전해질검사

개요

전해질은 수분에 녹아 전하를 띠는 물질을 말합니다. 체액에 존재하는모든 이온이 포함됩니다. 양이온을 띠는 주된 전해질로는 나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘이 있습니다. 음이온을띠는 주된 전해질로는 염소, 중탄산염, 인, 황, 유기 이온(유산, 음이온을 띠는 단백)이 있습니다.

그러나 일반적으로 전해질로 측정되는 물질은 나트륨, 칼륨, 염소, 중탄산염의 네 가지입니다.4종류의 전해질 검사를 통해 체내 삼투압 농도 상태, 수분 상태 및 pH 상태를 파악할 수 있습니다.

전해질은 체액에서 매우 좁은 범위의 농도에서 항상성을 이룹니다. 이범위 안에서 체내 대부분의 대사과정을 조절하는 기능을 하고 있습니다. 이 때문에 전해질의 농도를 측정하면전해질의 불균형으로 발생하는 각종 질병을 진단하는 목적으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 전해질의 농도를 교정하는 기준으로 삼기 위해 전해질 불균형의크기를 측정합니다.

특정 음이온의 농도가 증가할 경우 이를 보상하기 위해 다른 음이온이 감소하거나 양이온이 상응하는 만큼 증가해체내 전해질들의 중성 상태가 유지됩니다. 반대의 경우에도 같은 기전을 통해 체내 중성 상태가 유지됩니다.

전해질의 조절에 관계가 깊은 신장 질환과 신장에서 전해질 대사를 조절하는 내분비 기관의 질환, 이 밖에 간·심장·소화기질병에서도 전해질의 불균형을 초래할 수 있습니다. 이뇨제 등 각종 약물들의 사용도 전해질 불균형의 원인이될 수 있습니다. 전해질 검사로는 앞의 네 가지 전해질 검사와 용액 내 삼투압을 대변하는 삼투압 검사, 측정된 양이온과 음이온의 차이를 보는 음이온차 검사가 있습니다.

치료

검체의 채취와 측정방법

1.검체 채취

주로 혈액에서 전해질 농도를 측정하지만 소변 검사만으로도 측정해 혈액 전해질 불균형의 원인에 관한 정보를얻을 수도 있습니다. 혈액을 응고 및 원심분리해 가라앉는 혈구 성분을 제거하고 상층의 맑은 액(혈청)으로 칼륨 수치를 측정해 보면 전혈이나 혈장보다 0.1~0.7mmol/L 높습니다.

이는 응고 과정에서 혈소판 붕괴에 의해 혈청으로 칼륨 이온이 분리돼 나오기 때문입니다. 또한 용혈이 있는 경우 적혈구로부터 유리된 칼륨에 의해 수치가 증가될 수 있습니다. 혈청과 혈장에서 염소는 안정된 형태로 존재하며, 용혈이 있더라도결과 값에 큰 영향을 주지 않습니다. 중탄산염의 측정을 위해서는 진공튜브에 채혈해야 합니다. 혈액이 공기 중에 노출되면 시간당 약 6mmol/L의 이산화탄소가공기 속으로 소실돼 낮게 측정됩니다.

2.측정방법

일반적으로 진단의학검사실에서는 전해질 측정을 위해 이온선택 전극법(ISE)을가장 많이 사용하고 있습니다. 발광광도계(FES), 원자흡수광도계(AAS), 효소법 등은 측정이 번거로워 요즘에는 일반검사실에서 거의 사용하고 않습니다.

이온선택 전극법은 특정 이온만을 선택적으로 통과시키는 막으로 덮인 전극이 자극을 받으면 기준 전극과의 전위차가발생하고, 이 전위차가 검체 내의 측정하려는 이온 농도와 비례하는 것을 이용해 측정하는 방법입니다(전위차 전극법). 나트륨 측정을 위해서는 흔히 유리 선택 막, 칼륨 측정을 위해서는 밸리노마이신이 포함된 액체 이온교환 선택 막이 각각 전극에 덮여 있습니다.

염소 측정을 위해서는 용매 중합 선택막이 이용됩니다. 이온선택전극법은 간접법과 직접법의 두 가지 형태로 나눌 수 있습니다. 간접법은 소량의 검체를 크기가 큰 전극에적용시키기 위해 검체를 다량의 완충액으로 희석해 사용한 것입니다. 직접법은 전극의 크기가 축소된 이후가능해 진 것으로 검체를 희석하고 바로 측정합니다.

중탄산염의 경우 총 이산화탄소를 측정함으로써 간접적으로 산출할 수 있습니다. 이때는 간접 전극법이나 효소법을 이용합니다. 간접 전극법은 검체에산을 첨가해 아래의 화학식을 왼쪽으로 반응시킨 뒤 생성된 이산화탄소를 PCO2전극을 사용해 측정하는방법입니다.

효소법은 검체를 알칼리화함으로써 모든 이산화탄소와 탄산을 중탄산염으로 전환시킨 뒤 아래의 효소 반응을 일으킴으로써측정하는 방법입니다. 감소되는 NADH는 총 이산화탄소 값에비례하게 됩니다.

각 검사의 임상적 의의

1.나트륨

세포 외액을 구성하는 주된 양이온입니다. 신체의 수분 상태와관련이 높으며, 나트륨의 농도가 높거나 낮을 경우 각각 탈수와 과수분 상태가 나타날 수 있습니다. 혈장을 구성하는 무기 양이온의 90%를 차지합니다. 145mmol/L 이상인 경우 고나트륨혈증, 135mmol/L 이하인경우 저나트륨혈증이라고 합니다.

1) 고나트륨혈증

항이뇨호르몬(ADH)의 기능 저하로 신장의 원위관에서 수분의재흡수가 안 돼 소변으로 수분이 과량으로 빠져나가는 경우, 알도스테론의 과다 분비로 인해 신장의 원위관에서나트륨의 재흡수가 증가되는 경우, 당뇨에서 혈중 삼투압의 증가로 과량의 수분이 소변으로 빠져나가는 경우등 고나트륨혈증이 발생할 수 있습니다.

이 밖에 피부 또는 호흡기를 통해 수분이 증발되거나 피부(땀) 또는 소화기(설사, 구토)를 통해 체액이 빠져나가는 경우에도 고나트륨혈증을 일으킬 수 있으나 실제로는 드뭅니다. 오히려 수분 섭취에 의해 저나트륨혈증을 보이는 경우가 있을 수 있습니다. 산혈증치료로 중탄산나트륨을 과량으로 투여한 경우도 고나트륨혈증이 유발될 수 있습니다.

고나트륨혈증의 증상과 징후 대부분은 중추신경계에서 일어나며, 고나트륨혈증과고삼투질농도의 정도에 연관됩니다. 세포 외액의 유효 삼투질농도의 증가 결과 뇌세포의 수축에 의해 임상증상이나타납니다. 이때 불안, 기민증 등이 진행되면서 혼수나 사망등에 이를 수 있습니다. 세포 외액 삼투압이320~330mOsm/kg을 초과할 경우에는 혼수나 호흡마비 등이 나타날 수 있습니다.

2) 저나트륨혈증

저나트륨혈증은 크게 두 가지로 나눌 수 있습니다. 첫째 결핍성저나트륨혈증입니다. 발한, 구토, 설사, 이뇨제 남용, 심한다뇨증, 대사성 산증 등에서 나타납니다. 둘째 희석성 저나트륨혈증입니다. 과량 수분에 의해 나트륨이 희석되는 경우입니다. 심부전, 당뇨, 간경변, 신 증후군, 영양 결핍 등에서 나타날 수 있습니다.

저나트륨혈증의 원인으로 이뇨제를 사용한 경우 수분과 함께 나트륨이 신장으로 빠져나가는 것이 가장 흔합니다. 항이뇨호르몬의 과량 분비로 인해 수분이 신장에서 재흡수되는 질병인 항이뇨호르몬과다분비증에서도 나타날 수 있습니다. 알도스테론 부족증의 경우 원위 세뇨관에서 재흡수가 안 돼 나트륨이 소변으로 빠져나가지만 저나트륨혈증을 보이는경우는 드문 것으로 알려져 있습니다. 과량의 설사와 구토 및 치료적 위액 제거의 경우 수분 섭취를 할수 있는 상태라면 저나트륨혈증을 보이게 됩니다.

혈중 지질 및 단백이 높은 사람에게 간접법으로 나트륨을 측정한다면 전해질 배제 효과에 의해 실제보다 낮게측정돼 가성 저하를 보일 수 있습니다. 예를 들어 검체에 지질과 단백질이 7% 포함돼 있다면 혈장의 93%가 실제 수분이 되고, 전해질은 이 수분 속에 존재하게 됩니다. 희석을 위해 검체 10μL를 뽑아낸다면 실제로는 9.3μL의 혈장 수분이 전해질을 포함합니다. 총 혈장으로 측정된 나트륨값이 145mmol/L를 나타낸다면 실제로혈장은 93%의 수분을 포함하는 것이어서 실제값은145×(100/93)=156mmol/L가 됩니다.

소변의 나트륨을 측정하면 신장을 통해 나트륨이 배설되는 질환(이뇨제사용, 알도스테론 부족증 등)과 신장 외를 통해 배설되는질환(설사, 구토 등)으로구별할 수 있습니다. 소변에서 나트륨 농도만을 측정하는 것보다 신장의 분획성나트륨배설(FENa)을 구하는 것이 더 좋은 것으로 알려져 있습니다. 신장 외로나트륨이 나가는 경우는 1% 이하를 보입니다.

대부분의 저나트륨혈증 환자는 자각 증상이 거의 없습니다. 나타나는양상은 매우 다양하며, 농도가 120 mEq/L 이하인 때주로 발생합니다. 증상은 주로 기면, 쇠약감, 졸음 등입니다. 그러나 심하면 혼수, 사망에 이를 수도 있습니다.

임상 증상의 악화는 나트륨 수치와 직접적인 상관성이 없습니다. 오히려세포외액 삼투질 농도의 감소 속도와 정도에 영향을 받습니다. 중추신경계 증상은 세포외액 삼투질 농도의급속한 감소로 인한 뇌부종에 의해 나타납니다. 만성 저나트륨혈증인 경우에는 증상이 경미하게 나타납니다.

저나트륨혈증의 진단을 위해 체액의 희석을 유발한 원인 질병이 무엇인지 확인해야 합니다. 상세한 병력 청취와 이학적 검사는 물론 혈청 크레아티닌, 혈액요소질소및 전해질 측정이 이뤄져야 합니다. 아울러 소변에 포함된 나트륨 농도,FENa, 혈액, 요의 삼투압 등을 측정해야 합니다.

2.칼륨

세포 속에 다량 존재하는 주된 양이온입니다. 조직세포에는 약 150mmol/L, 적혈구에는 약 105mmol/L(혈장의 약 23배)이 각각 존재합니다. 일반적으로산염기 상태와 관련성이 많아 알칼리혈증에서는 감소, 산혈증에서는 증가하는 현상을 각각 보입니다.

1) 고칼륨혈증

고칼륨혈증은 체내 칼륨의 증가 없이도 발생합니다. 혈청 칼륨의급격한 상승은 칼륨의 세포내액에서 세포외액으로의 이동으로 발생할 수 있습니다. 고칼륨혈증은 칼륨의 섭취또는 세포 내에서 세포외액으로의 칼륨 방출이 신장 또는 신장 외로의 칼륨 소실보다 많을 때 발생합니다. 신장은칼륨 배설을 조절할 수 있는 능력이 있기 때문에 외부로부터 칼륨 섭취 과다에 의한 경우 신기능의 장애가 없는 한 고칼륨혈증은 잘 일어나지 않습니다.

그러나 신기능이 떨어져 있을 때 부적절한 칼륨 투여는 고칼륨혈증을 유발합니다. 급성 또는 만성의 고칼륨혈증은 신장에서 칼륨 배설이 감소하거나 세포 속에서 세포외액으로 급격한 칼륨의 이동이있는 경우 발생합니니다.

흔하게 관찰되는 임상 질병으로는 급·만성 신부전증이 있습니다. 사구체를 통한 칼륨 투과의 감소로 신장을 통한 배설이 이뤄지지 않지만 다른 보상기전에 의해 혈중 칼륨을 낮춥니다. 이 때문에 신장 기능이 아주 나빠져 신사구체 투과율(GFR)이 20mL/min이하가 되기 전까지 고칼륨혈증을 보이는 경우는 드문 것으로 알려져 있습니다. 알도스테론 기능저하증(4형 신세뇨관성 산혈증 포함), 조직 파괴, 칼륨 보존성 이뇨제의 사용, 주기성 고칼륨성 마비증 등에서도 고칼륨혈증이 관찰됩니다.

실제로 검사를 해 보면 검체를 채취할 때 부주의로 용혈이 된 경우 적혈구 속의 칼륨이 과량 방출돼 가성증가를보이는 경우가 가장 흔히 관찰됩니다. 드물지만 혈소판이나 백혈구가 높은 경우, 혈소판이나 백혈구에서 유출되는 경우, 혈액 채취 시 과다운동, 칼륨을 포함한 항응고제와의 혼합에 의한 가성 증가를 보이는 경우도 있습니다.

고칼륨혈증이 있는 경우 나타나는 가장 중요한 임상 양상은 심부정맥입니다.혈청 칼륨 수치와 심전도 변화가 완전히 일치하지는 않지만 심전도 변화를 확인함으로써 고칼륨혈증의 진단과 치료에 도움을 줄 수 있습니다. 고칼륨혈증은 암모니아 생성과 분비 과정을 억제하기 때문에 요 중 암모니아 배설을 감소시켜 대사성 산증을 유발하기도합니다.

2) 저칼륨혈증

혈청 칼륨치가 1mEq 감소하면 체내 총 칼륨은 약 300mEq가 소실된 것으로 추정됩니다. 체내에서 칼륨 결핍이 극심한경우 혈청 칼륨농도는 1.5~2.0mEq/L까지 낮아집니다. 저칼륨혈증은칼륨이 세포외액에서 세포내액으로 이동하거나 실제로 체내 칼륨이 결핍돼 발생합니다.

저칼륨혈증이 가장 흔히 나타나는 때는 이뇨제를 투여한 경우입니다. 과량의사구체 여과액이 원위관에 도달하면 알도스테론 분비가 증가돼 칼륨을 소변으로 분비합니다. 설사의 경우장을 통한 칼륨의 배설, 구토의 경우 알칼리 혈증으로 인한 신장을 통한 칼륨 배설의 증가가 주요 원인가운데 하나입니다.

소변에 포함된 칼륨을 측정해 칼륨이 소실되는 곳이 신장인지 아닌지를 구별하며, 신장 이외로 칼륨이 소실되는 경우 소변의 농도가 20mmol/L 이하를보입니다. 그러나 급성 소실의 경우 신장의 적응이 느려 신장 이외의 칼륨 소실에서도 소변 칼륨 농도는 20mmol/L 이상을 보이는 경우가 종종 있습니다. 또한 이뇨제치료의 경우나 알도스테론 분비 증가, 구토 시 산도와 중탄산염이 증가돼 있지만 설사 및 신세뇨관성 산혈증에서는감소합니다.

칼륨 결핍이 일어나면 골격근, 심장, 신장, 위장관의 기능장애가 발생합니다. 이 가운데 신경근육계에 가장 큰 이상을 주게 됩니다. 혈청 칼륨수치가 2.0~2.5mEq/L가 되면 근육무력증이 나타나며, 더심해지면 근육마비가 발생합니다. 특히 호흡근이 마비되면 생명을 위협받게 됩니다. 저칼륨혈증은 심장 부정맥을 초래하고, 위장관 운동 감소로 인해 변비에서장 폐색까지 다양한 증상을 유발하기도 합니다.

3.염소

염소 이온은 세포외액에서 가장 풍부한 이온입니다. 수분의 재분포, 삼투압 유지와 양이온-음이온 균형을 맞추는 기능을 합니다. 섭취된 염소는 장에서 완전히 흡수된 뒤 신장에서 간접 여과와 재흡수 과정을 거칩니다. 땀으로 배출되기도 하며, 이는 알도스테론 분비로 억제될 수 있습니다.

일반적으로 산염기 불균형이 없는 상태에서는 나트륨 농도와 함께 증가 또는 감소하는 경향을 보입니다. 그러나 아닌 경우에는 대개 중탄산염과 관계돼 반대 방향으로 변화함으로써 산염기 불균형을 의심할 수 있는 정보를제공합니다.

1) 고염소혈증

고염소혈증은 혈중 나트륨 농도가 증가하는 대부분의 질병(요붕증등)에서 함께 증가합니다. 또한 중탄산염이 감소하는 질병가운데 중탄산염이 체외로 직접 소실되는 질환(설사, 신세뇨관성산혈증)에서는 증가하고, 음이온차는 정상을 보입니다. 탈수, 신세뇨관산증, 만성신부전, 설사, 약물 중독,살리신산 중독, 호흡성 알칼리혈증 등에서 나타납니다.

2) 저염소혈증

저염소혈증은 혈중 나트륨의 농도가 감소하는 대부분의 질환에서 함께 감소합니다. 특히 구토, 치료적 위액 제거 때 많이 감소합니다. 유기산 생성의 증가 또는 배출의 감소(당뇨성 케톤산혈증, 신부전)로 인한 대사성 산증이 있는 경우에도 관찰됩니다. 또한 중탄산염이 증가하는 질환에서 감소합니다. 만성 신우신염을 동반한염분소실성 신염, 애디슨병에서 급성기, 당뇨성 케토산혈증, 신부전 등 유기산이 증가되는 상황에서 증가할 수 있습니다.

4.중탄산염

중탄산염은 산염기 불균형을 초래하는 다양한 질환에서 증가 또는 감소합니다.총 이산화탄소는 체액의 용액에 녹아 있는 이산화탄소, 단백의 아민기에 약하게 결합돼 있는 CO2(카르바미노 화합물), HCO3-, 소량의 CO32-, H2CO3 형태로 존재합니다. 이 가운데 중탄산염은 혈장내 총 이산화탄소(22~31mmol/L)의 약 2mmol/L를차지합니다.

전해질 검사의 일환으로 측정하는 총 이산화탄소 검사는 산염기 불균형을 평가함에 있어 중탄산염 농도를 가늠하는데 유용한 검사입니다. 혈장에 녹아 있는 중탄산염과 이산화탄소의 변화는 산염기 불균형의 특징입니다. 이 검사들은 혈액 가스 및 pH와 함께 중요한 의미가 있습니다.

5.음이온차

음이온차는 혈액에서 흔히 측정하는 전해질 네 가지 이온 가운데 양이온과 음이온의 차이를 말합니다. 혈액에는 일반적으로 음이온 및 양이온이 각각 약 155mmol/L로존재합니다. 이 가운데 양이온은 140mmol/L, 음이온은 125mmol/L 정도가 실제로 측정됩니다. 일반적인 참고 수치는 10~17mmol/L입니다. 음이온차의 계산 공식은 아래와 같습니다.

유기산의 과량 생산으로 인한 산혈증(케토아시도시스, 락트산 아시도시스)이 있는 경우 강산인 유기산에서 분리된 수소 이온은중탄산염과 결합해 탄산이 되어 중화됩니다. 이때 측정되는 음이온인 중탄산염은 감소되며, 수소 이온을 떨어뜨린 유기산의 음이온은 측정이 안 되기 때문에 음이온차가 커지게 됩니다.

또한 신부전증에서는 정상적인 양으로 생성되는 유기산 이온과 수소이온의 사구체를 통한 투과 감소로 인해 음이온차가증가된 산혈증을 초래하는 것으로 알려져 있습니다. 반면에 중탄산염의 직접적인 체외로의 소실로 인한 산혈증(신세뇨관성산혈증, 설사)에서는감소된 중탄산염만큼 염소가 재흡수되기 때문에 측정되는 음이온이 감소되지 않아 음이온차는 변화가 없게 됩니다.

6.삼투압

용액 내 용질의 총합입니다. 삼투압은 용질 각각의 농도에 입자수를 곱해 표시합니다. 체액 내의 이온 농도(mOsmol/kg)로삼투압을 간접적으로 표시하기도 합니다. 혈액의 삼투압은 곧 조직액의 삼투압과 같고, 이것은 세포막 사이의 삼투압과 같습니다.

이에 따라 혈중 농도가 가장 높은 나트륨, 염소, 중탄산염이 주를 이룹니다. 다음으로 당, 요소가 영향을 미칩니다. 단백은 무게는 크지만 혈액 중 총 농도가미미하기 때문에 단백의 변화는 삼투압 농도에 큰 영향을 주지 못합니다. 그러나 혈관벽 사이의 삼투압은조금 다릅니다. 대부분의 이온은 모두 수분과 함께 통과하고 단백과 같은 큰 분자만이 막의 양쪽에 삼투압을작용하는 물질로 작용합니다. 이를 콜로이드 삼투압이라고 부르며, 단백이가장 큰 영향을 줍니다.

삼투압 측정 방법에는 수증기압, 끓는점, 어는점 등 세 가지 원리가 이용될 수 있습니다. 용액의 삼투압이증가하면 수증기압은 낮아지고, 끓는점은 올라가며, 어는점은낮아지게 되는 특성을 이용합니다. 이 가운데 한 가지 원리를 이용해 측정합니다. 어는 온도를 측정하는 방법이 간단하고 주위 온도에 영향을 덜 받기 때문에 가장 많이 이용되고 있습니다.

계산 방법은 혈중에 가장 높은 농도를 차지하는 세 가지 물질의 mol/L농도로 표시(이 가운데 나트륨은 음이온을 포함한 것으로,입자 수에 2를 곱한다)해 계산합니다. 계산 공식은 아래와 같습니다. 삼투압은 나트륨 농도와 관련이 가장많습니다. 고나트륨혈증에서 혈액과 소변의 삼투압을 비교하면 당뇨, 요붕증, 탈수증 등에 의한 것을 구별할 수 있습니다. 또한 측정된 삼투압과계산된 삼투압을 서로 비교해(오스몰차: 약 17mOsmol/kg H2O) 차이가 커지면 측정되지 않는 이온의 증가(만니톨, 알코올 등)가 있음을 알아낼 수 있습니다.

산염기 조절 및 동맥혈 가스검사

신체에서 일어나는 대사작용은 효소에 의해 촉매됩니다. 효소는적정한 산도(pH)에서 작용하며, 체액의 산도는 일반적으로 7.35~7.45의 매우 좁은 범위에서 유지됩니다. 이를 위해 완충계, 호흡계, 신장이 함께 작용하고 있습니다.