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 출처 : 생물학연구정보센터(BRIC)

혈액, 간, 신장에서 납/카드뮴에 의한 산화적 스트레스에 대한 이해

저자 서지연 

 
요약문

납과 카드뮴은 중요한 작업재해뿐만 아니라, 현재 중대한 환경보호관심대상 금속이다. 두 금속은 어떠한 생리적 기능이 없음에도 다양한 장기와 조직에서 심각하고 유해한 영향을 미친다. 납과 카드뮴은 비산화환원성 금속(non-redox metal)임에도 불구하고, 이를 설명하는 중요한 독성 기전 가운데 하나는 활성종(reactive species) 혹은 항산화 방어 체계(antioxidant defense system)의 저하로 인하여 유발되는 산화적 스트레스이다. 두 금속에 의한 상호노출이 좀 더 현실적인 시나리오임을 고려할 때, 이러한 두 금속이 동시에 생물체에 존재하는 경우 이것의 산화적 상태에 대한 영향은 독성학에 있어 동시대적 이슈일 것이다. 본 논문은 이러한 금속독성의 중요한 표적인 혈액, 간, 신장에서 납과 카드뮴이 유도하는 산화적 스트레스에 대하여 수행된 장?단기연구에 대하여 다루고, 관찰된 영향의 가능한 분자적 기전을 제안하고 있다. 또한, 이 논문은 납과 카드뮴의 동시처리에 의하여 표적기관에서 나타나는 산화적 상태에 대한 효과와 그들의 가능한 상호작용 기전에 초점을 맞추고 있다.

[ 목차 ]

1. 서론
2. 납
 2.1 혈중 산화적 상태에 대한 영향
 2.2 간에서 산화적 상태에 대한 영향
 2.3 신장에서 산화적 상태에 대한 영향
3. 카드뮴
4. 납과 카드뮴 혼합물-혈중, 간, 신장에서 산화적 상태에 대한 영향
5. 결론 및 미래 전망

? 하이라이트

-납 및 카드뮴에 중독된 혈액, 간, 신장에서 산화적 스트레스의 매개변수 결과를 제시하였다.

-납과 카드뮴은 활성종(reactive species)을 발생시키고 항산화 방어체계(antioxidant defense system)를 저하시킨다.

-납과 카드뮴 혼합물은 길항작용(antagonism) 혹은 공동작용(synergism)을 나타내며 산화적 스트레스를 야기시킨다.

1. 서론

 납(Pb)과 카드뮴(Cd)은 중요한 작업에 사용되는 금속이지만, 유독성 금속이며 주요 환경오염물질이다. 두 금속은 장기와 다양한 생명 체계에 영향을 미칠 수 있으며, 심각한 급성 및 만성 중독을 야기시킬 수 있다. 현재 유렵인의 카드뮴 섭취는 1주 섭취내량(the tolerable weekly intake)에 근접하고 있고, 최근 역학 조사(epidemiological evidence)는 카드뮴에 대한 환경적 노출이 전체 사망률을 증가시키고 있음을 나타낸다. 납의 사용은 응용 및 다양한 분야에서 제한되어왔음에도 불구하고, 20세기에 사용된 납의 양은 이전 해의 총 소비량을 초과하였다. 한편, 카드뮴은 1817년에 발견되었고, 20세기에 작업환경뿐만 아니라 음식, 흡연을 통하여 일반 대중에게도 심각한 중독을 일으킬 수 있는 독성 금속으로 인식되었다. 카드뮴에 의한 중독은 잘 알려진 예이며, 극적 결과로 일본에서 ‘이따이 이따이 병’으로 기록되었다.

납은 중추 및 주변부 신경계(central and peripheral nervous system), 혈구형성계통(hematopoietic system), 심혈관계통(cardiovascular system), 신장 및 생식기계(reproductive system)를 포함하는 다양한 범위의 생리학적, 생화학적, 행동학적 기능장애를 실험동물 및 사람에게서 나타낸다고 알려져 있다. 한편, 카드뮴의 만성 독성의 타겟 기관은 신장(kidney)이며, 이 카드뮴의 반감기는 30년으로 예측된다. 만성적으로 저농도의 카드뮴에 노출된 인구에 대한 연구는 고혈압, 제2형 당뇨병, 암 등 다양한 건강상의 부작용을 보고하고 있다. 현재까지 보고된 바에 따르면, 간, 신장, 폐, 췌장, 뼈, 생식기관, 혈구형성계통, 신경계, 심혈관 계통에서 카드뮴의 부작용을 일으키고, 에스트로겐 활성(estrogenic activity)에 의하여 내분비계 교란 및 갑상선 기능에 부정적인 영향을 나타내었다.

카드뮴과 납 독성은 시험관내, 생체 내, 다양한 분자, 세포 내, 세포간 기전에서 광범위하게 연구되어 왔으며, 이는 두 유독 금속의 독성학적 프로파일을 설명하는데 바탕이 되었다. 납과 카드뮴 노출로 인한 유해성 건강 효과 및 발병은 다인성이지만 그 독성 기전은 완전히 연구되지 않았다. 확인된 납과 카드뮴 독성 기전 가운데 하나는, 설프히드릴기(sulfhydryl (-SH))에 결합함으로써 많은 효소와 설프히드릴기 포함 분자에 영향을 준다는 것이다. 또 다른 것은, 유기체(organism)에서 생체원소(bioelements)와의 상호작용이 직접적 혹은 간접적으로 많은 생리학적, 생화학적 과정에 영향을 준다는 것이다. 최근 연구는 그들의 영향을 괴사(necrosis)와 세포자멸(apoptosis), 유전적 발현과 손상된 DNA 수복 등에 있어서의 영향을 나타낸다. 이러한 기전의 완전한 이해는 아직 이루어지지 않았으며, 이 주제는 여전히 논란의 여지가 있고 불완전하지만 현재까지의 연구는 납과 카드뮴의 중요한 분자 기전으로 산화적 스트레스를 손꼽고 있다.

납 혹은 카드뮴에 노출되면서 발생하는 여러 생물학적 거대분자(macromolecule)의 산화적 손상에 대한 많은 발견은 이것이 비 산화?환원성(non-redox) 금속임에도 불구하고 많은 부작용을 나타내는 산화적 상태의 교란을 유발할 수 있음을 시사한다. 납에 의해 유도된 산화적 스트레스(oxidative stress)의 결과물인 적혈구 막의 지질과산화(lipid peroxidation)는 용혈을 유발하고 납으로 인한 빈혈에 기여한다. 서로 다른 카드뮴 투여량과 노출 경로를 통한 세 가지 동물 종에 대한 연구는 산화적 스트레스를 카드뮴 독성의 중요한 기전 중 하나로 확인하는 결정적인 증거를 제공하는데, 이때 카드뮴에 대한 노출에 있어 간은 급성노출에 대한 표적 기관으로, 신장은 장기간 노출에 대한 표적 기관으로 여겨진다.

납과 카드뮴에 의해 야기되는 자유 라디칼(free radical)에 의한 손상은 서로 독립적이지만 연관된 기전에 의해 나타난다. 첫 번째 기전은 과산화물음이온(superoxide anion; O2-?), 과산화수소(hydrogen peroxide; H2O2), 히드록실라디칼(hydroxyl radical; OH?)과 같은 활성산소종(reactive oxygen species; ROS)과 산화질소(nitric oxide; NO)와 같은 활성질소종(reactive nitrogen species; RNS)의 생성에 관련한다. 반면, 두 번째 기전은 세포 내 항산화제 풀(the cellular antioxidant pool)의 고갈을 통한 것이다. ROS 및 RNS의 증가는 항산화제 풀의 고갈로 이어지고, 동시에 발생하며 서로 관련된다. 마찬가지로 세포 내 항산화제 풀의 고갈은 활성종의 증가를 야기시킨다. 이로써 납과 카드뮴은 비전이금속(non-transition metals)임에도 불구하고 ROS 생성을 유도할 수 있음을 보여준다.

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