19세기 후반에서 20세기 초까지의 혈색소 측정법과 기술 동향 혈색소검사는 19세기 후반부터 다양한 측정도구들이 개발되어 사용되기 시작하였다. 이 당시 사용된 기술로는 혈색소의 색이나 혈색소 유도체를 형성시켜 육안으로 표준색과 비교하는 육안색조 비교법(visual color comparison method)이 일반적으로 사용되었다. 이외에 황산구리(copper sulfate) 용액에 전혈을 떨어뜨려 혈색소의 비중을 측정하는 비중측정법(specific gravity method) 과 진단검사실에서 많이 사용되지는 않았지만 혈색소에서 철을 분리하고 철함량을 정량하여 혈색소 양을 추정하는 화학적 방법(Jolles’ Ferrometer)도 소개되었다. 혈색소의 산소결합능력에 근거한 가스정량법(gasometric method)으로 van Slyke 기구를 이용한 측정법도 1920년대에 소개되 었다. 가스정량법은 가장 정확한 방법으로 평가되어 측정과정의 표준화에 중요한 역할을 하였지만 검사의 복잡성으로 인해 검사실에서는 거의 사용되지 않았다. 본 논고에서는 19세기 후반에서 20세기 초반까지의 혈색소 측정에 사용된 육안색조비교법을 적용한 hemoglobinometer(혹은 hemometer)의 기술적 특징을 소개하고자 한다.

육안색조비교법(visual color comparison method)을 이용한 hemoglobinometer의 종류와 측정 특성

1. Gower’s Hemoglobinometer Gower가 개발한 혈색소 측정기구로 직경이 동일한 두개의 유리튜브를 이용하는 방법이다(Fig. 1). 한쪽은 picrocarmine과 glycerin을 이용하여 만든 대조튜브로 정상혈액을 증류수로 희석하여 1% 가 되게 만든 색조와 일치시킨 튜브(D)이다. 즉 이 대조튜브는 정상혈액 20 cubic milimeter(입방 밀리미터)를 증류수 1,980 cubic milimeter로 희석시켜 용혈 시킨 색조와 동일한 색조를 갖게 하였다. 다른 튜브는 검체 튜브로 밑에서부터 위로 120까지 눈금이 그어져 있다(C). 검사 시에는 이 튜브에 몇 방울의 증류수를 미리 넣은 후, 환자의 손가락 측면을 lancet(F)을 이용하여 천자하고, 전용 pipette(B)를 이용하여 20 cubic milimeter까지 혈액을 흡입한 후 pipette 외부의 혈액을 닦아내고 정확히 20 cubic milimeter를 분주하였다. 이어 dropper(A)를 이용하여 증류수를 한 방울씩 떨어뜨리면서 잘 혼화하고, 대조튜브와 동일한 색조가 될 때까지 반복하여 증류수를 추가하였다. 대조튜브와 동일한 색조가 나타나면 검체 튜브에 채워진 용액의 메니스커스 눈금을 읽어 퍼센트를 기록하였는데 이 결과는 정상인 대비 몇 %의 혈색소량을 갖고 있는지를 평가한 것이다.

Fig 1  Gowers’ apparatus. A, pipette bottle for distilled water; B, capillary pipette; C, graduated tube; D, tube with standard dilution; E, stand for tube; F, lancet for pricking the finger.

2. von Fleischl’s method 이 기구는 현미경구조를 연상시키는 형태를 갖고 있다(Fig. 2). 상단(stage) 바로 밑에는 쐐기 형태의 붉은색 컬러 유리막대가 장착되어 있는데 이 유리막대 한 쪽 끝은 옅은 분홍색 시작해서 점차적 으로 반대쪽으로 진한 붉은 색을 띠도록 염색되었다. 상단 아래 이 유리 막대를 끼우고 있는 프레 임에는 색조에 따라 혈색소 비율과 대응하는 눈금이 0에서 120까지 표시되었다. 이 때 눈금 100 은 완전하게 정상이라고 판단되는 사람의 검체를 이용하여 만든 기준 색조다. 0이 표기된 유리막대 부분이 가장 얇고, 120으로 표기된 부분이 가장 두껍게 쐐기 형태로 제작되었다. 이 프레임은 손으로 조정나사를 돌려 이동시킬 수 있도록 제작되었다. 상단에는 1.5 cm 높이의 원통형 금속 용기(cylindrical vessel)가 고정되어 있는데 바닥은 투명한 유리로 제작되었고 원통의 중앙에는 금속판을 이용하여 양쪽을 동일한 크기로 수직으로 나누었다. 한 쪽은 혈액 검체와 물을 넣어 혈색소 농도를 판정하는 부분이고(white chamber) 다른 쪽은 컬러 유리막대의 색조를 혈액 검체의 색조와 비교하도록 증류수 만을 채우는 부분(red chamber)이다. 환자의 혈액을 모세관튜브(6.5 cubic millimeters)에 채운 후 white chamber에 분주하고 증류수를 원통의 상단 끝까지 채워 희석하여 용혈 시켰다. 이어서 red chamber에도 증류수를 상단 끝까지 채운 후 프레임을 좌우로 이동시켜 red chamber와 white chamber가 동일한 색조를 나타내는 위치에 오면 프레임의 눈금을 읽어 혈색소 비율을 판정하였다. 이 때 아래의 반사경으로 들어오는 빛은 태양광을 피하고 촛불이나 가스 불꽃을 사용하였다.

Fig 2  von Fleischl’s hemoglobinometer. A, narrow wedge-shaped piece of colored fitted in to a flame; B, capillary tube to collect the blood.

3. Sahli Hemoglobinometer Sahli hemoglobinometer는 Gower 방법을 개선한 방법으로 1902년에 소개되었다(Fig. 3). Gower는 혈액 검체 희석시 물을 이용하였지만 Sahli는 1/10 N HCl을 사용하여 acid hematin을 형성시켜 발색의 안정성을 향상시켰다. Sahli 방법은 간편성과 정확성으로 인해 초기 혈색소 측정 도구 중 1970년대까지 가장 오랫동안 활용되었다.

Fig 3  Sahli’s hemoglobinometer.

4. The Fleischl-Miescher method 이 기기는 Fleischl 기구보다 더 향상된 혈색소 측정을 위해 제작되었는데 임상의사가 직접 사용하기 보다는 검사실용으로 더 적합하도록 제작되었다. von Fleischl 기기와의 주요 차이점은 혈액량을 더 정확하게 채취하고 희석하도록 hemacytometer 에서 사용하는 피펫을 사용하였고, 혈액 검체 희석 시 물 대신 0.1% sodium carbonate를 사용 하여 발색 안전성을 향상시킨 것이다. 또한 컬러 유리막대는 더욱 정확한 색조를 갖도록 제작되었고, 상단의 원통 chamber를 덮을 수 있는 유리판과 금속 덮개도 추가하였다. 금속 덮개에는 가늘고긴 홈을 만들고 이곳을 통하여 색조를 비교 관찰하도록 함으로써 외부 빛에 의한 간섭을 최소화 하였다.

5. Oliver’s Hemoglobinometer Oliver’s hemoglobinometer는 임상검사에서 좋은 평가를 받았다. Oliver’s hemoglobinometer 구성은 손가락을 천자할 lancet (b)과5 cubic millimeter의 혈액을 채우는 유리 모세관튜브 (c), 모세관 내의 혈액을 완전히 씻어낼 목적과 mixing chamber에 증류수를 채울 목적으로 사용하는 dropper (d), 그리고 모세관튜브에 채운 혈액을 분주하고 이를 물로 희석하고 용해시켜 혈색소 비율을 측정하는데 사용할 mixing chamber(e)로 구성되어 있다(Fig. 4). Mixing chamber의 가장자리까지 정확하게 증류수를 채우면 혈액이 모두 용해 되는데 이 때 환자 검체는 1%의 혈액농도가 되었다. 이어서 chamber에 glass slip을 덮고 chamber의 색조와 표준색조디스크(a)와 비교하여 혈색소 비율을 판독하였다. 표준색조디스크는 10에서 120까지 혈색소 농도에 따라 12가지 색조를 갖는 디스크로 구성 되었는데 2개의 세트로 제작되었다. 색조비교 시에는 광원으로 촛불을 이용하였고 카메라 튜브를 이용하여 검체와 표준색조디스크의 판독 정확성을 향상시켰다. 만일 혈액용액의 색조가 아래 위 두 디스크의 중간 색조를 나타내는 경우에는 rider를 이용하여 1% 단위까지 측정하였다. Rider는 표준색조디스크 사이의 색조 비율을 세분하여 측정하기 위해 제작된 사각형 컬러 유리로 9개가 한 세트로 제작되었지만, 통상 2.5와 5 퍼센트를 측정할 수 있는 rider를 제작하여 이용하였다. Rider는 표준색조디스크 위에 중첩하여 올려 놓고 검체와 동일한 색조를 찾아 혈색소 비율을 결정하였다.

Fig 4  Oliver’s hemoglobinometer. a, standard discs; b, lancet; c, capillary tube to collect the blood; d, pipette; e, cell for comparison with the standard discs after diluting the blood.

6. Dare’s Hemoglobinometer Dare hemoglobinometer(Fig. 5)의 필수구성은 혈액채취를 위한 모세관 유리챔버(Fig. 5)와 혈색소 비율을 측정하기 위해 대응하는 색조를 원형으로 제작한 표준 유리컬러스케일(Fig. 5A), 그리고 이를 관찰하기 위한 카메라 원통튜브이다. 즉 카메라 원통을 통하여 검체를 넣은 유리챔버와 컬러 스케일의 색조를 동시에 비교할 수 있는 동일한 크기의 두개의 구멍을 만들었다(Fig. 5C). 이때 양쪽의 색조를 비교하기 위해 반대편에 광원을 설치하였는데 초기에는 촛불을 이용하였고 후에는 전구로 대체되어 판독의 용이성을 개선하였다. 컬러스케일은 혈색소 비율을10에서 120까지 판정할 수있도록 제작되었는데, 눈금 100에 해당하는 컬러는 혈액 100 cc에 혈색소 13.77 gram이 들어 있을 때의 혈색소 비율이다. 각 컬러스케일의 다양한 음영색은 황금 보라색을 착색시킨 프리즘을 이용하여 반원 형태의 유리로 제작하였으며 고정축에 부착시켜 회전시킴으로써 검체 색조와 비교 하도록 하였다. 검체채집용 모세관 유리챔버는 두 개의 작은 유리판을 겹쳐 놓은 챔버 형태로 모세관 현상에 의해 유리판 안으로 혈액이 유입되도록 하였다. 혈액 검체를 얻기 위하여 손가락이나 귓불을 천자 후 혈액을 희석하지 않고 챔버에 흡입시켜 측정하는 방식이므로 혈액이 응고되기 전에 신속 하게 판독하는 것이 중요하였다. 혈액 희석과정이 없어 검사의 편리성이 향상되었고 또한 희석으로 인한 오류를 줄이는 효과가 있었다.

Fig 5  Dare’s hemoglobinometer. A, graduated standard color sacle; B, automatic pipette; C, two apertures (standard color scale and sample) looking through the camera tube.

7. Haldane’s Hemoglobinometer Haldane혈색소 측정법은 Gower 측정방법을 개선시킨 것이다. 건강한 성인남자들의 평균 혈액을 이용하여 1%의 표준용액을 만들어 사용하였다. Haldane의 혈색소 측정방법은 석탄가스를 이용하여 혈액 검체에 일산화탄소(CO)를 포화시켜 cyanmethemoglobin을 형성시킨 후 증류수로 적혈 구를 용혈시키면서 나타나는 분홍 색조를 표준튜브와 동일한 색조가 되도록 하여 혈색소의 비율을 판정하는 방법이다. Cyanmethemoglobin을 이용하여 측정하는 방법 중 가장 오래된 방법이다. 그러나 표준튜브의 색이 빠르게 사라지는 등 상업적으로 표준튜브를 신뢰할 수 없는 단점을 갖고 있었다. 또한 CO 공급이 필요한 실험 복잡성이 문제가 되어 널리 사용되지는 않았다.

8. Haden-Hausser Hemoglobinometer 백혈구 피펫을 이용하여 혈액을 0.1 N HCl로 20배 희석하여 hemoglobin이 acid hematin으로 전환되도록 30분을 기다린 후 이 때 생긴 색조를 비교 슬라이드의 기준 색조와 비교하는 측정법이다. 이 기기는 색조 비교 시 조명램프나 일광필터를 사용하여 색조비교가 가능하도록 제작되었다(Fig. 6). 이 기기의 주요구성은 혈색소량에 따라 색조의 차이가 있는 비교 슬라이드(B)와 이를 장착할 수있는 이동형 캐리어(A) 그리고 이것을 덮는 커버글라스(C), 눈금을 읽을 수 있는 확대경(D)이 달려 있는 구조이다. 비교 슬라이드의 홈이 파진 곳(E)에 희석한 검체를 흘러 들어가게 한 후 비교 슬라 이드의 기준 색조(아래)와 비교하는데 혈액 검체(위)와 동일 색조가 나타나는 위치의 농도를 읽는다 (Fig. 6B, 6G). 비교 슬라이드에는 혈색소 농도가 7.5에서 19 gram까지 표기되어 있다. 이 기준 스케일의 색조는van Slyke의 manometeric blood gas 측정법으로 얻은 산소결합능력을 이용하여 설정하였다. 혈색소량으로의 변환은 헤모글로빈 1 gram 당 산소 1.34 mL 산소결합능력을 가진다는 Hüfner 변환계수에 근거하여 계산하였다.

1900년대를 전후로 의사들이 혈색소측정법과 기기들을 선택하는데 있어 가장 중요한 요소는 그들의 진단적 욕구를 충족시키는 것이었다. 그러나 어느 방법이든 연습은 정확도를 향상 시키기 위한 필수적 요소였다. 처음으로 과학적 논리를 갖춘 초기 Gower hemoglobinometer 는 Sahli에서 Haldane까지 개선되었다. 이 중 Sahli hemoglobinometer가 검사자들에게 가장 만족스런 평가를 받은 측정 기기로 여겨지며, 간편성과 정확성으로 인해 1970년대까지 활용되 었다. 당시 표준기기로 인정되었던 von Fleischl 기기와 이를 변형시켜 정확도를 향상시킨 von Fleischl-Miescher기기가 좋은 평가를 받았지만 분석의 복잡성과 어려움이 문제점으로 지적되었다. Oliver hemoglobinometer는 색조계(tintometer)를 적절하게 활용한 장비로 평가되었으며, von Fleischl-Miescher기기보다 정확도나 사용 난이도 측면에서 좋은 평가를 받았다. Dare hemoglobinometer는 정확한 결과를 산출하는 가장 좋은 기기로 평가받았다. 그러나 이 분석방법 역시 고비용과 Sahli 기기 보다 더 나은 정확도를 보여주는 것에 대해 의심을 갖게 되었고 좀 더 편리하고 정확도를 향상시킨 Haden 방법으로 대체되었다.

Fig 6  Haden-Hausser hemoglobinometer. A, metal holder; B, comparator slide; C, Rectangular cover glass; D, reading microscope; E, wedge-shaped channel; F, shutter; G, comparator slide looking through the reading microscope.