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개요

넓은 의미에서 혈액의 기능은 변화하는 환경에 대응하여 인체 내부의 항상성을 유지하는 것이다.

혈액은 매우 복잡한 구조물로서 많은 요소들이 이러한 항상성의 유지에 관여하고 있는데, 혈액의 조절 메커니즘은 온도, pH(수소이온농도), 산소압, 혈액성분의 농도 등의 변화에 대한 감지기능을 포함한다. 때때로 이러한 자극에 대한 반응은 신경계나 호르몬의 분비를 매개로 하여 일어난다.

pH

혈액의 pH는 7.4로 약간의 알칼리성을 나타내며, 정맥의 혈액은 이산화탄소를 다량으로 함유하고 있어서 pH 7.35 정도로 유지되고 있다.

이러한 pH 값은 혈액에 존재하는 완충작용계와 폐·신장에서의 선택적 배설기능에 의해 일정하게 유지된다.

호흡

살아 있는 세포, 특히 뇌의 경우 지속적인 산소의 공급은 생명 유지에 필수적이다.

정상적인 남자가 휴식기에 필요로 하는 산소는 1분에 250㎖정도이며 격렬한 운동을 할 경우는 몇 배로 증가한다. 산소의 대부분은 적혈구에 있는 헤모글로빈과 결합하여 운반된다. 폐의 모세혈관은 산소압이 높은 폐포와 밀착되어 있어 확산에 의해 산소가 혈장을 통과하여 적혈구 속으로 들어와 헤모글로빈과 결합하며, 혈액이 폐를 떠날 때쯤이면 헤모글로빈의 약 95%가 산소와 결합해 있다.

헤모글로빈 1g은 산소 1.35㎖와 결합할 수 있으며 혈장 속에 용해되어 있는 산소의 양에 비해 헤모글로빈과 결합한 산소의 양이 50배 정도로 높다. 산소압이 상대적으로 낮은 조직에서는 산소가 헤모글로빈으로부터 분리된다(폐포). 헤모글로빈과 산소의 결합 및 분리는 조직 속의 pH와 적혈구에 존재하는 디포스포글리세린산염(2,3-diphosphoglycerate/2,3-DPG)에 의해 주로 조절된다.

헤모글로빈의 산소결합과 pH의 관계는 보어 효과에 의해 설명된다. 즉 pH의 변화는 헤모글로빈의 구조에 변화를 가져오는데 pH가 낮을 때보다 pH가 높을 때 더 강력하게 산소와 결합하게 된다. 헤모글로빈과 산소의 결합은 포도당의 대사물로서 적혈구에 존재하는 2,3-DPG에 의해서도 조절되는데, 2,3-DPG는 헤모글로빈과 산소의 친화성을 감소시키는 역할을 한다.

조직 속에 산소의 양이 부족하면 적혈구는 많은 2,3-DPG를 합성함으로써 헤모글로빈에 결합된 산소를 해리시켜 조직에 산소를 제공하게 된다. 세포에서 일어나는 대사작용의 산물로서 조직 속에 다량으로 존재하는 이산화탄소는 산소보다 용해성이 높아 적혈구 속으로 쉽게 확산되며 탄산수소염(HCO^3－)의 형태로 운반되어 폐에서의 호흡에 의해 밖으로 배출된다.

동맥혈액에서의 이산화탄소 압력은 호흡운동을 조절하는 뇌의 감각 메커니즘에 의해 매우 정교하게 조절되는데, 정상적으로 호흡의 조절은 동맥혈액에서의 산소 압력이 아니라 이산화탄소 압력에 의해 이루어진다.

영양물질

인체의 세포 생존에 필요한 영양물질인 단백질·탄수화물·지방·비타민 등은 장관으로부터 흡수되거나 인체조직의 저장소로부터 흡수되어 혈액을 통해 각 조직 속으로 이동한다.

칼슘·포도당 등과 같은 혈장구성성분의 농도는 호르몬에 의해 매우 정교하게 조절되며 정상수치에서 벗어나면 해로운 결과를 가져온다. 인체에 필요한 다양한 영양물질은 혈액으로부터 선택적으로 각 조직에서 흡수되는데 성장하는 뼈는 다량의 칼슘을 사용하며 골수는 헤모글로빈의 합성에 필요한 철을 흡수한다.

배출

혈액은 세포대사작용의 부산물을 배설기관으로 운반하는 역할을 하는데 혈액을 통해 이동한 이산화탄소는 폐를 통해 배출되며, 물은 주로 신장에서 소변으로 배설되지만 아주 적은 양이 피부·폐·장관 등으로부터 증발에 의해 배출되기도 한다.

생리적으로 매우 중요한 혈장의 이온, 즉 나트륨·칼륨·염소 등의 농도는 신장의 선택적 흡수 또는 배출로 조절되며 혈액의 pH도 신장의 이러한 작용에 의해 일정한 수준으로 유지된다. 따라서 신장은 인체의 혈액성분을 일정하게 유지하는데 있어서 가장 중요한 역할을 하는 기관이다.

방어 메커니즘

혈액세포와 혈장구성성분들은 상호작용하여 전염물질에 대해 방어하는 면역기능, 체내로 침입하는 미생물의 파괴, 염증작용, 외부물질이나 죽은 세포를 파괴하여 제거시키는 기능 등을 한다.

혈액의 이러한 기능은 백혈구에 의해 이루어지는데, 세균과 같은 미생물의 식균작용은 과립성백혈구나 단핵백혈구가 하며 림프구는 면역작용에 관여한다. 특정한 미생물의 침입에 대한 후천적 저항은 림프구에 의해 항체가 생성되어 일어나며 이때 생성된 항체는 보체와 함께 작용하여 침입한 미생물을 제거함과 동시에 같은 미생물에 의해 다시 감염되는 것을 방지해주는 역할을 하고 있다(항원).

온도조절

생리적 산화반응의 결과로 인체에는 다량의 열이 발생하며 혈액은 순환을 통해 이러한 열을 인체에 균일하게 분산시키고, 또한 피부로 이동하여 열을 외부로 발산시키는 역할을 한다.

뇌의 시상하부에 있는 온도조절중추는 마치 온도조절기와 같은 역할을 하는데 체내의 온도가 상승하면 신경충격을 피부로 보내 피부혈관의 지름을 증가시키고 온도가 낮을 때는 피부혈관의 지름을 감소시킴으로써 체온을 조절한다(체열, 땀샘).