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실험동물을 이용한 나노 란탄산화물(La2O3)의 흡입독성 연구
- 연구책임자
- 임철홍, 김용순, 신서호
- 수 행 연 도
- 2015년
- 핵 심 단 어
- 주 요 내 용
- , 1. 연구제목 : 실험동물을 이용한 나노 란탄산화물(La2O3)의 흡입독성 연구 2. 연구 필요성 및 목적 란탄을 포함한 희토류는 강도, 내열성, 내식성, 내마모성, 자성 등의 물질적 장점을 가지고 있어 세라믹, 고성능 자석, 금속합금, 촉매, 유리, 2차 전지 등 첨단산업에서 사용량이 증가하고 있다. 그러나 이 중 이트륨만 노출기준이 설정되어 있는 등 작업장에서 관리기준이 마련되어 있지 않으며, 세륨만이 근로자 건강장해 예방을 위한 유해성·위험성 평가 및 작업장 참고농도(또는 무영향도출농도) 설정을 위한 최소한의 독성자료가 이용 가능하다. 그러나 란탄 등 다른 희토류 금속에 대해서는 급성독성자료만 이용 가능하여 근로자 건강보호를 위한 유해성평가 자료가 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 흰쥐를 이용하여 산화란탄의 반복 흡입독성을 실시하여 작업장 참고농도(또는 인체무영향 농도) 도출을 위한 독성자료를 제공하고자 한다. 3. 연구내용 및 방법 비부노출형 흡입챔버를 이용하여 흰쥐에 나노 산화란탄(Aldrich, USA, < 100㎚) 에어로졸을 0.5 ㎎/㎥(저농도군), 2.5 ㎎/㎥(중농도군), 10 ㎎/㎥(고농도군)의 농도로 4주간 반복 흡입노출시켰다. 에어로졸의 농도 및 입자크기는 OPC(Optical Particle Counter)로 측정하였다. 입자 형태 및 농도는 Nitrocellulose membrane 필터로 포집하여 전자현미경 관찰 및 ICP(Inductively Coupled Plasma)를 이용한 정량분석으로 확인하였다. 노출기간 중 입자크기는 저농도군, 중농도군, 고농도군 각각 평균 0.54±0.11 ㎛, 0.37±0.04 ㎛, 0.52±0.04 ㎛였다. 4주 반복 노출 후 희생부검을 실시하여 폐, 간, 신장, 비장, 뇌를 적출하여 장기중량과 란탄 분포량을 측정하였으며, 기관지폐포세척술을 실시하여 기관지에서의 국소적인 염증반응 확인하고, 혈액에서 혈액 및 혈액생화학을 측정하였다. 산화란탄의 1차 노출장기인 폐조직에서는 산화적 손상과 조직병리학적 관찰을 실시하였다. 4. 연구결과 4 주간의 산화란탄 반복흡입노출에 의해 란탄은 저농도, 중농도, 고농도 노출군의 폐에서 각각 장기 그램 당 5.8±1.6 ㎍, 25.8±5.2 ㎍, 232.5±41.3 ㎍ 축적되어 4주 후 각각 29.3%, 32.6%, 53.6% 감소하였다. 란탄은 혈액에서 검출되지 않았다. 4주 노출기간 동안 체중 및 일반 임상증상에서 산화란탄에 의한 것으로 의심되는 영향은 관찰되지 않았다. 그러나 기관지포세척술을 적용하여 폐포에서의 국소적인 영향을 확인한 결과 저농도군에서도 염증세포 다핵형백혈구(PMN, Polymorphonuclear leukocyte)와 염증성 지표물질인 LDH(Lactate dehydrogenase), albumin, NO(Nitrous oxide), TNF-α(Tumor necrosis factor alpha)가 급격히 증가하였으며, 혈액에서 백혈구가 증가하였다. 4주 회복기간 후 저농도군에서 염증세포 분포와 염증성 지표물질의 부분적인 감소가 나타났으나, 중농도군 이상에서는 오히려 악화되는 현상도 보였다. 산화란탄 4주 노출에 의해 폐중량은 저농도군, 중농도군, 고농도군 각각 51.7%, 51.9%, 57.8% 증가시켰으며, 4주 후에는 저농도군는 중량증가가 42.2%로 완화되고, 중농도군, 고농도군에서는 68.0%, 117.0%로 악화되었다. 폐포에서의 국소적인 영향, 폐 중량에 대한 영향 등에서의 폐의 조직병리학적 검사에서도 유사한 형태로 나타났다. 즉, 저농도군, 중농도군, 고농도군 모두에서 폐포 대식세포의 응집, 폐포 상피세포의 과형성 및 비대를 동반한 단백화가 광범위하게 나타났으며, 염증반응은 중농도군에서 1례, 고농도군에서 1례 관찰되었으나, 4주 회복기간 후에는 고농도군에서 단백화와 염증이 증가한 것으로 나타났다. 이상의 연구결과 유해한 영향을 폐 염증을 일으키는 수준으로 결정할 경우 산화란탄의 NOAEL(No Observed Adverse Effect Level, 무해영향수준)은 0.5 ㎎/㎥으로 결정할 수 있다. 또한 폐에서의 국소적인 영향, 혈액에서의 백혈구 증가 및 폐 중량에 대한 영향을 종합하여 평가할 경우, 산화란탄의 흰쥐에 대한 1일 6시간, 주 5일 4주 반복 흡입독성에 대한 LOAEL(Lowest Observed Adverse Effect Level, 최소유해영향수준)은 0.5 ㎎/㎥으로 제안된다. 5. 활용 및 기대효과 본 연구는 산화란탄의 입자특성 및 에어로졸 특성에 대한 확인과 분석이 적절히 수행되어 제시되고 있으며, 또한 반복흡입 노출에 의한 나노 산화란탄의 체내 흡수량(분포)과 산화란탄 체내 노출량에 따른 폐에서의 국소영향과 혈액 및 폐조직에서의 영향이 상호 유기적으로 평가되어 있으며, 독성의 정도에 따라 NOAEL 및 LOAEL 자료가 적확하게 제시되어 있어 작업장에서 란탄 화학물을 취급하는 근로자의 건강장해 예방을 위한 작업장 참고농도(또는 인체무영향 농도) 산출이 가능하여 란탄을 포함한 희토류의 작업장 관리 및 규제 수준을 결정하는 주요 자료로 활용될 수 있다. 본 연구결과는 SCI급 논문에 투고하여 국내외 적으로 활용하고, 희토류 관리방안 마련을 위한 기초자료로 활용할 계획이다. 본 연구는 란탄의 유해성·위험성 평가를 가능하게 하여 희토류 관리수준을 향상시킬 것으로 기대된다. 6. 중심어 나노, 란탄, 흡입독성, LOAEL, NOAEL 7. 참고문헌 및 연락처 ○ 참고문헌 - 임철홍, 조해원, 한정희. 2014. 세포배양 및 실험동물을 이용한 란탄(La2O3)의 독성연구 - ECHA. 2015. ECHA database on registered substances. Available from http://echa.europa.eu/information-on-chemicals/registered-substances. ○ 연락처 - 임철홍
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- 제유리
- 052-703-0814
