저산소혈증

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1. 개요
2. 정의
3. 징후 및 증상
4. 원인
5. 생리학
6. 역사
참조

1. 개요

저산소혈증은 동맥혈 내 산소 수치가 감소한 상태를 의미하며, 산소 분압 감소, 산소 함량 감소, 헤모글로빈의 산소 포화도 저하로 정의된다. 급성 저산소혈증은 호흡 곤란, 호흡수 증가 등의 증상을 유발하며, 만성 저산소혈증은 폐 고혈압, 적혈구 증가증, 성장 지연 등의 증상을 보일 수 있다. 저산소혈증의 원인은 환기, 관류, 션트, 확산 장애, 낮은 산소 분압 등 다양하며, 뇌졸중, 고고도, 다이빙, 질식 등 여러 요인에 의해 발생할 수 있다.

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저산소혈증
의학 정보
산소 함량이 높은 혈액은 밝은 붉은색으로 나타남
분야	호흡기학 마취과학 중환자 치료 의학 응급 의학
관련 질환	저산소증
일반 정보
영어	Hypoxemia
기타 용어	미국 영어: hypoxemia 영국 영어: hypoxaemia
추가 정보
참고 문헌	Pollak CP, Thorpy MJ, Yager J. The encyclopedia of sleep and sleep disorders. New York, NY: 2010. ISBN 9780816068333. Eckman M. Professional guide to pathophysiology. Philadelphia: Wolters Kluwer/Lippincott Williams & Wilkins; 2010. ISBN 978-1605477664.

2. 정의

저산소혈증은 동맥혈 내 산소 수치가 낮은 상태를 의미한다.^[4] 일반적으로 동맥혈의 산소 분압 감소, 산소 함량(혈액 1dl당 ml 산소) 감소, 또는 헤모글로빈의 산소 포화도 저하로 정의된다.^[32]^[33]

동맥혈 가스 검사를 통해 산소 분압이 정상보다 낮은 것으로 나타나면 저산소혈증으로 진단한다.^[38]^[33]^[35] 혈액의 산소 함량은 헤모글로빈에 의해 운반되는 산소를 포함하므로, 조직으로의 산소 전달 지표로 간주되기도 한다.^[35]

산소 함량은 다음 식으로 나타낼 수 있다.^[34]

: 산소 함량 (ml/dl) = 1.31 (ml/dl) × 산소 포화도 (%) × 헤모글로빈 농도 (g/dl) + 0.003 (ml/dl・mmHg) × 산소 분압 (mmHg)

이 식에서 볼 수 있듯, 산소 함량은 산소 분압, 헤모글로빈 농도, oxygen–hemoglobin dissociation curve|산소-헤모글로빈 해리 곡선^영어에 의해 영향을 받는다.

극심한 저산소혈증은 무산소혈증(anoxemia)이라고 부르기도 한다.

3. 징후 및 증상

급성 저산소혈증은 호흡 곤란, 호흡수 증가, 호흡을 위해 가슴과 배의 근육을 사용하는 것, 입술 오므리기 호흡 등의 증상을 유발할 수 있다.^[7]

만성 저산소혈증은 보상되거나 보상되지 않을 수 있다. 보상 작용은 처음에는 증상을 알아차리기 어렵게 만들 수 있지만, 질병이 악화되거나 산소 요구량 증가와 같은 스트레스는 결국 기존의 저산소혈증을 드러낼 수 있다. 보상 상태에서 폐의 환기가 덜 되는 부위에 혈액을 공급하는 혈관은 혈관 수축을 통해 선택적으로 수축하여 혈액을 환기가 더 잘 되는 폐 부위로 보낼 수 있다. 그러나 만성적인 상황에서 폐의 전반적인 환기가 잘 되지 않으면 이러한 기전은 폐 고혈압을 유발하여 심장의 우심실에 과부하를 주고 폐성 심장증 및 우심부전을 유발할 수 있다. 또한 적혈구 증가증이 발생할 수 있다.^[7] 소아의 경우 만성 저산소혈증은 성장 지연, 신경 발달, 운동 발달 지연 및 잦은 수면 각성으로 인한 수면의 질 저하로 나타날 수 있다.^[8]

저산소혈증의 다른 증상으로는 청색증, 손가락 곤봉증, 기침, 객혈을 포함하여 저산소혈증의 원인과 관련된 증상이 있을 수 있다.^[7] 심각한 저산소혈증은 일반적으로 혈액 내 산소 분압이 60mmHg 미만일 때 발생하며, 이는 산소-헤모글로빈 해리 곡선의 가파른 부분의 시작점이며, 산소 분압의 작은 감소가 혈액의 산소 함량의 큰 감소를 초래한다.^[9]^[10] 심각한 저산소증은 호흡 부전으로 이어질 수 있다.^[7]

4. 원인

저산소혈증은 혈액 내 산소가 부족한 상태를 의미한다. 저산소혈증은 폐로 들어가는 공기의 속도나 양(환기)에 영향을 미치는 원인, 폐에서 혈액으로 공기가 이동하는 데 영향을 미치는 원인, 심혈관 문제(예: 션트) 등에 의해 발생할 수 있다.^[11]

저산소혈증의 주요 원인은 다음과 같다.^[11]^:229

저환기
환기/관류 불균형
우좌 션트
확산 장애
낮은 산소 분압(PO₂)

낮은 산소 분압과 저환기는 정상적인 폐포-동맥 산소차와 관련이 있지만, 다른 원인들은 폐포-동맥 산소차 증가와 관련이 있다.^[11]^:229

4. 1. 환기

폐포 환기가 낮으면 신체가 사용할 수 있을 만큼 충분한 산소가 폐포로 전달되지 않는다. 이는 뇌간의 환기 조절이나 신체의 호흡이 제대로 이루어지지 못하는 것에 원인이 있기 때문에, 폐가 정상이라도 저산소혈증이 발생할 수 있다.^[41] 호흡 구동 문제, 신체적 상태, 환경적 요인 등이 환기 저하를 유발할 수 있다.

4. 1. 1. 호흡 구동

뇌졸중, 간질, 경추 골절은 모두 가로막 신경을 통해 호흡을 담당하는 근육인 가로막을 움직이는 숨뇌 호흡 중추를 손상시켜 규칙적인 신경 신호 발생을 저해할 수 있다.^[42]

대사성 알칼리증이 보상되어 혈중 이산화 탄소가 감소하면 호흡 구동이 저하될 수 있다.^[42]

중추성 수면 무호흡증의 경우, 수면 중 뇌의 호흡 중추 활동이 일시 정지되어 장시간 무호흡으로 이어질 수 있으며, 이는 심각한 영향을 미칠 수 있다.^[42]

과호흡 후 오랫동안 숨을 참는 경우, 체내 이산화 탄소의 양이 감소한다. 따라서 숨을 쉬고 싶은 충동이 억제되지만, 혈중 산소 농도 저하를 감지하지 못해 저산소혈증이 발생할 수도 있다.^[42]

4. 1. 2. 신체적 상태

다양한 신체적 상태로 인해 공기 흐름이 제한되면 저산소혈증이 발생할 수 있다.

질식: 폐쇄성 수면 무호흡증과 같이 일시적으로 호흡이 중단되거나 멈추는 경우를 포함하며, 유아의 경우 침구류가 호흡을 방해하여 영아 돌연사 증후군의 잠재적 원인이 될 수 있다.^[1]
척추 측만증 및 척추 후만증과 같은 흉부의 구조적 기형은 호흡을 제한하고 저산소증을 유발할 수 있다.^[1]
근육병증: 흉강 횡격막 (폐로 새로운 공기를 들이마시는 주요 근육)의 기능을 제한할 수 있는 근육 약화이다. 이는 운동 신경 질환 또는 만성 폐쇄성 폐 질환의 심각한 경우 피로와 같은 후천적 상태의 결과일 수 있다.^[1]

4. 1. 3. 환경적 요인

공기 중 산소 비율이 낮거나 산소의 분압이 감소하는 조건에서는 폐의 폐포에 산소가 적게 존재한다. 폐포 산소는 적혈구 내부의 운반 단백질인 헤모글로빈으로 전달되며, 이는 공기 중 산소의 분압에 따라 효율이 감소한다.

고도: 외부 산소 분압은 고도에 따라 감소하며, 고지대나 항공에서 비행할 때 특히 그러하다. 이러한 감소는 헤모글로빈에 의한 산소 운반 감소를 초래한다.^[13] 뇌 저산소증 및 고산병의 원인이 되며, 에베레스트 산과 기타 극고도 봉우리 등반가들에게서 나타난다.^[14]^[15] 예를 들어, 에베레스트 산 정상에서는 산소 분압이 43 mmHg에 불과하지만, 해수면에서는 150 mmHg이다.^[16] 이러한 이유로 항공기 객실 기압은 5,000~6,000피트 (1500~1800 m)로 유지된다.^[17]
다이빙: 다이빙 중 저산소증은 급격한 수면 상승으로 인해 발생할 수 있다. 기체의 분압은 10미터마다 1ATM씩 증가한다. 즉, 수면에서는 불충분하더라도 깊은 수심에서는 헤모글로빈에 의한 양호한 산소 운반을 유지하기에 충분한 산소 분압이 가능하다는 의미이다. 수중에서 머무는 다이버는 천천히 산소를 소비하며, 수면으로 올라올 때 산소 분압이 불충분하여 얕은 물 블랙아웃이 발생할 수 있다. 이는 깊은 물 블랙아웃으로 수심에서 나타날 수 있다.
질식: 호흡 혼합물에서 산소의 감소로 인해 흡입 공기 중의 산소 농도가 감소한다.
마취제: 흡입 마취에서 대기 중 공기로 전환할 때 폐의 산소 분압이 낮아지는 현상으로, 핀크 효과 또는 확산 저산소증 때문이다.
산소가 고갈된 공기 또한 치명적인 것으로 밝혀졌다. 과거 마취기 오작동으로 환자에게 산소가 부족한 가스 혼합물이 전달되기도 했다. 또한, 갇힌 공간에서 이산화탄소 제거기가 소비된 산소를 보충하는 데 충분한 주의를 기울이지 않고 사용될 경우 산소가 소모될 수 있다.
저산소 또는 무산소 호흡 가스 혼합물 및 진공 또는 기타 극저압 환경에 노출되면 폐포의 혈액에서 산소가 제거된다.^[18]

4. 2. 관류

(관류 섹션에 대한 원본 소스 내용이 제공되지 않았으므로, 해당 섹션은 작성할 수 없습니다.)

4. 2. 1. 환기-관류 불균형

폐포 환기와 혈류의 불균형은 저산소혈증의 흔한 원인이다. 폐로 들어온 산소는 폐포-모세혈관 막을 통해 혈액으로 확산되는데, 폐포가 불충분하게 환기되면 이러한 평형이 일어나지 않는다. 그 결과 해당 폐포에서 나가는 혈액은 상대적으로 저산소혈증을 띤다. 이러한 혈액이 환기가 잘 되는 폐포에서 온 혈액과 더해지면, 혼합된 혈액은 폐포 공기보다 낮은 산소 분압을 가지게 된다.^[19]

다음은 환기-관류 불균형을 일으킬 수 있는 상태의 예시이다.

운동: 적당한 활동과 운동은 환기-관류 일치를 향상시키지만,^[19] 기존의 폐 질환으로 인해 격렬한 운동 중 저산소혈증이 발생할 수 있다.^[20] 운동 중 저산소혈증의 거의 절반은 확산 제한으로 인해 발생한다.^[21]
노화: 노화와 함께 환기와 관류 간의 일치가 점점 더 나빠지며, 저산소 상태에 대한 보상 능력도 감소한다.^[7]
폐 간질에 영향을 미치는 질환: 폐 섬유증과 같이 폐 간질에 영향을 미치는 질환은 산소가 동맥으로 확산되는 데 영향을 미침으로써 저산소증을 유발할 수 있다. 안정 시에도 폐 섬유증 환자의 저산소혈증 중 5분의 1은 확산 제한으로 인해 발생한다.^[21]
급성 또는 만성 호흡 곤란을 유발하는 질환: 무언가를 흡입하여 발생하는 폐쇄 또는 폐색전증과 같은 급성 질환이나, 만성 폐쇄성 폐 질환과 같은 만성 질환은 저산소증을 유발할 수 있다.
간경변: 간경변은 폐를 통한 높은 혈류량으로 인해 난치성 저산소혈증으로 악화될 수 있으며, 이는 환기-관류 불균형을 초래한다.^[22]
지방색전증 증후군: 지방 방울이 폐 모세혈관에 침착되는 경우 환기-관류 불균형이 발생한다.^[23]

4. 2. 2. 션트

션트는 폐 순환을 우회하는 혈액을 의미하며, 이는 혈액이 폐포로부터 산소를 공급받지 못한다는 것을 의미한다. 일반적으로 션트는 심장 또는 폐 내에 있을 수 있으며, 산소 투여만으로는 교정할 수 없다. 션트는 정상적인 상태에서도 발생할 수 있다.

해부학적 션트는 기관지 동맥 순환을 통해 발생하며, 이는 폐 조직에 혈액을 공급한다. 션트는 또한 가장 작은 심장 정맥을 통해 발생하며, 이는 직접 좌심실로 배출된다.
생리학적 션트는 중력의 영향으로 발생한다. 폐 순환에서 혈액의 가장 높은 농도는 폐의 기저부에 발생하며, 이는 폐의 정점에서의 가장 높은 가스 압력과 비교된다. 폐포는 얕은 호흡에서는 환기되지 않을 수 있다.

션트는 질병 상태에서도 발생할 수 있다.

급성 호흡 곤란 증후군(ARDS). 폐포 허탈은 생리학적 션트의 양을 증가시킬 수 있으며, 이는 산소 공급 증가와 함께 허탈된 폐포를 재개하는 양압을 통해 관리될 수 있다.^[24]^[25]
동맥관 개존증, 난원공 개존증, 심방 중격 결손 또는 심실 중격 결손과 같은 병리학적 션트. 이러한 상태는 심장의 오른쪽에서 나온 혈액이 먼저 폐를 통과하지 않고 바로 왼쪽으로 이동할 때 발생한다. 이것은 우->좌 션트라고 알려져 있으며, 이는 종종 선천적이다.

4. 3. 운동

운동 유발성 저산소혈증은 훈련된 사람이 운동 중 동맥 산소 포화도가 93% 미만으로 나타날 때 발생한다. 이는 다양한 연령과 성별의 건강하고 체력이 좋은 개인에게 발생한다.^[26] 훈련으로 인한 적응에는 심장 비대, 개선된 정맥 환류, 근육의 대사 혈관 확장 및 VO₂ max 증가로 인한 심박출량 증가가 포함된다. 이에 상응하여 이산화탄소 배출량(VCO₂)도 증가하므로, 대사성 산증을 예방하기 위해 이산화탄소를 제거해야 할 필요성이 있다. 저산소혈증은 이러한 개인에게서 증가된 폐 혈류로 인해 발생하며, 원인은 다음과 같다.

'''모세 혈관 통과 시간 감소''': 폐 모세 혈관 내 혈류 증가로 인한 현상이다. 모세 혈관 통과 시간은 휴식 시 약 0.8초로, 산소가 혈액으로 확산되고 이산화탄소가 혈액 밖으로 확산되기에 충분한 시간을 제공한다. 훈련 후 모세 혈관 용량은 동일하지만 심박출량이 증가하여 모세 혈관 통과 시간이 감소하며, 훈련된 개인의 최대 작업 속도에서는 약 0.16초로 줄어든다. 이는 가스 확산에 충분한 시간을 제공하지 못하고 저산소혈증을 유발한다.
'''폐 내 동정맥 단락''': 정맥압이 너무 높아질 때 동원되는 폐 내 잠재 모세 혈관이다. 이들은 일반적으로 가스 확산이 일어나지 않는 사강에 위치하므로, 통과하는 혈액은 산소화되지 않아 저산소혈증을 유발한다.

5. 생리학

폐가 특정 저산소혈증 사례에 관여하는지 이해하는 열쇠는 폐포와 동맥 산소 수치의 차이이며, 이 A-a 차이는 종종 A-a ''구배''라고 불린다. 일반적으로 이 값은 작다. 동맥 산소 분압은 동맥 혈액 가스 검사를 통해 직접 얻을 수 있다. 폐포 공기에 포함된 산소는 공기 중의 분율 조성에 직접적으로 비례하기 때문에 계산할 수 있다. 기도에서 흡입된 공기를 가습(및 희석)하므로 기압은 수증기압에 의해 감소한다.^[32]

6. 역사

저산소혈증이라는 용어는 원래 고지대에서 발생하는 낮은 혈중 산소 농도를 설명하기 위해 사용되었으며, 일반적으로 혈액의 산소 공급 결함으로 정의되었다.^[27]

현대에는 스마트워치를 포함하여 저산소혈증을 감지하는 많은 도구가 있다. 2022년 연구에 따르면 스마트워치는 표준 의료 기기만큼 단기간 저산소혈증을 감지할 수 있는 것으로 나타났다.^[28]^[29]

참조

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