순환기관(심장, 혈관, 혈액)
순환 기관(循環器官, circulatory system)
김진국
1. 순환 작용
생물이 처음 생겨났을 때 즉 원시세포는 대개 단세포였다. 단세포는 모든 작용을 세포 혼자서 한다.
원시인이 자기 종족끼리 먹이도 얻고(농사) 집도 짓고 도구도 만들고 베도 짜고 즉 모든 것을 자급자족하는 것과 같다.
그래서 원시인에게는 큰 길도 별로 필요가 없고, 마차도 필요가 없었을 것이다. 다른 부족과의 물자나 인간의 교류가 필요 없었을 것이기 때문이다.
사회가 발달하고 기술이 발달함에 따라 자기 부족이 잘 만들지 못하는 물건은 잘 만드는 다른 부족으로부터 공급받게 되었다. 그래서 인간은 자기가 잘 만드는 물건만 주로 만들어서 서로 교환하는 분업화 사회가 되었다. 이렇게 사회가 분업화되면 물자나 인간의 이동이 필요하므로 도로를 만들고 마차나 자동차 등 교통수단이 발달하게 된다.
생물도 단세포 생물이 진화하여 다세포로 되었다. 여러 개의 세포가 모여 하나의 개체로 된 다세포 생물은 세포 간의 분화가 일어나 작용이 분업화되었다. 기관의 작용이 분업화됨에 따라 기관과 기관 사이에 물자를 운반할 수 있는 통로와 운반체가 발달하게 되었다. 이 이동 통로에 해당하는 혈관과, 운반체에 해당하는 심장, 혈액을 순환기관이라 한다.
순환 기관의 작용은 물을 포함한 양분과 노폐물의 이동, 산소(적혈구)와 이산화탄소(적혈구)의 이동, 그리고 방어 작용물질(백혈구, 림프구, 항체-글로불린) 및 신호 전달 물질인 호르몬도 혈액에 있는데, 이들은 작용 기관에 빨리 이동해서 작용해야 하기 때문이다. 그리고 혈관의 수리(혈소판-혈액 응고) 및 혈액의 정상 작용에 필요한 물질(헤파린-혈액 응고 방지)도 혈액에 있다.
2. 순환 기관의 구성
가. 심장(心臟, heart)
심장은 펌프와 같은 작용을 하여 혈관 속의 혈액을 이동하게 한다.
심장은 2개의 심방(정맥이 연결되어 혈액이 심장으로 들어옴)과 2개의 심실(동맥이 연결되어 혈액을 내보냄)로 되어 있다. 튼튼한 횡문근으로 되어있지만 대뇌의 지배를 받지 않는 불수의근이다.
심방과 심실이 수축하면 심장 판막의 작용으로 앞으로만 혈액이 진행할 수 있다. 우심방과 우심실 사이의 3장으로 된 판막은 삼첨판(길고 끝이 뾰족한 세 조각으로 됨), 좌심방과 좌심실 사이의 2장으로 된 판막은 이첨판(길고 끝이 뾰족한 두 조각으로 됨)이고, 심실과 동맥 사이의 판막은 반월판(끝이 둥근 세 조각으로 됨)이다.
1) 심장 박동(heartbeat)
심장이 혈액을 이동시키기 위하여 심방과 심실이 수축과 이완을 하면서 뛰는 현상을 심장 박동이라 한다. 심장의 심방과 심실이 수축과 이완을 할 때 소리가 나는데 이를 심장 박동음이라 한다. 보통 심장의 박동음은 심실이 수축할 때 심방과 심실 사이의 첨판이 닫히는데 이때 첨판이 부딪치면서 나는 소리이다. 심장에서 혈액을 내보내기 위하여 심실이 수축하면 심실과 심방 사이의 첨판이 닫히는데 이때 나는 큰소리를 제1 심음이라 한다. 일반적으로 박동이라 함은 제1 신음을 말한다. 심실이 수축하여 혈액을 동맥으로 보내고 이어서 이완을 하면 동맥에 있던 피가 역류하여 심실로 되돌아오므로 동맥과 심실 사이에 있는 반월판이 닫히게 되는데 이때 반월판이 닫히는 소리를 제2 심음이라 하며 세기는 약하다.
심장 박동을 보면 우심방과 좌심방이 동시에 수축하고 이어서 이완할 때 우심실과 좌심실이 또 동시에 수축되었다 이완을 한다.
혈액이 우심방으로 들어온 뒤 우심방이 수축하면 삼천판이 열려 혈액은 우심실로 이동한다. 이어서 우심실이 수축하면 우심실 내부에 생긴 혈압에 의해 삼천판은 닫히고 반월판이 열려 혈액이 폐동맥을 거쳐 폐로 간다. 폐정맥을 거쳐 혈액이 다시 좌심방으로 들어오고 다시 좌심방이 수축하면 이첨판이 열려 혈액은 좌심실로 이동한다. 이어서 좌심실이 수축하면 내부에 생긴 혈압에 의해 이첨판은 닫히고 반월판이 열려 혈액은 대동맥을 거쳐 온 몸으로 배출된다. 그리고 우심실이 수축되었다가 이완되면 우심실 내부보다 폐로 이어지는 폐동맥의 혈압이 더 높게 되고, 좌심실이 수축되었다가 이완되면 좌심실 내부보다 대동맥의 혈압이 더 높아 그사이에 있는 반월판이 닫혀 혈액이 역류하지 않는다.
심장 근육도 에너지를 공급받아야 수축할 수 있으므로 산소, 양분의 공급과 이산화탄소, 노폐물을 배출해야 한다. 그래서 심장에도 혈관이 존재하는데 좌심실의 대동맥 근처에서 분지 하여 심장에 흐르게 되는데 관상동맥 , 관상정맥이다. 관상정맥은 대정맥에 연결된다. 관상동맥이 경화되면 심장병이 발생한다.
우심실은 혈액을 폐로 보내는 곳이고 좌심실은 온몸으로 혈액을 내보내는 곳이다. 좌심실은 펌프 작용으로 혈액을 밀어내지만 온몸을 동시에 순환하게 할 필요가 없으므로 그렇게 하지 않는다. 동맥을 거체 모세혈관까지 힘이 크게 미치지만 정맥에서는 크게 힘이 미치지 못한다. 특히 하체정맥은 혈액 이동이 어렵다. 그러므로 하체 정맥혈은 정맥 주위의 근육이 수축하면 정맥의 혈관을 압박하므로 혈액은 앞으로 나아간다(정맥에는 판막이 있어 혈액의 역류는 되지 않음). 그래서 운동을 알맞게 하면 혈액순환이 잘된다는 것이다.
2) 심장 박동원 및 심장 박동 조절
동물의 심장이 뛰는 것을 심장 박동이라 한다.
인체의 심장근은 자동성이 있지만 심장박동은 우심방과 폐정맥 부근에 위치한 특수한 성분을 가진 하나의 조직에 의해 일어나는데 이를 동방결절(동방결절, 洞房結節, sinoauricular node, SA node, 박동원)이라 하며 자동으로 박동하게 한다(한번 뛰면 계속 뛰고 한번 서면 다시 뛰기 힘들다.). 일종의 스파크 플러그인 이 동방결절(박동원)은 전기를 발산하여 충격을 가함으로써 양쪽의 심방을 이룬 근육섬유들이 수축하도록 만든다. 이러한 심방의 수축으로 심실로 혈액을 밀어 넣는다. 동방결절(박동원)이 전기를 방전한 후 10분의 1초가 지나면 전하는 방실 결절(좌심방과 좌심실 근처에 있음)로 전해진다. 방실 결절은 반응이 느리고 특수하게 분화된 근육 근육세포들로 이루어져 있다. 방실 결절의 전하가 양쪽 심실의 근육을 자극하면 심실이 수축하여 혈액의 압력을 증가시켜 밀어낸다.
심장이 뛰는 속도 조절은 연수가 하는데 연수는 혈액 속의 이산화탄소 농도를 감지해서 자율신경을 통해 동방결절에 명령을 내린다. 이산화탄소의 농도가 높으면 교감신경을 통해 빨리 뛰게 하고, 이산화탄소의 농도가 낮으면 부교감신경을 통해 천천히 뛰게 한다.
나. 혈관(血管, blood vessel)
혈액이 이동하는 관을 혈관이라 하며 심장에 연결되어 심장에서 나오는 혈액이 이동하는 혈관을 동맥이라 하며 심장으로 들어가는 혈액 이 이동하는 혈관을 정맥이라 한다. 동맥과 정맥 사이에 있는 가는 관으로 조직 세포와 혈액 사이에 물질 및 가스 교환이 일어나는 혈관을 모세 혈관이라 한다.
동맥 중에서 좌심실에 연결되어 온몸으로 혈액을 내보내는 곳에 있는 혈관을 대동맥이라 하며 두껍고 신축성이 크다. 혈관이 튼튼하여 좌심실에서 밀어내는 혈압을 견디고 신축성이 뛰어나므로 심장이 밀어내는 혈액을 늘어나 모두 받아들일 수 있다(심장에서 밀어내는 혈액은 혈관의 저항 때문에 단번에 이동할 수 없다.). 모세혈관은 물질이 막을 통과해 이동해야하기 때문에 혈관벽이 한 층의 세포로 되어 있다. 온몸을 돌던 혈액이 심장의 우심방으로 들어오게 되는데 이 혈관을 대정맥이라 한다. 우심실에서 폐로 나가는 혈액이 이동하는 혈관을 폐동맥이라 하는데 산소가 적고 이산화탄소의 농도가 높은 정맥혈이 흐르고 있다. 폐에서 우심방으로 들어오는 혈액이 이동하는 관을 폐정맥이라 하는데 속에 들어 있는 혈액은 산소가 많은 동맥혈이다.
1) 혈액 순환(血液循環, blood circulation)
심장을 기준으로 혈액이 이동하는 혈관의 경로는 두 가지가 있다. 심장에서 온몸을 순환하는 체순환(온몸 순환-온몸에 산소와 양분을 공급하고 노폐물을 수거하는 작용)과 폐를 순환하는 폐순환(허파 순환-폐에 가서 이산화탄소를 버리고 산소를 공급받는 작용)이다. 이들 혈관은 혈관 속의 적혈구들이 혈관 밖으로 나올 수가 없도록 조직과 혈관 사이가 닫혀 있으므로 폐쇄 혈관계라 한다.
혈액이 체순환과 폐순환을 모두 거치는 데 걸리는 시간은 35초 정도이다.
동맥혈이 심장에서 출발하여 몸을 한 바퀴 돌고 다시 심장에 오는 체순환(좌심실→ 대동맥→ 온몸 → 대정맥 → 우심실)에 걸리는 시간은 30여 초이며. 심장에 도착한 정맥혈이 다시 우심실을 거쳐 폐동맥을 통해 폐로(우심실 → 폐동맥→ 폐 → 폐정맥 → 좌심실) 들어오는 폐순환에 걸리는 시간은 3 ~ 4초이다. 그리고, 폐의 모세혈관에서 산소를 받아들이고 이산화탄소를 배출하는 데 걸리는 시간은 0.5초 정도이다.
혈관 중에는 특별한 혈관이 있는데 심장에 있는 관상혈관계와 소장에서 간으로 가는 간문맥이다.
그리고 깊은 바다에서 일하는 잠수부에서 잘 일어나는 현상으로 깊은 바다의 압력이 높은 곳에서 일하다가 갑자기 압력이 낮은 물 밖으로 나오면 혈관에 기포가 발생하여 혈액이 잘 흐를 수 없다. 보일러 관에 공기가 발생하면 보일러관 속의 물이 잘 이동되지 않는 것과 같은 현상이다. 이와 같이 혈관에 기포가 발생하여 혈액의 흐름이 원만하지 못하여 일어나는 병을 케이슨 병(잠수병)이라 한다.
* 관상혈관계(冠狀血管系)와 간문맥(肝門脈)
관상혈관계(冠狀血管系, 심장에 왕관 모양을 한 혈관)는 심장에 존재하는 혈관계로 관상동맥(冠狀動脈 coronary artery), 모세혈관, 관상 정맥(冠狀靜脈, coronary vein)으로 구성되어 있다.
관상동맥(冠狀動脈, coronary artery)은 대동맥의 밑뿌리에서 갈라져 나와 다시 좌관상동맥과 우관상동맥으로 나누어진다
심장에서 모세혈관을 거처 나오는 관상 정맥(冠狀靜脈, coronary vein은 관상동맥과 나란히 분포하고 굵은 모양이라 관상정맥동(冠狀靜脈洞)이라 하며 최종적으로 우심방에 바로 연결된다
간문맥(肝門脈, hepatic portal vein)은 소장에서 간으로 가는 혈액이 흐르는 혈관이다.
소장의 융털 돌기에서 흡수한 양분은 포도당의 농도가 너무 높고 양분을 모두 흡수한 후에는 포도당 농도가 너무 낮으므로 간문맥(동맥)을 통해 간으로 가서 포도당의 농도를 조절한 후 심장으로 간다. 심장에서 온몸으로 나가는 혈액에는 포도당 농도가 거의 일정해야 하기 때문이다.
간은 간문맥 외에도 산소를 많이 받기 위해 별도의 간동맥이 연결되어 있다. 간문맥에 흐르는 혈액은 소장을 거쳐 왔으므로 정맥혈에 가깝기 때문이다.
2) 림프관(lymph duct, lymphatic vessel)의 물질 및 가스 교환
모세혈관과 모세 혈관 사이에는 많은 세포가 있다. 그러므로 모세혈관과 세포 간에 직접 양분과 산소, 노폐물 등의 물질과 가스 교환이 일어나는 것이 아니다. 모세 혈관에서는 조직세포에 양분과 산소를 공급하고, 노폐물을 제거하기 위해서 모세혈관 속의 혈장이 양분과 산소를 가지고 모세혈관의 세포막을 통과해 혈관 밖의 조직세포 사이로 나온다(혈관 속 삼투압보다 혈관 속 혈압이 높기 때문). 조직으로 나온 혈장을 조직액이라 하며 이 조직액과 세포 사이에 물질 및 가스 교환이 일어난다. 물질 교환 및 가스 교환이 끝난 조직액 중 일부는 모세혈관으로 들어가지만(모세 혈관이 진행됨에 따라 혈압이 낮아짐, 낮아진 혈압보다 혈관 속 삼투압이 높기 때문) 일부는 들어가지 못하고 열려있는 관 속으로 들어간다. 이 열려 있는 관을 림프관이라 하며 림프관에 있는 액체를 림프액이라 하는데 조직액과 같다. 림프액의 이동은 부근의 근육이 수축하면 림프관을 압박하고 림프관에 판막이 있으므로 역류는 불가능하고 앞으로 이동한다. 그리고 림프관에는 면역에 관계하는 림프구가 있다. 림프관은 가슴관 등을 거쳐 쇄골하정맥에 연결되므로 림프액은 다시 혈액에 합쳐진다. 림프관의 여러 곳에는 림프샘(림프절, 임파선)이 있으며 여기로 항원을 끌어들여 식균 작용이나 항체로 제거한다.
3) 혈압(血壓, blood pressure)
심실이 수축하면 혈액이 혈관 속으로 밀려나가는 혈압이 발생한다. 좌심실이 수축하면 혈액이 대동맥으로 밀려 나와 동맥혈관을 팽창시키는데 이때의 혈압을 최고혈압이라 하고 약 120mmHg이며, 다시 좌심실이 이완하면 혈압이 낮아져 최저혈압이 되는데 약 80mmHg이다. 최저혈압이 80mmHg을 유지하는 것은 신축성이 강한 대동맥의 벽이 좌심실이 수축할 때 늘어났다가 좌심실이 이완하면 대동맥의 근육이 수축하는 압력이 발생하기 때문이다. 심장에서 멀어질수록 저항을 점점 크게 받으므로 혈압은 점점 떨어져 정맥에서는 매우 낮아지는데, 음압(-)이 될 때도 있다. 특히 작용을 하지 않는 기관에서는 혈관이 수축하여 혈액의 이동을 줄인다.
혈압의 세기 : 대동맥(100mmHg) 〉 동맥 〉 모세혈관 정맥 〉 대정맥(2mmHg)
하체에 흐르는 정맥은 심장과 멀어 혈압이 낮아 이동이 잘되지 않는다. 운동을 하면 근육이 정맥의 혈관을 압박하고 이완시키므로 혈관 속의 혈액이 잘 이동된다(판막 때문에 앞으로만 이동, 즉 정맥이 심장 역할을 함).
4) 혈압 측정(blood pressure measurement)
혈압 세기를 측정하는 기구의 원리는 팔뚝의 혈관을 맥박이 뛰지 않을 때까지 압박한 다음 압박을 풀면서 처음 뛸 때의 압력을 측정하여 최고혈압이라 하고 이어서 계속 혈관의 압박을 이완시키면 혈관 속의 혈압이 낮아져 맥박이 전해지지 않게 되는데 이때의 혈압을 측정하여 최저혈압이라 한다.
혈관이 뛴다는 것은 혈압이 혈관의 벽압보다 큰 경우에 뛴다. 최고혈압은 혈압계의 압박 띠의 압력을 높여 혈관이 뛰지 않을 때까지 높였다가 서서히 내려 혈압이 압박 띠의 압력보다 높으면 높은 압력만큼의 압력으로 뛰게 된다. 그러므로 뛰기 시작하는 순간의 압력을 최대압력이라 할 수 있다. 혈압계의 압박 띠의 압력을 최저혈압 이하로 내리면 혈관이 뛸 수 없다. 그러므로 최저혈압은 압박 띠의 압력을 내릴 때 뛰다가 뚜지 않는 순간이 최저 혈압이 된다.
다. 혈액(血液, blood)
혈액을 다시 액체 성분과 고체 성분으로 나눌 수 있다.
혈장(혈장에서 피브리노겐을 제외한 성분을 혈청이라 함-응고 방지, 보관 편리)이라 부르는 액체 성분에는 물, 영양소, 단백질(글로불린-면역, 피브리노겐-혈액응고, 헤파린-혈액 응고 방지, 알부민-혈액의 삼투압 조절), 탄산수소나트륨(NaHCO3, 이산화탄소 운반), 노폐물, 호르몬 등이 있으며 고체 성분으로는 적혈구(핵 없음, 산소 및 이산화탄소 운반), 백혈구(림프구 포함, 면역 작용), 혈소판(血小板, platelet, 핵 없음, 혈관 파손 때 혈액응고) 등이 있다.
혈구는 큰 뼛 속의 골수세포에 있는 조혈모세포(혈액 줄기세포)에서 생성되어 흉선(T림프구 성숙), 지라(비장, spleen), 골수(B림프구 성숙), 간 등에서 분화하고 성숙된다.
혈소판(血小板; platelet)의 수명은 10~11일이며 지라(비장, spleen)에서 파괴된다.
백혈구의 수명은 2일~10일 정도이지만 종류에 따라 수시간에서 수백일로 다양하며 지라(비장, spleen)와 간(肝, liver)에서 파괴된다.
적혈구의 수명은 120일이고 간(肝, liver)과 지라(비장, spleen)에서 파괴되는데 지라에서 헤모글로빈은 빌리루빈(bilirubin)으로 변한다. 불수용성인 빌리루빈은 혈관으로 배출되어 혈청 알부민과 결합되어 간으로 이동한다. 간에서 빌리루빈 다이글루큐로나이드(diglucuronide)로 변환되고 쓸개로 이동되어 쓸개즙의 성분이 되어 십이지장으로 배출된다. 빌리루빈 다이글루큐로나이드(diglucuronide)의 색이 쓸개즙의 색이 되며 대변의 색도 이에 따라 나타난 색이다.
단백질의 아민 그룹에 비특이적으로 당이 반응하는 것을 당화반응(glycation, 글리케이션)이라 하는데 포도당(glucose, 글루코오스)은 다른 알도헥소스에 비해 단백질의 아민 그룹(amine group)과 비특이적으로 반응하는 경향이 낮다. 포도당의 당화반응(glycation, 글리케이션) 속도가 낮은 것은 포도당이 다른 알도헥소스보다 안정한 고리형 구조를 가지기 때문이다.
그런데 포도당(glucose)이 당화반응(glycation, 글리케이션)을 일으킨다면 많은 단백질의 기능이 손상되거나 파괴될 수 있다.
적혈구의 헤모글로빈이 혈당량이 비례해서 당화반응(glycation, 글리케이션)을 일으킨다. 당뇨병의 장기 합병증 (실명, 신부전 및 말초신경병증 등)의 원인은 단백질의 당화반응(glycation, 글리케이션)이 일어났기 때문이라고 추측하고 있다.
1) 산소의 운반
산소가 혈장(물)에 녹아서 운반된다면 혈액량이 굉장히 많아야 할 것이다.
그래서 적은 혈액양으로도 많은 산소량을 운반하기 위해서 산소를 많이 결합하는 운반체가 필요하다. 이와 같이 혈액에서 산소를 운반하기에 알맞은 운반체는 적혈구 속에 있는 헤모글로빈이다. 적혈구에 헤모글로빈이 있는 이유는 적혈구에는 많은 헤모글로빈을 가지고 있으므로 혈액의 헤모글로빈의 농도를 높인다. 적혈구의 헤모글로빈을 모두 혈장에 녹인다면 혈장의 농도가 높아져 점성이 강하게 되므로 혈액이 이동할 수 없을 것이다.
단백질 색소인 헤모글로빈은 헴(Heme)이라 하고 헴 중심에 철(Fe)이 있고 단백질의 아미노산이 배위 결합하는 형태의 구조를 기본단위로 한다. 헤모글로빈은 4개의 헴이 모여 하나의 구조를 이루는 4차 구조의 단백질이며 alpha1,2와 beta 1,2 헴으로 4개의 heme이 결합된 것이다.
헴 중심에 있는 철(Fe) 분자에 산소 분자가 1개 결합할 수 있으므로 헤모글로빈 한 분자에는 최대로 4 분자의 산소가 결합할 수 있다.
Hb + 4O2 → Hb(O2)4
헤모글로빈은 1개의 산소가 결합하면 다른 헴(Heme)의 구조에 변화를 일으켜 산소에 대한 결합도를 변화시키는 알로스테릭 효과(allosteric effect)가 있다. 그래서 헤모글로빈은 하나의 산소가 하나의 헴에 결합하면서 나머지 헴의 산소 결합도를 증가시키는 positive cooperativity를 나타낸다. 그 결과 S자 모양의 산소 결합 곡선을 나타낸다. 산소분압에 따른 산소 헤모글로빈의 포화도를 나타낸 그래프를 산소 헤모글로빈 결합(해리) 곡선이라 한다. S자 모양의 산소 결합 곡선의 경향은 헤모글로빈과 산소는 산소분압이 조금만 높아도 쉽게 결합하고 산소분압이 조금만 낮아도 쉽게 분해(해리)되는 특성이 있다.
산소 헤모글로빈 결합(해리) 곡선에 영향을 미치는 것은 산소분압 외에도 이산화탄소 분압, pH, 온도 등이 있다. 적혈구 속에 있는 헤모글로빈은 산소의 농도가 높고 이산화탄소의 농도가 낮은 곳에서는 산소와 쉽게 결합되고 산소 농도가 낮고 이산화탄소의 농도가 높은 곳에서는 쉽게 산소를 분리할 수 있다. 그 외에도 압력이 높으면 결합이 잘 되지만 압력이 낮으면 결합이 잘 안 되고, 온도가 높으면 결합이 잘 안 되며, pH가 낮으면 결합이 잘 안 된다.
그래서 폐에서는 산소는 헤모글로빈에 결합되고 조직에서는 산소를 분리하여 세포에 공급하게 된다.
근육에는 미오글로빈이 있으며 혈액의 헤모글로빈보다 산소 헤모글로빈 결합도가 높다.
그리고 산소 환경이 나쁜 태아의 혈액, 고산족의 혈액 등은 정상인 혈액보다 산소 헤모글로빈 결합도가 높다.
2) 혈액의 색
헤모글로빈과 산소가 많이 결합한 혈액은 붉은색을 띠게 되는데 이를 동맥혈(폐동맥 속에는 정맥혈이 흐름)이라 하며 헤모글로빈과 산소가 적게 결합한 혈액은 검붉은색을 띠게 되는데 이를 정맥혈(폐정맥 속에는 동맥혈이 흐름)이라 한다.
동맥혈이라는 것은 산소를 많이 가진 혈액이고 깨끗한 혈액이라고 말할 수는 없다. 폐기물을 여과해서 밖으로 버리는 기관은 신장이므로 폐기물이 적은 혈액은 신정맥이라고 할 수 있다.
정맥이 푸르게 보이는 것은 혈관과 피부에 의한 빛 흡수 및 반사 때문이다. 빛이 피부에 비칠 때 붉은빛은 피부층 깊숙이 혈관을 투과하여 흡수되고 푸른빛은 반사되기 때문에 푸르게 보인다.
3) 이산화탄소의 운반
이산화탄소의 운반에도 적혈구가 관여한다.
혈장에서 물에 녹아(탄산) 이동하는 이산화탄소는 7% 정도이고 23% 정도의 이산화탄소는 적혈구의 헤모글로빈에 결합(HbCO2)해서 이동하고, 나머지 70%가량은 조직 부근의 혈관에서 적혈구 속으로 들어가 탄산무수화효소에 의해 물과 결합(효소에 의해 10배 이상 결합하여 탄산 생성)하여 탄산으로 되고 탄산수소이온으로 생성되어 혈장으로 내보내져 나트륨 이온과 결합하여 이동하고 폐 근처의 혈관에 이르면 다시 탄산수소이온은 적혈구 속으로 들어가 탄산으로 되고 탄산은 탄산무수화효소에 의해 물과 이산화탄소로 분해되고 이어서 이산화탄소는 폐로 배출된다.
4) 일산화탄소 중독
일산화탄소는 헤모글로빈에 결합하여 산소의 결합을 방해하므로 혈액의 산소 공급을 할 수 없게 한다. 일산화탄소의 헤모글로빈과의 결합력은 산소와 헤모글로빈과의 결합력의 210배 정도로 높다. 이것은 산소 농도가 일산화탄소의 농도의 210배가 되면 헤모글로빈에 산소와 일산화탄소가 결합할 빈도가 같아진다는 말과 같다.
그래서 일산화탄소에 중독되면 고압 산소통에 넣어야 헤모글로빈과 결합한 일산화탄소를 해리시키고 산소를 결합시켜 운반할 수 있게 된다.
5) 혈액 응고(血液凝固, blood coagulation)
혈관의 상처로 출혈이 되면 혈액이 응고되어 상처를 막는다.
상처가 나면 상처 부위에 혈소판이 부착되고, 콜라겐에 붙어 충전물이 형성되면 혈소판이 파괴되어 혈관을 수축시키는 혈관 수축 호르몬(vasoconstrictor-세로토닌)이 방출되어 근육이 수축되어 혈관의 상처부위를 오므라들게 한다. 그리고 트롬보플라스틴(thromboplastin, 트롬보키나제)이란 효소를 방출하여 칼슘 이온과 함께 작용하여 프로트롬빈을 트롬빈(thrombin; endopeptidase)으로 효소를 활성화하여 액체성 단백질인 피브리노겐을 고체의 섬유단백질인 피브린(fibrin)으로 변화시킨다.
섬유성 피브린에 파괴된 혈소판, 적혈구, 백혈구가 함께 덩어리를 형성하는데 이를 혈병이라 하며 손상된 부위를 막는다. 즉 망구조의 피브린이 혈구를 싸서 혈관의 상처부위를 막는다. 다시 혈병이 건조될 때 수축함에 따라 상처 크기를 작게 하는 역할을 한다.
6) 헤파린의 작용
헤파린은 혈관 내벽에 붙은 채로 있다. 혈액 응고를 일으키는 효소인 트롬빈은 다양한 인자들에 의해 활성화되는데 그중 조직 세포 표면의 단백질이 프로트롬빈을 트롬빈으로 활성화할 수 있다. 그래서 혈관이 파괴되어 출혈이 안 일어나도 혈관 내에서 조직세포 조각이 떨어져 응고 반응을 일으키는 경우가 있다. 이를 혈관 내 혈전이라고 하며 심할 경우 혈관을 막아 뇌졸중을 일으킬 수도 있다. 그런데 헤파린은 항트롬빈 작용을 하여 이들 혈전 발생을 막고 월경 시 혈액에 섞여 엉키지 않고 원활히 배출될 수 있도록 한다. 이러한 기능 때문에 혈전 제거용으로 사용하기도 한다.
혈관이 찢어져 출혈이 될 때에는 혈액이 혈관 밖으로 나오는 것이므로 혈관 내벽에 있는 헤파린의 영향을 받지 않는다. 그러므로 출혈된 혈액은 응고될 수 있다.
거머리의 입에서 분비되는 히루딘은 헤파린과 같은 작용을 한다.
7) 면역작용
백혈구, T림프구 중 킬러 림프구 대식세포 등(탐식 세포)의 식균 작용으로 병균이나 이물질을 제거하는 작용을 세포성 면역(선천적 면역)이라 하며, 세포성 면역으로 제거할 수 없는 균이나 이물질(항원)은 대식세포 등이 이들 항원에 대한 정보를 T림프구에게 전하면 T림프구가 식균 작용으로 처리하고 처리가 안 되는 항원은 다시 이 항원에 대한 정보를 B 림프구에 전해준다. 정보를 받은 B 림프구가 분화하여 생성된 형질 세포가 만든 항체로 항원-항체 반응을 일으켜(이들 덩어리를 식균 작용으로 제거) 균이나 이물질(항원)을 제거하는 면역작용을 체액성 면역(후천적 면역)이라 한다.
체액성 면역에서 항체에 의해 항원이 모두 제거되면 항체는 분해되어 없어진다(항체는 단백질이므로 혈액에 이들이 계속 존재한다면 혈액에 필요 없는 물질로 채워지는 것과 같다.). 이때 B 림프구에서 기억 세포가 형성되어 남아있게 되는데, 똑같은 항원이 들어오면 기억 세포가 즉시 형질세포를 대량 생성하고 형질세포가 항체를 대량 생산하여 항원을 제거한다. 이와 같이 항체를 생성할 수 있는 기억 세포가 남아 있는 것을 면역이라 한다.
항원을 제거하는 장소를 보면 백혈구(탐식 세포)는 모세혈관 벽(항원이 침입하여 세포가 파괴되면 항히스타민을 분비하고 항히스타민은 림프구가 통과할 수 있도록 세포막을 넓혀 줌)을 통과하여 조직으로 나와 조직에서 항원을 식균 작용으로 제거하기도 하며, 제거되지 못한 항원은 림프관의 림프절(림프샘, 임파선)에서 항체의 작용으로 제거된다.
8) 혈액형
모든 사람의 혈액은 똑같지 않으므로 A 사람이 B사람의 혈액을 공급받으면 응고가 일어나는 경우가 가 있다. 이때 B사람 혈액에는 A 사람에게 항원(응집원)으로 작용하는 물질(적혈구에 존재)을 가지 있고 A 사람의 혈액에는 B사람의 혈액의 적혈구에 있는 항원(응집원)을 응집시키는 항체(응집소)를 가진다고 할 수 있다. 항원(응집원) A, B는 유전자에 의해 적혈구에 발현된 형질이고 항체(응집소)α, β는 아기가 태어난 후 몇 개월 이내에 항원(응집원) A, B에 해당하는 물질이(장내 세균 등 적혈구가 아닌) 아기 체내에 유입되어서 생성된 단백질로 혈장에 있으며 후천적인 것이다. 이때 적혈구에 항원(응집원) A가 있는 몸체에서는 항체(응집소)α는 생성되지 않고 응집소β만 생성된다. 적혈구에 (응집원) B가 있는 몸체에서는 항체(응집소)β는 생성되지 않고 응집소α만 생성된다.
이와 같이 사람 혈액의 항원항체 반응을 조사하여 혈액의 종류를 구분할 수 있다.
적혈구에 있는 항원(응집원) A, B의 유무, 혈장에 있는 항체(응집소)α, β 유무를 기준으로 혈액을 구분한 것을 ABO 식 혈액형이라 한다.
혈액형 구분에는 이외에도 Rh 식 혈액형, MN 식 혈액형 등 종류가 여러 가지다.
Rh- 혈액에 Rh+ 혈액을 섞어도 응집이 일어나지 않는다. Rh- 혈액에는 Rh+ 혈액에 있는 응집원(항원)에 대한 응집소(항체)가 없다. Rh+ 혈액이란 Rh응집원이 있고 Rh- 혈액이란 Rh응집원이 없다는 것을 의미한다. Rh응집원은 적혈구에 있으며 후천적으로 Rh응집원에 해당하는 물질(혈액뿐 만아니라 어떤 물질도)이 들어온 적이 없으므로 Rh- 혈액을 가진 사람에게는 Rh응집원에 대한 항체(Rh응집소)가 생기지 않은 것이다.
그러나 Rh- 혈액을 가진 사람에게 Rh+ 혈액을 수혈하면 Rh- 혈액을 가진 사람에게서 Rh+ 혈액에 있는 응집원(항원)에 대한 응집소(항체)가 생성되기 시작한다. 그러므로 2회 이상 Rh+ 혈액을 수혈하면 응집현상이 일어난다.
일반적으로 항체는 항원이 체내에 들어올 때에만 생성된다. 우리 몸의 혈액에 있는 항체도 외부에서 들어온 항체에 의해 형성된다. 그 과정을 보면 적혈구가 체내에 들어온 적이 없이도 자기 체내에 없는 항원(A형이면 항 B항체)에 대한 항체가 생후 3-6개월에 생성되기 시작해 5세 전 후가 되면 성인과 같은 양의 항체가 생성된다. 그 이유는 ABO 항원이 세포벽에 존재하는 박테리아가 알려짐에 따라 장내 세균총, 음식물 등을 통해 ABO 항원을 가진 박테리아가 우리 몸에 들어옴에 따라 항체가 생성되는 것으로 알려졌다.
그리고 A형 혈액에 존재하는 항 B항체(β)와 O형 혈액에 존재하는 항 B항체(β)는 같은 것이 아니다. 항 B항체는 한 가지만 있는 것이 아니고 여러 가지 이기 때문이며 O형 혈액에 존재하는 항 B항체는 A형 혈액에 존재하는 항 B항체 보다 크기가 작다. 그래서 혈액형이 O형인 여자가 혈액형이 A형인 아기를 임신했을 때 O형 혈액에 존재하는 항 B항체는 태반을 통과하여 애기를 공격하는 경우가 있다. 애기에게는 A형의 항원이 많지 않기 때문에 큰 문제는 일어나지 않는 것이다.
9) 혈액의 효율적 이용
모든 혈관 속의 혈액은 충만된 상태로 그리고 같은 속력으로 순환하지 않는다. 양분, 산소의 공급과 이산화탄소나 노폐물의 제거 등의 운반 작용이 필요한 조직이나 기관으로 통하는 혈관에만 혈액을 보내고 혈액의 이동이 필요 없는 조직이나 기관으로 가는 혈관은 소동맥을 수축하여 혈액 이동을 막는다. 혈액과 혈액 이동의 효율화를 위한 것이다.
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