血はどうして赤いの？

仕組みの科学

血が赤い理由をたどると、階層の異なる三つの部品にたどりつく。いちばん外側は赤血球という細胞だ。大阪大学医学部附属病院臨床検査部の解説によれば、血液は心臓・血管系の中を循環する液体であり、赤血球・白血球・血小板などの血球成分と血漿の液体成分で構成されている。そして赤血球は、肺から酸素を受け取り、全身の組織へ供給し、組織が排出した二酸化炭素を肺へ運搬する役割を担う。次の階層がヘモグロビンである。東京大学保健センターは、ヘモグロビンを赤血球中の大部分を占めている血色素と説明し、ヘムという色素とグロビンというタンパク質からできているとする。最も内側の階層がヘムだ。東京大学大学院工学系研究科の解説は、ヘムをポルフィリンと呼ばれる環状平面分子の中心に鉄原子をもつ化合物と定義する。この鉄が酸素分子と結びつく座席になる。同解説によれば、ヘモグロビンは脊椎動物の血液中の赤血球にたくさん含まれるヘムタンパク質で、1分子あたりヘムを4分子結合しており、それらのヘムに酸素分子を結合して全身に酸素を運搬している。細胞、タンパク質、色素部品。三つの入れ子構造の最深部にある鉄が、あの赤を決めているのである。

歴史と発見

血の色の意味は、血を測る技術の発達とともに輪郭を得てきた。現在の医療現場では、色そのものではなく成分の量が数値として扱われる。東京大学保健センターの解説によれば、血液検査では静脈から採血し、抗凝固剤を加えた血液を自動血球計数器にかけて、単位容積あたりの血球数を測定する。ここで測られるのが赤血球数であり、血色素であるヘモグロビン量であり、血液中に占める赤血球の全容積を百分率で表したヘマトクリット値である。大阪大学医学部附属病院臨床検査部も、血球算定として赤血球・白血球・血小板の数およびヘモグロビン量・ヘマトクリット値などの測定を挙げ、さらに赤血球になる一つ前の段階である網赤血球や、赤血球が試験管内を沈んでいく速さをみる赤血球沈降速度といった検査を紹介している。赤い液体は、こうして分解可能な数値の集合として理解されるようになった。分子のレベルの解明はいまも進行中である。東京大学大学院工学系研究科は二〇二一年、ヘム濃度センサータンパク質の作動機序を原子レベルで解明したと発表した。同解説は、鉄は全ての生物にとって必須の金属元素であり、生物体内で種々の重要な反応に関わっていると述べている。

もう一歩先

赤いのはヘモグロビンという物質そのものの性質ではなく、ヘムを抱えたタンパク質に共通する性質である。東京大学大学院工学系研究科の解説は、ヘムを分子中に取り込んで、はじめてその機能が発揮されるタンパク質をヘムタンパク質と呼び、通常、赤色を呈すると述べている。つまりヘムタンパク質は一族であり、ヘモグロビンはその代表選手にすぎない。同解説によれば、ヒトでは呼吸で肺に取り込まれた酸素を末梢組織に運ぶ赤血球の中のヘモグロビンに、鉄がヘムの形で多量に含まれている。ここから、色と機能と元素が一本の線でつながる。鉄という金属を体内で安全に扱うために、生物はポルフィリンという環状の器を用意し、その器ごとタンパク質に組み込んだ。結果として生まれた副産物が、あの赤だったというわけだ。量の感覚もつかんでおきたい。大阪大学医学部附属病院臨床検査部によれば、血液は通常の成人において体重の約8％を占めている。体重が四十キログラムなら、およそ三キログラム強が血液という計算になる。その大半が、酸素の座席をびっしり並べた赤い細胞だ。次にすりむいた傷を見るときは、色ではなく仕事のほうを思い出してほしい。