결정질 수액(Crystalloid Fluids)_The ICU Book

결정질 수액 (Crystalloid Fluids)

결정질 수액은 주로 전해질과 같은 작은 분자를 포함하는 수용액으로, 이들 분자는 혈관내 공간에서 간질 공간으로 자유롭게 확산된다.
결정질 수액의 주된 구성 성분은 염화나트륨이다.

 

생리식염수 (Normal Saline)

가장 흔히 사용되는 결정질 수액은 0.9% 염화나트륨 용액(0.9% saline)이며, 미국에서만 연간 약 2억 리터가 사용된다(Baxter Healthcare 자료).
이 용액은 일반적으로 생리식염수(normal saline)라고 불리는데, 이 명칭은 19세기말 혈장의 동결점 저하를 연구하던 네덜란드 화학자 Hartog Hamburger가 혈장을 0.9% 염용액으로 잘못 추정한 데서 유래한다.
실제로 인체 혈장은 약 0.6% 염용액이다.
0.9% saline을 등장성 식염수(isotonic saline)라고 부르기도 하지만, 이 표현 역시 정확하지 않다.

 

생리식염수는 “정상”이 아니다

0.9% saline은 화학적으로도, 생리적으로도 정상(normal)이 아니다.
화학적 의미에서 1 N(1-normal) NaCl 용액은 나트륨과 염화이온의 분자량 합인 58g/L의 NaCl을 포함해야 하지만, 0.9% NaCl 용액은 1L당 9g만 포함한다.
또한 생리적으로도 정상적이지 않은데, 0.9% saline은 혈장과 비교했을 때 여러 차이를 보인다(Table 10.2).

 

Table 10.2 Crystalloid fluids in relation to plasma

 

혈장과 비교하면, 0.9% saline은 나트륨 농도가 더 높고(154 vs. 140 mEq/L), 염화이온 농도는 훨씬 높으며(154 vs. 103 mEq/L), 삼투질농도도 더 높고(308 vs. 290 ± 5 mOsm/L), pH는 더 낮다(5.7 vs. 7.4).
이 중 염화이온 농도의 차이가 임상적으로 가장 중요하며, 이는 이후에 다시 설명한다.

 

용적 효과 (Volume Effects)

결정질 수액에 포함된 나트륨은 세포외액 전체에 균등하게 분포한다.
혈장은 세포외액의 약 20%에 불과하므로, 0.9% saline 주입의 주된 효과는 혈장 용적의 증가가 아니라 간질 용적의 증가이다.
이는 Figure 10.1에 잘 나타나 있는데, 0.9% saline 1L를 주입하면 간질 용적은 825 mL, 혈장 용적은 275 mL 증가한다.
총 세포외액 증가량(1,100 mL)이 주입량보다 약간 더 큰 이유는, 0.9% saline이 세포외액보다 약간 고삼투성이어서 세포내 수분이 세포외로 이동하기 때문이다.

 

 

모든 결정질 수액은 부종 형성을 촉진하는 경향이 있지만, 0.9% saline은 나트륨 함량이 더 높기 때문에 그 경향이 더 클 수 있다(Figure 10.1).
또한 0.9% saline은 급성 신손상(AKI, acute kidney injury)의 원인으로 지목된 바 있으며, 이는 나트륨 저류를 촉진하여 부종 형성을 더욱 악화시킨다.

 

염화이온의 해로움 (The Evils of Chloride)

0.9% saline의 높은 염화이온 농도는 두 가지 부작용과 관련된다.
첫 번째는 고염소성 대사성 산증으로, 등장성(0.9%) saline 주입에서 가장 흔히 언급되는 부작용이며, 빠르거나 장기간 주입 시 발생한다.
이는 부인과 수술 중 대량 수액 주입을 조사한 연구(Figure 10.2)에서 잘 나타나는데, 등장성 saline 주입군에서는 혈액 pH가 7.41에서 7.28로 점진적으로 감소한 반면, 등장성 saline보다 염화이온 농도가 훨씬 낮고(109 vs. 154 mEq/L), 완충제로 lactate를 포함한 Ringer’s lactate 주입군에서는 pH 변화가 없었다.
이러한 이유로 0.9% saline은 당뇨병성 케톤산증과 같은 상황에서 소생 수액으로서의 선호도가 감소하였다.

 

 

두 번째 부작용은 신기능 저하로, 이는 염화이온에 의해 매개되는 신혈관 수축 때문으로 설명된다.
염화이온 제한 전략(Ringer’s lactate 또는 Plasma-Lyte 사용)을 적용한 연구에서는 0.9% saline을 사용하는 염화이온 자유 전략에 비해 급성 신손상 발생률이 더 낮았다.
다만 0.9% saline과 연관된 AKI는 대개 경미하며, 신대체요법이 필요한 경우는 드물다.

 

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링거 젖산용액 (Ringer’s Lactate)

링거 용액 계열은, 분리된 개구리 심장의 수축을 연구하던 영국 의사 Sydney Ringer로부터 시작되었으며, 그는 1880년에 심근 수축과 세포 생존능을 촉진하기 위해 칼슘과 칼륨을 포함한 식염수 용액을 도입하였다.
이 용액은 Ringer’s injection으로 알려져 있으며, 0.9% 식염수에 칼륨 4 mEq/L, 칼슘 4 mg/dL를 포함한 것이다.

 

원래의 Ringer 용액은 1930년대 초 미국 소아과 의사 Alexis Hartmann에 의해 수정되었는데, 그는 대사성 산증 치료를 위한 완충제로 sodium lactate를 추가하였다.
이 용액은 처음에는 Hartmann’s solution이라 불렸고, 현재는 Ringer’s lactate(RL) 용액으로 알려져 있다.
이 용액의 조성은 Table 10.2에 제시되어 있다.
RL의 나트륨 농도는 sodium lactate에서 방출되는 나트륨을 보정하기 위해 감소되어 있으며, 염화이온 농도는 용액 내 lactate 음이온을 반영하여 감소되어 있다.
RL의 염화이온 농도(109 mEq/L)는 혈장의 염화이온 농도(103 mEq/L)에 매우 근접하다는 점에 주목해야 한다.
따라서 RL 주입은 고염소성 대사성 산증을 유발하지 않으며, 이는 Figure 10.2에서 입증된다.

 

 

Lactate의 완충 작용

RL에 포함된 lactate는 혈중에서 수소이온과 직접 결합하여 완충 작용을 하는 것이 아니다.
대신 lactate는 간에서 흡수되어 포도당으로 전환되며, 이 과정에서 수소이온을 소비한다.

2 Lactate + 2H⁺ → Glucose

이때 수소이온은 물에서 제공되며, 그 결과 생성된 수산화이온(OH⁻)은 이산화탄소와 결합하여 중탄산염을 형성한다.

2 OH⁻ + 2 CO₂ → 2 HCO₃⁻

결과적으로 lactate 1 mmol당 중탄산염 1 mmol이 생성된다.

 

혈중 젖산 농도

RL에 포함된 lactate(28 mmol/L)가 혈중 젖산 농도를 증가시킬 것이라는 우려는 거의 주목받지 못했다.
정상 간은 시간당 약 100 mmol의 lactate를 제거할 수 있으며, 이는 RL을 시간당 3.5 L 주입하는 것에 해당한다.
건강한 성인 자원자를 대상으로 한 연구에서 RL을 30 mL/kg로 bolus 주입하였을 때 혈중 젖산은 0.9 mmol/L 정도만 증가하였고, 등장성 saline 역시 유사한 영향을 보였다.
순환 쇼크나 간기능 부전으로 인해 lactate 제거가 저하된 중환자에서 RL이 젖산 농도에 미치는 영향은 아직 연구되지 않았다.

 

주의할 점은, RL을 주입 중인 카테터에서 채혈한 혈액은 위양성 고젖산혈증을 보일 수 있다는 것이다.
따라서 RL 투여 중인 환자에서 혈중 젖산 측정은 주입 카테터가 아닌 다른 부위에서 시행해야 한다.

 

기타 문제점

RL과 관련된 기타 문제점은 다음과 같다.
1. RL에 포함된 이온화 칼슘은 저장 적혈구에 포함된 구연산 항응고제(citrated anticoagulant)와 결합하여 응고를 촉진할 수 있으므로, RL은 농축 적혈구 수혈 시 희석액으로 권장되지 않는다.
이 권고는 실험적 근거가 부족하며, 적혈구와 RL의 신속 주입이 안전하다는 연구도 존재하지만, 가능하다면 수혈 시 RL은 피하는 것이 바람직하다.

2. RL의 칼륨 농도(4 mEq/L)는 고칼륨혈증 환자에서 문제가 되지 않으며, RL에 의해 고칼륨혈증이 악화되었다는 보고는 없다.
오히려 앞서 언급한 대사성 산증으로 인해 0.9% saline이 고칼륨혈증을 더 악화시킬 가능성이 있다.

 

 

링거 아세테이트 (Ringer’s Acetate)

간질환 환자에서 RL의 lactate 완충 효과가 저하되고 혈중 젖산을 증가시킬 수 있다는 우려로, lactate 대신 acetate를 완충제로 사용한 Ringer’s acetate 용액이 개발되었다(Table 10.2).
Acetate는 주로 근육에서 대사되므로 간부전 환자에서 RL의 합리적인 대안이 된다.
다만 acetate는 심근 억제 가능성이 제기되었으나, 그 임상적 의미는 명확하지 않다.

 

기타 균형 염용액 (Other Balanced Salt Solutions)

Normosol®과 Plasma-Lyte®는 조성이 동일한 균형 염용액이다.
이들 용액은 다른 결정질 수액보다 혈장 pH에 더 가깝고, 비-lactate 완충제를 포함하여 간부전이나 위양성 고젖산혈증의 위험을 피할 수 있으며, 염화이온 농도가 혈장과 유사하여 고염소성 대사성 산증을 유발하지 않는다.
또한 칼슘 대신 마그네슘을 포함하고 있어 수혈과 병행해도 안전하며, 혈장에 가장 가까운 등장성을 가진다.
이론적으로는 이상적인 혈장 대체 수액에 가장 가깝지만, 임상적 우월성은 아직 입증되지 않았다.

 

고장성 식염수 (Hypertonic Saline)

고장성 식염수는 등장성 수액보다 훨씬 강력하게 세포외액(특히 혈장) 용적을 확장한다.
Figure 10.1에서 보듯이, 7.5% NaCl 250 mL를 주입하면 세포외액이 1,235 mL 증가하는데, 이는 주입량의 약 5배에 해당하며, 그 용적은 세포내 수분 이동에서 기인한다.

 

동물 실험에서는 고장성 식염수(hypertonic saline)가 출혈성 쇼크에서 제한 용적 소생(limited-volume resuscitation)에 효과적임이 입증되었다. 이는 Figure 10.3에 제시되어 있는데, 이 그림은 고장성 식염수가 등장성 식염수에 필요한 용적의 5분의 1만으로도 심박출량을 유지할 수 있음을 보여준다.

이러한 관찰 결과는 고장성 식염수가 소량의 소생 수액이 유리한 상황, 예를 들어 외상 환자의 병원 전 단계 소생(prehospital resuscitation)에 매우 적합할 것이라는 추정을 낳았다.
그러나 지금까지 축적된 근거를 종합하면, 외상성 쇼크의 치료에서 고장성 식염수는 등장성 결정질 수액과 비교하여 생존율상의 뚜렷한 이점을 보여주지 못한다.

 

외상성 뇌손상 (Traumatic Brain Injury)

고장성 식염수의 주된 임상적 용도는 외상성 뇌손상 환자에서 두개내압(ICP, intracranial pressure)을 감소시키는 것이다.
전통적으로는 mannitol이 사용되어 왔으나, 고장성 식염수는 ICP 감소 효과가 동등하면서도 뇌관류압을 더 잘 유지하는 경향이 있어 사용이 증가하고 있다.
또한 mannitol과 연관된 급성 신손상의 위험을 피할 수 있다.

 

ICP 조절에 사용되는 식염수 농도는 3%에서 25%까지 다양하지만, 10% 식염수가 흔히 사용되며, 0.6 mL/kg은 20% mannitol 2 mL/kg과 삼투적으로 동등하다.
필요 시 6–8시간 간격으로 bolus 투여하여 ICP를 20 mmHg 미만으로 유지하며, 혈청 삼투질농도가 320 mOsm/kg H₂O 미만인 한 치료를 지속할 수 있다.
그러나 고장성 식염수나 mannitol을 이용한 ICP 조절이 외상성 뇌손상 환자의 생존율을 개선하지는 못한다.

Reference

Paul L. Marino. Chapter 10. Intravenous Fluids. The ICU book 5th ed.

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https://blog.naver.com/dailyreview7/224139540735

패혈증 환자의 수액 치료_Fluid Management in Sepsis

 

2026.01.09 - [중환자의학] - 교질 수액(Colloid fluids)_The ICU Book

교질 수액(Colloid fluids)_The ICU Book