용혈
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1. 개요
용혈(Hemolysis)은 적혈구의 세포막이 파괴되어 적혈구 내 내용물이 혈액으로 방출되는 현상을 의미하며, '혈구 파괴', '적혈구 파괴', '적혈구 용해' 등으로도 불린다. 용혈은 생체 내와 생체 밖에서 모두 일어날 수 있으며, 혈관 내 용혈과 혈관 외 용혈로 분류된다. 용혈은 다양한 원인에 의해 발생하며, 물리적, 화학적, 생물학적 요인 외에도 세균의 용혈소에 의해서도 발생할 수 있다. 용혈은 빈혈, 폐고혈압, 황달 등의 합병증을 유발할 수 있으며, 의료 분야에서 수혈이나 혈액 검사 시 부정적인 결과를 초래하기도 하지만, 생물학 실험이나 검사 의학 분야에서 활용되기도 한다.
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| 용혈 | |
|---|---|
| 일반 정보 | |
| 정의 | 적혈구의 파열 및 내용물 방출 |
| 동의어 | 용혈 반응, 용혈 작용 (용혈, 혈액용해, 적혈구용해) |
| 의학 정보 | |
| 진료 분야 | 병리학 |
| 합병증 | 신부전, 신장병 |
| 원인 | 삼투압 |
| 참고 문헌 | |
| 참고 문헌 | Wells, John C. (2008). Longman Pronunciation Dictionary (3rd ed.). Longman. ISBN 978-1-4058-8118-0. Witek, K; Ścisłowska, J; Turowski, D; Lerczak, K; Lewandowska-Pachecka, S; Pokrywka, A (March 2017). "Total bilirubin in athletes, determination of reference range". Biology of Sport. 34 (1): 45–48. doi:10.5114/biolsport.2017.63732. ISSN 0860-021X. PMC 5377560. PMID 28416897. Madigan, Michael T. (2010). Brock Biology of Microorganisms 13th Edition. Benjamin Cummings. p. 804. ISBN 978-0-321-64963-8. |
2. 용어
고대 그리스어 αἷμα|haîma|혈액grc + λύσις|lúsis|풀림grc에서 유래한 헤모-(hemo-) + -lysis로 부터 유래했다.
용혈은 다양한 요인에 의해 적혈구의 세포막이 손상되어 원형질이 세포 밖으로 누출, 적혈구가 파괴되는 현상이다.
용혈은 때때로 '''혈구 파괴''', '''적혈구 파괴''', 또는 '''적혈구 용해'''라고도 한다. "용혈"[1] 및 "혈구 파괴"[29] 라는 단어는 모두 "혈액의 용해"라는 개념을 전달하는 고전적 합성어를 사용한다(''haemo-'' 또는 ''hemato-'' + ''-lysis''). "적혈구 파괴"[30] 및 "적혈구 용해"[31] 라는 단어는 모두 "적혈구의 용해"라는 개념을 전달하는 합성어를 사용한다(''erythro-'' ± ''cyto-'' + ''-lysis'').
적혈구는 수명이 약 120일로 짧고, 늙은(노쇠한) 세포는 끊임없이 제거되고 적혈구 생성을 통해 새로운 세포로 대체된다. 이러한 분해/대체 과정을 적혈구 회전율이라고 한다. 이러한 의미에서 적혈구 파괴 또는 용혈은 지속적으로 발생하는 정상적인 과정이다. 그러나 이러한 용어는 일반적으로 용해가 병리학적인 것을 나타내는 데 사용된다.
용혈이란 적혈구의 세포막이 물리적, 화학적, 생물학적 등 다양한 요인에 의해 손상되어 원형질이 세포 밖으로 누출되어 적혈구가 죽음에 이르는 현상이다. 혈액에는 백혈구나 림프구 등 적혈구 이외의 혈구 성분도 포함되어 있지만, "용혈"은 적혈구에 대해서만 사용되는 용어이며, 적혈구 이외의 세포 붕괴에는 용혈이라는 말을 사용하지 않는다.
용혈을 일으킨 적혈구는 마치 녹아버린 것처럼 세포로서의 형태와 크기를 잃고 붕괴되며, 누출된 헤모글로빈에 의해 세포 외 용액(혈장 등)이 붉게 착색된다. 용혈 전의 정상적인 혈액이나 적혈구를 생리 식염수 등에 부유시킨 용액(적혈구 부유액)은 붉은색 불투명한 현탁액이지만, 용혈을 일으키면 붉은색 투명한 용액으로 변화한다.
3. 분류
용혈은 크게 시험관 내 용혈과 생체 내 용혈로 나뉜다.
또한, 적혈구 세포막 파괴의 특이성에 따라 다음과 같이 분류된다.
세균 중에는 용혈소를 생산, 적혈구를 용혈하는 경우가 있으며, 혈액 한천 배지 상에서의 용혈 패턴에 따라 α형, β형, γ형(비용혈성)으로 분류된다.
3. 1. 생체 내 용혈 (체내 용혈)
체내 용혈(생체 내 용혈)은 시험관 내 용혈과 달리, 사람과 같은 동물의 생체 내에서 일어나는 용혈을 말한다. 생체 내 용혈은 혈류 중(혈관 내)에서 용혈이 일어나는 '''혈관 내 용혈'''과 비장에서의 적혈구 파괴 등과 같이 특정 장기에서 일어나는 '''혈관 외 용혈'''로 분류된다. 의학 분야에서는 혈관 내 용혈을 단순히 "용혈"이라고 하는 경우도 많다.
용혈은 적혈구 세포막의 파괴에 의해 일어나는데, 이 세포막 파괴가 적혈구에 특이적인 경우와 적혈구 이외의 세포에도 작용하는 경우가 있다. 전자를 특이적 용혈, 후자를 비특이적 용혈이라고 한다. 특이적 용혈은 적혈구에 특이적인 항체에 의해 일어나는 면역학적인 반응이며, 적혈구에 결합한 항체와 보체의 작용에 의해 일어난다. 비특이적 용혈은 보다 보편적인 세포독성, 세포 손상성에 의한 현상이다.
세균 중에는 용혈소를 생산하여 적혈구를 용혈하는 것이 존재하며, 혈액 한천 배지 상에서의 용혈 패턴에 따라 α형, β형 및 γ형(용혈을 일으키지 않는 것, 비용혈성)으로 분류된다.
3. 1. 1. 혈관 내 용혈
신체 내부에서의 용혈은 여러 의학적 상태에 의해 발생할 수 있다. 여기에는 일부 기생충(예: 말라리아)과 일부 자가면역 질환(예: 자가면역 용혈성 빈혈, 약물 유발 용혈성 빈혈, 비정형 용혈성 요독 증후군 (aHUS)[4]),[5] 일부 유전 질환(예: 겸상 적혈구 빈혈 또는 G6PD 결핍증), 또는 용질 농도가 너무 낮은 혈액(세포에 대해 저장성)이 포함된다.[6]
용혈은 혈색소가 혈장으로 방출되어 혈색소혈증을 유발할 수 있으며, 이는 패혈증의 발병 기전에서 중요한 역할을 한다.[7] 또한 선천 면역 체계에 대한 억제 효과로 인해 감염 위험을 증가시킬 수 있다.[7]
'''혈관 내 용혈'''은 주로 혈관 내부에서 발생하는 용혈을 말한다.[16] 그 결과, 적혈구의 내용물이 순환계로 방출되어 혈색소혈증[17]을 유발하고, 이로 인해 고빌리루빈혈증의 위험이 증가한다.[18]
혈관 내 용혈은 적혈구가 자가항체에 의해 공격받아 보체 고정이 일어나거나, ''바베시아''와 같은 기생충에 의해 손상될 때 발생할 수 있다.[19] 혈전성 미세혈관병증(TMA)도 적혈구 용혈을 초래할 수 있다.[20] TMA는 신장의 작은 혈관에 혈전이 형성되어 제한된 혈관을 통과하려 할 때 적혈구가 손상되는 aHUS 환자에게서 자주 관찰된다.[21]
3. 1. 2. 혈관 외 용혈
'''혈관 외 용혈'''은 간, 비장, 골수, 림프절에서 일어나는 용혈을 말한다.[16] 이 경우 소량의 헤모글로빈이 혈장으로 빠져나간다.[18] 이러한 기관의 망상내피계의 대식세포는 구조적으로 결함이 있는 적혈구나 항체가 부착된 적혈구를 식세포 작용으로 탐식하여 파괴하고, 비포합 빌리루빈을 혈장 혈액 순환으로 방출한다.[22][23] 일반적으로 비장은 경미하게 비정상적인 적혈구나 IgG형 항체로 코팅된 적혈구를 파괴하는 반면,[24][25] 심하게 비정상적인 적혈구나 IgM형 항체로 코팅된 적혈구는 순환계 또는 간에서 파괴된다.[24]
혈관 외 용혈이 광범위하게 발생하면 헤모시데린이 비장, 골수, 신장, 간 및 기타 장기에 침착되어 헤모시데린 침착증이 발생할 수 있다.[18]
3. 2. 시험관 내 용혈 (체외 용혈)
''시험관 내'' 용혈은 혈액 검체를 채취하는 동안 부적절한 기술, 혈액의 기계적 처리 효과, 또는 배양된 혈액 검체의 세균 작용에 의해 발생할 수 있다.
대부분의 ''시험관 내'' 용혈은 검체 채취와 관련이 있다. 어려운 채취, 안전하지 않은 라인 연결, 오염, 부적절한 바늘 크기, 부적절한 튜브 혼합 및 부적절하게 채워진 튜브는 모두 용혈의 빈번한 원인이다.[27] 과도한 흡입은 난류와 물리적 힘으로 인해 피하 바늘을 통과하는 동안 적혈구가 파괴될 수 있다. 이러한 용혈은 환자의 정맥을 찾기 어렵거나 주사기 또는 현대식 진공 튜브로 혈액을 채취할 때 정맥이 붕괴될 때 발생할 가능성이 더 높다. 경험과 적절한 기술은 정맥 채혈사, 간호사 또는 의사가 용혈을 예방하는 데 중요하다.
검체 채취 중 ''시험관 내'' 용혈은 용해된 적혈구의 내용물로 주변 혈장을 오염시켜 부정확한 실험실 검사 결과를 초래할 수 있다. 예를 들어, 적혈구 내부의 칼륨 농도는 혈장보다 훨씬 높으므로 용혈된 혈액의 생화학 검사에서 일반적으로 상승된 칼륨 수치가 발견된다.
혈액 채취 과정 후에도, ''시험관 내'' 용혈은 장기간 보관, 부적절한 보관 조건, 튜브를 떨어뜨리거나 격렬하게 혼합하는 과도한 물리적 힘과 같은 외부 요인으로 인해 검체에서 발생할 수 있다.
일부 수술 절차(특히 일부 심장 수술)에서 상당한 출혈이 예상되는 경우, 수술 중 혈액 회수를 위해 기계가 사용된다. 원심 분리 과정을 통해 환자로부터 혈액을 채취하여 생리 식염수로 적혈구를 세척한 후 환자의 혈액 순환으로 되돌린다. 원심 분리기가 너무 빨리 회전하면(일반적으로 500rpm 이상) 용혈이 발생할 수 있으며, 이는 본질적으로 체외에서 발생하는 용혈이다. 대량의 갑작스러운 출혈이 발생하면 용혈이 증가하는데, 이는 환자의 세포를 되돌리는 과정을 저혈압, pH 불균형 및 기타 여러 혈역학적 및 혈액 수치 요인을 예방하기 위해 이에 상응하는 더 빠른 속도로 수행해야 하기 때문이다. 응력에 대한 반응으로 적혈구 막 파열 가능성을 예측하기 위한 유체 흐름 모델링은 활발한 연구 분야이다.[28]
3. 3. 특이적 용혈과 비특이적 용혈
용혈은 적혈구 세포막이 파괴되어 일어나는 현상인데, 이 세포막의 파괴가 적혈구에 특이적인 경우와 적혈구 이외의 세포에도 작용하는 경우가 있다. 전자를 특이적 용혈, 후자를 비특이적 용혈이라고 부른다. 특이적 용혈은 적혈구에 특이적인 항체에 의해 일어나는 면역학적인 반응이며, 적혈구에 결합한 항체와 보체의 작용에 의해 일어난다. 비특이적 용혈은 보다 보편적인 세포독성, 세포 손상성에 의한 현상이다.[1]
4. 원인
용혈은 다양한 원인에 의해 발생할 수 있는데, 크게 물리적, 화학적, 생물학적 요인으로 나눌 수 있다.
- 물리적 요인: 압력, 원심력 외에도 각종 기계적인 스트레스가 작용한다. 채혈 시 주사기 내부의 과도한 음압, 원심 분리 과정에서 과도한 원심력, 적혈구액을 거칠게 교반하거나 거품을 내는 경우가 대표적이다. 삼투압이 낮은 용액(저장액)에 적혈구를 섞으면 삼투압 차이로 인해 세포 밖의 물이 반투막인 세포막을 통해 세포 내로 흘러들어가 적혈구가 파열되는 현상도 용혈의 흔한 예시이다.
- 화학적 요인: 각종 용매 및 계면활성제에 의해 세포막을 구성하는 지질이 용해되거나 손상될 수 있다. 메탄올, 에탄올 등의 알코올류, 아세톤 외 각종 유기 용매, 비누 등이 이에 해당한다. 일부 식물에 포함된 사포닌 등 계면활성 작용을 갖는 생리 활성 성분은 적혈구에 대해 용혈성을 나타내며, 특히 독성이 높은 것은 '''용혈독'''이라고 불린다.
- 생물학적 요인: 항체와 보체에 의해 용혈이 일어날 수 있다. 적혈구에 대한 항체가 결합하거나, 다른 활성화 기전에 의해 보체 활성화 신호 전달이 시작되면, 보체의 각 성분이 순차적으로 활성화되어 세포막에 구멍이 생겨 용혈이 일어난다. 병원성 세균이 생성하는 '''용혈소'''도 비슷한 기전으로 용혈을 유발한다.
4. 1. 생체 내 용혈
생체 내 용혈은 신체 내부에서 적혈구가 파괴되는 현상을 말한다. 이는 다양한 원인에 의해 발생할 수 있다.- 질병: 말라리아와 같은 일부 기생충,[4][5] 자가면역 용혈성 빈혈, 약물 유발 용혈성 빈혈, 비정형 용혈성 요독 증후군 (aHUS)과 같은 일부 자가면역 질환,[4][5] 겸상 적혈구 빈혈 또는 G6PD 결핍증과 같은 일부 유전 질환,[6] 또는 용질 농도가 너무 낮은 혈액(세포에 대해 저장성)에 노출되는 경우 등이 있다.
- 물리적 요인: 압력, 원심력 외에도 각종 기계적인 스트레스가 있다. 예를 들어 채혈 시 주사기 내부의 과도한 음압, 원심 분리 과정에서 과도한 원심력, 적혈구액을 거칠게 교반하거나 거품을 내는 경우가 있다. 또한, 삼투압이 낮은 용액(저장액)에 적혈구를 섞으면 삼투압 차이로 인해 세포 밖의 물이 반투막인 세포막을 통해 세포 내로 계속 흘러들어가 적혈구가 파열될 수 있다.
- 화학적 요인: 각종 용매 및 계면활성제에 의해 세포막을 구성하는 지질이 용해되거나 손상될 수 있다. 메탄올, 에탄올 등의 알코올류, 아세톤 외 각종 유기 용매, 비누 등이 있다. 일부 식물에 포함된 사포닌 등 계면활성 작용을 갖는 생리 활성 성분은 적혈구에 대해 용혈성을 나타내 세포 독성을 보이며, 특히 독성이 높은 것은 '''용혈독'''이라고 불린다.
- 생물학적 요인: 항체와 보체에 의해 용혈이 일어날 수 있다. 적혈구에 대한 항체가 결합하거나, 다른 활성화 기전에 의해 보체 활성화의 신호 전달이 시작되면, 보체의 각 성분이 순차적으로 활성화되어 세포막에 구멍이 생겨 용혈이 일어난다.
생체 내 용혈은 혈색소가 혈장으로 방출되어 혈색소혈증을 유발할 수 있으며, 이는 패혈증의 발병 기전에서 중요한 역할을 하며[7] 선천 면역 체계에 대한 억제 효과로 인해 감염 위험을 증가시킬 수 있다.[7]
4. 1. 1. 내인성 원인
내인성 용혈은 신체 내부의 여러 의학적 상태에 의해 발생할 수 있다. 여기에는 다음과 같은 경우가 포함된다.- 일부 기생충 (예: 말라리아)
- 일부 자가면역 질환 (예: 자가면역 용혈성 빈혈, 약물 유발 용혈성 빈혈, 비정형 용혈성 요독 증후군 (aHUS))[4][5]
- 일부 유전 질환 (예: 겸상 적혈구 빈혈 또는 G6PD 결핍증)
- 용질 농도가 너무 낮은 혈액 (세포에 대해 저장성)[6]
용혈은 적혈구 자체의 내인성 결함으로 인해 발생할 수도 있다.[11][12]
- 적혈구 막 생성 결함 (유전성 구상 적혈구증 및 유전성 타원 적혈구증에서와 같음)
- 헤모글로빈 생성 결함 (지중해 빈혈, 겸형 적혈구 빈혈 및 선천성 이상 조혈성 빈혈에서와 같음)
- 적혈구 대사 결함 (포도당-6-인산 탈수소 효소 결핍증 및 피루브산 키나아제 결핍증에서와 같음)
- 발작성 야간 혈색소뇨증 (PNH, 때로는 Marchiafava-Micheli 증후군이라고도 함): 보체 유도 혈관 내 용혈성 빈혈을 특징으로 하는 드물고 후천적이며 생명을 위협할 수 있는 혈액 질환이다.
4. 1. 2. 외인성 원인
말라리아원충이 적혈구를 손상시킨다. 신체 외부 요인으로 발생하는 "외인성 용혈"은 다음과 같다:[5][6]- 면역 매개 원인: 폐렴 미코플라스마 감염 (한랭 응집소병)과 같은 일시적 요인이나 자가면역 질환과 같은 영구적 요인이 포함될 수 있다.[5] (자가면역 용혈성 빈혈은 전신성 홍반 루푸스, 류마티스 관절염, 호지킨 림프종, 만성 림프구성 백혈병 등에서 더 흔하게 나타난다).
- 스퍼 세포 용혈성 빈혈
- 비장 기능 항진증의 모든 원인(비장의 활동 증가): 예: 문맥 고혈압.
- 후천성 용혈성 빈혈: 화상 또는 특정 감염(예: 말라리아)의 결과로 발생한다.
- 납 중독 또는 비소 또는 스틸빈에 의한 중독은 비면역성 용혈성 빈혈을 유발한다.[6]
- 러너는 발의 충격으로 발에서 적혈구가 파괴되는 "발 충격 용혈"로 인해 용혈성 빈혈이 발생할 수 있다.[13][14]
- 인공 심장 판막 수혜자의 70%에서 경미한 용혈성 빈혈이 발생하며, 3%에서 심각한 용혈성 빈혈이 발생한다.[15]
물리적 요인으로는 압력, 원심력 외에도 각종 기계적인 스트레스가 있다. 예를 들어 채혈 시 주사기 내부의 과도한 음압, 원심 분리 과정에서 과도한 원심력, 적혈구액을 거칠게 교반하거나 거품을 내는 경우가 있다. 또한, 삼투압이 낮은 용액(저장액)에 적혈구를 섞으면 삼투압 차이로 인해 세포 밖의 물이 반투막인 세포막을 통해 세포 내로 계속 흘러들어가 적혈구가 파열되는 현상도 용혈 현상이다. 정상적인 삼투압 취약성을 가진 적혈구는 NaCl 농도 0.5%의 식염수에서 용혈을 시작하며, 0.35%에서 완전히 용혈된다. 적혈구액의 동결 융해도 용혈의 원인이 된다.
화학적 요인으로는, 각종 용매 및 계면활성제에 의해 세포막을 구성하는 지질이 용해되거나 손상되어 용혈이 일어난다. 메탄올, 에탄올 등의 알코올류, 아세톤 외 각종 유기 용매, 비누 등이 있다. 일부 식물에 포함된 사포닌 등 계면활성 작용을 갖는 생리 활성 성분은 적혈구에 대해 용혈성을 나타내 세포 독성을 보이며, 특히 독성이 높은 것은 '''용혈독'''이라고 불린다. 진균감염증 치료에 사용되는 항진균제 중에는 진균의 세포막을 손상시켜 살균하는 것들이 있는데, 이것들은 적혈구 세포막도 손상시켜 용혈을 일으킬 수 있다.
생물학적 요인으로는, 항체와 보체에 의해 일어나는 용혈이 있다. 적혈구에 대한 항체가 결합하거나, 다른 활성화 기전에 의해 보체 활성화의 신호 전달이 시작되면, 보체의 각 성분이 순차적으로 활성화되어(폭포 반응), 세포막을 관통하는 채널 형태의 단백질 복합체가 형성되어 세포막에 구멍이 생겨 용혈이 일어난다. 병원성 세균이 생성하는 단백질에도 유사한 기전으로 용혈성을 나타내는 것이 있으며, 이것들을 '''용혈소'''라고 총칭한다.
4. 1. 3. 질병
말라리아원충이 적혈구를 손상시킨다.[4],[5] 신체 내부에서의 용혈은 말라리아와 같은 일부 기생충, 자가면역 용혈성 빈혈, 약물 유발 용혈성 빈혈, 비정형 용혈성 요독 증후군 (aHUS)과 같은 일부 자가면역 질환,[4],[5] 겸상 적혈구 빈혈 또는 G6PD 결핍증과 같은 일부 유전 질환, 또는 용질 농도가 너무 낮은 혈액(세포에 대해 저장성)을 포함하는 등 많은 수의 의학적 상태에 의해 발생할 수 있다.[6]용혈은 혈색소가 혈장으로 방출되어 혈색소혈증을 유발할 수 있으며, 이는 패혈증의 발병 기전에서 중요한 역할을 하며[7] 선천 면역 체계에 대한 억제 효과로 인해 감염 위험을 증가시킬 수 있다.[7] 적혈구를 파괴하는 원충의 섭식 과정 때문에, 의학 문헌에서 말라리아를 "기생 용혈"이라고 부르기도 한다.
신생아 용혈성 질환은 산모의 항체가 태반을 통과하여 태아에게 전달되어 발생하는 자가면역 질환이다. 이는 산모가 수혈이나 이전 임신을 통해 태아에게는 있지만 산모에게는 없는 혈액 항원에 이전에 노출된 경우에 가장 자주 발생한다.[8]
''생체 내'' 용혈로 인해 적혈구가 파괴되므로, 통제되지 않거나 만성적이거나 심각한 경우에는 용혈성 빈혈로 이어질 수 있다. 적혈구의 외부 환경에 의해 "외인성 용혈"이 발생한다:[5][6]
- 면역 매개 원인에는 ''폐렴 미코플라스마'' 감염 (한랭 응집소병)과 같은 일시적 요인이나 자가면역 질환과 같은 영구적 요인이 포함될 수 있다.[5] (자가면역 용혈성 빈혈은 전신성 홍반 루푸스, 류마티스 관절염, 호지킨 림프종, 만성 림프구성 백혈병과 같은 질환에서 더 흔하게 나타난다).
- 스퍼 세포 용혈성 빈혈
- 비장 기능 항진증의 모든 원인(비장의 활동 증가), 예: 문맥 고혈압.
- 후천성 용혈성 빈혈은 화상에서도 발생하며, 말라리아와 같은 특정 감염의 결과로도 발생한다.
- 납 중독 또는 비소 또는 스틸빈에 의한 중독은 비면역성 용혈성 빈혈을 유발한다.[6]
- 러너는 발의 충격으로 발에서 적혈구가 파괴되는 "발 충격 용혈"로 인해 용혈성 빈혈이 발생할 수 있다.[13][14]
- 70%의 인공 심장 판막 수혜자에게서 경미한 용혈성 빈혈이 발생하며, 3%에서 심각한 용혈성 빈혈이 발생한다.[15]
4. 1. 4. 세균
세균은 용혈소를 생산하여 적혈구를 용혈하는 경우가 있으며, 혈액 한천 배지 상에서 나타나는 용혈 패턴에 따라 α형, β형, γ형(용혈을 일으키지 않는 것, 비용혈성)으로 분류된다.[3]
4. 2. 시험관 내 용혈
''시험관 내'' 용혈은 혈액 검체를 채취하는 동안 부적절한 기술, 혈액의 기계적 처리 효과, 또는 배양된 혈액 검체의 세균 작용에 의해 발생할 수 있다. 검체 채취, 수술 중 혈액 처리, 세균 배양 등의 과정에서 용혈이 발생할 수 있다.4. 2. 1. 검체 채취
''시험관 내'' 용혈은 혈액 검체를 채취하는 동안 부적절한 기술, 혈액의 기계적 처리 효과 또는 배양된 혈액 검체의 세균 작용에 의해 발생할 수 있다.
대부분의 ''시험관 내'' 용혈의 원인은 검체 채취와 관련이 있다. 어려운 채취, 안전하지 않은 라인 연결, 오염, 부적절한 바늘 크기, 부적절한 튜브 혼합 및 부적절하게 채워진 튜브는 모두 용혈의 빈번한 원인이다.[27] 과도한 흡입은 난류와 물리적 힘으로 인해 피하 바늘을 통과하는 동안 적혈구가 파괴될 수 있다. 이러한 용혈은 환자의 정맥을 찾기 어렵거나 주사기 또는 현대식 진공 튜브로 혈액을 채취할 때 정맥이 붕괴될 때 발생할 가능성이 더 높다. 경험과 적절한 기술은 정맥 채혈사, 간호사 또는 의사가 용혈을 예방하는 데 중요하다.
검체 채취 중 ''시험관 내'' 용혈은 용해된 적혈구의 내용물로 주변 혈장을 오염시켜 부정확한 실험실 검사 결과를 초래할 수 있다. 예를 들어, 적혈구 내부의 칼륨 농도는 혈장보다 훨씬 높으므로 용혈된 혈액의 생화학 검사에서 일반적으로 상승된 칼륨 수치가 발견된다.
혈액 채취 과정 후에도, ''시험관 내'' 용혈은 장기간 보관, 부적절한 보관 조건, 튜브를 떨어뜨리거나 격렬하게 혼합하는 과도한 물리적 힘과 같은 외부 요인으로 인해 검체에서 발생할 수 있다.
4. 2. 2. 수술 중 혈액 처리
일부 수술 과정(특히 일부 심장 수술)에서 상당한 혈액 손실이 예상되는 경우 수술중 출혈혈액 회수법을 위한 기계가 사용된다.[28] 이 기계는 원심 분리 과정을 통해 환자로부터 혈액을 채취하여 생리 식염수로 적혈구를 세척한 후 환자의 혈액 순환으로 되돌린다.[28] 원심 분리기가 너무 빨리 회전하면(일반적으로 500rpm 이상) 용혈이 발생할 수 있다.[28] 대량의 갑작스러운 출혈이 발생하면 용혈이 증가하는데, 이는 환자의 세포를 되돌리는 과정을 저혈압, pH 불균형 및 기타 여러 혈역학적 및 혈액 수치 요인을 예방하기 위해 더 빠른 속도로 수행해야 하기 때문이다.[28]4. 2. 3. 세균 배양
배양된 혈액 샘플에서 용혈의 물리적 외관을 시각화하는 것은 다양한 그람 양성 세균 감염(예: ''연쇄상구균'')의 종을 결정하는 도구로 사용될 수 있다.[1]
5. 세균의 용혈성
용혈성이 다른 3종류의 세균을 포함한 용액으로, 혈액 한천 배지상에 각각 문자를 그린 후 37℃에서 하룻밤 배양한 것.
'''(왼쪽) α형''': 불완전 투명으로 녹색 변색. 용혈대가 좁음
'''(중앙) β형''': 완전 투명으로 용혈대가 넓음
'''(오른쪽) γ형''': (비용혈)]]
진정 세균 중에는 혈액 한천 배지에서 배양하면, 그 콜로니 주변의 배지에 포함된 적혈구를 용혈시키는 것이 알려져 있다. 이는 육안으로 관찰 가능하며, 미생물학 및 세균학 분야에서는 (세균의) 용혈이라고 부른다. 용혈은 콜로니로부터 일정 거리 내의 영역(용혈대, 용혈환)에서 일어나며, 정원형 콜로니를 만드는 세균의 경우 콜로니를 중심으로 동심원상의 용혈대가 관찰된다. 이는 세균이 '''용혈소'''를 생산하여 주변의 한천 배지에 균일하게 확산되기 때문이다.[40]
세균에 따라 용혈을 일으키는 것과 일으키지 않는 것, 용혈을 일으키는 경우에도 용혈대의 크기, 색조, 투명도에 차이가 나타난다. 이러한 용혈성의 차이는 α, β, γ형으로 분류된다.
- α형(α 용혈): 세균의 콜로니 주변 배지에서 적혈구가 용혈을 일으켜 배지가 녹색(녹색~갈색)으로 변색된다. 용혈대는 좁고(1mm 미만), 용혈대 내에 용혈되지 않은 적혈구가 남아있는 불완전 용혈이다. 용혈소 및 녹색 색소의 실체는 불분명하나, 세균이 생산하는 과산화 수소 등의 과산화물이 적혈구를 손상시키고, 헤모글로빈 속 철 이온이 산화되어 메트헤모글로빈 등으로 변화하여 녹색으로 변색된다는 설이 있다.
- α'형(알파 프라임): α형과 β형의 중간 성질을 가지는 경우로, 용혈대가 좁은 불완전 용혈이지만 녹색 변색이 거의 없는 것을 말한다. β용혈소와 유사하지만 활성이 약한 용혈소를 생산하는 균에서 볼 수 있다.
- β형(β 용혈): 색조 변화 없이 배지가 완전히 투명하게 변한다. 용혈대는 넓고, 내부에 적혈구가 거의 없는 완전 용혈이다. 세포막에 구멍을 내는 등 세포 손상성이 강한 용혈소를 생산하는 세균에서 볼 수 있다.
- γ형: 용혈을 일으키지 않는 (비용혈성) 경우를 α, β형과의 비교를 위해 편의상 "γ형"이라고 부른다.
이러한 용혈성은 동일한 배양 조건에서 세균 종류에 따라 거의 일정하므로, 19세기 말 세균학 시작부터 세균 감별, 동정 및 분류에 이용되었다. 특히 연쇄상구균 속에서는 종간 분류 지표로 사용되었으며, α 용혈성은 α 용혈균(α 용혈성 연쇄상구균) 또는 녹연균(녹색 연쇄상구균, "Streptococcus viridans"), β 용혈성은 β 용혈균 또는 용연균으로 대별했다. 이 분류군은 임상 분야에서 널리 사용되며, 이후 생물학적 분류 체계에도 반영되었다. 스트렙토코쿠스 아갈락티애(B군 β 용혈성 연쇄상구균)는 단독으로 α 또는 α'형의 불완전 용혈성을 보이지만, 황색 포도상구균 β 용혈소와 함께 있으면 약한 β 용혈소 활성이 증강되어 강한 β 용혈을 나타낸다. 이 현상은 CAMP 시험[40]이라 불리며, 균 동정 지표로 사용된다.
같은 세균이라도 적혈구 종류(토끼, 양, 말 등) 및 배지 첨가 성분(특히 포도당 등 환원당)에 따라 용혈성에 차이가 있을 수 있다. 이는 용혈소 활성이 pH 및 산소 존재에 영향을 받는 경우에 나타난다. 따라서 용혈성으로 세균을 감별, 동정할 때는 해당 세균에 적합한 배양 조건에서 판정해야 한다.
6. 병태생리 및 합병증
용혈성 위기는 적혈구 파괴 속도가 빨라져 빈혈, 황달, 망적혈구 증가로 이어진다는 특징이 있다.[41]
만성 유전성 및 후천성 용혈의 합병증으로 폐고혈압이 점차 인식되고 있다.[32][33][34] 용혈 동안 방출된 유리 헤모글로빈은 혈관 확장제인 산화 질소(NO)를 비활성화한다.[32] 용혈은 또한 NO 합성에 필요한 기질인 L-아르기닌을 고갈시키는 아르기나제를 방출한다.[32][34] 이는 NO 의존성 혈관 확장을 감소시키고[32] 혈소판 활성화, 트롬빈 생성, 응고 촉진 인자 및 조직 인자 활성화를 유도하여[32] 혈전증 형성에 기여한다.[32] 이는 식도 경련 및 연하 곤란, 복통, 발기 부전, 전신 고혈압, 장기 관류 감소, 염증 및 응고 촉진, 혈전증으로 이어질 수 있다.[35]
만성 용혈은 또한 내피 기능 장애, 강화된 엔도텔린-1 매개 반응 및 혈관병증으로 이어질 수 있다.[32][36] 헴의 방출은 빌리루빈 생산과 알부민, 합토글로빈, 헤모펙신과 같은 혈장 단백질 고갈로 이어져 황달을 유발할 수 있다.[37][38] 또한 변에서 헴 분해 산물인 스테르코빌린의 수치가 증가할 수 있다.[24]
용혈성 질환이 있는 사람의 비장 절제술은 폐 혈전증 발생 위험을 증가시키는 것으로 보인다.[32]
합병증은 또한 용혈로 인한 적혈구 손실을 보상하기 위해 골수에서 더 많은 망상 적혈구(적혈구 전구체)를 생성하도록 에리트로포이에틴을 분비함에 따라 신장의 증가된 작업 부하로 인해 발생할 수 있다.[24]
7. 임상적 의의
만성 유전성 및 후천성 용혈의 합병증으로 폐고혈압이 점차 인식되고 있다.[32][33][34] 용혈 동안 방출된 유리 헤모글로빈은 혈관 확장제인 산화 질소(NO)를 비활성화한다.[32] 용혈은 또한 NO 합성에 필요한 기질인 L-아르기닌을 고갈시키는 아르기나제를 방출한다.[32][34] 이는 NO 의존성 혈관 확장을 감소시키고[32] 혈소판 활성화, 트롬빈 생성, 응고 촉진 인자 및 조직 인자 활성화를 유도하여[32] 혈전증 형성에 기여한다.[32] 이는 식도 경련 및 연하 곤란, 복통, 발기 부전, 전신 고혈압, 장기 관류 감소, 염증 및 응고 촉진, 혈전증으로 이어질 수 있다.[35]
만성 용혈은 내피 기능 장애, 강화된 엔도텔린-1 매개 반응 및 혈관병증으로 이어질 수 있다.[32][36] 헴의 방출은 빌리루빈 생산과 알부민, 합토글로빈, 헤모펙신과 같은 혈장 단백질 고갈로 이어져 황달을 유발할 수 있다.[37][38] 또한 변에서 헴 분해 산물인 스테르코빌린의 수치가 증가할 수 있다.[24] 용혈성 질환이 있는 사람의 비장 절제술은 폐 혈전증 발생 위험을 증가시키는 것으로 보인다.[32]
합병증은 또한 용혈로 인한 적혈구 손실을 보상하기 위해 골수에서 더 많은 망상 적혈구 (적혈구 전구체)를 생성하도록 에리트로포이에틴을 분비함에 따라 신장의 증가된 작업 부하로 인해 발생할 수 있다.[24] 의료상 수혈이나 혈액 검사 등을 위해 채혈을 하거나, 적혈구를 이용한 실험(바이러스에 의한 혈액 응집 반응의 확인 등)을 할 경우, 용혈은 종종 바람직하지 않은 결과를 초래한다. 용혈이 심한 혈액은 수혈에 사용할 수 없으며, 검사나 실험 결과에 영향을 미쳐 결과의 신뢰성을 잃게 하고, 실험이나 검사의 실패로 이어진다. 생체 내에서 용혈이 일어나면 (''in vivo'' 용혈), 세포 파괴로 인해 적혈구가 부족해져 빈혈 등의 원인이 될 수 있다. (용혈성 빈혈 참조)
한편, 용혈은 육안으로도 쉽게 관찰이 가능한 현상이기 때문에, 생물학 실험이나 검사 의학 분야에서 오래전부터 이용되어 왔다. 증류수에서 일어나는 용혈은 삼투압과 반투막의 성질을 이해하기 위한 모델로 종종 교재 등에 이용되고 있다. 세포막에 손상을 주는지 여부를 지표로 한 세포 독성의 간편한 스크리닝에 이용하는 것도 가능하다. 또한, 화농성 연쇄상구균 감염의 지표가 되는 항 스트렙토리신 O 시험(ASO, ASLO)도 이전에는 용혈을 지표로 하는 검사법이 일반적이었다.[39] 이 외에도, 세균학 분야에서는 다양한 세균을 감별 동정하고 분류하기 위해 용혈성의 확인이 이용되고 있다.
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本現象を発見した3名の研究者（R. '''C'''hristie, N. E. '''A'''tkins, E. '''M'''unch-'''P'''eterson）の名前から命名された。
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