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Korean Journal of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery 1997;40(5): 641-646. |
| Variation of pH and Electrolyte in Nasal Secretum. |
| Kang Duk Lee, Hee Wan Park, Young Soo Ban, Bong Nam Choi, Chan Youn Park |
| Department of Otolaryngology, Kwangju Christian Hospital, Kwangju, Korea. |
| 비강분비물의 pH 및 전해질의 변화 |
| 이강덕 · 박희완 · 반영수 · 최봉남 · 박찬연 |
| 광주 기독병원 이비인후과 |
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| ABSTRACT |
BACKGROUND:
Airway secretions partly arise from the interstitial fluid and partly from the secretory activities of respiratory epithelium and submucosal gland. The flow of water across the tracheobronchial epithelium is likely to be an important determinant of the efficiency of mucociliary clearance. Water movement across the epithelium is thought to follow active ion transport passively by means of the osmotic gradients created.
OBJECTIVES:
The aim of this study was to determine whether Na, K, and Cl are transported actively by the epithelium of nasal mucosa and to evaluate an effect of the tracheostomy on changes of pH and electrolytes in nasal secretum.
MATERIALS AND METHODS:
pH and Na, K, and Cl values were estimated in 35 samples (20 tracheostomized patients and 15 normal persons) of nasal secretum and plasma.
RESULTS:
On 15 normal persons, Mean pH value was 7.43, Na 143.2, K 4.2 and Cl 109.1(mEq/L) in plasma and Mean pH value was 7.81, Na 139.7, K 11.5 and Cl 127.5(mEq/L) in nasal secretion. On 20 tracheostomized patients, pH 7.49, Na 140.2, K 3.8, and Cl 108.7(mEq/L) in plasma were estimated, and pH 7.88, Na 128.5, K 12.0, and Cl 121.5(mEq/L) were estimated in nasal secretum. In nasal secretum pH, K, and Cl were higher than in plasma by +0.39, +8.2 and +12.8(mEq/L) respectively, while Na was lower -11.6(mEq/L). We had the same result on normal persons as on tracheostomized patients. The results show that pH, K and Cl were higher in nasal secretion and Na was lower than in plasma.
CONCLUSION:
Significant difference of pH and electrolyte values in nasal secretion was not observed between normal person and tracheostomized patient. |
| Keywords:
pH, ElectrolyteㆍActive transportㆍNasal secretum |
서론
호흡상피세포를 투과하는 수분의 흐름은 점액섬모 청소능에 중요한 역할을 한다. 즉 점액 아래에 형성된 수분층은 기도의 윤활작용 및 점액과 섬모사이의 결합을 촉진시키며 수분의 양이 감소하면 점액의 점도를 증가시킨다.1)2)
이러한 수분의 흐름은 상피세포에서 일어나는 이온의 능동적 운반, 즉 기도내로 Cl 분비 및 Na 재흡수와도 밀접한 관련이 있다.3)4)5)
실제로 동물실험에서 상기도 점막은 분비물의 pH 및 점액의 점도에 영향을 주는 것이 밝혀져 있지만6), 생체내에서 세정에 의한 기관분비물 채취는 전해질 농도및 pH를 쉽게 변화시킬 수 있으며, 또한 분비물에 포함되어 있는 지방성분의 lipidic phase에 의해 이온확산이 원활하지 못해 pH 및 전해질측정에 어려움이 있다.7) 그러므로 기관분비물과 성분이 비슷하며 비교적 쉽게 채취할 수 있으며 즉시 검사할 수 있는 비강분비물을 이용하였으며 혈장과 pH 및 이온활성도의 차이를 비교함으로서 비점막을 통한 Na, K, Cl의 이동을 관찰하고자 하였다. 또한 비강내 생리적 변화를 야기할 것으로 생각되어지는 기관 절개술이 이들에게 어떠한 영향을 주는가를 관찰해보고자 하였다.
연구 대상 및 방법
1996년 2월 부터 1996년 8월까지 광주기독병원 중환자실에 입원하여 기관 절개술을 시행한 환자 20명과 정상 성인 15명(총 35명)을 대상으로 하였다. 나이 및 성별 분포는 20대에서 70대까지 고르게 분포하였으며(Table 1, 2), 평균연령은 52세였다. 남녀비는 남자 23명, 여자 12명이었다. 전체 대상자에서 심폐기능은 정상(흉부 방사선 사진, 심전도 검사, 동맥혈 검사상 정상)이었으며 전비경 검사상 비강내 특이한 소견은 없었다.
혈장은 헤파린 처리된 요골동맥혈(5ml)을 채취하여 얻었으며, 비강분비물은 하비도후방에 소독된 솜을 30분정도 넣어둔 후8) 충분히 적신 솜을 26게이지 주사바늘이 달린 20ml 주사기에 넣어 압력을 가함으로서 3ml 정도의 시료를 얻을 수가 있었다.
시료를 얻은 즉시 희석하지 않고 바로 검사를 시행하였으며 Na, K, Cl 치는 전해질 분석기(NOVA 5 CRT)를 이용해 undirect ISE(ion selective electrode) 방법으로 측정하였으며, pH는 가스 분석기(NOVA stat profile 3)를 이용하였다.
모든 통계학적 분석은 t-test를 이용하였다.
결과
정상인에서 혈장내 평균 pH는 7.43, Na 143.2mEq/L, K 4.2mEq/L, Cl 109.2mEq/L이었으며(이하 전해질 단위 생략), 비강 분비물의 평균 pH는 7.81, Na 139.6, K 11.5, Cl 127.4로서 혈장보다 각각 pH 0.38, K 7.3, Cl 18.2 높았으며, Na는 3.6정도 낮았다(Table 3).
기관지 절개술을 시행한 환자에서 혈장내 평균 pH는 7.49, Na 140.2, K 3.8, Cl 108.7이었으며, 비강분비물의 평균 pH는 7.88, Na 128.6, K 12.0, Cl 121.5로서 혈장보다 각각 pH 0.39, K 8.2, Cl 12.8 높았으며, Na는 11.6 정도 낮았다(Table 4).
정상인과 기관지 절개술을 시행한 두 군에서 혈장과 비교했을 때, pH의 경우 두 군 모두 혈장보다 높았으며 전해질의 경우 비강분비물의 K 평균증가(＋7.75mEq/L)는 Na의 평균감소(-7.1mEq/L)와 비슷하였으며, 음이온인 Cl의 평균증가(＋15.0mEq/L)는 두 개의 양이온 합과는 무관하였다(Table 5, 6).
정상인과 기관지 절개술을 시행한 경우에 있어서 두군간의 비강분비물의 pH 및 전해질에는 유의한 차이가 없었다(P value -pH<0.001, Na<0.05, K<0.001, Cl<0.05).
고찰
비강 분비물은 배세포(Goblet cells), 장점액선, 누액선, 상피를 통해 이동되는 물질, 응축된 수분 등의 복합물이다. 비강분비물의 성분을 살펴보면 삼출물인 수분과 이온, 당단백질, Lysozyme, Lactoferrin 같은 효소, 순환되는 단백질과 보체, 면역글로불린 그리고 여러 세포들을 함유한다. 그중에서 당단백질은 점액선에서 생성되는 것으로 수분과 섞여져서 점액을 만들고 수분과 이온들은 주로 장액선에서 생성되나 간접적으로 모세혈관에서 삼출되어 오기도 한다.
비강과 부비동의 모든 점막은 점액막층으로 덮여져 있는데, 이들은 비강내에 존재하는 미립자를 제거시키고 또한 수분을 함유하고 있고 열을 전달하는 방어기능을 하며 섬모의 운동에 의해서 이동된다. 점액막층은 수분을 함유하는 Sol층과 더 점액성인 Gel 층으로 나눠지며 매시간당 2∼3회 변화하고 6mm/min의 평균속도를 가지고 있다. 호흡상피내의 각세포들은 50∼100개의 섬모를 가지고 있고 정상 성인에서 섬모 비트는 12∼15Hz(beats/s)이다.9)
점액섬모 청소능의 흐름은 비강상부에서는 중비도에서 이관 개구부 상부로 흐르고, 비강하부에서는 개구부 하부로 흐른다. 정상부비동에서 흐름은 자연개구부로 흐르고 부비동 분비물의 양은 모든 비강부비동 분비물의 약 5%를 차지한다. 점액섬모 청소능의 장애는 섬모상피의 구조적 손상, 염증과 전염으로 인한 섬모 운동의 감소, 그리고 점액성분의 변화로서 일어난다.
상기도계의 분비선은 3가지가 있는데 묽은 분비물을 내는 장액선, 당단백질을 생산하는 점액선, 그리고 2가지 모든 세포를 가지고 있는 혼합된 분비물을 내는 혼합선이 있는데, 비강부비동의 대부분의 선은 혼합된 장점액선이고 비강내에는 45,000개의 선을 가지고 있다.9) 수분의 흐름은 여러 상피에서 이온의 능동적 이동과 관련이 있는데, 세포막을 통한 물질이동은 농도나 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 운반되는 것인데 어떤 경우에는 압력이나 농도 또는 전위가 낮은 곳에서 높은 곳으로 물질이 이동하는 것을 볼 수 있다. 이때 세포막이 에너지를 소비하면서 물리화학적인 에너지 경사와는 반대방향으로 물질을 이동시키는데 이것을 능동적 이동이라고 한다.
pH는 산 염기 상태를 나타내는 것으로 신장과 폐에서의 조절작용을 간접적으로 평가하는 것으로10)11), 현재에는 성능이 우수한 혈액가스 분석기가 개발되어 짧은 시간에 pH를 측정할 수 있게 되었다. pH의 측정은 Henderson-Hasselbach 방정식, 즉
pH＝pK＋log [ HCO 3 - ] / [ H 2 CO 3 ] ＝ pK＋ [ HCO 3 - ] / α[PCO 2 ]
α＝CO2의 혈중 용해도(＝0.03)에서 구하게 되며, HCO 3 -는 신장에서 조절되고 H 2CO 3 즉 PCO 2는 폐에서 조절되므로 pH변화의 일차적 원인이 혈장[HCO 3 -] 변화 즉 대사성에 기인할 때는 호흡성으로 PCO 2를 조절하여 pH변화를 대상하여 일차적 원인이 PCO 2 즉 호흡성에 기인할 때에는 대사성, 즉 신장에서 HCO 3 -를 조절하여 대상하게 된다. pH는 정상범위가 7.4±0.1로서 저자들이 조사한 요골동맥혈 가스분석했던 35례 모두에서 이 범위에 속했으나 비강분비물에서의 pH는 7.8±0.1로 훨씬 높게 나타나는데, 이렇게 pH가 증가된 경우는 비
강을 통한 CO2의 소실로 인해 HCO3-와 H2CO3 비율의 증가로 설명되어진다.10)12)
다른 저자에 따르면13)14), 분비물에서 전해질의 범위는 혈장보다 크며 우리의 검사에서도 확인할 수 있었다.
몇몇 연구에 의하면 pH와 전해질 이동에는 서로 밀접한 관계가 있다고 한다. 즉 비강분비물에서 양이온인 Na와 K를 합한 양은 혈장에서와 거의 비슷하며 Ca와 Mg치도 거의 유사하기 때문에2)14) 양이온과 음이온의 총량은 이온 운동에 의해서는 변화하지 않는다. 비록 Na와 Cl의 transepithelial transport가 결합되어 있어도15)16) 혈장과 분비물 간의 Cl 이온농도차인 DCl은 DNa 혹은 DK에 관련되어 있지 않지만 다른 음이온이 감소하는데 일정한 균형을 유지하게 하는 것 같다.
이 연구에서 중탄산염(bicarbonate)은 측정되어 있지 않지만 비강으로 CO2의 감소는 아마도 pH의 심각한 증가를 막기 위해 이 이온의 감소를 촉진시킨 것 같다.8)10) 상피를 통한 수분 운동은 이온의 능동적 수송과 관련이 있다. 기도강으로 수분과 함께 Cl 의 흐름이 있고 반대 방향으로 적은 양의 Na의 흐름이 있다.9) Cl의 이동은 Na의 능동적 이동과 연결되어 있다. Na은 Na 펌프에 의해 점막하층의 세포막을 통해 유입되고 transmembrane Na gradient를 만들어낸다. 이것 때문에 Cl가 neutral carrier molecule에 있는 Na와 함께 점막하층에서 세포로 들어갈 수 있다. 세포로 들어간 Na는 점막하 세포막에 있는 Na 펌프때문에 역류된다. Cl 이온의 net flux도 Na-K-ATPase에 의해 좌우된다. Cl 운동에 대한 에너지는 transmembrane Na gradient에 의해 만들어진다.3)
K의 분비는 Na 재흡수와 아주 밀접히 관련이 있다. 타액선이나 기타 상피세포에서는 Na 재흡수 및 K 분비가 알도스테론의 영향을 받지만17) 호흡점막에서의 영향은 아직 밝혀져 있지 않았다.
비분비물의 주된 조절은 자율신경계이다. 부교감자극은 분비를 증가시키고 이는 Pterygoid canal의 nerve(Vidian nerve)를 통해 중계된다. 또한 분비물은 VIP, histamine, 5-hydroxytryptamine, Kallidin, brady-kinin, substance P에 의해서도 증가된다. 반면에 교감신경은 분비물을 감소시키는데 이 결과는 phenoxybe-nzamine같은 α수용체 자극제에 의해 생성된 분비물을 감소시킨 결과로 알 수 있다.9)
K와 Cl의 상호관계는 혈장치가 호흡점막을 통해 전해질 이동에 영향을 미칠 것이라고 생각되어진다.8)
이온이동에 대한 연구는 상피의 이온이동의 기본적인 기전뿐만 아니라 비정상적인 기관기관지 분비물과 변경된 점액섬모 청소능에 의해서 야기되는 여러 질환 상태의 병리에 희망을 줄 것으로 기대된다.
결론
저자들은 본 연구에서 기관절개술을 시행한 군과 정상성인군 모두 비강분비물의 pH 및 전해질치가 혈장과는 차이가 있음을 관찰할 수 있었으며 비강내 생리적 변화를 야기시킴으로써 비강분비물에 어떠한 변화를 일으킬 수 있을 것으로 생각되었던 기관절개술이 이들 pH 및 전해질에 어떠한 의미있는 영향을 미치지 않음을 알 수 있었다.
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