독에 대해 연구하지 않는 독성학(7)
맹독이지만 흔한 청산
7, 80년대 간식거리가 없는 시골에서 겨울이 끝나고 매화가 피기 시작하고, 살구꽃 벚꽃이 필 무렵이면 겨울 식량이 바닥 나는 본격적인 보릿고개가 시작된다. 보리 수확으로 먹을거리가 어느 정도 해결될 무렵 아무렇게나 야산에서 열리는 살구는 좋은 간식거리다. 그렇지만 돌보는 사람 없고, 산에 인접한 탓에 늘 벌레가 먹기 일쑤이고 잘 키워진 살구처럼 실하지도 않다. 어느 날 멀리 있는 발치에 탐스럽게 잘 익어 보이는 살구를 발견하고 한달음에 달려갔다. 살구는 벌레도 먹지 않은 살구를 몇 개 따 입에 넣었다.
너무나도 시다. 몇 개를 더 먹어 보았지만 모두 너무 시었다. 얼마 후 약간의 복통을 느꼈다. 후배가 예쁜 병에 담가 건네주는 황매실주를 보며 잊고 있던 어린 시절의 기억이 떠올랐다. 매실은 청매실만 보았는데 황매실이 있다며 특이해 술을 담갔다고 했다. 청매실 황매실이 따로 있는 것은 아니고 살구가 익으면 노랗게 되듯 매실도 익으면 노랗게 되는 거라 말해주었다. 둘은 같은 Prunus속(벚꽃나무속) 식물로 복숭아, 자두, 체리, 벚꽃 등 친근한 식물이 포함되어 있다. 매화, 살구, 벚꽃, 복숭아꽃, 자두꽃 순으로 꽃을 피우며, 우리나라 봄꽃 향연의 단연 주인공이다. 이들 중 매실과 살구는 아주 가까운 종이지만, 살구는 익으면 단맛이 나는 반면 매실은 신맛이 강해 과일로는 적합하지 않다. 대부분의 Prunus속 식물은 씨앗에 독성물질을 가지고 있어 곤충으로부터 씨상을 보호한다. 덜 익은 과육은 유기산 등으로 강한 신맛을 내어 곤충으로부터 보호하지만, 성숙하게 되면 단맛을 내어 이들을 새나 동물의 먹이로 제공해 씨앗을 멀리 이동시키는 수단으로 활용하는데 매실은 독특하게 익어도 강한 신맛을 가져 벌레가 잘 끼지 않는다. 둘은 아주 닮아 있지만, 번식의 마지막 단계에서 극단적으로 다른 선택을 한 듯하다. 살구는 과육을 먹이로 내어주며 멀리 퍼트리지만, 매실은 신맛과 독성물질을 유지해 과육을 씨앗이 사용할 양분으로 사용한다.
후배가 매실청이 들어왔는데 청산이 검출되었다며 어떻게 해야 할지를 묻는다. 매실에는 청산배당체(청산과 당이 결합한 형태)의 일종인 아미그달린이 들어있다. 이 청산배당체가 발효과정에서 분해되어 청산이 만들어질 수 있다. 청산이 검출되었다는 것만으로 누군가 매실청에 청산을 넣었다고 볼 수는 없다. 또한, 매실청이 발효를 계속하면서 생기는 유기산으로 인해 매실청이 산성으로 바뀌면 청산은 휘발하게 되어 발효 시간에 따라 거의 검출되지 않을 수 있다. 함량을 해보도록 하고 그 결과에 따라 판단하기로 했다. 매실청의 청산 농도는 약 8 ug/mL였다. 보통 청산가리로 불리는 청산칼륨의 추정 치사량은 100mg으로 청산 이온으로 환산하면 약 40mg이다. 건강한 성인이 추정치사량을 먹으려면 매실청 약 5L를 짧은 시간 안에 마셔야 한다. 매실청은 매실에서 유래한 청산을 함유할 수 있어 검출될 수 있어, 외부 혼입 여부는 판단이 불가하나 일상적인 섭취로 직접적으로 생명에 영향을 줄 수 있는 농도는 아니지만, 복용량, 건강 상태 등에 따라서 피로감, 현기증, 두통 등을 나타낼 수 있을 것으로 판단하였다.
청산배당체는 매실뿐만 아니라 다른 Prunus(벚꽃과) 식물인 매실, 살구, 복숭아, 자두, 아몬드를 비롯해 인과류인 사과, 배 등 많은 종류의 씨앗에는 청산배당체가 들어있다. 은행에도 청산 배당체가 들어있어 은행을 많이 먹지 않도록 권고하고 있으며, 특히, 영유아에서는 중독 증상을 일으켰다는 보고도 있다. 다만, 은행을 잘 익히면, 익히는 과정에서 청산배당체가 분해되어 대부분이 청산(HCN) 형태로 대기 중으로 사라져 보다 안전하게 먹을 수 있다. 매실은 다른 과일과 달리 과육에도 함유되어 있어 벌레가 끼지 않는다. 우리나라에서는 잘 알려지지 않았지만, 쌀, 옥수수 다음의 탄수화물 공급원이자 열대 지방의 구황작물인 Casava는 청산배당체를 함유하고 있어 섭취에 유의하여야 한다. Casava를 섭취하는 대부분의 문화권은 이들을 어떻게 처리하여야 하는지 잘 알고 있지만, 때때로 처리 방식이 지켜지지 않을 때 Casava 섭취로 인한 중독이 발생한다.
청산배당체는 식물이 해충이나 포식자로부터 자신을 보호하는 데 중요한 역할을 한다. 식물의 이러한 보호 작용에 대응하기 위해 동물은 청산 노출로부터 자신을 보호하기 위한 나름의 시스템을 가지고 있다. 세균에서부터 포유류에 이르기까지 청산을 덜 독한 물질로 변환하는 Rhodnase라는 효소를 가지고 있다. 육식동물보다 초식동물에서 더 발달해 있다. 장의 융모 세포부터 간세포, 신장 세포 등 다양한 세포에 존재하며, 적혈구에도 많이 존재하는 것으로 알려져 있다. Rhodanse는 황전이 효소로 그 기능이 모두 알려져 있지는 않지만, 청산이온과 thiosulfate(S2O3-2)를 반응시켜 청산보다 독성이 약한 치오시아네이트(SCN-)로 대사 하는 것으로 알려져 있다. 치오설페이트는 청산중독의 주요 해독제 중 하나이다. 이처럼 직접 청산을 제거하는 기전 중하나는 비타민 B12의 한 형태인 하이드록시코발라민이 있다. 하이드록시 코발라민은 시아노코발라민으로 전환되며 청산을 제거한다. 식물을 통해서 뿐만 아니라 대기를 통해 청산가스(HCN) 형태로 흡수될 수 있기 때문에 폐도 주요 해독 기관이다. 특히 청산의 주요 수용체를 가진 미토콘드리아도 Rhodanase를 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 대기로부터 청산의 노출은 일상적인 환경에서 높지 않지만, 담배 연기에도 포함되어 있다. 담배 가 청산을 만든 것이 아니라 질소 함량이 높은 담배가 타면서 청산 가스가 만들어진다. 이런 현상은 화재 현장에서 발견된 사체에서도 종종 나타난다. 목재로 구성된 화재에서는 나타나지 않지만, 화재 현장에 질소를 많이 함유하는 플라스틱이 있는 경우, 혈액에서 청산이 검출되기도 한다. 이러한 경우 위내용물에서 청산 검출 여부와 일산화탄소 농도가 중요 판단 근거가 된다. 만약 청산으로 독살한 후 이를 화재사로 보이게 하기 위해 불을 냈다면, 이미 사망하여 호흡이 없으므로 혈중 이산화탄소는 유의미하게 검출되지 않으며, 혈액보다 높은 농도의 청산이 위내용물에 존재할 가능성이 높다. 반대로 화재로 인한 연기에 포함된 청산에 의해 청산이 검출된 것이라면 혈액 중 일산화탄소도 유의미하게 검출되어야 하며, 위내용물에서는 청산이 검출되지 않아야 한다. 실제 한 아버지가 보험금을 노리고 일가족을 청산으로 살해한 후 이를 은폐하기 위해 불을 내고 화재사로 위장하려 했던 사건이 있었다. 이 사건에서 가족들의 위내용물에서는 청산이 검출되지 않았으며, 혈액에서만 검출되었고, 혈액 중에 일산화탄소가 검출되지 않아 청산 중독사로 판정하였다.
청산은 흔한 균 중 하나인 녹농균(Psuedomonas aeruginosa)과 같은 흔한 미생물에 의해서 만들어진다. 이러한 청산을 만드는 균에 의해 부패가 일어나면 혈액에서 청산이 검출될 수 있어 법과학적 감정에서 유의하여야 한다. 식물, 미생물뿐만 아니라, 동물세포도 청산을 만든다. 심지어 우리 몸의 세포도 청산을 만드는데, 백혈구는 식세포 작용 후 세균을 죽이기 위해 청산을 만든다.
청산은 인체에 대한 추정 치사량은 약 100mg(청산칼륨으로)으로 청산이온으로는 40mg, 70Kg 성인 기준으로 환산하면 0.57mg/kg인 맹독성 물질에 속하지만, 우리 주변에 흔한 물질 중 하나이다. 어떤 물질의 위험성을 말할 때, 독성과 축적성, 지속성(발암성) 등이 함께 고려되는데 청산은 독성은 크지만, 축적성과 지속성은 낮다. 또한, 일상생활에서의 노출 수준은 생체 방어기전을 통해 별다른 위협이 되지 않는다.
청산염(청산칼륨이나 청산 나트륨)을 섭취하게 되면, 일차적으로 다른 수산화나트륨(일명 양잿물)과 같은 강알칼리 특성으로 인해 점막에 부식독을 일으킨다. 음독량에 따라 발적이나 부종 또는 출혈이 생길 수 있기 기도 하지만 소량 음독 시에는 잘 관찰되지 않고 심지어 위내용물이 약간 산성인 상태인 경우도 있다. 이와 동시에 위산에 의해 중화가 일어나며 HCN gas가 생기고 위점막이나 트림을 통해 나오면서 기도로 들어가 흡수되며, 수분~수십 분 내 사망에 이른다. 흡수된 청산의 일부는 Rhdanase에 의해 빠르게 대사 되지만, 대사능을 초과하게 되면 문제를 일으킨다. 청산이온은 Heme 구조에 결합할 수 있어 적혈구의 헤모글로빈과도 결합할 수 있다. 결합력이 크지 않고 영향을 줄 만큼 농도가 높아지기 전에 사망하게 된다. 이와 달리 일산화탄소의 경우 헤모글로빈에 결합력이 커 산소운반에 영향을 주게 되며 일정농도가 되면 산소 공급이 되지 않아 사망에 이를 수 있다. 청산이온이 나타내는 가장 큰 독성은 미토콘드리아 산소 전달계의 5개 복합체 중 4번째 복합체의 cytochrome c oxidase에 산소 대산 결합해 발생한다. 일산화탄소는 혈액독으로 청산은 효소독으로 분류하기도 하는데 이는 적혈구의 헤모글로빈에 결합력이 켜 산소대산 결합하여 산소운반능력을 떨여 뜨려 문제를 일으키는 일산화탄소는 혈액독으로 분류하지만, 청산은 cytochrome c oxidase의 Heme 구조에 산소보다 약 400배 결합력이 커서 세포 내 호흡을 억제하하기 때문이다. 몸 안에는 대략 60조 개의 세포가 있고 세포 안에는 미토콘드리아가 1개에서 2000개까지 있고(물론 적혈구에는 미토콘드리아가 없다. 적혈구는 핵도 없어서 엄밀히 세포가 아니지만) 그 미토콘드리아에는 수십~수백 개의 cytochrome c oxidase가 존재할 것이라 세포마다 평균 100개의 미토콘드리아가 있고 각 미토콘드리아마다 1000개의 cytochrome c oxidase가 있다고 하면 대략 10>19 개의 cytochrome c oxidase가 존재한다. 청산 추청 치사량의 분자수를 계산해 보면 1.5*10>20개로 모든 cytochrome c oxidase에 산소 결합을 못하도록 해 세포내호흡을 완전히 차단할 수 있는 양이지만, 실제로는 그것이 가능하지 않다. 일부는 흡수되지 않고 가스 상태로 사라지고 일부는 위장에 남아 있으며, 흡수된 것들이라도 일부는 체액에, 일부는 cytochrome c oxidase에 결합하지 않은 상태로 체액에, 일부는 약한 결합이기는 하지만 헤모글로빈에 결합해 있을 것이기 때문에 실제 산소결합이 방해받는 cytochrome c oxidase는 극히 일부일 것이다. 이 생각에 이르자 세포 내 호흡의 극히 일부가 차단되는 것이 어떻게 급격한 사망으로 이어지는지 이해되지 않았다. 시간이 지나 생명유지의 기본은 항상성이라는 것을 깨닫게 되었다. cytochrome c oxidase의 일부가 차단되는 것만으로도 미토콘드리아에 NADH가 축적되면, 세포질에 NADH가 축적되고 이는 TCA cycle을 멈출 뿐만 아니라 일상 에너지 공급의 원천인 해당과정이 멈추는 결과를 초래한다. NADH/NAD+ 비율의 증가는 준비된 비상 계획이 가동되는데 해당과정에서 생성된 pyruvate를 lactae로 전환하며 NADH를 NAD+로 전환하여 해당과정을 지속한다. 과격한 운동은 등으로 인해 이 과정이 일어나면 운동을 멈춤 추거나 속도를 조절하여 과도한 lactate 생성을 방지할 수 있지만, 청산은 이러한 기회를 주지 않고 lactate를 증가시킨다. lactate가 혈액의 완충작용을 넘는 수준이 되면 혈액이 급격히 산성화 된다. 혈액의 산성화는 여러 단백질의 구조적이니 변형을 가져와 급격한 전신 장기 기능 저하를 불러일으킨다. 심장도 예외가 아니라 증상을 느낀 수초 안에 심정지로 사망할 수 있다. 청산중독은 엄밀히 말하면 세포 내 호흡억제로 인한 에너지 부족 때문이 아니라, 세포 내 호흡억제로 인한 에너지 균형이 파괴되어 생긴 체액의 산성화로 인해 나타나는 것이다. 일산화탄소도 Heme구조에 결합력을 가지지만 정상헤모글로빈에 결합하여 산소운반을 저해한다. 혈액의 기능이상을 일으키므로 혈액독으로 분류하지만, 청산은 미토콘드리아 cytochrome c oxiase라는 효소에 결합해 효소독으로 불린다.
혈액의 산성화는 직접적인 장기 손상의 원인이 되며 손상으로 촉발된 자살신호는 혈액의 pH가 정상이 되더라도 한동안 지속된다. 또한, 과도하게 죽은 세포들의 잔해가 신장 사구체를 막아 신장에 문제를 일으킨다. 간혹 병원에서 청산 중독에서 살아나는 경우는 해독제투여나 의료진의 노력도 있겠지만, 가장 큰 요인은 투여량이 작아서 혈액산성화 정도와 시간이 짧거나, 혈액의 산성화를 중화하기 위한 노력으로 손상을 줄인 때문이다.
한 대학원생으로 학교 실험실에 있던 청산을 먹었다. 첫 음독에서 죽지 않자 재차 음독하고 병원에 실려온 케이스로 병원의 적극적인 치료로 생명은 건졌지만 횡문근 융해증으로 투석을 받고, 근육이 망가져 한 달여 걷지 못했으며, 말투가 어눌해지고 지능이 떨어진 것으로 보였다. 과도한 운동으로 인해 피로물질로 불리는 lactate의 축적은 사람을 쉬게 만들고, 쉬지 않고 무리하게 하면 횡문근 융해증을 일으킬 수 있는데, 청산에 의한 lactate의 생성은 NADH/NAD 균형을 맞출 때까지 진행하기 때문에 의지로 멈출 수 없으며, 생존하게 되면 횡문근 융해증을 일으키고 더 심각하게 진행하여 여러 장기의 손상을 일으킬 수 있다. 청산을 음독하고도 이 환자가 살아난 이유는 확인하지는 못했지만, 입자도가 낮은 청산칼륨으로 오랜 보관 기간 동안 뚜껑을 여닫거나 완전 밀폐가 되지 않은 상태에서 보관되어 조해하면서 대부분의 청산이온이 청산으로 휘발되어 사라졌기 때문으로 생각된다.
청산은 맹독성 물질로 분류되고 일정량 이상의 노출에서 치명적인 물질은 맞지만, 자연계에서 보면 이보다 강력한 독성을 가진 물질들은 너무나 많은 것을 고려하면 일반적으로 인식되는 것만큼 강력한 독성 물질은 아니다. 아마도 일제 강점기 금광이 개발되던 시기에 청산칼륨이나 청산 나트륨의 접근이 쉬워 많은 중독사고와 범죄에 이용된 탓이 아닌가 생각된다. 청산은 미생물, 식물들 심지어 몸 안에서도 생성될 만큼 흔하고, 진화과정을 통해 일정 수준의 노출에 적응해 왔기 때문에 일상생활에서의 노출은 문제를 일으키지 않는다. 매실청의 청산이 걱정된다면, 2~3년 충분히 발효시켜, 매실청에 들어있는 청산을 충분히 제거되도록 하여 사용하고 사과나 배의 씨방은 평소처럼 먹지 않고, 은행은 잘 익혀 먹으면 아무 문제를 일으키지 않는다. 연기에 섞여 있을 일산화탄소를 평소에 걱정하지 않듯 식물이나 우리 몸속에서 만들어지는 청산에 대해 걱정할 필요는 없다.
자연에는 청산이 대부분 낮은 농도로 존재해 위험이 낮지만, 산업 현장에서는 많은 양이나 높은 농도로 존재하기 때문에 주의하여야 한다. 크롬 도금 공장의 폐수통을 처리하다가 심각한 대사성 산증을 보이는 환자가 있었다. 청산 중독이었다. 다행히 경구투여가 아니고 청산 가스에 의한 것이고 투석, 혈액의 액성을 조정하기 위한 탄산나트륨 투여 등 적극적 치료로 환자는 무사히 회복되었다. 금광이나 금세공, 금도금에서 청산이 많이 쓰이지만, 일반 도금에서도 사용되는 듯하다. 산업현장에서는 어떤 물질이 사용되는지에 대한 정보를 가지고 각 공정에 어떤 위험이 있는지를 알아 두어야 한다. 중독을 피할 수 있고 중독되어 병원을 방문했을 때 보다 적절한 치료를 받을 수 있기 때문이다. 또한, 강력한 규제에도 불구하고 자살사이트 등 인터넷을 통한 청산의 불법 판매로 인해 청산 중독사나 범죄에의 이용이 사라지지 않고 있어 매년 수십 명의 청산 중독사가 발생하고 있다.
