환경물질과 생식계 독성

많은 화학물질들의 생식계에 대한 잠재적 독성은 주요한 문제로서 관심의 대상이 되고 있다.

일반적으로 다른 장기에 영향을 주는 독성물질도 중요하지만 생식계를 표적장기로 하는 독성물질만큼 생물종의 번식에 심각한 영향을 주는 것은 없다. 왜냐하면 생식세포의 염색체에 존재하는 유전자들은 다음 세대로 전달되며, 세포분화 및 장기 형성의조절 등에 관한 모든 정보들이 포함되어 있기 때문이다.

생식세포의 손상 및 그 영향

생식세포가 화학적 또는 물리적으로 손상을 받게 되면 불임증과 자연유산 및 기형 출산을 초래하는 것은 물론, 다음 세대로 유전될 수 있는 변이가 발생하기도 한다.

최근 미국에서는 직업적으로 DBCP (1,2-dibromo-3-chloropropane)에 노출된 남성 근로자들에게서 무정자증, 정자 결핍증, 생식세포의 발육부전 등으로 인한 불임 현상이 보고되었다. 또한 불가리아에서는 축전지 제조공장 근로자들에서, 스웨덴에서는 toluene, benzene, xylene 등의 유기용매를 취급하는 작업자들에게서 정자 수의 감소, 정자기형 및 생식능력의 저하 현상이 발생하기도 했다.

현재 DES (Diethylstilbesterol), hexafluoroacetone, cadmium, kepone, 메틸수은 및 많은 항암요법제도 남성과 여성 생식기에 독성을 나타내는 것으로 보고되고 있다.

남성 생식계와 독성발생

사람의 경우 남자의 성 기관은 임신 후 7주 경부터 시작되어 임신 7개월 정도가 되면 충분히 발달하게 된다. 출생 이후 남자의 정자는 특정 호르몬이 방출되는 사춘기부터 생산을 시작하여 평생 동안 계속된다.

뇌의 시상하부의 자극으로 난포자극호르몬(FSH: follic stimulating hormone)이 뇌하수체로부터 방출되고, 난포자극호르몬은 고환 내의 sertoli 세포를 자극하여 또 다른 호르몬인 황체호르몬(LH:luteinizing hormone)을 방출시킨다. 방출된 황체호르몬은 고환 속의 leydig 세포로부터 남성호르몬, 즉 testosterone을 합성 · 분비하게 한다.

정자가 형성되는 과정은 크게 정자세포 형성 과정과 정자 형성 과정으로 나누어진다. 정원세포가 성숙한 정자로 되는 데는 약 70~80 일이 걸린다. 정자세포 형성 과정에는 고환의 수정관 인접부에 위치하는 정원세포의 유사분열에 의해 1차 정모세포로 되고 계속적인 감수분열을 통해 2차 정모세포와 정자세포로 되는데, 이때 감수분열 과정이 화학물질의 독성에 가장 민감한 시기라고 볼 수 있다. 반수체(haploid)의 정자세포는 아직 난자와 수정할 수 없으며 따라서 운동성도 없다.

그러나 점차 핵응축, 세포질 제거 등의 구조적 변화를 거쳐 정자로 성숙된다. 단계적으로 정자의 성숙을 촉진시키는 물질이 고환과 부고환에 걸쳐 존재하며 정자는 부고환 끝에 도달하여야 비로소 성숙한 난세포와 수정할 능력을 갖게 된다.

어떤 화학물질들은 고환의 sertoli 세포나 leydig 세포를 손상시켜 불임증을 일으킬 수 있으며, 이 경우 testosterone의 합성 및 방출이 억제되는 것은 물론 정자수가 감소하여 성기능이 저하된다. 또한 불임증은 정자세포의 손상이나 정자 발달과정에 손상을 입어 발생하는 경우도 많다.

남성 생식계에 독성을 일으키는 물질은 매우 다양하다.

남성 근로자가 직업적으로 남에 노출되면 수정능력이 떨어져 산모가 자연 유산할 가능성이 높아진다. 납 이외에 카드뮴, 니켈, 수은 및 메틸수은 등의 금속화합물도 남성 생식계 독성물질로 작용할 수 있다. 유기용매로서 이황화탄소, 톨루엔, 벤젠, 크실렌 등이 정자 수의 감소, 기형정자 등을 일으킬 수 있다.

PCBs, TCDD 등의 유기 염소계 환경오염물질 역시 생식독성을 일으키는 것으로 알려져 있다. 농약으로서는 kepone, DDT, 2,4-D 및 선충구제약인 DBCP 등이 남성의 생식계 독성을 일으키는 주요한 화학물질들이다.

여성 생식계와 독성발생

사람의 경우 여성은 임신 후 5개월 째 성기관이 충분히 형성된다. 남성은 사춘기가 되어야 정원세포로부터 정자를 생산하기 시작하지만 여성은 차후에 갖게 될 모든 난자를 태어나기 전부터 이미 가지고 있다고 볼 수 있다.

여성은 출생 이전에 난원세포가 유사분열을 일으켜 1차 난모세포로 되어 출생 시에는 감수분열의 전기에 들어가 있는 상태이다. 따라서 사춘기에 분비되는 FSH, LH 등의 호르몬이 난모세포를 자극하여 estrogen이 방출되면 난소에서 1차 감수분열이 일어나 이차난모세포와 제일극체를 생성한다.

이어서 난모세포는 난소 밖으로 이동하여 난관 내에서 파열되어 배란이 일어나고 배란 후에는 정자와 결합하여 제2차 감수분열을 일으킴으로써 3개의 극체들과 1개의 수정 난자가 완성된다. 배란 시 난모세포가 파열되면 황체라고 하는 구조로 변하게 되는데 황체는 estrogen과 progesterone을 합성하는 역할을 한다.

여성은 출생 시에 약 30~40만 개의 난모세포가 난소에 존재하지만 사춘기 때까지 약 절반이 감소하게 되고 30세쯤 되면 약 2만 5천 개만 남아 있게 된다. 평균적으로 약 400개의 난모세포가 여성의 임신 가능 기간 동안 난자로 성장한다.

난모세포나 난자에 손상을 주는 화학물질에 노출되면 여성의 수정능력이 감소하게 된다.

정자가 난자 내로 진입하여 정자와 난자의 핵들이 서로 결합하는 것을 수정이라고 하며, 수정된 난자는 난관에서 자궁 내로 이동하여 착상하게 된다. 일반적으로 포유류의 경우에는 대부분 수정 후 6~7일 만에 착상된다.

즉, 생식계 독성물질들은 난모세포 및 난자의 생성과 성장, 배란 과정, 호르몬 상태, 수정 과정, 착상 등의 다양한 시기 또는 기능에 영향을 주어 불임, 자연유산 등을 초래하게 된다. 실제로 영국의 납 취급 공장에서 임신여성의 약 25%가 유산하였다고 보고되었으며, 마취제에 노출된 여의사나 간호사들 사이에서 자연 유산율이 높은 것으로 밝혀졌다.

또한 X선 조사와 흡연이나 알코올과 같은 개인적 습관도 유산의 위험성을 높인다. DDT, PCBs 등의 화학물질들은 세포의 estrogen 수용체와 결합하여 호르몬 작용을 차단하여 생식독성을 일으키는 것으로 알려지고 있다.