독성학 - 독성동태 학습을 위한 흡수 개념의 이해

배경: 흡수(Absorption)

흡수란 독성물질이 체내로 들어오는 과정을 뜻하며, 이는 물질이 위장관계나 호흡기계의 세포장벽을 통과하기 전까지는 체외에 존재한다고 간주합니다. 물질이 체내 장기에 영향을 미치거나 국소 독성을 유발하려면 반드시 흡수되어야 합니다. 이러한 과정은 다양한 화학물질과 노출 경로를 포함하며, 흡수량과 흡수 속도는 물질의 독성과 직결됩니다.

흡수 과정에서 "외부 투여 용량(outside dose)"은 체외로 투여된 전체 물질의 양을 의미하며, "내부 흡수 용량(internal dose)"은 흡수된 양만을 지칭합니다. 주사 또는 이식된 물질은 내부 흡수 용량과 외부 투여 용량이 동일하게 간주됩니다.

흡수에 영향을 미치는 주요 요인

1. 노출 경로: 물질이 체내로 들어오는 경로에 따라 흡수 정도가 달라질 수 있습니다.
2. 접촉 부위에서의 물질 농도: 높은 농도에서는 더 많은 양이 흡수될 가능성이 있습니다.
3. 화학적 및 물리적 성질: 물질의 용해도, 분자 크기, 이온화 여부 등이 흡수에 중요한 역할을 합니다.

예를 들어, DDT 분말은 피부를 통해서는 거의 흡수되지 않지만, 경구 섭취 시에는 높은 흡수율을 보입니다. 따라서, 특정 경로에서 독성이 낮더라도 다른 경로에서는 독성이 크게 나타날 수 있습니다.

주요 노출 경로

1. 위장관계: 음식과 물의 오염을 통해 노출되며, 약물의 주요 투여 경로로도 사용됩니다.
2. 호흡기계: 공기 오염으로 인한 환경 및 산업적 노출에서 중요하며, 비강 또는 구강 에어로졸 약물 투여에도 이용됩니다.
3. 피부: 국소적 약물 투여 및 소비자 제품의 주요 경로입니다.
4. 기타 경로: 주사, 점안, 좌약 등 특정 의학적 목적을 위해 사용됩니다.

세포막을 통한 물질의 이동

흡수된 생체이물이 체내 장기로 이동하거나 독성 작용 부위에 도달하려면 여러 세포막을 통과해야 합니다. 세포막은 체내 조직으로 물질의 이동을 제한하는 주요 방어막으로, 대부분의 세포는 치밀한 구조를 갖추어 세포간 통과를 방지합니다. 따라서, 생체이물은 세포막을 통과할 수 있는 능력이 필수적입니다.

세포막의 구조

세포막은 이중 인지질층으로 이루어져 있으며, 인산염으로 구성된 친수성(head) 부분과 지질로 구성된 친지질성(tail) 부분으로 구성됩니다. 친수성 머리는 바깥쪽을, 친지질성 꼬리는 내부를 향해

배열되어 있습니다. 또한, 세포막에는 단백질과 콜레스테롤이 분포하며, 일부 단백질은 물질 이동을 위한 통로를 형성합니다.

물질의 세포막 통과 방식

물질이 세포막을 통과하는 방식은 크게 수동적 수송과 선택적 수송으로 나뉩니다.

1. 수동적 수송 (Passive Transfer)

• 단순 확산(Simple Diffusion): 농도 기울기에 따라 물질이 세포막을 통과하며, 별도의 에너지를 요구하지 않습니다.
• 삼투적 여과(Osmotic Filtration): 물질이 세포막의 친수성 구멍이나 지질 부위를 통해 이동합니다.

수동적 수송은 물질의 지질 용해도(lipid solubility), 분자 크기, 이온화 정도에 따라 영향을 받습니다. 예를 들어, 지질 용해도가 높은 물질은 세포막의 지질층을 쉽게 통과합니다. 반면, 큰 수용성 분자나 고도로 이온화된 물질은 통과가 어렵습니다.

2. 선택적 수송 (Facilitated Transport)

• 선택적 확산(Facilitated Diffusion): 에너지를 요구하지 않으나, 단백질 담체(carrier proteins)가 필요합니다. 예를 들어, 적혈구에서 설탕과 아미노산은 선택적 확산으로 이동합니다.
• 능동수송(Active Transport): 에너지를 사용하여 농도 기울기에 역행해 물질을 이동시킵니다. 이는 ATP를 이용하며, 나트륨-칼륨 펌프(sodium-potassium pump)가 대표적인 예입니다.

나트륨과 칼륨이온은 ATP sodium- potassium pump를 이용하여 농도 구배에 역행하여 이동한다.

3. 세포내이입 (Endocytosis)

• 탐식작용(Phagocytosis): 큰 입자를 세포 내로 흡수하는 과정으로, 간과 폐의 탐식세포에서 중요합니다.
• 음세포작용(Pinocytosis): 작은 액체 입자를 세포 내로 흡수하는 과정입니다.

세포내 함입과정에 의한 세포막 통과

흡수와 독성의 상관관계

흡수는 독성물질의 작용 강도와 직결됩니다. 흡수가 잘되지 않는 물질은 독성이 상대적으로 낮으며, 흡수 경로와 속도에 따라 독성이 달라질 수 있습니다. 예를 들어, 물질이 생체 내에서 독성이 강한 대사산물로 변환된다면, 독성 작용이 더욱 강화될 수 있습니다. 반대로, 독성이 낮은 형태로 변환되면 상대적으로 안전합니다.

결론

흡수는 독성학에서 매우 중요한 과정으로, 물질의 독성을 평가하고 예측하는 데 필수적인 요소입니다. 흡수 과정은 물질의 화학적 성질, 노출 경로, 그리고 세포막을 통과하는 기전에 의해 크게 좌우됩니다. 독성학을 전공하는 학생들은 이러한 기초 지식을 바탕으로 생체이물의 독성 메커니즘을 이해하고, 이를 통해 독성물질의 영향을 보다 정확히 예측할 수 있습니다.