독성학 - 위해성 평가에 관한 짧은 글(1)

요약

위해성 평가는 오염물질이나 의약품 노출로 인한 잠재적 유해성을 결정하는 과정입니다. 유해성은 물질이 유해작용을 일으키는 능력을 의미하며, 위해성은 특정 노출 조건에서 유해성이 나타날 가능성을 뜻합니다. 위해성 평가는 유해성과 노출을 평가하여 위해성을 판정하고, 공중보건 공무원은 이를 바탕으로 국민 보호를 위한 적절한 조치를 선택하는데, 이를 위해성 관리라고 합니다.

위해성 평가는 유해성 확인, 용량-반응 평가, 노출 평가, 위해성 판정의 네 단계로 이루어집니다. 유해성 확인은 물질의 독성 잠재성을 평가하며, 용량-반응 평가는 용량과 유해효과 간의 관계를 분석합니다. 노출 평가는 강도, 빈도, 기간을 분석하고, 위해성 판정은 다양한 노출 조건에서 건강 영향을 평가합니다.

발암작용과 비발암작용의 위해성 평가는 차이가 있습니다. 발암물질은 모든 용량에서 영향을 미칠 수 있지만, 비발암물질은 독성작용이 역치용량 이상에서만 나타납니다. 발암물질 위해성 평가는 저용량에서의 영향을 분석하기 위해 수학적 모델을 활용하며, 비발암작용은 안전역치를 정하기 위해 불확실성 요소를 고려합니다.

비발암물질 평가에서는 일일섭취허용량(ADI) 개념이 사용됩니다. ADI는 사람이 평생 매일 노출되어도 안전한 화학물질의 양을 나타냅니다. EPA와 ATSDR도 ADI와 유사한 기준용량이나 최소위해수준을 계산합니다.

동물실험 결과는 신체 크기와 생리학적 차이를 반영하여 인체 동등용량으로 전환해야 합니다. 과거에는 FDA와 EPA가 다른 기준을 사용했지만, 최근에는 체중비율의 3/4승을 활용하는 방식으로 통일되었습니다.

 

1. 위해성 평가

오랜 기간 동안 위해성 평가에서 용어와 방법론의 일관성이 부족해 과학자와 대중 간의 혼란이 발생했습니다. 이를 해결하기 위해 1983년 국립과학원(NAS)이 위해성 평가의 표준 용어와 개념을 발표했습니다.

주요 용어 정의:

• 유해성(Hazard): 유해 작용을 유발할 수 있는 물질의 능력
• 위해성(Risk): 특정 조건에서 유해 작용이 발생할 확률
• 위해성 평가(Risk Assessment): 유해성, 노출, 위해성을 분석하고 결정하는 과정
• 위해성 관리(Risk Management): 위해성 평가와 사회적, 경제적, 정치적 요인을 고려해 최적의 규제 방안을 선택하는 과정

위해성 평가의 4단계 과정(NAS 기준):

1. 유해성 확인: 물질의 본질적 유해독성작용 확인
2. 용량-반응 평가: 노출량과 유해작용 발생률 간의 관계 분석
3. 노출 평가: 특정 물질의 노출 강도, 빈도, 기간 평가
4. 위해성 판정: 다양한 노출 조건에서 발생 가능한 건강 영향 평가

위해성 평가는 개별 화학물질뿐 아니라 복잡한 화학물질 혼합물에도 적용됩니다. 특히, 유해성 폐기물 부지처럼 많은 화학적·생물학적 상호작용이 있는 경우, 평가 과정은 더욱 복잡합니다. 복잡성을 증가시키는 요소는 다음과 같습니다:

• 다수의 물질에 대한 동시 노출
• 물, 공기, 토양 등 다양한 매체와 경로에 의한 노출
• 유아, 성인, 동물 등 민감도가 서로 다른 생물체에 대한 노출

과학적 위해성 평가는 국가적으로 중요한 과제입니다. 잘못된 위해성 계산은 모집단에 과다노출을 유발하거나, 반대로 과도한 계산은 불필요한 비용을 초래할 수 있습니다. 예를 들어, 유해성 폐기물 저장소 청소 비용은 위해성 평가에 따라 크게 달라질 수 있습니다.

2. 유해성 확인

유해성 확인의 초기 단계에서는 생체에 유해한 물질의 잠재성이 평가됩니다. 이 과정에서 **증거의 무게 접근법(weight-of-evidence approach)**이 활용되며, 필요한 자료는 다음과 같은 세 가지 형태로 수집 및 분석됩니다:

1. 인체역학자료(human epidemiology data):
   인체에서 직접 얻어진 데이터로, 종 간 차이를 고려할 필요가 없어 가장 우선시됩니다. 그러나 신뢰성 있는 역학연구는 드물며, 연구가 진행 중이라 하더라도 종종 불완전하거나 정확한 노출 이력을 갖추지 못한 경우가 많습니다. 따라서 역학자료를 바탕으로 명확한 용량-반응 관계를 도출하는 경우는 드뭅니다. 대부분의 경우, 인체역학자료는 정성적 증거를 제공하는 데 그칩니다.
2. 동물 생물학시험 자료(animal bioassay data):
   동물 실험은 위해성 평가에서 가장 중요한 데이터 소스로 활용됩니다. 실험은 노출 수준을 조절할 수 있고, 임상적 및 병리학적 검사가 포함된 통제된 환경에서 수행됩니다. 실험동물에서 나타나는 독성 효과는 인간에서의 독성과 비교 가능하다고 여겨지며, 이러한 데이터는 인체 잠재 독성을 예측하는 데 사용됩니다. 다만, 외부 물질의 약물동태학 및 대사작용에서 종 간 차이가 발생할 수 있습니다.
3. 보충자료(supporting data):
   세포 생화학 연구를 통해 얻어진 자료는 인간의 반응을 예측하는 데 도움을 줍니다. 예를 들어, 화학물질의 세포독성, 돌연변이 유발 능력, DNA 손상 여부를 시험합니다. 이러한 연구는 동물 생물학시험에서 물질이 작용하는 기전을 확인하는 데 도움을 주며, 종 간 차이를 밝히고 이를 고려할 수 있게 합니다.

구조-활성 관계(Structure-Activity Relationship, SAR):
화학물질의 독성은 이미 알려진 독성 물질과의 구조적 유사성을 바탕으로 예측할 수 있습니다. 이를 **구조-활성 관계(SAR)**라고 합니다. 그러나 SAR은 예외적인 경우가 존재하기 때문에 위해성 평가에서 제한적으로 활용됩니다.

 

유해성의 최우선 고려점:
유해성을 평가할 때, 암과 같은 심각한 건강 결과가 다른 독성작용보다 더 낮은 용량에서 발생할 가능성이 있다면 이것이 최우선 고려사항이 됩니다. 이러한 우선순위는 이후의 **용량-반응 평가(dose-response assessment)**에서 중요하게 다루어집니다.

결론적으로, 유해성 확인은 다양한 자료와 방법론을 통해 종합적으로 분석되며, 이를 통해 특정 물질의 유해 가능성과 작용 기전을 체계적으로 파악하게 됩니다.