오늘은 total serum calcium과 ionized calcium의 관계에 대해서 공부해 보겠습니다.
내 환자의 혈액 lab 결과에서 칼슘과 관련된 수치는 total serum calcium과 ionized calcium이 있는데 둘의 관계를 알지 못하면 주치의 처방을 이해되지 않는 상황이 생길 수도 있기 때문에 이 둘의 관계는 흥미롭고 또한 중요합니다. 위 사진에서 Calcium이 total serum calcium입니다.
Total calcium vs ionized calcium 둘 중 뭘 봐야 하나요?라는 질문에
두괄식으로 결론부터 말하자면 정답은 total serum calcium만 측정하면 오해의 소지가 생길 수 있기 때문에 ionized calcium도 같이 봐라입니다
이유도 알고 싶으신 분은 아래 글을 같이 읽어나가 봅시다. 어렵지만 포기하지 않기~😊👌
제가 체내 칼슘에 대해서 이해하기 위해서 오늘 찾아본 자료는 UpToDate에 기재된 Relation between total and ionized serum calcium concentrations라는 저널입니다.
학술 저널의 원문을 그대로 복붙해오면 저작권 침해로 고소당할지도 모르기 때문에...
제가 원문을 쭉 읽고 이해한 바를 한국어로 옮겨서 정리해보도록 하겠습니다. 원문만 읽어서는 이해가 안 되는 부분도 많았기 때문에 따로 더 찾아본 것도 있네요.
예를 들면 원문에서는 pH가 높아지면 ionized calcium은 낮아진다.라고만 말하고 왜 낮아지는지 이유는 자세히 말 안해준단말이죠? 이런 걸 다 다시 찾았더니 꽤 어려운 과정이었습니다.🤦♂️
그럼 본격적으로 체내 칼슘에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
원문이 읽고 싶은 분들을 위해서 링크는 남겨놓겠습니다.
Relation between total and ionized serum calcium concentrations (medilib.ir)
Relation between total and ionized serum calcium concentrations
Relation between total and ionized serum calcium concentrations INTRODUCTION — The plasma (or serum) calcium concentration is usually reported in units of mg/dL in the United States, in mmol/L in many other countries, and in mEq/L by some laboratories.
medilib.ir
우선 칼슘은 아래 그림과 같이 사람의 뼈에 99%가 존재합니다.
그리고 1%가 혈액 속에 있습니다.
우리가 피검사로 추적할 수 있는 칼슘은 혈액 속에 존재하는 이 1%의 칼슘이겠죠?
지금부터 혈액 속에 존재하는 이 1%의 칼슘을 total serum calcium이라고 칭하겠습니다.
total serum calcium은 세 부분으로 나뉘는데요.
① 40~45%는 단백질, 특히나 알부민과 결합해 있습니다.
② 15% 정도는 sulfate, phosphate, lactate, and citrate와 같은 음이온과 결합해 있습니다.(칼슘은 2가 양이온이죠? = Ca2+)
③ 나머지 40~45%는 이온화된 상태로 혈액 속에서 떠다닙니다. 이를 free calcium(ionized calcium)이라고 합니다.
결론적으로 total serum calcium = 알부민이나 음이온에 결합되어 있는 calcium(bound calcium) + ionized calcium(free calcium)으로 정리할 수 있겠습니다.
total serum calcium을 측정하면 ionized calcium이 포함되어 측정된다고 생각해도 되겠네요.
ionized calcium이 칼슘의 생리학적 활성 형태입니다. 저칼슘혈증, 고칼슘혈증의 증상은 바로 ionized calcium이 낮은지 높은지에 따라 나타납니다. 알부민이나 음이온에 binding 되어 있는 칼슘은 세포막을 자유롭게 이동하기도 어렵기에 활성 형태가 아니라서 칼슘 이온의 기능을 하지 못합니다.
ionized calcium 수치는 보통은 PTH(부갑상선 호르몬)와 비타민 D 등에 의해 평소엔 엄격하게 조절되지만 다양한 요소에 의해서 변하기도 합니다.
아래서 나오겠지만 여기서 말하는 다양한 요소에는 알부민의 증감소, 체내 pH의 변화 등이 있습니다.🤦♀️
위에서 total serum calcium = bind calcium과 free calcium(ionized 칼슘)이라고 말씀드렸죠?
간단화시키면 A= B+C라는 공식인 건데
실제로는 ionized calcium 농도에는 영향을 미치지 않으면서 total calcium의 농도는 변할 수 있고
ionized calcium 역시 total calcium의 농도는 변화시키지 않으면서도 증감량 될 수 있습니다.
그 이유는 A=B+C라는 공식에서 C가 감소하면 당연히 A도 감소할 것 같잖아요?
근데 C가 감소한 게 감소한 만큼 C에서 B로 이동한 거라면? 그럼 A의 양은 같을 수 있겠죠. 그럼 밑에 설명을 이어서 봅시다.
자 그럼 첫 번째 상황입니다.
1. Total serum calcium이 낮은데 ionized calcium은 정상인 상황
저 알부민혈증, 고 알부민혈증 환자에서는 ionized calcium 농도가 정상인데 Total serum calcium 농도는 비정상적으로 보일 수 있습니다. ionized calcium 이 정상인데 Total serum calcium 이 낮은 경우 이를 가성저칼슘혈증(pseudohypocalcemia)이라고 합니다. ionized calcium 은 정상인데 Total serum calcium이 높은 경우 이를 가성고칼슘혈증(pseudohypercalcemia)이라고 합니다. 가성이라는 말이 붙은 이유가 뭘까요?
한마디로 진짜 고칼슘혈증이나 진짜 저칼슘혈증은 아니라는 뜻이겠죠.
혈액 속의 칼슘은 40~50%가 알부민에 결합해 있기 때문에 혈중 알부민의 양이 total serum calcium 농도에 큰 영향을 미칩니다.
아까 total serum calcium = bind calcium + ionized calcium이라고 했었죠?
여기서 저 알부민혈증이 있다고 쳐봅시다. 그럼 bind calcium이 바로 알부민+칼슘이온의 결합이었는데 이게 다 같이 없어진다고 보면 됩니다. 그러니 ionized calcium은 그대로여도 total serum calcium은 감소하겠죠?
저알부민혈증 환경에서 임상의들은 알부민 농도를 고려한 다양한 보정 공식을 사용하여 총 혈청 칼슘 농도를 추정하려고 시도해 왔습니다. 전통적으로 임상에서 총 칼슘 농도를 추정하는 데 가장 널리 사용되는 방정식 중 하나는 혈청 알부민 농도가 1g/dL 떨어질 때마다 혈청 칼슘이 0.8mg/dL 감소한다고 가정합니다.
Corrected [Ca] = Measured total serum [Ca] + (0.8 x (4.0 - [Alb]))
total serum calcium의 정상범위는 원래 8.8~10.3 mg/dL입니다.
그런데 만약 오늘 내 환자의 lab에서 total serum calcium이 8mg/dL이었다고 쳐봅시다. 정상범위보다 낮네요? 근데 이 사람의 알부민이 2.5였다고 쳐볼게요.
그럼 교정된 칼슘 = 8 + (0.8 X (4-2.5)) = 9.2mg/dL이 나옵니다. 이 환자는 알부민이 저하되어서 total serum calcium이 낮아진 것처럼 보였을 뿐, 교정된 칼슘으로 계산해 보면 normal range인 것을 볼 수 있습니다.
하지만 위 계산식은 pH와 같은 다른 변수는 일정하다고 놓고 계산해야 의미가 있는데 중환자나 CKD 환자는 metabolic acidosis가 있는 경우가 많아서 ionized calcium 농도는 pH에도 영향을 받기 때문에 저 공식만으로는 정확한 칼슘의 농도를 계산해 내기 힘듭니다. 그래서 total serum calcium만 보지 말고 ionized calcium도 측정하는 것은 칼슘 상태를 평가하는 데 있어 여전히 표준으로 남아 있습니다.
그럼 이제 두 번째 상황입니다.
2. ionized calcium은 변하는데 total calcium은 안 변하는 경우
1) 산-염기 장애
산염기 장애는 ionized calcium의 농도 변화를 초래할 수 있습니다. 예시를 들어서 설명해 드리겠습니다.
pH가 상승하면(=알칼리혈증) 알부민에 대한 칼슘의 결합이 증가하여 serum ionized calcium 농도는 낮아진다고 합니다. 이게 무슨 소리냐면, 알부민의 화학구조를 보시면 ↓
알부민의 화학구조식에서 OH기가 보이실 겁니다. 이때 pH가 높아지면(알칼리혈증) 체내 H+이 감소되기 때문에 우리 몸은 H+농도를 맞추기 위해 알부민에서 H+가 떨어져 나오게 합니다. 그럼 양이온이 떨어져 나왔으니 알부민 구조에서 음의 전하를 띄는 부분에 돌아다니던 ionized calcium(Ca2+)이 철썩 붙게 되는 것입니다.
그렇다면 원래는 자유롭게 돌아다니던 ionized calcium(Ca2+)이 알부민에 결합해 버렸으니까 ionized calcium 농도는 낮아지게 되겠죠?
하지만 total serum calcium = bind calcium + ionized calcium이기 때문에 ionized calcium 쪽에서 bind calcium 쪽으로 Ca2+이 이동했다고 해서 total serum calcium 농도가 변하지는 않게 됩니다.
이게 바로 ionized calcium은 변하는데 total serum calcium은 안 변하는 경우인 것입니다.
따라서 과호흡 증후군이 와서 이산화탄소를 팍팍 배출시켜 급성 호흡성 알칼리혈증이 오면 경련, 마비, 테타니, 발작 같은 저칼슘혈증 증상을 보이는데, 실제로는 pH가 높아지고 위와 같이 ionized calcium이 저하되며 이러한 증상이 나타나는 것일 수 있습니다.
반대로 대사성 산증같이 pH가 저하되어 있는 상태는 어떨까요? 이럴 때는 알부민에서 H+이 떨어져 나올 필요가 없죠. 워낙 이미 많으니까요. 그래서 Ca2+이 알부민에 결합해 있기보다는 그 자리는 H+에게 양보하고 상대적으로 ionized calcium 형태로 떠다니게 됩니다. total serum calcium은 같아도 ionized calcium은 높아 보일 수 있겠네요.
SUMMARY
요약을 해보겠습니다.
1. serum calcium 농도의 구성
- 40~45%는 알부민 등의 단백질에 결합해 있다.
- 15%는 phosphate, lactate 같은 음이온과 결합해 있다.
- 40~45%는 생리학적으로 활성 상태인 ionized calcium(Ca2+)으로 혈액 내 떠다닌다
위에 두 개는 bind calcium, 아래는 free calcium(ionized calcium)으로
total serum calcium = bind calcium + free calcium(ionized calcium)이며 우리는 혈액 검사를 통해서
total serum calcium과 ionized calcium 수치를 측정할 수 있습니다. 아래 사진처럼요!
칼슘과 관련된 피검사 수치가 이렇게 2개 이기 때문에 무슨 수치가 더 중요하냐는 의문이 생길 수 있는데요. 그게 오늘 글을 쓴 이유죠!
정답은 total serum calcium만 측정하면 오해의 소지가 생길 수 있기 때문에 ionized calcium도 같이 봐라라고 했죠. 아래의 두 경우 때문입니다.
2. ionized calcium은 그대로인데 total serum calcium이 변하는 경우
- 저 알부민혈증: Ca2+의 대부분이 알부민과 결합해 있기 때문에 알부민이 저하되면 결합하지 않고 있던 ionized calcium들은 그대로 있지만 알부민과 결합된 Ca2+들은 없어지기 때문에 total serum calcium이 감소합니다.
- 고 알부민혈증은 아예 반대로 생각하시면 됩니다.
3. ionized calcium은 변하는데 total serum calcium은 그대로인 경우
- 혈중 pH가 증가하면 H+이 감소하기 때문에 알부민에서 H+가 떨어져 나오게 되고 거기에 Ca2+이 대신 붙습니다. 그래서 혈중 ionized calcium이 감소합니다. 하지만 Ca2+이 우리 몸에서 배출된 게 아니고 ionized calcium에서 bind calcium으로 이동한 것이기 때문에 total serum calcium은 그대로입니다.
어렵죠? 오늘 공부해 본 것을 임상에서 적용해 보면 이렇습니다.
ex) 내 환자의 total serum calcium이 정상수치보다 낮아요~ calcium replacement를 해줘야 하는 거 아닐까요?
→ 내환자가 만약 간기능이 안 좋지는 않은지, 알부민 수치를 한번 봐보세요. 알부민이 저하되어 있어서 total serum calcium이 낮게 측정되는 것일 수 있습니다. 저칼슘혈증, 고칼슘혈증 증상은 ionized calcium이 낮냐 높냐로 인해 나타나기 때문에 ionized calcium 수치가 괜찮은지 확인해 보아요~
마찬가지로 total serum calcium이 normal range인데 calcium replace 처방이 딱! 하고 난 경우에는 혹시 ionized calcium이 낮은 것은 아닌지 확인해 보면 좋겠죠!
사실 Ca2+에 영향을 주는 게 원문에서는 PTH와 phosporus 이야기도 있었지만 너무 글이 복잡해질 것 같아서 여기서 논하지 않았답니다.
궁금하신 분들은 올려드린 원문 링크를 타고 가서 확인해 보아요~
여기까지 total serum calcium과 ionized calcium의 관계에 대해 공부해 본 포스팅이었습니다.
[틀린 내용이 있다면 댓글로 알려주세요]
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