독성학 - 흡수의 일차적 경로(1): 위장관계

위장관계

위장관계(gastrointestinal tract)는 체내로 들어온 물질이 소화되는 주요 통로로, 체내에 흡수되기 전까지는 외부 환경으로 간주됩니다. 위장관계의 주요 부속기관인 침샘, 간, 그리고 이자는 효소와 기타 물질을 분비하며 물질의 소화와 대사에 관여합니다. 외부에서 유입된 물질은 점막을 통과해 혈류로 흡수되기 전까지 여러 세포막을 지나야 합니다. 이 과정은 전신적 독성을 유발하기 위한 필수 단계이며, 국소적 손상에도 영향을 미칩니다.

 

위장관계 내 흡수의 주요 요인

흡수는 위장관계의 다양한 부위에서 다르게 이루어지며, 다음 세 가지 주요 요인에 의해 결정됩니다:

1. 특정 부위의 세포 형태: 각 부위의 점막 세포 구조는 흡수 효율에 영향을 미칩니다.
2. 물질의 잔류 시간: 특정 부위에 머무르는 시간이 길수록 흡수 가능성이 높아집니다.
3. 부위별 화학적 환경: 위의 산도(pH 1-3)나 장의 중성 환경(pH 5-8) 등은 흡수에 큰 영향을 미칩니다.

흡수가 잘 일어나지 않는 부위

입과 식도는 흡수가 잘 일어나지 않는 부위로 분류됩니다. 이는 물질이 이 부위를 지나가는 시간이 짧기 때문입니다. 하지만 특정 물질은 예외적으로 흡수가 가능합니다. 예를 들어, 니코틴은 구강 점막을 통해 빠르게 흡수되며, 니트로글리세린은 설하 투여 시 심장 치료 효과를 발휘합니다. 이러한 부위들은 얇은 점막 구조와 풍부한 혈관망으로 인해 특정 물질의 빠른 흡수를 가능하게 합니다.

위에서의 흡수

위는 강한 산성을 유지하며, 약한 유기산과 같은 비이온화된 지용성 물질을 흡수하기 좋은 환경을 제공합니다. 반면, 약염기성 물질은 이온화로 인해 흡수가 어렵습니다. 또한 위는 물질을 화학적으로 분해하기도 하므로, 약물이 분해되지 않고 장으로 전달되도록 젤라틴 캡슐이나 코팅 정제 형태로 제공되기도 합니다. 위내 음식물의 유무는 흡수율에 큰 영향을 미치며, 음식과 함께 섭취된 물질은 흡수 속도가 달라질 수 있습니다. 예를 들어, 디메트린(dimethrine)의 LD50은 음식 유무에 따라 두 배 이상의 차이를 보입니다.

소장에서의 흡수

소장은 위장관계에서 가장 넓은 표면적을 가지며, 흡수의 주된 부위로 작용합니다. 장내 융모(villi) 구조와 중성에 가까운 pH 환경은 약산성과 약염기성 물질이 이온화되지 않은 상태로 수동 확산을 통해 쉽게 흡수되도록 돕습니다. 지용성 물질과 작은 분자는 수동 확산으로 효과적으로 흡수되며, 선택적 및 능동 수송 기전은 필수 영양소와 특정 독성 물질의 흡수에 관여합니다. 예를 들어, 납(lead), 탈륨(thallium), 파라쿼트(paraquat)와 같은 독성 물질은 능동 수송 시스템을 통해 흡수됩니다.

흡수율에 영향을 미치는 요인

소장에서의 느린 물질 이동은 흡수 시간을 증가시켜 흡수율을 높입니다. 장내 미생물총(intestinal microflora)과 위장관 효소는 물질의 대사와 독성에 영향을 미치며, 일부 물질은 장내에서 대사를 거친 후 흡수되어 더 큰 독성을 나타내기도 합니다. 예를 들어, 장내세균에 의해 비발암성 아민이 발암성 나이트로소아민으로 변환될 수 있습니다.

결장과 직장에서의 흡수

결장과 직장은 흡수율이 낮은 부위로, 대부분의 생체이물은 이 부위를 지나면서 흡수되지 않습니다. 하지만 특정 물질은 예외적으로 높은 흡수율을 보입니다. 예를 들어, 하이드로코르티손(hydrocortisone)을 포함한 Anusol은 직장 투여 시 25%의 흡수율을 보여 국소 염증 치료에 효과적입니다.

요약

위장관계는 물질의 화학적 성질, 노출 경로, pH 환경, 그리고 잔류 시간에 따라 흡수율이 크게 달라지는 복잡한 체계입니다. 특히 소장은 광범위한 표면적과 다양한 수송 기전을 통해 흡수의 중심 역할을 합니다. 위와 장의 물리화학적 특성은 물질의 흡수 가능성을 결정하며, 장내 미생물과 효소 작용은 물질의 독성과 대사에 중요한 역할을 합니다. 결장과 직장은 흡수율이 낮지만, 특정 조건에서는 효과적인 약물 전달 경로로 활용될 수 있습니다. 이러한 복잡한 흡수 과정을 이해하는 것은 독성학적 연구와 물질의 체내 동태를 평가하는 데 중요한 기초가 됩니다.