침습적인 방법이기 때문에 이로인한 동맥천자부위나 동맥카테터 삽입부위의 허혈, 감염, 동맥류와 같은 합병증이있다. 또한 동맥혈 채취가 간헐적으로 이루어지기 때문에 호흡상태가 급속히 변화하는 경우 대상자의 상태를 반영하는데 한계가 있다. 최근에는 지속적으로 동맥혈가스 상태를 감시할 수 있는 intra-arterial blood gas monitoring법이 이용되기 시작하였다.
1. normal range and interpretive guidelines
(1) normal range - 정상 성인
(PH : 페하, 수소이온농도 PO₂2 : 혈중산소분압 SaO₂: 산소포화도 PCO₂: 혈중이산화탄소분압 HCO₃-: 탄산수소이온)
(2) Four steps method
① evaluate each number
② check the PH -----------------------------acidosis alkalosis
③ find the value that matches the PH--------respiratory metabolic
④ determine the extent of compensation----abscent partial complete
Ⅱ. 산-염기 장애
(1) 분류
1) 호흡성 : PaCO₂로 확인, PaCO₂로 폐포 환기량을 측정
-상승: 과소환기
-하강: 과다환기
-정상: 적정환기
① 호흡성 산증 (Respiratory acidosis) ; 과소환기로 인한 PaCO₂상승
② 호흡성 알칼리증 (Respiratory alkalosis) ; 과다환기로 인한 PaCO₂하강
2) 비호흡성 (신성, 대사성) : HCO₃-, BE (염기과다, 염기부족)로 확인
① 대사성 알칼리증 (Metabolic Alkalosis) : HCO₃-상승
② 대사성 산증 (Metabolic Acidosis) : HCO₃-저하
(2) 산-염기 불균형에 대한 보상작용
PH변화를 감소시키기 위한 신체의 생리적 반응으로 일차 침범요소가 아닌 요소를 변화시킴으로써 PH를 정상수치에 가깝게 되돌리려는 기전이며 신체는 절대 과잉보상하지 않는다.
1) 보상작용 - 호흡성 보상작용: 빠르게 진행 ( 수시간)
- 신성 보상작용: 느리게 진행 (수일간)
2) 보상의 정도
- uncompensated : PH는 정상범위 밖에 있음 ex)PH / PaCO/ PaO/HCO / BE
7.15 / 62 / 67/ 22 /( -1) : uncompensated resp. acidosis
7.28 / 41 / 87 / 26 /( -2) : uncompensated met.acidosis
7.54 / 38 / 140 / 34 /(+2) : uncompensated met. alkalosis
- partial compensated : PH는 정상에 가깝다.
- compensated : PH는 정상이나 다른 수치는 정상범위밖에 있음
(3) 판독지침
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Ⅲ. Clinical approach to interpretation
(1) Step 1 ; Respiratory component and metabolic component에 의한 영향과acid-base 불균형의 type 분류
(2) Step 2 ; Assessment of Arterial Oxygenation
(1) Step 1
pH와 PCO2를 통해서 예견되는 Respiratory pH를 구하고, 그것을 바탕으로, metabolic component 변화를 평가(base excess/deficit)한다.
1) Determing the predicted 'Repiratory'pH - base excess:
측정PH > 예측PH base defict :측정PH < 예측PH - 만일 PaCO2가 40보다 더 크다면 , 40과의 차이를 2로 나누어서 소수점 두 자리를 왼쪽으로 옮긴다. 이를 7.4로부터 뺀다. - 만일 PaCO2가 40보다 작다면, 40과의 차이에 소수점 두 자리를 왼쪽으로 옮겨 7.4 에 더한다.
Ex) ① pH 7.04, PaCO2 76 : 76 - 40 = 36 × 1/2 = 0.18 7.40 - 0.18 = 7.22
② pH 7.21, PaCO2 90 ; 90 - 40 = 50 × 1/2 = 0.25 7.40 - 0.25 = 7.15
③ pH 7.47, PaCO2 18 ; 40 - 18 = 0.22 7.40 + 0.22 = 7.62
2) Determing the metabolic component measured pH와 앞에서 구한 Respiratory predictedpH 사이의 차이를 구하고, 거기서 소주점 두 자리를 오른쪽으로 옮긴다. 그 후 2/3을 곱한다.
Ex) ① pH 7.04, PaCO2 76, predicted pH 7.22 ; 7.22 - 7.04 = 0.18 × 2/3 = 12mmol/L Base deficit
② pH 7.21, PaCO2 90, predicted pH 7.15 ; 7.21 - 7.15 = 0.06 × 2/3 = 4mmol/L base excess
③ pH 7.47, PaCO2 18, predicted pH 7.62 ; 7.62 - 7.47 = 0.15 × 2/3 = 10mmol/L Base deficit
3) bicarbonate administration bicarbonate therapy는 그 원인과 위중도에 의하며, 아래의 측정량의 절반을 투여한후 5분뒤 blood gas 측정을 통해 교정정도를 파악하고 다음 투여용량을 정하는 것이 일반적이다. base deficit Ｘ weight (kg) = deficient mmol of bicarbonate
주의할 점은 혈장을 과다할 정도로 빠르게 염기화시키는 것을 피해야한다. 이는 강축을 유발할 수 있다. 염기와 함께 과량의 염분을 주면 고혈압이나, 부종을 악화시킬 수있으며 급속한 주사는 위중한 경우에 따라 사망에 이르는 심부정맥을 유발할 수 있는데 특히 CVP를 통해 일시에 줄 때 더욱 그렇다.
(2) Step 2 ; Assessment of Arterial Oxygenation 동맥의 산소화 상태에 대한 완전한 평가하는데는 Hb content (Hb [g/dl]), Oxyhemoglobin saturation (SaO2[%]) , arterial oxygen tension (동맥산소압 PaO2),을 필요로 한다.
1) Hb content 정상 성인의 Hb 수치가 12g/dl 보다 크다고 할지라도, 8g/dl 이상의 Hb 수치는 심근의 기능이 적절한 환자에 있어 산소 운반 능력은 적당하다는 것을 의미한다. 그렇지만,심장 질환 환자는 적어도 10g/dl가 필요하다.
2) Oxyhemoglobin Saturation (산소 포화도) 산소포화도는 정상 상태에서 PaO2에 대해 예측할 수 있는 상관관계가 있다. 이런 상관 관계에 불균형이 있을 때는 언제나 Hb-oxygen affinity (헤모글로빈-산소 친화력)의 변화와 연관된다. 친화력 감소가 있을 때 그것의 임 상적판단은 PaO2보다는 오히려 SaO2를 기초로 한다.
표2】 adult value for PaO₂ and SaO₂
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(Hypoxemia :저산소혈(증) Mild : 가벼운 Moderate : 중간정도의 Severe : 극심한) 3) Arterial Oxygen tension (산소분압)
표3】 Arterial oxygen tensions and oxygen saturation
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성인에서 arterial hypoxemia는 PaO2(산소분압)가 80mmHg 미만으로 정의한다. 왜냐하면 산소포화도 95%인 혈액과 비교해 볼 때 산소포화도 90% 혈액의 산소 운반 능력은 임상적으로 큰 의미있는 차이가 없다. 대부분 임상적으로 중요한 hypoxemia는 PaO2가 60mmHg 미만일 때이다.
moderate hypoxemia(PaO₂ 40-60mmHg)인 환자의 적절한 tissue oxygenation의 유지는 심혈관계 기능과 산소 소비에 주요 의존한다.그러나 severe hypoxemia (PaO₂<40mmHg)는 tissue oxygenation에 직접적 위협으로 고려되어야만 한다. 왜냐하면 그 상태에서 systemic capillaries에서 “dirving force"의 감소가 있고, oxyhemoglobin saturation이 75% 미만이 되기 때문이다. 그래서 모세혈관에서 세포 외액으로 산소 분자의 운동이 줄어들게 된다. 1 기압하에서 건강한 성안 정상 PaO₂는 대개 97mmHg다. 이 수치는 정상적인 폐포-동맥간의 산소 분압차 4mmHg에 의해 계산된 것이다. 그러므로, 이상적인 폐포의 PaO₂는 101mmHg다. 그런데, PaO₂는 잠을 자는 동안에 80mmHg 까지 정상적으로 떨어 질 수 있고, 흥분했을 때는 정상적으로 105mmHg 까지 올라갈 수 있다. 산소 분압의 정상 범위에 주요한 두 가지 예외가 있다. 첫째, 정상 신생아는 대개 산소 분압이 40과 70mmHg 사이일 수 있다. 둘째, 60세 이상의 환자의 경우에는 정상 적으로 최소 80mmHg level에서 매년 1mmHg의 비율로 감소할 수 있다.
4) oxygen therapy
① hypoxemia 정의: 혈색소가 정상이면서 동맥혈 산소가 부족한 상태로 PaO2로 평가 원인: 환기저하나 순환 및 환기불균형등으로 인한 폐포내 산소분압의감소가 있을 경우 우심실에서 산소화되지 않은 혈액이 직접 좌심실로 흘러가는 경우
② hypoxia 정의: 조직에서의 산소화에 필요한 산소가 부족한 상태로 대사물로 CO₂를 생성하는 대신 다른 대사물을 만들어 대사성 산증에 빠지게 한다. 원인: 동맥혈 산소분압 저하 - 기도폐쇄, 폐포환기능 저하, Shunt율 증가 동맥혈 산소함량 부족 - Hb함량 저하, 일산화탄소 중독 심박출량 저하 - 심근기능저하, 관상순환 부전말초혈관 저항 증가, 부정맥 산소요구 증가 - 발열, 화상, 갑상선 기능항진
③ 산소요법의 목적 폐포내 산소분압의 증가로 hypoxemia 개선 적절한 폐포내 산소분압을 유지하는데 필요한 work of breathing의 감소 적절한 동맥혈 산소분압을 유지하는데 필요한 myocardial work를 줄임
④ inspired oxygen to PaO₂relationship normal lung 【표4】 FIO2 0.1 증가 즉, inspired oxygen concentration 10% 증가는 거의 inspired oxygen tension 75mmHg( 760mmHg의 10% )에 해당한다. 정상 폐에서 이것은 이상적 alveolar oxygen tension 50mmHg에 해당한다. ⑤ 산소요법의 부작용 a. 흡수성 무기폐 (absorption ateletasis) 100% 산소를 흡입하면 폐포내 대부분의 질소는 15분 이내에 체외로 배출되고 일부 환기가 잘 안되는 폐포는 가스 용적이 결여되어 허탈상태로 빠지게 된다. 이런현상으로 임상에 산소요법시 60-100%의 산소흡입시
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PaO₂가 별로 개선되지 않는 현상을 보인다.
b. 폐 산소중독 (pul. oxygen toxicity)
고압의 산소투여시 또는 미숙아에게 산소투여시 나타날 수 있다. 정상폐의 경우PaO 350mmHg (FiO₂ 0.6)이하에서는 임상적으로 심각한 폐손상을 초래하지는않지만 이미 폐손 상이 있었던 경우는 0.5이상에서도 심한 폐기능 이상을 보인다.
폐의 산소중독의 감소를 위해 EP, 기관지 확장제 등이 사용된다.
c. 수정체후 섬유증식증 (retrolental fibroplasia) 조산아의 3-43%에서 발생하며 35주 미만이나 2kg이하의 미숙아에서 잘 발생한다. 망막혈관은 산소에 반응하며 수축하는데 PaO₂100mmHg에 대해 수축이 잘되며O₂150mmHg에서는 1-2시간만 경과해도 수축된다.
d. CO₂Narcosis
만성폐질환으로 이산화탄소 중독과 저산혈증이 함께 있는 환자는 화학적인 호흡조절 기능이 변하여 이산화탄소 에 대한 감수성을 억제되어 있으며 호흡은 저산소성 자극에 의해 유지된다. 이런 환자에게 고농도의 산소를 투여하면 저산소성 자극이없어지므로 곧 호흡이 억제되어 PaCO₂가 급상승하여 호흡부족 현상이 더 악화되며,심하면 CO₂Narcosis 에 빠진다. 이런 환자는 산소의 농도를 소량으로 하여 (0.24-0.3) 투여하여 저산소성 호흡자극을 유지하는 것이 중요하다.
Ⅳ.Case Studies in Blood Gas Interpretation & Assessment
1) Pulmonary Embolus
A 67 years old woman had a closed reduction of a leg fracture without incident. Four days later she experienced a sudden onset of severe chest pain and shortness of breath.
Room air aterial blood gas values and vital sign were :
pH 7.36 BP 130/90mmHg PCO2 33mmHg PO2 55mmHg
pulse 100/min RR 25/min SO2 88% MV 18L
HCO3- 18mmol/L BE -7mmol/L
Interpretation
# step 1
1) respiratory component ; PCO2 40 - 33 = 7
-> predicted respiratory pH 7.47
2) metabolic component : 7. 47 - 7.36 × 2/3 = 7mmol/l base defict
=> Compensated metabolic acidosis
# step 2
=> moderate hypoxemia
2) metabolic acidosis
a 17-years old, 48Kg woman with known insulin-dependent diatbetes mellitus entered the emergengy department wiht Kussmal breathing and an irregular pulse. Room air arterial blood gas values and vital signs were ;
pH 7.05 BP 140/90mmHg PCO2 12mmHg PO2 108mmHg
pulse 108/min RR 40/min tidal vol. 1.2L MV 48L
HCO3- 5mmol/L BE -30mmol/L
Interpretation ; severe metabolic acidosis without hypoxemia IV glucose and insulin were immediately administered. A judgement was made that the severe academia was adversely affecting cardiovascular function and it was elected to restore the pH to the vicinity of 7.20.
Calculate the amount of sodium bicarbonate you would administer.
48Kg × 1/4 = 12 L
Because the goal was to partly correct the acidemia, approximately one half of the calculated deficit was intravenously administered (3 ampules @ 50mmol/ampule) over a 15min time interval. Room air arterial blood gas values and vital signs were ;
pH 7.27 BP 130/80mmHg PCO2 25mmHg PO2 92mmHg
pulse 100/min RR 22/min tidal vol. 0.6L MV 13.2L
HCO3- 11mmol/L BE -14mmol/L
3) metabolic alkalosis
A 47 years old man collapsed on the street. CPR was asttemped by people at the scene. When the
paramedics arrived, the patient was cyanotic and pulseless ; the airway was cleared, ventilation was
established with high oxygen concentration, and closed-chest cardiac compressions were commenced.
Within 2 min there was a palpable pulse, and the skin color improved.
An intrevenous line was established with 5% dextrose solution, and 100mmoles of sodium bicarbonate was administered. On arrival to emergency department, the patient was arousable.
The FIO2 was 0.4 ; arterial blood gas values and vital signs were :
pH 7.51 BP 115/90mmHg PCO2 35mmHg PO2 62mmHg
pulse 115/min RR 12/min tidal vol. 0.5L MV 6L
HCO3- 27mmol/L BE +5mmol/L
Interpretation ; uncompensated metabolic alkalosis with uncorrected hypoxemia
The metabolic alkalosis is most probably secondary to the sodium bicarbonate adminstration during CPR Pulmonary disease is the most probable cause of the uncorrected hypoxemia.
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