1. 신장 기능 및 구조
포유류의 경우 신장은 체내 노폐물을 배출하는 중요한 배설기관이며, 체내 항상성 유지(세포 부피 유지, 전해질 조성 조절, 칼슘 대사 조절, 산-염기 균형 조절 등)에 핵심적인 역할을 합니다.
또한 신장은 전신 대사 기능에 필요한 호르몬을 합성할 수 있습니다. Erythropoietin은 대표적인 예로, 골수 간세포(stem cell)에 작용해 헤모글로빈 합성과 적혈구 생성을 촉진하지만, 만성 신부전이 있는 경우에는 만성 빈혈로 이어질 수 있습니다.
신장은 비타민 D 대사 및 부갑상선 호르몬 대사에도 관여합니다. 이 기능이 손상되면 체내 칼슘 조절에 이상이 생겨 골격계 질환이 유발될 수 있습니다. 또한 신장은 단백질 분해 효소인 Renin을 생성해 혈압 조절에도 중요한 역할을 합니다.
신장 손상의 임상 지표로는 혈중 요소 질소(BUN; Blood Urea Nitrogen) 농도와 혈장 크레아티닌(Creatinine) 농도가 사용됩니다. 독성 물질로 인해 신장이 손상되면 노폐물 배설이 감소하면서 이 두 지표의 수치가 상승하게 됩니다.
신장은 **외피층(피질)**과 **내피층(수질)**으로 나뉘며, 피질은 신장의 대부분을 차지하고 전신 혈류량의 대부분이 이곳을 통과하기 때문에, 독성물질로 인한 손상 위험이 높습니다. 수질은 혈류 공급이 적지만, 해부학적 구조상 독성물질이 고농도로 잔류하기 쉽습니다.
신장은 기능 단위인 **네프론(Nephron)**으로 구성되며, 사람의 경우 약 100만 개의 네프론이 존재합니다. 네프론은 혈관 부위, 사구체 부위, 세뇨관 부위의 세 영역으로 나뉘며, 각 부위의 기능은 다음과 같습니다:
- 혈관 부위: 구심성 및 원심성 세동맥으로 구성되어 있어 노폐물을 세뇨관으로 이동시켜 배설을 유도하고, 재흡수된 영양분을 전신으로 순환시키며, 산소 및 영양소를 공급합니다.
- 사구체 부위: 직경 100Å 정도의 공극을 가진 다공성 여과체로 구성되며, 신장 독성물질이나 질환에 의해 여과 기능이 저하되면 **단백질이 소변으로 유출(단백뇨)**됩니다.
- 세뇨관 부위: 사구체를 통과한 물질 중 필요한 성분을 선택적으로 재흡수합니다. 이때 염분과 물은 약 98~99%, 아미노산과 포도당은 거의 완전히 재흡수됩니다.
- 근위 곡세뇨관은 피질에 위치하며, 근위 직세뇨관 및 헨레고리와 연결됩니다. 수질에 인접한 네프론은 수질 내부의 헨레고리, 피질 네프론은 피질 내 헨레고리에 각각 연결됩니다.
대부분의 신장 독성물질은 근위 세뇨관에 1차적으로 작용합니다. 예를 들어, 포타슘 디크로메이트는 대표적인 근위 세뇨관 독성 유발 물질입니다. 이 부위는 독성물질에 따라 반응 감수성이 달라지며, 근위 곡세뇨관은 크롬 등의 금속에 민감하고, 근위 직세뇨관은 수은에 의해 주로 손상을 받습니다.
2. 신장독성 물질 및 독성 기전
(1) 중금속(Heavy Metals)
대표적인 신장 독성 유발 물질은 중금속이며, 주요 물질로는 카드뮴(Cadmium), 납(Lead), 백금(Platinum), 크롬(Chromium) 등이 있습니다.
이들 금속의 독성 기전은 서로 유사하며, 주로 근위 세뇨관의 괴사 또는 혈관 부위 손상을 유발합니다.
- 카드뮴은 간에서 Metallothionein이라는 단백질과 결합하여 Cadmium-Metallothionein 복합체를 형성합니다. 이 복합체는 점차 신장으로 이동 및 축적되어 신장 기능에 손상을 유발합니다.
- 고환 등 일부 조직에서는 이 복합체가 보호 효과를 보이기도 하나, 신장에서는 단백뇨, 아미노산뇨, 당뇨를 유발하고, 인산염 재흡수 저해 등 다양한 독성 반응을 일으킵니다.
- **수은(Mercury)**의 경우, 무기수은이 대표적인 신장 독소로 작용합니다. 특히 근위 직세뇨관이 수은 독성에 가장 민감하며, mitochondria 효소의 활성 저해, sulfhydryl기와의 강한 결합, 세포 내 칼슘 항상성 파괴 등이 주요 메커니즘으로 보고되었습니다.
- **납(Lead)**은 근위 세뇨관을 손상시켜 당, 인산염, 아미노산의 재흡수 저해를 유발하고, 결과적으로 당뇨병, 아미노산증, 고인산뇨증 등을 일으킵니다.
(2) 할로겐 및 탄화수소(Halogenated Hydrocarbons)
- **사염화탄소(Carbon Tetrachloride)**와 **클로로포름(Chloroform)**은 간과 신장 모두에 독성을 가지며, 특히 근위 세뇨관을 손상시킵니다.
- **브로모벤젠(Bromobenzene)**은 간의 microsome에서 2-bromohydroquinone이라는 대사산물로 활성화되어, 신장으로 이동 후 근위 세뇨관에 괴사를 유발합니다.
- 기타 물질로는 Tetrachloroethylene, 1,2-Trichloroethylene 등이 있으며, 이들도 간과 신장에 이중 독성을 나타냅니다.
(3) 기타 환경오염물질
- **2,4,5-Trichlorophenacetic acid (2,4,5-T)**는 직접적으로 신장 독성을 유발하지는 않지만, 신장 기능에 영향을 주어 유기 이온의 이동을 억제할 수 있습니다.
- Paraquat는 대표적인 폐독성 농약이지만, 고용량이 체내에 흡수되면 즉각적인 신장 독성을 유발합니다.
- 신장으로 주로 배설되기 때문에, 신장 기능이 손상되면 혈중 농도가 상승하며 폐 독성이 더욱 증가하게 됩니다.
- **PCBs (Polychlorinated Biphenyls)**는 간뿐 아니라 신장에서도 대사 관련 효소 활성을 증가시키며, 신장 기능에 잠재적 위협을 가할 수 있습니다.
- **TCDD (2,3,7,8-Tetrachlorodibenzo-p-dioxin)**는 직접적인 신장 독성은 없으나, 신장 내 대사능력 변화를 통해 간접적 위험을 유발할 수 있습니다.