독성학 - 용량/용량반응에 관한 짧은 설명

요약

화학물질과 물리적 물질의 작용은 다양한 요인에 따라 달라지며, 그중에서도 가장 중요한 요소는 섭취된 양(용량)입니다. 어떤 물질은 매우 큰 용량을 섭취해도 독성이 거의 없을 수 있지만(예: 물처럼), 어떤 물질은 아주 적은 양으로도 치명적일 수 있습니다.

독성 반응의 강도는 용량 수준이 증가함에 따라 달라질 수 있으며, 이 관계는 '용량-반응 관계'라고 불립니다. 일부 화학물질은 용량이 늘어남에 따라 급격히 독성이 강해지는 반면, 다른 물질들은 점진적으로 독성이 증가하기도 합니다.

여러 단위가 사용되지만, 가장 널리 쓰이는 용량 단위는 밀리그램입니다. 또한, LD50(치사 용량 50)이나 ED50(효능 용량 50) 같은 용어는 물질 간 독성을 비교하는 데 유용하게 활용됩니다.

 

용량이란?

용량(Dose)은 단일 투여 시 섭취되는 물질의 양을 의미합니다. 그러나 생체이물(xenobiotics)에 대한 노출을 평가하려면 다양한 요인을 함께 고려해야 합니다. 이 중 가장 중요한 요소로는 투여 용량의 횟수, 빈도, 그리고 총 투여 기간을 들 수 있습니다.

용량에는 여러 형태가 존재하며, 각기 다른 의미를 지닙니다. 예를 들어, **노출량(Exposure dose)**은 환경에서 접촉한 물질의 양을, **흡수량(Absorbed dose)**은 실제로 체내로 흡수된 양을, **투여량(Administered dose)**은 인위적으로 투여된 양을, 그리고 **총량(Total dose)**은 일정 기간 동안의 총 투여된 양을 나타냅니다.

 

용량 반응

용량-반응 관계(dose-response relationship)는 독성학의 핵심 개념 중 하나로, 물질에 노출된 정도와 그로 인해 발생하는 효과 사이의 상관성을 설명합니다. 일반적으로, 용량이 증가할수록 반응의 강도 또한 더 커집니다. 이러한 관계는 실험동물 연구, 인간 임상시험, 또는 세포 연구로부터 수집된 데이터를 기반으로 합니다.

용량-반응 관계에 대한 이해는 다음과 같은 점에서 중요합니다:

• 특정 화학물질이 나타내는 작용의 원인을 파악할 수 있습니다.
• 최소한의 용량으로 유도되는 반응, 즉 **역치작용(Threshold effect)**을 확인할 수 있습니다.
• 반응이 발생하는 비율과 관련된 기울기를 통해 용량과 반응의 관계를 평가할 수 있습니다.

독성작용에 대한 용량평가

용량-반응 곡선은 화학물질의 용량을 평가하는 데 중요한 도구로 사용됩니다. 특히, 급성 독성을 평가할 때는 LD50(50% 치사량, Lethal Dose 50%)이라는 지표가 자주 활용됩니다. LD50은 실험 집단에서 약 50%의 개체가 사망할 것으로 예측되는 물질의 용량을 의미합니다.

아래 그림에서는 LD50이 20mg일 때, 해당 값이 계산된 과정을 예시로 보여줍니다. LD50은 독성 물질의 상대적 위험성을 비교하고 평가하는 데 널리 쓰이는 중요한 기준입니다.

치료계수

치료계수(Therapeutic Index, TI)는 독성용량과 치료 유효용량을 비교하 기 위해 사용된다. TI는 의약품의 상대적인 안전성을 나타내며, 이는 바람 직한 치료반응을 나타내는데 요구되는 용량에 대하여 독성을 나타내는 용 량의 비율이다. 일반적으로 TI를 유도하기 위해서 사용되는 방법이 50% 용량-반응 점(point)이다. 예를 들면, 만약 LD50가 200 mg이고, ED50 이 20 mg인 경우 T1은 10(200/20)이 된다. 임상학자들은 의약품이 TI가 3을 가진 경우보다 10을 가졌을 경우에 보다 더 안전한 것으로 간주한 다.
TI를 산출하기 위해서 ED50 와 LD50를 사용하는 것은 치료 및 치사효 과에 대한 용량-반응 곡선의 기울기에 의존하기 때문에, 안전성에 대하여 잘못된 해석을 가져오게 할 수 있다. 따라서, 이러한 결함을 극복하기 위해서 독성학자들은 종종 의약품의 안전성을 나타내는 또 다른 용어 인 안전역(Margin of Safety, MOS)을 사용한다.
MOS는 일반적으로 99% 유효적인 용량(ED99)에 대한 정확히 치사범위 (LD01) 내의 용량의 비율로 계산된다. 즉, MOS = LD01/ED99 이다.

무해용량(NOAEL)과 최소유해용량(LOAEL)

NOAEL(No Observed Adverse Effect Level)과 LOAEL(Low Observed Adverse Effect Level)은 독성학 연구에서 중요한 두 가지 개념으로, 임상 연구나 동물 실험을 통해 도출된 실제 데이터를 바탕으로 정의됩니다.

• 무해용량(NOAEL)
  NOAEL은 독성이나 유해한 효과가 관찰되지 않은 가장 높은 용량을 의미합니다. 이 값은 특정 조건에서 물질이 안전하다고 간주되는 기준점이 됩니다.
• 최소유해용량(LOAEL)
  LOAEL은 독성이나 유해한 효과가 처음으로 관찰된 가장 낮은 용량을 의미합니다. 이는 물질이 유해성을 나타내기 시작하는 임계점을 나타냅니다.

이 두 값은 독성 평가와 안전 기준 설정에 핵심적인 역할을 하며, 독성 한계와 안전 수준을 이해하는 데 중요한 정보를 제공합니다.