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Pathophysiology of Hemorrhagic Shock
출혈성 쇼크의 병태생리
J Acute Care Surg 2016;6:2−6
Published online April 30, 2016;  https://doi.org/10.17479/jacs.2016.6.1.2
© 2016 Korean Society of Acute Care Surgery.

Wu Seong Kang, Ji Woong Yeom, Young Goun Jo, and Jung Chul Kim
강우성, 염지웅, 조영권, 김정철

Division of Trauma Surgery, Department of Surgery, Chonnam National University Hospital, Chonnam National University Medical School, Gwangju, Korea
전남대학교 의과대학 전남대학교병원 외상외과
Jung Chul Kim, M.D. Department of Surgery, Chonnam National University Medical School, 42 Jebongno, Donggu, Gwangju 61469, Korea Tel: +82-62-220-6456 Fax: +82-62-227-1635 E-mail: 3rdvivace@hanmail.net
Received July 31, 2015; Revised November 20, 2015; Accepted November 23, 2015.
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
Abstract

Hemorrhage is a major cause of death in trauma patients. The medical definition of hemorrhagic shock is tissue hypoperfusion resulting from a reduction of blood volume. Decreased blood pressure resulting from acute blood loss induces cardiac stimulation, systemic vasoconstriction, and volume redistribution. These effects are due to the baroreceptor reflex, the humoral compensatory mechanisms including the renin angiotensin system, and the release of catecholamine and vasopressin. Hemorrhagic shock causes acidosis, hypothermia, and coagulopathy, known as ‘the lethal triad.’ Tissue hypoxia induces metabolic acidosis by producing lactic acid. The three components of the lethal triad amplify each other and form a vicious cycle, eventually causing the death of the patient. To reduce the risk of mortality in severely bleeding patients, we need to understand the pathophysiology of hemorrhagic shock and the related complications.

Keywords : Hemorrhagic shock, Lethal triad, Acidosis, Hypothermia, Consumption coagulopathy
서론

출혈은 외상환자에 있어 사망의 원인이 되는 주요 원인 중의 하나로 특히 수시간 이내의 조기 사망 원인 중에 주요한 부분을 차지하고 있다[1]. 출혈이 심해지면 혈액량이 감소하게 되고 이는 심박출량의 감소와 조직으로 가는 혈액량의 감소를 유발하여 출혈성 쇼크를 일으키게 된다[2].

의학적인 의미에서의 쇼크는 순환혈액량의 감소에 의해 조직의 미토콘드리아로 가는 산소의 결핍으로 정의할 수 있다. 이로 인해 에너지 생성이 저하되고 lactic acid가 생성되어 대사성 산증에 빠지게 되며 저체온, 응고 장애 등의 합병증과 인체의 필수적인 장기들의 손상으로 인해 사망에 이를 수 있다. 쇼크의 원인에 따라 저혈량성(hypovolemic), 심인성(cardiogenic), 폐쇄성(obstructive), 분포성(distributive) 쇼크 등으로 분류할 수 있는데[3], 출혈성 쇼크는 이 중 저혈량성 쇼크에 포함된다고 볼 수 있겠다. 출혈성 쇼크를 일으킬 수 있는 원인은 매우 다양한데 위장관 출혈(식도 정맥류, Mallory-Weiss 점막열상, 위암, 식도암, 대장암 등), 산과적 출혈, 항응고 치료, 혈액성 응고장애, 동맥류 파열 및 외상(복부나 흉부의 관통상, 주요 혈관의 손상) 등이 원인이 될 수 있다[4].

본론

출혈성 쇼크에 대한 인체의 반응

출혈 시 혈압의 저하는 경동맥궁(carotid sinus)과 대동맥궁(aortic arch)에 존재하는 압수용체(Baroreceptor)를 자극하게 된다. 이 자극된 압수용체는 반사작용(baroreceptor reflex)을 일으켜 교감신경과 부교감신경을 자극해서 정맥압을 상승시키고, 심박출량을 증가시켜 하강된 혈압을 올리려는 보상작용을 하게 된다[5]. 이외에도 출혈에 의한 혈압 강하는 부신에서 catecholamines (epinephrine, norepinphrine)의 분비를 촉진시켜 말초혈관 수축과 심박출량을 증가시킨다. 또한 신장과 뇌하수체의 레닌 안지오텐신계를 활성화시켜 말초 혈관수축과 신장에서의 나트륨과 수분의 흡수를 촉진하고 체액량을 증가시켜 혈압을 상승시키는 체액성 보상 기전을 통해 혈압의 변화에 대응하게 된다[5].

평균 성인의 예상 혈액량(estimated blood volume)은 체중의 7% 혹은 70 ml/kg로 70 kg의 성인에서는 약 5,000 ml 정도로 알려져 있지만 나이와 생리학적 상태에 따라 매우 다양하다[6]. 나이가 증가함에 따라 체중에 비해 혈액량이 차지하는 비중은 감소하며, 소아의 경우 예상 혈액량은 체중의 8∼9% 정도이며 영아의 경우는 많게는 체중의 9∼10%까지 차지하는 것으로 보고되고 있다[7].

출혈 시 소실된 혈액량을 예상하는 데 수분 소실량과 조직 부종 등 매우 다양한 인자들이 관여하기 때문에 정확한 양을 예상하기는 매우 어려운 것이 사실이다. Advanced trauma life support (ATLS) 분류에 따르면 소실된 혈액량에 따라 심박수, 혈압, 호흡수, 소변량, 의식상태의 변화를 네 개 군으로 나누고 아직 쇼크에 빠지지 않은 상태부터(class I), 당장 치료를 하지 않으면 위급한 상황(class IV)까지 기술하고 있다(Table 1) [8]. ATLS 분류에서는 소실된 혈액량이 증가함에 따라 심박수와 호흡수는 증가하고 소변량은 감소하며 의식상태는 악화된다. 그러나 이러한 분류는 임상상황과 분류의 정확성이 항상 일치하지 않는다는 단점이 있다. 즉 예상 혈액량 소실에 따라 심박수는 증가하고 혈압은 감소하는 경향을 보이지만 최근의 연구 결과에서는 ATLS의 출혈 분류에서 제시하는 정도의 상관성은 보이지 않았다는 것과[9] ATLS 분류와 정확히 일치하는 출혈 환자들은 9.3%에 불과하다는 보고에 따라[10] ATLS 출혈 분류의 신뢰도에 대해 의문이 제기되고 있는 실정이다. 하지만 임상양상에 따라 간편하고 신속하게 출혈 정도에 대한 분류가 가능하다는 장점이 있다.

ATLS classification of hemorrhage

ParameterClass

IIIIIIIV
Blood loss (ml)<750750∼1,5001,500∼2,000>2,000
Blood loss (%)<1515∼3030∼40>40
Pulse rate (beats/min)<100>100>120>140
Blood pressureNormalDecreasedDecreasedDecreased
Respiratory rate (breaths/min)14∼2020∼3030∼40>35
Urine output (ml/h)>3020∼305∼15Negligile
Mental statusNormalAnxiousConfusedLethargic

Revised from the book of American College of Surgeons Committee on Trauma (American College of Surgeons) [8]. ATLS: advanced trauma life support.


또한 비교적 간편하게 예상 혈액 소실량을 측정하는 방법으로는 혈관 내 공간을 단일 구획으로 가정하고 혈액량 소실과 수액 보충에 따른 헤모글로빈의 감소를 이용하는 방법이 있다. 즉 출혈 시 소실된 만큼 보충되지 않는다면 혈중 헤모글로빈의 농도는 일정할 것이나 실혈량에 해당하는 같은 양의 수액(isovolemic fluid)으로 보충된다면 그만큼의 비율로 헤모글로빈이 감소할 것이라는 것이다. 따라서 다음과 같은 식을 만들 수 있다[11].

예상 출혈량=예상 총 혈액량×초기 헤모글로빈/마지막 헤모글로빈

이 식은 심각한 소변량 소실이나 혈관 내 용액의 조직으로의 소실이 없다는 가정하에 성립된다. 예를 들면 헤마토크릿이 40%에서 26%로 감소하였을 때 예상되는 출혈량은 2.1 L이다. 이 방법은 검사 결과만을 가지고 간편하게 혈액 소실량을 예측할 수 있는 장점이 있다. 하지만 출혈이 심각한 대부분의 중증 외상 환자들은 쇼크에 의해 혈관 투과도가 증가하여 세포 간질로의 혈장 이동이 증가할 뿐만 아니라, 초기에 수액 소생술과 대량 수혈로 인해 이와 같은 공식으로 예상 실혈량을 예측하는 것이 어려운 경우가 많다.

일반적으로 수축기 혈압 90 mmHg 이하이면 저혈압으로 간주하고 있는 것으로 비해 수축기 혈압 110 mmHg 이하에서도 사망률이 증가한다는 보고가 있어서 출혈성 쇼크에 대한 초기 평가 시 이에 대한 주의도 필요할 것으로 생각된다[12].

출혈에 의해 조직으로 가는 혈류가 감소하면 혈액을 통해 조직으로 공급되는 산소가 감소하게 된다. 모든 조직은 산소를 이용한 대사를 이용하여 장기의 기능을 유지하게 되므로 조직으로의 산소 공급이 중요하다. 산소의 공급은 동맥혈 산소포화도, 헤모글로빈의 양, 심박출량에 의해 결정된다. 따라서 총 산소공급량(DO2 [mlO2/min/m2])은 심장박출량(CO)×동맥 산소 함량(CaO2 [mlO2/L blood])으로 계산할 수 있고, 동맥 산소 함량(CaO2)은 13.4×(hemoglobin)×SaO2+0.03 PaO2로 계산된다. 헤모글로빈은 혈중 혈색소 농도(g/dl)이고 SaO2는 혈색소 산소 포화도, PaO2는 동맥혈의 산소 분압이다[4].

조직으로 가는 혈류가 감소하여 산소의 공급이 부족하게 되면 조직에서도 저산소증에 반응하여 평상시와는 다른 변화가 일어나게 된다. 피부와 말초로 가는 혈류는 감소하고 생명에 필수적인 장기인 심장, 뇌, 신장, 내장으로 가는 혈류는 증가하게 되는데, 특히 심박출량을 증가시키기 위한 관상동맥으로 가는 혈류는 급격히 증가하게 된다[13]. 즉 생명에 필수적인 장기들의 저산소증을 개선시켜 생명을 유지시키려고 하는 것이다. 이를 위해 특히 저산소증에 반응하는 장기들의 말초 혈관이 확장하게 되고 이는 nitric oxide (NO)의 역할로 여겨지는데, adenosine, prostaglandin 등도 NO와 함께 저산소증에 반응하여 단독으로 또는 상호작용으로 혈관을 이완시켜 조직에 혈류 공급을 증가시키는 데 도움을 주게 된다[14,15]. 또한 근육의 모세혈관 분포가 증가하여 혈류량을 증가시키는 반응도 나타나게 된다[16,17].

치명적인 3대 요소

대량 출혈로 인한 출혈성 쇼크에 빠진 환자들에게는 여러 가지 합병증이 발생하게 되는데 이 중 치명적인 합병증으로 대사성 산증, 저체온, 응고장애를 들 수 있으며 이들은 lethal triad로 불린다. 이 합병증들 각각이 사망의 원인이 될 수 있다. 이들은 서로에게 영향을 미치는 것으로 알려져 있고 이는 손상 통제 수술(damage control surgery)의 이론적 배경이 된다[18]. 최근 행해지고 있는 손상 통제 수술은 이들 합병증을 교정하고 예방하는 데 주안점을 둔 수술 기법이라 할 수 있다.

1) 대사성 산증(acidosis)

정상적인 조직은 산소를 이용하여 glycolysis 과정을 통해 adenosine triphosphate (ATP)와 수분 및 이산화탄소를 생성하여 인체의 에너지원을 만들게 된다. 그러나 조직으로 가는 산소가 부족하게 되면 이 과정에 문제가 생겨 소량의 ATP와 lactate를 생성하게 되는데, 이 lactate가 대사성 산증을 일으키게 된다. Lactate는 대사성 산증의 원인과 동시에 조직의 저산소증의 정도를 반영하고 출혈성 쇼크의 중증도를 반영하는 간접적 표지자로서의 역할을 한다. 또한 lactate가 빨리 호전되는 환자들은 좋은 예후를 보인다는 보고들이 있어 lactate clearance가 출혈성 쇼크 환자들에게 중요한 예후 인자로 인식되고 있다[19,20]. 또한 산증의 정도를 반영하는 base deficit도 출혈성 쇼크환자들에게 중요한 예후 인자로 산증이 심할수록 사망의 가능성도 증가하게 된다[21].

2) 저체온(hypothermia)

인체에서 열 생성은 ATP 생산에 의존하고 있고 다른 항온동물에서도 마찬가지이다. 조직에 대한 산소 공급의 저하로 인해 ATP 생성이 저하되고 이는 저체온증을 유발시키게 된다. 또한 과다 출혈 환자는 불가피하게 과도한 수액과 수혈에 노출되며 외부 환경에 노출, 수술 시 노출되는 체표 면적의 증가, 체온 조절 능력의 감소 등에 의해서도 저체온이 유발되게 된다. 저체온은 환자의 사망과 관련된 독립적인 위험 인자로 알려져 있으며 특히 내원 당시 체온이 섭씨 32도 이하면 사망률이 100%에 이르는 것으로 알려져 있다[22]. 또한 수술 후 지속되는 저체온도 사망률을 높이는 인자로 알려져 있다[23]. 저체온은 심기능 저하와 감염을 유발하며 대사성 산증을 악화시킨다[24]. 저체온은 혈액 응고 장애를 악화시키는데 혈액 응고 인자에 관여하는 효소의 기능을 저하시키고 혈소판 기능을 저하시키는 것으로 알려져 있다[25].

3) 혈액 응고 장애(coagulopathy)

대량 출혈 환자에서 혈액 응고 장애는 다양한 인자가 복합적으로 작용한다. 먼저 과다한 출혈에 의한 응고 인자와 혈소판의 소모, 주입된 수액에 의한 희석, hemophilia 같은 선천성 질환 등에 의한 절대적인 응고 인자의 감소가 주된 원인이 된다. 또한 먼저 기술한 바와 같이 저체온과 산증이 혈액 응고 장애를 촉진시키는 요인이 된다[24,25]. 혈액 응고 장애는 출혈을 더욱 유발시키고 이 출혈이 응고 장애를 악화시키는 악순환을 유발한다.

대사성 산증, 저체온, 혈액 응고 장애는 출혈에 의해서 유발되고 각각의 합병증 자체가 사망의 주요한 원인이 되며, 이들은 서로 상승 작용을 일으켜 악순환의 고리를 형성하게 된다(Fig. 1). 그래서 이들을 치명적인 3 요소(lethal triad)로 명명하며 이들 합병증을 예방하고 줄이는 것이 출혈성 쇼크 환자의 사망률을 감소시키는 데 필요한 과제라 할 수 있다.

Fig. 1.

Vicious circle of hemorrhagic shock.


결론

중증 외상환자에서 출혈성 쇼크는 여러 가지 치명적인 합병증을 유발하고 사망에 이르게 하는 주요한 원인이다. 특히 치명적인 3 요소(저체온, 응고장애, 산증)는 외상환자를 치료함에 있어 주의 깊게 관찰해야 할 중요한 합병증이다. 출혈 환자를 치료하고 일어날 수 있는 합병증에 대비하기 위해서는 출혈성 쇼크의 병태생리를 이해하고 연구하는 것이 중요하다.

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April 2017, 7 (1)
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