셀레늄

3. 동위 원소

자연에는 셀레늄 동위 원소가 모두 6가지가 존재하나, 이 중 안정한 것은 5가지(⁷⁴Se, ⁷⁶Se, ⁷⁷Se, ⁷⁸Se, ⁸⁰Se)이다. 이 중 ⁷⁷Se, ⁷⁸Se, ⁸⁰Se는 반감기가 32만 7000년인 ⁷⁹Se와 함께 핵분열의 부산물로 생성되기도 한다. 자연에 존재하는 다른 방사성 동위 원소인 ⁸²Se는 반감기 10²⁰년을 거쳐 ⁸²Kr로 붕괴하는데 반감기가 워낙 길다 보니 어떤 경우 안정한 동위 원소로 분류되기도 한다. 이외에 불안정한 셀레늄의 방사성 동위 원소 23가지가 알려져 있다.

셀레늄은 자연적으로 발생하는 7가지 동위원소를 갖는다. 이 중 5가지 (⁷⁴Se, ⁷⁶Se, ⁷⁷Se, ⁷⁸Se, ⁸⁰Se)는 안정적이며, ⁸⁰Se가 가장 풍부하다 (자연 존재비 49.6%). 또한, 자연적으로 발생하는 장수명 원시 방사성핵종 ⁸²Se는 반감기가 8.76×10¹⁹년이다.^[14] 비원시 방사성 동위원소인 ⁷⁹Se는 우라늄 광석에서 핵분열 생성물로 미량 발견된다. 셀레늄은 또한 ⁶⁴Se에서 ⁹⁵Se까지 다수의 불안정한 인공 동위원소를 갖는다. 가장 안정적인 것은 반감기가 119.78일인 ⁷⁵Se와 반감기가 8.4일인 ⁷²Se이다.^[15] 안정적인 동위원소보다 가벼운 동위원소는 주로 양전자 방출을 통해 비소의 동위원소로 붕괴되고, 안정적인 동위원소보다 무거운 동위원소는 베타 붕괴를 통해 브롬의 동위원소로 붕괴된다. 가장 무거운 알려진 동위원소에서는 약간의 중성자 방출 가지가 있다.

4. 역사

5. 존재 및 생산

6. 용도

셀레늄은 반도체성, 광전도성을 가지고 있어 복사기의 감광 드럼에 사용된다. 또한 정류기에 사용되거나, 광기전 효과를 이용하여 카메라의 조도계나 유리의 착색^[161], 탈색에 사용된다.

2010년 기준으로 셀레늄 소비량은 야금(30%), 유리 제조(30%), 농업(10%), 화학 및 안료(10%), 전자(10%)로 분류되었다.^[61]

6. 1. 망간 전해

6. 2. 유리 제조

6. 3. 합금

6. 4. 리튬-셀레늄 전지

6. 5. 태양 전지

6. 6. 광전도체

6. 7. 정류기

6. 8. 기타 용도

7. 생물학적 역할

셀레늄은 과거에는 독성 물질로만 여겨졌으나, 세균, 포유류, 조류에게 필수적인 미량 영양소이다. 현재까지 20여 종의 셀레늄 단백질이 발견되면서 우리 몸에 중요한 영양소로 자리 잡았다.^[176] 셀레늄은 생물학적으로 주로 셀레노시스테인 형태로 나타나는데, 이는 21번째 아미노산으로 간주된다. 셀레노시스테인은 시스테인과 유사하지만, 황 대신 셀레늄이 포함되어 있다.

셀레늄 단백질은 모든 생명체, 특히 진핵생물에서 발견되며, 신체 내부 셀레늄의 대부분은 단백질에서 발견된다. 셀레늄 부족으로 인한 건강 문제는 특정 셀레늄 단백질 결핍 때문이며, 이는 세포의 셀레늄 단백질 합성 능력 상실로 이어진다. 셀레늄은 비타민 E보다 2,940배나 높은 노화 방지 효과가 있으며, 뇌세포 보호, 갑상선 기능 활성화, 염증 억제, 남성 불임 예방 등의 생리적 기능이 있다. 또한, 세균성 질병, 불임, 성기능, 아토피, 여드름, 에이즈 등의 예방 및 치료 효과도 보고되고 있다.

셀레늄은 글루타티온 과산화효소와 같은 항산화제 효소의 보조인자로 작용하여 활성산소로부터 생체를 보호한다. 갑상선과 갑상선 호르몬을 사용하는 세포는 셀레늄을 필요로 하며, 이는 갑상선 호르몬 활성화 및 비활성화에 관여하는 탈요오드화효소의 보조인자 역할을 한다.^[109]

식이 셀레늄 섭취를 늘리면 수은 독성 영향을 줄일 수 있지만, 저용량 또는 중간 용량의 수은에만 효과적이다.^[113] 수은 독성은 뇌와 내분비 조직의 산화적 손상을 유발하는 셀레노효소를 억제하는데, 셀레늄이 이를 예방하고 회복하는 데 도움을 준다.^[114][115]

셀레늄은 셀레노시스테인 형태로 단백질에 결합하여 셀레노프로테인으로 작용한다. 셀레노프로테인에는 글루타티온 퍼옥시다아제, 티오레독신 환원효소, 테트라요오드티로닌-5'-탈요오드화 효소, 셀레노프로테인 P 등이 있다.

셀레늄은 결핍량과 중독량 사이의 적정 섭취량이 매우 좁다. 과잉 섭취 시 메스꺼움, 구토, 설사 등의 증상이 나타날 수 있으며, 결핍증은 빈혈, 고혈압, 정자 감소, 암, 관절염 등을 유발할 수 있다. 하지만, 인간에게서는 셀레늄 단독 결핍만으로 이러한 증상이 나타나지는 않으며, 비타민 E 등 다른 영양소와의 결핍이 복합적으로 작용하여 나타난다.

셀레늄은 고기나 채소 등 일상적인 식품에 포함되어 있지만, 식품 속 셀레늄 함량은 토양의 셀레늄 함량에 따라 달라진다. 중국 흑룡강성 극산현은 셀레늄 함량이 낮은 토양으로, 주민들에게 울혈성 심부전을 특징으로 하는 극산병이 발생했다. 셀레늄 보충으로 증상이 개선되어 셀레늄의 중요성이 확인되었다.

혈중 셀레늄 농도 저하는 전립선암의 위험 요인으로 알려져 있으며, 셀레늄 보충이 전립선암 위험을 감소시킨다는 보고도 있다. 그러나 과다 섭취는 오히려 피부암 위험을 높일 수 있다.

7. 1. 생물학에서의 진화

7. 2. 독성

7. 3. 결핍

7. 4. 영양 공급원

8. 건강 영향

셀레늄은 1975년 인간에게 필수 영양소로 인정되었으며, 인체에는 체중 1kg당 약 0.17mg이 포함되어 있다.^[169] 셀레늄을 과다 섭취하면 피부염, 탈모, 손톱 변형 및 탈락, 안면 창백, 말초 신경 장애, 설태, 우울증, 위장 장애, 마늘 냄새 나는 호흡, 운동 실조, 호흡 곤란, 신경 증상, 설사, 피로감, 초조감, 심근 경색, 신부전 등 건강에 악영향을 미칠 수 있다.^[172][173] 실제로 셀레늄 함량이 과다한 다이어트 식품을 섭취하여 건강 피해를 입은 사례도 보고되었다.

8. 1. 일반적인 건강 영향

8. 2. 섭취량

8. 3. 관련 법규 (일본)

• 소방법(저장 등의 신고를 요하는 물질)
• 독극물 및 맹독물 관리법(독극물)
• 의약품·의료기기 등의 품질, 유효성 및 안전성의 확보 등에 관한 법률(약사법)
• 근로기준법(직업병 유발 화학물질)
• 산업안전보건법
• 환경기본법(수질오염, 토양오염)
• 하수도법(수질기준: 0.1mgSe/L)
• 수질오염방지법(배출기준: 0.1mgSe/L)
• 특정화학물질의 환경에의 배출량의 파악 등 및 관리의 개선의 촉진에 관한 법률(화학물질 배출량 파악 관리 촉진법, 제1종 지정 화학물질(셀레늄 및 그 화합물))

9. 환경 오염

셀레늄 오염은 농업 유출수 및 산업 공정과 같은 인위적 요인에 의해 발생하며, 일부 수생 시스템에 영향을 미칠 수 있다.^[92] 셀레늄으로 인한 수계 오염은 새로운 농업 유출수가 건조한 땅을 통해 흐를 때 발생할 수 있는데, 이 과정에서 자연적으로 용해되는 셀레늄 화합물(셀렌산염 등)이 물에 용출되어 물이 증발함에 따라 습지에 농축될 수 있다. 수로의 셀레늄 오염은 석탄 연소 잔재, 광산 및 제련, 원유 처리 및 매립지에서 셀레늄이 용출될 때도 발생한다.^[95]

수로에서 셀레늄 수치가 높으면 습지 조류^[96] 및 어류^[97]를 포함한 난생 종에서 선천적 장애가 발생하는 것으로 나타났다. 식이 메틸수은 수치가 높으면 난생 종에서 셀레늄 독성의 피해를 증폭시킬 수 있다.^[98][99]

셀레늄은 생물축적되어 수생 서식지에서 주변 물보다 생물체 내 농도가 더 높아진다. 유기 셀레늄 화합물은 물 농도가 0.5μg/L~0.8μg/L 범위일 때 동물성 플랑크톤에 의해 20만 배 이상 농축될 수 있다. 무기 셀레늄은 동물성 플랑크톤보다 식물성 플랑크톤에서 더 쉽게 생물축적된다. 식물성 플랑크톤은 무기 셀레늄을 3000배까지 농축할 수 있다. 포식자가 셀레늄이 풍부한 먹이를 섭취함에 따라 먹이 사슬을 따라 생물축적을 통한 추가적인 농축이 발생한다. 민감한 어류 및 수생 조류에 매우 위험한 것으로 간주되는 물 농도는 2μg/L로 권장된다. 셀레늄 중독은 알을 통해 부모로부터 자손에게 전달될 수 있으며, 여러 세대에 걸쳐 지속될 수 있다. 청둥오리의 번식은 7μg/L의 식이 농도에서 손상된다. 많은 저서성 무척추동물은 식단에서 최대 300μg/L의 셀레늄 농도를 견딜 수 있다.^[100]

수생 환경에서 셀레늄의 생물축적은 영향을 받는 지역의 종에 따라 어류 폐사를 야기한다. 그러나 이러한 사건에서 살아남고 증가된 셀레늄을 견딜 수 있는 몇몇 종이 있다. 계절이 어류에 대한 셀레늄의 유해한 영향에 영향을 미칠 수 있다는 주장도 있다.^[101] 조직 내 셀레늄 농도가 높은 어류에서는 상당한 생리적 변화가 발생할 수 있다. 셀레늄의 영향을 받는 어류는 아가미 섬유의 부종을 경험할 수 있으며, 이는 아가미를 통한 산소 확산과 아가미 내 혈류를 방해한다. 셀레늄이 헤모글로빈에 결합하기 때문에 호흡 능력이 더욱 감소한다. 다른 문제로는 간 조직의 퇴행, 심장 주변의 부종, 난소의 손상된 난포, 백내장, 그리고 체강과 머리에 체액이 축적되는 것이 있다. 셀레늄은 종종 먹이를 먹거나 호흡하는 데 문제가 있는 기형 어류 배아를 유발하며, 지느러미나 척추의 변형도 흔하다. 성어는 생존 가능한 자손을 생산할 수 없음에도 불구하고 건강해 보일 수 있다.

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