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INVITED REVIEWJ Neurocrit Care 2010;3 Suppl 1:S6-S10

신경과 영역에서 산염기 및 전해질 불균형

가톨릭대학교 의과대학 서울성모병원 신장내과학교실

양 철 우

Acid-Base and Electrolyte Imbalance in the Neurology Field

Chul Woo Yang, MDDivision 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 as-sociated with life-threatening events in clinical practice. I’d like to address representative case of acid-base and electrolyte imbalan-ce in the neurology field. To correct acid-base and electrolyte imbalance effectively, neurologists should have know how to interpret ar-terial 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 론

산염기 및 전해질 불균형은 임상에서 흔하게 겪는 합병증

으로 환자의 생명과 직접적으로 관련되어 있다. 본 글에서는

주로 신경과 영역에서 알아야 할 산염기 및 전해질불균형에

대하여 임상증례와 함께 설명하고자 한다.

산염기 불균형

정상 산염기

우리 몸은 체내에서 생산되는 수소이온(H+)을 일정하게

유지하기 위한 기전이 작용한다. 수소이온은 40 mol/liter

를 유지하고 이를 pH로 환산하면 7.4가 된다. 정상적인 몸에

서는 pH가 0.05 미만으로 변화하며 우리 몸은 pH가 7.35

에서 7.45사이를 유지하게 된다.

pH와 H+사이의 관계

일반적으로 pH가 0.1씩 증가할수록 H+은 80% 감소하게

된다. 따라서 pH7.4인 경우 H+의 농도는 40 nmol/L, pH7.2

인 경우는 H+은 64 nmol/L로 감소하게 된다. 이를 공식으로

간단히 표시하면 H+=(7.8-pH)×100으로 나타낼 수 있다.

H+ 농도를 조절하는 3가지 기전

H+ 이온을 조절하는 3가지 기전은 첫째, ECF와 ICF에

존재하는 chemical buffer, 둘째, 폐호흡을 통한 이산화탄

소제거, 셋째, 신장을 통한 H+의 제거이다. 이중 ECF buff-er에 의한 H+ 제거가 가장 빨리 일어나며 호흡, ICF buffer,

신장을 통한 제거 순이다. ECF buffer의대표적인 물질이 중

탄산염(HCO3-)이며, ICF buffer는 protein, phosphate

이온 등이다.

산염기 평형이상을 알아보기 위한 검사

임상에서 널리 이용되는 산염기 평형이상을 확인하는 검

사는 arterial blood gas analysis(ABGA), total CO2, an-ion gab, anion gab/HCO3 ratio이다.

Address for correspondence: Chul Woo Yang, MDDivision 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, KoreaTel: +82-2-2258-6037, Fax: +82-2-536-0323, E-mail: yangch@catholic.ac.kr

ISSN 2005-0348

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Management of Acid-Base and Electrolyte Imbalance ▌ CW Yang

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ABGA

ABGA는 동맥혈을 통하여 검사하며 pH, PCO2, HCO3-

의 세자기 지표를 제공하여 준다.

Total CO2

정맥혈을 이용하며 total CO2는 HCO3-을 대신하여 사

용할 수 있다.

Serum anion gap(AG)

Anion gap=(Na+)-[(Cl-)+(HCO3-)]로 계산하며 측정

하지 않은 음이온(unmeasured anion)양을 간접적으로 계

산할 수 있다.

△AG/△HCO3- ratio

정상적인 △AG/△HCO3- ratio는 1~2사이이며 mixed

acid-base imbalance 감별진단에 도움이 된다. △AG/△

HCO3-ratio 가 1미만인 경우는 mixed high AG metabo-lic acidosis with normal AG metabolic acidosis 또는 re-spiratory alkalosis이며 △AG/△HCO3- ratio가 2보다 큰

경우는 mixed high AG metabolic acidosis with metabo-lic alkalosis 또는 respiratory acidosis인 경우이다.

산염기 평형의 보상성 변화

우리 몸에 산염기의 균형이 깨지면 이를 보상하려는 기전

이 일어나게 된다(Table1). 이러한 보상성 변화를 이해함으

로써 산염기 불균형 정도를 파악할 수 있다.

신경과 영역에서 산염기 평형장애의 예

60세 남자가 grandma seizure를 주소로 응급실 내원하

였다. 내원당시 혈장 Na 140 mEq/L, K 4.0 mEq/L, Cl 98

mEq/L였고, ABGA에서 pH 7.14, PCO2 45 mgHg, HCO3

17 mmHg였다.

이 환자에서 산염기 평형장애를 다음과 같은 순서로 확인

한다.

첫째, 환자는 pH가 7.14로 심한 산증을 보인다. 이런 경우

호흠과 신장에서의 보상을 확인하여 보면 HCO3의 경우 7의

증가가 있었고 PCO2의 경우 5의 감소가 있었다. 따라서 대

사성 산증으로 진단할 수 있다.

둘째, anion gap을 측정한다. 환자의 경우 AG이 25 mEq/

L[140-(98+25)]로 high AG metabolic acidosis임을 알 수

있다.

셋째, △AG/△HCO3- ratio을 측정한다.

환자의 △AG/△HCO3- ratio는 (25-12)/(24-17)>2로

대사성산증에 호흡성 알칼리증이 동반된 것을 알 수 있다.

따라서 이 환자의 임상적인 상황을 고려할 때 최종진단은

경련에 의한 lactic acidosis와 경련과 관련된 무호흡으로 인

한 호흡성 산증으로 내릴 수 있다.

전해질 불균형

혈장 나트륨치의 의미

혈장 나트륨치의 정상범위는 135~145 mEq/L로 혈장 1 L

에 나트륨이 수분에 대하여 차지하는 상태적인 비율을 의미

한다. 따라서 혈장나트륨 치가 정상보다 높다는 것은 반드시

나트륨의 절대치가 우리 몸에 증가되었다고 해석하는 것은

올바르지 않으며 상대적인 관계를 고려하여야 한다.

고나트륨혈증

고나트륨혈증의 의미

고나트륨혈증을 보이는 경우는 임상적으로 3가지 경우를

고려해야 한다. 첫째, 우리 몸에서 수분의 소실이 주로 일어

나는 경우, 둘째, 수분소실과 나트륨소실이 같이 있지만 수

분소실이 더 많은 경우, 셋째, 나트륨의 증가가 수분의 증가보

다 많은 경우이다.

신경과에서 흔히 보는 고나트륨혈증 예

신경과 영역에서 가한 흔히 경험하는 고나트륨혈증은 치

매노인에서 볼 수 있다. 이러한 노령의 환자들은 갈증에 대한

인식이 저하되어 있거나 뇌졸중의 과거력이 있어 의사표시가

어려운 환자가 많다. 이러한 노인환자에서 수분섭취가 필요

한 사항(고열, 설사 등)이 있는 경우 쉽게 고나트륨혈증을 보

이기 쉽다. 최근 노령환자가 증가하면서 요양원 등에 거주하

는 노령환자에서 쉽게 발생한다.

예: 80세 여자 환자가 의식혼탁을 주소로 응급실에 내원

하였다. 환자는 내원 열흘 전부터 제대로 식사도 못하고 지내

던 중 의식이 혼미해져서 내원하였다. 10년 전 뇌졸중의 병력

이 있으며 최근 치매가 있어 요양원에서 입원 중이었다. 내

TABLE 1. 산염기 장애시 보상성 변화

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

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원 당시 혈압 90/60 mmHg, 맥박 110 번/분이었다. 생화학

검사에서 혈청 나트륨 183 mEq/L, BUN 110 mg/dL, 혈청

크레아티닌치 1.5 mg/dL였다.

위 증례에서 보듯이 노인치매환자에서 보는 급성신부전

의 특징은 수분결핍에 의한 급성 신부전과 이에 따른 고나

트륨혈증이다. 따라서 이러한 환자를 치료하는데 고려해야

할 사항은 수분부족량과 이에 따른 고나트륨 혈증을 적절히

조절하는 것이다.

고나트륨혈증의 치료원칙

고 나트륨혈증은 가능한 천천히 조절하여야 한다(시간당

0.5 mEq 또는 24시간에 12 mEq 이내). 급속한 고나트륨혈

증의 조절은 뇌 삼투압과 말초삼투압과의 차이를 유발하여

뇌 부종을 유발하며 심한 경우 비가역적인 뇌 손상을 일으키

고 사망에 이르는 수가 있다.

수분결핍의 계산 방법

수분결핍계산의 큰 원칙은 고나트륨혈증이 수분결핍으로

만 있다면 우리 몸의 삼투질압은 동일하다는 것이다. 즉 우리

몸의 삼투질압의 총량=체중×혈장 나트륨농도이다. 따라서

현재 체중과 혈장 나트륨농도를 알고 있으면 수분결핍을 계

산할 수 있다. 위 증례의 경우 현재 체중이 50 kg이라고 하면

수분결핍=정상체중-현재체중

=현재체중×혈장나트륨농도/140-현재체중

=현재체중×(혈장나트륨농도/140-1)

본 증례의 총 수분결핍=0.4×50×(183/140-1)=6 liters,

남자: 0.5

수분공급의 속도

위 증례의 혈장 나트륨 치는 183 mEq/L로 정상평균치인

140 mEq/L보다 43 mEq/L증가되어 있고 수분결핍은 계산

에 의하여 6 liter였다. 고나트륨혈증은 시간당 0.5 mEq/L

로 조절하는 것이 안정하므로 43 mEq를 낮추는 데는 86시

간이 소요된다. 따라서 부족한 수분 6 liter를 86시간에 교

정하려면 시간당 70 mL로 주사하여야 한다. 수액을 공급하

는 동한 불현소실(insensible loss)이 시간당 30~50 mL가

되므로 최종적으로 수액공급은 시간당 110 mL투여하는 것

이 바람직하다.

공급하는 수액의 종류

고나트륨혈증의 치료시 수액선택의 원칙은 고나트륨혈증

의 원인에 따라 결정한다. 예를 들어 순수하게 물만 부족한

경우(예: diabetes inspidus)에는 free water를 경구 또는

정맥주사하며 나트륨결핍이 동반된 경우(예: vomiting, dia-rrhea, diuretic)에는 half-saline이 바람직하다. 그러나 내

원 당시 심한 수분결핍으로 혈압이 떨어진 경우에는 처음에는

Isotonic saline으로 투여하여 혈압을 유지시키고 이후 half-

saline으로 교체하는 것이 바람직하다.

저나트륨혈증

저나트륨혈증이 발생하는 세가지 조건

저나트륨혈증은 혈장 나트륨이 135 mEq/L미만으로 감소

하는 경우를 말한다. 고나트륨혈증과 마찬가지로 혈장 나트

륨 치는 상대적인 수치이므로 다음의 세가지 경우를 고려해

야 한다. 첫째, 수분보다 나트륨의 체외손실이 많은 경우(예

이뇨제, 설사), 둘째, 수분의 증가만 있고 나트륨은 변화가

없는 경우(예: SIADH, cortisol↓, hypothyroidism), 셋째,

수분의 증가가 나트륨의 증가보다 많은 경우(예: 급성 또는

만성신부전, 간경화, 심부전)이다. 따라서 각각의 경우에 따

라 치료방법이 달라질 수 있다는 것을 명심해야 한다.

저나트륨혈증의 두 가지 치료방향

저나트륨혈증의 원인에 따라 치료방향은 대별된다. 첫째,

NaCl를 투여하거나(예: True volume depletion, diuretics,

adrenal insufficiency) 둘째, 수분을 제한하는 경우(예: SI-ADH, Renal failure, Edema)이다.

저나트륨혈증의 정도에 따른 임상소견

혈장 나트륨농도가 130~135 mEq/L이면 특별한 증상이

나타나지 않지만, 125~130사이는 위장관 증세가 나타나고

110~125이면 신경학적 증상이 동반된다. 특히 110미만일 때는

응급치료를 요한다. 또한 저나트륨혈증에 소요되는 기간에 따

라 48시간을 기준으로 급성과 만성으로 나누며 48시간 이내

에 고나트륨혈증이 발생하였을 때는 즉시 교정해야 한다.

나트륨결핍치의 계산방법

나트륨결핍치의 계산은 체중과 현재 혈장 나트륨농도를

알면 계산할 수 있다.

나트륨결핍치=혈장나트륨분포양×나트륨농도차이

=0.6*×체중(kg)×(120-혈장 나트륨치)*0.5 in female,

120: 안전한 속도로 혈장나트륨치를 올리기 위한 임의의 값.

급성 저나트륨혈증의 치료원칙

응급교정의 적응증은 첫째, 신경학적 증세가 동반되고

둘째, 혈장 나트륨치가 110 mEq/L이하인 경우이다. 이때 혈

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장나트륨치를 시간당 1.0 mEq/L이내로 조절하며 하루에 12

mEq/L/day이상 증가하지 않도록 해야 한다. 급속히 교정하

는 경우 osmotic demyelination syndrome과 같은 치명적

인 합병증이 발생할 수 있다.

Pseudo-hyponatremia란?

혈장 나트륨 치는 혈장 1 L에 차지하는 나트륨 치를 표시하

는 상대적인 값이므로 혈장 내 삼투질압을 가지는 물질이 증

가되는 경우 상대적으로 혈장 나트륨치가 낮게 측정될 수 있

다. 예를 들면 혈장 나트륨치는 낮으나 삼투질압이 정상인 경

우(hyperlipidemia, hyperproteinemia), 혈장 나트륨치는 낮

고 삼투질압은 높은 경우(hyperglycemia, mannitol, IV-IG)등을 들 수 있다.

신경과에서 경험하게 되는 저나트륨혈증예

신경과에서 경험하게 되는 저나트륨혈증환자의 예는 다음

과 같은 경우이다.

1) Mannitol 투여 중 발생한 저나트륨혈증

2) Thiazide를 항고혈압제로 복용 중 발생한 저나트륨혈증

3) 뇌막염 치료 중 발생한 저나트륨혈증

4) 수술직후 발생한 저나트륨혈증

저나트륨혈증치료시 수액종류결정

일반적으로 나트륨결핍에 의한 저나트륨혈증의 교정은

NaCl이 함유된 수액을 혈장 나트륨 교정 원칙에 따라 공급

하면 된다.

예제1: 60세 여자가 lethargy, confusion, skin turgor

의 감소를 주소로 응급실 방문하였다. 환자는 thiazide를 5

일간 복용 중 이었다. 체중은 60 kg였으며 내원 당시 혈압

은 80/60 mmHg, 혈청 나트륨은 108 mEq/L이었다. 이때

총 나트륨결핍을 계산하면 0.5×60 kg×(120-108)=360

mEq 이다. 3% NaCl에는 나트륨이 513 mEq/L 함유되어 있

으므로 700 mL(3% NaCl)를 24시간 투여한다. 혈장 나트륨

농도는 시간당 0.5 mEq 감소시켜야 하므로 시간당 29 mL를

투여하면 된다.

예제2: 58세 여성, 체중: 60 kg, 고열과 의식혼탁을 주소

로 내원, CSF study에서 뇌막염에 합당한 소견. 검사실 소

견은 Table 2와 같다.

뇌막염에 의한 SIADH에 합당한 소견이다. 이때 치료원칙

의 첫 번째는 수분을 제한하는 것이고 두 번째는 저나트륨혈

증을 교정하기 위하여 수액을 투여하는 것이다 이때 수액의

종류에 대하여 고민하여야 한다.

1) 만약 0.9% 생리적 식염수 1,000 mL를 투여한다면?

생리적 식염수의 총 삼투질압은 Na(154 mEq/L)+Cl(154

mEq/L)=308 mOsm/kg으로 처음에는 생리적 식염수의 삼

투질압(308 mOsm/kg)이 혈장 나트륨농도보다 높으므로

일시적으로 혈장 나트륨농도가 증가하나 요 삼투질압(680

mOsm/kg)을 고려하면 308 mOsm/680 mOsm=453 mL

(urine volume)가 요로 배출되고 궁극적으로 550 mL의 수

분은 몸 속에 남아있어 결국에는 혈장 나트륨이 감소하게

되어 이 환자의 경우 혈장 나트륨의 농도가 2 mEq/L 감소

하게 된다. 결론적으로 SIADH에 의한 저나트륨혈증시 수

액선택의 원칙은 urine의 Osm보다 높은 수액을 투여해야

한다는 것이다.

2) 만약 3% NaCl 1,000 cc를 투여한다면?

3% NaCl내에는 Na(513)+Cl(513)=1026 Osm/kg의 삼

투질압을 유지하므로 이를 배출하기 위해서는 1.5 L의 요량

이 필요하며(1026/680=1.5 L) 궁극적으로 500 mL의 수분

소실이 발생한다. 따라서 총수분량은 29.5 liter가 되며 이때

혈장 나트륨농도는 117 mEq/L(6900/59.5)가 된다. 즉 요

삼투질압이 높은 경우 고농도의 식염수를 투여하더라도 혈

장 나트륨농도를 높이는 데 크게 효과적이지 않으므로 이러

한 경우 요 삼투질압을 낮추는 방법을 고려해야 한다.

3) 만약 3% NaCl+Furosemide를 투여한다면?

Lasix투여로 Uosm을 300 mOsm/kg로 낮출 경우에 소변

량은 1026/300=3.4 Liter 가 되며 이때 총수분량은 27.6 li-ter로 감소하게 된다. 따라서 혈장 나트륨농도는 6900/55.2

=125 mEq/L로 증가하게 된다.

칼륨혈중농도의 의미

혈중 칼륨농도는 3.5~5.5 mEq/L로 혈장 나트륨농도에

비하여 1/00정도 낮다. 그 가장 큰 이유는 칼륨의 대부분은

세포 내에 존재하기 때문이다. 따라서 세포 내 존재하는 칼륨

이 세포 외로 방출되는 조건(예: 대사성 산증)이 되면 혈중농

도는 급격히 상승할 수 있다. 반대로 혈중 칼륨농도가 낮은

경우는 체내 칼륨이 현저히 감소되었다는 것을 의미한다. 이러

한 점이 혈장 나트륨과 다르다는 것을 인지하고 있어야 한다.

TABLE 2. 의식혼탁을 주소로 내원한 환자의 검사실 소견

혈청 sodium 115 mEq/L혈장 Osm 240 mOsm/kg요 Osm 680 mOsm/kg요량 1,000 mL/day요 sodium 62 mEq/L

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저칼륨혈증

신경과에서 경험하는 생명을 위협하는 저칼륨혈증에 대

하여 Pubmed에서 “hypokalema와 emergency” 라는 key

word를 넣고 검색하면 많은 보고들이 나온다. 이들 논문들

을 정리하면 periodic paralysis and hyperthyroidism의

두 가지로 요약된다. 물론 이외에 감별질환들이 있으나 위

두 질환은 호흡곤란 등의 생명을 위협하는 임상질환이므로

반드시 감별 진단해야 한다.

고칼륨혈증

고칼륨혈증을 가장 빨리 아는 방법은?

심전도소견이다. 고칼륨혈증은 치명적인 부정맥을 동반하

므로 반드시 고칼륨혈증에 의한 심전도 이상소견을 숙지하

고 있어야 한다. 고칼륨혈증의 심전도에서의 최초의 변화는

precordial lead 3, 4에서 tall and peaked T wave이며

QRS widening, P wave의 소실 순으로 나타난다. .

고칼륨혈증의 치료

고칼륨혈증의 치료원칙은 직접 K+의 작용을 억제하거나,

세포 내로 K+를 이동시키거나 직접 체내 K+를 제거하는 방

법을 이용한다.

1) 직접 K+의 작용억제

10% Calcium gluconate를 투여하며 그 적응증은 저혈압

과 EKG변화가 동반되는 medical emergency다. 주사는 10

분 동안 천천히 주사한다. 이때 작용은 투여 후 1~3분부터

시작되며 30~60분간 지속된다. 한차례 투여로 끝내지 말고

환자의 혈압이 안정되고 심전도상에서 QRS widening이 없

어질 때까지 반복적으로 투여한다.

2) 세포내로 K+의 이동

대개 3가지 방법이 이용된다. 첫째, 인슐린+포도당을 혼합

하여 투여하며 이때 속효성 인슐린과 DW의 농도 비는 10 U

RI+50% DW 50 cc로 한다. 둘째 Beta길항제는 10 mg ne-bulized albuterol과 같은 흡입용 nebulizer를 이용한다.

셋째, 대사성 알칼리증유도는 sodium bicarbonate를 정맥

주사한다.

3) 체내 K+의 제거

Kayexalate(Kalimate)를 보편적으로 많이 이용하며 1

pack에 5 gram 들어있다. 일반적으로 1 g의 kayexalate는

혈장 칼륨을 0.1 mEq 감소시킨다. 따라서 혈청 칼륨이 6.0

mEq/L인 경우 5.0 mEq/L로 감소시키기 위해서는 하루에 2

pack의 kayexalate를 복용하도록 처방한다.

ACEI 또는 ARB를 복용하는 환자에서 고칼륨혈증의 위험

인자

임상에서 투여되는 약제 중 고칼륨혈증을 유발하는 대표

적인 약제는 ACEI와 ARB이다. 이들 약제를 투여할 때는 고

칼륨혈증을 유발하는 위험인자(만성신부전, 당뇨, 만성심부

전, 수액결핍, 노령, NSAIDS, Beta-blockers, K-sparing

diuretics, bactrim 등)에 대하여 주의를 하여야 한다.

ACEI나 ARB를 복용하는 환자에서 고칼륨혈증 발생의 예

방수칙

첫째, 신기능의 저하가 없는지 확인하고, 둘째, 칼륨배설을

억제하는 약제(NSAID, COX-2 inhibitors)와 병합 투여하

지 않도록 한다. 셋째, 이뇨제(Thiazide 또는 loop diuretics)

를 병합투여하며, 넷째, ACEI 또는 ARB는 저용량부터 시

작하고 다섯째, 투여시작 또는 증량 일주일 후 혈청 칼륨

치를 측정하도록 한다. 여섯째, 혈청 칼륨 치가 5.5 mEq/L

까지 증가하면 약제용량을 줄인다(ACEI, ARB, SPR를 병용

하면 이중 한가지 끊는다) 일곱 번째, spirolactone 투여량은

ACEI또는 ARB와 병용하는 경우 하루 25 mg을 넘지 않도

록 하고 사구체여과율이 30이하일 때는 투여 중지한다. 여덟

째, 위의 조치에도 불구하고 칼륨이 5.5 mEq/L이상이면 sp-irolactone은 투여 중지한다.

REFERENCES1. 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 renin-

angiotensin-aldosterone system. N Engl J Med 2004;351:585-92.