음이온차이

3. 정상 범위 및 임상적 의의

음이온 간격을 계산하는 것은 여러 질병 상태를 구별하여 진단하는 데 도움을 주므로 임상적으로 유용하다.^[3] 전체 양이온(양전하 이온)의 수와 전체 음이온(음전하 이온)의 수는 같아야 전체 전하가 중성이 된다. 그러나 일상적인 검사에서는 모든 유형의 이온을 측정하지는 않는다. 음이온 간격은 계산에 사용되는 실험실 측정에서 고려되지 않은 이온의 수를 나타낸다.

정상적인 건강 상태에서는 혈청 내에서 측정 가능한 음이온보다 측정 가능한 양이온이 더 많다. 따라서 음이온 간격은 일반적으로 양수이다. 혈장이 전기적으로 중성이라는 것을 알고 있으므로, 음이온 간격 계산은 측정되지 않은 음이온의 농도를 나타낸다고 결론지을 수 있다. 음이온 간격은 산-염기 균형에 기여하는 혈청 성분의 농도 변화에 따라 달라진다.

음이온 간극을 계산하기 위해 서로 다른 실험실에서 서로 다른 공식과 절차를 사용하므로, 한 실험실의 기준 범위(또는 "정상" 범위)는 다른 실험실의 범위와 직접적으로 호환되지 않는다. 검사를 수행한 특정 실험실에서 제공하는 기준 범위를 항상 사용하여 결과를 해석해야 한다.^[3]

최신 분석기는 이온 선택 전극을 사용하여 정상 음이온 간극을 11 mEq/L 미만으로 나타낸다. 따라서 새로운 분류 시스템에 따르면, 높은 음이온 간극은 11 mEq/L 이상이다. 정상 음이온 간극은 종종 3–11 mEq/L의 예측 구간 내로 정의되며,^[8] 평균은 6 mEq/L로 추정된다.^[9]

과거에는 음이온 간극 측정 방법으로 [HCO] 및 [Cl⁻]에 대한 비색법과 [Na⁺] 및 [K⁺]에 대한 화염 광도법이 사용되었다. 따라서 [K⁺]를 포함하지 않을 때는 정상 기준 값이 혈장 8~16 mEq/L였고, [K⁺]를 포함할 때는 혈장 10~20 mEq/L였다.

사람의 신체는 기본적으로 개체 전체로 볼 때 전기적으로 중성이다.^[22] 즉, 양이온의 가치만큼 음이온이 존재한다. 양이온은 주로 나트륨 이온이며 음이온은 염소 이온, 중탄산 이온, 유기산이다. 따라서 음이온 차이를 다음과 같이 정의하면 대략적으로 유기산이 얼마나 있는지 파악할 수 있다.

:음이온 차이 = 나트륨 이온 - (염소 이온 + 중탄산 이온)

4. 높은 음이온 간격의 원인

높은 음이온 차이는 측정되지 않은 음이온의 농도 증가를 간접적으로 나타낸다. 질병이나 중독으로 인해 젖산, 베타-히드록시부티르산, 아세토아세트산, PO^3-, SO^2-와 같이 측정되지 않은 음이온의 농도가 증가하면 완충 작용을 하는 중탄산염의 활동으로 인해 HCO^- 손실이 발생한다(Cl⁻의 동시 증가는 없음). 따라서 높은 음이온 차이가 발견되면 위에 나열된 측정되지 않은 음이온의 과잉을 유발하는 조건을 찾아야 한다.

음이온 간격은 측정되지 않은 이온의 변화에 영향을 받는다. 조절되지 않는 당뇨병에서는 케톤의 대사로 인해 케토산증이 증가한다. 산의 농도가 높아지면 헨더슨-하셀발흐 방정식을 통해 중탄산염과 결합하여 이산화탄소를 형성하여 대사성 산증을 유발한다. 이러한 조건에서는 산 증가에 대한 완충 작용을 하면서 중탄산염 농도가 감소한다(근본적인 조건의 결과). 중탄산염은 측정되지 않은 양이온(H⁺)에 의해 소모되어 (완충 작용을 통해) 높은 음이온 간격을 유발한다.

높은 음이온 간격 대사성 산증(HAGMA)의 원인은 다음과 같다.

• 젖산 산증
• 케토산증
• 당뇨병성 케토산증
• 위험한 알코올 사용
• 독소:
• 메탄올
• 에틸렌 글리콜
• 프로필렌 글리콜
• 젖산
• 요독증
• 아스피린
• 페노르민 (심각한 젖산 산증으로 인해 1978년 이후 미국 시장에서 더 이상 판매되지 않지만, 전 세계적으로 여전히 문제임. "오래된 메트포르민")
• 철분
• 아이소니아지드
• 시안화물, 정맥 산소 포화도 상승과 결합
• 신부전, 산 배설 감소 및 HCO^- 재흡수 감소로 인해 높은 음이온 간격 산증을 유발한다. 황산염, 인산염, 요산 및 히푸르산의 축적이 높은 음이온 간격을 차지한다.

• 체내에서 중탄산 이온이 감소하는 경우, 보상적으로 염화물 이온이 상승하여 음이온 간격은 불변인 대사성 산증이 된다.
• 체내에서 무기산이나 케토산이 상승하는 경우(생성 증가 또는 배출 감소), 음이온 간격이 상승하는 대사성 산증이 된다.
• 신부전
• 당뇨병성 케토산증
• 젖산 산증

5. 정상 음이온 간격의 원인 (고염소혈증성 산증)

정상 음이온 간격을 가진 환자에서는 중탄산염(HCO)의 감소가 주된 병리 현상이다. 다른 주요 완충 음이온이 하나밖에 없기 때문에, 이는 염화물(Cl)의 증가로 거의 완전히 보상되어야 한다. 따라서 이를 고염소혈증성 산증이라고도 한다.

손실된 HCO는 염화물 음이온으로 대체되므로 정상 음이온 간격이 나타난다.

• 위장관계에서 HCO 손실 (예: 설사) (참고: 구토는 저염소혈증성 알칼리증을 유발한다.)
• 신장에서 HCO 손실 (예: 근위 신세뇨관 산증(RTA), 제2형 RTA라고도 함)
• 신장 기능 장애 (예: 원위 신세뇨관 산증, 제1형 RTA라고도 함)
• 신성 저알도스테론증 (예: 고칼륨혈증을 특징으로 하는 신세뇨관 산증, 제4형 RTA라고도 함)

• 섭취
• * 염화암모늄 및 아세타졸아미드, 이포스파미드.
• * 고영양 수액 (예: 총 비경구 영양)
• 일부 케톤산증의 경우, 특히 나트륨 함유 용액(정맥 주사)을 사용한 재수화 동안.
• 알코올(예: 에탄올)은 일부 환자에서 높은 음이온 갭 산증을 유발할 수 있지만, 동시성 대사성 알칼리증으로 인해 다른 환자에서는 혼합된 양상을 보일 수 있다.
• 무기질 코르티코이드 결핍 (애디슨병)

• 체내에서 중탄산 이온이 감소하는 경우, 보상적으로 염화물 이온이 상승하여 음이온 간격은 불변인 대사성 산증이 된다.
• 체내에서 무기산이나 케토산이 상승(생성 증가 또는 배출 감소)하는 경우, 음이온 간격이 상승하는 대사성 산증이 된다.

• 장관에서의 중탄산 이온 손실

• 신장에서의 중탄산 이온 손실

• 산 부하

6. 낮은 음이온 간격의 원인

저알부민혈증은 낮은 음이온 간극을 유발하는 흔한 원인이다. 알부민은 음이온성 단백질이며, 알부민 손실은 염화물 및 중탄산염과 같은 다른 음전하 이온의 유지를 초래한다. 중탄산염과 염화물 음이온은 음이온 간극 계산에 사용되므로, 결과적으로 음이온 간극이 감소한다.^[14]

혈장 IgG (단클론감마병증) 증가를 동반하는 다발성 골수종에서도 음이온 간극이 감소한다.^[14]

7. 알부민 농도 보정

음이온 간극의 계산 값은 혈청 알부민 농도의 변화에 따라 항상 조정해야 한다.^[15] 예를 들어, 저알부민혈증의 경우 음이온 간극의 계산 값은 혈청 알부민 농도가 1g/dL 감소할 때마다 2.3~2.5 mEq/L 증가해야 한다.^[9][16][17] 임상 환경에서 혈청 알부민을 감소시키는 흔한 질환으로는 출혈, 신증후군, 장폐색 및 간 경변이 있다. 저알부민혈증은 중증 환자에게 흔하다.

음이온 간극은 종종 임상의가 중환자에게 축적될 수 있는 젖산과 같은 음이온의 존재를 감지하기 위해 침상에서 간단한 검사 도구로 사용된다. 저알부민혈증은 음이온 간극의 경미한 상승을 가릴 수 있으며, 이는 측정되지 않은 음이온의 축적을 감지하지 못하게 할 수 있다. 지금까지 발표된 가장 큰 연구(12,000개 이상의 데이터 세트 포함)에서 Figge, Bellomo 및 Egi^[18]는 음이온 간극이 치명적인 젖산 수치(4mEq/L 초과)를 감지하는 데 사용될 때 70.4%의 민감도를 보인다는 것을 입증했다. 반대로, 알부민 보정 음이온 간극은 93.0%의 민감도를 보였다. 따라서 특히 중증 환자에서 음이온 간극의 계산 값을 알부민 농도에 따라 보정하는 것이 중요하다.^[18][19][20]

다음은 수술 후 다발성 장기 부전으로 고생하는 중증 저알부민혈증 환자로부터 얻은 데이터를 이용하여 음이온 차이와 알부민 보정 음이온 차이를 계산한 예시이다.^[21]

'''계산:'''

• 음이온 차이 = [Na⁺] - ([Cl⁻] + [HCO]) = 137 - (102 + 24) = 11mEq/L.
• 알부민-보정 음이온 차이 = 음이온 차이 + 2.5 x ([정상 알부민] - [관찰된 알부민]) = 11 + 2.5 x (4.4 - 0.6) = 20.5mEq/L.

8. 추가 설명

음이온 간격 계산은 여러 질병 상태를 구별하여 진단하는 데 도움이 되므로 임상적으로 유용하다.^[3] 전체 양이온(양전하 이온)의 수는 전체 음이온(음전하 이온)의 수와 같아야 전하가 중성이 되지만, 일상적인 검사에서는 모든 유형의 이온을 측정하지 않는다. 음이온 간격은 계산에 사용되는 실험실 측정에서 고려되지 않은 이온의 수를 나타내며, 이러한 "측정되지 않은" 이온은 대부분 음이온이므로 "음이온 간격"이라고 한다.

정의에 따르면, 음이온 간격을 계산하는 데는 양이온 나트륨(Na⁺)과 칼륨(K⁺) 및 음이온 염화물(Cl⁻)과 중탄산염(HCO)만 사용된다. 칼륨은 특정 실험실에 따라 사용될 수도 있고 사용되지 않을 수도 있다. 양이온 칼슘(Ca²⁺)과 마그네슘(Mg²⁺)도 일반적으로 측정되지만, 음이온 간격을 계산하는 데는 사용되지 않는다. 일반적으로 "측정되지 않은" 음이온에는 몇 가지 정상적으로 발생하는 혈청 단백질과 일부 병리학적 단백질(예: 다발성 골수종에서 발견되는 파라프로테인)이 포함된다.

검사에서는 음이온 인산염(PO)을 자주 측정하지만, 측정하더라도 "간격"을 계산하는 데는 사용되지 않는다. 일반적으로 '측정되지 않은' 음이온에는 황산염과 여러 혈청 단백질이 포함된다.

정상적인 건강 상태에서는 혈청 내에서 측정 가능한 음이온보다 측정 가능한 양이온이 더 많으므로 음이온 간격은 일반적으로 양수이다. 혈장이 전기적으로 중성(무전하)이라는 것을 알고 있으므로, 음이온 간격 계산은 측정되지 않은 음이온의 농도를 나타낸다고 결론지을 수 있다. 음이온 간격은 산-염기 균형에 기여하는 혈청 성분의 농도 변화에 따라 달라진다.

실험실마다 음이온 간극을 계산하기 위해 서로 다른 공식과 절차를 사용하므로, 한 실험실의 기준 범위(또는 "정상" 범위)는 다른 실험실의 범위와 직접적으로 호환되지 않는다. 검사를 수행한 특정 실험실에서 제공하는 기준 범위를 항상 사용하여 결과를 해석해야 한다.^[3]

최신 분석기는 이온 선택 전극을 사용하여 정상 음이온 간극을 <11 mEq/L로 나타낸다. 따라서 새로운 분류 시스템에 따르면, 높은 음이온 간극은 11 mEq/L 이상이다. 정상 음이온 간극은 종종 3–11 mEq/L의 예측 구간 내로 정의되며,^[8] 평균은 6 mEq/L로 추정된다.^[9]

과거에는 음이온 간극 측정 방법으로 [HCO] 및 [Cl⁻]에 대한 비색법과 [Na⁺] 및 [K⁺]에 대한 화염 광도법이 사용되었다. 따라서 [K⁺]를 포함하지 않을 때는 정상 기준 값이 혈장 8~16 mEq/L였고, [K⁺]를 포함할 때는 혈장 10~20 mEq/L였다.

음이온 차이는 높음, 정상, 또는 드물게 낮음으로 분류될 수 있다. 음이온 차이 계산 결과가 임상 상황과 맞지 않을 때는 실험 오류를 배제해야 한다. 음이온 차이 계산에 사용되는 일부 이온의 농도를 결정하는 데 사용되는 방법은 특정한 오류에 취약할 수 있다. 예를 들어, 혈액 샘플을 채취한 후 즉시 처리하지 않으면 백혈구에 의한 지속적인 세포 대사로 인해 HCO 농도가 증가하고, 이에 따라 음이온 차이가 약간 감소할 수 있다.

높은 음이온 차이는 측정되지 않은 음이온의 농도 증가를 간접적으로 나타낸다. 젖산, 베타-히드록시부티르산, 아세토아세트산, PO, SO와 같이 질병이나 중독으로 인해 증가하는 측정되지 않은 음이온의 농도 증가는 완충제로서의 중탄산염의 활동으로 인해 HCO 손실을 유발한다(Cl⁻의 동시 증가는 없음).

다음은 수술 후 다발성 장기 부전으로 고생하는 중증 저알부민혈증 환자로부터 얻은 데이터를 이용하여 음이온 차이와 알부민 보정 음이온 차이를 계산한 예시이다.^[21]

• 데이터:
• [Na⁺] = 137 mEq/L
• [Cl⁻] = 102 mEq/L
• [HCO] = 24 mEq/L
• [정상 알부민] = 4.4 g/dL
• [관찰된 알부민] = 0.6 g/dL
• 계산:
• 음이온 차이 = [Na⁺] - ([Cl⁻] + [HCO]) = 137 - (102 + 24) = 11 mEq/L
• 알부민-보정 음이온 차이 = 음이온 차이 + 2.5 x ([정상 알부민] - [관찰된 알부민]) = 11 + 2.5 x (4.4 - 0.6) = 20.5 mEq/L

• 체내에서 중탄산 이온이 감소하는 경우, 보상적으로 염화물 이온이 상승하여 음이온 간격은 불변인 대사성 산증이 된다.
• 체내에서 무기산이나 케토산이 상승(생성 증가 또는 배출 감소)하는 경우, 음이온 간격이 상승하는 대사성 산증이 된다.

• 신부전
• 당뇨병성 케토산증
• 젖산 산증

참조

_[1] 논문 The anion gap
_[2] 논문 Diagnostic importance of an increased serum anion gap
_[3] 웹사이트 Electrolytes: Common Questions: What is anion gap? https://labtestsonli[...] American Association for Clinical Chemistry 2015-11-10
_[4] 논문 Clinical use of the anion gap.
_[5] 웹사이트 Urine Anion Gap: Acid Base Tutorial, University of Connecticut Health Center http://fitsweb.uchc.[...] 2008-11-14
_[6] 웹사이트 Urine anion and osmolal gaps in metabolic acidosis http://www.uptodate.[...] 2008-11-14
_[7] 논문 Urine electrolytes and the urine anion and osmolar gaps 1999-06-01
_[8] 논문 The fall of the serum anion gap 1990-02-01
_[9] 논문 Serum Anion Gap: Its Uses and Limitations in Clinical Medicine http://cjasn.asnjour[...]
_[10] 서적 Essentials of Human Physiology
_[11] 웹사이트 The Anion Gap http://physioweb.med[...] 2008-10-04
_[12] 웹사이트 Anion Gap: Acid Base Tutorial, University of Connecticut Health Center http://fitsweb.uchc.[...] 2008-10-04
_[13] 서적 Pocket Medicine https://archive.org/[...] Lippincott Williams Wilkens
_[14] 논문 Value of the anion gap in clinical diagnosis and laboratory evaluation http://www.clinchem.[...] 1983-02-01
_[15] 논문 Physiological approach to assessment of acid-base disturbances 2014-10-09
_[16] 논문 Influence of hypoalbuminemia or hyperalbuminemia on the serum anion gap http://www.translati[...] 2005-12-01
_[17] 논문 Anion gap and hypoalbuminemia 1998-11-01
_[18] 논문 Quantitative relationships among plasma lactate, inorganic phosphorus, albumin, unmeasured anions and the anion gap in lactic acidosis 2017-10-13
_[19] 논문 Anion gap, anion gap corrected for albumin, base deficit and unmeasured anions in critically ill patients: implications on the assessment of metabolic acidosis and the diagnosis of hyperlactatemia 2008-12-16
_[20] 논문 Defining metabolic acidosis in patients with septic shock using Stewart approach http://www.ajemjourn[...] 2012-03-01
_[21] 논문 Diagnosis of metabolic acid-base disturbances in critically ill patients 2000-12-01
_[22] 문서 細胞レベルで見ると生体内には帯電した部位が至る所に存在する（詳しくは[[膜電位]]の記事を参照のこと）。しかしここではあくまで身体全体での話なので、これは無視する。また、[[静電気]]が溜まった状態などについても無視する。
_[23] 논문 The anion gap
_[24] 논문 Diagnostic importance of an increased serum anion gap
_[25] 웹인용 Electrolytes: Common Questions: What is anion gap? https://labtestsonli[...] American Association for Clinical Chemistry 2015-11-10
_[26] 논문 Clinical use of the anion gap.
_[27] 웹인용 Urine Anion Gap: Acid Base Tutorial, University of Connecticut Health Center http://fitsweb.uchc.[...] 2008-11-14
_[28] 웹인용 Urine anion and osmolal gaps in metabolic acidosis http://www.uptodate.[...] 2008-11-14
_[29] 논문 Urine electrolytes and the urine anion and osmolar gaps 1999-06-01