[일반생물학실험]혈구의 관찰

실험 이론 및 원리

1. 혈액

포유류의 혈액은 일종의 결합조직으로 혈장(plasma)이라는 액체성 기질과 그 안에 떠다니는 세포들로 구성된다. 염류와 단백질들이 삼투조절, 운반, 방어의 기능들을 수행하는 혈구세포들과 함께 혈장에 녹아 있다. 세포성 요소(세포와 세포의 조각들)는 전체 혈액의 약 45%에 해당하는 부피를 차지하고 나머지는 혈장이다.

 

2. 적혈구(red blood cell 혹은 erythrocyte)

적혈구는 혈액에서 가장 많이 발견되는 세포이다. 사람 혈액의 1마이크로리터 안에는 약 500만~600만 개의 적혈구가 있다. 우리 몸의 전체 혈액의 양은 약 5L인데, 이 5L의 혈액 안에 적혈구가 25조개가 있는 셈이다. 적혈구의 주된 기능은 산소 운반이다. 산소의 운반은 세포막을 통한 산소분자의 빠른 확산 이동으로 이루어진다. 적혈구는 양면이 오목한, 즉 바깥쪽보다 가운데가 얇은 작은 접시모양을 하고 있다. 

이 형태가 넓은 표면적을 제공하여 세포막을 통한 산소의 확산 속도를 높이는 효과가 있다. 포유류의 적혈구에는 핵이 없는데 이로써 한 세포 내에 보다 많은 양의 헤모글로빈(hemoglobin)이 채워질 수 있게 된다. 헤모글로빈은 산소운반 단백질로서 철이온을 포함하고 있다. 한 분자의 헤모글로빈은 4분자의 산소와 결합할 수 있다. 적혈구에는 미토콘드리아도 없는데 그 결과로 적혈구에서는 무산소 대사 과정을 통해 ATP를 생성한다.

낫모양적혈구빈혈증(sickle-cell disease)의 경우 변형된 헤모글로빈분자가 고분자 덩어리를 생성한다. 적혈구 내에는 높은 농도의 헤모글로빈이 존재하기 때문에 적혈구를 낫모양으로 길게 변형시키기에 충분한 크기의 복합체가 형성된다.

낫모양적혈구빈혈증은 순환계의 기능을 방해한다. 낫모양적혈구가 소동맥이나 모세혈관에 걸리면 근처에 산소와 영양분의 공급, 그리고 이산화탄소와 노폐물의 제거가 방해받는다. 낫모양적혈구는 비교적 잘 터지기 때문에 산소를 운반하는 데 필요한 적혈구의 수가 감소하게 된다. 이 낫모양적혈구의 평균수명은 20일에 불과하고 이는 일반 적혈구에 비해 1/6 정도이다.

 

3. 백혈구(white blood cell 혹은 leukocyte)

혈액에는 크게 다섯 종류의 백혈구가 존재한다(호염구, 호산구, 호중구, 림프구, 단핵구). 백혈구의 주된 기능은 감염과 싸우는 것 이다. 즉, 세균이나 자기 몸의 죽은 세포 조각 등을 식세포작요을 통해 먹어치우는 역할을 담당한다. 혈액내 백혈구 숫자는 1마이크로리터 당 약 5,000~10,000개 정도인데, 몸에 염증반응이 생길 경우 일시적으로 훨씬 많은 숫자를 보이기도 한다. 적혈구와는 달리 순환계 밖에서 세포사이액이나 림프계를 순찰하고 있는 백혈구를 관찰할 수 있다.

 

실험 기구 및 시약

1. 실험 재료

1) 광학현미경, 슬라이드글라스 2개, 커버글라스, 알코올 솜, 채혈침, 메탄올, 증류수

2) 메틸렌블루(methylene blue)

메틸렌블루의 화학식은 C16H18N3SCl·3H2O으로, 용매에 녹이면 이온화되어 C16H18N3S+와 Cl-를 만든다. 메틸렌블루는 결정상태에서는 녹청색을 띠고, 이온화되면 C16H18N3S+에 의해 푸른색을 낸다. 메틸렌블루용액은 동물세포의 핵을 염색하는 데 자주 이용된다.

 

실험 방법

1. 실험 과정

1) 채혈한 혈액 한 방울을 슬라이드글라스 위에 떨어뜨린 후 다른 슬라이드글라스로 밀었다.

2) 상온에서 1분간 건조시킨 후, 메탄올을 한 방울 떨어뜨려 고정시켰다.

3) 메틸렌블루 염색약을 1~2방울 떨어뜨려 약 3분간 방치하였다.

4) 증류수 1~2방울을 떨어뜨려 염색약을 살며시 흘려 제거하고, 커버글라스를 덮어 관찰하였다.

 

실험 결과

1. 결과 분석

Figure 1. 피를 떨어뜨린 슬라이드글라스를 관찰한 모습.(10x10) 백혈구의 핵이 파랗게 염색된 것이 보인다. 호중구 7개, 림프구 4개, 호산구 1개, 단구 1개가 보인다.	Figure 2. 호중구들의 모습(20x10x4). 호중구의 핵은 여러 모양으로 나누어져진 것을 볼 수 있다.
Figure 3. 림프구의 모습(20x10x8). 림프구는 동그란 모습을 하고 있는 것을 볼 수 있다.	Figure 4.림프구와 단구의 모습(10x10). 이머젼 오일을 떨어뜨려 관찰한 모습이다. 단구는 세포질까지 염색된 것을 볼 수 있다.
Figure 5. 호산구의 모습(20x10x8). 호산구는 핵이 두 갈래로 나누어진 것을 볼 수 있다.	Figure 6. 호산구와 호중구의 모습(10z10xx4). 이머젼 오일을 떨어뜨려 100배로 한 후 휴대폰으로 확대하여 촬영한 모습이다. 호중구는 핵이 여러 갈래로, 호산구는 핵이 두 갈래로 나뉘어진 모습을 볼 수 있다.

Figure 7. 적혈구와 혈소판의 모습(20x10x4).

적혈구는 핵이 없어 메틸 렌블루 염색약으로 염색되지 않았고, 혈소판은 세포의 형태를 이루지 않고 무정형으로 존재하고 있는 것을 볼 수 있다.

토의 사항

1. 실험 고찰

혈액 관찰 결과, 호중구가 가장 많이 관찰되었다. 호중구는 백혈구의 60~70%를 차지한다. 호중구는 핵이 여러 갈래로 나뉘어진 모습을 하고 있었다. 그 다음으로 많이 보인 것이 림프구이다. 림프구는 백혈구의 20~50%를 차지한다. 림프구는 동그란 모양의 핵을 가지고 있었다. 단구는 세포질까지 염색되어있는 모습을 볼 수 있었다. 

혈소판은 군데군데에 점처럼 찍혀 있었다. 호산구는 관찰할 때 단 한 개밖에 보이지 않았다. 호산구는 백혈구의 1~6%정도의 적은 비율을 차지한다. 호산구는 핵이 두 갈래로 나뉘어 있었고 마치 데칼코마니같이 대칭적인 모양을 이루고 있었다. 호염구는 단 한 개도 보지 못했다. 호염구는 백혈구의 1% 미만의 비율을 차지하고 있다. 적혈구는 핵이 없어 염색이 되지 않았고 가운데 부분이 마치 뻥 뚫린 것처럼 도넛 모양을 하고 있었다.

 

참고 문헌

Campbell, Reece, Urry, Cain, Wasserman, Minorsky, Jackson, 2016. 캠벨생명과학. 전상학 역 (서울: 바이오사이언스출판) 983~985쪽.