중탄산이온(HCO3-)의 임상적 의의와 측정

[초월]

신체의 pH 완충계
체 내의 산성-알칼리성은 수소 이온(H⁺)의 농도에 좌우된다. 이 수소 농도를 아래와 같은 공식으로 계산하면 pH 값이 나오게 된다. 따라서 체내에서 수소 이온이 증가하면 pH는 내려가 산성을 띄게 되고, 반대로 수소 이온 농도가 감소하면 pH는 증가해 알칼리성을 띄게 된다.

사람의 몸은 일정하게 pH 7.4 정도의 중성 상태를 유지한다(단, 위액은 pH 2의 강산인데 이는 단백질 소화효소의 활성화를 위해서이다). 사실 체내에서는 호흡과 대사활동으로 인해 무수한 산이 생성되어 pH를 낮출 수 있으나, 무수히 많은 완충계 덕분에 pH 변화를 최소화한다. 인체에서 가장 중요한 완충계 중 하나는 중탄산 완충계다.

중탄산 완충계의 작용

이산화탄소는 대부분(60%)이 혈액 속에서 중탄산 이온(HCO₃^-) 형태로 이동하며, 그 외에 나머지는 혈액 속에 존재하는 여러가지 단백질이나 혈색소 등과 결합한 형태와 물리적으로 해리된 상태로 폐까지 운송된다. 신체는 이 완충 과정을 적절히 조정하면서 pH를 중성으로 유지한다. 따라서 pH, pCO₂, HCO₃^- 측정 결과를 함께 조합해서 평가하면 체 내 산-염기 상태를 확인할 수 있다.

<표 1> pH, HCO₃^-, pCO₂ 와 산염기 조절장애의 유형

호흡기성 산-염기 평형 이상
혈액에 녹아있는 중탄산 이온(HCO₃^-)은 그 자체가 pH 6.1을 띄는 약산성이므로 지나치게 농도가 증가하면 혈중 pH는 내려가게 된다. 만일 호흡기에 문제가 생겨 이산화탄소를 외부로 배출할 수 없을 경우, 혈중에 평소보다 더 많은 이산화탄소가 녹아 궁극적으로 중탄산 이온 농도 역시 증가하게 된다. 이 경우 혈중 pH는 내려가게 되는데 이를 호흡성 산증이라고 부른다. 반대로 호흡을 지나치게 자주할 경우(과호흡 상태), 이산화탄소 배출량이 정상보다 많아지므로 혈액에 녹은 이산화탄소 양이 줄어들고, 중탄산 이온 농도까지 감소한다. 이 상태에서는 혈중 pH가 올라가는데 이를 호흡성 알칼리증으로 부른다.

대사성 산-염기 평형 이상

중탄산 이온(HCO₃^-)은 위와 같이 호흡기를 통해서도 배출되지만, 신장을 통해서 소변과 함께 배출되는 양 또한 무시 할 수 없다.

따라서 호흡기에 문제가 없어 정상적인 호흡을 통해 산소를 받아들이고 이산화탄소를 배출하는 사람도 신장에 문제가 생길 경우 중탄산 이온 배출 문제로 인해 체내 산-염기 평형이 깨지게 된다. 신장에 문제가 생겨 재흡수 능력이 떨어지면 혈중중탄산 이온 농도가 감소한다. 이 때에는 신체가 산을 비정상적으로 많이 생성하는 경우가 많아 pH도 감소하게 된다.

또한 이산화탄소 농도 역시 정상이거나 낮은 경우가 많아 호흡기는 과호흡을 통해 보상하려고 한다. 이 상태를 대사성산증이라고 부른다. 반대로 신장 기능 부진으로 인한 배설감소나 재흡수 촉진 또는 구토 등으로 인해 혈중 중탄산 이온 농도가 증가할 경우 pH도 증가하는 대사성 알칼리증이 나타난다. 이 때 신체는 알칼리증을 보상하기 위해 이산화탄소 농도가 상승하게 된다.

중탄산 이온 농도 증감과 연관된 질병

 - 증가하는 경우 : 구토로 인한 위산 상실, 저 K 혈증, 이뇨제 투여 등

 - 감소하는 경우 : 당뇨병성 혼수, 신부전, 젖산 증가증, 요독증, 살리실산(아스피린의 주원료) 중독 등

중탄산 이온 농도와 당뇨병

당뇨병은 혈당 조절이 되지 않아서 생기는 질환으로, 선천성인 제1형과 달리 제2형 당뇨병은 인슐린이라 는 혈당 조절 호르몬의 기능과 분비에 문제가 생길 경우 발병한다. 특히 혈당을 낮추는 인슐린의 기능이 떨어져 세포가 포도당을 효과적으로 연소하지 못하는 상태를 인슐린 저항성이라 부르는데 제2형 당뇨병에서는 인슐린 저항성이 심해진다. 그 결과 근육과 지방조직에서 인슐린의 증가를 알아채지 못하여, 인슐린의 작용이 일어나지 않는다. 또한 대사성 산증으로 인해 중탄산 이온 농도가 내려가면 인슐린 저항성을 일으킨다고 알려져 있다.

미국 브리검 여성 병원은 이와 같은 사실을 근거로 중탄산 이온 농도와 제2형 당뇨병 발병과도 연관이 있을 것으로 예상했다. 이를 확인하기 위해 1989~1990년에 당뇨병이 없는 3만 2,826명의 여성 간호사 가운데 1990~2000년에 제2형 당뇨병을 일으킨 630명(증례군)과 평균 나이, 인종, 채혈날짜, 채혈 당시 공복상황이 일치한 730명(대조군)을 이용해 혈중 중탄산 이온 농도와 10년간의 당뇨병 위험의 관련성을 검토했다. 증례군은 대조군에 비해 혈중 중탄산 이온(HCO₃^-) 농도가 높으면 당뇨병 발병 위험이 24%가 낮다고 발표했다.

 중탄산 이온 측정

일반적으로 중탄산 이온은 혈액가스 분석기로 측정한다. pH와 pCO₂  측정값을 계산식에 대입하여 혈장(혈액의 액체 성분)에 존재하는 중탄산 이온 농도를 측정한다. 대부분의 혈액가스 분석기는 혈장에 존재하는 중탄산 이온 농도와 일정 수준의 pO₂ / pCO₂ 농도를 유지한 가스와 혈액을 혼합한 표준 중탄산 이온 농도 두 가지를 모두 측정한다.

[참고자료]
1. 대한임상병리파일
2. Radiometer 혈액가스분석 handbook
3. 메디칼 트리뷴

자료출처: 영인과학