# 적혈구를 저장성 용액에 넣었을 때 예상되는 변화는?

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> subject: 가톨릭대 서울성모병원 필기시험대비 모의고사 5회

## 문제

적혈구를 저장성 용액에 넣었을 때 예상되는 변화는?

## 보기

1. 수분 유출로 세포 수축
2. 수분 유입 없이 용혈
3. 수분 이동 없이 부피 유지
4. 수분 유입으로 세포 팽창 **✔ 정답**
5. 전해질 유출로 삼투압 증가

**정답: 4**

## 해설

저장성 환경에서는 삼투에 의해 수분이 세포 안으로 들어가 팽창한다.

## 심화 해설

삼투와 적혈구 막의 반응

적혈구를 저장성 용액(hypotonic solution)에 넣으면 세포 안쪽보다 바깥쪽의 용질 농도가 낮기 때문에, 물이 삼투(osmosis) 현상에 의해 세포 안으로 이동합니다. 세포막은 물은 통과시키지만 용질은 쉽게 통과시키지 못하는 선택적 투과성(selective permeability)을 가지므로, 수분만 순수하게 유입되면서 세포 부피가 증가합니다. 이 때문에 정답은 4번 ‘수분 유입으로 세포 팽창’입니다.

저장성 환경에서 적혈구의 초기 반응은 용혈이 아니라 세포 팽창(swelling)이며, 팽창이 일정 한계를 넘어선 뒤에야 막에 구멍(hole)이 생기면서 용혈로 진행됩니다. [1][2]

세포 팽창의 기전

적혈구 막에는 물을 빠르게 통과시키는 통로인 아쿠아포린(aquaporin)이 존재합니다. Pribush 등의 연구에서는 수은 민감성(mercury-sensitive) 수분 통로가 적혈구 팽창 속도를 조절한다는 사실을 확인했습니다. [2] 이는 물이 단순히 인지질 이중층을 천천히 확산하는 것이 아니라, 막 단백질 통로를 통해 빠르게 유입된다는 의미입니다.

저장성 용액의 삼투압 농도(osmolarity)가 낮을수록 수분 유입 속도와 최종 평형 부피가 커집니다. [1] 핵심! 저장성 용액의 농도가 낮을수록(더 묽을수록) 세포 팽창이 빠르고 크게 일어나며, 결국 용혈에 도달할 가능성도 높아집니다.

팽창에서 용혈로 이어지는 막 변화

세포가 팽창하면 막이 늘어나면서 밴드 3 단백질(band 3 protein)의 재배열이 일어납니다. 정상 등장성 환경에서는 밴드 3 단백질이 막에 고르게 분포하지만, 저장성 조건에서 세포가 부풀면 밴드 3 분자들이 서로 뭉쳐 클러스터(cluster)를 형성합니다. [3][4]

이 클러스터는 단순한 분자 모임이 아니라, 이후 막에 생기는 삼투성 구멍(osmotic hole)의 위치와 관련됩니다. Sato 등의 연구에서는 형광 표지된 밴드 3 단백질이 저장성 환경에서 뚜렷한 고리 모양으로 뭉치는 것을 관찰했고, 원자간력현미경(atomic force microscopy)으로 적혈구 막에 하나의 큰 구멍이 생긴 것을 확인했습니다. [4] 즉, 저장성 용액에서 적혈구는 팽창 → 밴드 3 재배열 및 클러스터 형성 → 막 구멍 형성 → 헤모글로빈 유출(용혈)의 순서로 반응합니다. [3][4]

오답 분석

1번 ‘수분 유출로 세포 수축’은 고장성 용액(hypertonic solution)에서 일어나는 반응입니다. 고장성 환경에서는 세포 안의 물이 밖으로 빠져나가 적혈구가 쭈그러듭니다.

2번 ‘수분 유입 없이 용혈’은 삼투 원리를 무시한 설명입니다. 저장성 용액에서 용혈이 일어나려면 반드시 수분 유입에 의한 팽창 단계가 선행됩니다. [1][2]

3번 ‘수분 이동 없이 부피 유지’는 등장성 용액(isotonic solution)에서 기대되는 상태입니다. 등장성에서는 물의 순이동이 없어 세포 부피가 유지됩니다.

5번 ‘전해질 유출로 삼투압 증가’는 저장성 환경에서 적혈구가 보이는 일차적 반응이 아닙니다. 저장성 초기에는 전해질보다 물의 이동이 지배적이며, 세포 팽창이 먼저 관찰됩니다. [1][2]

임상 및 실무 적용

정맥주사 수액을 선택할 때 삼투압 농도를 반드시 확인해야 하는 이유가 여기에 있습니다. 0.45% 식염수(half saline) 같은 저장성 수액을 빠르게 주입하면 혈관 내 적혈구가 팽창하고, 과도할 경우 용혈이 발생할 수 있습니다. 반대로 3% 식염수 같은 고장성 수액은 세포 수축을 유발하므로 중심정맥로를 통해 천천히 주입하며 혈청 나트륨을 면밀히 추적 관찰합니다.

| 용액 종류 | 삼투압 | 적혈구 반응 | 임상 예 |
| --- | --- | --- | --- |
| 저장성 용액 | 혈장보다 낮음 | 수분 유입 → 세포 팽창 → 과도 시 용혈 | 0.45% 식염수 |
| 등장성 용액 | 혈장과 유사 | 수분 순이동 없음 → 부피 유지 | 0.9% 식염수, 링거젖산 |
| 고장성 용액 | 혈장보다 높음 | 수분 유출 → 세포 수축 | 3% 식염수, 5% 알부민 |

혼동 주의! 저장성 용액에서 ‘세포가 터진다’는 결과만 기억하면, 수분 이동의 방향을 묻는 문제에서 헷갈릴 수 있습니다. 저장성에서는 물이 세포 안으로 들어가고, 고장성에서는 물이 세포 밖으로 나갑니다. 물은 항상 용질 농도가 낮은 쪽에서 높은 쪽으로 이동한다는 삼투의 기본 원리를 기준으로 생각하면 방향이 명확해집니다.참고 문헌 (논문 출처)

- [1]Erythrocyte swelling and membrane hole formation in hypotonic media as studied by conductometry.일반논문Pribush A, Meyerstein D, Hatskelzon L, Kozlov V, Levi I, Meyerstein N (2013) · DOI: 10.1088/0967-3334/34/2/139

- [2]Kinetics of erythrocyte swelling and membrane hole formation in hypotonic media.일반논문Pribush A, Meyerstein D, Meyerstein N (2002) · DOI: 10.1016/s0005-2736(01)00418-7

- [3]Rearrangement of erythrocyte band 3 molecules and reversible formation of osmotic holes under hypotonic conditions.일반논문Pajic-Lijakovic I, Ilic V, Bugarski B, Plavsic M (2010) · DOI: 10.1007/s00249-009-0554-6

- [4]Mechanism of hypotonic hemolysis of human erythrocytes.일반논문Sato Y, Yamakose H, Suzuki Y (1993) · DOI: 10.1248/bpb.16.506

## 임상 시나리오

저장성 용액에서 적혈구 반응삼투성 팽창에서 용혈까지의 임상적 이해
저장성 용액에서는 삼투에 의해 물이 적혈구 내부로 유입되어 세포가 팽창한다. 용질 농도 차이가 클수록 수분 유입 속도와 최종 부피가 증가하며, 팽창이 한계를 넘으면 용혈로 진행된다.

수분 유입은 아쿠아포린을 통해 빠르게 일어나며, 세포 팽창 시 밴드 3 단백질이 클러스터를 형성하고 이후 막에 구멍이 생겨 헤모글로빈이 유출된다.

주의정맥 주사 시 0.45% 식염수 같은 저장성 수액을 빠르게 투여하면 적혈구 용혈 위험이 있으므로, 수액의 삼투압 농도를 반드시 확인해야 한다.

## 핵심 개념

- **저장성 용액** — 세포 내부보다 용질 농도가 낮아 물이 세포 안으로 이동하는 용액
- **삼투** — 반투과성 막을 사이에 두고 물이 용질 농도가 낮은 쪽에서 높은 쪽으로 이동하는 현상
- **아쿠아포린** — 세포막에서 물을 빠르게 통과시키는 막 단백질 통로
- **밴드 3 단백질** — 적혈구 막에 있는 단백질로, 저장성 조건에서 클러스터를 형성하여 용혈성 구멍 형성에 관여
- **용혈** — 적혈구 막이 파열되어 헤모글로빈이 세포 밖으로 유출되는 현상

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