글로벌 세계 대백과사전/생물I·동물·인체/동물의 행동과 번식/동물의 형태와 생리/혈액과 순환

혈액은 끊임없이 동물의 몸 속을 순환하면서 여러 가지 생리 작용을 원활히 해주므로, 동물의 몸이 언제나 일정한 상태를 유지하게 한다. 즉, 산소를 공급해 주고 영양분과 호르몬 등을 운반할 뿐만 아니라, 노폐물을 배설 기관으로 내보내기도 하며, 식균 작용을 하기도 한다.

혈액의 조성

혈액은 액체 성분인 혈장과 세포 성분(고형 성분)인 혈구로 구성되어 있다.

혈장의 대부분은 물이고, 여기에 단백질·지질·포도당·무기 염류·칼륨·칼슘 등이 녹아 있다. 혈액 내의 무기 염류 등에 의해서 pH와 삼투압이 조절되는데 pH는 7.4정도로 유지되며, 삼투압은 포유류의 경우 0.85∼0.9%의 소금물과 같다, 육지 동물의 혈액이라도, 혈장 속의 무기 성분의 비율은 바닷물 속의 무기 성분의 비율과 매우 가깝다.

혈구에는 적혈구·백혈구·혈소판이 있으나, 무척추동물에서는 일반적으로 백혈구만 볼 수 있다.

적혈구는 호흡 색소(혈색소)인 헤모글로빈을 포함하고 있는 혈구로서, 낙타·라마를 제외한 포유류의 적혈구는 한가운데가 들어간 원반 모양이며 핵이 있다. 이에 비하여, 낙타·라마를 포함한 다른 척추동물의 적혈구는 타원형이고, 한가운데에 핵이 있다. 척추동물의 혈색소는 어느 것이나 적혈구 속에 헤모글로빈으로 함유되어 있으나, 무척추동물에서는 주로 혈장에 들어 있다.

백혈구는 혈색소를 갖지 않는 혈액 속의 세포를 통틀어 일컫는 것으로 여러 가지 종류가 있으며 혈액을 가진 모든 동물에서 볼 수 있다. 혈소판은 모양이 일정하지 않은 부정형으로서, 핵은 없고 혈액 응고 작용에 관계한다.

이러한 혈구, 특히 적혈구를 만드는 기관을 '조혈 기관'이라고 한다. 양서류의 무미류와 파충류·조류 및 포유류에서는 골수가 그 주요한 작용을 하고 있다. 양서류의 유미류에서는, 지라 및 몸 속에 흩어져 있는 어떤 종류의 조직이 그 일을 맡아 하고 있다.

그러나 조류나 포유류에서는 발생 단계에 따라 조혈 기관이 변한다. 즉, 배(胚)의 시기에는 간, 배의 후기에는 지라나 골수에서 혈액이 생성된다. 한편, 오래 된 혈구는 주로 지라나 간 및 골수에서 파괴된다. 백혈구는 배의 시기에는 간·지라 및 골수에서 만들어진 지라에서 파괴된다.

혈관계

개방 혈관계

開放血管系

절지동물인 새우의 경우, 개방 혈관계 산소가 포함된 혈액은 심장으로부터 혈관을 통해 몸의 중요한 부분까지 운반되는데, 혈관은 그다지 길지 않고 단순하다. 더구나 모세 혈관이 없으므로, 혈액은 혈관의 말단으로부터 직접 조직 속으로 흘러들어가, 세포 사이에 있는 체강액(조직액)과 섞이게 된다. 이렇게 하여 조직 세포에 산소를 공급한 혈액은, 정맥에 해당되는 단순한 혈관에 모아진 후 아가미를 거치면서 산소를 많이 함유하여 심장으로 다시 돌아온다. 이러한 순환계를 '개방 혈관계'라고 하며, 무척추동물에서 널리 볼 수 있다.

폐쇄 혈관계

閉鎖血管系

환형동물, 원색동물 및 척추 동물의 경우, 심장에서 나간 혈액은 허파나 아가미에서 가스 교환이 이루어지고, 대동맥을 통하여 몸의 세부에까지 산소를 운반하는데, 동맥과 정맥은 모세 혈관에 의해 연결되어 있어서, 개방 혈관계와는 달리 혈액이 조직 속으로 직접 흘러드는 일이 없다. 가스 교환은 모세 혈관의 얇은 막을 통하여 혈액과 조직 세포와의 사이에서 이루어진다.

또, 수분이나 영양분·노폐물 등도 모세 혈관의 벽을 통하여 조직 세포에 공급되거나 혈액 속으로 들어간다.

모세 혈관은 마침내 정맥으로 이어져, 혈액은 다시 심장으로 돌아온다. 이와 같은 순환계를 '폐쇄 혈관계'라고 한다.

심장

心臟

심장은 혈액 순환의 중심이 되는 곳으로, 주기적으로 수축, 이완을 되풀이하여 혈액을 순환시키는 펌프 역할을 하는 기관이다.

심장은 혈관의 일부가 부풀어 형성된 것으로 보이는데, 원시적인 것은 환형동물의 지렁이 등에서 볼 수 있다. 지렁이에는 2개의 큰 혈관이 몸의 정중선(正中線)을 따라 등쪽과 배쪽으로 달리고 있어 각각 등혈관·배혈관이라고 불리며, 또 이것을 잇는 횡행 혈관이 있다.

등혈관은 자동적으로 수축하여 혈액을 몸의 뒤쪽으로부터 앞쪽으로 보내며, 등혈관에는 체절마다 판막이 있어 혈액의 역류를 막는다. 한편, 배혈관에는 자동성이 없고 판막도 없다. 이와 같이, 지렁이의 혈액 순환은 등혈관의 자동적인 수축과 판막에 의해 이루어지는데, 이러한 환형동물의 심장이 가장 기본적인 구조라 할 수 있다.

절지동물의 심장은 '심문(心門)'이라고 하는 구멍이 뚫려 있는 것이 특징이며, 등쪽에 관 모양을 하고 있어서 '관심장'이라고 부른다. 이러한 관벽의 양쪽에는 근육'익상근'이 붙어 있어서 심장의 수축 운동을 맡는다. 바퀴벌레·지네 등은 원시적인 심장을 가지고 있는데, 배혈관이 넓어진 것 같은 심장이 배쪽에서부터 가슴 부위까지 이르고 있다.

심문은 심장의 좌우로 뚫려 있는데, 둘레는 판막으로 덮여 있다. 심장이 수축할 때는 판막이 닫히고 혈액은 동맥 속으로 보내지며, 심장이 이완할 때는 심문의 판막이 열려 심장 속으로 혈액이 흘러들어가도록 되어 있다. 바퀴벌레는 심문이 13쌍이나 있고, 지네의 무리는 100쌍 이상의 심문이 있다. 절지동물의 혈관계는 동맥의 끝이 열려 있는 개방 혈관계이므로, 심장에서 보내진 혈액은 동맥을 통하여 체내의 조직으로 흘러들어 다시 심장으로 돌아온다.

연체동물의 심장은 심방과 심실로 이루어져 있으며 위심강(圍心腔)으로 싸여 있다. 심실은 1개이지만, 심방의 수는 종류에 따라 다르다. 이를테면 부족류는 2개, 권패(나사조개)는 1개, 오징어·문어는 2개로 되어 있다. 또 혈액의 역류를 막도록 심실과 심방, 심실과 동맥 사이에는 판막이 있다. 심실에서는 2개의 동맥이 나오는데, 하나는 머리로, 또 하나는 내장으로 뻗어 있다. 오징어·문어 등의 두족류는 2심방 1심실의 심장 외에, 좌우 아가미의 뿌리 밑에 아가미 심장이라는 특수한 기관이 1개씩 있어서 아가미로 정맥혈을 보낸다.

척추동물의 경우, 진화의 과정에서 육지 생활에 적응함에 따라 심장의 구성에도 변화를 볼 수 있다. 어류의 심장은 모두 1심방 1심실이지만, 양서류 이상의 동물은 심방이 2개이다.

양서류의 심장은 2심방 1심실로서, 심실이 1개이기 때문에, 2개의 심방에서 온 혈액이 심실에서 섞인다. 한편, 파충류의 심장은 심실 안에 격벽이 생겨서, 정맥혈과 동맥혈이 혼합되는 것을 어느 정도 막아주는 2심방 불완전 2심실의 구조를 나타낸다.

조류·포유류의 심장은 2심방 2심실로서, 심방·심실이 각각 좌우로 완전히 나누어져 있기 때문에 정맥혈과 동맥혈이 섞이는 일이 없다. 이러한 사실은 조류·포유류가 일정하게 체온을 유지하여 활발히 활동하는 데 있어서 중요한 점이다.

림프계

lymph系

척추동물의 순환계는 혈관계 외에 림프계가 발달되어 있다. 혈액 순환 도중 혈장의 일부는 모세 혈관의 벽을 통해 조직 속으로 흘러나온다. 이들의 대부분은 다시 모세 혈관으로 들어가지만, 일부는 조직 세포 사이에 머물러 있게 되는데, 이것이 '조직액'이다. 이 조직액은 그물 모양으로 뒤덮인 모세 림프관으로 흘러들어가 온몸을 순환하는데, 이와 같이 림프관 속을 흐르는 조직액이 '림프' 또는 '림프액'이다. 모세 림프관은 차차로 모여서 굵은 림프관이 되고, 마침내는 정맥과 연결되어 림프액은 다시 혈액과 합류하게 된다.

림프계가 혈관계와 다른 점은 폐쇄 순환계로 되어 있지 않은 점과 관내에는 림프액이 흐르고 있다는 점이다. 어류·양서류·파충류 등의 하등 척추동물에는 '림프 심장'이라는 특수한 장치가 있어서 림프액을 순환시키는데, 이것은 림프관이 정맥으로 합류하는 곳에 위치한다.

한편, 조류·포유류에는 림프 심장이 없는 대신 림프관에 다수의 판막이 있어 역류를 막는 역할을 한다. 조류의 경우, 배의 시기에는 림프 심장이 있는 대신 림프관에 판막이 없으나, 부화 후에는 림프 심장이 없어지고 림프관 안에 판막이 형성된다. 이것도 조류가 하등 동물로부터 진화해 온 잔재라고 볼 수 있다. 그러나 포유류는 발생의 각 시기를 통하여 림프 심장을 볼 수 없으므로, 림프절이 림프관의 군데군데에 발달하여 있으며 판막의 수도 많다. 림프절에서는 림프구의 생성과 함께 림프구에 의한 식균 작용이 일어난다.

혈색소

혈액 속에는 여러 가지 물질이 녹아 있어서 무색인 경우는 드물다. 척추동물의 혈액이 붉은색을 띠는 것은 주로 적혈구 속에 포함되어 있는 헤모글로빈 때문이다. 무척추동물 중에도 혈액이 붉은색을 띠고 있는 것이 있으나, 이것은 혈장 속에 붉은색의 혈색소가 포함되어 있기 때문이다.

혈액 속에 직접 녹아 있는 산소의 양만으로는 생명 활동에 충분하지 못하므로, 산소와 능동적으로 결합하여 보다 많은 산소를 운반하는 혈색소의 존재가 중요시된다. 이들 혈색소는 모두 금속 원소를 포함하고 있는 단백질로서, 산소 분압이 높은 호흡 기관에서 산소와 결합하며, 분압이 낮은 조직 세포에서는 산소를 해리하여 조직 세포에 방출하는 역할을 한다. 이와 같이 혈색소는 산소 분자를 주고받는 일을 하므로 보통 '호흡 색소'라고도 한다.

척추동물의 혈색소는 적혈구 속에 헤모글로빈으로 함유되어 있으나, 무척추동물의 다른 종류의 혈색소는 혈장에 들어 있다. 동물의 혈색소에는 헤모글로빈·헤모시아닌·클로로크루오린·헤모에리드린 등 여러 가지가 있다.

헤모글로빈

주로 척추동물의 적혈구 속에 포함되어 있으며, 많은 무척추동물의 혈액 속에도 널리 포함되어 있다. 무척추동물의 혈액 속에 들어 있는 헤모글로빈은 특히 '에리드로크루오린'이라고 한다. 척추동물이라도 뱀장어의 치어나 척색동물 두색류인 창고기에는 헤모글로빈이 포함되어 있지 않다.

헤모글로빈은 4분자의 헴과 1분자의 글로빈이 결합된 복합 단백질로서 1분자의 헤모글로빈 속에는 4개의 철이 포함되어 있는데, 철 1개는 산소 1분자와 결합한다. 헤모글로빈은 많은 동물에서 결정으로 정제되고 있는데, 그 분자량은 동물에 따라 다르지만, 척추동물의 헤모글로빈 분자량은 6만 8,000이다. 헤모글로빈은 허파꽈리에서 모세 혈관 속으로 확산된 산소와 결합하여 산소헤모글로빈이 되고, 이 산소헤모글로빈은 체순환을 통하여 산소가 부족한 세포에 산소를 공급하는 역할을 한다.

물벼룩 같은 것에서는, 체내에 헤모글로빈의 양이 증가할 때는 활발하게 유영하는 것을 볼 수 있고, 또 산란수도 증가한다고 한다. 이는 모두 몸의 활발한 활동에는 산소가 충분히 공급될 필요가 있음을 말해주는 것이다.