혈중 수소 이온 농도는 0이 너무 많아 일반 단위로 표현하기 어렵기 때문에 pH라는 역로그 척도를 사용하며, 정상 동맥혈 pH는 7.4다.
❶ 생각해 보셨나요?
소듐 농도는 135~140 mEq/L라고 하면 바로 감이 온다. 수소 이온 농도는 얼마일까? 0.00004 mEq/L — 눈에 잘 들어오지 않는 숫자다. 그리고 임상에서는 이 숫자 대신 pH 7.4라는 표현을 쓴다. 왜 수소 이온만 단위를 다르게 쓰는 걸까?
❷ pH란 수소 이온 농도를 어떻게 변환한 것인가
수소 이온의 정상 혈중 농도를 단계적으로 변환해 보면 이렇게 된다.
- 0.00004 mEq/L (밀리 단위)
- 0.04 μEq/L (마이크로 단위, 세 자리 이동)
- 40 nEq/L (나노 단위, 세 자리 더 이동)
나노 단위로 표현하면 정상은 약 40 nEq/L이고, 생명이 유지되는 범위는 대략 10160 nEq/L다. 변동 폭이 35 nEq/L 수준으로 정교하게 유지된다.
그런데 이 숫자들도 일반 이온 농도처럼 쓰기가 어색하다. 그래서 리브리엄(Eq/L) 단위를 몰(mol/L) 단위로 환산한 뒤 음의 로그(−log)를 취한 값을 pH로 정의한다.
0.0000004 mol/L에서 pH를 계산하면 약 7.4가 나온다. 소수점 아래 자리 수가 7개이기 때문이다.
pH와 수소 이온 농도의 관계
pH는 수소 이온 농도의 역로그다. 따라서 둘은 반비례 관계다.
- 산증(acidosis): 수소 이온 농도 ↑ → pH ↓ (7.4 미만)
- 알칼리증(alkalosis): 수소 이온 농도 ↓ → pH ↑ (7.4 초과)
정상 범위는 7.357.45, 임상적 생존 한계는 대략 6.88.0이다.
❸ 체내 부위마다 pH가 다른 이유는 무엇인가
혈액이라고 해도 동맥과 정맥이 다르다. 동맥혈 pH 7.4, 정맥혈 pH 약 7.35다. 정맥혈이 조직을 거치면서 세포 대사 산물을 받아 수소 이온이 약간 증가하기 때문이다. 간질액(interstitial fluid) 도 비슷하게 7.35 전후다. 이 셋을 합쳐 세포외액(extracellular fluid, ECF)이라 한다.
세포내액(intracellular fluid, ICF)의 pH는 6.0~7.4로 훨씬 낮다. 세포 내에서는 대사가 직접 일어나므로 유기산이 지속적으로 생성되기 때문이다. 산소가 부족할 때 산 생성이 더 늘어나 — 저산소증과 산증이 연결되는 이유가 여기에 있다.
소변 pH는 4.5~8.0으로 범위가 가장 넓다. 이 넓은 범위 자체가 신장이 산염기 조절에서 얼마나 큰 역할을 담당하는지를 보여준다. 산이 과잉이면 pH 4.5에 가까운 산성 소변을, 알칼리가 과잉이면 pH 8.0에 가까운 소변을 내보낸다.
❹ 결론적으로
pH는 단순히 편의를 위한 표기법이 아니다. 수소 이온 농도의 극히 좁은 정상 범위를 눈에 보이는 숫자로 표현하기 위한 척도다. pH가 0.1 변하면 수소 이온 농도는 약 25% 달라진다 — 임상에서 pH 하나 숫자 변화가 생각보다 큰 변화임을 항상 염두에 두어야 한다.
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