일
    • Na + UC = Cl + HCO3 + UA 
  • Anion gap (AG)이란?
    AG = 측정되지 않는 음이온 - 측정되지 않는 양이온 (UA-UC) = Na - (Cl + HCO3)


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대사성 산증이 발생하기 위해서는 크게 ① 산을 획득(acid gain) 하거나 ② 알칼리를 잃어버리면 되는데(alkali loss) 위 그림에서 보듯이 둘 간에 A-(anion gap)의 차이를 보임을 알 수 있음

 

몸 안에 Acid (H+-A-)가 늘어나서 발생하는 대사성 산증에는 bicarbonate가 buffer로 작용하면서 bicarbonate는 줄어듬. 줄어든 bicarbonate의 자리는 반응에 참여한 acid의 Anion이 메꾸면서 전기적 중성을 유지하게 됨. 이 acid의 anion (A-)은 unmeasured anion (UA) 으로 Anion gap이 증가. 반면, bicarbonate 소실로 발생한 대사성 산증에서는 소실된 bicarbonate만큼 Chloride가 재흡수 되면서 bicarbonate의 빈자리를 메꾸어 줌. 그 결과 anion gap은 bicarbonate의 감소에도 불구하고 증가한 Chloride로 인해 정상 수치를 보임(AG 정상 수치 10-12 mmol/L)

 

High AG acidosis

  • Anion gap이 증가된다는 말은 Unmeasured anion이 증가한다는 의미
  • High AG acidosis는 측정되지 않는 Anion (UA)을 포함하는 산(H+A-)이 우리 몸에서 생성이 되어(또는 우리가 이러한 산을 몽땅 섭취했을 경우) 발생하게 됨
    예. Diabetic ketoacidosis: 당뇨병 환자의 몸에서는 beta hydroxybutyric acid와 같은 CH3(CH)2CO(OH)-H+가 대량 생산 됨. 이때, 생성된 H+는 HCO3-와 결합하여 제거되고 bicarbonate가 감소하였으므로 Acidosis가 생기게 되고, CH3(CH)2CO(OH)-라는 UA(unmeasured Anion)이 증가하여, AG이 증가하는 acidosis가 생기게 됨
  • High AG acidosis의 경우 Bicarbonate라는 음이온을 하나 잃어버리고 UA라는 음이온을 얻었으므로 “양이온 = 음이온” 이라는 절대 진리를 거스르지 않음. AG이 증가했다고 해서, 음이온이 증가된 것은 아닌 것을 꼭 기억해두자!!

Normal AG acidosis (High Cl-)

  • Bicarbonate가 신장 혹은 위장관을 통해 소실되어 발생. 우리 몸에서 Bicarbonate를 잃어버리면 염기를 잃어버리게 되므로 우리 몸은 산성이 됨
  • 음이온인 Bicarbonate을 잃어버리게 될 경우, 우리 몸은 “양이온 = 음이온”이라는 절대 진리를 거스르게 되고 이 문제를 해결하기 위해 신장에서 Cl-를 흡수하게 됨(잃어버린 Bicarbonate 만큼). 따라서 Normal AG acidosis에서는 염기인 Bicarbonate를 잃어버려 산증이 생기고 bicarbonate 대신에 Cl-를 흡수하여 전하량의 평형을 유지하게 됨
  • Normal AG acidosis = High Cl Acidosis 

 

 

 

진단 

임상양상

  1. Kussmaul respiration (tidal volume 증가)
  2. depressed inrinsic cardiac contractility 
  3. peripheral vasodilation and central vasoconstriction
  4. Pulmonary edema: decrease in pulmonary vascular compliance  
  5. Depressed CNS function  

 

Acidosis 를 교정하기 위해 우리 몸은 과호흡을 통해 CO2를 배출하려 한다. 그래서 대사성 산증이 매우 심할 때는 호흡도 불안정해지며 혈압도 떨어진다.

 


대사성 산증 접근 단계

  1. ABGA 시행 및 분석
    1. 호흡성 알칼리증 배제
    2. 호흡성 보상반응의 적절성 확인
  2. 혈청 음이온차 계산
    1. 고음이온차 대사성 산증인 경우
      • 4대 원인 확인: 케톤산증, 젖산산증, 만성콩팥병, 약물/독성물질
      • △음이온차(AG)/△중탄산염(HCO3-) 비 계산 → 혼합형 산염기 장애 파악
      • 혈청 삼투질농도차(osmolal gap) 계산: 고음이온차 대사성 산증의 감별진단
    2. 정상음이온차 대사성 산증인 경우
      • 2대 원인 확인: 위장관을 통한 알칼리 소실, 신세관산증
      • 요 음이온차(또는 요 삼투질농도차) 계산
      • 신세관 산증이 의심되는 경우 → FEHCO3-, UBpCO2 계산

 

ABGA 시행 및 분석

  • ABGA와 정맥에서 혈청 [HCO3-]를 같이 측정해서 비교
    • ABGA결과로 나오는 bicarbonate는 Handerson Hasselbach공식을 통해 계산된 값 
    • 따라서 정맥혈에서 채취하여 측정한 total CO2 (=[HCO3-])와 비교해야 함
  • 호흡성 알칼리증 배제
  • 호흡성 보상반응의 적절성 확인
    1. PaCO2 = 1.5 × ([HCO3-]) + 8 ± 2
    2. PaCO2 = [HCO3-] + 15
    3. [HCO3-] 1 mmol/L 감소할 때마다 PaCO2 1.2 mmHg씩 감소

 

Anion gap (AG) 계산

High anion gap → Delta Ratio 계산
  • △AG/△HCO3- ratio >2: mixed high AG metabolic acidosis with metabolic alkalosis 
  • △AG/△HCO3- ratio 1-2: Simple high AG metabolic acidosis
  • △AG/△HCO3- ratio <1: mixed high AG metabolic acidosis with normal AG metabolic acidosis

Normal Anion gap → Urine Anion gap 계산
  • Urine AG (+): RTA 
  • Urine AG (-): Diarrhea

 

정상 pH 7.4 일 때도 산염기 장애가 있을 수 있어서 항상 anion gap을 구해볼 필요가 있다. acidosis와 alkalosis가 동시에 존재하는 경우(mixed acid base disorder) pH는 정상으로 나올 수 있기 때문이다.

 

Delta Ratio = △AG/△HCO3- ratio (in High AG Metabolic Acidosis)

 이미지


  • △AG = (AG-10), △HCO+ = (24 - HCO3-
  • HA + NaHCO3 → NaA + H2CO3 → CO2 + H2O


< 1

mixed high AG metabolic acidosis with ① normal AG metabolic acidosis or ② respiratory alkalosis 

1

KA (urinary ketoacid excretion, Nr GFR)

1.5

L-lactic acidosis (little or no urine output)

> 2

mixed high AG metabolic acidosis with ① metabolic alkalosis or ② respiratory acidosis 

 

  • Useful in mixed acid-base balance disorder

△AG = △HCO3- (△AG/△HCO3- ratio = 1-2)

: Simple high AG metabolic acidosis 

  • 단순한 High AG metabolic acidosis에서는 bicarbonate가 감소한 만큼 anion gap이 증가. 하지만 독립적인 숨겨진 Acid base disorder 있는 경우에는 두 gap은 동일하지 않음
  • Delta ratio를 구하는 이유도 High AG metabolic acidosis에 숨겨진 추가적인 acid base 장애를 찾기 위해서임

 △AG > △HCO3- (△AG/△HCO3- ratio >2)

: mixed high AG metabolic acidosis with metabolic alkalosis 

  • HCO3의 감소가 high AG metabolic acidosis만 있을 때보다 더 적게 발생한 것을 의미. 덜 감소한 HCO3의 감소는 숨어있는 대사성 알칼리증이 있음을 시사!!
    예. 급성 신손상으로 인한 요독증과 구토로 내원
    Electrolyte: Na+ 140; K+ 3.0; Cl- 95; HCO3- 25
    ABGA: PaCO2 40; pH 7.42
          → AG 20, Delta ratio 10/1 >2  

△AG < △HCO3- (△AG/△HCO3- ratio <1)

: mixed high AG metabolic acidosis with normal AG metabolic acidosis

  • HCO3의 감소가 high AG metabolic acidosis만 있을 때보다 더 많이 발생한 것을 의미. 추가된 HCO3의 감소는 숨어있는 대사성 산증이 있음을 시사
    예. 1형 당뇨병 환자가 최근 인슐린을 맞지 않았고 최근 설사가 심해서 내원
    Electrolyte: Na+ 135; K+ 3.0; Cl- 103, HCO3- 12
    ABGA: PaCO2 25; pH 7.20
          → AG 20, Delta ratio 10/12 <1 

 

요 음이온차(Urine Anion gap) (in Normal AG Metabolic Acidosis)

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  • Urine [Na+] + Urine [K+] - Urine [Cl] = Urine AG <0 

 

  • 콩팥을 통한 산의 배출은 주로 NH4Cl 형태로 하기 때문에 산증이 있을 때, NH4+ 이 많다는 것은 콩팥이 산을 적절하게 배설하고 있다는 뜻! 따라서 Urine AG이 음수일 때 (NH4+ >0) 소변을 통한 산배설이 이루어지고 있다고 할 수 있음
  • 설사에 의한 normal AG metabolic acidosis에서는 장에 문제가 있는 것이지 콩팥자체에는 문제가 없기 때문에 Urine AG은 음수가 나오지만 RTA같이 콩팥의 산배설장애가 있는 경우에는 Urine AG이 양수가 됨

 

Serum Osmolal gap  

  이미지

 

  • 혈액의 osmolality를 결정하는 대표적인 세가지 Na, Glucose, BUN. 이 세가지를 통해 계산한 Osmolality와 측정한 osmolality는 동일해야 함(<10 mOsm/kg) 
  • 두 값에 차이가 있다면(즉, serum osmolal gap >10 mOsm/kg) Na, glucose, BUN 이외 물질이 serum osmolality에 기여하고 있음을 의미(→ 즉, Toxin이 있음을 의미!!)


  • Toxin을 쉽게 외우는 방법: "MADGAS" 미친가스 

MADGAS

Mannitol

Alcohols (ethanol, ethylene glycol, isopropanol, methanol, propylene glycol)

Diatrizoate

Glycerol

Acetone

Sorbitol

 



치료 

대사성 산증의 일반적인 접근전략

  • pH의 정확한 측정
  • 산증의 원인 파악

유기산(예. 케톤산증, 젖산 산증)에 의한 대사성 산증

vs.

정상 음이온차 산증, 메탄올 중독, 에틸렌 글리콜 중독, 만성 콩팥병에 의한 대사성 산증

  • 중탄산 투여는 심한 산혈증(pH <7.10, 중탄산 <10 mEq/L)이 있을 때만 고려
  • 원인인자가 교정되면 이 acid의 anion(acetoacetate, lactate)이 대사를 통해 bicarbonate로 다시 변해서 대사성 산증과 bicarbonate 수치가 교정됨
  • 생명을 위협할 정도로 심한 산혈증이 아닌 상태에서 NaHCO3를 투여하는 경우
    • 알칼리를 투여하면 기존의 유기산에서 전환된 중탄산과 합쳐져 과다한 상태의 중탄산이 혈액 내에 존재하게 되어 대사성 알칼리증(overshoot metabolic alkalosis) 발생 가능
    • 의인성 고나트륨혈증, 용적과다, 세포내 산증의 악화, 심혈관계 합병증 등 다양한 합병증 초래 가능
  • 덜 심한 산혈증에서도 중탄산의 투여가 필요할 수 있음 

 

 

알칼리 치료(PO, IV)의 적응증 

  1. Normal AG metabolic acidosis 
  2. High AG metabolic acidosis d/t non metabolizable anion 
    • Acute kidney injury or Chronic kidney disease
    • Toxic ingestion   
  3. severe acidosis pH<7.10

   

잠깐만!

  • Ketoacidosis 또는 Lactic acidosis에 의한 high AG metabolic acidosis 에서는 원인인자가 교정되면 이 acid의 anion (acetoacetate, lactate)이 대사를 통해 bicarbonate 로 다시 변해서 대사성 산증과 bicarbonate 수치가 교정된다. 따라서 대사 가능한 High AG 대사성 산증에서는 기저 질환을 치료 하는 것이 핵심적이고, 아주 심한 산증이 동반되지 않는 이상 alkali 치료는 하지 않는다.
  • 산증이 있을 때는 세포안의 칼륨들이 밖으로 나오면서 고칼륨혈증이 발생한다. 그런데 산증임에도 만약 칼륨 수치가 정상이거나 낮다는 것은 체내에 칼륨의 양이 부족하다는 것을 뜻한다. 이때, alkali로 산증을 교정하면 세포밖의 칼륨이 다시 세포내로 들어가면서 칼륨은 더 떨어질 수 있다. 또한 Alkali치료는 pH를 완전히 정상 수치까지 치료하는 것이 아니다. 보통 HCO3 >10 mEq/L, pH >7.2 이상까지만 교정한다.


참고자료

  • 해리슨 20/e(2018)
  • 대한신장학회. 임상신장학 1판(2015). P186-201
PC
화면