삼투압과 세포 부피의 관계
수액이 세포에 미치는 영향은 수액의
삼투압(osmotic pressure)이 아니라
긴장도(tonicity)에 의해 결정됩니다. 긴장도는 세포막을 통과하지 못하는 용질의 농도 차이로 인해 발생하는 ‘유효 삼투압’을 의미하며, 이에 따라 세포 안팎으로 수분이 이동합니다
[2]. 세포막은 물은 통과시키지만 나트륨 같은 용질은 자유롭게 통과시키지 못하기 때문에, 세포 외액의 유효 용질 농도가 세포 내부보다 높으면 물이 세포 밖으로 빠져나가고, 낮으면 물이 세포 안으로 들어옵니다.
등장액, 저장액, 고장액의 비교
등장액(isotonic solution)은 세포 외액과 유효 삼투압이 같아 세포 안팎으로 순수한 물의 이동이 없으므로 세포 크기가 유지됩니다. 대표적인 예로
0.9% 생리식염수가 있으며, 적혈구를 등장성 식염수에 노출시키면 세포 용적 변화가 관찰되지 않습니다
[4].
저장액(hypotonic solution)은 세포 내부보다 유효 용질 농도가 낮아 물이 세포 안으로 이동하여 세포가 부풀고, 심하면 적혈구가 터지는 용혈(hemolysis)이 발생할 수 있습니다
[4].
고장액(hypertonic solution)은 반대로 세포 밖의 유효 용질 농도가 높아 물이 세포 밖으로 빠져나가 세포가 쪼그라듭니다(위축). 이는 임상에서 삼투압 불균형이 심각한 이환율과 사망률로 이어질 수 있는 이유이기도 합니다
[3].
보기별 오답 분석
1번은 고장액이 세포를 부풀린다고 하였으나, 고장액은 세포에서 수분을 빼내 세포를
위축시킵니다. 2번은 저장액이 세포를 작게 만든다고 하였으나, 저장액은 세포 안으로 수분을 이동시켜
부풀게 합니다. 4번은 등장액이 세포 안의 수분을 혈관으로 끌어낸다고 하였으나, 등장액은 순수한 물의 순이동이 없어 세포 용적에 변화를 주지 않습니다
[4]. 5번은 모든 수액이 같은 영향을 준다고 하였으나, 삼투압 변화는 세포 전체 형태뿐 아니라 세포 내 소기관 수준에서도 분포 변화를 유발할 만큼 뚜렷한 영향을 미칩니다
[1].
임상 적용 포인트
삼투압을 평가할 때는
오스몰농도(osmolality, mosmol/kg H₂O)를 사용하는 것이 권장됩니다. 오스몰농도는 용매 1 kg당 용질 입자 수를 나타내므로 온도나 용액 부피 변화의 영향을 받지 않아, 리터당 입자 수를 나타내는 오스몰농도(osmolarity, mosmol/L)보다 임상 해석에서 오류를 줄일 수 있습니다
[3]. 다만 오스몰농도가 같다고 해서 긴장도가 항상 같은 것은 아닙니다. 요소(urea)처럼 세포막을 자유롭게 통과하는 용질은 오스몰농도에는 기여하지만 유효 삼투압에는 기여하지 못하므로, 세포 부피 변화를 예측할 때는 반드시 긴장도 개념으로 접근해야 합니다
[2].
참고 문헌 (논문 출처)
- [1]
Non-uniform impact of extracellular osmotic variations at subcellular level.일반논문Singh P, Mittal A. (2025) · DOI: 10.1038/s41420-025-02703-6
- [2]
Unravelling tonicity: Causes of confusion and pathways to clarity.일반논문Kuang SY, Yang X, Li X. (2025) · DOI: 10.1016/j.crphys.2025.100161
- [3]
Osmolality (mosmol/kg H<sub>2</sub>O) versus osmolarity (mosmol/L): applied physiology to improve patient safety.일반논문Zander R, Ziegenfuß T, Sümpelmann R. (2025) · DOI: 10.1186/s40001-025-03652-7
- [4]
Osmolality and Tonicity of Isotonic Beverages.일반논문Skarlovnik T, Lamut A, Hostnik G, Gole B, Bren U. (2024) · DOI: 10.3390/foods13101483