청소율

Clearance, 淸掃率

청소율(또는 제거율)은 생리학이나 약리학에서는 어떤 물질이 체내(혈액 또는 콩팥 등)에서 제거(청소)되는 속도를 나타낸다. 좀 더 정확히는, 청소율은 단위시간당 제거되는 특정 물질을 포함하는 체액의 양이다. 이 개념은 일반적으로 몸에서 유해 물질이나 약물 따위가 대사되고 방출되는 간이나 콩팥 등에서 중요하며, 특히 콩팥에 의한 청소율인 콩팥청소율(신장청소율, renal clearance) 개념은 콩팥의 다른 개념들을 정의하거나 설명하는 데에 매우 중요하다. 일반적으로 생리학에서 청소율은 C, 약리학에서 청소율은 CL로 줄여 표기한다.[1]

한편 환경공학에서는 대기나 수질 등 환경에서 오염물이 제거되는 성능을 가리킨다.

가장 청소율 개념이 보편적으로 쓰이는 콩팥에서의 청소율을 기준으로 설명하면, 어떤 물질 X에 대한 콩팥청소율 C(mL/min)는 다음과 같이 정의된다. $[U]_X$는 물질 X의 소변 속 농도(mg/mL), $V$는 분당 배출되는 소변량(mL/min), $[P]_X$는 물질 X의 혈장 농도(mg/mL)이다.



다당류의 일종인 이눌린(inulin)의 청소율은 사구체여과율(glomerular filtration ratio, GFR)과 같은데, 그 이유는 이 물질이 여과는 일어나지만 재흡수나 분비가 모두 일어나지 않기 때문이다. 한편, 단백뇨와 같은 이상이 있지 않다는 전제 하에, 여과가 아예 되지 않는 알부민과 같은 혈장 단백질의 청소율 식 분자의 $[U]_X=0$이 되므로 콩팥청소율이 0이다. (당뇨병 등이 없는 정상적인 사람에서) 포도당이나 아미노산과 같이 100% 재흡수되는 물질들 역시 소변 속 농도가 0이므로 청소율이 0이다.

청소비율(clearance ratio)은 위에서 사구체여과율과 같은 값의 청소율을 가지는 이눌린을 기준으로 하여, 특정 물질의 여과-재흡수-분비 여부를 알아내는 데에 사용되는 비율이다. 물질 X의 청소비율은 $C_X$를 이눌린의 청소율 $C_{\rm inulin}$으로 나눈 값이다.



이 값이 1이면 물질 X 역시 이눌린과 비슷한 특성을 가진다. 즉 재흡수 및 분비가 없거나 평형을 이룬다. 이 비율이 1보다 크면 물질의 분비량이 많기 때문에 소변 속 농도가 높은 경우이며, 반대로 1보다 작으면 아예 여과되지 않거나 재흡수량이 많아 소변 속 농도가 낮은 경우이다.

약리학에서의 청소율은 단위시간당 제거되는 약물이 든 체액의 부피를 가리킨다. 우선, 체내 존재하는 약물의 양(mg)을 $A$, 경과한 시간을 $t$(h)라고 하자. 단위시간당 몸에서 배출되는 약물의 양을 가리키는 제거율(elimination rate)은 $dA/dt$로 쓸 수 있으며, 이 값은 일반적인 약물들에서는 약물의 양에 비례한다. 즉, 약물이 몸 안에 많이 존재할 때에는 더 빠르게 물질이 제거되고, 적게 존재할 때에는 제거 속도가 느려진다. 이런 경우를 일차역학(first-order kinetics)이라고 하며, 어떤 상수 k에 대해 $dA/dt=-kA$가 된다.

이때, 일반적으로 몸 안의 약물 전체 양보다는 혈중 농도를 이용하는 것이 측정에 유리하다. 약물의 분포 용적 $V_d$와 혈중 농도 $C$에 대해 $A=V_d \times C$이므로, $dA/dt=-kA=-k \times V_d \times C$로 표현된다. 여기서 청소율 $CL=kV_d$로 정의된다. $k$와 $V_d$는 특정한 약물에서 상수값이므로, 청소율 역시 상수값이 되어 계산이 편리해진다. 따라서, $dA/dt=CL \times C$이다.

오염물 제거율, 간단히 제거율은 공장이나 내연 기관의 먼지, 배출 가스 등 오염물질을 정화 장치에 통과시켰을 때 물리·화학·생물학적인 작용을 통해 제거되는 유해 물질의 비율을 나타내는 지표이다.

검사체적 박스(box)를 가정하고 이러한 제어공간에 유입되는 분진(particle)이나 가스(gas)가 박스 내 정화 장치를 이용하여 제거되는 유량(출구조사)과 정화 장치로 유입된 분진량(입구조사)의 비로 나타낼 수 있다.

예를 들어 유입량과 유출량이 다음과 같이 주어진다고 하면,


이다.

여기서 1은 유량 자체의 양을 의미하며, ${P_O},~{P_I}$는 유량 내 대상 물질의 양이다.