신경계 독성

신경계는 인간의 생리 기능 중 가장 정밀하고 복잡한 체계로, 외부 자극에 대한 반응, 생체 내 정보 전달, 운동 제어, 기억, 사고, 감정 등의 다양한 기능을 담당한다. 최근 산업의 고도화와 함께 인체가 노출되는 화학물질의 종류가 급증하고 있으며, 그중 일부는 중추 및 말초 신경계에 유해한 영향을 미치는 것으로 밝혀지고 있다. 이미 독성이 입증된 물질 외에도, 아직 독성 여부가 명확히 밝혀지지 않은 수많은 화학물질이 환경 및 직업군에서 노출되고 있어 잠재적인 신경계 질환의 원인이 되고 있다.

신경계는 중추신경계(뇌와 척수)와 말초신경계로 나뉘며, 이 두 계통은 수많은 유형의 특수화된 세포로 구성되어 있다. 생체는 이러한 신경계가 손상되지 않도록 여러 방어기전을 가지고 있으며, 대표적인 예가 바로 중추신경계에 존재하는 혈액-뇌 장벽이다. 이 장벽은 선택적 투과성을 가지며 유해물질이 뇌조직으로 침입하는 것을 억제하는 역할을 한다.

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1. 신경 자극 전달 메커니즘

정상적인 신경세포는 세포막 내외에 전기화학적 경사(gradient)를 형성하며, 세포 외부는 양전하, 내부는 음전하를 띤다. 이로 인해 약 -60~-90mV의 막전압이 유지된다. 자극이 가해지면 신경세포의 축삭에서 나트륨 이온(Na⁺)의 투과성이 급증하고, 이온이 세포 안으로 유입되어 탈분극이 발생한다. 이때 정방향 피드백 메커니즘을 통해 활동 전위(action potential)가 생성되며, 이 전기 신호는 신경세포 간 시냅스를 통해 다음 세포로 전달된다.

시냅스에서는 신경전달물질인 아세틸콜린(acetylcholine)이 프리시냅스에서 방출되고, 포스트시냅스 수용체에 결합하여 자극을 전달한다. 이후 아세틸콜린은 효소 acetylcholinesterase에 의해 가수분해되어 신호전달을 종료한다.

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2. 신경전달에 영향을 미치는 주요 독성물질

화학물질 중 일부는 신경자극 전달 메커니즘에 직접적인 영향을 미친다. 이는 전기자극을 유발하는 이온의 흐름을 방해하거나, 신경전달물질의 방출 및 수용체와의 결합을 저해함으로써 발생한다.

• DDT (유기염소계 살충제): 나트륨 이온 채널을 지속적으로 열리게 하여 반복적인 탈분극을 유도하고, 결과적으로 전신 경련, 근육 경직, 신경 마비를 일으킨다.
• Toluene, Xylene, Styrene: 방향족 유기용제는 중추신경계를 억제하며, 세포막의 이온 채널을 교란해 신경세포 기능을 저하시킨다.
• 사염화탄소, 할로탄, 알코올: 나트륨 및 칼륨 이온 통로에 영향을 미쳐 전도 장애를 유발한다.
• Atropine: 아세틸콜린 수용체를 차단하여 신경전달을 억제하는 수용체 길항제로 작용한다.
• 유기인산계 및 카바메이트계 살충제: acetylcholinesterase의 활성을 저해하여 아세틸콜린이 분해되지 않고 축적되며, 지속적인 자극 상태를 유도하여 독성을 일으킨다.

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3. 신경손상의 유형

신경계 손상은 손상의 위치와 세포 유형에 따라 크게 네 가지로 구분된다.

(1) 신경세포병변 (Neuronopathy)

신경세포 자체가 손상되거나 괴사되는 형태로, 수지상 돌기 및 축삭, 수초의 변형이나 탈락이 동반될 수 있다. 이러한 손상은 대부분 비가역적이다.

• 메틸수은: sulfhydryl 그룹과 결합하여 세포 내 대사를 방해하고, 호기성 호흡, 당분해, 단백질 합성 등을 저해한다. 임신 중 노출되면 태아의 뇌발달에 심각한 손상을 초래하며, 어린이에게는 지능저하와 발달장애가 유발된다.
• 트리메틸주석: 신경세포 내에 세포질 물질이 축적되며 해마 부위에서 세포 팽창과 괴사를 일으킨다.

(2) 축삭병변 (Axonopathy)

축삭의 퇴행이 주요 특징이며, 수초 역시 동반되어 손상될 수 있다. 말초신경계는 일부 재생이 가능하지만 중추신경계는 손상 시 회복이 어렵다.

• n-Hexane, MBK, EBK: 대사산물인 2,5-hexanedione 또는 2,5-heptanedione이 아미노기와 결합해 pyrrole 유도체를 형성, 신경독성을 유발한다.
• 이황화탄소(CS₂): lysyl 잔기와 반응하여 dithiocarbamate를 생성하고 축삭손상을 유발한다. 고농도 노출 시 심각한 중추 및 말초신경 장애가 나타난다.
• TOCP, EPN 등 유기인계 화합물: 노출 후 7~10일 뒤 증상이 발현되며, 중추 및 말초 축삭퇴행을 유도한다.

(3) 수초병변 (Myelinopathy)

수초는 신경전달 속도를 빠르게 하는 절연체 역할을 하며, 손상 시 전도 지연 및 신경 기능 장애를 초래한다.

• Hexachlorophene: 신생아 목욕 시 피부를 통해 흡수되어 중추 및 말초신경계 수초에 부종을 일으킨다. 장기간 노출 시 뇌압 상승 및 사망까지 유도될 수 있다.
• 납(Lead): 말초신경염, 마비, 위장염과 함께 wrist drop 증상이 특징적이다. 특히 소아는 혈액-뇌 장벽이 미성숙하여 납에 더 민감하고, 노출 시 심한 뇌부종과 지능 저하가 발생할 수 있다.

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4. 결론

신경계는 생체의 모든 기능을 통합하고 제어하는 중심 시스템으로, 외부 화학물질에 의한 손상이 누적될 경우 회복이 어렵고 치명적인 결과를 초래할 수 있다. 특히 중추신경계 손상은 비가역적인 경우가 많아, 산업현장에서의 노출 관리와 환경 독성 평가, 개인 보호장비 착용 등 사전 예방이 무엇보다 중요하다.

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