생체와 원소

생체 내에는 거의 모든 원소가 발견된다. 인체 내의 존재량이 1% 이상 있는 원소에는 산소(O), 탄소(C), 수소(H), 질소(N), 칼슘(Ca) 및 인(P)이 알려져 있다. 이 중 O, C, H, N 및 P는 아미노산, 단백질, 핵산, 지방, 당류 등을 구성하고 있으며 Ca는 뼈의 성분으로서, P는 핵산이나 뉴클레오시드의 인산 결합에 의한 에너지 저장 기능에 필요한 것이다. 이들에 이어 황(S), 칼륨(K), 나트륨(Na), 염소(Cl) 및 마그네슘(Mg)이 0.05~0.25%를 차지하고 있다. S는 함황 아미노산을 구성하는 원소이며 K, Na, Cl 및 Mg는 세포의 삼투압 유지와 조절, 세포질의 콜로이드 상태의 조절, 세포의 막전위의 결정 등의 역할을 하고 있다. 이들 원소 이외에도 생명활동을 원활하게 하기 위해 다양한 원소가 존재하고 있다.

원소는 금속과 비금속으로 분류될 수 있다. 또한 금속 중에서도 비중이 4보다 무거운 것을 중금속, 비중이 4보다 가벼운 것을 경금속으로 분류하고 있다.

지금까지 중금속으로 분류된 것을 원인으로 하는 사회문제가 몇 차례 발생했다. 예를 들어 메틸 수은(Hg)을 원인으로 하는 미나마타병, 카드뮴(Cd)을 원인으로 하는 이타이이타이병, 비소(As)를 원인으로 하는 모리나가 비소 우유 사건 등이다.

◆크롬(Cr)
Cr 중에서도 Cr6+는 강한 발암성을 갖는 것은 잘 알려져 있다. 중독의 발생은 산업직장에서의 분진이나 미스트의 노출에 의한 것이 대부분이다.

Cr은 주로 소장에서 흡수되고 호흡기에서도 약간 흡수된다. 그러나 흡수율은 화학형태에 따라 다르다. Cr의 주요 배설경로는 소변이며 일부는 배설물에서 배설되며 약간이지만 땀과 모발에서도 배설된다.

◆니켈(Ni)
고농도의 Ni는 신체의 모든 조직에 장애를 주지만 일반적으로 독성은 낮다고 한다. 그러나 Ni 이온의 주사에 의해 신장의 DNA의 활동에 영향을 주어 발암성의 가능성이 있다고 알려져 있다.

Ni는 주로 음식과 호흡에 의해 섭취된다. Ni를 포함한 인공물과 접하는 피부로부터의 경피 흡수도 있지만 약간이라고 알려져 있다.

Ni의 경구 투여에 의한 위장 흡수는 음식으로부터의 것이 1% 이하이며 나머지는 그대로 배설된다. Ni는 배뇨, 땀, 담즙, 타액, 머리 등에 의해 배설된다.

◆구리(Cu)
급성 Cu 중독은 구역질, 구토, 설사, 상복부 통증을 유발한다. 중증의 경우에는 용혈성 빈혈이나 순환 허탈을 일으켜 사망한다고 한다. Cu는 주로 십이지장과 소장에서 흡수되어 간에서 담즙, 장을 거쳐 배설물로, 신장에서 소변에 포함되어 배설된다.

◆비소(As)
As 중독은 방글라데시, 인도의 서 벵골주, 필리핀의 민다나오주, 중국의 내 몽골지역 등 많은 곳에서는 10만 명 단위로 만성 As중독이 발생하고 있다.

As 화합물은 그 화학형태에 따라 생물에 대한 작용이 완전히 다르다. 가장 독성이 강한 것으로 여겨지는 무기 As(As3+, As5+) 화합물이 포유동물에 섭취되면 90%는 위장관으로부터 흡수된다. 체내에 침입한 무기 As는 주로 간과 담담에서 무독화되어 신속하게 소변으로 배설된다. 일반적으로 소변으로의 배설이 빠른 원소이지만 폐, 간, 신장, 비장, 피부, 근육, 모발 등에 분포하기 쉬운 경향이 있다.

◆셀레늄(Se)
Se는 생체에 필수적인 미량 원소이지만 독성이 강한 원소이기도 하다. 무기 Se 화합물인 아셀렌산의 치사독성은 메틸수은과 같은 수준의 독성을 가진다고 한다. 이에 비해 셀레노메티오닌 등의 유기 Se 화합물은 독성이 낮다고 알려져 있다.

인간이 섭취할 수 있는 Se 화합물로는 무기 Se 화합물의 셀렌산, 아셀렌산 및 유기 Se 화합물의 셀레노메티오닌, 셀레노시스테인 등이 있다. 어느 Se 화합물도 소화관으로부터의 흡수율은 85% 이상이며 효율적으로 흡수된다. 체내에 흡수된 Se는 간이나 신장에 일시적으로 축적되어 신속하게 배설된다. Se의 주된 배설경로는 소변이지만 과잉 섭취한 경우에는 호기 중에 Se가 디메틸셀렌으로서 배설된다.

◆카드뮴(Cd)
Cd는 흡입 또는 경구 섭취로 중독을 일으킨다. Cd 중독에 대해서는 이타이이타이병이 유명하고, 장기간에 걸쳐 Cd 오염 토양에서 채취한 쌀이나 야채를 섭취하면서 중독된다.

Cd의 주요 흡수경로는 소화관과 폐로, 소화관 흡수율은 낮고 흡수되지 않은 Cd는 그대로 대변으로 배설된다.

산업현장에서 카드뮴 연기에 노출되거나 흡연에 의해 폐에서 Cd가 흡수된다. 흡입된 Cd의 5 ~ 20%가 폐에 침착되고 대부분이 혈액으로 이동한다.

흡수된 Cd가 소변, 배설물로부터 배설되는 비율은 체내 축적량의 0.01~0.02% 정도이고 Cd의 생물학적 반감기는 매우 길고 인간의 경우 10~30년이라고 한다.

◆주석(Sn)
금속 Sn의 경구 독성은 낮고 대량의 경구 섭취로 구토를 유발하는 정도이다. 무기 Sn의 경구 독성은 금속 Sn에 비해 상당히 강하다.

섭취한 무기 Sn의 생체에의 흡수와 저류는 매우 적고 주로 분뇨로 배설된다. 무기 Sn의 생체내 생물학적 반감기는 26~29일이라고 한다. 체내에 흡수된 무기 Sn은 주로 뼈에 축적되어 뼈 형성의 저해나 뼈의 취약성의 원인이 된다.

◆수은(Hg)
메틸 수은 중독의 경우 미나마타 병이 유명하다. Hg는 화학형태에 따라 그 흡수율이 크게 다르다. 액상 금속 Hg(Hg0)는 소화관에서 극히 약간만 흡수된다. 증기 Hg0는 폐에서 체내로 들어가 거의 완전히 흡수된다. 무기 Hg(Hg2+)의 음식물로부터의 소화관 흡수는 10% 이하이지만 큰 개인차가 있다. 유기 Hg인 페닐 수은은 약 40%, 메틸 수은 등의 저급 알킬 수은은 거의 100%가 소화관으로부터 흡수되는 것으로 알려져 있다.

Hg는 주로 소변과 대변에서 배설되지만 수은의 화학형태, 복용량 및 노출 후 시간에 따라 다르다.

메틸 수은은 간에서 담즙으로 비교적 많이 배설되지만 대부분은 장관에서 다시 급수되어 장간순환이 성립한다. 따라서 메틸 수은의 체내 저장시간이 길다고 생각된다. 또한 메틸 수은은 모발에의 축적성이 높기 때문에 모발도 배설경로의 하나로서 생각되고 있다.

◆납(Pb)
Pb 중독에 관한 기술은 로마 시대부터 이미 존재하는 옛부터 알려진 중독이라고 할 수 있다. 낡은 Pb의 수도관에서 수도수 중으로의 침출의 위험성이 지적되어 1992년 이후 순차적으로 수도관에 사용되고 있던 Pb관의 교체가 진행되고 가솔린의 무연화가 진행되면서 환경에서의 흡수는 감소하고 있다.

성인에서는 기본적으로 음식물에서 ​​섭취된 Pb의 90% 이상은 그대로 대변 중에 배설되지만 나머지는 소화관에서 흡수된다. 소아에서는 경구 섭취한 Pb의 약 40~50%가 흡수되며 성인보다 Pb에 대한 감수성이 높고 Pb 중독도 나타나기 쉽다. 또한 태아에서도 마찬가지로 Pb의 흡수율이 높다고 알려져 있다.

호흡에 의해 섭취된 Pb는 약 15~45%가 흡수되고 8%가 기관 내에 침착한다.

소화관에서 흡수된 Pb는 혈류를 통해 전신을 돈 후 기본적으로 배뇨 중에 배설되지만 일부가 체내에 축적된다. 특히 뼈에의 축적이 많아 인간의 체내 총 Pb량의 90% 이상이 뼈에 축적하고 있다. 뇌, 심장, 간, 신장, 폐, 비장, 고환 등에도 축적한다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- 生体と元素
https://www.pref.aichi.jp/eiseiken/4f/seitai-element.html