당뇨병의 응급상황 - DKA

 당뇨병이라고 하면 오랜 생활습관과 식단문제로 발생하는 성인병의 하나로 만성적으로 당뇨합병증인 신부전, 망막병증, 신경병증 등만 유발한다고 생각하기 쉽다. 
 하지만, 응급실에 마주 할 수 있는 당뇨병의 합병증 중 생명을 위협할 수 있는 질환인 HHS, DKA에 대해 알아보도록 하겠다. DKA, HHS는 자주 사용하는 약어로, 정식의미는 다음과 같다. 
 

1. DKA - Diabetic Ketoacidosis, 당뇨병성 케톤산증
2. HHS - Hyperglycemic Hyperosmolar state, 고혈당 고삼투질 상태

 

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#. DKA - Diabetic Ketoacidosis, 당뇨병성 케톤산증

 생명에 위협을 초래할 수 있는 당뇨합병증으로, T1 DM에서 주로 생기지만 insulin 감수성이 많이 떨어진 type 2 DM 환자에서도 발생할 수 있다. 선진국에서는 진단과 적절한 치료로 인해 치명률이 1% 미만이지만, 아직도 개발도상국에서는 치명적인 질환으로 알려져 있다. 
 

1. 병태생리

 DKA는 상대적인 인슐린의 결핍과 counter regulatory hormone(인슐린과 반대작용을 하는 호르몬으로 주로는 glucagon)의 과다 상태로 인해 세포의 굶주림 상태가 유발되는 병이다.
 Insulin은 대표적인 anabolic hormone(동화 호르몬-주로 세포 단백을 합성하는 작용)으로 탄수화물, 지방, 단백질의 대사와 저장을 담당하는 역할을 한다. 그 반대에는 glucagon, catechlamines, cortisol, growth hormone들이 존재하고, 이들을 인슐린의 counter-regulatory hormone이라고 한다.
 인슐린의 부족과 반대 호르몬의 과다 상태는 고혈당 상태를 유발하게 되고, glucose의 삼투작용으로 과다한 소변배출이 생기고, 이로 인해 우리몸의 체액량이 부족해지는 결과가 초래된다. 체액량이 부족하다는 것은 말 그대로 우리몸의 탈수가 심한 상태로 말라가는 것이다. 그 결과 신기능 저하로 azotemia가 발생, 고혈당으로 케톤대사가 활성화 되며, high anion gap metabolic acidosis가 유발된다. 이는 다시 hyperglycemia(고혈당)을 악화시키고, 악순환의 연결고리가 형성된다.

* 인슐린(insulin)의 작용

  췌장의 beta 세포에서 분비되는 호르몬으로 간에서 glucose를 합성하여 glycogen을 만들고 glycogen의 분해를 저해한다.  또한 lipogenesis 작용을 하여 free fatty acid 및 glycerol으로 부터 TG(triglycerides, 중성지방)를 형성하고, 이렇게 형성된 지방세포는 간과 지방조직, 근골격계 근육세포에 저장된다. 또한 근육세포에서는 amino acid을 이용하여 단백질을 합성하도록 한다. 
 

* KETOACIDOSIS

 인슐린 부족상황(T1DM에서는 인슐린 절대량이 부족하고, T2 DM에서는 인슐린 저항성의 증가로 상대적으로 인슐린 불충분 상태가 유지된다.)에서는 세포는 굶주림을 겪게 되고, 혈중 glucose를 에너지로 연료로 이용하지 못하게 된다. 따라서 glucagon, catecholamine, cortisol, growth hormone과 같은 insulin의 counter regulatory hormone의 level이 상승하게 된다. 이러한 호르몬들의 작용으로 catabolism(이화작용)이 촉진된다. 이러한 이화작용으로는 세포내 저장된 glycogen, fat, protein등이 분해되어 hyperglycemia를 악화, fatty acid, amino acid 등의 혈중 농도도 높아지게 된다. 높아진 혈중 free fatty acid는 혈중 albumin과 결합하여 hepatocyte(간세포)에 흡수되어 β-hydroxybutyrate (βHB)나 acetoacetic acid (AcAc) 와 같은 ketone body들로 대사되어 metabolic acidosis(대사성 산증)를 유발시키게 된다. 
 
 

2. DKA의 원인

 - 인슐린 투약 실수(skip 하거나 임의로 용량을 줄여서 투약한 경우)
 - 인슐린 펌프의 오작동 (pump 가 막히거나, 연결부위에 문제가 발생한 경우)
 - infection (감염) ; 응급실에서 진료를 보면, 감염이 동반되면서 발생한 DKA가 가장 흔한 것으로 보인다.
 - pregnancy (임신)
 - hyperthyroidism, pheochromocytoma, cushing's syndrome 과 같은 내분비 질환이 동반된 경우
 - substance abuse (코카인 같은 약물의 남용)
 - medication : steroid, thiazide, antipsychotics, sympathomimetics 
 - heat-related illness (열관련 질환 - 열사병, 열탈진, 열경련 등)
 - cerebrovascular accident (뇌혈관 질환)
 - GI hemorrhage (위장출혈)
 - myocardial infarction (심근경색)
 - pulmonary embolism (폐색전증)
 - pancreatitis (췌장염) 
 - major trauma (중증외상)
 - surgery (수술)
 위에 열거 된 것 처럼, 당뇨환자에서 갑작스러운 상태변화, 새로운 약물의 사용 등은 DKA를 유발 할 수 있음에 유의하자.
 

3. 임상양상

 Hyperglycemia, volume depeletion, acidosis에 의한 증상을 보이게 된다.
 Hyperglycemia로 인하여 osmotic diuresis가 유발되면서, sodium/chloride/potassium/phosphorous/calcium/magnesium 등의 전해질 손실이 유발된다. 다뇨로 인해 탈수가 생기면서, 자연스럽게 갈증을 느끼며, 물을 많이 마시는 증상이 생긴다. 대사성 산증이 생기므로 인해, 호흡성 보상기전으로 호흡이 빨라지고 깊은 호흡(Kussmaul respiration)을 하며, 호흡곤란을 느끼게 된다. 산증으로 인해 prostaglandin의 분비를 촉진되고, 이로 인해 오심과 구토, 복통 등의 증상이 유발된다. 동반된 산증과 hyperosmolality, ECF volume의 저하, 혈역학적 불안정성 등 다양한 원인으로 의식저하도 발생 할 수 있다. (severe metabolic acidosis와 serum osmol > 320 mOsm/L 이상인 경우 의식저하가 호발함.)
 
* Kussmaul respiration : 빠르고 깊게 쉬는 양상의 호흡.
 

4. 진단

 1) 혈중 glucose level > 250 mg/dL
 2) anion GAP > 10 to 12 mEq/L (>10 mmol/L), bicarbonate level < 15 mEq/L (15mmol/L), pH < 7.3
 3) ketonuira or ketonemia
 위 소견을 만족한 경우 DKA로 진단할 수 있다. 
 
 osmotic diuresis가 발생하므로, 혈액검사 결과 hypokalemia 및 electrolyte imbalance가 발생하는 경우가 많고, 다른 전해질 불균형도 동반된다. 
** sodium level of hyperglycemia : hyperglycemia 환자에서 sodium level은 낮게 측정된다. 보통 glucose level > 100 mg/dL이상에서는 glucose level 100 mg/dL 마다 soidum level이 1.6 mEq/L 씩 낮게 측정되는 되는 것으로 본다. 따라서 정확한 sodium level은 측정된 Na+ 수치에 glucose 100 mg/dL마다 1.6 mEq/L를 더해줘야 한다.
 

5. 치료

 triage 단계에서부터 DKA를 의심하고 치료를 시작하고 혈액검사 결과를 확인하기 전부터 fluid resuscitation을 시작한다. 치료의 목표는 부족한 체액량을 보충해주고, 인슐린 결핍으로 인한 대사성 산증을 교정하고, 전해질 불균형을 해소하고, DKA의 유발요인을 해결하는데 있다. 이를 위해 fluid 주입, 인슐린 투약, 전해질(주로는 potassium) 보충을 하게 된다.
 당연히 입원치료가 요구되며, 경우에 따라서는 중환자실(ICU, intensive care unit)으로 입원 필요하다.
 인슐린 펌프가 있는 환자의 경우 펌프 연결을 끊고, 아래와 같은 정맥로를 통한 insulin으로 처치한다. 
 
* 치료목표
- adequate fluid infusion (pH 7.3이상 HCO3 > 15 을 목표로)
- insulin infusion : glucose level은 시간당 75mg/dl 정도 감소하도록 조절한다.
- glucose 조절 : 180~200 mg/dL을 목표로 조절
- [K+] 3.3 ~ 5.2 mmol/L 유지 
- Ca, Mg, phosphorus 등 다른 전해질을 적절히 교정
 
1) 내원 첫 1시간 동안, NS 15~20 ml/kg/hr loading (만약, 70kg의 환자라면 대략 1000~1500cc의 수액을 초기 1시간동안 loading하게 된다) 
2) 초기 혈액검사 결과에 따라 potassium을 적절히 replace하면서 insulin을 주입하게 된다. insulin을 주입하게 되면, potassium의 세포내 이동이 활성화 되므로, serum potassium level이 낮아지게 된다. 따라서 초기 potassium level에 따라 다음과 같이 potassium을 보충하기도, 인슐린을 hold하기도 한다. 이때 serum potassium level은 2시간 간격으로 확인해야 한다.
 - 초기 혈액검사 상 [K+] > 5.2 mmol/L 으로 확인되면, insulin을 IV로 투약한다. rapid insulin으로 0.1 unit/kg를 bolus 주고, 0.1 unit/kg/hr의 속도로 continuous infusion 시작한다.
 - 초기 혈액검사 상 3.3 < [K+] < 5.2 mmol/L 라면, insulin을 IV로 투약하면서, 주입하는 fluid 1L당 potassium 20~30 meq가 포함되도록 수액을 주입한다. 인슐린은 위와 마찬가지로 rapid insulin으로 0.1 unit/kg를 bolus 주고, 0.1 unit/kg/hr의 속도로 continuous infusion
 - 초기 혈액검사 상 [K+] < 3.3 mmol/L 라면, 인슐린 없이 fluid 1L당 potassium 20~30 meq가 포함되도록 수액을 주입한다. 2시간 뒤 potassium level이 3.3 mmol/L로 회복된다면 insulin 주입을 시작한다.
3) 초기 NS loading이 끝났다면, 환자의 sodium(Na+)에 따라 추가 수액을 결정하게 된다.
 - eunatremia 또는 hypernatremia 상태라면, 0.45 NS (half saline)을 시간당 250~500 ml/hr로 주입한다. 2)번에서 제시한 potassium level에 따른 potassium 보충이 필요하다.
 - hyponatremia가 있는 상태라면, NS를 시간당 250~500 ml/hr 속도로 주입한다. potassium 보충을 같이 해준다.
 - 초기 혈액검사 결과 환자의 pH < 6.9 이면, NaHCO3을 보충해 주는 것이 필요하다. pH > 7.0 이상이 될때까지 보충해준다.
4) 혈중 glucose level이 200 mg/dL에 도달한다면, 수액을 D5 1/2NS (Dextrose 5% + 0.45% NS)에 KCL을 적절히 mix하여 유지하고 insulin infusion 속도 또한 0.02~0.05 unit/kg/hr 정도로 조절 한다.

6. 합병증

 1) 일반적으로 산증이 심하고, serum osmolality, BUN, glucose 수치가 높을수록, HCO3- level이 낮을 수록 사망률이 높다.
 2) 감염이나 심근경색(Myocardial infarction)으로 DKA가 유발된 경우엔, 사망률이 높은 편이다. 
 3) 치료 과정중 생길 수 있는 합병증
  - 대량 수액 처치로 인해 pulmonary edema로 호흡곤란 유발, ARDS가 발생할 수 있다. 고령, 심기능이 나쁜 고령의 환자에서 위험성이 높음.
 - 어린이, 청소년, 처음 발견된 당뇨환자에서 DKA로 증상이 발현된 경우 brain edema가 잘 생긴다.