카드뮴 중독

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1. 개요

카드뮴 중독은 카드뮴에 노출되어 발생하는 질환으로, 흡연, 환경 오염, 식품 섭취, 직업적 노출 등 다양한 원인으로 발생할 수 있다. 카드뮴은 인체에 축적되어 신장, 뼈, 관절에 손상을 입히고, 심각한 경우 암을 유발할 수 있다. 급성 중독 시에는 구토, 위 세척 등의 치료가 이루어지며, 만성 중독 시에는 킬레이션 요법과 항산화제 투여가 고려될 수 있다. 카드뮴은 극도로 유독한 산업 및 환경 오염 물질로, 국제 암 연구 기구(IARC) 등에서 발암 물질로 분류하고 있다.

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카드뮴 중독
카드뮴 중독
분야	독물학
ICD

2. 노출 원인

카드뮴은 전기도금에 널리 사용되지만, 전기 도금 공정 자체가 과도한 노출을 유발하는 것은 아니다. 카드뮴은 일부 산업용 도료에도 포함되어 있으며, 도료 분사나 긁어내는 작업 시 위험을 초래할 수 있다. 니켈 카드뮴 전지 등 전지 제조에도 카드뮴이 사용된다.

1960년대 초반 노리치에서 실시된 카드뮴 살포 실험에 관한 문서에 대해, 최근 영국 정부가 기밀 지정을 해제한 사실이 BBC의 뉴스에서 보도되었다.

2. 1. 흡연

흡연은 카드뮴 노출의 주요 원인이다. 흡연으로 인한 소량의 카드뮴조차도 인체에 매우 유독한데, 이는 폐가 위보다 카드뮴을 더 효율적으로 흡수하기 때문이다.^[4] 카드뮴은 전자담배(EC) 에어로졸로 배출되지만, 현재 사용 가능한 데이터에 따르면 계산된 평생 암 위험(LCR)은 허용 가능한 위험 한계를 초과하지 않는다.^[5]^[6]

2. 2. 환경 오염

산업 지역에서는 수질 오염, 대기 오염, 토양 오염을 통해 카드뮴 수치가 축적되고 있다. 환경적 카드뮴 노출은 카드뮴으로 오염된 관개수로 재배된 쌀을 섭취한 일본에서 특히 문제가 되었으며, 이타이이타이병으로 알려져 있다.^[7]

유해 폐기물 처리장이나 카드뮴을 대기 중으로 배출하는 공장 근처에 거주하는 사람들은 대기 중 카드뮴에 노출될 가능성이 있다. 그러나 미국 등에서는 폐기물 처리장 및 소각로에서 대기 중으로 방출될 수 있는 카드뮴의 양을 규제하여 적절하게 규제된 장소는 위험하지 않도록 한다. 일반 대중은 규제되지 않거나 우발적인 유출로 인해 오염된 음식, 먼지, 물에서 카드뮴에 노출될 수 있다.

광산에서 배출되는 광독에 의한 광해 또한 카드뮴의 중요한 노출원이다. 일본의 환경적 노출 사례로는 아시오 구리 광산의 광독 사건, 가미오카 광산의 배수로 오염된 진즈 강 유역의 관개 용수로 재배한 쌀을 섭취하여 발생한 이타이이타이병이 있다.

비료에 포함된 일부 인산염 공급원은 최대 100mg/kg의 카드뮴을 함유하고 있으며,^[8]^[9] 이는 토양 내 카드뮴 농도를 증가시킬 수 있다.^[10]

2. 3. 식품

음식은 카드뮴의 또 다른 공급원이다. 비산업 지역에서 식물은 소량 또는 적당량의 카드뮴을 함유할 수 있지만, 성체 동물의 간과 신장에서는 높은 농도의 카드뮴이 발견될 수 있다.^[11] 음식으로 인한 일일 카드뮴 섭취량은 지역에 따라 다르다. 유럽과 미국의 섭취량은 8μg~30μg이며, 일본의 여러 지역은 59μg~113μg으로 보고된다.^[11] 프리미엄 다크 초콜릿 샘플에 대한 소규모 연구에서는 48%가 높은 수준의 카드뮴을 함유하고 있었으며, 이는 일반적으로 초콜릿이 재배된 토양 내 카드뮴의 존재가 원인이었다.^[12]

2. 4. 직업적 노출

작업자는 금속 제련 및 정련 과정에서 공기 중 카드뮴에 노출될 수 있으며, 배터리, 코팅 또는 플라스틱과 같은 카드뮴 제품을 만드는 공장의 공기에서도 노출될 수 있다.^[29] 또한 카드뮴을 함유한 금속을 납땜하거나 용접할 때에도 노출될 수 있다. 카드뮴을 사용하여 작업하는 경우, 유독 가스로부터 자신을 보호하기 위해 드래프트 장치 아래에서 작업을 하는 것이 중요하다. 카드뮴을 포함한 은 땜납은 취급에 세심한 주의를 요한다. 카드뮴 도금 용액에 장기간 노출된 결과, 심각한 중독 문제가 발생해 왔다.^[29]

카드뮴 안료를 사용하는 화가·예술가는, 특히 초크 파스텔 등의 건조 안료를 사용하거나, 독자적으로 안료를 혼합할 때, 잘못하여 위험량을 흡입하는 경우가 적지 않다.

1950년대부터 1960년대에 걸쳐 카드뮴의 고수준 산업 노출이 있었지만, 카드뮴의 독성이 밝혀짐에 따라, 대부분의 선진 공업국에서는 산업 규제로 카드뮴 노출을 감소시켰다. 그러나 추가적인 노출 감소가 필요하다는 점에서 많은 국가의 행정 당국의 견해가 일치하고 있다.

미국에서는 카드뮴 노출 가능성이 있는 환경에서 일하는 노동자가 51만 2천 명에 달한다.^[29] 그러나 현재 규제는 노출 허용 기준을 설정하여 노동자를 보호하고, 또한 공기 중의 카드뮴 농도를 유해한 영향을 초래할 것으로 생각되는 수준보다 훨씬 낮은 값으로 유지하도록 하고 있다.

2. 5. 기타 소비재

니켈-카드뮴 배터리는 카드뮴이 사용되는 가장 흔하고 인기 있는 제품 중 하나이다. 2010년 2월, 월마트에서 독점 판매하는 마일리 사이러스 쥬얼리 제품군에서 카드뮴이 검출되었고, AP통신의 검사 결과 높은 수준의 카드뮴이 함유된 것으로 밝혀졌다. 월마트는 "이미 매장에 있는 제품을 검사하는 것이 너무 어렵다"는 이유로 5월 12일까지 판매를 중단하지 않았다.^[13] 2010년 6월 4일에는 맥도날드에서 판매하는 영화 ''슈렉 포에버'' 홍보용 음료 잔의 페인트에서 카드뮴이 검출되어 1200만 개의 잔을 리콜하는 사태가 발생했다.^[14]

카드뮴은 일부 산업용 도료에도 포함되어 있으며, 도료 분사나 긁어내는 작업 시 위험을 초래할 수 있다. 또한 니켈 카드뮴 전지 등 전지 제조에도 카드뮴이 사용된다. 밝은 오렌지, 빨강, 노랑색에 많이 사용되는 카드뮴 안료를 사용하는 화가나 예술가도 흡입 위험에 노출될 수 있다. 비료에 사용되는 인산염 원료 중 일부는 고농도 카드뮴을 함유하여 토양 오염을 유발할 수 있다.

3. 인체 영향

이타이이타이병도 참조

카드뮴은 간과 신장에 손상을 일으키는 급성 중독을 유발할 수 있으며, 저칼슘혈증을 일으킬 수 있다.^[31] 카드뮴은 생물체 내에 축적되어 먹이 사슬을 통해 농축되며, 인체에 약 30년 동안 잔류하여 장기간 독성에 노출될 위험이 있다.^[32]

3. 1. 급성 증상

카드뮴 흄에 급성으로 노출되면 오한, 발열, 근육통과 같은 독감 유사 증상이 나타날 수 있으며, 이를 "카드뮴 블루스"라고도 부른다. 호흡기 손상이 없다면 증상은 일주일 후에 사라질 수 있다. 더 심각하게 노출되면 기관지염, 폐렴, 폐부종이 발생할 수 있다. 염증 증상은 노출 후 몇 시간 후에 시작될 수 있으며, 기침, 코와 목의 건조함과 자극, 두통, 현기증, 쇠약, 발열, 오한, 흉통 등이 나타난다. 카드뮴에 오염된 먼지를 흡입하면 단기간에 기도나 신장에 문제가 생길 수 있으며, 심하면 신부전으로 사망할 수 있다.^[31]

3. 2. 만성 증상

카드뮴은 생물체 내에 축적되어 먹이 사슬을 통해 농축되며, 인체에서는 약 30년이나 잔류하여 장기간에 걸쳐 독성에 노출될 위험이 있다. 카드뮴 및 그 화합물은 발암성을 가진다.^[32] 카드뮴 중독의 합병증으로는 빈혈, 신부전(사망으로 이어질 수 있음) 등이 있다.^[3] 장기간 카드뮴 증기에 노출되면 후각상실증이 발생할 수 있다.^[15]

만성 카드뮴 중독은 신장 손상, 뼈와 관절 손상 등 다양한 증상을 유발한다.

3. 2. 1. 신장 손상

카드뮴 중독으로 인한 신장 손상은 비가역적이며, 신장은 최대 30%까지 수축될 수 있다.^[3] 신장의 근위 세뇨관 기능 장애로 인해 혈액에서 산을 제거하는 기능을 잃게 된다. 근위 세뇨관 기능 장애는 저인산혈증을 유발하여 근력 약화 및 때로는 혼수를 초래한다.^[3] 고염소혈증 또한 발생한다. 신장 기능 장애는 혈액의 높은 산성도(고요산혈증)로 인해 관절에 요산 결정이 축적되어 발생하는 통풍을 유발한다.^[3] 카드뮴 노출은 신장 결석 발생과도 관련이 있다.

3. 2. 2. 뼈 및 관절 손상

카드뮴 중독의 주요 증상 중 하나는 뼈가 약해지고 부서지기 쉬워지는 것이다.^[3] 뼈가 부드러워지는 골연화증과 뼈의 미네랄 밀도가 감소하는 골다공증으로 인해 뼈가 약해진다. 이로 인해 관절과 허리에 통증이 발생하고 골절 위험이 커진다. 척추와 다리에 통증이 자주 발생하며, 카드뮴에 장기간 노출되면 뼈가 변형되어 보행 장애가 생기기도 한다. 통증은 점차 심해지고 뼈가 약해져 골절이 더 자주 발생한다. 뼈의 영구적인 변형이 나타날 수 있다.^[3] 심한 카드뮴 중독의 경우, 자신의 체중만으로도 골절이 발생할 수 있다.

이타이이타이병처럼 카드뮴 중독이 매우 심각한 경우에는 자신의 체중만으로도 골절될 수 있다. 카드뮴 중독은 골연화증을 일으켜 뼈를 약하게 만들고, 이로 인해 관절통, 요통이 발생하며 골절 위험이 높아진다.^[3]

3. 2. 3. 기타

카드뮴은 인체 발암 물질로 분류되는 매우 유독한 산업 및 환경 오염 물질이다. 국제 암 연구 기구(IARC)는 카드뮴을 1군 발암 물질로, 미국 환경 보호청(EPA)은 2A군 발암 물질로, 유럽 화학 물질청(ECHA)은 1B군 발암 물질로 분류한다.^[16]^[17] 카드뮴 노출은 암 발생 가능성을 증가시킨다.^[15]

카드뮴은 생물체 내에 축적되어 먹이 사슬을 통해 농축되며, 인체에서는 약 30년이나 잔류하여 장기간에 걸쳐 독성에 노출될 위험이 있다. 카드뮴 및 그 화합물에는 발암성도 있다.^[32] 아연과 유사하게, 카드뮴 증기에 장기간 노출되면 평생 후각상실증이 발생할 수 있다.

카드뮴 골증이 발병하면 골연화증이 일어나 뼈가 약해진다. 그 때문에 관절통, 요통이 생기고 골절 위험이 높아진다. 이타이이타이병 등 카드뮴 중독이 매우 심각한 경우에는 자신의 체중으로 골절될 수 있다.

4. 독성학

카드뮴은 세포 내에서 과산화 수소를 만드는 촉매 역할을 한다. 세포 안에 과산화 수소가 갑자기 많아지면 지질 과산화가 일어나고, 아스코르브산과 글루타티온이 줄어든다. 과산화 수소는 단백질의 티올기를 망가뜨려 설폰산으로 만들거나, 핵 DNA를 직접 공격한다. 이러한 산화 스트레스 때문에 세포는 염증을 일으키는 사이토카인을 많이 만들어 낸다.^[20]

카드뮴이 섞인 먼지를 들이마시면 호흡 기관과 신장에 빠르게 문제가 생겨 목숨이 위험할 수 있으며, 신부전으로 이어지기도 한다. 카드뮴을 많이 먹으면 바로 중독 증상이 나타나 간과 신장이 손상된다. 카드뮴 화합물은 발암 물질이다.

4. 1. 세포 독성

카드뮴 이온은 세포 내에서 촉매적인 과산화 수소 생성제 역할을 한다. 세포질 내 과산화 수소의 급격한 증가는 지질 과산화를 일으키고, 아스코르브산 및 글루타티온 저장량을 고갈시킨다. 과산화 수소는 단백질의 티올기를 비기능성 설폰산으로 전환시키거나 핵 DNA를 직접 공격할 수 있다. 이러한 산화 스트레스로 인해 영향을 받은 세포는 다량의 염증성 사이토카인을 생성하게 된다.

4. 2. 독성 동태

카드뮴을 함유한 먼지를 흡입하면 호흡 기관과 신장에 급속도로 문제가 발생하여 치명적일 수 있으며, 종종 신부전으로 이어진다. 상당량의 카드뮴을 섭취하면 즉시 중독 증세가 나타나 간과 신장이 손상된다. 카드뮴을 함유한 화합물은 발암 물질이다.^[20]

5. 진단

카드뮴 중독은 혈액 또는 소변 검사 등을 통해 진단할 수 있다.

5. 1. 과다 노출 생체 지표

만성적으로 낮은 수준이지만 과도한 환경적 카드뮴에 노출된 사람에게는 요중 베타-2 마이크로글로불린 농도 증가가 신장 기능 부전의 초기 지표가 될 수 있다. 요중 베타-2 마이크로글로불린 검사는 카드뮴 노출을 측정하는 간접적인 방법이다. 미국 직업안전보건청(OSHA)은 장기간 고농도의 카드뮴에 노출된 근로자에 대한 신장 손상 검사를 요구한다.^[21] 혈액 또는 소변 카드뮴 농도는 산업 환경에서 또는 급성 중독 후 과도한 노출의 더 나은 지표를 제공하며, 장기 조직(폐, 간, 신장) 카드뮴 농도는 급성 또는 만성 중독으로 인한 사망에 유용할 수 있다. 과도한 카드뮴 노출이 없는 건강한 사람의 카드뮴 농도는 혈액이나 소변에서 일반적으로 1μg/L 미만이다. 미국 산업위생 전문가 회의(ACGIH)의 혈액 및 소변 카드뮴 농도에 대한 생물학적 노출 지수는 무작위 검체에서 각각 5μg/L 및 5μg/g 크레아티닌이다. 만성 카드뮴 노출로 인해 신장 손상을 입은 사람은 혈액 또는 소변 카드뮴 수치가 각각 25μg/L~50μg/L 또는 25μg/g~75μg/g 크레아티닌 범위에 있는 경우가 많다. 급성 중독 생존자는 일반적으로 각각 1000μg/L~3000μg/L 및 100μg/g~400μg/g이며, 치명적인 경우에는 훨씬 더 높을 수 있다.^[22]^[23]

6. 치료

카드뮴 중독 환자는 치료와 보조 치료를 위해 즉시 의료진의 진찰을 받아야 한다.^[24]

급성 및 만성 카드뮴 중독에는 여러 치료 방법이 사용된다. 급성 섭취의 경우, 구토제나 위 세척이 효과적일 수 있지만, 활성탄은 효과가 없다. 미국 질병통제예방센터(CDC)는 킬레이션 요법이 신장 손상을 악화시킬 수 있어 권장하지 않는다.^[25]^[24] 만성 중독의 경우, 에틸렌다이아민테트라아세트산(EDTA)이 체내 카드뮴 수치를 줄일 수 있으며, 항산화제를 함께 사용하면 효과가 더 좋다. 신장이 약한 환자는 사우나를 통해 땀으로 카드뮴을 배설할 수 있다는 제한적인 증거가 있다.^[24]

6. 1. 급성 중독

카드뮴 중독 환자는 치료와 보조 치료를 위해 즉시 의료진의 진찰을 받아야 한다.^[24]

급성 섭취 노출의 경우, 노출 직후 구토제 또는 위 세척을 시행하면 위장 관계를 효과적으로 해독할 수 있다. 활성탄은 효과가 입증되지 않았다.^[25] 미국 질병통제예방센터(CDC)는 킬레이션 요법을 권장하지 않는데,^[25] 이는 킬레이션 요법이 신장 손상을 악화시킬 수 있기 때문이다.^[24]

6. 2. 만성 중독

장기간 노출된 경우, 전통적인 킬레이트제인 에틸렌다이아민테트라아세트산(EDTA)이 체내 카드뮴 부하를 줄일 수 있다는 상당한 증거가 있다.^[24] 글루타티온을 포함한 항산화제를 함께 투여하면 신장 보호 효과가 향상되는 것으로 보인다.^[24] 신장이 매우 약한 환자의 경우, 제한적인 증거지만 사우나를 통해 땀으로 금속이 배설될 수 있다.^[24]

7. 역학

일본에서 발생한 대규모 카드뮴 중독 사건에서 노년층의 폐경기 여성에게 골격 합병증 유병률이 현저하게 나타났지만, 이 현상의 원인은 완전히 밝혀지지 않아 연구가 진행 중이다. 폐경기 여성의 카드뮴 중독은 골다공증의 위험을 증가시킬 수 있다. 현재 연구에서는 전반적인 영양 불량과 여성의 연령과 관련된 칼슘 대사 불량이 원인으로 지목되고 있다.^[26] 카드뮴에 의한 신장 세포 미토콘드리아 손상이 질병의 핵심 요인이라는 연구 결과도 있다.^[27]

8. 역사

1960년대 초 영국 노리치에서 카드뮴 살포 실험이 진행되었으며, 이 사실은 2005년 영국 정부에 의해 기밀 해제되어 BBC 뉴스에 보도되었다.^[28]

참조

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