[Clinical Neuroscience] 체액 (Body fluid) (2)

Gibbs-Donnan equilibrium

 

단백질에 대한 투과도가 없는 막의 1측에 9개의 Na+이온과 9개의 Cl-이온이 들어있고 2측의 9개의 Na+ 이온과 9개의 단백질 이온이 들어 있다면 (단백질은 양성전해질 [ampholyte]로서 pH에 따라 그 하전 상태가 달라지는데, 37oC, pH 7.4 인 체액 내에서는 다량의 음전하를 가짐) Cl-은 농도 차에 따라 1측에서 2측으로 확산되며 그에 따라 Na+ 농도가 높아지면 Na+은 농도 차에 따라 2측에서 1측으로 이동하려는 힘이 생기므로 결국 Cl-의 이동도 저해를 받게 된다. 이러한 여건하에서 각 전해질이 평형상태 때 막 양 측에 어떻게 분포될 지를 나타내는 것이 Donnan 평형인데 다음과 같은 식으로 표시된다.

 

[Na+]1 X [Cl-]1 = [Na+]2 X [Cl-]2 막의 1측에서 2측으로 이동되는 Na+ 또는 Cl- 의 수를 χ 라고 하면 평형상태에서 [Na+]1 = [Cl-]1 = 9 – χ,  [Na+]2 = 9 + χ 그리고 [Cl-]2 = χ 이므로 상기식에서 (9 - χ)(9 - χ) = (9 + χ) · χ    ∴ χ = 3 따라서, 평형상태에서 [Na+]1 = [Cl-]1 = 6, [Na+] = 12, [Cl-]2 = 3, [Pr-]2 = 9가 된다.

단백질 농도와 삼투압간의 상관관계

 

이상에서 볼 수 있는 바와 같이 Donnan 평형은 3가지 중요한 특성을 보인다. 첫째, 각 구간 내에서 양이온의 합과 음이온의 합이 같아 전기적으로 중성을 유지하고 있다 (electroneutrality). 둘째, 단백질이 존재하는 측이 존재하지 않는 측에 비해 막투과성이 있는 양이온 (Na+)의 농도는 높고 음이온 (Cl-)의 농도는 낮다. 셋째 막투과성이 있는 이온의 합 (Na+ + Cl-)는 단백질이 존재하는 측 (12 + 3 = 15)이 존재하지 않는 측 (6 + 6 = 12)보다 높다. 이러한 현상과 단백질 자체의 삼투효과 때문에 단백질이 존재하는 측의 삼투질 농도는 단백질이 없는 쪽보다 높다. 이와 같이 단백질에 의하여 형성된 총 삼투압을 교질삼투압 (colloid osmotic pressure 혹은 oncotic pressure) 이라고 한다.

 

Starling의 가설 (Starling’s hypothesis)

 

혈액은 여러 가지 물질을 운반하는데 혈액이 가지고 있는 물질이 혈관 밖으로 나가게 되는 곳은 모세혈관에서 이루어진다. 이것을 설명한 학설을 starling의 가설이라 한다. 모세혈관 부위의 동백단 (arterial end)에는 다음과 같은 힘이 작용한다.

 

Capillary pressure: 모세혈관압 (capillary pressure)은 25 mmHg로 모세관 밖으로 액체를 나가게 하는 힘이 된다. Negative interstitial fluid pressure: 모세혈관은 간질액 (interstitial fluid)으로 둘러 싸여있는데 이 간질액은 음압을 가지고 았다 그 값은 6.3 mmhg로서 모세관에서 간질액쪽으로 액체를 이동시키는 힘으로 작용한다. Interstitial fluid colloid osmotic pressure: 간잘액은 소량의 단백질을 가지고 있는데 이들 단백질이 가지고 있는 삼투압은 5.0 mmHg이다. 이것은 모세관에서 간질액 쪽으로 액체를 이동시키는 힘으로 작용한다. Plasma colloid osmotic pressure: albumin, globulin, fibrinogen 같은 단백질을 많이 가지고 있다. 이런 혈장이 가지는 삼투압은 28 mmHg로서 이것은 액체를 모세관쪽으로 들어오게 하는 힘으로 작용한다. 그러므로 동맥단에서 액체를 간질액 쪽을 나가게 하는 힘은 25 + 6.3 + 5.0 = 36.3 mmHg 이며 모세관쪽을 들어오게 하는 힘은 28 mmHg 이므로 동맥단에서는 36.3 – 28 = 8.3 mmHg의 힘으로 액체가 간질액 쪽으로 흘러나간다 (filtration).

 

모세혈관의 정맥단 (venous end)에서는 Capillary pressure 10 mmHg, Negative interstitial pressure 는 6.3 mmHg Interstitial fluid colloid osmotic pressure는 5.0 mmHg, Plasma colloid osmotic pressure 는 28 mmHg의 힘이 작용한다. 그러므로 정맥단에서 액체가 간질액 쪽으로 나가는 힘은 10 + 6.3 + 5.0 = 21.3 mmHg가 되며 모세관 쪽으로 들어오게 하는 힘은 28 mmHg이므로 정맥단에서는 21.3 – 28 = -6.7 mmHg, 즉 6.7 mmHg만한 힘으로 혈액쪽으로 액체가 들어오게 된다 (reabsorption). 동맥단에서 8.3 mHg의 힘으로 혈액의 액체가 간질액 쪽으로 나오고 정맥단에서는 6.7 mmHg의 힘으로 간질액으로부터 혈액쪽으로 액체가 들어온다. Venus capillary는 arterial capillary보다 더욱 수가 많고 투과도가 크므로 액체를 흡수하는데 작은 압력이 요구된다. 동맥단에서 여과된 액체의 9/10은 이렇게 정맥단으로 재흡수되고 나머지 1/10은 림프말단 (lymphatic terminal)을 통해 흡수된다.