혈액 투석의 원리 이해

혈액투석은 반투과성 막의 여과장치(인공 신장기)를 이용하여 몸속의 혈액을 체외로 순환시켜 반투과성막의 한쪽으로는 혈액을, 그 반대쪽으로는 투석액을 통과시켜 혈액 내의 노폐물과 과다한 수분을 제거시킨 후 깨끗해진 혈액을 다시 넣어주는 것입니다.

1. 혈액투석의 역사

• 1950년 한국전쟁 당시 많은 급성 신부전 환자가 발생하자 미군은 신부전 센터를 설립하고 혈액투석을 포함한 적극적인 치료를 시행하였습니다.
• 국내 민간 의료 기관에서는 1967년 대구 동산병원에서 Kolff로부터 직접 인공신장기(Kolff quad coil형) 1대를 기증받아 급성 신부전 환자에게 최초로 혈액투석을 시행하였습니다.
• 1976년 이후 의료 보험이 적용되면서 혈액투 석의 보급률이 증가하였습니다.

2. 혈액투석의 원리

혈액투석은 혈액과 인공적으로 만든 투석액 사이에 선택적으로 물질을 통화시키는 반투막의 물리적 물질이동 현상을 이용하여 피를 걸러주는 과정입니다. 이 특수한 반투과막(=여과기=필터)은 두 부분으로 구성되는데 한쪽은 혈액이 지나는 부분이고 다른 한쪽은 투석액이라 부르는 수액이 지나가는 부분입니다. 얇은 막으로 두 부분이 나뉘게 되며 혈액 속의 세포(혈구), 단백질과 다른 중요한 물질은 너무 커서 막을 통과할 수 없어 피 속에 남아있게 되고, 요소, 크레아티닌, 칼륨 및 여분의 수분은 크기가 작아 막을 통과하여 제거가 됩니다.

1) 확산(diffusion)

• 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 물질이 이동하는 것을 말합니다.
• 투석막(Hemodialysis membrane)은 합성 플라스틱으로 제조된 매우 얇은 막으로 삶은 계란 껍데기 내부의 얇은 막처럼 반투과성의 특성을 가지고 있습니다. 이 막은 혈액과 중탄산염이 풍부한 투석액 구역의 사이를 나누게 되는데, 확산은 이러한 반투과 막을 경계로 각 구역에서의 농도 차이에 의해 물질의 이동이 일어나는 현상을 말합니다.
• 확산은 자유로운 분자운동으로 이루어지며, 혈액에 축적된 노폐물이 투석액으로 이동하여 제거되는 원리가 됩니다.
• 투석에서 노폐물의 제거는 확산을 이용하는 것으로 혈액 중 높은 농도로 존재하는 노폐물이 반투과 막을 통하여 노폐물이 함유되지 않은 농도가 낮은 투석액 쪽으로 빠져나오게 하므로 제거되는 것입니다.
• 이러한 과정을 통해 체내에 축적된 노폐물은 투석액 구역으로 제거되고 산성화 된 혈액을 중화시키는 중탄산염(투석액 구역에 고농도로 존재)은 혈액 쪽으로 공급하게 됩니다.

출처 : 대한투석협회, 혈액투석의 원리 - 확산(diffusion)

2) 초여과 (ultrafiltration)

• 혈약과 투석액 내의 압력을 조절함으로써 수압이 높은 혈액에서 수압이 낮은 투석액으로 수분이 이동하는 것을 말합니다.
• 수분과 같은 용매가 반투과 막을 사이에 두고 양쪽의 용액 사이에 주어지는 압력의 차이에 따라 한쪽에서 다른 쪽으로 이동하게 되는 것으로, 불필요하게 축적된 수분을 제거하는 원리가 됩니다.
• 혈액투석은 기계적인 작용으로 혈액과 투석액 사이에 압력 차이를 유발하여 혈액 쪽에서 투석액 쪽으로 대류가 일어나게 합니다. 대류가 일어날 때 수분 속에 녹아 있는 용질은 그대로의 농도로 물에 이끌려 이동하게 되는데, 이 용질의 이동을 대류라고 하며 혈액 속의 노폐물을 제거하는 역할을 합니다.
• 만전신부전 환자의 과다한 수분을 제거하는 중요한 기전입니다.

출처 : 대한투석협회, 혈액투석의 원리 - 초여과(ultrafiltration)

3. 투석 투석 방법

수술로 만든 동정맥루의 혈관을 두 개의 바늘로 찌른 후 각각 혈액투석 라인에 연결합니다. 혈액을 빼내어 혈액을 깨끗하게 걸러주는 인공투석기로 보내고, 동정맥루 쪽에서 나오는 깨끗하게 걸러진 혈액을 다시 혈액이 몸속으로 들어가게 됩니다. 이런 과정을 4시간 동안 계속하며 투석을 받는 동안 안전하고 효과적으로 투석이 이루어질 수 있도록 투석기계에는 여러 가지 측정기, 경보기 등이 설치되어 있습니다. 인공신장기를 이루는 주요 기능은 다음과 같습니다.

1) 여과기

• 일반적인 혈액투석에서 투석 효율에 가장 큰 변화를 줄 수 있는 것이 여과기의 선택입니다.
• 현재 사용되는 여과기는 원통형의 쳄버 속에 직경 200-300 µm의 속이 비어있는 모세관 다발이 10,000-15,000개가 묶여서 이루어져 있습니다.
• 모세관을 경계로 안쪽으로 혈액이 바깥쪽으로 투석액이 반대 방향으로 빠른 속도로 통과하고 인공신장기에 세팅된 막사이의 압력으로 혈액 쪽에 음압을 걸어 과다한 수분을 제거하는 한외 여과가 이루어집니다.

여과기 예 : 박스터 '테라노바'

2) 투석액 및 정수시스템

• 투석액은 체액과 비슷한 농도의 각종 전해질 및 포도당을 포함하고 있으며 상품화된 농축 투석액을 정수된 물과 희석하여 사용합니다.
• 혈액투석 용수를 정수하여 투석에 사용하는 과정은 전 처리 장치, 역삼투(reverse osmosis) 장치, 후처리 장치, 분배 시스템 등입니다.

정수시스템

3) 혈액 전달 장치

• 혈액 펌프를 통해 환자의 혈액이 체외 순환을 거치게 되므로 투석 기계에는 각종 감시 장치가 있어서 투석액의 온도, 조성, 유속, 혈액 누출, 공기 방울 등을 탐지하여 비정상적인 상황이 발생할 경우 알려주는 경보 시스템 이 장착되어 있습니다.
• 투석 치료 중 혈액 회로에서 혈액응고를 방지하고 혈액의 체외순환을 가능하게 하기 위해서는 항응고제가 필요하며 일반적으로 헤파린을 가장 많이 사용합니다.

혈액전달장치 예 : 박스터 '옥사이러스'

4) 투석의 작용

• 요독소를 제거합니다.
• 신장에서 체외로 배설시키는 노폐물을 제거합니다.
• 필요 없는 여분의 수분을 제거합니다.
• 신장에서 소변으로 배설시키는 수분을 제거합니다.
• 전해질과 산도를 조절합니다.
• 몸 안에 있는 전해질과 산을 투석액을 통하여 배출하고, 보충하여 정상 범위 내로 조절합니다.