치사량
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1. 개요
치사량은 특정 물질의 독성을 나타내는 지표로, 시험 대상의 50%를 사망에 이르게 하는 물질의 양을 의미한다. 1927년 J.W. 트레반에 의해 처음 사용되었으며, 일반적으로 mg/kg 단위로 표현된다. 치사량은 투여 경로, 시험 대상의 유전적 특성, 환경적 요인 등에 따라 달라지며, 동물 실험의 윤리적 문제로 인해 대체 방법 연구가 진행되고 있다. 한국에서는 독물 및 극물 단속법에 따라 독극물을 관리하며, 경구 투여 반수 치사량을 기준으로 독물과 극물을 지정한다.
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중금속은 과학적 정의가 불분명한 용어로, IUPAC는 모호성과 오해의 소지를 지적하며 독성 및 환경 오염을 유발하고 미나마타병, 이타이이타이병과 같은 중독 사례가 있는 물질이다.
| 치사량 | |
|---|---|
| 치사량 | |
| 정의 | 특정 물질이나 방사선 등이 생물에게 죽음을 일으키는 데 필요한 양 |
| 종류 | |
| LD50 (반수 치사량) | 실험동물에게 투여했을 때 절반이 죽는 양 |
| LDLo (최저 치사량) | 실험동물에게 투여했을 때 사망 사례가 보고된 가장 낮은 양 |
| LCt50 (반수 치사 농도) | 실험동물을 특정 농도의 물질에 노출시켰을 때 절반이 죽는 농도 |
| ID50 (반수 감염량) | 실험동물을 감염시키는 데 필요한 양 |
2. 역사
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2. 1. 개발
1927년 J.W. 트레반이 독성 지표로서 반수 치사량(LD50) 개념을 처음 도입하였다.[2] '반치사량'이라는 용어는 때때로 같은 의미로 사용되지만, 치사량 '미만의' 용량을 의미할 수도 있어 혼란을 야기할 수 있다. LD50은 일반적으로 실험용 쥐와 같은 동물 실험으로 결정된다. 2011년 미국 식품의약국(FDA)은 동물 실험 없이 보톡스와 같은 화장품 약품 시험을 위한 LD50 대체 방법을 승인했다.[3]2. 2. 명칭 관련 논란
'반수 치사량'이라는 용어는 때때로 같은 의미로 사용되는데, 특히 비영어권 텍스트 번역에서 그렇지만, 치사량 '미만'의 용량을 의미할 수도 있어 혼란을 야기한다. 이러한 모호함 때문에 현재는 일반적으로 사용을 지양한다.[2]2. 3. 동물 실험 대체 방법
2011년 미국 식품의약국(FDA)은 실험동물을 이용한 동물 실험 없이 보톡스와 같은 화장품 약품을 시험하기 위한 LD50 대체 방법을 승인했다.[3]3. 단위 및 측정
LD50은 일반적으로 시험 대상의 단위 질량(kg) 당 투여된 물질의 질량(mg)으로 표현되며, mg/kg으로 나타낸다. 보툴리눔과 같이 매우 강한 독성을 가진 물질은 ng/kg, μg/kg 단위를 사용하기도 한다. 이러한 방식은 서로 다른 물질의 상대적 독성을 비교하고, 노출된 동물의 크기 변화에 따라 정규화할 수 있게 해준다. 다만, 독성이 항상 체질량에 비례하는 것은 아니다.
50% 치사율을 기준으로 측정하므로, 극단적인 측정에서 발생할 수 있는 모호함을 피하고 실험 횟수를 줄일 수 있다. 그러나 LD50이 모든 대상에게 치사량은 아니라는 점을 유의해야 한다. 일부는 훨씬 적은 양으로 사망할 수 있으며, 다른 일부는 LD50보다 훨씬 높은 용량에서도 생존할 수 있다. 특정 목적으로 LD1 및 LD99(각각 시험 개체군의 1% 또는 99%를 죽이는 데 필요한 용량)와 같은 측정이 사용되기도 한다.[1]
안전성 평가에는 최소 치사량(LDLo), 최소 치사 농도(LCLo), 최소 중독량(TDLo) 등을 사용한다. 방사선 피폭의 경우 치사량은 흡수 선량(시버트)으로 평가한다.
반수 치사량 표기 예시는 다음과 같다.
> 시안화 칼륨 LD50=7 mg/kg (햄스터·성체·경구)
이는 "시안화 칼륨(청산 칼륨)을 여러 햄스터 성체에 체중 1 kg 당 7 mg을 경구 투여하면 반수가 사망에 이른다"는 것을 나타낸다.
이러한 데이터는 동물 실험 외에도 중독 사고 사례, 인체 실험(나치 독일 등)에서 얻어졌다. 치사량은 조건에 따라 크게 변동하므로, 안전 확보를 위해 알려진 치사량에 대해 1~3자리 정도의 여유를 확보해야 한다. 의약품의 경우, 약효량과 치사량 사이에 큰 차이가 있는 것이 바람직하다.
대한민국 독물 및 극물 단속법에서는 경구 투여 반수 치사량을 기준으로 LD50=50 mg/kg 이하를 독물, LD50=300 mg/kg 이하를 극물로 지정한다.
현재는 동물 복지 관점에서 실험 동물 수를 줄이기 위해 정확한 반수 치사량 대신 대략적인 값만 구하고 있다.
3. 1. 투여 경로
LD50 수치는 종종 투여 경로와 함께 명시되는데, "LD50 i.v."와 같이 표현한다. 많은 물질은 경구 투여 시 정맥 내 투여보다 독성이 덜하기 때문이다.[1] 이와 관련된 지표로 LD50/30 또는 LD50/60이 있으며, 치료 없이 각각 30일 또는 60일 이내에 개체군의 50%를 치사시키는 용량을 나타낸다.[1] 이러한 지표는 방사선에 더 일반적으로 사용되며, 60일 이상 생존하면 일반적으로 회복된다.[1]어떤 물질에 대한 치사량은 약물 투여 방식(경구 투여, 피하 주사, 가스나 에어로졸로 흡입, 피부 접촉, 정맥 주사, 복강 내 투여 등)에 따라 매우 다양하게 변화한다.[1]
3. 2. 관련 지표
LD50/30 또는 LD50/60은 치료 없이 각각 30일 또는 60일 이내에 개체군의 50%를 치사시키는 용량을 나타낸다. 이러한 지표는 방사선에 더 일반적으로 사용되며, 60일 이상 생존하면 일반적으로 회복된다.[1]4. 인간에 대한 추정
인간에 대한 LD50 값은 인간 세포 배양 결과를 외삽하여 추정하는 것이 가장 정확하다. 모델 유기체(주로 쥐)를 사용한 동물 실험을 통해 LD50 값을 측정하고, 이를 인간에게 외삽하기도 하지만, 오차가 크다는 단점이 있다. 시험 동물의 생물학은 인간과 중요한 측면에서 다르므로(예: 쥐 조직은 시드니 깔때기 그물 거미의 독에 대해 인간 조직보다 약 50배 덜 반응), 동물 실험 결과는 주의해서 해석해야 한다.[5] 제곱-세제곱 법칙 또한 관련된 척도 관계를 복잡하게 만든다.
5. 한계
LD50은 검사 대상 집단의 유전적 특성, 검사 대상 동물 종, 환경적 요인, 투여 방식 등에 따라 결과가 크게 달라질 수 있어 신뢰성이 떨어진다는 지적이 있다.[12] 종 간에도 큰 차이가 있을 수 있다. 예를 들어, 쥐에게 비교적 안전한 물질이 사람에게는 매우 유독할 수 있으며(아세트아미노펜 중독), 그 반대의 경우도 마찬가지다(초콜릿의 테오브로민 중독). 독사 독액의 경우, 쥐, 래트, 인간의 생리학적 차이로 인해 LD50 결과가 오해를 불러일으킬 수 있다.
6. 동물 권리 문제
동물 권리 및 동물 복지 단체들은 일부 물질의 경우 동물이 느리고 고통스럽게 죽게 만든다는 이유로 동물에 대한 LD50 실험에 반대하는 캠페인을 벌여왔다.[1] 영국을 포함한 여러 국가들이 경구 LD50을 금지하기 위한 조치를 취했으며, 경제 협력 개발 기구(OECD)는 2001년에 경구 실험에 대한 요구 사항을 폐지했다.[1]
7. 다양한 물질의 반수 치사량
반수 치사량(LD50)은 특정 물질을 섭취하거나 흡입했을 때 실험 대상의 절반이 사망하는 양을 의미한다. 이는 물질의 독성을 나타내는 지표로 사용된다. 아래에서는 다양한 물질의 반수 치사량을 경구 투여 기준과 기체 흡입 기준으로 나누어 살펴본다.
7. 1. 물질별 반수 치사량 (경구 투여 기준)
| 명칭 | 반수 치사량(mg/kg) | 함유하는 것・용도 |
|---|---|---|
| 보툴리누스 독소(A)[15] | 0.000000015~0.00000037 | 보툴리누스균 |
| 폴로늄 | 0.0000056~0.00037 | 방사성 원소 |
| 파상풍 독소 | 0.000002 | 파상풍 |
| 마이토톡신 | 0.00005~0.000128 | 유독 와편모조류 |
| 팔리톡신 | 0.00025 | 말미잘류 |
| 다이옥신(2,3,7,8-TCDD)[16] | 0.0006~0.002 | 산업 부산물 |
| 베로톡신 | 0.001 | 병원성 대장균・이질균 등 |
| VX | 0.002~0.02 | 화학 무기 |
| 테트로도톡신 | 0.01 | 복어 외 |
| 리신 | 0.03 | 피마자 |
| 플루토늄 | 0.05 | 방사성 원소 |
| 마이크로시스틴[17] | 0.05 | 남세균류 |
| 아코니틴 | 0.05~0.1 | 투구꽃 |
| α-아마니틴[18] | 0.1 | 독버섯(독우산광대버섯 등) |
| 플루오로아세트산[19] | 0.1 | 살서제 |
| 사린[20] | 0.35 | 화학 무기 |
| d-튜보쿠라린 | 0.6 | 쿠라레, 화살독 |
| 콜히친[21] | 0.6 | 콜키쿰 외・의약품 |
| 스트리크닌 | 0.6~2 | 마전, 살서제 |
| 니코틴 | 1~7 | 담배 |
| 청산 칼륨 | 3~7 | 시약 (소위 ''청산가리') |
| 아비산나트륨 | 10 | 시약 (소위 ''비소') |
| 파라티온 | 10 | 농약 (유기 인계) |
| 황린[22] | 10 | 시약 |
| 염화 칼륨 | 10~15 | |
| 메타미도포스 | 10~30 | 농약 (유기 인계) |
| 석시닐콜린[23] | 10~50 | 근이완제 |
| 비타민 D | 22 | 영양소 |
| 독약・독극물의 경계값 | 30 | |
| 아세트산탈륨[24] | 30~40 | 시약 |
| 아밀로펙틴[25] | 30~5000 | 식품 첨가물 |
| 아지드화 나트륨[26] | 46 | 시약 |
| DDT[27] | 110 | 농약 (유기 염소계) |
| 모르핀 | 120~500 | 양귀비, 마약 |
| 메스암페타민 | 135 | 각성제 |
| 카페인 | 200 | 차・커피 등 |
| 트리플루오로아세트산[28] | 200 | 시약 |
| 파라쿼트[29] | 250 | 제초제 (피리디늄계) |
| 말라티온[30] | 250~600 | 농약 (유기 인계) |
| 메탄올 | 250~600 | 연료 등 |
| 극약・극물의 경계값 | 300 | |
| 2,4-D | 375~666 | 제초제 (유기 염소계) |
| 아세틸살리실산 | 400 | 의약품 (아스피린 등) |
| 스코폴라민 | 1200 | 다투라 등・의약품 |
| 붕산[31] | 2000~4000 | 시약・의약품 |
| 염화 마그네슘[32] | 2800~4700 | 간수의 주성분 |
| 염화 나트륨 | 3000~3500 | 식염 |
| 에탄올[33] | 5000~14000 | 주류 |
| 비타민 C | 12000 | 영양소 |
| 설탕 | 15000~36000 | |
| 순수[34] | 86000~360000 |
7. 2. 물질별 반수 치사 농도 (기체)
다음은 기체의 반수 치사 농도를 나타낸 표이다. 반수 치사 농도는 ppm 단위로 표기된다.| 명칭 | 반수 치사 농도(ppm) | 함유하는 것・용도 |
|---|---|---|
| VX 가스 | 0.2~0.3 | 화학 무기 |
| 사린 | 1.2 | 화학 무기 |
| 이페리트 | 23 | 화학 무기 |
| 디보란[36] | 29, 40 | 반도체 제조용 |
| 포스겐[37] | 79 | 공업 원료・화학 무기 |
| 시안화 수소 | 180 | 공업 원료・화학 무기 |
| 알신[38] | 250 mg/m3, 600 mg/m3 | 반도체 제조용 |
| 황화 수소[39] | 500~800 | 화산 가스(온천 포함) 등 |
| 염소 | 655 | 공업 원료・화학 무기・수영장 등 소독제 |
| 클로로아세토페논[40] | 1400 | 최루 가스 |
| 일산화 탄소[40] | 1500 | 유기물의 불완전 연소 |
| 실란[41] | 9600 | 반도체 제조용 |
| 이산화 탄소[39] | 100000~150000 | 동물 등 생명 활동 등의 배출물 등 |
위 표는 일본 학술 회의의 유기 화학 무기의 안전한 폐기 기술[42]과 도야마현 고압 가스 안전 협회의 자료[43]를 참고하여 작성되었다.
8. 한국의 독극물 관리
한국에서는 독물 및 극물 단속법에 따라 독극물을 지정하고 관리한다. 경구 투여 반수 치사량(LD50)을 기준으로 LD50=50 mg/kg 이하를 독물, LD50=300 mg/kg 이하를 극물로 지정한다. (독물 및 극물 단속법#판정 기준 참조).
최근에는 정확한 반수 치사량을 구하기보다는 대략적인 값만을 구하고 있다. 이는 정확한 값을 구하는 것에 학술적인 의미가 없다는 점과 동물 복지 관점에서 실험 동물 수를 줄이기 위함이다.
참조
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