적혈구(red blood cell, RBC)

적혈구 (red blood cell, RBC)는 혈액 내에서 가장 많은 세포이다. 헤모글로빈(Hemoglobin, Hb)에 의해 O2를 운반하고, 탄산탈수효소에 의해 CO2와 HCO3-를 급속히 생산한다. Hb은 산, 염기 완충물질로서도 작용한다. 

 

적혈구의 수, 용적, Hb량

 

적혈구는 직경 7-8㎛의 편평한 원반 모양이며 중심부는 오목하다. 용량에 비해 표면적이 크기 때문에 변형하기 쉽고, 좁은 모세혈관도 통과할 수 있으며 가스 확산의 효율도 높다. 변형능이 저하되면 용혈 하기 쉽다. 혈액 중의 적혈구 농도의 정상치는 성인 남자 500만/㎣, 성인 여자 450만/ ㎣이다. 혈액에서 적혈구가 차지하는 비율은 헤마토크릿(Hematocrit, Hct)이라고 하는데 혈액의 Hct은 남자가 45%이고, 여자는 40%이다. 혈액 중의 Hb 농도는 남자 16g/㎗, 여자 14 g/㎗이며 각 세포에는 허용 한계농도까지 Hb이 들어 있다. 적혈구는 골수에서 생산된다. 골수에서의 Hb형성이 철 부족 등에 의해 저하하면 철결핍성 빈혈이 나타난다. 

적혈구의 형태

 

적혈구에 관한 수치

 

• 평균 적혈구 용적(mean corpuscular volume, MCV)은 [Hct(㎖)]/(혈액/㎗ 중의 적혈구 수)로 구하면 81-94㎛3이다.
• 평균 헤모글로빈 함유량(mean corpuscular Hb, MCH)은 [Hb치(g)]/ (혈액/㎗ 중의 적혈구 수)로서 27-32pg이다.
• 평균 적혈구 헤모글로빈 농도(mean corpuscular Hb concentration, MCHC)는 [Hb치(g)]/ [Hct(%)] 로서 30-36g/㎗이다. 

 

적혈구의 생산

 

적혈구 수는 출생 직후에 많으며 3개월 정도에서 감소되었다가 그 후 서서히 증가하는데, 특히 남자가 성인이 되면 그 증가는 급격해진다. 

 

태생기까지는 간, 비장과 림프절에서도 생산되나 태생 후기 이후에는 골수에서만 생산된다. 5세까지는 모든 뼈의 골수에서 만들어지나 성인에서는 대부분의 골수는 지방화해서 황골수가 되며, 조혈이 일어나는 적골수는 흉골, 늑골, 추골이 주가 된다. 골수에는 백혈구와 혈소판에도 분화하는 커다란 림프구 모양의 세포인 간세포(stem cell)가 있다. 

적혈구 연령과 조혈:  (a) 적혈구 수 및 Hct, Hb양  (b) 각 골수의 조혈능  (c) 조혈부

 

간세포는 전적아구가 되고, 전적아구는 3,4회 분열하여 Hb이 적은 염기성 적아구, Hb 합성이 활발한 다염색성 적아구를 거쳐 Hb도 많이 함유하는 정염색성 적아구가 된다. 적아구의 Hb량이 34%에 달하면 핵은 농축되고 세포에서 배출되며, 소포체도 흡수되어 망상적혈구(reticulocyte)가 된다. 망상인 염기성 물질은 골지체와 mitochondria에서 유래한다. 망상적혈구는 천천히 움직여 소공을 지나 모세혈관 내에 들어간다. 혈관에 들어가면 1,2일 후 망상물질은 소실된다. 이 시간이 짧기 때문에 망상적혈구의 비율은 전적혈구의 1% 정도이다. 

적혈구의 기원: 조직의 O2분압이 저하하면 신장에서 erythropoietin이 생산 방출된다. 이것은 골수의 간세포에서 전적아구로의 분화를 촉진하고 적혈구 생산을 촉진한다.

 

혈액 중의 적혈구량이 적으면 O2운반 등이 불충분하고 과다하면 혈액의 점도가 증가되어 혈류장애가 온다. 적혈구의 농도는 생산의 증감에 의해 조절되며, 생산은 조혈자극인자인 erythropoientin에 의해 조절된다. Erythropoietin이 없으면 생산은 정지되고 많아지면 생산속도가 정상의 10배나 된다.  Erythropoietin은 분자량 약 40,000의 당단백질로서 90-95%는 신장에서 생산된다. 조직 PO2가 저하하면 erythropoietin이 생산·방출되고, 24시간에서 최대에 달하며 5일 후에는 적혈구의 수가 증가한다. PO2가 정상화되면 erythropoietin은 즉시 소실한다. Erythropoietin은 주로 골수의 간세포에서 전적아구의 형성을 촉진한다. 

 

적혈구 형성에 필요한 비타민

 

비타민 B12는 DNA합성에 필요하다. 적혈구 생산조직은 증식이 빠르기 때문에 비타민 B12의 결핍에 의해 맨 먼저 장애를 받기 쉽다. 장애를 받으면 적아구의 분열이 어려워지고 거대적아구(megaloblast)가 생기며, 혈액 중에 거대적혈구가 나타난다. 악성빈혈(pernicious anemia)은 비타민B12의 흡수장애에서 일어난다. 비타민B12는 위선의 벽세포에서 방출되는 내인성 인자(당단백질)와 결합한다. 내인성 인자는 회장에 있는 receptor와 결합하며 비타민B12는 음작용에 의해 혈중으로 흡수된다. 엽산(folic acid)도 DNA형성에 필요하며 부족하면 빈혈이 온다. 

 

Hb의 구조와 기능

 

Hb은 O2운반을 하는 중요한 단백질이다. 분자량은 약 65,000이며, globin이라 일컫는 α고리 1쌍과 β고리 1쌍 합하여 4개의 폴리펩티드 고리에 1개씩의 heme이 결합하고 있다. Heme은 적아구의 mitochondria 내에서 glycin과 호박산(succinic acid)을 재료로 하여 만들어지며, 세포질 중에서 globin과 결합하여 Hb가 된다. Heme의 Fe에 1 분자의 O2가 결합하기 때문에 1 분자의 Hb에는 4 분자의 O2가 결합한다. O2가 결합되어 있지 않은 Hb은 deoxyhemoglobin이며 O2가 결합한 Hb는 oxyhemoglobin이다. 

Hemoglobin의 구조: 헤모글로빈 분자(a)가 분해될 때 heme부분(b)은 철(Fe)과 빌리버딘(c)으로 분해된다. 빌리버딘의 대부분은 빌리루빈(d)으로 전환된다.

 

Fe와 O2의 결합은 느슨하여 떨어지기 쉽다. 겸상적혈구증(sickle cell anemia)은 흑인에게 많은 유전성 Hb이상증으로서 극성을 띤 glutamine이 극성이 없는 valine으로 치환되어 있기 때문에 산화혈색소가 되면 중합이 일어나 긴 섬유를 형성하여 적혈구는 낫 모양으로 변형된다. 태아에서는 α고리와 γ고리의 폴리펩티드로 된 Hb-F형이 있으나, 출산 후에는 γ고리의 폴리펩티드가 β고리의 폴리펩티드로 변형되어 Hb-A형이 된다. 한편 병적으로 겸상빈혈 등 환자는 Hb-S형을 갖고 있다. 

 

적혈구의 파괴

 

적혈구의 혈관 내 수명은 평균 120일이다. 적혈구가 노화하면 대사기능이 저하되고 막이 물러져 혈관이 좁은 장소에서 파괴된다. 적혈구의 파괴를 용혈(hemolysis)이라 하며 용혈이 일어나면 세포질이 밖으로 나오며 막이 혈구형(ghost cell)으로 나타난다. 적혈구는 혈장보다 침투력이 높은 용액에 들어가면 축소되고, 낮은 용액에 들어가면 팽대하여 파괴된다. 정맥혈의 적혈구는 이온농도가 높기 때문에 용혈 하기 쉽다. 유전성 구상 적혈구증(선천성 용혈성 황달) 환자의 적혈구는 정상 혈장 중에서 이미 구상으로 되어 있으며 0.7% NaCl에 의해 용혈이 시작된다. 

 

※ 적혈구 파괴의 주요 단계

1. 세포는 활성조직의 모세혈관을 통해 들어갈 때 눌려서 손상을 입는다. 
2. 손상된 적혈구는 간과 비장에 있는  macrophage에 의해 탐식된다. 
3. 적혈구로부터 hemoglobin은 heme과 globin으로 분해된다. 
4. Heme은 Fe와 biliverdin으로 분해된다. 
5. Fe는 새로운 hemoglobin 합성에 재사용되기 위해 ferritin으로 간에 저장된다. 
6. 대부분의 biliverdin은 bilirubin으로 바뀐다. 
7. Biliverdin과 bilirubin은 담즙색소로서 담즙으로 배설된다. 

 

Hb의 분해

 

조혈 후 혈관 내에 유출된 적혈구는 120일 후에 대식세포(macrophage)에 의해 파괴되면 heme과 globulin으로 분해된다. Globulin은 재사용되거나 아미노산으로 분해된다. Heme은 Fe와 biliverdin으로 분리되어 철 운반복합체(transferrin complex)가 되어 β-globulin과 결합된 Fe(transferrin)은 골수나 간에 저장된다. 

 

담즙색소인 biliverdin은 간에서 환원되어 bilirubin 상태로 혈장 내로 유리되고 운반단백질인 albumin과 결합하여 간으로 이동된다. 간에서 bilirubin은 glucuronic acid와 결합하여 conjugated bilirubin이 된다. Conjugation 된 bilirubin은 담즙(bile)에 포함되어 총담관을 통해 배설된다. 소장에 배설된 담즙은 세균의 작용에 의해 urobilinogen으로 변하고 대부분은 갈색의 stercobilin을 형성하여 대변으로 분비된다. 약간의 urobilinogen은 장내에서 흡수되며, 신장에서 황색으로 변하여 소변으로 배설된다. 

Bilirubin의 형성과 배설

 

혈중의 bilirubin농도는 0.5㎎/㎗이며, 1.5㎎/㎗ 이상은 황달(jaundice)이다. 황달의 진단에는 디아조 시약인 Van den Bergh 시약이 사용되며, 이 시약을 첨가하면 conjugated bilirubin은 즉시 적색을 띠기 때문에 직접형(direct) bilirubin이라고도 한다. 유리 bilirubin은 알코올에 의해 albumin에 유리되어 시약에 반응하기 때문에 간접형(indirect) bilirubin이라고 한다. 용혈에 의한 용혈성 황달에서는 간접형 bilirubin이 현저하게 증가하며, 직접형 bilirubin도 증가한다. 담도폐색에 의한 폐쇄성 황달에서는 conjugated bilirubin이 증가한다. 폐쇄성 황달에서는 bilirubin이 장관에 배설되지 않기 때문에 대변의 색은 회색이 되며 요중으로의 urobilinogen의 배설도 없다.