신부전증 환자는 신장 기능이 저하되어 체내의 노폐물을 스스로 걸러내지 못하므로, 혈액 투석기를 통해 인공적으로 혈액을 정화해야 합니다. 이 과정은 물질의 크기 차이와 농도 변화를 이용한 투석과 확산의 원리로 이루어집니다.
혈액 투석기 내부에는 무수히 많은 미세한 구멍이 뚫려 있는 인공 반투막이 존재합니다. 이 반투막을 경계로 한쪽에는 환자의 혈액이 흐르고, 반대쪽에는 정상인의 체액과 농도를 맞춘 깨끗한 투석액이 서로 반대 방향으로 흐르게 됩니다.
이때 핵심은 반투막의 기공 크기입니다. 혈액 속에 포함된 적혈구, 백혈구 같은 혈구 세포나 대형 단백질 분자들은 크기가 반투막의 구멍보다 훨씬 크기 때문에 막을 통과하지 못하고 그대로 혈액 내에 남습니다. 반면, 우리 몸에 독소로 작용하는 요소나 크레아티닌 같은 대사 노폐물 분자들은 크기가 매우 작아 반투막의 미세한 구멍을 자유롭게 통과할 수 있습니다.
이렇게 크기 선별이 이루어지는 상태에서 노폐물의 이동을 이끄는 원동력은 바로 농도 기울기입니다. 환자의 혈액 속에는 요소의 농도가 매우 높은 반면, 새로 주입되는 투석액 속에는 요소가 전혀 들어있지 않습니다. 물질은 자연스럽게 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하려는 성질인 확산 현상을 보이기 때문에, 혈액 속의 요소 분자들이 반투막을 거쳐 투석액 쪽으로 끊임없이 빠져나가게 됩니다.
결과적으로 우리 몸에 필요한 단백질과 혈구는 안전하게 보존되면서, 크기가 작은 요소만 농도 차이에 의한 확산으로 선택적으로 제거되어 환자의 혈액이 깨끗해지는 것입니다.