독성반응의 종류와 매커니즘

독성물질의 생체에 대한 독성작용의 종류와 독성의 세기는 물질 자체 요인들(물리화학적 특성, 생체 내변환 비율)과 환경요건(노출 조건), 그리고 생체의 조건(방어 체계의 존재 유무) 등에 따라 달라진다.

독성물질로 인한 대표적 생체 독성반응

독성물질로 인하여 발생되는 대표적 생체 독성 반응은 염증반응, 괴사, 효소 억제, 지질과 산화, 유전자 이상, 알레르기 반응 등이다.

염증반응은 자극성 혹은 조직에 손상을 유발하는 독성물질에 의하여 노출 부위가 부어오르는 현상을 말한다. 이것은 급성의 국소 반응과 만성의 전신 반응으로 나눌 수 있다. 염증반응의 결과 섬유증(섬유조직이 증식하는 현상)이 생길 수도 있다.

괴사는 독성물질에 의하여 세포나 조직이 사멸하는 현상을 말한다.

효소 억제는 독성물질이 생리 기능을 담당하는 효소 활성을 억제하여 정상적인 작용을 저해하는 현상을 말한다.

지질과 산화란 독성물질의 체내 대사과정에서 발생한 자유라디칼이 세포막의 인지질을 산화시켜 세포막의 기능을 방해하는 현상을 말한다.

유전자 이상은 독성물질이 체내 대사과정 중에 친전자성물질로 전환되어 세포 내의 거대분자 단백질(DNA, RNA)과 결합하여 암, 기형발생, 유전자 변이 등을 초래하는 현상을 말한다.
알레르기 반응 : 독성물질이 면역계에 작용하여 면역체계를 교란시켜 발생하는 과민 자극 현상을 말한다.

독성물질의 상호작용

두 가지 이상의 독성물질이 함께 생체 내로 유입될 경우의 독성물질들 간에 일어나는 상호작용을 고려하여 독성을 평가할 필요성이 있다. 상호작용으로 인하여 독성물질의 흡수율이 변하거나 생체 내 변환 비율이 변하여 체내 대사 형태가 달라지기 때문에 하나의 독성물질에 노출되는 경우와는 근본적으로 다르기 때문이다.

협동작용(incorporation)

협동작용은 두 종류의 독성물질에 동시 노출될 경우, 전체 독성이 개별적으로 노출된 독성을 합한 것보다 큰 경우를 말한다. 여기에는 다시 상가작용, 상승작용, 가승작용 등으로 나눌 수 있다.

상가작용(additive effect)은 두 물질에 동시 노출될 경우, 전체 독성이 정확히 개별적으로 노출될 때 나타나는 독성을 합한 것과 같아지는 현상을 말한다. 예를 들어, A 물질의 독성이 2, B 물질의 독성이 3이라고 가정하면 상가작용 결과의 전체 독성은 2+3=5가 되는 경우이다. 상가작용을 활용하는 예로서는 살충제 사용 시 두 가지 농약을 함께 사용함으로써 살충 능력을 증가시키는 경우를 들 수가 있다.

상승작용(synergistic effect)은 두 물질에 동시 노출될 경우, 적어도 개별적으로 노출될 경우에 나타나는 독성을 합한 것보다 커지는 현상을 말한다. 예를 들어, A 물질의 독성이 2, B 물질의 독성이 3이라고 가정하면 상승작용 결과의 전체 독성은 적어도 5보다는 큰 경우이다. 이에 대한 예로서는 사염화탄소와 알코올에 동시에 노출되면 독성이 현저하게 증가되는 경우를 들 수가 있다.

가승작용 (potentiation)은 단독으로 노출될 경우에는 독성이 전혀 없거나 혹은 거의 없는 물질(A 물질)이 다른 독성물질(B 물질)과 함께 노출되면 독성물질(B 물질)의 독성이 현저하게 증가되는 현상을 말한다. 예를 들어, A 물질의 독성이 0, B 물질의 독성이 3이라고 가정하면 가승작용 결과, 전체 독성이 10이 되는 경우이다. 실제적인 예로서는 간 독성물질인 사염화탄소와 무독성인 isoproterenol에 동시에 노출되면 사염화탄소의 간 독성이 현저하게 증가되는 경우를 들 수가 있다.

길항작용(antagonism)

길항작용(antagonism) 두 가지 독성물질에 동시 노출될 경우, 한 물질이 다른 물질의 독성작용을 방해함으로써 전체 독성이 개별 독성물질들을 합한 것보다 오히려 작아지는 현상을 말한다. 길항작용은 주로 어떤 독성물질의 독성을 낮추거나 없애는 해독 작용의 기본 원리로 활용된다. 길항작용은 다시 화학적, 기능적, 배분적, 수용체 길항작용 등으로 구분된다.

화학적 길항작용(chemical antagonism)은 일명 불활성화(inactivation) 과정이라고도 부르며, 두 물질에 동시 노출될 경우 상호반응하여 독성이 감소되는 현상을 말한다. 실제적인 예로서는 중금속 독성이 dimercaprol(BAL)과 동시에 노출되면 감소되는 경우를 들 수 있다.

기능적 길항작용 (functional antagonism)은 일명 생리적 길항작용이라고도 부르며 두 물질이 생체에서 서로 반대되는 생리 기능을 갖는 관계로 동시 노출 시 독성이 상쇄 혹은 감소되는 경우이다. 실제 임상분야에서 응용되는 사례로서는 barbiturate 중독으로 인하여 혈압이 저하되는 현상을 혈관수축제인 metaraminol을 투여하여 방지하는 경우를 들 수가 있다.

배분적 길항작용(dispositional antagonism)은 독성물질의 생체 내 대사과정(흡수, 분포, 생체 내 변환, 배설)을 변화시켜 독성을 낮추어 주는 경우이다. 실제적인 예로서는, 유기인 농약의 독성을 활성탄을 사용함으로써 낮추는 경우를 들 수가 있다. 이 경우 독성 저감 메커니즘은 유기인 농약의 경우 원래 형태보다는 대사과정에서 발생하는 중간 대사체가 독성이 심하기 때문에 활성탄을 이용하여 유기인계 농약의 생체 내 흡수를 방해하는 원리이다.

수용체 길항작용(receptor antagonism)은 일명 차단제(blocker)에 의한 길항작용이라고도 부르며 두 종류의 독성물질이 생체 내 같은 수용체에 결합하는 특성으로 인하여 동시 노출 시에는 서로 경쟁관계가 성립되어 독성이 감소하는 현상을 말한다. 실제적인 예로서는, 일산화탄소에 중독되었을 경우 산소를 이용하여 일산화탄소의 독성을 감소시키는데 원리를 들 수가 있다. 여기서 일산화탄소와 산소 둘 다 혈액 내 헤모글로빈에 결합하는 특성을 이용하는 것이다.