산염기불균형ACID-BASE IMBALANCES
정상적으로 몸은 대사 과정에서 생성된 산과 산의 중화 또는 배출을 증진하는 염기 간의 균형을 유지한다.많은 건강 문제가 산-염기 불균형을 일으키고 더 체액과 전해질 불균형도 부른다.특히 당뇨병, 폐쇄성 폐 질환, 신장 질환의 환자는 자주 산 염기 불균형이 나타난다.또 구토와 설사는 산과 염기의 소실만 아니라 체액과 전해질 유실을 일으킬 수 있다.신장은 산을 조절하는데 빼놓을 수 없는 완충제이다.특히 고령자에게 신장은 산의 부하에 대해서 보상적이 아니라 호흡 기능도 감소하고 어떤 원인에 의한 조직 저산소증도 산-염기 불균형에 대한 가능성을 고려해야 한다.
pH와 수소이온 농도 용액의 산성 혹은 알칼리성은 수소이온 농도에 의해 결정된다. H+농도의 증가는 산증을 일으키고 H+농도의 감소는 염기증을 일으킨다. 우리 몸에서는 매일 산이 생산되는데도 체액의 H+ 농도는 낮고 최적의 세포 기능을 보장하기 위해 좁은 범위 내에서 유지된다.H 농도는 대개 mEq/L보다 역로그인 pH로 표현된다. pH가 낮은 것은 수소이온 농도가 높다는 것을 의미한다. pH7에 비해 pH8은 H+ 농도의 10배 감소를 나타낸다.화학용액의 pH는 1~14 범위에 있다. pH 7의 용액은 중성을 나타낸다. 산성 용액은 pH7 미만이고 알칼리 용액은 pH7 초과이다.
혈액의 산도 혈액은 약염기(pH 7.35~7.45)이고 pH가 7.35 이하로 떨어지면 혈액이 산성이 아니더라도 산증이고 혈액 pH가 7.45 이상이면 염기증이다.
신체의 산-염기 조절 정상적으로 신체는 동맥의 pH를 7.35~7.45로 유지하기 위해 산염기 밸런스의 3가지 조절 메커니즘을 갖는다. 세 가지 조절 메커니즘은 완충계, 호흡계, 신장계다.조절장치들은 서로 다른 속도로 반응한다. 완충계는 즉시 반응하고 호흡계는 몇 분 안에 반응하며 몇 시간 안에 최대 효과에 도달하며 신장계 반응은 최대로 반응하는 데 2~3일이 걸리지만 신장은 만성 불균형 상태에서 무한 균형을 유지한다.
완충계 완충계(buffer system)은 가장 빨리 작용하는 체계이며, 산 염기 균형의 일차 조절자이다.완충은 화학적으로 강산을 약산으로 변화시키거나, 산의 영향을 중화시키기 위해서 산과 결합한다.몸은 과잉 염기를 중화하기보다는 산의 부하를 잘 흡수한다.완충계는 약한 이온화된 산 또는 염기 및 소금(salt)로 구성된다.체내 완충계는 탄산-탄산수 소산염(carbonic acid-bicarbonate), 모노 히드로 위안-디히드로겐 인산염(monohydrogen-dihydrogen phosphate), 세포 내 단백질과 혈장 단백질, 헤모글로빈 완충계가 있다.세포도 세포 안, 밖에 수소를 이동시킴으로써 완충제 작용을 한다.세포외액에 H⁺이 축적되면 세포는 다른 K 같은 양이온 대신 H+를 수용할 수 있다.탄산(H2CO3)-탄산수 소산염(HCO3)완충계는 염산을 중화한다.이 방법으로 산이 혈액 pH에 큰 변화를 일으키는 것을 예방하고 더 많은 물(H2O)을 형성한다.탄산은 H2O와 CO2로 나뉜다.CO2에 감성 H2O와 합쳐서 탄산으로 되거나 CO2단독으로 폐를 통해서 배출된다.이 과정에서 완충계는 탄산수 소산염과 탄산의 비율을 20:1로 정상 pH를 유지한다.인산염 완충제는 HPO와 HPO와 결합한 다른 양이온과 나트륨으로 구성된다.이런 세포 내 완충계는 탄산수 소산염계와 같은 방법으로 작용한다.강산은 NaCl과 NaH2PO4를 형성하고 중화되어 약산은 오줌으로 배출된다.수산화 나트륨(NaOH) 같은 강염기가 그 메커니즘에 추가되면 NaH2PO4에 의해서 약 염기인 NaHPO4와 H2O에 중화될 수 있다.세포 내로 세포 밖의 단백질은 온몸에 효과적인 완충 계열이다.단백질 완충계는 탄산수 소산염계처럼 작용한다.일부 단백질 아미노산은 유리산기(free acid radi-cals,-COOH)을 포함하지만, 이는 CO2과 H’로 분리되는 경우가 있다.다른 아미노산은 기본기(NHOH또는 수산화 암모늄)를 갖지만, 이는 NH⁺(암모니아)와 OH(수산화 이온)로 분리할 수 있다.OH는 H2O을 형성하기 위해서 H+과 결합한다.혈색소는 탄산수 소산염과 교환하고 적혈구의 안쪽과 바깥쪽에 염화물을 이동시킴으로써 pH조절을 돕는 단백질이다.호흡계와 신장계의 기능이 없으면 pH를 유지할 수 없다.
호흡기 계통 허파는 세포 대사산 것이다 CO2과 물을 배출하기로 정상 pH를 유지하도록 돕는다.순환계에 방출되면 CO2는 적혈구에 들어 H2O와 함께 H2CO3를 형성한다.이러한 탄산은 수소 이온과 탄산수 소산염에 분리된다.유리된 수소는 혈색소 분자에 의해서 완충되며 탄산수 소산염은 혈장 내에 확산된다.폐 모세 혈관에서는 이런 과정이 역전됐고 폐로 CO2가 형성되고 배출된다.혈액 중의 CO2의 양은 탄산의 농도로 직접 관련, H+농도과도 관련이 있다.호흡이 증가하면 CO2가 더 많이 배출되며 혈액에는 얼마 남지 않다.이는 탄산과 수소 이온의 감소를 일으킨다.호흡이 줄어들 것으로 혈액에 더 많은 CO2가 남아 있게 되고, 탄산과 수소 이온의 증가를 일으킨다.CO2배출은 뇌간의 단물에 있는 호흡 중추에 의해서 조절된다.CO2또는 H+양이 증가하면 호흡 중추는 호흡 수와 깊이를 증가시키도록 자극한다.호흡 중추가 H+또는 CO2수준이 낮은 것을 감지하면 호흡은 억제된다.보상 메카니즘으로서, 호흡기계는 CO2를 배출하거나(과잉 환기)보유(과소 환기)때문에 호흡 수와 깊이를 변화시킴으로써 CO2+H2O반응에 관여한다.호흡 문제가 산-염기 불균형의 원인이 있으면(예:호흡 부전), 호흡계는 pH변화를 교정 능력을 잃게 된다.
신장 계정상 신장은 여과되는 HCO3를 모두 다시 흡수하여 보존한다.신장은 추가적으로 탄산수 소산염을 생성할 수 있으며, 산성증에 대한 보상으로 과잉 H+를 제거할 수 있다.이런 산 제거 3개의 메커니즘은(1)새 세뇨관에서 소량의 유리 수소 분비(2)H+과 암모니아(NH3)의 결합으로 암모늄(NH4+)을 형성하고,(3)약산을 배출하는 것이다.콩팥은 몸의 세포 대사에 의해서 생성되는 산의 일부를 배출한다.그러므로 정상적으로 신장은 산성 오줌을 배출한다(평균 pH=6).보상 메커니즘에 의한 소변 pH는 4까지 감소할 수 있으며 8까지 증가할 수 있다.산성증을 보상하려면 신장은 추가적으로 HCO3을 다시 흡수할 수 있는 수소를 많이 배출할 수 있다.그리고 혈액의 pH는 증가하고 소변 pH는 줄어든다.신장계가 산-염기 불균형의 원인이 있으면(예:신장 부전)신장계는 pH변화를 교정 능력을 잃게 된다.
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