나트륨과 수분의 병태생리학

산과 염기, 수액과 전해질 문제에 대해서 쉽게 이해하고 공부하고자 이 주제로 포스팅하고자 합니다. 임상적으로 다가가기 어려웠던 부분을 작성하고 읽어봄으로써 전체적인 개념을 이해하고 환자를 진단하고 치료하는데 도움이 되고 싶습니다. 앞으로 여러 차례에 나눠서 조금씩 공부해보겠습니다. 오늘은 나트륨과 수분의 병태생리학에 대해 포스팅 시작하겠습니다.

Sodium 과 Water

  나트륨 생리학-세포외액량 조절

  나트륨은 중요한 세포외 양이온으로 ECFV(세포외액량, Extracellular fluid volume)의 크기를 유지시켜 주는 삼투원동력 osmotic driving force의 대부분을 담당하고 있습니다. ECF(Extracellular fuid)에 있는 나트륨의 총량이 증가한다면, ECFV의 크기는 증가할 것이고, 결국 세포외액 용적 과다가 발생할 것입니다. 울혈성 심부전, 간경화, 신증후군과 같은 부종 상태는 ECF 구획에 있는 나트륨 양의 증가로 세포외액 용적 과다를 일으킨 질병의 예입니다. 세포외액 중 나트륨 양의 증가는 ECFV의 팽창을 초래하고 팽창된 ECFV는 임상적으로 부종으로 나타납니다. 용적 과다의 다른 임상적 지표는 늑막삼출, 폐부종, 복수 등입니다. ECF 구획에 있는 나트륨의 총량이 감소되고 ECFV의 크기가 감소되면, 결국 세포외액 용적 감소가 발생할 것입니다. 세포외액 용적 감소의 임상적 소견은 피부 긴장도 감소, 빈맥, 기립성 저혈압 등입니다. 용적 과다는 ECF 구획에 나트륨이 너무 많아서 발생하고, 용적 감소는 ECF  구획에 나트륨이 너무 적어서 발생합니다. 임상적으로 새포외액 중의 용적 변화가 너무 미미한 경우에는 경험 있는 임상의도 때때로 판단하기 어렵습니다. 나트륨이 대부분 ECF 구획에 국한되어 있기 때문에, 때때로 ECF 구획에 있는 나트륨의 양을 체내 총 나트륨 total body sodium으로 부르기도 합니다. 체내 총나트륨이 증가한다면, 세포외액 용적이 증가할 것이고 부종이 발생할 것입니다. 체내 총나트륨이 감소한다면, 세포외액 용적이 감소할 것이고 결국 용적 감소가 발생할 것입니다. 중요한 개념은 정상적으로 ECFV가 증가하면, 용적 증가를 막기 위해 나트륨 배설을 증가시키는 기전이 활성화되고, ECFV가 감소하면, 용적 감소를 막기 위해 신장에서 나트륨 잔류를 촉진시키는 경로가 활성화된다는 것입니다.

삼투질 농도와 긴장도

  Osmolality와 tonicity의 차이를 이해하는 것은 중요합니다. 삼투질 농도 Osmolality는 체액 구획에 있는 총 용질 농도에 의해서 결정되는 단순 수치이나 긴장도 tonicity는 모든 용질의 합쳐진 효과에 의해 한 구획에서 다른 구획으로 수분을 이동시키는 삼투압 osmotic driving force을 발생시킬 수 있는 능력을 말합니다. ECF의 긴장도를 증가시키기 위해서는 용질이 ECF구획에  국한되어야 합니다. 다시 말해서 용질이 ECF 구획에서 ICF(Intracellular fluid) 구획으로 이동될 수 없어야 하고, 그로 인해 삼투압이 증가되어 수분만 ECF구획으로 이동할 수 있게 됩니다. 즉 수분만이 삼투 평형을 유지하기 위해 ICF 구획에서 ECF 구획으로 이동합니다. 수분을 이동시킬 수 있는 용질에는 나트륨, 포도당, 만니톨, sorbitol 등이 있으며, 이와 같은 용질을 '유효 삼투질 Effective osmole'이라고 부릅니다. Sodium-potassium ATPase가 나트륨을 세포 밖으로 퍼내기 때문에 나트륨은 세포외 공간의 대부분을 차지하고, 나트륨이 세포외로 이동하면서 수분을 세포 밖으로 이동시키고 결국 세포의 위축을 초래할 수 있습니다. 따라서 나트륨은 수분 이동에 영향을 줄 수 있기 때문에 유효 삼투질입니다.

  세포외 나트륨 농도는 혈청 tonicity의 주요한 결정요소이고, tonicity의 증가는 일반적으로 세포외 나트륨 농도의 증가로 발생합니다. 세포외액 중의 tonicity 증가는 체내의 수분의 양을 조절하는 중요한 요인인 갈증과 항이뇨호르몬 antidiuretic hormone(ADH) 분비에 대한 중요한 자극원입니다. 나트륨 농도가 상승하면 갈증(수분 섭취 유발)과 ADH 분비(신장에서 수분 잔류 유발)가 자극됩니다. 나트륨 농도의 증가는 나트륨에 비해 상대적으로 수분이 적다는 것을 의미합니다. 포도당은 유효 삼투질이지만 일반적으로 세포 내로 흡수될 수 있으므로 정상적인 상태에서는 혈청 osmolality나 tonicity에 크게 기여하지 않습니다. 그러나 조절되지 않는 당뇨병에서는 혈장 포도당 농도가 심하게 상승하여 상당한 hypertonicity를 일으키고 ECF로 수분의 이동을 초래할 수 있습니다. Tonicity의 조절이 정상적인 세포의 수화(hydration) 상태와 그로 인한 세포 크기를 결정하며, 특히 뇌세포에서 중요합니다. 비정상적인 tonicity에 의한 대부분의 중요한 증상과 징후는 저나트륨혈증에 의한 뇌부종이나 고나트륨혈증에 의한 뇌 위축 때문에 발생합니다. ECF의 tonicity가 갑자기 감소하면, 수분이 ICF  구획으로 이동하여 뇌세포의 부종이 일어나며, 반대로  ECF의 tonicity가 빠르게 증가하면 수분이 뇌세포로부터 빠져나와 뇌는 위축되게 됩니다.

삼투압차

  측정된 osmolality와 계산된 osmolality의 차이를 삼투압차  osmolal gap라 부릅니다. 계산식은 'OSM gap=OSM(meas)-OSM(cale)' 나타내며, 차이가 10 mOsm/L보다 클 때 비정상이며 외인성 물질이 있다는 것을 시사합니다. 의미 있는 삼투압차의 증가는 osmolality의 계산에는 포함되지 않지만 검사실에서 측정될 때는 삼투압에 영향을 미칠 수 있는 다양한 외인성 화합물이 존재한다는 단서로 진단에 도움이 될 수 있습니다. 삼투압차를 알고 있으면 응급실에서 섭취가 의심되는 다양한 화합물을 감별하는데 유용할 수 있습니다. 나트륨, 포도당, 요소는 계산된 osmolality와 측정된 osmolality에 모두 영향을 주기 때문에 osmolal gap을 증가시키지 않습니다.