적혈구(RBCs)

적혈구(RBCs)

 

적혈구(RBCs)는 혈액 중 가장 많으며, 정상적인 여자에서는 혈액 1mm²당 약 450만개가 있고, 정상 남자에는 약 540만개이다. 그러나 이 값은 개개인에 따라 살고 있는 장소의 높이와 건강상태에 따라 다르다(해발 18,000 ft 에 살고 있는 페루 사람은 1mm 당 830 만개나 된다).

적혈구의 모양은 원반형으로 그 직경은 7.5 4m이며 원반의 중앙부위는 가장자리보다 더 얇다. 이 원반형의 양쪽이 오목한 형태는 가스교환에 효과적이다. 적혈구가 처음 생성되었을 때는 핵을 가지고 있으며, 소량의 헤모글로빈이 존재하나 그들이 성숙되면 세포 건조량의 90%가 될 때까지 헤모글로빈의 양은 증가한다. 이와 같은 과정이 끝나면 핵은 세포 밖으로 빠져나온다. 이 적혈구의 수명은 평균 120일이며, 노쇠한적혈구는 간과 지라에서 식세포작용에 의해 섭취된다. 헤모글로빈 속의 대부분의 철은 재흡수되어 다시 이용된다. 헤모글로빈분자중 철을 제외한 나머지 부분은 담즙색소(bile pigment)로 분해되어 간에서 분비된다. 적혈구는 매초당 300만개가 간과 이자에서 분해되며, 소실된 적혈구는 골수의 작용에 의하여 정상적으로 보충된다. 실제로 건강한 골수는 적혈구의 생성이 필요할 때는 통상 파괴 속도보다 4배 이상 생성할 수 있다. 그래서 골수는 심한 출혈(또는 헌혈)후에 빨리 도달하게 된다.

 

산소운반

헤모글로빈(Hb)은 4개의 폴리펩티드 사슬이 1개의 보결원자단(prosthetic group)인 헴(heme)에 결합한 단백질로 헴의 중앙에는 철원자가 들어 있다.

산소와 헤모글로빈은 쉽게 결합되며 한 분자의 산소가 헴과 결합된다. 헤모글로빈과 산소와의 친화력은 산소의 수송에 관한 것 중 일부분으로 많은 물질이 산소와 단단하게 결합한다. 그러면 무엇이 헤모글로빈으로 하여금 다시 조직 속으로 산소를 방출할 수 있는 산소 운반자로서 유용하게 만들까? 다시 말하면 헤모글로빈과 산소 사이의 반응은 가역반응이다. 폐의 모세혈관은 낮은 온도, 높은 pH, 그리고 산소압이 증가하는 조건에서는 반응은 오른쪽으로 진행된다. 정맥혈의 암적색인 환원헤모글로빈은 동맥혈의 선홍색인 산화헤모글로빈으로 변한다. 조직 속의 모세혈관에서 온도, pH 및 산소압이 감소된 조건에서는 역반응이 진행되며 산화헤모글로빈은 산소를 방출한다. 동맥혈 17는 산소 약 200m를 운반한다. (이 중에서 3m/ 만이 혈장에 의해서 운반되고 나머지는 모두 적혈구가 운반한다). 쉬고있는 사람에서는 이 산소의 약 1/4(50m/)만이 조직 속으로 방출한다. 휴식중의 사람에서는 매분 약 5/의 혈액을 순환시키므로 16 분간에 약 250ml의 산소가 조직 속으로 방출된다.

그러나 격렬한 운동을 하는 동안에는 조직 속의 산화헤모글로빈의 75 % 이상이 산소를 떼어 놓는다. 더구나 훈련된 운동선수의 심장은 쉴 때보다 운동할 때에 약 5배의 혈액을 순환시킨다. 그리하여 조직에 운반되는 산소의 양은 분당 3,750ml까지 증가할 수 있으며, 이것은 쉴 때에 비하여 15배 이상이 된다. 이러한 현상은 적혈구 없이는 불가능하다. 혈장 17는 단지 3m의 산소만을 운반할 수있다. 이 용해된 산소의 약 1.8 / 가 조직 속에 방출된다. 간단한 계산으로 보아도 만일 산소의 운반이 혈장에 의해서만 이루워진다면 조직에서 요구하는 산소량을 충족시키려면 매분 28배의 혈액을 펌프질해야 한다.

산소와 헤모글로빈 사이의 엉성하고 가역적인 결합이 중요하다는 것은 일산화탄소 중에서 잘 나타난다. 일산화탄소(CO)는 산소 처럼 헤모글로빈과 쉽게 결합하는데 그렇게 되면 헤모글로빈이 산소와 결합하는 것을 방해한다. 그리고 일산화탄소는 헤모글로빈에서 쉽게 방출되지 않는다. 그리하여 일산화탄소를 마신 사람(밀폐된 차고에서 엔진을 돌리는 경우)은 헤모글로빈은 점점 활성을 잃게 된다. 헤모글로빈과 일산화탄소와의 친화력은 산소의 230배나 된다. 그래서 공기속에 일산화탄소가 산소의 1/230 정도만 있어도 산소와 똑같은 비율로 결합한다. 따라서 짧은 시간내에 혈류 속 헤모글로빈의 절반이 산소운반능력을 잃게 될 것이다. 일산화탄소 중독환자의 피부는 붉은색을 나타낸다. 왜냐하면 헤모글로빈이 일산화탄소와 결합했을 때 나타나는 색깔과 같기 때문이다. 일산화탄소에 오염된 공기를 속히 환기하고 산소를 공급함으로써 환자의 생명을 구할 수 있다.

 

 

이산화탄소 운반

이산화탄소(COz)는 탄산의 형태로 물과 결합되어 있으며 이것은 다시 수소이온(H+)과 중탄산염이온으로 분리된다.

 

CO2 + H2O E H,CO, EH+ + HCO

 

만약 혈액에 의하여 운반되는 모든 이산화탄소가 이런 방법으로 혈장에 의해 운반된다면 혈액의 pH는 정상 수준인 pH 7.4 에서 약 pH 4.5까지 떨어지게 되므로 인간은 죽게 된다. 그러나 실제로는 조직에서 생성된 이산화탄소의 5% 정도만이 이런 방법으로 운반되고 나머지는 적혈구가 수송을 담당한다. 이산화탄소의 약 1.5 % 가 적혈구 속에서 헤모글로빈과 결합된다. 이산화탄소는 산소가 헤모글로빈에 붙은 자리와 같은 위치에 결합되지는 않지만 조직 속에서 헤모글로빈으로부터 산소의 방출은 이산화탄소의 수송능력을 약간 증가시킨다. 마찬가지로 폐에서 헤모글로빈이 산소와 결합하면 이산화탄소의 방출을 촉진한다.

 

적혈구는 또 다른 방법으로 이산화탄소를 수송한다. 이산화탄소가 적혈구 속으로 들어 가면 일부는 세포 속의 물과 결합하여 탄산을 형성한다. 이 반응는 적혈구 속에 있는 카본 안하이드라제 (carbonic anhydrase)에 의하여 속도가 빨라진다(이 효소는 혈장에는 없다. 따라서 우리가 살펴본 바와 같이 혈장에는 탄산이 많지 않다). 수소이온은 탄산에 의해서 방출되어 헤모글로빈의 pH가 낮으면 수소이온과 결합하지 않는다. 나머지 탄산이온의 대부분은 혈장으로 확산되어 나간다. 적혈구가 폐에 도달하면 이 반응은 역으로 진행되고 이산화탄소는 폐포로 방출된다. 적혈구에 의해서 진행되는 이 두 중요한 기작으로 이산화탄소를 조직에서 폐로 빠르고 안전하게 수송할 수 있다.

 

빈혈증

빈혈증(anemia)은 적혈구의 수가 부족하거나 또는 적혈구 속의 헤모글로빈 양이 부족한 것을 말하며 그 원인은 혈액이 순환하는 동안 소실된 적혈구를 골수 속에서 보충해 주지 못함으로써 발생되는데 그 이유는 밝혀지지 않았다. 헤모글로빈 합성시에 철을 이용할 수 없으면 장애가 올 수 있다. 빈혈증은 골수에서 적혈구 생성의 부족에서부터 오며 때로는 골수이식(bone marrow transplant)으로 치료될 수 있다.