독성학 - 흡수의 일차적 경로(2): 호흡기

호흡기

호흡기는 많은 환경적, 작업장적 물질들이나 약물들이 인체로 흡수되는 주요 경로 중 하나로, 이러한 물질들은 주로 흡입 과정을 통해 체내로 들어옵니다. 흡수는 호흡기의 특정 부위에서 이루어지며, 물질의 물리적 형태와 용해도에 따라 각 부위에서의 흡수율이 크게 달라질 수 있습니다.

호흡기는 다음 세 가지 주요 부위로 나뉩니다:

1. 비인두 부위(nasopharyngeal region)
2. 기관 및 기관지 부위(tracheobronchial region)
3. 폐 부위(pulmonary region)

이 중에서도 흡수에 가장 중요한 역할을 하는 부위는 폐의 모세기관지와 폐포(alveoli)입니다.

폐 부위의 구조와 흡수

폐 부위는 피부 면적의 약 50배에 달하는 넓은 표면적을 가지고 있으며, 폐포는 매우 얇은 단층의 세포막으로 구성되어 있어 산소와 이산화탄소 같은 기체들이 단순 확산에 의해 쉽게 흡수됩니다. 이러한 특성 덕분에 수용성 기체나 미립자 형태의 물질들은 빠르고 효율적으로 폐포를 통해 흡수될 수 있습니다.

흡수 과정은 물질의 용해도에 따라 크게 영향을 받습니다. 수용성이 높은 기체는 폐포 세포막을 빠르게 통과하여 혈류로 들어갑니다. 반면, 혈액에 용해되지 않는 기체나 증기는 폐포에서 쉽게 포화되어 흡수가 제한됩니다. 이 경우, 흡수를 증가시키기 위해서는 폐로의 혈류량을 증가시켜야 하며, 이러한 과정은 "혈류 제한(flow limitation)"으로 알려져 있습니다.

물질의 크기와 형태에 따른 흡수 차이

흡입된 물질의 크기와 물리적 형태는 흡수 경로와 효과를 결정짓는 중요한 요소입니다.

• 5μm 이상의 큰 입자: 일반적으로 비인두 부위에 축적되어 흡수되지 않습니다.
• 2~5μm 크기의 입자: 기관 및 기관지 부위까지 침투할 수 있으나 대부분 점막에서 걸러지거나 객담 형태로 배출됩니다.
• 1μm 이하의 미세입자: 폐포 부위까지 도달하여 축적되거나 흡수됩니다.

폐포에서의 흡수와 제거

폐포는 호흡기 중 가장 효율적인 흡수 부위로, 수용성이 높은 물질은 단순 확산에 의해 체내로 빠르게 흡수됩니다. 폐포에는 대식세포(macrophage)가 존재하여 미생물이나 미립자를 포식함으로써 면역 방어 기능을 수행합니다. 그러나 몇몇 불용성 물질은 대식세포에 의해 제거되지 않고 폐에 무기한 축적될 수 있습니다. 대표적인 예로는 석탄 먼지와 석면이 있으며, 각각 검은 폐(Black lung)와 석면 침착증(asbestosis)을 유발할 수 있습니다.

독성과 그 영향

흡입된 물질이 체내에 미치는 독성은 크게 두 가지로 나뉩니다:

1. 흡수된 물질의 전신 독성: 지용성 물질은 다양한 장기의 세포막을 통과하거나 지방 조직에 용해되어 전신에 분포됩니다. 클로로포름이나 에테르와 같은 지용성 기체는 흡수가 빠르고 전신적으로 빠르게 퍼질 수 있습니다.
2. 흡수되지 않은 물질의 국소 독성: 호흡기 내부에 잔류한 물질은 만성 기관지염, 폐섬유화증, 폐암 등의 질환을 유발할 수 있습니다. 이러한 물질들은 대식세포를 손상시켜 호흡기의 면역 방어 기능을 약화시키기도 합니다.

결론

흡입된 물질의 독성은 물질의 물리적, 화학적 성질에 따라 크게 달라집니다. 수용성 기체는 빠르게 흡수되어 전신적으로 작용할 가능성이 높으며, 불용성 입자는 호흡기 내부에 축적되어 장기적인 손상을 유발할 수 있습니다. 따라서, 호흡기를 통한 물질의 흡수와 독성을 이해하는 것은 환경적 및 직업적 노출 관리에서 매우 중요합니다.