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by Ananke Apr 12. 2024

독에 대해 연구하지 않는 독성학(17)

무거운 금속 중금속

금요일 저녁 먹고 잠시 숨 돌리는 사이 휴대폰이 울린다. 모르는 번호다. 등록되지 않은 휴대폰 번호다. 30여 년 같은 일을 하다 보니 기자, 경찰 응급의학과 중독 전문 의사 선생님들께 휴대폰 번호가 많이 알려져 있다. 간혹 전화번호를 알려줘도 되는지 묻고 알려주기도 하지만, 위급하거나 때로 전화번호를 저장하지 않은 분들도 있기에 모르는 전화도 휴대폰이면 받게 된다. 수화기 너머 자기소개를 하지만 기억에 없다. 전화를 건 모 방송사 기자는 수은 독성에 대해 자문을 구하고 싶단다. 수은 독성을 모두 설명하려면 급성, 만성 나누고 노출 경로, 노출정도 나누고 하다 보면 족히 1시간은 걸릴 일이다. 더욱이 대부분 문과 출신인 기자들을 상대할 때는 더욱 그러하다. 이런 경우, 상황을 묻고 상황에 맞추어 답을 한다. 의도한 것이든 아니든 사람들은 본인이 듣고 싶은 말만 듣고 기자들은 때로 필요한 말만 짜깁기해 개별적으로는 틀린 말이 아니지만, 맥락상 틀린 내용을 자극적으로 쓰기 일쑤기에 상황에 맞는 부분만 짧게 해야 한다. 요지는 개 사료에 수은전지를 넣은 흉악한 범죄를 다루는 기사에 수은의 위험성을 인터뷰해 방송하고 싶다는 것이었다. 그것도 내일 방송이기 때문에 사진과 전화 통화내용을 기사로 하고 싶단다. 방송 절차는 요청 공문을 보내 해당 부서에서 검토 후 할 수 있기 때문에 어렵다고 하고 수은의 독성에 대해 개괄적인 설명을 덧붙였다. 다만, 전지에서 수은의 사용은 국가 대부분에서 금지되었으며, 우리나라도 1995년 이후로 생산되지 않는다. 그러니 지금은 수은을 함유한 전지를 구할 수가 없다. 산화수은을 사용하는 버튼 모양의 전지가 생산이 중단되었음에도 관습적으로 버튼 모양의 버튼셀 전지를 수은전지로 부르는 탓에 버튼셀에 수은이 들어 있을 것이라는 생각 할 수 있지만, 수은은 들어 있지 않다. 전지에 포함된 금속이온 들은 정도의 차이가 있지만 대부분 독성이 있고 많은 양 노출되면 위험할 수 있지만, 중독 가능성은 낮다. 개 사료와 모양이 비슷하다는 걸로 봐서 버튼셀 전지를 사료에 섞은듯하다. 사료에 버튼셀이 섞여 있더라도 먹을 가능성도 희박하고 버튼셀을 씹는다면 버튼셀이 깨지기 전에 이가 깨질 것이고 그대로 삼킨다 해서 전기에서 누액 될 가능성은 낮으니 수은 중독이 일어날 가능성은 매우 희박하다. 섭취한 개가 어떤 증상을 보였는지와 중상을 보였다면 혈액이나 소변을 채혈해서 노출 여부를 평가해 보아야 한다고 이야기했다. 개를 해할 목적으로 섞었다면 그 행위 자체는 나쁘지만, 중독 여부는 확인이 필요한 부분이다. 확인해 보지는 않았지만 관련기사가 나온 것 같지는 않다.

중금속에 대한 정의는 학문 분야마다 기준이 달라 모호하고, 금속이 아는 것을 포함하기도 직관을 벗어난다. 중금속 말뜻 그대로 무거운 금속이란 것을 액면 그대로 해석하면 무겁다는 뜻일 것이다. 주기율표상 번호는 양성자 개수를 의미하며, 전기적으로 중성인 상태에서 양성자만큼의 전자를 가진다. 중성자 개수는 같은 원자의 동위원소마다 다른데 원자번호 20번 칼슘까지는 자연계에 가장 풍부한 동위원소의 중성자 개수는 양성자 개수와 같아. 이때까지 원소들의 평균분자량은 원자번호의 2배에 수렴한다. 그러나 원자번호 21번 스칸디움부터 가장 풍부한 동위원소의 중성자 개수가 서서히 증가하며 원자번호로 예측하는 것보다 무거워진다. 어디부터 무겁다고 볼 것이냐의 문제로 인해 기준을 정하기 어렵지만, 화학에서는 비중이 4.5보다 큰 구리부터 자연계에서 존재하는 82번 납까지를 중금속으로 보는 경향이 있다. 원자번호 29~82 사이라 하더라도 준금속(metaloid), 반응성비금속(reactive nonmetal), 할로겐족 화합물, 비활성 기체는 금속이 아니므로 중금속에서 제외하며 이들의 독성은 일반적인 중금속의 독성과는 다른 특징을 가진다. 의학, 약학, 식품학 등에서는 화학에서 중금속으로 포함하지 않는 금속인 철, 망간 등의 금속도 포함하기도 하며, 준금속인 비소나 반응성 비금속인 셀레늄도 포함하여 중금속이라 부른다. 알칼리 금속과 같이 폭발성이 있는 것이 아닌 이상, 위해성은 금속 자체가 독성이 있는 것이 아니며, 이온화되어야 생리작용을 하거나 독성을 나타내며, 중금속이 아닌 것을 중금속이라 하거나 금속이 아닌 것을 금속이라 불러 오해를 불러일으킬 수 있기에 의학이나 약학에서 말하는 기준의 중금속은 중금속이라기보다는 양이온원소라는 표현이 적절해 보인다. 이온화하지 않은 금속은 녹지 않고, 흡수되지 않기 때문에 그 자체로 위험하지 않다. 금속을 섭취하면 금속의 종류나 형태에 따라 위산이나 장내 미생물에 의해 일부 이온화되어 흡수되기 때문에 위험하지만, 엄밀히 금속 자체가 독성을 일으키는 것은 아니다.

생수병에 든 물을 들고 후배가 찾아온다. 액성은 중성인데 반응이 느리지만 청산 예비시험에 청산이 있는 것처럼 보인다고 했다. 개요를 살펴보니 생수병에 든 물을 마시고 이상한 것 같아 스스로 응급실에 차를 몰고 도착했고 응급실 도착 6시간 정도 후에 사망했다고 했다. 일반적인 청산 중독이 수분~수십 분에 증상을 느끼고 한 시간 이내에 사망하는 것과는 다른 양상이다. 개요와 음료의 특성을 고려해 가설을 세워본다. 액성이 중성이니 청산칼륨이나 청산나트륨은 아닐 가능성이 높다. 낮은 농도이고 일부러 중화했다면 아주 가능성이 없는 것은 아니지만, 노출량이 적어 수 시간 견뎠다면 사망할 가능성은 낮다. 청산 이온은 HCN으로 대부분 휘발되었을 것이고 남아 있다면 청산 냄새가 났을 것이다. 노출 후 오래 견뎠으며, 부검 혈액에서 높지는 않지만, 청산 중독사로 판정할 만큼의 청산이 검출되고 무취에 중성의 액체라면 가장 높은 가능성은 청산착화합물이다. 후배에게 생수병 액체에서 중금속 확인시험을 해보되 금과 은을 중심으로 해보라고 했다. 복합적이겠지만, 금이나 은 중독을 동반했을 것이니 확인된 금속도 혈액에서 함량을 해보도록 했다. 후배 연거푸 질문을 해댄다. 청산 중독인데 금과 은이라니요?, 금과 은이 중금속이에요?, 금이나 은도 독이 있어요? 좋은 질문인데, 질문은 한 번에 하나씩!. 첫 번째 질문 청산 중독인데 갑자기 금과 은인 이유는 유류품이 액성이 중성인데 청산이 함유되어 있고, 환자는 청산칼륨이나 청산나트륨 중독환자라면 수십 분 안에 상황이 나빠지거나 대부분 사망했겠지만, 노출 후 최소 6시간 후에 사망했으니 일반적인 청산칼륨이나 청산나트륨은 아니다. 이렇게 늦게 청산 중독이 나타나는 경우는 아세토나이트릴(ACN)을 마신 경우이거나 청산 착화합물 가능성이 높은데, 유류품이 아세토나이트릴이 아닐뿐더러, 수십 분 이내에 중추신경계 억제를 보였을 것이나 그러지 않았다. 그러니 청산착화합물 가능성이 가장 높다. 청산착화합물은 여러 종류가 있으니 가장 접근성이 높은 것은 금과 은이니 금과 은을 중심으로 살펴보라한 것이다. 일을 줄이고 싶으면, 금이나 은을 확인할 수 있는 확인시험법이 있으니 찾아서 해보라 했다. 금 착화합물이었고 물에 녹아 있는 것은 KAu(CN)(Potassium cyanoaurate, potassium gold cyanide)였다. 이 변사 건은 청산과 금 복합 중독사로 판정되었다. 후배에게 중금속의 정의를 다시 살펴볼 것이며, 이온화된 금속은 독성을 나타내는 기전에 차이가 있고, 독성 정도의 차이가 있을 뿐 모두 독성을 가지고 있다고 말해주었다. 수은이든 금이든 이온화되지 않은 상태로 있을 때는 위험하지 않다. 수은이 위험한 것은 금보다 불안정하여 반응성이 크고 쉽게 이온화되어, 자연계에 이온 형태로 존재할 가능성이 크며, 심지어 유기물과도 결합하여 흡수가 잘되기 때문이다. 또 정도의 차이가 있지만, 중금속 대부분은 축적되는 경향을 보여 독성이 크고, 주변에 흔한 것들 중심으로 유해성을 보기 때문에 평소에 다른 중금속 이온에 관심을 덜 둔 탓이리라. 특히 산업화가 진행되면서 토양과 대기에 금속이온 농도가 높아져 문제가 된다. 대부분 금속이온은 강산에 잘 녹는 특성이 있어 공장지대뿐만 아니라, 광산이 개발된 지역의 토양과 지하수에 중금속 함량이 높은 경우가 많다.

국립 수의과학검역원에 평소 연락하고 지내는 수의사이자 병리학자이신 선생님으로부터 연락이 왔다. 양을 키우는 목장에서 조직학적 병변과 증상이 구리 중독이 의심된단다. 양과 같은 반추동물이 사람에 비해 구리 중독에 취약해 적은 노출에도 질환이 발생할 수 있다고 교과서에서 한 두 문장 정도로 본 적은 있지만, 실제로 경험해 본 적은 없다. 혈액 검사 결과 구리 중독이 확인되었다. 구리 중독의 원인을 알아내고 사람에게 문제가 될 수 있는지 평가하는 일이 남았다. 매년 같은 장소에서 양을 키웠고, 급수는 수돗물을 사용하고, 같은 목초지에 풀을 먹였고 시설을 바꾸지도 않았다고 했다. 다만, 가뭄이 오랫동안 지속되어 지하수로 목초지에 물을 자주 주었다고 했다. 물이나 토양에서 구리 분석이 가능한 기관을 통해, 목초와 토양에 구리 함량을 조사하고 목장 주변에 일제 강점기에 광산으로 개발된 곳이 여러 곳 있으니 지하수에서 구리 검사를 해보기를 권했다. 갈수기로 인해 지하수 수량이 줄면서 농도가 높아졌을 수도 있고, 지속해서 지하수를 뿌려 목초와 토양에 구리 함량이 높아진 상태의 목초를 양이 먹어서 생겼을 수 있기 때문이다.

우리나라 사람 부검의 대부분은 사후 강직 후 부검이 이루어져 조직학적 병변의 관찰에 불리하다. 이 와달리 동물 부검은 사망 직후에 진행할 수 있어 사후 강직으로 인한 조직 변화가 적어 보다 생생한 병리학적 소견을 얻을 수 있는 장점이 있다. 이 정보는 중독원인 물질 추정과 관련성 파악에 도움이 되는 경우가 많다. 법독성학 측면에서 동물에 대한 범죄가 사람에 대한 범죄로 전이되는 경우가 있으니 동물 범죄 단계에서 차단할 수 있고, 독성학적 측면에서 반려동물의 의도되지 않은 중독을 알게 되면, 사람의 중독을 예방할 수 있으니 사회에 필요한 일 중 하다. 가습기 살균제로 인해 반려동물도 많이 희생되었으며, 그 동물들을 부검했더라면 원인을 빨리 알아 피해를 줄일 수 있지 않았을까 하는 생각이 있던 터라 수의병리학 분야와 협업할 수 있게 된 것은 큰 행운으로 느껴졌다.

금속이온 중 수은, 카드뮴, 납 정도만이 인체에서 활용되지 않고(엄밀히, 활용이 입증되지 않았다), 환경오염으로 인한 사고로 인해 유해중금속을 말할 때 빠지지 않는다. 인체에서 활용되는 금속도, 문제를 일으킬 수 있다. 활용되지 않는 중금속은 노출을 줄이면 되지만, 활용하는 금속은 적어도 문제 많아도 문제를 일으킨다. 중금속이 문제를 일으키는 주요 원인 중 하나는 조효소로서 기능을 하는 다른 금속을 대체해 기능하지 못하는 단백질을 만들기 때문에 나타난다. 칼슘 대신 뼈에 축적되거나, 조효소로 작용하여 배설이 잘 일어나지 않게 되어 축적되는 경향이 있다. 특히, 수은은 생체 내에서 메틸수은 등 유기 수은으로 만들어져, 상위 포식자에 축적된다. 참치와 같은 지방 비율이 높고 상위 포식자에 해당하는 어류는 수은 함량이 높을 가능성이 높다. 실제로 참치를 잡는 원양어업 종사자가 주식으로 참치를 먹고 중독된 사례도 있다. 수은의 이런 위험성으로 인해 건전지에서 수은의 사용이 금지되었다. 그러나, 건전지는 방식에 따라 여러 금속이온을 포함하고 있어 분리수거해 적절한 처리를 통해 폐기되어야 한다.

일반적으로 5대 유해 중금속에 포함되는 비소는 엄밀히 금속이 아니라 metalloid(준금속)이다. 무기물로 철, 구리, 아연 등의 금속에 함유되어 있으며, 무기염 형태로 arsentae(As5+)와 arsenite(As+3) 존재한다. 산업용으로 살충제, 반도체 등에 사용되어, 오염으로 문제를 일으키기도 한다, 방글라데시 등 몇몇 국가에서는 토양에 비소 함량이 높아 수자원이 오염되어 많은 문제를 일으키고 있다. 이들 무기 이온에 대한 과도한 노출은 당뇨, 심혈관질환, 암 발병과 같은 문제를 일으킨다. 비소는 금속과 달리 수소화합물이나 미생물이나 생체 대사로 메칠화 된 비소의 형태로 존재할 수 있다. 우리나라에서는 아연 제련소에서 제련과정이나 폐기물 처리 과정에서 발생하는 비화수소(ASH3)로 인한 중독사고가 간간이 발생하는데 적혈구의 산화환원 능력을 떨어뜨려 발생하는 수 시간 내 적혈구 용혈이 발생하며, 이로 인해 사망에 이르기도 한다.

자연계에 존재하는 이온 형태의 물질은 생명 활동에 여러모로 활용된다. 이온성 물질은 전기적으로 중성을 이루어 존재하므로 당량으로 존재하는데, 양이온의 작용이 훨씬 다양하고 폭넓다. 대부분의 금속 이온들은 생체 내에서 조효소로 작용하며, 많은 중금속 일부는 필수이온의 역할을 교란하여 독성을 나타낸다. 필수로 사용되는 금속이온이라도 양에 따라 독성을 나타내며 섭취량에 따라 사망에 이를 수도 있다. 알루미늄을 주성분으로 하는 백반을 다량 섭취하여 알루미늄 중독사 경우나, 두부를 응결시킬 때 사용하는 간수를 섭취하여 마그네슘 중독으로 사망한 사례들도 있다.

금속이온의 독성이 수은, 납, 카드뮴, 비소와 같은 유해 중금속이 독성이 큰 것으로 생각하기 쉽지만, 이들보다 적은 양으로 급성독성을 나타내는 양이온도 많다. 대표적으로 셀레늄과 바륨이 있다. 셀레늄은 많은 종류의 셀레늄 결합 단백질이 발견되었으며, 기능이 많이 밝혀져 있지는 않지만, 강력한 항산화 기능이 확인되었고, 부족할 때 면역 약화, 갑상선 이상, 심장 기능 약화하여 울혈성 심근 병증인 케산 병의 원인이 알려져 있다. 그러나, 토끼에 대한 경구투여 급성독성 반수치사량이 2.24 mg/kg으로 과다 노출 시 급성독성으로 인해 사망에 이를 수 있다. 바륨은 기전이 명확하지 않으나 칼륨 작용과 관련 있는 것으로 알려져 있으며 이온화하지 않는 황산바륨은 조형제로 사용하지만, 이온화된 바륨은 저칼륨 혈증, 심전도 이상을 일으키며 토끼에 대한 경구투여 급성독성반수치사량(투여 군의 절반이 죽을 수 있는 양)이 19.2 mg/kg으로 알려져 있다. 수은의 경우 토끼에 대한 급성독성반수치사량은 25.9 mg/kg이다. 그러함에도 불구하고 수은, 납, 카드뮴 등에 더 관심을 가지는 것은 이들 금속이 환경오염 등으로 흔하고 축적성이 커 만성적으로 위험하나, 셀레늄이나 바륨은 쉽게 배설되고, 자연계에 그 비율이 높지 않아 관심을 덜 가지는 것이다.

때로 허용기준치의 수십 배에 해당하는 중금속이 검출되었다며 언론에서 크게 다뤄지는 경우가 종종 있다. 식품 중에 중금속에 대한 허용량은 국민의 식품별 섭취량과 각 식품의 중금속 함량의 범위를 고려하여 노출량을 평가하고 평생 노출되어도 건강에 이상을 일으키지 않을 이론값의 1/100로 정해진 값이다. 따라서 가끔 등장하는 특정 식품에서 허용기준치의 몇 배의 중금속이 검출되었다고 해서 크게 걱정할 필요는 없다. 다만 국가에서는 그 원인을 파악하고 위험도를 평가하고 재발하지 않도록 제도를 정비하거나 피할 수 없다면 섭취량을 줄이도록 권고해야 한다. 언젠가 낙지 머리에서 허용기준치의 10배에 달하는 중금속이 검출되었다고 보도되며 낙지 가격이 폭락하고 낙지를 주로 하는 식당이 어려움을 겪은 적이 있다. 그때 값싸게 낙지를 먹을 기회이니 개인적으로는 나쁘지 않았지만, 과도한 반응 씁쓸하다. 이렇게 독성학적인 위험은 때로 과소 평가되고 때로는 터무니없이 과대 평가되어 바람직하지 못한 방향으로 흘러간다. 과소평가도 문제지만 과대평가도 문제를 만들기는 마찬가지다. 인간을 포함한 생명체는 금속이온 없이 살 수 없고, 필요하지 않은 금속이온이라도 노출 없이 살아갈 수 없다. 산업화로 인한 환경오염이 여러 문제를 일으켜왔고 잠재적 위험 있어, 위해성이나 위험의 정도에 대한 올바른 이해와 과학이 가지는 불완전성과 분명한 한계점이 있을지라도 과학적 사실에 기반한 의사결정과 그 결정을 존중하는 성숙한 시민의식이 필요하다. 독성자료의 일정 부분을 확대해석해 불안을 조장하거나, 분명한 경고를 과소 평가되지 않도록 독성학이 제대로 된 역할을 할 수 있도록 독성학자를 양성하고 활용하여야 한다. 아직 우리나라에 독성학에 대한 관심도 독성학자도 턱없이 부족하다.

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