만약 증류수를 직접 혈관에 주입했을 때 적혈구에 일어날 수 있는 변화를 농도 차에 의한 압력(삼투압)의 관점에서 설명해 주세요.

Question

병원에서 사용하는 생리식염수나 링거액은 혈액의 농도와 일치하도록 제조된다고 하네요. 만약 증류수를 직접 혈관에 주입했을 때 적혈구에 일어날 수 있는 변화를 농도 차에 의한 압력(삼투압)의 관점에서 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

증류수를 혈관에 직접 주입한다고 가정하면, 적혈구는 매우 극단적인 삼투압 환경에 놓이게 됩니다. 혈액 속에는 일정한 농도의 염류와 단백질이 녹아 있어 삼투압이 유지되는데, 증류수는 사실상 용질이 없는 순수한 물이므로 혈액에 비해 농도가 훨씬 낮습니다.

이때 적혈구를 둘러싼 환경은 저삼투압 상태가 됩니다. 삼투 현상에 따라 물은 농도가 낮은 쪽에서 높은 쪽으로 이동하려는 성질이 있으므로, 증류수가 혈액에 들어가면 물이 적혈구 내부로 빠르게 유입됩니다. 그 결과 적혈구는 점점 팽창하게 되고, 세포막이 감당할 수 있는 한계를 넘어서면 결국 터져버리는데, 이를 용혈이라고 합니다.

따라서 증류수를 혈관에 주입하면 적혈구가 삼투압 차이 때문에 과도하게 팽창하여 파괴되는 위험한 결과가 발생합니다. 이런 이유로 병원에서는 반드시 혈액과 삼투압이 맞도록 조절된 생리식염수나 링거액을 사용하여 안전하게 수액을 공급하는 것입니다.

Answer 2

안녕하세요.

우리 몸 속의 혈액은 약 0.9%의 염화나트륨 농도를 가지는 등 일정한 삼투압을 유지하는 체액입니다. 병원에서 사용하는 생리식염수나 링거액은 혈장삼투압과 거의 동일한 등장액이기 때문에 적혈구를 비롯한 세포들이 형태와 기능을 안정적으로 유지할 수 있으며, 이 경우에 세포막을 사이에 두고 물의 순이동이 거의 일어나지 않기 때문에 적혈구의 부피 변화가 없습니다. 반대로 증류수는 용질이 거의 없는 상태이므로 혈액에 비해 삼투압이 매우 낮은 용액입니다. 따라서 증류수가 혈관 내로 직접 주입되면, 적혈구 내부는 상대적으로 용질 농도가 높은 상태이고 외부는 거의 용질이 없는 상태이기 때문에 이 둘 사이에 큰 농도 차이가 발생하게 됩니다. 이때 세포막은 물 분자는 자유롭게 통과시키지만 이온이나 큰 용질은 제한적으로 통과할 수 있습니다. 따라서 농도 차이를 해소하려는 방향으로 물이 이동하게 됩니다.

삼투압의 관점에서 보면, 외부 용액인 증류수의 삼투압이 매우 낮고 적혈구 내부의 삼투압이 상대적으로 높기 때문에 물은 외부에서 내부로 급격하게 유입됩니다. 결과적으로 적혈구는 점점 부풀어 오르게 되며, 구형에 가까운 형태로 팽창하는데요, 하지만 적혈구와 같은 동물세포는 세포벽을 갖기 않기 때문에 물의 유입이 계속되면 결국 막이 견디지 못하고 파열되는 용혈 현상이 나타납니다. 감사합니다.