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연구 보고서
중장기적인 정책연구과제와 대안을 포괄적인 시각에서 이론적 · 실중적 분석을 통해 제시함으로써 연구원의 설립목표를 가장 잘 실행하고있는 보고서입니다.
흡입독성자료를 활용한 희토류물질의 인체무영향 농도 도출 연구
- 연구책임자
- 김용순외 2명
- 수 행 연 도
- 2016년
- 핵 심 단 어
- 주 요 내 용
- , 1. 연구제목 흡입독성자료를 활용한 희토류물질의 인체무영향 농도 도출 연구 2. 연구 필요성 및 목적 희토류는 산업분야의 발달과 국가 경제적 차원에서 반드시 필요한 주요 핵심원소로서, 도자기 색상, 유리, 라이터와 같은 일상적으로 사용하는 제품에서부터 전자정보, 항공우주, 제련, 핵 산업, 통신 등 첨단과학기술 분야, 주력 첨단 산업인 반도체와 PDP, LCD 등은 물론, 2차 전지나 하이브리드 자동차, 레이저 등 미래 산업분야에서 핵심원소로 필수 불가결한 원소이다. 특히 여러 산업분야에서 활용성이 높은 희토류 나노물질은 연구개발에서 실용화가 빠르게 진행되어 규제수준 및 관리방법의 결정 등 취급근로자의 건강보호를 위한 조치를 취하기 위하여 유해성 평가 등 예방차원의 조치가 필요하다. 17가지의 희토류 금속 원소 중 네오디뮴은 생산량, 가격 등 탁월한 특성 때문에 그 가치가 크지만, 유해성 평가를 위한 독성학적 자료는 제한적이기 때문에 이를 위한 독성자료의 지속적 확보가 요구되고 있다. 따라서 네오디뮴의 실험동물에서의 흡입노출에 의한 체내분포 및 독성영향 평가를 통해 네오디뮴의 인체무영향 농도 도출을 위한 독성자료를 제공하고자 한다. 3. 연구내용 및 방법 수컷 랫드(rat) 및 비부노출 흡입챔버를 사용하여 나노 산화네오디뮴(Aldrich, USA, < 100 ㎚) 에어로졸을 대조군을 포함한 저농도(0.5 ㎎/㎥), 중농도(2.5 ㎎/㎥) 및 고농도(10 ㎎/㎥)의 4개군으로 구성하고 4주 동안(6시간/일, 5회/주) 반복흡입 노출시켰다. 노출기간 중 에어로졸의 농도 및 입자 크기는 OPC(Optical Particle Counter)로 측정하였다. Air sampler와 nitrocellulose membrane 필터를 이용하여 포집한 시료를 전자현미경 관찰 및 ICP(Inductively Coupled Plasma)를 이용하여 정량분석 및 입자형태를 확인하였다. 4주 반복흡입노출 후 계획부검을 실시하여 육안 부검소견 관찰, 혈액학 및 혈액생화학적 변화를 측정을 하였다. 폐, 간, 신장, 비장, 뇌를 적출하여 장기중량 및 네오디뮴 분포량을 측정하였고, 기관지폐포세척액 분석을 통해 염증반응 관련 영향을 확인하였다. 산화네오디뮴 반복흡입 노출의 주요 노출장기인 폐에서 산화적 손상 지표와 조직병리학적 관찰을 실시하였다. 4. 연구결과 노출기간 동안 산화 네오디뮴의 입자크기(MMAD, mass median aerodynamic diameter)는 저농도군, 중농도군, 고농도군 각각 평균 0.27 ± 0.22 ㎛, 0.43± 0.02 ㎛, 0.67 ± 0.02 ㎛ 이었다. 4주 노출기간 및 회복기간동안 특이할만한 체중변화 및 일반증상은 관찰되지 않았다. 4주간의 산화 네오디뮴 반복흡입노출 결과 네오디뮴은 저농도, 중농도, 고농도 노출군의 폐에서 8.6± 2.6 ㎍/g, 59.0 ± 19.2 ㎍/g, 183.0 ± 25.9 ㎍/g 로 관찰되었고, 4주 회복군의 폐에서는 저농도군, 중농도군, 고농도군 각각 6.7 ± 2.1 ㎍/g, 38.7 ±12.5 ㎍/g, 120.0 ± 11.3 ㎍/g 으로 관찰 되었다. 기관지폐포세척액을 통하여폐에서의 국소적인 영향을 확인하기 위해 총세포수, 대식세포, 다형핵백혈구를 측정하였고, 폐손상과 염증영향을 확인하기 위해 LDH(Lactate dehydrogenase), albumin, IL-6(Interleukin-6), TNF-α(Tumor necrosis factor alpha)를 측정하였다. 4주 반복 노출군에서는 관찰된 지표의 수치가 증가하였으나, 4주 회복군에서는 중농도 이하에서는 수치가 감소하는 경향이 관찰되었다. 또한, 폐의 산화적 손상 지표를 확인결과, GSH의 경우 4주 반복 노출군의 중농도 및 고농도에서 대조군에 비해 유의적으로 감소하는 결과가 관찰되었다. 4주 반복 노출군 및 4주 회복군의 계획부검을 실시한 결과, 시험물질과 관련되어 보이는 특이한 소견은 관찰되지 않았지만, 절대 및 상대 장기중량 측정결과 4주 반복 노출군 및 4주 회복군 모든 시험군에서 대조군에 비해 유의적인 증가가 관찰되었다. 폐의 조직병리학적 관찰 결과, 폐포단백증(alveolar proteinosis), 폐포 세포(type Ⅱ)의 과형성 및 비대(hyperplasia/hypertrophy), 폐포 대식세포의 응집(aggregation), 폐포 및 혈관주위세포의 염증(inflammation)이 관찰되었으며, 폐문 림프절(hilar lymph node)에서 대식세포의 응집이 관찰되었다. 4주 반복 노출군에서 관찰된 병리학적 소견은 중농도 이하의 시험군의 4주 회복군에서 병리학적 소견이 점차 감소하는 경향이 관찰되었다. 이상의 결과를 바탕으로 4주 반복 노출군의 무유해용량(NOAEL)은 산출이 되지 않았고, 최소유해용량(LOAEL)은 저농도인 0.5 ㎎/㎥으로 제안된다. 5. 활용 및 기대효과 본 연구는 산화 네오디뮴 흡입 노출을 시험물질의 특성 및 에어로졸 특성에 대한 확인과 분석이 적절히 수행 되어졌으며, 반복흡입 노출에 의한 나노 산화네오디뮴의 조직 내 분포와 폐에서의 국소영향에 대한 독성 정도를 파악하였다. 이를 통해 LOAEL(Lowest-Observed-Adverse-Effect-Level) 자료를 제시하여 작업장에서 산화 네오디뮴을 취급하는 근로자의 건강장해 예방을 위한 작업장 참고 농도 산출을 위한 주요 자료로 활용될 수 있다. 또한, 연구결과는 관련 학술지에 투고하여 국내외적으로 활용하고, 희토류 물질의 관리방안 마련을 위한 기초자료로 활용될 수 있다. 6. 중심어 나노, 네오디뮴, 흡입독성, LOAEL, NOAEL 7. 참고문헌 및 연락처 ○ 참고문헌 - 임철홍, 김용순, 신서호. 2015. 실험동물 이용한 나노 란탄산화물 (La2O3)의 흡입독성 연구. 한국산업안전보건공단, 산업안전보건연구 원 2015년 연구보고서. - Ronald J. Palmer, John L. Butenhoff and Jeffrey B. Stevens. Cytotoxicity of the Rare Earth Metals Cerium, Lanthanum, and Neodymium in Vitro: Comparison with Cadmium in a Pulmonary Macrophage Primary Culture System. Environmental Research 43, 142-156(1987) -연락처 ▶ 연구책임자：화학물질독성연구실 김용순 연구위원 ▶ 연구원 담당자：화학물질독성연구실 김용순 연구위원
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