Fluid therapy 수액 요법] 정질(crystalloid)용액과 교질(colloid)용액

Fluid therapy 수액 요법

- 정맥투여용 수액은 크게 정질(crystalloid)용액과 교질(colloid)용액으로 구분된다.

- 정질과 교질의 구분은 1861년 Thomas Graham에 의하여 막으로 구분되는 두 구획간 의 투과 여부에 따라 구별되었다.

- 정질은 혈관과 같은 생체막을 쉽게 투과하는 반면, 교질은 투과하지 못한다.

- 교질용액 성분 중 알부민의 혈관 투과성에 대하여는 논란이 있다.

	정질(crystalloid)용액	교질(colloid)용액
생체막 투과 여부	O	X
대표 수액	1) 생리식염수(normal saline, NS) 2) 하트만 용액 (Hartman Solution) =젖산화 링거 용액(Lactated Ringer's solution) 3) 정상 pH를 가지는 정질용액) ex)  Plasmasolution A 4) 포도당 용액 ex)  5%DW, 10%DW, 5%DWNaK3	1) 알부민 용액 2) Hetastarch (Hydroxyethyl starch) ①헥스텐드주 (Hextend) ②볼루라이트주6%(Volulyte) 3) 덱스트란 제재(*23년 기준 수액으로는 잘 사용하지 않는듯 함)
사용하는 경우	-탈수로 인한 혈액량 감소시 투여 -혈장량의 증가가 주요 목표일 경우 투여 -세포외액량의 전체적인 증가가 목표 (탈수의 경우 세포외액이 구획마다 거의 동등한 비율로 부족하기 때문)	-출혈로 인한 혈액량 감소시 투여 -세포 외 공간(간질 공간, 혈관 내 공간) 보충시 유용 -> 간질 체액과 혈관 내 체액의 소실을 동시에 가져오는 탈수 환자들에게 사용 *알부민을 함유하는 교질액은 저알부민혈증에 의해 혈량저하증이 생긴 경우에 적합

 

*출혈과 관련한 보충 설명.

-출혈 정도에 따라 수액의 종류 선택이 달라질 수 있음.

■15% 이하의 경한 출혈

-부족한 혈관내의 용적을 채우기 위해 조직간액이 혈관 내로 이동하게 된다.

-정질용액 투여 시 혈장량의 증가보다는 조직간액의 증가 효과가 더 크기 때문에, 정질용액을 투여함으로써 부족한 조직간액을 보충시킬 수 있다.

■15% 이상의 출혈 시

-신체의 여러 가지 보상 기전에도 불구하고 심박출량이 감소되며, 수액요법의 일차적 목표는 혈관 내 용적을 증가시켜 심박출량을 적절히 유지하는 것이 된다.

-교질용액이 정질용액에 비하여 3 - 4배 정도 혈장 증량 효과를 가지므로 심박출량의 유지에 효율적이다.

-즉, 심한출혈이나 신속한 용적 소생술(volume resuscitation)이 필요한 경우 교질용액을 고려할 수 있음.

-대부분의 임상에서 3 -4 L 이상의 수액 투여가 필요한 경우에는 교질용액과 정질용액을 1:3의 비율로 함께 투여하는 것이 일반적이다.

 

* 비용과 효율성

-교질용액은 정질용액에 비하여 가격이 더 비싼 단점이 있다.

-하지만 교질용액의 사용이 임상 조건에 적합한 경우 교질용액이 가지는 여러 장점을 고려한다면 비용 대비 효율성 면에서 교질용액의 선택이 유리할 수도 있다.

 

 

1. 정질용액 (crystalloid)

- 혈관 외 공간으로 자유로이 확산될 수 있는작은 분자들로 이루어진 전해질 용액

- 대개 기본적으로 염화나트륨을 포함한다. (순수 포도당 용액은 염화나트륨(NaCl)을 포함하지 않기 때문에 정질용액으로 분류하지 않는 경우도 있다.)

- 나트륨은 세포외액에 주로 함유되어있는 용질이며, 세포외액 중 75-80%가 조직간액으로 구성

-> 정질용액(crystalloid)의 투여시 75 -80% 정도는 혈관을 빠져나와 조직 간액으로 분포하게 된다.

-> 정맥 내로 투여된 나트륨도 같은 비율로 분포되므로, 투여된 염화나트륨 용액(생리식염수) 의75-80%는 조직간액으로 이동하여 분포하게 됨.

-> 결국 정질용액(crystalloid)의 투여 시 주요한 효과는 혈장량의 증가보다는 조직간액의 증가임.

- 경한 출혈 시에는 조직간액이 혈관내로 들어오게 되므로 정질용액의 투여는 부족한 조직 간액을 보충하며 동시에 혈관내 용적의 증가 효과.

 

<정질용액 (crystalloid)의 종류별 구성 성분 비교>

Fluid	mEq/L							Osmolality (mOsm/L)
	Na+	Cl-	K+	Ca2+	Mg2+	Buffers	pH
Plasma	140	103	4	5	2	bicarbonate(25)	7.4	290
0.9% NaCl	154	154	-	-	-	-	5.7	308
Hartmann Sol	130	109	4	3	-	Lactate(28)	6.4	273
Plasma A sol	140	98	5	-	3	Acetate(27) Gluconate(23)	7.4	295

 

(1) 생리식염수(normal saline) = 0.9% 염화나트륨 용액 = 등장성 식염수(isotonic saline)

-혈장보다 Na, Cl 함량, osmolality는 높다. pH는 혈장보다 낮다.

-세포외액 보충을 위해 사용한다.

-심부전, 부전, 고타트륨 혈증, 간손상 등 volume control이 필요한 환자에게는 사용하지 않는다.

-많은 양을 투여할 경우 대사성 산증을 일으킬 수 있다.

-긴 수술이나 대량 출혈의 경우와 같이 아주 많은 양의 등장성 식염수를 투여하는 경우 고염소혈증성 산증(hyperchloremic acidosis)이 나타날 수 있고, 대부분 후유증은 나타나지 않는다.

-고염소혈증성 산증은 조직 허혈의 지표 중 하나인 젖산성산증 (lactic acidosis)과 감별이 필요하다.

 

(2) 하트만 용액 (Hartman Solution) = 젖산화 링거 용액(Lactated Ringer's solution)

-1880년 시드니 링거가 염화나트륨 용액에 Ca, K를 넣은 용액을 만들었고 이를 링거용액 혹은 균형 전해질 용액(balanced electrolyte solution)라고 한다.

-1930년대 알렉시스 하트만이 링거 용액에 완충제인 젖산(lactate) 28 mEq/L를 첨가해서 대사성 산증의 예방과 치료를 위한 수액으로 사용하기 시작하였다.

-> 그래서 하트만 용액 혹은, 젖산화 링거 용액이라고 부르는 것!

- 생리식염수(normal saline)보다 혈장과 비슷함.

-하트만 용액의 K, Ca 이온 농도는 혈장과 비슷하다. 양이온이 첨가된 만큼 전기적 중성을 유지하기 위해 필요한 Na이온의 요구량이 감소되기 때문에 생리식염수(normal saline)보다 Na 함량이 낮다.

-마찬가지로 젖산(28 mEq/L)을 첨가함으로써 음이온인 Cl 이온의 농도를 감소시켜 결과적으로 하트만 용액의 Cl 이온 농도(109 mEq/L)는 혈장(103 mEq/L)과 비슷하게 되었다.

-> 대량으로 투여시에도 고염소혈증성 산증(hyperchloremic acidosis)의 발생 위험이 낮다.

- 간질환이 있는 경우 lactate 대사가 잘 되지 않으므로 사용에 주의한다.  

-Ca이온이 몇몇 약물들과 결합해서 그 효과를 감소시킬 수 있는데, 이러한 약물들로는 aminocaproic acid, amphotericin, ampicillin, thiopental 등이 있다.

- Ca 이온은 혈액 제재에 들어있는 항응고 성분인 구연산과 결합하여 항응고 작용이 비활성화시키고, 수혈 중 혈전을 만들 수 있다.

-> 적혈구 농축액을 희석하는데 젖산화 링거 용액을 사용해서는 안된다.

-

용액에 Ca이 포함되어 있어 수혈시 부적합하다.

 

(3) 정상 pH를 가지는 정질용액(crystalloid) *정상 pH 범위 7.35-7.45

- 국내에서는 Plasmasolution A (플라스마솔루션에이)가 출시되어 있다. K (5 mEq/L),  Mg (3 mEq /L)을 함유하고 있으며, Isolyte만 인산염(1 mEq/L) 을 함유하고 있다.

-Ca 이온 대신 Mg 이온을 첨가하여 혈장과 더 비슷하게 만들고, pH를 7.4로 맞춘 용액이다

-Ca 이온 대신에 Mg 이온이 함유되어 있어 Ca 이온에 의한 혈관 수축의 예방 및 “no-reflow”현상을 방지할 수 있다는 장점이 있다.

-반면 신기능이 감소된 환자에서는 고마그네슘혈증(hypermagnesemia)을 유발할 수 있다.

-마그네슘이온의 혈관 이완 효과로 인하여 저혈량증 환자에서 보상적인 혈압 증가 효과가 감소할 수도 있다.  

 

(4) 포도당 용액

-5%DW, 10%DW, 5%DWNaK3 등이 있다.

-과거 경구적 및 비경구적 영양법이 도입되기 전에 장기 간 금식 환자의 칼로리 공급을 위해 정맥주사용 포도당 용액을 사용하였다.

-영양 요법이 보편다양화 되면서 장기간 금식 환자에서 칼로리 보충을 위한 포도당 용액의 사용은 감소되는 추세다.

-5% 포도당 용액의 투여로 인한 혈장 용적 증가효과는 상대적으로 비효율적이다.

- 5% 포도당 용액은 정상인에서 약 5% 정도 젖산의 생성을 증가시키며 그 정도는 링거 용액보다 더 심하다. 증가된 젖산은 중추신경계에 축적되어 허혈성 뇌손상 환자의 증상을 악화시키므로 뇌혈류가 불충분한 환자에서는 포도당을 투여하지 않는 것이 좋다.

-순환혈류가 제한될 경우에 5% 포도당 용액의 투여는 대사에너지 공급보다는 오히려 대사성 산증을 유발할 수 있다.

 

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2. 교질 용액 (colloid)

-혈장은 모세혈관벽을 통해 쉽게 확산되지 않는 알부민과 같은 분자량이 큰 단백질들을 함유하여 교질삼투압(colloid osmotic pressure 또는 oncotic pressure)을 형성한다.

- 건강한 사람에서 혈장의 교질삼투압은 기립자세에서는 25mmHg, 앙와위에서는 20 mmHg 정도이다.

- 교질용액(colloid)도 크고 확산이 안 되는 용질을 가지고 있다. 혈관벽을 통해 자유롭게 이동하지 못하고 혈관 내에 남은 용질들은 교질삼투압을 형성하여 수분을 잡아둠으로써 혈장량을 증가시킨다.

-정질용액(crystalloid) 의 반감기가 20 -30분 정도인데 비하여 대부분의 교질용액(colloid)은 반감기가 3 -6 시간이다.

->교질용액(colloid)은 더욱 빠르고 장시간 유지되는 혈관내액(혈장량) 보충에 유용하다.

-그러나 교질용액(colloid)은 혈액응고 장애나, 알러지 반응을 일으킬 수 있다.

 

- 각각의 교질액은 교질삼투압에 따라 혈장 용적을 증가시키는 정도에 차이가 있다.

- 더 높은 교질 삼투압을 보이는 교질용액이 혈장 용적을 더 많이 증가시킨다.

- 혈장보다 높은 교질 삼투압(>25 mmHg)을 가지는 수액을 투여하는 경우에는 투여량보다 혈장 용적이 더 많이 증가한다.

ex) 25% 알부민의 교질 삼투압은 70mmHg로서 혈장의 3-4배에 달하며 투여된 용량의 3 - 4배 에 이르는 혈장 증량 효과를 낸다.

 

(1) 알부민 용액

-알부민은 간에서 만들어진다.

-혈장이 가지는 교질삼투압의 75%를 차지하여 완충액으로서 작용한다.

-혈소판 응집을 방해해서 체내의 혈류를 유지하는 역할을 하며, 혈액 내에서 물질을 운반하는 주요 단백질로서의 기능도 가진다

-알부민 용액은 사람 혈청 알부민을 열처리해서 등장성 식염수에 희석해서 만든다.

- 5%와 25%의 두 가지 제품이 있다.

- 5% 알부민 용액은 알부민 농도(5 g/dL) 및 교질삼투압(20 mmHg)이 혈장과 같다.

- 5% 용액 : 저혈량증 환자나 혈관 내 albumin 결핍 환자에 사용

- 20% 용액 : 수분과 나트륨 섭취를 최소화해야 하는 환자에 사용. 급성 출혈이나 탈수에 대한 용적 보충 요법으로 쓰여서는 안 된다.

 

(2) Hetastarch (Hydroxyethyl starch)

- 전분 중합체를 화학적으로 변형시켜 등장성 식염수에 용해시킨 용액이다.

- 헥스텐드주, 볼루라이트주6%,덱스트란 제재 등의 제품이 시판되어 있다.

- 전분 분자의 평균 분자량에 따라 고분자량(450,000 daltons), 중분자량(200,000 daltons), 저분자량(70,000 daltons)의 세 가지로 나눌 수 있다.

-고분자량 hetastarch는 가장 강한 삼투압을 가져 혈장 증량 효과가 크나 출혈을 비롯한 부작용 발생의 위험이 가장 높다.

 

-Hetastarch의 제거는 두 단계로 이루어진다. 우선 혈액 내의 전분 분자들이 아밀라아제 효소에 의해 가수분해되어 분자량 50,000 dalton 미만의 작은 조각들로 분해되고, 분해된 작은 조각들은 신장을 통해 제거된다. 전분의 청소율은 몇 주까지 연장될 수도 있지만, 교질삼투압 효과는 하루면 소실된다.

* hetastarch사용 관련 거대아밀라아제혈증(macroamylasemia)과 급성 췌장염

■ hetastarch사용 관련 거대아밀라아제혈증(macroamylasemia): hetastarch는 혈액 내 아밀라아제에 의해 분해되어서 신장에서 체외로 배출된다. 이 과정에서 아밀라아제는 hetastarch 분자에 결합하여 신장에서 아밀라아제 제거가 저해된다. -결과적으로 혈액 내 아밀라아제 농도가 정상의 2 - 3배까지 증가할 수 있다. -고아밀라아제혈증 자체는 별다른 해가 없지만 이를 급성 췌장염의 소견으로 잘못 알아서 진단 및 치료를 위해 불필요한 시술을 시행할 위험이 있다. -hetastarch사용 관련 거대아밀라아제혈증에서 리파아제 농도는 올라가지 않는다는 점이 오진을 피하는 단서가 될 수 있다.

 

- 6% hetastarch의 혈장 증량 효과는 5% 알부민과 유사하다. 삼투압은 30 mmHg로 5% 알부민(20 mmHg)보다 높으며, 이로 인해 혈장 증량 효과도 약간 높다. 혈장 용적에 미치는 영향은 24시간 내에 소실된다. hetastarch가 비용은 적게 들지만, 신체의 항상성을 깨뜨릴 위험이 더 크다.

 

-Hetastarch의 주요 부작용의 하나는 출혈 경향을 야기하는 것인데 이것은 혈액 응고 인자 Ⅶ 및 폰 윌레브란트 인자의 기능을 저해하고 혈소판의 부착성(adhesiveness)을 손상시켜서 나타난다. 주로 고분자량 hetastarch에서 발생하고, 중분자량 hetastarch에서는 좀 덜 나타나고, 저분자량 hetastarch에서는 거의 없다.

- Hetastarch로 인한 출혈은 24시간 내에 투여되는 hetastarch의 양을 1,500 mL 이하로줄이거나 기존의 혈액 응고 이상(특히, 폰 윌레브란트병)이 있는 환자들에서는 hetastarch의 사용을 피하는 등의 방법으로 위험을 최소화할 수 있다.

 

 

①헥스텐드주 (Hextend)

- 여러 가지 전해질을 포함하는 완충용액에 용해되어 있는 평균분자량 670,000 dal-ton의 6% hetastarch 용액.

- 나트륨(143 mEq/L), 염소(124 mEq/L), 칼륨(3 mEq/L), 칼슘(5 mEq/L), 마그네슘(0.9mEq/L), 젖산(28 mEq/L) 그리고 포도당(0.99 g/L) 등을 함유

- 평균분자량이 크기 때문에, 혈장 증량 효과는 투여량 대비 160% 정도로 매우 큰 편

 

②볼루라이트주6%(Volulyte)

-여러 가지 전해질을 포함하는 완충용액에 용해되어 있는 평균분자량 130,000 dalton의 hetastarch 제제

- 나트륨(137 mEq/L), 염소 (110 mEq/L), 칼륨(4 mEq/L), 마그네슘(1.5mEq/L), 아세트산(34 mEq/L) 등을 함유

-젖산은 간과 신장의 대사기능에 의존하여 완충작용을 나타내지만 아세트산은 이러한 장기의 대사기능에 크게 영향을 받지 않아 쇼크 상태의 환자에서도 양호한 완충효과를 나타내는 장점이 있다.

- 평균분자량이 작아 혈액 응고에 미치는 영향이 적은 장점이 있다.

 

(3) 덱스트란 제재

-덱스트란을 등장성 식염수(NS)에 용해시킨 제제

-덱스트란은 세균(Leuconostoc)을 설탕 배지에서 배양하였을 때 만들어지는 포도당 중합체이다.

-가장 많이 쓰이는 덱스트란 제재는 10% 덱스트란-40과 6% 덱스트란-70으로 평균 분자량에 차이가 있다. 두 제제의 교질 삼투압은 40 mmHg로 같으며 % 알부민이나 6% hetastarch보다 혈장 증량 효과가 크다. 작용시간이 더 긴 덱스트란 - 70 (12시간)이 덱스트란 - 40 (6시간)에 비해 더 선호된다.

 

-덱스트란은 용량에 비례해서 출혈 위험이 높아진다.

-혈액 응고 장애는 일일 덱스트란 투여량을 체중 ㎏당 20 mL이하로 제한함으로써 최소화시킬 수 있다.

-덱스트란은 적혈구 표면을 덮어서 교차시험을 방해할 수 있으므로 교차시험 시 반드시 세척을 시행해야 한다. 또한, 적혈구와의 결합을 통해서 적혈구 침강 속도를 증가시킬 수 있다.

-드물게 급성 신기능 장애를 일으킬 수 있다.

 

 

<주요 제품 및 가격 비교>

■정질(crystalloid)용액

상품명	생리식염수 (NS)	중외5%포도당주사액 (1000mL)	이노엔하트만액(1000mL)	플라스마솔루션에이주(1000mL)
제조사	대한약품공업	제이더블유중외제약	에이치케이이노엔	에이치케이이노엔
가격	1595원/1000mL/백	1632원/1000mL/백	1675원/1000mL/백	4,977원/1000mL/백

 

■교질(colloid)용액

상품명	녹십자알부민5% [100mL]	녹십자알부민20% [50mL]	제일펜타스타치10%주	볼루라이트주6%
제조사	녹십자	녹십자	제일약품	프레지니우스카비코리아
가격	28,824원/100mL/병	52,991원/50mL/병	21,223원/500mL/백	23,751원/500mL/백

 

 

 

■ referance

■ 연세대학교 의과대학 마취통증의학과 교실, 수액 요법: 수액의 종류와 특성, Korean Med Assoc 2010 December; 53(12)

■ Richard H Sterns, MD, Michael Emmett, MD, John P Forman, MD, MSc, <Maintenance and replacement fluid therapy in adults>, lexicomp_up to date (acess date: 23.04.21)

사진출처: 약학정보원, 각 제약사 홈페이지