Henderson-Hasselbalch equation 보상작용

Systemic arterial pH 7.35 - 7.45 ( [H+] = 40nEq/L)

수소 이온은 우리 몸 안에 아주 적은 양이 존재합니다. 그래서 다른 이온들과 달리 pH라는 단위를 쓰는 겁니다.

그리고 우리 몸은 수소 이온 농도의 변화를 최소화해서 농도를 일정하게 하려고 하는데, 수소이온 농도가 변하면 단백질들의 전하가 바뀌고 모든 세포의 기능에 이상이 올 수 있기 때문입니다. (1) buffering, (2) 호흡기, (3) 콩팥을 통해 일정한 수소이온의 농도를 유지합니다.

Henderson-Hasselbalch equation

분모(PaCO2)는 폐(ventilation) 에 의해 조절.
hypoventilation → hypercapnia (PaCO2 증가) → pH감소 (Respiratory Acidosis)
hyperventilation → hypocapnia (PaCO2 감소) → pH증가 (Respiratory Alkalosis)
분자(HCO3-)는 콩팥에 의해 조절.
(HCO3- 감소) → pH 감소 (Metabolic Acidosis)
(HCO3- 증가) → pH 증가 (Metabolic Alkalosis)

이 두 조절기전을 종합하면,

Acidemia(pH감소)는 PaCO2 증가(Respiratory Acidosis) 또는 HCO3 감소(Metabolic Acidosis) 에 의해서 발생
Alkalemia(pH증가)는 PaCO2 감소(Respiratory Alkalosis) 또는 HCO3 증가(Metabolic Alkalosis)에 의해서 발생

정상 수치

pH = 7.35 ~ 7.45

pCO2 = 40 ± 2 mmHg

[HCO3] = 24 ± 2 mEq/L

pH 7.4를 기준으로 7.4 보다 낮으면 Acidosis 가 있다고 생각할 수 있으며, acidosis 의 원인은 Paco2가 증가해 있으면Respiratory Acidosis이고, HCO3 감소해 있으면 Metabolic Acidosis가 있는 것 입니다. 반대로, pH가 7.4보다 높으면 Alkalosis가 있다고 생각할 수 있으며, Alkalosis 의 원인은 Paco2 감소해 있으면 Respiratory Alkalosis이고, HCO3 증가해 있으면 Metabolic Alkalosis 가 있다고 생각할 수 있습니다.

보상작용

그런데 pH를 일정하게 유지 하기 위해 우리 몸은 보상(compensation)이라는 것을 합니다. 예를 들어, PaCO2가 증가해서 acidemia가 발생하려고 하면, 콩팥은 HCO3를 늘려서 acidemia가 발생하지 않도록 즉, pH를 정상범위로 유지하려고 합니다. 결국 PaCO2 가 증가/감소 하면 HCO3도 증가/감소하고, 반대로 HCO3가 증가/감소하면 PaCO2 가 증가/감소를 통해 보상작용을 합니다. (PaCO2 와 HCO3는 같은 방향으로 움직이네요)

Metabolic Acidosis : 일차적으로 [HCO3-] 감소 (보상 작용 PaCO2 감소)

Metabolic Alkalosis : 일차적으로 [HCO3-] 증가 (보상 작용 PaCO2 증가)

Respiratory Acidosis : 일차적으로 PaCO2 증가 (보상 작용 [HCO3-] 증가)

Respiratory Alkalosis : 일차적으로 PaCO2 감소 (보상 작용 [HCO3-] 감소)

같은 방향으로 보상이 이뤄지더라도 보상작용이 적절히 이루어지는지 살펴봐야 합니다. 이걸 계산식으로 구해 놓았습니다. --;

산염기 장애	보상예측식
Metabolic Acidosis	PaCO₂ = 1.5 X [HCO₃^-] + 8 ± 2 PaCO₂의 감소량 = 1.25 X HCO₃^- 감소량 PaCO₂ = HCO₃^- + 15
Metabolic Alkalosis	PaCO₂ 증가량 = 0.6 X HCO₃^- 증가량 PaCO = HCO₃^- + 152
Respiratory Acidosis	Acute : PaCO₂ 가 1mmHg 증가할 때마다 HCO₃^- 0.1 mmol 증가 Chronic : PaCO₂가 1mmHg 증가할 때마다 HCO₃^- 0.4 mmol 증가
Respiratory Alkalosis	Acute : PaCO₂ 가 1mmHg 감소할 때마다 HCO₃^- 0.2 mmol 감소 Chronic : PaCO₂ 가 1mmHg 감소할 때마다 HCO₃^- 0.4 mmol 감소

예를 들면, Metabolic Acidosis 일 때, bicarbonate의 값이 24에서 10으로 감소했다면 이 공식에 10을 넣으면

PaCO2 = 1.5 X ([HCO3-]) +8 PaCO2는 23으로 감소해 있으면 적절한 보상작용이 일어난 것입니다.

그런데 만일 PaCO2가 23까지 감소하지 않고 33이라면, 단순히 Metabolic acidosis만 있는 것이 아니고, respiratory acidosis도 mixed 되어 있는 것이며, PaCO2가 23보다 더 낮은 10을 보인다면, respiratory alkalosis가 Metabolic acidosis에 mixed되서 함께 있는 것입니다.

PaCO2 = 1.5 X ([HCO3-]) +8 ± 2 보상범위에 있지 않으면 mixed disturbance

측정된 PCO2 > 예상 PCO2(계산한 보상값)

CO2가 더 많이 체내에 있다는 것을 의미하므로 호흡성 산증동반

측정된 PCO2 < 예상 PCO2(계산한 보상값)

CO2가 체내에서 더 배설된 것을 의미하므로 호흡성 알칼리증동반

머리가 아프시겠지만, 마지막으로 하나만 덧붙이면

보상작용은 같은 방향으로 일어난다고 말씀 드렸는데, 만약 방향이 서로 다르면 어떨까요?

예를 들어 pH 7.3, HCO3- 10, PaCO2 42 라면 이 경우에는 위에 공식을 생각할 필요도 없이 Metabolic acidosis + Respiratory acidosis 입니다.

참고자료

Harrison’s principles of internal medicine 20th ed. P315-324

산 염기 장애(Acid Base Disorder)

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