흡입제 설계의 핵심, MDI 분사체와 입자 전달 원리 완전정리

1. 정량 흡입기(MDI)의 기본 작동 원리

정량 흡입기(Metered Dose Inhaler, MDI)는 호흡기 질환 치료에 널리 사용되는 가압식 흡입 제형으로,
고압의 추진가스(propellant)를 이용하여 약물을 미세 입자 형태로 분사하는 방식입니다.
MDI는 수십 년 이상 임상 현장에서 사용되어 온 안정적 기기이며,
특히 천식 및 COPD 환자에게 빠른 약물 전달과 즉각적인 효과가 필요한 상황에 적합합니다.

기본 구조는 크게 3부분으로 나뉩니다: 금속제 캔, 밸브 및 계량 챔버, 마우스피스가 있는 플라스틱 케이스.
캔 안에는 약물 성분과 분사체, 안정화제가 혼합된 용액 혹은 현탁액이 고압으로 충전되어 있습니다.
사용자가 기기를 눌러 밸브를 작동시키면,
계량 챔버 내부에 저장된 일정량의 약물이 추진가스의 압력에 의해 빠르게 분사되며,
이때 형성되는 미세 입자들이 공기와 함께 기도 내로 흡입되어 폐포에 도달합니다.

MDI의 가장 큰 장점은 고정된 용량(metered dose)의 일관된 투여,
빠른 약효 발현, 그리고 다양한 약물군(기관지 확장제, 스테로이드 등)에 적용 가능하다는 점입니다.

흡입제 설계의 핵심, MDI 분사체와 입자 전달 원리 완전정리

2. MDI에서 분사체(propellant)의 역할과 약물 분산의 핵심 기전

MDI에서 약물의 분사와 전달에 있어 핵심 요소는 분사체(propellant)입니다.
분사체는 단순한 압력 유발 물질이 아니라, 약물의 안정성, 분사 속도, 입자 크기, 폐 흡착률에 모두 관여하는 복합 기능성 물질입니다.

과거에는 CFC(chlorofluorocarbon)가 주로 사용되었으나, 환경 문제로 인해
지금은 대부분 HFA(hydrofluoroalkane) 계열로 대체되었습니다.
대표적인 HFA 분사체는 HFA-134a (1,1,1,2-Tetrafluoroethane)와
HFA-227ea (1,1,1,2,3,3,3-Heptafluoropropane)입니다.

이 분사체는 상온에서 액상 상태로 존재하며, 밸브 작동 시 기화하면서
약물을 미세 입자 형태로 빠르게 분산시킵니다.
이 과정에서 분사 속도는 매우 빠르게(최대 30 m/s 이상) 나타나며,
약물 입자의 평균 크기를 1~5μm 이하로 조절하여 기도 및 폐포 도달률을 높이게 됩니다.

분사체는 단순히 약물을 밀어내는 역할을 넘어,
현탁액 MDI에서는 약물이 균일하게 분산되도록 돕는 물리화학적 안정성 유지 수단으로도 작용합니다.
또한 분사체와 약물 사이의 상용성 여부에 따라 약물의 분산 균일성, 침강 속도, 발열 반응 등이 달라지므로
분사체의 선택은 제형 설계에서 매우 중요한 요소입니다.

3. 분사체의 종류와 물리적 특성 비교

현재 사용되는 분사체는 환경적 안정성, 약물 안정성, 호환성, 흡입감 등의 요소를 고려해 선택됩니다.

HFA-134a는 가장 일반적으로 사용되는 분사체로,
안전성 및 생체 내 대사에 있어 비교적 부작용이 적고, 약물과의 호환성도 높은 편입니다.
HFA-227ea는 더 높은 용해도와 낮은 독성으로 일부 스테로이드 제형에서 선호되며,
더 정밀한 입자 조절이 가능한 장점도 있어 복합제형 또는 고가 약물 제형에 사용됩니다.

일부 연구에서는 HFA-227ea가 기도 자극을 덜 유발하고, 폐포 전달률이 더 우수하다고 보고하기도 했습니다.
그러나 약물에 따라 HFA-134a가 더 안정적일 수도 있어,
분사체 선택은 약물 특성, 용매와의 상호작용, 타깃 기도 영역 등을 복합적으로 고려하여 결정됩니다.

4. MDI 사용의 임상적 고려사항과 약사·의료진의 역할

MDI는 설계는 정밀하지만, 실제 사용 효과는 환자의 흡입 방법과 기기 활용 능력에 따라 좌우됩니다.
잘못된 사용법은 기도에 도달하는 약물의 양을 20% 이하로 감소시킬 수 있어,
환자 교육 및 사용법 확인이 치료 효과의 핵심 변수입니다.

약사 및 의료진은 환자가 MDI를 사용할 때

• 흡입과 동시에 약물을 분사하는 타이밍
• 충분한 흡입 깊이 및 속도
• 흡입 후 호흡 유지 시간
  등을 지도해야 하며, 필요 시 스페이서(spacer) 사용을 권장하여 폐 전달률을 높이고 구강 부작용을 줄일 수 있습니다.
  또한 현탁액 제형의 경우 사용 전 충분한 흔들기(shaking)가 반드시 필요하다는 점도 강조해야 합니다.

5. 정량 흡입기 MDI는 분사체를 중심으로 작동하는 약물 미세전달 시스템

MDI는 단순한 ‘압력 캔’이 아니라, 고정 용량의 약물을 정밀한 분사체를 이용해 기도 깊숙이 전달하는 과학적 시스템입니다.
분사체는 단순한 추진제가 아니라, 약물의 물리적 분산, 기화 안정성, 폐포 도달률에 관여하는 핵심 요소이며,
분사체의 종류에 따라 약물 전달의 효율성과 약효의 안정성도 달라질 수 있습니다.

의료인과 약사는 MDI 제형의 구조와 작용 기전을 이해함으로써,
적절한 제형 선택, 약물 전달 실패 방지, 환자 순응도 향상 등
임상적 판단의 정확도를 높일 수 있습니다.
특히 흡입 치료의 성패는 올바른 사용법 교육과 환자 개입의 질에 달려 있다는 점에서
전문가의 역할은 앞으로도 더욱 중요해질 것입니다.