적혈구

인간의 적혈구

선홍색의 산소가 풍부한 혈액(왼쪽)과 암적색의 산소가 적은 혈액(오른쪽)

“ 산소셔틀 ”

적혈구(영어: Red Blood Cell, RBC)는 혈액에 다량으로 들어 있는 붉은색 세포로서, 허파나 아가미에서 산소를 받아서 조직에 전달하는 역할을 한다.

적혈구의 세포질에는 철을 함유하는 붉은색 색소 성분인 헤모글로빈이 풍부하게 들어 있다. 혈액이 붉은색을 띠는 것은 바로 이 헤모글로빈 색소 때문이다. 헤모글로빈은 산소와 결합할 수 있으므로 적혈구가 산소를 운반하는 것을 가능하게 한다. 적혈구의 세포막은 단백질과 지질로 구성되어 있으며 이 구조 덕분에 적혈구는 변형성, 안정성 등의 생리학적인 세포 기능을 가진다.

사람의 적혈구는 유연하며 양면이 오목한 원반 모양이다. 세포핵과 대부분의 세포기관이 없는 대신에 헤모글로빈이 가득 들어차 있어 산소운반 기능에 최적화되어 있다. 성인은 1초에 약 240만 개의 새로운 적혈구를 생산한다. 적혈구는 골수에서 생산되며 100-120일 동안 체내를 돌아다닌다. 수명이 끝난 적혈구는 대식세포에 의해 탐식되며 구성성분들은 재활용된다. 인간을 구성하는 세포들 중 1/4는 적혈구이다.

척추동물의 적혈구

적혈구는 대부분 헤모글로빈으로 구성되어 있다. 헤모글로빈은 철(Fe) 원자를 가지는 헴을 포함하는 금속단백질이며, 헤모글로빈의 철 원자는 산소 분자(O₂)와 일시적으로 결합하는 능력이 있다. 따라서 적혈구는 허파 또는 아가미에서 산소 분자를 받은 후에 조직으로 이동하여 조직에서 산소를 나눠줄 수 있다. 또한, 헤모글로빈은 조직에서 배출되는 노폐물인 이산화탄소를 허파 또는 아가미로 전달하는 역할도 한다. 그러나 대부분의 이산화탄소는 중탄산이온(HCO₃⁻)의 형태로 혈장에 용해되어 운반된다. 헤모글로빈과 비슷한 화학적 구조를 가진 미오글로빈은 근육 세포에 산소를 저장시키는 역할을 한다.

적혈구가 붉은 이유는 헤모글로빈의 헴 성분 때문이다. 적혈구를 제거한 혈액(혈장)의 색깔은 연한 노란빛이다. 적혈구의 색깔은 헤모글로빈의 상태에 따라 바뀐다. 산소와 결합한 헤모글로빈(산소헤모글로빈)의 색깔은 선홍빛(●)이지만, 산소를 방출한 헤모글로빈(환원헤모글로빈)의 색깔은 암적색(●)이다. 맥박산소측정기는 이 원리를 이용하여, 혈액의 색깔을 측정함으로서 자동으로 적혈구의 산소포화도를 계산하여 알려준다.

혈액 속 적혈구의 수가 너무 많아지면 혈액이 끈적끈적해지므로 혈액 순환에 방해가 된다. 따라서 척추동물의 진화 과정에서 적혈구 수를 가능한 한 줄이면서도 산소운반에 문제가 없도록 하는 것은 아주 중요한 문제였다. 여러 종류의 척추동물들은 저마다의 방법으로 각각의 적혈구의 산소운반능력을 극대화시켜 필요한 적혈구 수를 줄여나가는 방향으로 진화해왔다. 적혈구의 크기는 동물별로 차이가 있는데, 평균으로 적혈구의 크기는 그 동물의 모세혈관의 지름보다 25% 정도 크다. 아마도 적혈구가 이 정도 크기일 때 적혈구에서 조직으로의 산소 운반이 가장 효율적으로 일어나는 것 같다.

남극빙어는 적혈구를 가지지 않는 유일한 척추동물로 알려져 있다. 따라서 남극빙어의 혈액은 붉은색이 아니라 투명하다. 남극빙어는 산소가 아주 풍부한 차가운 물에 살기 때문에 적혈구가 없어도 조직으로의 산소공급이 잘 이루어진다. 헤모글로빈을 더 이상 사용하지 않음에도 불구하고 남극빙어의 유전체에는 헤모글로빈과 관련된 유전자가 여전히 남아 있다.

질병

정상인의 적혈구(왼쪽)와 철 결핍성 빈혈 환자의 적혈구(오른쪽). 적혈구의 색깔이 더 연하다.

적혈구와 관련된 질병으로는 다음과 같은 것들이 있다.

• 빈혈은 혈액 중에 운반되는 산소의 양이 부족한 상태이다. 적혈구의 수가 감소하는 경우와 적혈구의 수는 그대로지만 적혈구의 산소운반 기능에 문제가 생긴 상태 모두를 포함한다.

• 철 결핍성 빈혈은 가장 흔하게 나타나는 종류의 빈혈이다. 철 섭취가 부족하거나 섭취하더라도 흡수가 잘 되지 않을 때 발생한다. 철은 헤모글로빈을 구성하는 가장 중요한 성분 중 하나이기 때문이다.

• 낫 모양 적혈구는 원래 양면이 오목한 원반모양이어야 할 적혈구가 낫 모양으로 변하는 유전질환이다. 정상적인 적혈구에 비해 딱딱하기 때문에 혈관을 막거나 통증을 유발하거나 다른 세포 손상을 유발할 수 있다.

• 지중해 빈혈은 헤모글로빈의 기본구성단위의 비율이 비정상적으로 생산되는 유전 질환이다.

• 유전성 구상적혈구증은 적혈구의 세포막에 결함을 유발하는 유전질환이다. 이 유전질환을 가진 환자의 적혈구는 정상보다 작고, 구(球) 모양이며, 부서지기 쉽다. 비장은 이 적혈구를 잘못 만들어진 적혈구로 인식하여 파괴시킨다.

• 악성빈혈은 비타민 B₁₂ 섭취가 부족할 때 나타나는 자가면역질환이다.

• 재생불량성 빈혈은 골수에서 혈구를 만들지 못하여 발생한 빈혈이다.

• 순적혈구무형성증은 골수가 다른 종류의 혈구는 만들지만, 적혈구만 만들지 못하여 발생한 빈혈이다.

• 용혈은 적혈구가 파괴되는 상태를 포괄적으로 이르는 말이다. 원인은 다양하며 용혈성 빈혈을 유발할 수 있다.

• 말라리아 원충은 적혈구에 기생하며 적혈구를 파괴시킨다. 흥미롭게도, 낫 모양 적혈구 또는 지중해 빈혈 환자는 말라리아에는 잘 걸리지 않으므로, 말라리아가 자주 발생하는 지역에서는 이 유전질환의 빈도가 높게 나타난다.

• 적혈구증가증은 적혈구의 수가 증가하는 상태이다. 적혈구가 너무 많이 들어있는 혈액은 끈적끈적하므로 혈액순환에 문제가 생긴다.