저장성 용액이 적혈구 주변에 주입되었을 때 적혈구에서 일어나는 변화로 가장 옳은 것은?

저장성 용액에서는 세포 밖의 삼투압이 낮아 물이 상대적으로 세포 안으로 이동한다. 이때 적혈구는 팽창하고 심하면 용혈될 수 있다. 고장성 용액에서는 반대로 물이 밖으로 빠져나가 수축하므로 혼동하면 안 된다.

저장성 용액(hypotonic solution)은 세포 내부보다 삼투압이 낮은 용액을 말합니다. 적혈구를 저장성 용액에 넣으면 삼투압 차이에 의해 물이 이동하게 되는데, 이때 핵심은 삼투(osmosis)의 방향입니다. 물은 삼투압이 낮은 쪽에서 높은 쪽, 즉 용질 농도가 낮은 저장성 용액에서 용질 농도가 높은 세포 안쪽으로 이동합니다 ^[2].

적혈구가 저장성 용액에 노출되면 물이 세포 안으로 유입되어 적혈구 부피가 증가하고 결국 팽창(swelling)합니다. 이는 세포막이 선택적 투과성(selectively permeable)을 가지기 때문에 나타나는 현상으로, 물은 통과시키지만 대부분의 용질은 자유롭게 통과시키지 못하는 특성에 기인합니다 ^[2]. 적혈구 막(erythrocyte ghost)은 삼투압계(osmometer)처럼 작동하여 주변 용액의 삼투압 변화에 따라 부피가 변하는데, 저장성 조건에서는 세포 내로 물이 들어와 평균 세포 용적(MCV, mean cell volume)이 증가합니다 ^[1].

혼동 주의! 삼투압이 낮은 용액에서 물이 세포 밖으로 나간다고 생각하기 쉬운데, 물은 용질이 적은 쪽에서 많은 쪽으로 이동합니다. 저장성 용액은 세포 안보다 용질이 적으므로 물은 세포 안으로 들어옵니다.

적혈구가 저장성 용액에서 계속 팽창하면 세포막이 견디지 못하고 파열되는 용혈(hemolysis)이 일어날 수 있습니다. 저장성 용혈은 세포가 임계 용적(critical volume)에 도달한 뒤에도 일정 시간 구형(spherical form)을 유지하다가 헤모글로빈을 방출하는 2단계 과정으로 진행됩니다 ^[3]. 임상적으로는 저장성 수액을 정맥 주입할 경우 적혈구 팽창과 용혈 위험이 있으므로, 등장성(isotonic) 수액을 투여하는 것이 중요한 원칙입니다 ^[2].

한편 적혈구는 팽창 후 부피를 조절하기 위해 칼륨(K+), 나트륨(Na+), 타우린(taurine), 콜린(choline) 등의 삼투질(osmolyte)을 세포 밖으로 내보내는 보상 기전을 활성화하기도 합니다. 이러한 부피 조절 경로는 푸로세미드(furosemide)나 음이온 교환체 억제제(DIDS, niflumic acid)에 의해 억제됩니다 ^[4]. 그러나 문제에서 묻는 초기 변화는 보상 기전이 아니라 삼투 현상 그 자체이므로, 저장성 용액 주입 시 적혈구의 일차적 반응은 물의 유입에 의한 팽창입니다.