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Fluid & electrolyte disturbances

1. Sodium & water

1) composition of body fluid

water M=60%, F=50%

+- ICF: 55-75%(2/3)

+- ECF: 25-45%(1/3) +- intravascular(plasma water)(1/4)

+- extravascular(interstitial)(3/4)

* major ECF particles: Na+, Cl-, HCO3-

major ICF particles : K+, organic phosphate esters(ATP, creatine phosphate,

phospholipids)

① effective osmolality(or tonicity)

ECF or ICF에 국한된 solute가 그 구획의 effective osmolality(or tonicity)를 결정한다.

Na+는 주로 extracellular compartment에 국한되고 K+는 주로 ICF에 국한된다.

그러므로 intracellular particles의 수는 비교적 일정하며 ICF osmolality가 변하는 것은

ICF water content가 변하기 때문이다.

② osmotic adaptation

특수상황에서 brain cell은 large water shift를 방지하기 위하여 intracellular solute 수를

조절할수 있다. 이 과정을 "osmotic adaptation"이라 하는데 이는 cell volume을 유지하는데

중요하며 chronic hyponatremia & hypernatremia에서 일어난다.

처음에는 K+ & Na+의 transcellular shift가 일어나고 그후에는 inositol, betaine, and

glutamine과 같은 organic solutes(=osmolytes)의 합성, 유입, 유출이 뒤따른다.

chronic hyponatremia때 brain cell은 solute loss가 일어나 cell volume을 유지하고,

neurologic sx을 감소시킨다. chronic hypernatremia때는 반대현상이 일어난다.

③ ineffective osmoles

urea와 같은 solutes는 cell membrane을 통한 water shift에 기여하지 않는데 이러한

solutes를 ineffective osmoles이라 한다.

fluid movement는 capillary wall을 통하여 이루어지며 Starling forces(capillary hydraulic

pressure & colloid osmotic pressure)에 의해 결정된다.

plasma -> extravascular space: hydraulic pressure & oncotic pressure

extravascular -> intravascular space: lymphatic flow를 통해 유입

2) water balance

normal plasma osmolality: 275-290 mosmol/kg

1-2%의 변화도 감지할수 있는 기전이 있어 이러한 좁은 범위가 유지된다.

일정상태를 유지하기 위해 water intake는 water excretion과 같아야 한다.

이러한 water homeostasis의 장애는 hyponatremia or hypernatremia를 초래한다.

정상적으로 하루 600 mosm이 배설되어야 하는데 maximum urine osmolality는 1200

mosm/kg까지 가능하므로 neutral solute balance를 유지하기 위한 최소한의 urine output

이 500 ml/d는 되어야 한다.

① water intake

물을 마시게 하는 일차적 자극은 "갈증, thirst"이다.

이는 i) effective osmolality의 증가나

ii) ECF volume or BP의 감소에 의해 유발된다.

* osmoreceptors

anterolateral hypothalamus에 있으며 tonicity의 증가에 의해 자극된다.

urea & glucose와 같은 ineffective osmoles은 thirst자극에 영향을 끼치지 않는다.

갈증을 느끼는 평균 osmotic threshold는 295 mosm/kg이며 개인마다 차이가 있다.

정상적인 환경에서는 daily water intake가 생리적 요구량보다 많다.

② water excretion

water ingestion과는 반대로 water excretion은 physical factor에 의해 철저히 조절된다.

renal water excretion의 1차적 결정인자는 AVP이다.

AVP -> collecting duct의 principle cell의 posterolateral membrane에 있는

V2 receptor에 결합

-> adenylate cyclase activation

-> water channel이 luminal membrane으로 결합하여 activation

(water channel은 aquaporin-2 gene에 의해 encode)

i) hypertonicity: AVP secretion의 major stimulus

major ECF solutes는 Na+ salt이므로 effective osmolality는 일차적으로 plasma Na+

concentration에 의해 결정된다. tonicity의 증가와 감소는 각각 hypothalamic

osmoreceptor의 cell volume이 증가 혹은 감소를 일으켜 AVP secretion의 증가 혹은

억제시킨다.

AVP release의 osmotic threshold는 280-290 mosm/kg이며 이 system은 plasma

osmolality가 1-2%만 변해도 AVP release가 변할만큼 민감하다.

ii) nonosmotic factor

AVP secretion을 조절하는 nonosmotic factor는 effective circulating(arterial) volume,

nausea, pain, stress, hypoglycemia, pregnancy & numerous drug 등이다.

이러한 hemodynamic response는 carotid sinus에 있는 baroreceptor에 의해 조절된다.

baroreceptor의 민감도는 osmoreceptor보다 훨씬 낮다.

혈압이 감소할 정도로 blood volume이 감소하면 AVP release가 자극되지만 volume이

약간 변하는 정도로는 영향이 거의 없다.

homeostasis & normal plasma Na+ 농도를 유지하기 위해 solute-free water ingestion

하면 결국 같은 양만큼의 electrolyte-free water loss를 일으켜야 한다. kidney가 이와같은

water load를 excretion하는데는 세 단계가 있다.

i) nephron의 diluting site로 water(and electrolyte)의 filtration & delivery

ii) active reabsorption of Na+ & Cl- without water

in the thick ascending limb of the loop of Henle

iii) maintenance of a dilute urine

3) sodium balance

세포막의 Na+, K+-ATPase pump에 의해 cell밖으로 pump되어 대부분의 Na+(85-90%)는

extracellular에 존재하며, ECF volume은 total body Na+ content의 영향을 받는다.

osmoregulation장애와 volume regulation장애를 구별하는 것이 중요한데, 왜냐하면 water

& sodium balance가 각각 독립적으로 조절되기 때문이다.

① sodium intake

서양인은 하루 대략 150 mmol의 NaCl을 섭취한다.

정상적으로 기본 필요량보다는 많은 양이다.

dietary Na+ intake는 ECF volume을 expansion시켜 ranal Na+ excretion을 증가시키고

결국은 안정상태의 Na+ balance를 유지하게 된다.

② sodium excretion

Na+ excretion조절은 multifactorial이며 Na+ balance를 조절하는 주 결정인자는

Na+ excretion이다.

effective circulating volume이 변하면 GFR도 따라서 변하게 된다.

그러나 tubule Na+ reabsorption은 GFR과는 달리 Na+ excretion을 조절하는 주 조절기전

이다.

대략 여과된 Na+의 2/3가 proximal convoluted tubule에서 재흡수되지만 이 과정은

electroneutral & isoosmotic하다. 나머지 재흡수(25-30%)는 loop of Henle의 thick

ascending limb에서 apical Na+, K+-2Cl- cotransporter를 통하여 일어난다. 이 과정은

active process이며 역시 electroneutral이다.

distal convoluted tubule에서도 Na+재흡수가 일어나는데(5%) 이는 thiazide-sensitive

Na+-Cl- cotransporter에 의해 일어난다.

2. Hypovolemia

1) 원인 : renal or extrarenal(Tab 49-1)

① renal

i) diuretics : Na+ 재흡수를 차단하여 urinary Na+ excretion↑

ii) glucose(=uncontrolled DM), urea(high-protein hyperalimentation), mannitol

-> osmotic diuresis유발

iii) ATN의 diuretic phase: Na+ & water loss

iv) CRF때 renal salt & water excretion조절능 상실(salt-wasting nephropathy)

v) mineralocorticoid deficiency(hypoaldosteronism) -> salt-wasting

vi) DI: massive renal water excretion

② extrarenal

i) GI fluid loss: GIT로는 대략 9L의 fluid가 유입되는데(2L=ingestion, 7L=secretion)

이중 98%는 재흡수되고 100-200 mL/d만 fecal fluid loss

ii) skin, respiratory tract을 통한 insensible loss(500 ml/d)

fever, prolonged heat exposure, or exercise때 손실 증가

정상 땀의 Na+ 농도 = 20-50 mmol/L

심하게 땀을 흘릴땐 aldosterone의 영향으로 hypotonic

iii) fluid sequestration in a third space

2) 병태생리

plasma volume 감소 및 hypotension

-> venous return↓(=preload↓), C.O↓

-> baroreceptor자극

-> sympathetic nervous system, renin-angiotensin system activation

cardiovascular response와는 반대로 renal response는 ECF volume을 회복하는데 있다.

: GFR↓, filtered load of Na+↓

tubular reabsorption of Na+↑(가장 중요)

+- sympathetic tone↑ => proximal tubule Na+ reabsorption↑, GFR↓

| afferent arteriolar vasoconstriction

+- angiotensin II↑, oncotic pressure↑, hydraulic pressure↓

=> proximal convoluted tubule에서 Na+ reabsorption↑

3) 임상특징

careful history(vomiting, diarrhea, polyuria, diaphoresis)를 통하여 상태를 대략 알수 있다.

대부분의 증상은 비특이적이다.

skin turgor감소 및 dry oral mucous membrane은 interstitial fluid감소를 잘 반영하지

못한다.

4) Lab

BUN/Cre = 10:1(정상)

prerenal azotemia > 20:1

그 외 BUN이 증가되는 상황(=urea production↑)

i) hyperalimentation(high-protein)

ii) glucocorticoid tx

iii) GI hemorrhage

① hypokalemia동반: renal or GI K+ loss↑

② hyperkalemia : renal failure, adrenal insufficiency, metabolic acidosis 중 일부형태

③ metabolic alkalosis: diuretic-induced hypovolemia, vomiting or NG suction

④ metabolic acidosis : renal failure, tubulointerstitial disease, adrenal insufficinecy,

diarrhea, ketoacidosis, lactic acidosis

albumin과 erythrocyte는 intravascular compartment에 국한되어 있으므로 ECF volume

contraction이 있으면 Hct의 상승(hemoconcentration) 및 plasma albumin concentration

의 상승이 생긴다.

hypovolemia에 대한 적절한 반응은 renal Na+ & water reabsorption이므로 urine Na+

농도는 ATN과 같은 재흡수장애를 제외하고는 <20 mmol/L이다.

cf. 다른 예외: hypovolemia due to vomiting

-> metabolic alkalosis, filtered HCO3-↑

-> proximal Na+ reabsorption장애를 초래

urine Cl- <20 mmol/L

5) 치료: normovolemia 회복이 목표

i) normonatremic & mildly hyponatremia : isotonic saline

ii) severe hyponatremia: hypertonic saline

iii) hypernatremia: hypotonic solution(half saline or 5% D/W)

iv) significant hemorrhage, anemia or intravascular volume depletion

: blood transfusion or colloid-containing solutions(albumin, dextran)

3. Hyponatremia

1) 원인 Tab 49-2

① pseudohyponatremia

plasma Na+ concentration <135 mmol/L일 때 hypotonic state를 의미한다.

그러나 hyponatremia때도 plasma osmolality는 정상 내지는 증가되어 있을수 있는데

이때를 pseudohyponatremia라 한다.

plasma는 93%의 물과 7%의 plasma protein & lipids로 이루어져 있다. Na+ ions은 물에

녹아있으므로 nonaqueous phase가 증가함에 따라 plasma liter당 Na+농도는 낮아지게

된다.

실제 plasma osmolality 및 Na+농도는 정상이다. 이런 형태의 hyponatremia는 임상적으로

거의 의미가 없으며 다만 hyperproteinemia or hyperlipidemia의 원인만 확인하면 된다.

② dilutional hyponatremia

TURB or TURP후에 isoosmotic hyponatremia가 생길수 있는데 수술중 사용하는

isoosmotic(mannitol) or hypoosmotic(sorbital or glycine) bladder irrigation solution이

흡수되어 dilutional

hyponatremia를 초래하게 된다.

③ hypertonic hyponatremia

hyperglycemia or mannitol투여후에 발생한다.

poorly controlled DM의 경우 myosite에서 impermeable glucose가 나오게 되는데 이

glucose는 effective osmole로 muscle로부터 수분을 끌어들여 그 결과 hyponatremia를

초래한다.

혈당이 100 mg/dL상승할때마다 plasma Na+농도는 1.4 mmol/L떨어진다.

* 대부분의 hyponatremia는 plasma osmolality가 낮다(hypoosmolal hyponatremia).

일반적으로 hypotonic hyponatremia는 primary water gain(and secondary Na+ loss) 혹은

primary Na+ loss(and secondary water gain)으로 생긴다.

ECF volume contraction은 thirst & AVP 분비를 자극한다.

물을 많이 마시지만 renal excretion의 장애가 있다면 hyponatremia가 초래된다.

④ diuretic-induced hyponatremia => renal Na+ loss

diuretic-induced hyponatremia는 거의 항상 thiazide diuretics 때문이다.

loop diuretics는 medullary interstitium의 tonicity를 감소시키고 maximal urinary

concentrating capacity에 장애를 준다. 그 결과 water retention시키는 AVP의 작용이

제한된다.

이와 반대로 thiazide diuretics는 Na+, K+ depletion & AVP-mediated water retention을

일으킨다.

⑤ large K+ deficit가 있는 경우에 transcellular ion exchange(K+ exit & Na+ enter cells)가

hyponatremia를 일으킨다.

⑥ hyponatremia가 "desalination, 탈염"이라는 과정에 의해서 생기기도 한다.

이것은 urine tonicity가 IV fluid tonicity보다 클 때 생기는데 acute postoperative

hyponatremia & cerebral salt wasting after neurosurgery로 생긴다.

⑦ ECF volume이 expansion된 상황에서도 hyponatremia가 생기는데 이때는 흔히 edema

가 동반되어 있다. 예> congestive heart failure, hepatic cirrhosis, nephrotic syndrome

이 질환들의 공통점은 effective circulating arterial volume이 감소하여 thirst 및 AVP level

이 증가한다는 것이다.

그 외 solute-free water excretion에 장애를 초래하는 인자로는 GFR의 감소, diluting site

로의 ultrafiltrate delivery감소(d/t proximal fractional reabsroption of Na+ & water 증가),

diuretic therapy를 들수 있다. hyponatremia정도는 underlying condition의 severity와 비례

하며 중요한 예후인자가 된다.

⑧ SIADH

ECF volume contraction, effective circulating arterial volume감소 혹은 renal

insufficiency가 없는 상태에서의 hyponatremia는 흔히 AVP secretion이 증가하기

때문이며 water excretion에 장애가 있다.

high level of AVP단독으로는 hyponatremia를 일으키기 불충분하므로 water ingestion

or administration이 또한 요구된다. 흔히 SIADH라고 부르는 이러한 장애는

normovolemic hyponatremia를 일으키는 가장 흔한 원인이며 posterior pituitary or

ectopic source에서 AVP가 nonphysiologic release되기 때문에 생긴다.

renal free water excretion의 장애는 있지만 Na+ balance 조절에는 영향이 없다.

SIADH의 가장 흔한 원인은 neuropsychiatric and pulmonary disease, malignant tumors,

major surgery(postoperative pain), and pharmacologic agent 등이다.

severe pain & nausea도 AVP secretion의 생리적 자극인자이다. 다양한 CNS disorder가

SIADH와 관련있는데 여기에는 meningitis, encephalitis, hemorrhage, stroke, psychosis,

primary and metastaitc tumor, acute porphyria 등이 있다.

pneumonia, empyema, tuberculosis, and acute respiratory failure도 SIADH에 의해 2차

적으로 hyponatremia가 생길수 있다.

hypoxemia, hypercarbia, and positive-pressure ventilation도 AVP release의

nonosmotic stimuli이다. 다양한 종양(oat cell carcinoma of the lung)이 ectopic AVP

secretion을 일으킨다.

많은 약제가 AVP release를 자극하거나 그 작용을 강화한다.

SIADH를 분류하기 위해 AVP secretion pattern을 4가지 subtypes으로 구분한다.

i) erratic autonomous AVP secretion(ectopic production)

ii) normal regulation of AVP release around a lower osmolality set point

or reset osmostat(cachexia, malnutriton)

iii) normal AVP response to hypertonicity with failure to suppress completely

at low osmolality(incomplete pituitary stalk section)

iv) normal AVP secretion with increased sensitivity to its actions or secretion of some

other antidiuretic factor(rare)

⑨ adrenal insufficiency

hormonal excess or deficiency는 hyponatremia를 일으킬수 있다. adrenal insufficiency

& hypothyroidism에서도 hyponatremia를 보일수 있는데 SIADH와 혼동해서는 안된다.

adrenal insufficiency에서 mineralocorticoid가 감소하면 hyponatremia를 일으킬 수

있지만 cortisol deficiency는 직,간접적으로 AVP hypersecretion을 일으킨다.

+- indirectly: cortisol deficiency -> volume depletion -> AVP hypersecretion

+- directly: cortisol deficiency -> CRF 분비와 함께 AVP분비

⑩ hypothyroidism

hypothyroidism이 hyponatremia를 일으키는 기전은 C.O 및 GFR이 감소되고

hemodynatic stimuli에 반응하여 AVP secretion이 증가되기 때문이다.

⑪ primary polydipsia

kidney가 dietary water load를 excretion하지 못한다면 AVP 및 renal failure가 없는

상황에서도 hyponatremia가 생길수 있다. psychogenic or primary polydipsia,

compulsive water consumption이 정상적인 renal excretory capacity를 넘어설 때 발생

할수 있다(>12L/d).

이러한 환자들은 흔히 psychiatric illness가 있고 phenothiazine과 같은 medication을 하고

있어 dry mouth에 의해 갈증이 증가한다.

⑫ osmotic diuresis

정상적으로 음식을 통해 하루 600 mosm/d이 생성되며 minimal urine osmolality는 50

mosm/kg이다. 그러므로 최대 하루 urine output은 12L가 된다. solute excretion rate가

∼750 mosm/d

이상이면 정의상 osmotic diuresis라 한다.

low-protein diet는 250 mosmol/d 미만이지만 minimum urine tonicity를 50 mosmol/kg로

하기 위한 maximal urine output은 5L/d가 되어야 한다.

⑬ beer potomania

beer drinker는 전형적으로 dietary protein & electrolyte intake가 poor하고 renal excretory

capacity를 초과하는 많은 양의 맥주를 섭취하여 hyponatremia를 일으키는데 이러한 현상

을 "beer potomania"라 한다.

2) 임상특징

osmotic water shift가 일어나 ICF volume이 증가하여 brain cell swelling or cerebral

edema가 생길수 있다. 그러므로 이런 증상은 일차적으로는 신경과적이며 심한정도는

plasma Na+ 농도의 감소속도에 달려있다. 무증상일수도 있고 nausea, malaise를 호소할

수도 있다. plasma Na+ concentration이 낮아짐에 따라 증상이 점차 진행하여 headache,

lethargy, confusion, and obtundation이 생긴다. plasma Na+ 농도가 120 mmol/L이하로

급격히 떨어지지 않는다면 stupor,

seizure, coma는 잘 발생하지 않는다. 앞에서도 언급했지만 chronic hyponatremia에서는

cell volume을 유지하기 위한 adaptive mechanism이 있다. Na+, K+ lass이후에 organic

osmolytes가 brain cells에서 transcellular water shifts(ICF-> ECF)를 일으킴으로써 2차적

으로 brain swelling을 감소시킨다.

3) 진단

hyponatremia는 질병이 아니라 다양한 질환들의 발현형태이다. 정확한 병력과 진찰을

통하여 원인질환을 찾는 것이 중요하며 진찰에는 ECF volume status와 effective

circulating arterial volume의 평가가 포함된다.

* hyponatremia의 감별진단

i) expanded ECF volume & decreased circulating volume

: CHF, hepatic cirrhosis, nephrotic syndrome

ii) near-normal ECF volume & decreased effective circulating arterial volume

: hypothyroidism, adrenal insufficiency

iii) euvolemic : SIADH

* hyponatremia를 감별진단하기 위해 다음 4가지 lab findings이 유용하게 사용된다.

i) plasma osmolality

ii) urine osmolality

iii) urine Na+ concentration

iv) urine K+ concentration

ECF tonicitity는 일차적으로 Na+ 농도에 의해 결정되므로 hyponatremia환자 대부분은

plasma osmolality가 감소되어 있다. 만약 plasma osmolality가 감소되어 있지 않다면

pseudohyponatremia를 배제해야 한다.

Na+가 major ECF cation이며 주로 ECF에 국한되어 있으므로 ECF volume contraction은

total body Na+ content deficit를 의미한다. 그러므로 renal function이 정상인 환자에서

volume depletion되면 tubule Na+ reabsorption이 증가되어 urine Na+ 농도는 20 mmol/L

이하가 된다.

hypovolemic hyponatremia에서 urine Na+ > 20 mmol/L이면 salt-wasting nephropathy,

diuretic therapy, hypoaldosteronism, or occasionally vomiting을 의미한다.

SIADH 환자는 전형적으로 normovolemic이며 normal Na+ balance를 갖는다. water

retention에 의해 2차적으로 다소 volume expansion되며 urine Na+ excretion rate는

intake와 같다(urine Na+ > 40 mmol/L). 정의상 normal renal, adrenal, thyroid function &

normal K+, acid-base balance를 갖는다. volume expansion에 의해 uricosuric state가

되므로 hypouricemia를 동반한다.

4) 치료

* 목표 i) water intake를 제한하고 water loss를 촉진하여 plasma Na+ 농도를 증가시키고

ii) underlying disorder를 교정하는 것이다.

① asymptomatic hyponatremia associated ECF volume contraction: isotonic saline

투여한 NaCl이 plasma Na+농도에 미치는 영향은 미미하지만 euvolemia를 회복함으로써

AVP release를 자극하는 요소를 없앤다.

② hyponatremia associated with edematous state

underlying disease severity를 반영하며 흔히 무증상이다.

치료는 Na+, water restriction하고, hypokalemia를 교정하며, Na+가 과도한 상태에서의

water loss를 촉진시키는 것이다.

water loss를 증가시키기 위해서 net free water excretion을 증가시키기 위해

urinary Na+ loss를 보충하면서 loop diuretics가 필요할수도 있다.

dietary water restriction은 urine output보다 적어야 한다.

③ 교정속도

i) 무증상환자는 plasma Na+ 농도를 시간당 0.5-1 mmol/L이상 올리지 말아야 하며

첫 24시간동안 10-12 mmol/L이상 올리지 않도록 한다.

ii) acute or severe hyponatremia(plasma Na+ < 110-115 mmol/L)로 altered mental

status and/or seizure가 발생할 위험이 클 때 보다 빨리 교정해야 한다.

seizure가 없어질 때까지 첫 3-4시간은 시간당 1-2 mmol/L까지 증가시키며 그후로는

24시간동안 12 mmol/L이상 올리지 않는다.

cf. Na+ 필요량 계산(70kg, 남자, 105 -> 115 mmol/L로 올리고자 할 경우)

= (115-105) × 70kg × 0.6 = 420 mmol

④ 부작용: osmotic demyelination syndrome

hyponatremia를 너무 빨리 교정하면 osmotic demyelination syndrome(ODS)가 발생할

위험이 있다. 이것은 flaccid paralysis, dysarthria, dysphagia를 특징으로 하는 신경학적

질환이며 임상적으로 쉽게 의심할수 있고 적절한 neuroimaging study로 확인할수 있다.

특별한 치료는 없으며 morbidity & mortality가 높다. chronic hyponatremia환자는

adaptive mechanism에 의해 brain cell volume이 거의 정상으로 유지되고 있기 때문에

hypertonic saline을 투여하면 갑자기 brain cell의 수축을 초래하여 ODS가 생기기 쉽다.

* 그외 ODS가 잘생기는 위험인자

i) prior cerebral anoxic injury

ii) hypokalemia

iii) malnutrition, 특히 aldoholism에 의해 2차적으로 발생한 malnutrition

4. Hypernatremia >145 mmol/L

1) 원인

hypernatremia = a state of hyperosmolality

ICF particles은 고정되어 있어서 hypernatremia때 osmotic equilibrium의 유지를 위해서

ICF volume은 contraction된다.

원인은 primary Na+ gain or water deficit로 대별할 수가 있으나 실제로 대부분은

water loss에 의해 발생한다.

ICF:ECF 사이의 물의 분포가 2:1이므로 solute-free water loss가 있을 때 ICF에서 2배더

소실된다.

예> i) free water 1L 소실시 ICF volume = 667 ml감소

ECF volume = 333 ml감소

ii) isotonic fluid 1L소실시 ECF voluem만 1L 감소

iii) half isotonic fluid 1L(=water 500 ml + isotonic 500 ml) 소실시

ICF = 500×2/3 = 333 ml

ECF = 500 ×1/3 + 500 = 667 ml

thirst mechanism이 정상적으로 작동한다면 hyperosmolality 정도는 미미하다.

- thirst mx에 이상이 있거나 물을 쉽게 마실수 없는 경우에 hypernatremia가 발생한다.

: infant, physically handicapped, impaired metal status, postop state, ICU pt

드물게 primary hypodipsia

hypodipsic hypernatremia = essential hypernatremia

- free water source: renal or extrarenal

① nonrenal loss : skin & respiratory tract에서의 소실(=insensible loss), GIT loss

fever, exercise, heat exposure, severe burn, mechanically ventilated pt에서는

insensible loss가 증가한다.

심한 발한에는 Na+ 농도가 낮으므로 solute-free water loss가 더욱 증가한다.

diarrhea는 hypernatremia의 가장 흔한 GI source이다.

osmotic diarrhea(lactulose, sorbitol or malabsorption of carbohydrate) & viral

gastroenteritis로 인해 과도한 Na+, K+ loss가 일어난다.

반대로 secretory diarrhea(예, cholera, carcinoid, VIPoma)는 plasma osmolality와 유사

한 fecal osmolality(Na+ & K+ 농도의 합의 2배)가 있으며 ECF volume contraction &

normal plasma Na+ 농도 or hyponatremia를 보인다.

② renal water loss: most common cause of hypernatremia

drug-induced or osmotic diuresis or DI

i) loop diretics는 countercurrent mx을 방해하여 isoosmotic, solute diuresis를 일으키고

medullary interstitial tonicity를 감소시켜 renal concentrating activity를 손상시킨다.

tubule lumen내의 non-reabsorbed organic solutes는 물의 osmotic reabsorption을

저해하여 과도한 Na+, K+(=osmotic diuresis)를 일으킨다.

ii) osmotic diuresis의 가장 흔한 원인은 poorly controlled DM에서 hyperglycemia &

glucosuria이다. IV mannitol or endogenous urea production의 증가(high-protein diet)

또한 osmotic diuresis를 일으킬수 있다.

nonosmotic urinary water loss에 의해 2차적으로 발생하는 hypernatremia는

i) central or neurogenic DM

ii) nephrogenic DI가 있다.

iii) CDI의 가장 흔한 원인은 neurophypophysis destruction이다.

congenital NDI는 X-linked recessive trait를 보이며 V2 receptor gene mutation을

보인다.

aquaporin-2 gene은 water channel protein을 encode하는데 aquaporin-2 gene

mutation도 NDI를 일으킬수 있다.

* sporadic NDI의 원인

drugs(특히 lithium), hypercalcemia, hypokalemia, medullary hypertonicity에 장애를

초래하는 상황(예, papillary necrosis or osmotic diuresis)

임신여성에서 2nd or 3rd trimester때 placenta에서 과도한 vasopressinase가 생산되어

NDI가 생길수 있다.

2) 임상특징

contracted ICF volume, brain cell volume↓

subarachnoid or intracerebral hemorrhage위험이 높다.

hypernatremia의 주요증상은 신경학적 증상이다.

: altered mental status, weakness, neuromuscular irritability, focal neurologic deficits

occasionally coma or seizures

polyuria or thirst

plasma Na+>180 mmol/L일 때 사망률이 아주 높다.

임상발현의 심한 정도는 hyponatremia처럼 Na+ 증가속도에 달려있으며 chronic

hypernatremia는 adaptive mechanism으로 증상이 적다.

3) 진단

Hx: thirst 유무, diaphoresis, diarrhea, polyurea, ECF volume contraction, 최근

medication여부

P/E: mental status 평가 및 neurologic assessment

hyperosmolality평가에 있어 urine volume & osmolality측정이 필수적이다.

urine osmolality > 800 mosm/kg까지 최대로 농축시키기 위해서 urine volume 500 ml/d

까지 가능하다.

4) 치료

underlying cause를 치료하여 ongoing water loss를 중단시키고 water deficit를 교정한다.

* water deficit

= (Na+-140)/140 × B.W × 0.5(남자), 0.4(여자)

예> 50 kg 여성, plasma Na+ 160 mmol/L

water deficit = (160-140)/140 × 50 × 0.4 = 2.9L

hyponatremia처럼 hypernatremia에서도 빠르게 교정하면 위험한데 brain cell swelling이

일어나 seizure or permanent neurologic damage가 생길수 있다.

그러므로 water deficit은 최소 48-72시간 이상에 걸쳐 천천히 교정해야 한다.

water replacement 속도를 계산할 때 ongoning loss를 계산에 넣어야 하며 plasma Na+

농도는 0.5 mmol/L/hr속도로 낮추고 24시간동안 12 mmol/L를 넘지 않도록 한다.

가장 안전한 방법은 경구 혹은 NG tube로 투여하는 것이며 그 다음으로 5% D/W or half

saline으로 IV하는 것이다.

CDI에는 desmopressin(intranasal)을 투여한다. 다른 option으로는 low-salt diet +

low-dose thiazide가 있다.

partial CDI에서 AVP secretion을 증가시키거나 kidney에서의 작용을 강화하기 위한 약물을

사용할수 있다.

: chlorpropamide, clofibrate, carbamazepine, NSAIDs

NDI : 원인을 제거하고 low-salt diet + thiazide

NSAIDs는 renal prostaglandin합성을 방해하여 AVP 작용을 강화하여 urine osmolality를

증가시키고, urine volume을 감소시킬수 있다.

amiloride도 lithium이 필요한 NDI 치료에 유용하다.

5. Potassium

1) Potassium balance normal 3.5 - 5.0 mmol/L

cell내 150 mmol/L

ECF: 30-70 mmol(<2% of total)

total: 2500-4500 mmol

ICF: ECF = 38 : 1

basolateral Na+,K+-ATPase pump에서 K+을 세포안으로, Na+을 세포밖으로 actively

transport(2:3의 비율로)

K+의 passive outward diffusion이 resting membrane potential을 생성하는 가장 중요한

인자이다. electrogenic Na+,K+-ATPase pump는 intracellular Na+농도의 증가로 자극되며

digoxin toxicity or heart failure or renal failure같은 chronic illness때는 억제된다.

K+의 분포는 다른 인자들의 영향도 받는다.

: hormones, acid-base balances, osmolality, and cell turnover

i) insulin: Na+,K+-ATPase activity를 간접적을 증가시켜 K+을 muscle & liver cell내로 shift

시킨다.

반대로 insulin deficiency때는 ICF -> ECF로 K+ shift

ii) β2 agonist: insulin secretion & Na+,K+-ATPase pump stimulation

-> cell내로 K+ uptake증가

iii) α agonist: β2 agonist와 반대작용

iv) aldosterone: K+ excretion증가

v) metabolic acidosis

electroneutrality를 유지하기 위해 H+ ion은 intracellular K+과 exchange

vi) hyperosmolar state에서 solvent drag에 의해 물과 함께 cell밖으로 K+ diffusion

vii) tissue destruction or breakdown -> intracellular K+ release

viii) moderate to severe exercise

K+ release from muscle -> glycogenolysis & local vasodilatation, 일시적

서양인의 평균 K+ 섭취량 : 40-120 mmol/d(대략 1 mmol/kg/d)

90%는 GIT로 흡수

평형상태를 유지하기 위해서는 K+ ingestion & excretion의 일치가 필요하다.

처음엔 extrarenal adaptive Mx이 작동하고 그후엔 urinary excretion이 일어난다.

처음에 흡수된 K+은 insulin release & basal catecholamine level에 의해 cell내로 유입

되지만 과다한 K+은 urine으로 excretion된다.

2) Potassium excretion

filtered load of K+ = GFR × plasma K+ = 180 L/d × 4 mmol/L = 720 mmol/d

720 mmol이란 양은 ECF보다 10-20배 더 많다.

90%는 proximal convoluted tubule & loop of Henle에서 재흡수된다.

proximal에서는 Na+, water와 함께 passively reabsorption된다.

반면 luminal Na+,K+-2Cl- cotransporter는 thick ascending limb of the loop of Henle에서

K+ uptake를 조절한다.

K+ secretion은 aldosterone과 hyperkalemia의 2가지 생리적 자극에 의해 조절된다.

i) aldosterone : zona glomerulosa에서 생산되어 principle cell에 작용하여

Na+,K+-ATPase를 자극하여 luminal K+ channel을 증가시킨다.

ii) hyperkalemia: aldosterone과 무관하게 K+ secretion에 직접 영향을 준다.

6. Hypokalemia < 3.5 mmol/L

1) 원인 Tab 49-3

net intake↓, shift into cells, net loss↑

① redistribution into cells

metabolic alkalosis, insulin, β2 agonist, α-blocker

anabolic state: vit B12, GM-CSF, TPN

pseudohypokalemia, hypothermia, hypokalemic periodic paralysis, barium toxicity

massive transfusion: 혈액저장 중에 K+의 절반은 소실된다.

② nonrenal loss of K+

excessive sweating

profuse diarrhea(흔히 secretory): villous adenoma, VIPoma, laxative abuse

-> volume contraction -> aldosterone분비↑ -> hypokalemia 가속화

③ renal loss of K+

i) primary hyperaldosteronism: adrenal adenoma(Conn's syndrome) or carcinoma

or adrenocortical hyperplasia

ii) GRH(glucocorticoid-remidiable hyperaldosteronism)

iii) 11β-hydroxylase deficiency

iv) renin-secreting tumor

v) other tumor: RCC, ovarian ca, Wilms' tumor

vi) Liddle's syndrome

vii) Bartter's syndrome

viii) carbonic anhydrase inhibitors, loop diuretics, thiazides

2) 임상특징

3 mmol/L이하기 되기전에는 증상이 드물다.

fatigue, myalgia, muscular weakness, profound K+ depletion시 rhabdomyolysis위험이

증가

paralytic ileus

* ECG changes

delayed ventricular repolarization: K+ 농도와 비례하지 않음

T flattening or inversion

prominent U, ST depression, prolonged QU interval

심하면 PR prolongation

ventricular arrhythmia risk↑(특히 myocardial ischemia or LVH환자에서)

3) 진단

K+ depletion때의 적절한 반응은 urine K+ excretion을 15 mmol/d이하로 줄이는 것이다.

net K+ secretion의 driving force를 평가하는 빠르고 간편한 방법으로 TTKG가 있다.

* TTKG(transtubular potassium concentration gradient) = (U/P)K/(U/P)osm

이는 lumen과 plasma의 K+ 농도의 비를 의미하며 그 측정에는 다음과 같은 세가지

가정을 전제로 한다.

i) medullary collecting duct에서는 solute 재흡수가 없다.

ii) MCD에서 K+은 분비도 재흡수도 되지 않는다.

iii) terminal CCD에서 fluid osmolality는 알고 있다.

TTKG >4일 때 distal K+ secretion 증가에 의한 renal K+ loss를 의미한다.

* Approach Fig 49-3

urine K+ >15mmol/d이면 TTKG측정

TTKG >4 => metabolic acidosis면 RTA or DKA, amphotericin B

metabolic alkalosis면

mineralocorticoid excess or Liddle's syndrome(hyertension 유)

Bartter's syndrome, hypomagenesemia, diuretics(hypertension 무)

TTKG <2 => Na+ wasting nephropathy, osmotic diuresis

4) 치료 * 목표: K+ deficit 교정 및 ongoing loss를 최소화

transcellular shift로 인한 hypokalemia에서 periodic paralysis를 제외하고는 IV

supplementation이 필요한 경우는 드물다. 오히려 rebound hyperkalemai발생 가능

일반적으로 oral route로 치료하는 것이 안전하며 K+ depletion정도와 plasma K+농도는 잘

비례하지 않는다.

plasma K+ 1mmol/L 감소할때(4 -> 3 mmol/L) total K+ deficit는 200-400 mmol deficit가

있고 3 mmol/L이하일때는 교정을 위해서 600 mmol이상 필요하다.

KCl이 일반적으로 choice

potassium bicarbonate or citrate는 HCO3-로 대사되어 alkalinize되는 경향이 있어서

chronic diarrhea or RTA가 동반된 hypokalemia때 더 좋다.

severe hypokalemia땐 IV가 필요한데 IV때의 원칙은

최대농도는 peripheral line으로는 40 mmol/L, central line으로는 60 mmol/L

infusion rate ≤ 20 mmol/L(paralysis, malignant ventricular arrhythmia를 제외하고는)

이상적으로는 normal saline에 KCl을 mix하여 주는 것이 좋다.

dextrose solution에 mix하면 처음에 hypokalemia를 악화시킬수 있기 때문이다.

7. Hyperkalemia >5 mmol/L

1) 원인

① iatrogenic hyperkalemia: renal insufficiency환자에서 과다한 replacement를 했을때

② pseudohyperkalemia: 너무 오래 touniquet을 묶은 상태에서 채혈하거나 주먹을 반복

하여 세게 쥔후 채혈할 때, hemolysis & marked leukocytosis, thrombocytosis

③ intravascular hemolysis, tumor lysis syndrome, rhabdomyolysis -> tissue destruction

④ metabolic acidosis

⑤ insulin deficiency & hypertonicity(hyperglycemia)

⑥ β-blocker

⑦ hyperkalemic periodic paralysis: rare autosomal domiant disorder

⑧ severe digitalis toxicity : Na+,K+-ATPase pump inhibition

⑨ depolarizing muscle relaxant: succinylcholine

⑩ chronic hyperkalemia중 hypoaldosteronism : primary, secondary, aldosterone

resistance

⑪ drugs: NSAIDs-renin분비 억제, vasodilatory renal PG합성 억제, ACE inhibitor,

K+ sparing diuretics,

trimethoprim & pentamidine(HIV에서 pneumocystic carini pneumonia치료약제)

⑫ Cl- shunt(electroneutral Na+ reabsorption)

Gorden's syndrome: hyperkalemia + metabolic acidosis + normal GFR

volume expansion, renin & aldosterone억제

type 4 RTA

cyclosporine nephrotoxicity

2) 임상특징

most serious effect = cardiac toxicity

plasma K+ 농도와 잘 비례하진 않는다.

* ECG changes

처음엔 T amplitude↑, T peak

심하면 PR prolongation, QRS duration↑, AV conduction delay, P wave 소실

-> 점차 QRS widening

-> T wave sinus pattern -> VF or asystole

3) 진단 & approach Fig 49-4

먼저 pseudohyperkalemia, transcellular shift, oliguric renal failure, drug(NSAIDs, ACEI등)

배제

TTKG <5 이면 K+ secretion의 driving force 감소의미

=> hypoaldosteronism과 aldosterone resistance감별위해 9α-fludrocortisone투여한후

다시 TTKG측정

response가 있으면(TTKG ≥10) => hypoaldosteronism

response가 없으면(TTKG <10) => resistance등 의미

3) 치료

7.5를 넘기전에는 fatal hyperkalemia가 드물다.

① Ca gluconate 10 ml IV over 2-3 min

② glucose(25-50g = 20% D/W 100cc × 2) + insulin(10-20U)

15-30분내 K+ 0.5-1 mmol/L감소

③ NaHCO3 3Amp/L IV

④ β-agonist

⑤ diuretics: thiazide

⑥ cation-exchange resin: 1g당 Na+ 2-3 mmol, K+ 1 mmol결합

경구로 25-50g을 20% sorbitol 100cc에 mix하여 투여한다.

1-2시간내 0.5-1.0 mmol/L를 낮추며 4-6시간 지속된다.

postop환자, 특히 renal transplantatoin환자에서 sorbitol enema는 피해야 하는데

sorbitol-induced colonic necrosis빈도가 증가하기 때문이다.

⑦ hemodialysis: conservative tx에 반응이 없는 severe life-threatening hyperkalemia때