신체에서 일어나는 대사작용은 효소에 의하여 촉매됩니다. 효소는 적정한 산도(pH)에서 작용하며 체액의 산도는 일반적으로 7.35~7.45의 매우 좁은 범위에서 유지되고 이를 위하여 완충계, 호흡계, 신장이 함께 작용하고 있습니다.
음식의 섭취 및 대사작용에 의하여 매일 많은 양의 산이 생산되고 이들의 대부분인 탄산(H2CO3)은 적혈구 내의 헤모글로빈과 결합하여 폐로 이동되어 배출되며 그 외 케톤산(keto acid), 황산(sulfuric acid), 인산(phosphoric acid) 등은 혈액을 통하여 신장으로 배설합니다.
동맥혈의 산도, 이산화탄소 분압(PCO2),중탄산염을 측정하여 체내 산염기 상태를 파악하고 이를 조절하는 완충계, 호흡계, 신장의 산염기 조절능력을 평가하고 이와 함께 산소분압(PO2)을 측정하여 체내 산소 공급 상태를 평가하는 검사를 동맥혈액가스검사(arterial blood gas analysis, ABGA)라 부릅니다.
호흡계의 주기관인 폐의 질환 및 폐에 혈액을 공급하는 심장질환, 폐를 조절하는 뇌질환으로 인한 산염기 불균형과 신장계의 주기관인 신장의 질환 및 신장을 조절하는 내분비 기관의 질환 그리고 완충계의 주 요소인 중탄산염을 직접 소실하는 소화기질환, 신장 질환, 강산을 대량 생산하여 완충계를 소모시키는 당뇨병, 허혈성 쇼크 등도 산염기의 불균형을 초래할 수 있으며 이뇨제, 알코올 등 각종 약물들의 복용여부도 산염기 불균형과 관련이 있습니다.
산도, 이산화탄소 분압, 산소 분압을 직접 측정하며 중탄산염, 용존 이산화탄소 (dCO2), 총 이산화탄소 등은 기기에서 자동으로 계산됩니다.
혈액가스검사의 측정을 위한 검체로는 헤파린 처리된 주사기로 채혈된 전혈이 주로 사용되며 적절한 채혈과 검체의 관리가 매우 중요하다 할 수 있습니다.
이 지표들의 참고범위는 아래 표와 같습니다. 검체가 공기에 접한 경우 산소 분압은 증가하고 이산화탄소 분압은 감소한 결과를 보이며 장시간 방치한 경우 혈구세포의 대사로 인해 산소 분압은 감소하고 이산화탄소 분압은 증가한 결과를 보이게 됩니다.
혈액의 산염기 상태를 나타내며 7.35 이하인 경우는 산혈증(acidemia), 7.45 이상인 경우는 알칼리혈증(alkalemia)이라고 합니다. 산혈증은 호흡성 혹은 대사성 산증(acidosis)에 의하여 생기며 알칼리혈증은 호흡성 혹은 대사성 알칼리증(alkalosis)에 의하여 발생합니다. 정상 참고범위는 pH 7.35~7.45 입니다.
혈액 중 산소의 양을 나타내며 110mmHg 이상인 경우 고산소혈증(hyperoxemia)이라고 하며 80mmHg 이하인 경우는 정도에 따라 세분하여 60mmHg까지는 경도, 40mmHg까지는 중등도, 40mmHg 이하는 고도 저산소혈증(hypoxemia)이라고 합니다. 혈액 중 산소를 감소시키는 질환에는 폐뿐만 아니라 심장의 질환, 뇌 질환 등이 있습니다. 산소 부족은 호흡을 증가시켜 호흡성 알칼리혈증을 유발하기도 하며, 조직에 산소의 공급부족으로 대사성 산혈증을 유발하는 산염기 질환과도 관련이 있습니다. 정상 참고범위는 80~ 110mmHg입니다.
혈중 이산화탄소 (CO2)의 양을 나타내며 이는 폐에서 호흡에 의한 이산화탄소 배출의 정도를 반영합니다. 35mmHg이하인 경우 저이산화탄소혈증(hypocapnea)이라 하며, 과호흡(hyperventilation)혹은 호흡성 알칼리증을 의미하고 45mmHg이상인 경우 고이산화탄소혈증(hypercapnea)이라 하며 저호흡 혹은 호흡성 산증을 의미합니다. 정상 참고범위는 35~45mmHg 입니다.
혈액 중 가장 대표적인 중탄산염 완충계를 표시하는 지표로 28mmHg 이상인 경우 대사성 알칼리증, 22mmHg 이하인 경우 대사성 산증을 의미합니다. 정상 참고범위는 22 ~26mmHg입니다.
가장 흔한 원인은 각종 폐 질환(폐렴, 폐울혈, 폐색전증 등)에서 저산소증에 의한 호흡중추의 자극 또는 폐 수용체의 자극에 의하여 호흡이 증가되는 경우를 들 수 있습니다. 또한 살리실산, 프로제스테론 같은 약물에 의하여 호흡중추가 직접 자극 된 경우, 기전은 불명확하나 그람 음성 패혈증에서도 나타날 수 있습니다.
대사성 보상작용으로 수초 내에 조직에 의한 완충작용이 일어나고 신장에서 초기에는 중탄산염 배출을 증가시키고 이후 암모늄이온(NH4+)과 적정산(titrable acid)배출을 감소시킴으로써 중탄산염이 감소합니다 (급성의 경우 18 mmol/L, 만성의 경우 12 mmol/L까지 감소합니다).
만성 폐쇄 폐 질환, 천식 등 폐질환에서 가장 흔하며, 호흡 신경 질환, 흉곽 질환, 뇌졸중 및 페노바비탈(phenobarbital) 같은 약제에 의한 호흡중추의 억제 등에 의해 이산화탄소의 제거가 불충분한 경우에 생길 수 있습니다.
대사성 보상작용으로 수초 내에 조직에 의한 완충작용이 일어나고 이후에 신장에서 순 산 배출(net acid secretion)을 증가시켜 중탄산염이 증가됩니다(급성에서는 30mmol/L, 만성에서는 45mmol/L까지 증가). 호흡의 감소로 산소 분압은 감소된 소견을 보이며 산소 분압이 과다하게 감소한 경우 조직의 산소 부족으로 인한 대사성 산혈증을 동반할 수도 있습니다.
구토나 치료적 위액 제거 등에 의하여 위액의 염산이 과다하게 소실되는 경우에 가장 흔히 발생하고 탈수증이나, 이뇨제를 사용한 경우에도 신장으로 중탄산염을 충분히 제거하지 못하여 일어날 수 있습니다. 한편, 치료를 위하여 중탄산염을 다량 투입하거나 대량 수혈에 의한 항응고제로 첨가된 구연산(citrate)의 과량 유입도 대사성 알칼리혈증을 초래하게 됩니다.
호흡성 보상작용으로 호흡이 줄어들어 이산화탄소분압이 증가하며 (60mmHg까지 증가) 산소분압이 감소하지만 산소분압이 60mmHg 이하로 떨어질 때까지 호흡을 줄이지는 않고 저산소혈증보다는 알칼리혈증을 유지하게 됩니다.
케토산 혹은 젖산 등의 과다생성 및 강산의 약제(아스피린, 메탄올 등)를 섭취한 경우 산에서 발생된 수소이온과의 결합으로 중탄산염이 감소됩니다. 또한 설사, 신세뇨관성 산혈증 등에 의하여 중탄산염이 체외로 직접 소실된 경우 혹은 보통 양으로 생기는 수소이온이 신부전 등에 의하여 혈중에 농도가 증가하여 중탄산염을 감소시키는 경우 등이 있습니다.
