독성반응의 종류 및 기전

1.1 독성 반응의 종류

독성물질이 생물체에 미치는 영향의 종류와 강도는 해당 물질의 물리적·화학적 특성, 생체 내 대사 전환율, 노출 조건, 환경 요인, 그리고 생체의 방어 체계 존재 여부 등 복합적인 요인에 따라 달라진다. 다음은 대표적인 생물학적 독성 반응의 유형이다.

• 염증반응 (Inflammation)
  자극적이거나 조직 손상을 유발하는 독성물질에 의해 노출 부위가 붓는 현상이다. 급성의 국소 반응과 만성의 전신 반응으로 나눌 수 있으며, 심할 경우 **섬유화(fibrosis)**로 진행될 수 있다.
• 괴사 (Necrosis)
  독성물질로 인해 세포나 조직이 죽는 현상이다. 이로 인해 회복이 어려운 조직 손상이 발생할 수 있다.
• 효소 억제 (Enzyme Inhibition)
  생리 기능을 담당하는 효소의 활성이 독성물질에 의해 억제되어, 생체의 정상적인 대사 과정이 방해받는 상태를 말한다.
• 지질 과산화 (Lipid Peroxidation)
  체내 대사 과정에서 생성된 자유 라디칼이 세포막의 인지질을 산화시켜, 세포막의 구조와 기능에 손상을 주는 현상이다.
• 유전자 독성 (Genotoxicity)
  독성물질이 대사 과정 중 **친전자성 물질(electrophilic metabolites)**로 전환되어, DNA나 RNA 같은 거대분자에 결합함으로써 돌연변이, 기형 발생 또는 암을 유발할 수 있다.
• 알레르기 반응 (Allergic Reaction)
  독성물질이 면역 체계에 영향을 주어 과민 반응을 유도하며, 이로 인해 다양한 전신성 면역 이상 반응이 발생할 수 있다.

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1.2 독성물질 간의 상호작용

두 가지 이상의 독성물질이 동시에 체내에 유입될 경우, 이들 간에 상호작용이 발생하여 독성 반응의 형태와 강도가 달라진다. 이러한 상호작용은 흡수율, 대사 경로, 생체 내 작용기전 등을 변화시키므로 단일 물질 노출과는 다른 결과를 초래할 수 있다.

다음은 대표적인 상호작용의 유형이다.

(1) 협동작용 (Interaction / Synergism)

두 물질이 동시에 작용할 경우, 독성이 단독 작용 시보다 증가하는 현상이다. 다음 세 가지 유형으로 분류된다.

• 상가작용 (Additive Effect)
  두 물질의 독성이 단순히 합산되어 나타나는 경우이다.
  예: A의 독성 = 2, B의 독성 = 3 → 총 독성 = 5
  예시: 살충제를 혼합 사용하여 살충 효과를 강화하는 경우
• 상승작용 (Synergistic Effect)
  두 물질이 함께 작용할 때, 개별 독성의 합보다 더 큰 독성이 나타나는 경우이다.
  예: A(2) + B(3) → 총 독성 ≥ 6
  예시: 사염화탄소와 알코올에 동시에 노출될 경우 간독성이 급격히 증가함
• 가승작용 (Potentiation)
  단독으로는 독성이 거의 없는 물질(A)이, 독성물질(B)과 함께 작용할 때 B의 독성이 현저히 증가하는 경우이다.
  예: A(0) + B(3) → 총 독성 = 10
  예시: 이소프로테레놀(무독성)과 사염화탄소를 동시에 노출 시, 사염화탄소의 간독성 증가

(2) 길항작용 (Antagonism)

두 물질이 함께 작용할 때, 한 물질이 다른 물질의 독성을 억제하거나 상쇄하여 전체 독성이 줄어드는 현상이다. 이는 해독 작용의 원리로 활용된다.

• 화학적 길항작용 (Chemical Antagonism)
  두 물질이 체내에서 화학 반응을 일으켜 서로의 독성을 불활성화시키는 경우
  예시: 중금속에 대해 디메르카프로(Dimercaprol, BAL)를 사용하여 독성을 중화
• 기능적 길항작용 (Functional Antagonism)
  두 물질이 반대되는 생리적 작용을 하여 독성을 상쇄하는 경우
  예시: 바르비튜레이트 중독으로 인한 저혈압을 혈관 수축제(metaraminol)로 회복
• 배분적 길항작용 (Dispositional Antagonism)
  독성물질의 흡수, 분포, 대사 또는 배설 경로를 변경하여 체내 농도를 감소시키는 작용
  예시: 유기인 농약 중독 시, 활성탄을 투여하여 체내 흡수를 억제
• 수용체 길항작용 (Receptor Antagonism)
  두 물질이 동일 수용체에 경쟁적으로 결합하여 독성작용을 차단하는 경우
  예시: 일산화탄소(CO) 중독 시 산소 투여로 CO와의 결합을 차단하여 해독

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1.3 독성 시험 및 지표 표시

독성을 평가하기 위해서는 명확하게 정의된 **종말점(end point)**이 필요하다. 종말점이란 물질의 독성이 생체에 미치는 최종적인 영향을 의미하며, 실험은 시험관 내(in vitro) 또는 생체 내(in vivo) 방법으로 진행된다.

(1) 시험관 내 시험 (In Vitro Test)

세포 또는 미생물을 이용하여 수행되며, 다음과 같은 종말점 지표를 활용한다.

• 세포 생존율
• 혼탁도
• 산 생성량
• 단백질 합성량
• 세포 집락 수 (특히 변이원성 시험에서 중요)

(2) 생체 내 시험 (In Vivo Test)

실험동물을 대상으로 진행하며, 가장 기본적인 종말점은 **치사율(lethality)**이다. 이 외에도 실험 목적에 따라 다음과 같은 지표들이 사용된다.

• 특정 효소의 활성 저해
• 수면 시간의 변화
• 종양 발생률
• 독성 발현까지 소요 시간 등

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독성 측정 시에는 절대 투여량보다는 상대 용량 개념을 사용하는 것이 일반적이다.

• 시험관 내 시험에서는 용액 1mL당 중량(mg, μg) 또는 농도 단위(mM, μM, nM)로 표시한다.
• 동물 실험에서는 체중 1kg당 투여량(mg/kg) 또는 체표면적(m²)당 투여량으로 표기하는 것이 원칙이다.