# 1차 반응(first-order reaction)에서 반응 속도와 반응물 농도의 관계로 옳은 것은?

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> subject: 약물 반응 속도론

## 문제

1차 반응(first-order reaction)에서 반응 속도와 반응물 농도의 관계로 옳은 것은?

## 보기

1. 반응 속도는 반응물 농도의 제곱에 비례한다.
2. 반응 속도는 반응물 농도의 1승에 비례한다. **✔ 정답**
3. 반응 속도는 반응물 농도에 무관하게 일정하다.
4. 반응 속도는 반응물 농도의 제곱근에 비례한다.
5. 반응 속도는 반응물 농도의 역수에 비례한다.

**정답: 2**

## 해설

1차 반응에서 속도식은 v = k[A]로, 반응 속도는 반응물 농도의 1승(1차)에 비례한다. 0차 반응은 농도 무관, 2차 반응은 농도의 제곱에 비례한다.

## 심화 해설

핵심 해설
**핵심 개념 분석 (Key Concept)**: 이 문제는 약물의 체내 소실 과정과 직결되는 약동학(Pharmacokinetics)의 가장 기본이 되는 반응 차수(Reaction Order) 개념을 묻고 있어요. 약물이 체내에서 제거(소실)되는 속도를 이해하는 것은 반감기(Half-life, t1/2) 계산, 용량 조절, 정상상태(Steady State) 도달 시간 예측의 필수 기초입니다. 1차 반응(first-order reaction)이란 반응 속도가 반응물 농도(A)의 1승(1st power)에 정비례하는 반응을 의미합니다. 즉, 속도 = k [A]¹ 로 표현됩니다. 여기서 k는 속도상수(Rate Constant)로, 농도가 시간에 따라 지수적으로 감소(Exponential Decay)하는 특성을 보입니다.

**정답 근거 (Answer Rationale)**: 핵심! 정답은 ②번입니다. 1차 반응의 속도식은 v = k[A]¹ 이므로, 반응 속도는 반응물 농도의 1승(1차)에 정비례합니다. 대부분의 약물은 치료 농도(Therapeutic Concentration) 범위 내에서 1차 반응(일차 소실) kinetics를 따르며, 이때 반감기(t1/2)는 일정한 값 (0.693/k)으로 농도와 무관합니다. 이는 임상에서 용량과 무관하게 약물이 체내에서 일정한 비율로 제거된다는 것을 의미합니다.

**오답 분석 (Distractor Analysis)**: 혼동 주의! ①번 "반응물 농도의 제곱에 비례"는 **2차 반응(Second-order reaction)**의 특징입니다. 약물 중 에탄올(Ethanol)이 고농도에서 비선형 소실을 보일 때 0차 반응이나 마이클리스-멘텐(Michaelis-Menten) kinetics를 따르며, 2차 반응은 일반적인 약물 소실 모델로는 드뭅니다. ③번 "농도에 무관하게 일정"은 **0차 반응(Zero-order reaction)**의 특징입니다. 이는 알코올 중독 치료제인 피나스테리드(Finasteride)가 아닌, 페니토인(Phenytoin)이나 아스피린(Aspirin)이 고용량일 때 나타나는 포화(Saturation) kinetics의 대표적 예입니다. ④번 "제곱근에 비례"는 일반적인 반응 속도식과 무관하며, ⑤번 "역수에 비례"는 효소 반응의 Lineweaver-Burk plot 등에서나 나타나는 관계입니다.

**연관 개념 정리 (Related Concepts)**: 반응 차수는 약물의 소실 메커니즘을 이해하는 핵심입니다. 핵심! 1차 반응에서는 농도가 높을수록 더 많은 양이 제거되지만, 제거되는 **비율(분율)**은 항상 일정합니다. 반면, 0차 반응(Zeroth-order)은 효소나 수송체가 포화되어 일정한 양(Constant amount)이 제거됩니다. 또한, 대부분의 약물은 낮은 농도에서는 1차 반응을 따르다가 고농도가 되면 Michaelis-Menten kinetics에 의해 0차 반응에 가까워지는 혼합형(Mixed-order) 거동을 보입니다. 이는 치료약물농도감시(TDM)가 필요한 약물(예: 페니토인)에서 특히 중요해요.

개념 정리: 반응 차수별 속도식과 반감기 특성

| 반응 차수 | 속도식 | 반감기 (t1/2) | 특징 |
| --- | --- | --- | --- |
| 0차 (Zero-order) | v = k (일정) | t1/2 = [A]₀ / 2k (농도에 비례) | 일정량 제거, 포화 약물에서 발생 |
| 1차 (First-order) | v = k [A]¹ | t1/2 = 0.693 / k (일정) | 대부분 약물, 일정 비율 제거 |
| 2차 (Second-order) | v = k [A]² | t1/2 = 1 / k[A]₀ (농도 반비례) | 두 분자 충돌 반응, 약물에서는 드뭄 |

한눈에 비교!: 0차 반응 vs 1차 반응
0차 반응은 시간에 따라 농도가 **직선(Linear)**으로 감소하고, 1차 반응은 **지수(Exponential)** 곡선으로 감소합니다. 그래프의 y축을 **로그(Log)**로 변환하면 1차 반응은 직선이 되고, 0차 반응은 곡선이 됩니다. 이 차이가 약물의 반감기를 이해하는 핵심 포인트입니다.

암기 팁: "1차 반응 = First order = 일차" → 반응물의 농도를 한 번 곱한다(=1승)고 기억하세요! (v = k[A]¹). 0차 반응은 "Zero = 0" → 농도를 아예 곱하지 않는다고 연상 (v = k[A]⁰ = k).

국시 빈출 포인트: 약사 국가고시에서 이 주제는 단순히 반응 차수 정의를 묻는 것뿐 아니라, "특정 약물이 1차 반응을 따를 때 반감기가 얼마인지", "0차 반응을 따르는 약물(예: 페니토인, 고용량 아스피린)의 용량-농도 관계"를 묻는 응용 문제로 자주 출제됩니다. 특히 페니토인의 비선형 약동학(Nonlinear PK)은 TDM과 연계되어 거의 매년 나오는 단골 문제예요.

기출 변형 주의!: "페니토인 300mg/day 복용 중인 환자에게 용량을 450mg/day로 증량했을 때, 혈중 농도가 예상보다 2배 이상 증가한 이유는?" → 효소 포화로 인한 0차 반응 kinetics로의 전환을 묻는 문제로 변형될 수 있습니다. 단순 암기가 아니라 기전을 이해해야 풀 수 있어요.

## 임상 시나리오

약국/임상 실무 가이드
**임상 시나리오 (Clinical Scenario)**: 약국에서 만성 뇌전증 환자가 페니토인(Phenytoin) 300mg/day 캡슐제를 복용하다가 최근 발작 조절이 잘 안 된다며 내원했습니다. 환자의 처방전을 검토하니 의사가 용량을 400mg/day로 증량했습니다. 핵심! 페니토인은 마이클리스-멘텐(Michaelis-Menten) kinetics를 따르는 대표적인 약물로, 치료 농도 범위(10-20 mcg/mL)에서는 용량 증가에 따라 혈중 농도가 비선형적으로 급격히 상승할 위험이 있습니다.

**복약지도 및 중재 전략 (Counseling & Intervention)**:
1. **처방 검수(DUR)**: 환자의 현재 혈중 페니토인 농도 검사 결과를 확인합니다. 만약 혈중 농도가 15 mcg/mL를 넘었다면 용량 증가 시 독성 범위(>20 mcg/mL)로 진입할 위험이 높습니다.
2. **문제 평가(Evaluation)**: 페니토인의 Michaelis-Menten kinetics에서 Km(미카엘리스 상수)에 가까울수록 용량-농도 관계가 포화되어 소량의 용량 증가로도 혈중 농도가 급상승합니다. 이는 0차 반응(Zero-order)에 가까운 거동입니다.
3. **복약지도(Counseling)**: "선생님, 페니토인이라는 약은 용량을 조금만 늘려도 혈중 농도가 예상보다 훨씬 많이 올라갈 수 있어요. 용량을 늘린 후 어지럼증, 안구진탕(Nystagmus), 보행 실조(Ataxia) 같은 부작용이 생기면 바로 의사나 약사에게 알려주셔야 합니다."
4. **처방 중재(Prescription Intervention)**: 필수! 페니토인 용량 증량 시에는 반드시 치료약물농도감시(TDM)를 병행하도록 처방의에게 연락하여 권고합니다. 용량 증량 폭은 보통 25-50mg/day 단위로 매우 신중하게 조정해야 합니다.

**환자 안전 및 주의사항 (Precautions)**:
- **약물상호작용(DDI)**: 페니토인은 CYP2C9, CYP2C19에 의해 대사되므로, 이 효소를 억제하는 약물(예: 발프로산(Valproic acid), 플루코나졸(Fluconazole))과 병용 시 독성 위험이 증가합니다.
- **금기증(Contraindications)**: 페니토인에 과민반응(Stevens-Johnson 증후군) 병력이 있는 환자.
- **특정 인구집단**: 임부(Pregnancy)에서는 태아 기형(구개열, 심장 기형) 위험을 증가시킬 수 있으므로, 엽산(Folic acid) 보충과 함께 신중히 사용해야 합니다.

복약지도 프로토콜:
1. "페니토인은 음식과 함께 복용하거나, 공복에 복용하거나 일정한 패턴을 유지하세요 (생체이용률 변동 방지)."
2. "항상 같은 제조사의 제품을 복용하세요 (생물학적 동등성 차이 주의)."
3. "갑자기 복용을 중단하면 발작이 재발할 수 있으니 절대 임의로 중단하지 마세요."
4. "잇몸이 붓거나 출혈이 생기면 알려주세요 (잇몸 비대증 부작용)."

선배 약사의 한마디: "여러분, 페니토인은 약동학의 교과서 같은 약물이에요. 1차 반응과 0차 반응의 차이를 페니토인 하나로 완벽히 이해할 수 있습니다. 이 약을 볼 때마다 '비선형 약동학(Nonlinear PK)'이 머리에 떠올라야 진정한 약사예요! 국시에서도 페니토인의 용량 조절과 TDM은 정말 자주 나오는 단골 문제이니, 이번 기회에 확실히 정리해 두세요."

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