독성학 - 분포란 무엇일까요?

분포의 개요

분포(distribution)는 흡수된 화학물질이 체내에서 이동하는 과정을 의미한다. 이는 노출 경로, 장기별 분포 양상, 체내 잔류 시간 등에 따라 차이를 보인다.

화학물질의 체내 이동 경로

흡수된 화학물질은 우선 흡수 장기(피부, 폐, 위장관)에서 간질액(interstitial fluid)으로 이동한다. 간질액은 체중의 약 15%를 차지하며, 이 외에도 세포내액(intracellular fluid, 체중의 40%)과 혈장(blood plasma, 체중의 8%)이 존재한다. 체액은 서로 독립된 공간이 아니라, 일정한 평형을 유지하는 연속적 시스템으로 작용한다.

간질액에 존재하는 화학물질은 다음과 같은 방식으로 이동할 수 있다.

• 조직세포로의 이동: 표적 장기의 세포로 흡수됨.
• 혈액 순환계로의 이동: 혈장을 통해 전신으로 분포됨.
• 림프계(lymphatic system)로의 이동: 림프액을 따라 천천히 순환됨.

혈류에 진입한 화학물질은 혈장 내에서 결합형(혈장 단백질과 결합)과 비결합형(유리된 상태)으로 존재한다. 혈장은 심혈관계를 통해 신속히 순환하는 반면, 림프계는 상대적으로 느리게 이동한다.

세포막 투과와 분포에 영향을 미치는 요인

독성물질이 조직에 도달하려면 여러 세포막을 투과해야 한다. 모세혈관 벽을 통과한 후, 표적 장기의 세포막을 거쳐야 하며, 이 과정에는 다음 요인이 영향을 미친다.

• 농도 구배(concentration gradient): 고농도에서 저농도로 확산됨.
• 분자량(molecular weight): 작은 분자가 더 쉽게 투과함.
• 지질 용해도(lipid solubility): 지용성이 클수록 막을 통과하기 용이함.
• 극성(polarity): 비극성 물질이 세포막 투과에 유리함.

혈장 내 단백질 결합도 분포에 영향을 미친다. 알부민과 같은 혈장 단백질에 결합한 독성물질은 조직으로의 이동이 제한되며, 혈장 내 유리된 독성물질의 양과 체내 분포 속도가 조절된다. 일반적으로 단백질과 결합하면 독성물질의 체내 반감기가 증가하며, 독성 역치에도 영향을 미친다.

분포 용적(Vo)과 독성물질의 체내 분포 평가

체내에서 화학물질이 얼마나 광범위하게 분포하는지를 평가하기 위해 외형 분포 용적(apparent volume of distribution, Vo) 개념을 사용한다. Vo는 다음과 같이 정의된다.

Vo=용량 (mg)혈장 농도 (mg/L)Vo = \frac{\text{용량 (mg)}}{\text{혈장 농도 (mg/L)}}Vo=혈장 농도 (mg/L)용량 (mg)​

• 독성물질이 혈장에만 국한된다면 Vo는 낮음.
• 조직 및 세포내액에 널리 분포될 경우, Vo는 높음.

Vo가 크다는 것은 독성물질이 지방조직이나 특정 장기에 축적될 가능성이 높다는 것을 의미한다. Vo 값을 활용하면 체내 총 독성물질 부하(body burden)를 추정할 수 있다.

체내 부하 (mg)=혈장 농도 (mg/L)×Vo(L)\text{체내 부하 (mg)} = \text{혈장 농도 (mg/L)} \times Vo (\text{L})체내 부하 (mg)=혈장 농도 (mg/L)×Vo(L)

체내 분포 후 화학물질의 운명

혈류를 통해 이동한 화학물질은 다음과 같은 운명을 가지게 된다.

1. 배설(excretion): 신장, 간, 폐 등을 통해 제거됨.
2. 저장(storage): 지방조직, 뼈, 간 등 특정 부위에 축적됨.
3. 생체변환(metabolism): 독성물질이 대사되어 배설되거나 새로운 형태로 저장됨.
4. 세포와의 상호작용: 세포 내 구성 요소와 결합하여 독성을 발휘할 가능성이 있음.

화학물질이 체내에 오래 잔류하는지, 신속히 제거되는지는 노출 경로, 용량, 빈도 등의 요인에 따라 달라진다. 분포 과정의 이해는 독성물질의 체내 거동을 예측하고, 독성 영향을 평가하는 데 필수적인 요소이다.