독성시험법

독성시험은 화학물질이 유기체에 미치는 영향을 평가하여 안전치 또는 안전한계 농도를 설정하는 데 필요한 과정이지만, 다음과 같은 한계로 인해 논란의 여지가 많습니다.

• 사용 동물의 유전적 계통의 정확성
• 실험 동물의 처치 방법에 따른 차이
• 실험 동물의 자료를 사람으로 외삽 시의 한계성
• 고용량의 독성에서 저용량 독성 가능성 추정에 대한 불확실성
• 동물실험의 비용 증가 및 과정의 복잡성 등

그러나 이러한 한계에도 불구하고 화학물질에 대한 위해성 평가, 환경 복원에 필요한 기초자료 확보, 생태계 건전성 확보를 위한 자료 확보 등의 필요성이 커지면서 기존 시험방법을 개선하거나 새로운 시험방법을 개발하게 되었습니다.

화학물질에 대한 독성 시험 방법은 크게 급성독성, 아만성독성, 만성독성과 같은 생체 내 시험과, 유전독성 및 세포변이독성과 관련된 시험관 내 시험으로 나뉩니다.

현재 판매 중이거나 앞으로 개발될 모든 화학물질, 그리고 산업공정 폐기물(예: 연소 생성물 등)에 포함된 물질은 해당 기관의 다양한 규제조건을 충족하기 위해 반드시 독성시험을 거쳐야 합니다.
독성평가는 특정 물질이 독성을 일으킬 수 있는 조건에서의 독성 가능성을 측정하는 것이며, 위해성 평가는 현실적인 조건에서 부정적 영향을 미칠 가능성을 정량적으로 평가하는 것을 의미합니다. 이 두 가지 평가는 모두 독성물질 규제법에 포함되어 있으며, 미국의 경우 화학물질 독성시험은 기업, 정부, 학계 등에서 수행되며, 이들 시험에 대한 규제 및 집행 권한은 정부기관이 담당합니다.

다른 선진국도 유사한 법령 및 규제기관을 갖추고 있으며, 대부분의 독성시험은 인간에게 미치는 잠재적 위해성을 사전에 평가하고, 필요시 이를 제거하는 데 목적이 있습니다. 그러나 윤리적, 법적 제약으로 인해 인간을 대상으로 한 독성시험은 어려움이 많으며, 이로 인해 대부분의 독성평가는 동물실험을 통해 수행됩니다.

이는 우리가 알고 있는 화학물질의 구조와 활성 간의 **정량적 상관관계(QSAR)**를 신규 화학물질에 정확히 적용하기 어렵기 때문입니다. 따라서 1차적으로는 반드시 동물 실험이 필요합니다.

사람에 대한 독성시험은 윤리적인 이유로 제한되지만, 자극, 구토, 알레르기, 냄새 평가 및 고차신경계에 미치는 영향 등을 평가하기 위해서는 반드시 필요한 과정입니다. 실험동물에서 얻은 독성 자료를 인간에게 적용할 때 대사 경로, 침투 경로, 작용 메커니즘의 차이로 인한 제한점이 있지만, 여전히 동물실험은 다음과 같은 강점을 가집니다.

• 유전적으로 동질적인 실험동물의 선택이 용이합니다.
• 실험 환경에서의 노출 조건을 정밀하게 조절할 수 있습니다.
• 해부를 통해 장기 단위로 독성 평가가 가능합니다.

이러한 장점으로 인해 실제 사용하는 화학물질의 물리화학적 특성, 노출 경로, 용량에 따라 동물 실험은 매우 유효한 방법이 됩니다.

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1. 독성물질 투여 방법

생체 내 시험에서는 화학물질의 종류 및 독성시험의 종류에 상관없이, 독성은 투여 경로에 따라 크게 달라질 수 있으므로, 인간의 노출 경로와 유사한 조건으로 투여하는 것이 매우 중요합니다. 또한, 화학물질 자체에 의한 독성을 정확히 평가하고 용매에 의한 영향을 배제하기 위해 실험동물은 화학물질 처리군, 용매 처리군, 대조군(무처리군) 등으로 나눠서 시험을 수행해야 합니다.

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1. 경구 복용

경구 투여는 가장 일반적인 방법으로, 화학물질을 사료와 혼합하거나 음용수에 희석하여 투여하며, 때에 따라 기구를 이용해 위장에 직접 주입하기도 합니다. 최근에는 위장관 내에서 화학물질의 방출을 조절할 수 있는 캡슐화 기술도 도입되고 있습니다.

경구 투여량은 사료나 음료수의 소비량 또는 캡슐 소비량을 기준으로 계산합니다. 이 과정에서 주의할 점은 시험물질이 자극적인 냄새나 맛을 가질 경우 실험동물이 자발적으로 사료를 회피할 수 있다는 것입니다. 이 경우 영양 섭취가 부족해져 독성 시험 결과에 영향을 줄 수 있습니다.
또한 위로 강제 주입 시 용매를 사용할 경우, 대조군에도 동일한 용량의 용매를 반드시 투여해야 합니다.

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2. 피부 투여

피부 투여는 피부 자극, 광민감성, 경피 흡수 독성 등을 평가할 때 사용됩니다.
일반적으로 동물의 털을 제거한 후, 화학물질을 직접 또는 적절한 용매에 녹여 피부에 도포합니다.
이때 용매 자체나 털 제거 과정이 실험동물에게 스트레스를 유발할 수 있으므로 주의해야 합니다.
사람을 대상으로 한 피부 자극 시험은 자원자를 공개 모집하여 진행할 수 있습니다.

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3. 호흡기 투약

호흡기는 중요한 독성물질 유입 경로이며, 대기 중의 유해물질에 동물을 노출시켜 흡입 독성을 평가합니다.
그러나 이 방법은 오염된 대기의 입자 크기, 성분 구성 등 물리적 특성을 인위적으로 조절해야 하므로, 기술적 복잡성과 비용 부담이 큰 단점이 있습니다.

현재 대체법으로 **instillation(수액법)**이 사용되며, 이는 실험동물의 폐에 직접 화학물질을 주입하는 방식입니다. 하지만 이 역시 스트레스 증가, 번식 능력 저하 등 부작용을 유발할 수 있으며, 결과에 일정한 한계가 있습니다.

흡입 독성 시험에는 다음 장비가 필요합니다:

• 에어로졸 입자 생성 장치
• 가스혼합물 생성 장치
• 실험동물 노출용 챔버
• 농도 측정을 위한 시료 채취 장치

노출 시간은 매일 일정 시간, 매주 정해진 횟수로 통제해야 하며, 노출 부위는 머리만 또는 전신으로 설정할 수 있습니다.

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4. 주사기 투여

주사 투여는 코카인, 환각제, 마약류와 같은 약물 남용 사례를 제외하고는, 환경오염물질의 일반적인 노출 경로는 아닙니다.
그럼에도 불구하고 이 방법은 독성물질의 생체 내 동태, 작용 기전, QSAR 연구에 매우 유용한 방식입니다.

주사 방법은 다음과 같습니다:

• 정맥 주사 (IV)
• 근육 주사 (IM)
• 복강 주사 (IP)
• 피하 주사 (SC)

이러한 방식은 장기간에 걸친 독성물질 주입을 가능하게 하며, 반복 투여 실험에 적합합니다.