RBC

적혈구는 성숙 단계에 이르면 핵과 대부분의 세포소기관이 소실된 이중오목원반형의 구조를 가진다. 이 독특한 형태는 표면적 대 부피 비율을 극대화하여 가스 교환 효율을 높인다. 세포막은 지질 이중층과 막 단백질로 구성되며, 내부는 주로 헤모글로빈 용액으로 채워져 있다.

세포막의 주요 구조 단백질은 스펙트린과 액틴으로 이루어진 망상 구조로, 세포에 탄성과 가변성을 부여한다. 이는 적혈구가 좁은 모세혈관을 통과할 때 변형될 수 있게 한다. 막 표면에는 혈액형을 결정하는 당단백질과 당지질인 항원이 존재한다.

내부 구성 성분의 약 95%는 헤모글로빈이다. 나머지는 효소, 전해질, 그리고 2,3-비스포스포글리세르산(2,3-BPG)과 같은 중요한 대사 중간생성물로 이루어져 있다. 미토콘드리아와 리보솜과 같은 소기관은 없지만, 해당과정을 통해 에너지를 생산하는 데 필요한 효소들은 보존되어 있다.

헤모글로빈은 적혈구 내부를 채우는 주요 단백질로, 철을 함유한 헴(Heme)과 글로빈(Globin) 사슬이 결합한 구조를 가진다. 주요 기능은 폐에서 산소를 결합하여 말초 조직으로 운반하고, 조직에서 생성된 이산화탄소를 폐로 운반하는 것이다. 또한 혈액의 pH를 일정하게 유지하는 완충 작용에도 기여한다.

산소 운반은 헤모글로빈의 가장 핵심적인 기능이다. 폐포의 높은 산소 분압 환경에서 헤모글로빈 분자는 산소와 쉽게 결합하여 옥시헤모글로빈을 형성한다. 이 상태의 혈액은 선홍색을 띈다. 이후 적혈구가 모세혈관을 통해 산소 분압이 낮은 말초 조직에 도달하면, 헤모글로빈은 산소를 방출한다. 헤모글로빈 1분자는 최대 4개의 산소 분자를 운반할 수 있으며, 이 협력적 결합 특성 덕분에 효율적인 산소 포화와 방출이 가능하다.

이산화탄소 운반은 몇 가지 경로로 이루어진다. 소량(약 5-10%)은 헤모글로빈의 글로빈 사슬 말단에 직접 결합하여 카바미노헤모글로빈을 형성한다. 대부분의 이산화탄소(약 70%)는 적혈구 내 탄산탈수효소의 작용으로 물과 반응하여 탄산으로 전환된 후, 중탄산염 이온 형태로 혈장에 용존되어 운반된다. 나머지는 혈장에 직접 용존된다.

헤모글로빈은 중요한 완충제 역할도 수행한다. 헤모글로빈 분자는 산소가 결합된 상태와 해리된 상태에서 수소 이온에 대한 친화력이 달라진다. 이 특성을 통해 혈액 내 과도한 산 또는 염기를 중화하여 생체의 산-염기 평형을 유지하는 데 기여한다.

적혈구의 주요 에너지원은 포도당이다. 적혈구는 세포핵과 미토콘드리아가 없기 때문에 산소를 사용하는 유산소 호흡 대신 해당과정을 통한 혐기성 대사에 의존한다. 이를 통해 생성된 ATP는 세포막의 나트륨-칼륨 펌프를 작동시켜 세포 형태와 탄성을 유지하고, 이온 농도 구배를 유지하는 데 사용된다.

해당과정의 또 다른 중요한 경로는 펜토오스 인산 경로이다. 이 경로는 NADPH를 생성하는데, 이는 글루타티온을 환원 상태로 유지하는 데 필수적이다. 환원된 글루타티온은 적혈구 내에서 산화 스트레스로부터 세포를 보호하고, 특히 헤모글로빈의 철을 페리철 상태로 유지하는 역할을 한다. 만약 이 보호 기전이 실패하면 헤모글로빈이 산화되어 메트헤모글로빈이 생성되거나, 헤인이 침착되는 현상이 발생할 수 있다.

적혈구의 대사는 효소 결핍으로 인해 이상이 생길 수 있다. 대표적인 예가 글루코오스-6-인산 탈수소효소 결핍증이다. 이 효소는 펜토오스 인산 경로의 첫 단계를 촉매하며, NADPH 생산에 관여한다. 이 효소가 결핍되면 산화 스트레스에 대한 적혈구의 방어력이 약해져 용혈이 쉽게 일어나게 된다.

적혈구의 생성 과정은 조혈이라고 불리며, 주로 성인의 경우 골수에서 일어난다. 이 과정은 적혈모구에서 시작되어 성숙한 적혈구로 분화하는 일련의 단계를 거친다. 조혈의 초기 단계는 다능성 조혈모세포가 특정 계열로 분화하는 것에서 시작되며, 적혈구 계열로의 분화는 전적혈모구 단계를 거쳐 본격화된다.

성숙 과정에서 세포는 핵을 잃고 헤모글로빈을 대량으로 합성하며, 최종적으로는 양면이 오목한 원반 형태의 성숙 적혈구가 된다. 이 과정을 조절하는 가장 중요한 호르몬은 신장에서 생성되는 에리스로포이에틴이다. 신장이 감지하는 조직의 저산소증은 EPO 분비를 촉진하여 골수에서의 적혈구 생성을 증가시킨다.

적혈구 생성에 필수적인 영양소는 다음과 같다.

이러한 영양소가 부족하면 각기 다른 형태의 빈혈을 초래할 수 있다. 예를 들어, 철 결핍은 철결핍성 빈혈을, 비타민 B12나 엽산 결핍은 거대적혈구성 빈혈을 유발한다.

적혈구의 평균 수명은 약 120일이다. 이는 순환 혈액 내에서 기능을 수행할 수 있는 기간을 의미하며, 노화된 적혈구는 주로 비장, 간, 골수의 망상내피계 세포에 의해 포식되어 제거된다. 노화 과정에서 적혈구 막의 변화가 일어나 탄력성이 감소하고, 표면에 노출된 특정 항원이 변화하여 이를 인식한 대식세포에 의해 식균작용의 대상이 된다.

적혈구 파괴의 주요 장소는 비장이다. 비장의 좁은 혈관과 혈관주위 조직을 통과할 때, 노화되어 변형 능력을 잃은 적혈구는 걸러져 붙잡히게 된다. 이곳의 대식세포는 적혈구를 삼켜 분해한다. 파괴된 적혈구에서 방출된 헤모글로빈은 분해되어 헴과 글로빈으로 나뉜다.

헤모글로빈 분해 과정은 다음과 같은 단계를 거친다.

1. 글로빈은 아미노산으로 분해되어 재이용된다.

2. 헴은 헴 산화효소에 의해 철(Fe²⁺), 일산화탄소(CO), 빌리베르딘으로 분해된다.

3. 철은 트랜스페린에 결합하여 골수로 운반되어 새로운 적혈구 생성에 재사용되거나, 페리틴 형태로 저장된다.

4. 빌리베르딘은 빌리루빈으로 환원된 후 간에서 글루쿠론산과 결합(접합)되어 담즙으로 배설된다.

이러한 지속적인 파괴와 생성은 건강한 성인에서 매초 약 2백만 개 이상의 적혈구가 교체되는 동적 평형을 유지하게 한다. 파괴 과정의 이상은 용혈성 빈혈이나 고빌리루빈혈증 등의 원인이 될 수 있다.

산소 운반은 적혈구의 가장 핵심적인 기능이다. 이 역할은 적혈구 내에 함유된 헤모글로빈이라는 단백질에 의해 수행된다. 헤모글로빈은 하나의 글로빈 분자와 네 개의 헴 기로 구성되며, 각 헴 기 중심에는 철(철) 이온이 존재한다. 이 철 이온이 산소 분자와 가역적으로 결합하여 산소를 운반하는 화학적 기반을 제공한다.

폐의 폐포 모세혈관에서 산소 분압이 높은 환경 하에, 헤모글로빈의 철 이온에 산소 분자가 결합한다. 이 과정을 산소화라고 한다. 산소가 결합한 헤모글로빈은 옥시헤모글로빈이라 불리며, 밝은 붉은색을 띤다. 이후 적혈구가 혈류를 타고 말초 조직의 모세혈관에 도달하면, 조직 내 산소 분압이 낮고 이산화탄소 분압이 높은 환경으로 바뀐다. 이 조건에서 옥시헤모글로빈은 산소를 방출하여 조직 세포에 공급한다. 산소를 방출한 헤모글로빈은 디옥시헤모글로빈이 되어 어두운 붉은색을 띤다.

헤모글로빈의 산소 결합 능력은 여러 인자에 의해 영향을 받는다. 대표적으로 pH, 이산화탄소 농도, 온도, 그리고 2,3-비스포스포글리세르산(2,3-BPG)이 있다. pH가 낮아지거나(산성화), 이산화탄소 농도가 증가하면 헤모글로빈의 산소에 대한 친화력이 감소하여 조직에서 더 쉽게 산소를 방출한다. 이를 보어 효과라 한다. 또한, 2,3-BPG는 적혈구 내에서 생성되어 헤모글로빈과 결합함으로써 산소 친화력을 낮추어 조직으로의 산소 방출을 촉진한다[4].

적혈구의 주요 기능 중 하나는 폐에서 조직으로 산소를 운반하는 것뿐만 아니라, 조직에서 폐로 이산화탄소를 운반하는 것이다. 이산화탄소는 세포 호흡의 최종 산물로, 체내에서 효율적으로 제거되어야 한다.

이산화탄소는 혈액 내에서 여러 형태로 존재하며 운반된다. 약 70%는 탄산탈수효소의 작용에 의해 탄산수소 이온으로 전환되어 혈장에 용해된 상태로 운반된다. 약 20-25%는 헤모글로빈의 글로빈 사슬 말단의 아미노기와 직접 결합하여 카바미노화합물을 형성한다. 나머지 약 5-10%는 물리적으로 혈장에 용해된 상태로 운반된다[5].

헤모글로빈은 산소와 이산화탄소 운반에 있어 상호작용을 보인다. 보어 효과에 따르면, 이산화탄소 농도가 높은 조직 모세혈관에서는 혈액의 pH가 약간 떨어지는데, 이는 헤모글로빈의 산소에 대한 친화력을 감소시켜 산소를 조직에 더 쉽게 방출하도록 돕는다. 동시에, 헤모글로빈이 산소를 방출하면(환원 헤모글로빈), 이산화탄소와 결합하는 능력이 증가한다. 반대로 폐 모세혈관에서는 이산화탄소가 배출되고 산소 농도가 높아지면, 헤모글로빈은 이산화탄소를 쉽게 방출하고 산소와 결합하게 된다. 이 과정을 홀데인 효과라고 한다.

이러한 효율적인 운반 메커니즘 덕분에, 적혈구는 호흡 가스 교환의 핵심 매개체 역할을 완수한다.

적혈구는 산소와 이산화탄소를 운반하는 주요 기능 외에도 혈액의 산-염기 평형을 유지하는 데 중요한 완충 작용을 수행한다. 이 역할은 주로 적혈구 내에 풍부하게 존재하는 헤모글로빈에 의해 이루어진다.

헤모글로빈은 단백질로, 아미노산 잔기와 헴 기를 가지고 있어 양성자와 결합하거나 방출할 수 있는 능력을 지닌다. 혈액 내 이산화탄소 농도가 증가하면, 적혈구 내에서 탄산탈수효소의 작용으로 탄산이 생성되고 이는 빠르게 수소 이온과 중탄산염 이온으로 해리된다. 이때 생성된 수소 이온은 헤모글로빈에 결합하여 산성을 중화시킨다. 이 과정을 통해 혈액의 pH가 급격히 떨어지는 것을 방지한다.

반대로 폐에서 이산화탄소가 배출되면, 반대 방향의 화학 반응이 일어나 헤모글로빈에서 수소 이온이 방출된다. 방출된 수소 이온은 중탄산염 이온과 다시 결합하여 이산화탄소와 물을 생성한다. 이렇게 헤모글로빈은 신체 조직에서 폐에 이르기까지 순환 과정에서 pH 변화에 따라 수소 이온을 효과적으로 흡수하거나 방출하는 가역적인 완충제 역할을 한다.

이 완충 시스템은 호흡성 산증이나 호흡성 알칼리증과 같은 상태에서 혈액 pH를 정상 범위(약 7.35-7.45) 내로 유지하는 데 결정적으로 기여한다. 따라서 적혈구는 가스 교환과 산-염기 평형 조절이라는 두 가지 핵심 생리 기능을 통해 신체의 항상성 유지에 필수적이다.

적혈구 수, 헤모글로빈, 헤마토크리트는 혈액검사의 기본적인 구성 요소로서, 빈혈이나 적혈구증가증과 같은 상태를 평가하는 데 필수적인 지표이다. 이 수치들은 연령, 성별, 인종, 고도 등 다양한 생리적 요인에 의해 영향을 받는다.

일반적으로 성인 남성의 정상 범위는 적혈구 수가 4.5–5.9 × 10^6/μL, 헤모글로빈이 13.5–17.5 g/dL, 헤마토크리트가 40–52% 정도이다. 성인 여성의 경우 적혈구 수 4.0–5.2 × 10^6/μL, 헤모글로빈 12.0–15.5 g/dL, 헤마토크리트 36–48%가 일반적인 정상 범위로 알려져 있다[6]. 신생아는 출생 시 높은 수치를 보이다가 생후 몇 주 동안 급격히 감소하며, 소아기에는 성인보다 낮은 값을 유지하다가 사춘기 이후 성인 수준에 도달한다.

이 세 지표는 서로 밀접한 상관관계를 가지며, 대부분의 경우 함께 상승하거나 하강한다. 예를 들어, 철결핍성 빈혈에서는 세 값 모두 정상보다 낮게 나타난다. 반면, 탈수 상태에서는 혈장량이 감소하여 헤마토크리트와 헤모글로빈 농도가 상대적으로 높아져 '가성 적혈구증가증'을 보일 수 있다. 따라서 이 수치들을 해석할 때는 환자의 전체적인 임상 상황과 다른 혈액 검사 결과(예: 평균적혈구용적, 평균적혈구혈색소량 등)를 함께 고려해야 한다.

적혈구 수치, 헤모글로빈, 헤마토크리트는 전혈구계산의 핵심 항목으로, 종합적으로 평가되어야 한다. 각 수치는 단독으로 해석되기보다 서로 연관성을 고려하며, 환자의 연령, 성별, 임신 여부 같은 인구통계학적 요소와 임상적 상황을 반드시 참조해야 한다.

이들 기본 수치에서 파생되는 적혈구 지수—평균적혈구용적, 평균적혈구헤모글로빈, 평균적혈구헤모글로빈농도—는 빈혈의 형태학적 분류(예: 소구성, 정구성, 대구성)에 결정적인 역할을 한다. 예를 들어, 낮은 평균적혈구용적은 철결핍성 빈혈이나 지중해빈혈 같은 소구성 빈혈을 시사한다. 또한 망상적혈구 수치는 골수의 적혈구 생성 능력을 평가하여 빈혈의 원인이 생성 부진인지, 말초에서의 파괴 또는 손실 증가인지를 구분하는 데 도움을 준다.

빈혈은 혈액 내 적혈구 수나 헤모글로빈 농도, 또는 헤마토크리트 값이 정상 범위 이하로 감소한 상태를 가리킨다. 이는 조직에 충분한 산소를 공급하지 못하게 하여 다양한 증상을 유발한다. 주요 증상으로는 피로, 쇠약, 호흡 곤란, 창백함, 두통, 어지러움 등이 포함된다. 빈혈은 하나의 독립된 질병이라기보다 다양한 기저 원인에 의해 발생하는 증후군으로 이해된다.

빈혈은 원인과 기전에 따라 크게 분류된다. 가장 흔한 형태는 철결핍성 빈혈로, 철분 부족으로 헤모글로빈 합성이 저하되어 발생한다. 다른 주요 분류로는 비타민 B12 또는 엽산 결핍으로 인한 거대적혈모구성 빈혈, 만성 질환이나 염증에 동반되는 빈혈, 골수 기능 저하로 인한 재생불량성 빈혈, 그리고 적혈구가 비정상적으로 조기에 파괴되는 용혈성 빈혈 등이 있다.

빈혈의 진단은 전혈구계산 검사를 통해 이루어진다. 이 검사에서 평균적혈구용적, 평균적혈구혈색소량, 평균적혈구혈색소농도 등의 지표는 빈혈의 원인을 추정하는 데 중요한 단서를 제공한다. 예를 들어, 평균적혈구용적이 감소한 소구성 저색소성 빈혈은 철결핍을 시사하는 반면, 증가한 대구성 빈혈은 비타민 B12나 엽산 결핍을 의심하게 한다.

치료는 근본 원인에 따라 달라진다. 철결핍성 빈혈은 철분 보충제 투여로, 비타민 결핍성 빈혈은 해당 비타민을 보충하여 치료한다. 중증이거나 급성인 경우, 또는 치료에 반응하지 않는 경우에는 수혈이 필요할 수 있다. 일부 유전성 빈혈인 겸상적혈구병이나 지중해빈혈과 같은 경우에는 보다 복잡한 관리가 요구된다.

적혈구증가증은 혈액 단위 부피당 순환하는 적혈구의 수가 비정상적으로 증가한 상태를 가리킨다. 이는 적혈구 수, 헤모글로빈 농도, 헤마토크리트 값의 상승으로 진단된다. 크게 절대적 적혈구증가증과 상대적 적혈구증가증으로 분류된다. 절대적 적혈구증가증은 적혈구의 총량이 실제로 증가한 경우이며, 상대적 적혈구증가증은 혈장량의 감소로 인해 혈액이 농축되어 나타나는 경우이다.

절대적 적혈구증가증은 다시 1차성과 2차성으로 나뉜다. 1차성은 골수 자체의 이상으로 발생하며, 대표적인 질환이 진성적혈구증가증이다. 이는 골수증식성종양의 일종으로, 적혈구뿐만 아니라 백혈구와 혈소판 수도 함께 증가하는 경우가 많다. 2차성 적혈구증가증은 신체의 다른 문제로 인해 에리스로포이에틴과 같은 조혈촉진인자의 분비가 증가하여 발생한다. 주요 원인으로는 만성 저산소증(예: 만성폐쇄성폐질환, 고지대 거주, 선천성심장병), 신장암이나 다른 종양에 의한 에리스로포이에틴의 비정상적 분비 등이 있다.

임상적으로는 혈액 점도가 증가하여 두통, 어지러움, 시야 장애, 가려움증(특히 목욕 후), 홍조 등의 증상을 유발할 수 있다. 심각한 경우 혈전증(혈전)의 위험이 크게 증가한다. 치료는 원인에 따라 다르다. 진성적혈구증가증의 경우 정기적인 사혈을 통해 혈액 점도를 낮추고, 약물 치료를 병행한다. 2차성의 경우 근본 원인(예: 저산소증 치료)을 해결하는 것이 중요하다. 상대적 적혈구증가증은 수액 공급 등으로 혈장량을 정상화하여 교정한다.

적혈구의 형태 이상은 크기, 모양, 색소 함량 등의 변화를 통해 다양한 혈액질환을 진단하는 중요한 단서가 된다. 이러한 이상은 유전자 돌연변이에 의한 선천성 질환이나 철결핍, 비타민 B12 결핍과 같은 후천적 요인에 의해 발생할 수 있다.

선천성 형태 이상의 대표적인 예는 겸상적혈구병이다. 이 질환은 헤모글로빈 분자를 구성하는 글로빈 사슬의 아미노산 하나가 변이되어 발생하는 상염색체 열성 유전 질환이다. 변형된 헤모글로빈 S는 저산소 상태에서 중합하여 섬유상 구조를 형성하고, 이로 인해 적혈구가 낫 모양으로 변형된다. 이러한 겸상적혈구는 혈관을 막아 통증 위기, 장기 손상, 용혈을 일으키며, 비장 기능 저하를 동반한다.

후천적 형태 이상은 주로 빈혈의 원인과 종류를 구분하는 데 활용된다. 주요 형태 이상과 연관된 질환은 다음과 같다.

이러한 형태 이상은 말초혈액 도말 검사를 통해 관찰되며, 정확한 진단을 위해 골수 검사, 유전자 검사, 생화학적 검사 등이 추가로 이루어진다.

적혈구 제제는 수혈 요법에서 가장 일반적으로 사용되는 혈액 성분 제제 중 하나이다. 전혈에서 혈장과 혈소판을 제거하여 농축한 형태로, 주로 헤모글로빈 농도를 높이고 조직의 산소 공급을 개선하기 위해 사용된다.

제제의 종류는 제조 방법과 보존 상태에 따라 다양하다. 가장 기본적인 형태는 농축적혈구로, 헤마토크릿이 약 55-65% 정도이다. 장기 보관을 위해 첨가제 용액을 넣은 적혈구제제도 널리 쓰이며, 이는 적혈구의 생존율을 높이고 보존 기간을 연장한다. 백혈구를 제거한 백혈구여과적혈구제제는 수혈 부작용이나 면역 반응의 위험을 줄이기 위해 사용된다. 또한, 방사선 조사를 거친 조사적혈구제제는 이식편대숙주병을 예방하기 위해 면역억제 상태의 환자에게 투여된다.

이러한 제제는 일반적으로 1-6°C의 냉장 상태에서 보관되며, 보존액에 따라 35일에서 42일까지 유통기한을 가진다. 수혈 결정은 환자의 혈색소 수치, 임상 증상, 예상되는 출혈량 등을 종합적으로 평가하여 내리게 된다.

교차적합시험은 수혈 전에 시행하는 일련의 검사로, 공여자와 수혈자의 혈액이 서로 적합한지를 확인하는 절차이다. 이 검사의 주요 목적은 수혈로 인해 발생할 수 있는 치명적인 용혈성 수혈 부작용을 예방하는 것이다. 핵심은 수혈자의 혈청과 공여자의 적혈구를 반응시켜 항원-항체 반응이 일어나는지 관찰하는 것이다.

교차적합시험은 일반적으로 두 단계로 구성된다. 첫 번째는 주교차시험이며, 수혈자의 혈청과 공여자의 적혈구를 혼합하여 응집이나 용혈 반응을 확인한다. 이는 수혈자 혈청 내에 공여자 적혈구에 대한 항체가 존재하는지 검출한다. 두 번째는 부교차시험으로, 공여자의 혈청과 수혈자의 적혈구를 반응시킨다. 이는 공여자 혈청 내에 수혈자 적혈구에 대한 항체가 있는 드문 경우를 확인하기 위한 것이다. 현대에는 대부분의 혈액은 사전에 ABO 혈액형과 Rh 혈액형을 포함한 주요 혈액형을 검사하여 공급되므로, 부교차시험의 임상적 중요성은 상대적으로 낮아진 편이다.

검사 방법은 시험관법이나 슬라이드 법을 사용하는 수기법과 자동화된 분석기를 이용하는 방법이 있다. 긴급 수혈이 필요한 경우, ABO 혈액형과 Rh 혈액형 확인 및 직접 항글로불린 시험을 포함한 '긴급 교차시험'이 수행될 수 있다. 모든 교차적합시험 결과는 수혈 전 최종적으로 담당 의사가 확인하고 승인해야 한다.