운동 시 대량 발생하는 이산화탄소가 즉시 산증을 일으키지 않는 것은 헤모글로빈이 수소 이온을 가역적으로 붙잡아 두기 때문이다.
❶ 생각해 보셨나요?
격렬하게 운동하면 세포는 이산화탄소를 대량으로 만들어낸다. 이산화탄소는 물과 만나 수소 이온을 내놓는다. 이 수소 이온이 그대로 혈액에 쌓인다면 금세 산증이 일어날 것이다. 그런데 실제로는 그렇게 되지 않는다. 무엇이 이를 막고 있는가.
❷ 헤모글로빈은 어떻게 수소 이온을 잡아두는가
적혈구 내부에는 헤모글로빈(hemoglobin)이 있다. 헤모글로빈은 완충제(buffer), 즉 수소 이온과 가역적으로 결합할 수 있는 물질이다. 가역적이라는 것은 상황에 따라 붙였다 떼었다 할 수 있다는 뜻이다.
수소 이온이 늘어나면 헤모글로빈이 이를 붙잡는다(Hb + H⁺ → HHb). 그 결과 혈액 속에는 수소 이온 대신 중탄산염 이온(HCO₃⁻)이 남아 세포 외액(ECF, extracellular fluid) 전체로 퍼진다. 즉 이산화탄소가 대량 생산된 결과가 수소 이온 증가가 아니라 중탄산염 이온 증가로 나타나는 것이다. 이것이 완충의 효과다.
❸ 폐에서는 반대 방향으로 진행된다
헤모글로빈이 수소 이온을 영구히 붙잡아 두는 것은 아니다. 혈액이 폐로 이동하면 상황이 달라진다. 폐포에는 산소가 풍부하고, 산소가 헤모글로빈과 결합하면서 수소 이온이 떨어져 나온다. 떨어진 수소 이온은 주변의 중탄산염 이온과 다시 결합해 탄산이 되고, 탄산은 다시 이산화탄소와 물로 분해되어 폐를 통해 몸 밖으로 배출된다.
이 전체 과정이 균형을 이루는 한 이산화탄소는 쌓이지 않는다.
❹ 균형이 깨질 때 — 호흡성 산증으로 이어지는 지점
그런데 숨을 제대로 못 쉬게 되면 이 균형이 무너진다. 세포에서 이산화탄소가 계속 만들어지는 쪽(생산)은 그대로인데, 폐를 통해 내보내는 쪽(배출)이 줄어들기 때문이다. 이산화탄소가 쌓이면서 헤모글로빈의 완충 능력을 넘어서고, 결국 산증으로 기운다.
영상으로 더 깊이 보고 싶다면: ▶ 영상으로 보기
선행: h2co3-01-overview 연관: 헤모글로빈 기능, 세포외액 다음: h2co3-03-hypercapnia