아크릴아마이드의 용도, 대사, 독성 및 응급치료 정보
1. 아크릴아미드란
아크릴아마이드는 접합제, 종이 및 섬유의 마무리제, 하수 처리에 사용되는 무색의 결정으로 2-프로펜아마이드(2-propenamide)라고도 한다. 2002년에 감자튀김이나 감자칩 등의 전분의 튀김 조리 과정 중 발견되었고 음식물 중에 자연적으로 생길 수 있으므로 캐나다 보건당국에서는 이에 대한 규제가 필요하다고 발표하였다.
탄수화물이 많이 함유된 음식을 120 ℃ 이상에서 굽거나 튀기면 발생한다고 알려져 있다(끓이거나 삶는 것은 제외). 국제암연구소에서는 아크릴아미드는 인체 발암 물질로 분류하고 있으며, 미국 정부가 선정한 유해한 담배성분 93종에 포함된다.
아크릴아마이드는 아크릴로니트릴로부터 합성되는 비닐 단량체(모노머)이다. 아크릴아마이드가 되어 폐수 처리, 종이 강화제, 그라우팅 재료, 겔, 접착제로 사용되는 플로큘레이터(flocculator)를 만들기 위해 중합된다. 아크릴아마이드의 주 용도는 중합체(폴리머) 제조이다.
2. 용도
접착제, 그라우팅 화학재료, 플라스틱을 위한 중합체와 공중합체, 염료 제조, 토양 개량, 응집제, 하수와 폐수 처리에 사용된다. 염료, 교차 결합제, 영구 압축 옷감 및 댐과 터널 기초 공사를 위한 유기 화학물 생산과 광물 가공에 사용된다.
또한 섬유, 거푸집, 페이퍼사이징, 직물 및 물 응집제에 사용된다. 카르복실화 코모노머와 화장품 첨가제로 사용된다. 아크릴아마이드 단량체는 폴리아크릴아마이드를 만드는데 사용되고, 콘택트렌즈와 기름 회수 첨가제의 성분이다.
아크릴아마이드는 생명공학 분야에서 사용되는 전기영동겔의 구성 물질이다. 아크릴아마이드는 토양을 안정화시키고, 겔 크로마토크래피에 사용된다. 아크릴아마이드는 염색, 사진 가공, 플라스틱, 종이, 헤어스프레이, 직조, 세라믹과 페인트 공업, 실험실에서 사용된다.
주로 폴리아크릴아미드 중합체를 제조하는 산업에서 사용된다. 정화제, 접착제, 인쇄용 잉크 유화제, 농업용 스프레이에 사용되는 농화제 및 수분 보조제와 같은 제품에 사용된다.
3. 대사정보
1) 흡수
아크릴아마이드는 경구, 피부, 흡입, 손상되지 않은 피부와 피부 점막을 포함하는 비경구 경로로 빠르게 흡수된다. 노출 1시간 후에 총 혈액 농도의 최고점에 도달한다. 투여 경로는 신경독성 발병에 영향을 주지 않는다.
2) 분포
아크릴아마이드는 혈액으로 빠르게 분포되어 10%가 적혈구와 결합한다. 많은 양이 근육, 피부, 간 소장에서 발견된다. 신경학적 영향이 현저하게 나타나지만 아크릴아마이드가 신경계에 축적되지는 않는다. 조직의 초기 분포 반감기는 약 5시간이다.
3) 대사
아크릴아마이드의 생체 내 변환과 배설의 주요 장기는 간과 신장이다.
아크릴아마이드는 글루타치온과의 결합과 간의 싸이토크롬 P450 혼합기능효소계에 의한 생체 내 변환에 의해 해독이 된다. 글루타티온-S-전이효소는 글루타치온과 아크릴아마이드의 결합을 효소적으로 촉매한다. 글루타치온이 고갈되면 신경독성 작용이 증가된다.
글루타티온 중합체는 S-B-프로피온아미드 글루타치온이며 머캅투르산 중합체로 배설된다. S-B-프로피온아미드 글루타치온이 주요 대사체이고, N-아세틸-S (3-아미노-3-옥시프로필)-시스테인으로 변형된다.
두 대사체 모두 무독성이다. 3 mg/kg를 투여한 건강한 남성 지원자에게로부터 채취한 소변 시료에서 소변 중 대사체의 약 86%가 글루타티온 중합체에 의한 것이며, N-아세틸-S-(3-아미노-3-옥소프로필)시스테인과 이것의 황산화물로 배설되는 것으로 나타났다.
랫드와 마우스에서, 아크릴아마이드의 요 대사체는 N-아세틸-S-(3-아미노-3-옥소프로필)-시스테인, N-아세틸-S-(3-하이드록시-3-옥소프로필)-시스테인, N-아세틸-S-(1-카르보닐-2-하이드록시-에틸)-시스테인, 글리시다미드, 2,3-디하이드록시프로피온아미드이다.
4) 배설
약 90~95%가 N-아세틸-S-(3-아미노-3-옥소프로필)-시스테인 중합체 형태로 소변으로 배설되며, 2% 미만이 모 화합물로 배설된다.
첫 24시간 이내에 투여량의 60%가 소변에서 회수되었다. 투여한 아크릴아마이드 용량의 5~15%가 담즙을 거쳐 분변으로 배출되었으나 아크릴아마이드 모 화합물은 1% 미만이었다. 투여한 아크릴아마이드 용량의 15%가 6시간 내에 담즙에서 나타났다. 투여 용량의 5% 미만은 호흡으로 배출되었다. 모 화합물의 혈장 반감기는 1.7~1.9시간이었다. 전환되지 않은 아크릴아마이드가 몸 안에 축적되는 것으로 보이지 않는다. 총 아크릴아마이드(모 화합물과 대사체)는 2상성 소실 과정을 보이는 데, 5시간 이내에 첫 반감기와 6-8시간의 두 번째 반감기를 갖는다. 척수에서의 모 화합물과 대사체의 배설 반감기는 24일이다.
4. 독성정보
1) 급성독성
신경계 영향은 환각, 혼돈, 진전, 간대성 근경련, 활모양강직, 발작, 이상 다행증, 말초 신경증, 자율신경계 영향과 조화운동불능 등이 나타난다. 뇌 병변에서의 도파민, 세로토닌과 5-히드록시인돌 아세트산(5-hydroxyindole acetic acid) 농도의 변화와 뇌파 비정상이 보고되었다. 중증의 중독 혹은 지속적인 직업적 노출에 의해 영구적인 말초 및 중추 신경성 후유증이 유발될 수 있다.
임상 및 비임상 실험에서 급성 노출 후 신독성과 소변 배설 감소가 보고되었다. 36세 남성에서 고농도 아크릴아마이드를 함유하는 미네랄 물을 마신 후 24시간 내에 신부전이 발생하였다. 횡문근융해증도 보고되었다. 이 환자는 고농도 N-아세틸시스테인 처치로 치유되었다.
임상 및 비임상 실험에서 급성 노출 후 아미노기 전이효소 농도 증가가 보고되었다. 식욕부진과 위장관계 이상이 아급성 또는 만성 노출 환자에서 나타날 수 있다. 급성으로 아크릴아마이드를 흡입한 1건의 사례에서 고혈당과 아밀라제 수치 증가가 동반된 췌장 손상이 보고되었다.
교감 신경계에 미치는 영향이나 도파민의 반응에 미치는 영향으로 인해 저혈압이 발생할 수 있다. 피부 노출로 탈락성, 홍반성 발진이 특히 손에 나타날 수 있다. 손과 발에 과도한 발한, 냉감, 청색증이 나타날 수 있다. 토끼 눈에 아크릴아마이드 40%액을 노출 시켰을 때 통증, 결막 자극, 망막 손상을 일으키지 않았다. 모든 징후는 24시간 내에 사라졌다.
급성 또는 아급성으로 노출된 환자에서 중증의 저혈소판혈증과 반상출혈이 보고되었다. 원위 말단 근육 소모, 근육 통증과 경련 발생이 보고되었다.
2) 만성독성(표적장기독성)
① 호흡기계독성
아크릴아마이드는 유기 화학 물질의 생산 및 폴리 아크릴 아마이드의 합성의 중간체로서 생성된다. 아크릴아마이드 급성 및 만성 경구 노출은 인간과 동물 모두에서 중추신경계에 손상을 가져왔다. 인간을 대상으로 하는 아크릴아마이드와 발암성에 대한 자료는 불충분하다. 아크릴아마이드에 경구 노출 된 랫드에서 여러 장기의 종양 발생률이 증가한 것이 관찰되었다.
중증의 중추 신경계 억제와 발작이 발생하였을 때 호흡기계 억제가 나타난다. 아급성 섭취의 경우에서 지속적인 기침과 상기도 증상이 보고되었으나 폐 소견은 없었다. 36세 남성에서 고용량의 아크릴아마이드에 오염된 미네랄 물을 섭취한 후 24시간 내에 호흡기 부전이 발생하였다. 이 환자는 고용량의 N-아세틸시스테인 처치 후 치유되었다.
② 간독성
아크릴로니트릴로부터 아크릴아마이드를 제조하는 공장에서 3~12개월간 근무한 3명의 환자에서 약간의 간 기능 이상이 보고되었다.
③ 신장독성
급성 노출 후 임상 및 비임상 실험에서 신독성과 소변 배설 감소가 보고되었다. 아급성 혹은 만성 노출된 환자에서 요폐와 범람 요실금이 보고되었다. 총 300 mg/kg의 아크릴아마이드에 노출된 랫드에서 방광 기능이 노출 1주일 안에 비정상 상태가 되었다. 평균 방광 압력이 낮아지고 방광 수축 소실이 보고되었다.
④ 소화기계 독성
아급성 혹은 만성 노출 환자에서 식욕부진과 위장 장애가 나타난다. 비임상 실험에서 경관으로 음식을 투여하였는데도 체중 감소가 발생했고 거대 식도증으로 발병으로 인하여 역류가 발생했다. 또한 대변 실금이 발생하였다.
⑤ 심혈관계 독성
급성으로 고농도에 노출된 경우 중증의 저혈압과 심혈관계 허탈이 보고되었다. 특히 만성적으로 노출된 환자에서 말초 청색증과 수족냉증이 발생할 수 있다.
⑥ 신경독성
권태, 졸림, 신경질, 자극, 과민성과 원위성 말초 신경병증이 발생할 수 있다. 운동과 방향성 감각 장애가 감각 손상 정도를 넘어서 발처짐, 심건반사의 소실, 근육 소모증과 지속적인 조화운동불능이 나타난다. 중추 신경계 영향은 비가역적일 수 있다.
신경 퇴행, 중추 신경계 종양, 손 감각이상, 반사 소실, 혼돈, 조화운동불능, 뇌파 변화와 푸르키녜 세포 손실이 보고되었다. 감정 불안정, 불면증, 불안, 흥분과 초조가 보고되고 있지만 원인은 규명되지 않았다.
22주 이상 노출된 2명의 환자에서 근무력증과 사지의 감각 및 운동 장애가 나타났다. 1년 후 거의 회복되지 않았다. 아크릴아마이드에 중독된 원숭이에서 뒷다리 쇠약이 나타났으며 투여를 중지한 2주일까지 지속적으로 나타났다.
⑦ 눈, 귀, 피부 등 기타 독성
망막신경 손상에 의해 시각장애가 유발될 수 있다. 직업적 노출로 인해 심각하게 중독된 환자들은 소뇌와 안구 침범이 일어날 수 있다. 실험실 근무자가 장갑을 착용하였는데도 양 손에서 습진이 발생하였다. 아크릴아마이드 패치 검사 결과는 양성이었다. 직업적으로 노출된 근로자에서 접촉성 피부염이 보고되었다.
원숭이를 대상으로 한 실험에서 아크릴아마이드에 의한 시각장애가 발견되었다. 부분적으로만 시력이 회복되었고 노출된 지 90일 이상 지난 후 대조값 이하로 안정되었다. 아급성 노출된 환자에서 콧물이 보고되었다. 아급성 노출된 환자에서 일과성 점막 자극이 발생할 수 있다. 아크릴아마이드에 의한 과도한 발한으로 저체온증에 이를 수 있다.
만성적으로 아크릴아마이드에 노출된 랫드에서 생식기 기능이 손상되었고 사정, 정자 이동과 자궁 착상에 이상이 발생하였다. 실험동물에서 고용량의 아크릴아마이드에 의한 고환 위축과 수컷 마우스 생식 세포에서 염색체 변형이 증가되었다.
중증의 중독 환자에서 유당 축적, 관류 저하로 인해 대사성 산증이 유발될 수 있다. 과도한 발한이 저나트륨혈증과 체액 손실을 야기할 수 있다. 고용량의 아크릴아마이드가 함유된 미네랄 물을 섭취한 36세 남성에서 파종혈관내응고(DIC)가 보고되었다. 이 환자는 N-아세틸시스테인 고용량 처치 후 치유되었다.
93일 이상 아크릴아마이드에 노출된 랫드에서 농축 세포 용적, 적혈구와 헤모글로빈 농도가 약간 감소되었다.
아크릴아마이드 및 중합체를 생산하는 공장 근로자에서 아크릴아마이드-헤모글로빈 부가물이 발견되었다. 생체 내에서 아크릴아마이드에서 생성되는 물질로 보이는 글리신아마이드-헤모글로빈 부가물 또한 존재하였다.
아크릴아마이드를 2년간 경구로 섭취하였을 때 부신 갈색세포종(크롬친화세포종), 갑상선 소포성선종를 일으키고, 뇌하수체 선종, 갑상선 소포성 종양과 유방선종 종양의 발병률을 증가시켰다. 만성 혹은 아급성으로 노출된 환자에서 체중 손실이 일관되게 관찰되었다.
3) 생식독성/기형유발성
① 기형유발성
현재까지 인체에서 아크릴아마이드의 생식기계 효과에 관한 연구가 없다.
설치류 연구에서, 기형유발 작용, 착상 전후의 사망률, 태자 수 변화와 정자 모양 변화와 같은 모계와 부계 독성 영향이 관찰되었다.
② 임신 중 영향
11명의 임산부를 대상으로 한 연구에서, 신생아 혈액 중 특정 아크릴아마이드 헤모글로빈 부가물인 N-2-카바모일에틸발린(N-2-carbamoylethylvaline)의 농도가 모체 혈액의 약 50%에 달하였다.
흡연을 하는 1명의 산모는 비흡연자인 산모와 그들의 신생아와 비교해서 모체와 신생아 모두에서 아크릴아마이드 노출이 유의하게 증가하였다. 아크릴아마이드는 태반을 통과하고, 출생 체중 감소를 유발한다. 랫드 새끼에서 우울증을 유발하였지만, 다른 유해 반응의 증거는 없다.
③ 수유 중 영향
랫드 어미가 노출 되었을 때, 수유 중인 랫드 새끼에서 몸무게 증가가 억제되었다.
④ 여성 생식 독성
아크릴아미이드로 투여한 수컷 마우스를 미투여 암컷과 교미시켰을 때, 생식률 감소, 태아 흡수율 증가가 관찰되었다. 아크릴아미이드을 투여한 암컷을 미투여 수컷과 교미시켰을 때, 생식률에는 영향이 없으면서 태아 흡수율은 증가하였다.
⑤ 남성 생식 독성
수컷 랫드와 마우스에서 관찰된 부계 독성 효과는 정자형성 및 남성 생식 지표의 변화를 포함한다. 마우스에서 정자 형태, 고환, 부고환 및 정관에 변화가 나타났다. 마우스에서 고용량의 아크릴아마이드는 정자 수를 감소시켰고 비정상적 형태의 정자를 증가시켰다.
아크릴아마이드 처치 후 마우스의 정세포에서, 소핵 증가가 관찰되었는데, 소핵의 1/3이 방추사 부착점 양성이었다. 이는 아크릴아마이드가 생식세포 발달 시 감수분열 동안 염색체 손상을 유발할 수 있음을 암시한다.
10 ~ 50 mg/kg의 아크릴아마이드로 5일간 처치한 수컷 마우스에서 용량의존적으로 착상 전 태아의 형태학적 변형 빈도(단세포 수정란, 성장지연 및 할구세포 용해)가 증가하였다. 만성적으로 노출된 랫드에서 생식능이 교란되어 발기, 정자 이동, 임신 성립을 저해하였다.
4) 유전독성 및 변이원성
① 유전독성
설치류 실험에서 DNA 억제, 돌연변이 유발성, 염색체 변형/변이와 발암성 형질전환이 유발되었다. 원핵생물 대상의 돌연변이원성 실험에서는 돌연변이 유발성을 보이지 않았다.
아크릴아마이드는 유럽 연합 위원회(Commission of the European Communities)에서 생식세포 유전 영향의 세부적인 연구에 사용될 물질로 채택되었다. 부계 노출 후 자손에서 유전적 영향을 유발하는 것으로 나타났다. 실험동물의 정모세포에서 유전성 전위, 소핵, 자매 염색분체 교환과 염색체 변형을 유발하였다.
② 변이원성
미생물 돌연변이와 포유류 체세포 돌연변이를 이용하여, 마우스 림프구 돌연변이를 검출하였다. 랫드와 마우스의 생체 내 우성치사실험에서 돌연변이가 관찰되었다. 초파리(D. melanogaster) 생체 내 돌연변이가 특정 유전좌위 실험으로 관찰되었다.
아크릴아마이드는 살모넬라(Salmonella typhimurium)에서는 돌연변이 유발성이 없었다. 1~3%의 아크릴아마이드 배지로 대장균을 배양 시 세포의 연장, 세포 분열 억제, 핵산 합성 억제, 삼투압 안정성 감소, 외부막의 초미세 구조적 이상의 변화를 야기하였다.
아크릴아마이드 대사체인 글리시다마이드(glycidamide)로 투여한 수컷 랫드와 미처리 암컷을 교배시킨 자손에서 대조군에 비해 DNA 합성이 약 18배 증가하였고 유전성 전위 빈도가 2배 증가하였다.
5) 발암성
① 발암성정보
설치류 실험에서 아크릴아마이드에 노출 시 DNA 억제, 돌연변이 유발성, 염색체 변형과 발암성 전이가 유발되었다. 유럽 연합 위원회는 생식세포 유전 효과의 정밀한 연구를 위한 물질로 아크릴아마이드를 채택하였다. 아크릴아마이드는 부계 노출 후 자손에서 유전적 영향을 유발하는 것으로 보인다. 실험동물의 정모세포에서 유전성 전위, 소핵, 자매염색분체교환, 염색체 변형을 야기하였다.
② 발암성 등급 분류
기관명 | IARC | 국제암연구소 |
분류 | 2A | 인체 발암 추정물질(Probably carcinogenic to human) |
근거 | 인체 | 인체에 대한 발함성의 근거가 부적절함 |
동물 | 동물실험상 유전자변이와 염색체 이상을 유발하는 등 발암성의 근거가 충분함 |
6) 독성수치
종말점 | 동물종 | 투여경로 | 용량 | 독성효과 |
TDL0 | 랫드 | 경구 | 50 ㎎/㎏ | 혈액 - 기타 변화 생화학적 - 기타 단백질 |
LD50 | 랫드 | 복막내 | 90 ㎎/㎏ | 세부적 보고 없음 |
LD50 | 마우스 | 경구 | 107 ㎎/㎏ | 세부적 보고 없음 |
LD50 | 토끼 | 피부 | 1680 ㎎/㎏ | 행동 - 환각, 지각 왜곡 |
LD50 | 기니피니 | 피하 | 170 ㎎/㎏ | 행동 - 진전, 근육수축 혹은 경직 위장관 - 구역, 구토 |
5. 응급치료정보
1) 경구 노출
토근에 의한 구토는 중추 신경 억제와 발작 가능성으로 인해 권장되지 않는다. 활성탄을 현탁액 형태로(240 mL 물/30 g 활성탄) 투여한다. 상용량: 성인/청년에서 25~100 g, 어린이(1~12세)에서 25~50g, 1세 미만의 영아에서는 1 g/kg. 생명을 위협하는 용량을 섭취한 후에는 즉시(일반적으로 1시간 이내) 시행할 수 있는 경우라면 위세척을 고려한다. 트렌델렌버그 자세와 왼쪽 옆으로 눕는 자세 혹은 기관 내 삽관을 통해서 기도를 확보한다. 발작을 우선적으로 조절한다.
아크릴아마이드를 섭취한 사람에 대해 피리독신 사용이 보고된 적이 있지만, 입증된 효과는 아니다. 과량 노출 되었거나 증상이 있는 환자의 경우는 피리독신 사용이 강력하게 권장된다. 발작이 있을 시 벤조다이아제핀을 정맥투여한다. 다이아제팜 사용 후에도 반복적인 발작이 계속될 시 페노바비탈 또는 프로포폴 사용을 고려할 수 있다.
2) 흡입 노출
환자를 신선한 공기가 있는 곳으로 이동시킨다. 호흡곤란을 관찰한다. 기침이나 호흡 곤란이 생기면 호흡기계 자극감, 기관지염 또는 폐렴을 평가한다. 산소를 투여하고 필요하다면 보조 환기를 사용한다. 베타2 효능 흡입약과 경구 또는 비경구 코르티코스테로이드로 기관지 연축을 치료한다.
3) 안구 노출
오염 제거를 위해 다량의 상온의 물로 15분 이상 노출된 안구를 세척한다. 자극감, 통증, 붓기, 눈물이나 눈부심이 지속되면 의사의 진료를 받는다.
4) 피부 노출
오염된 의복을 벗기고 노출된 부위를 비누와 물로 완전히 씻어낸다. 자극감 또는 통증이 지속되면 의사의 검사를 받아야 할 필요가 있다. 박탈성 홍반은 대증요법으로 치료할 수 있다. 말초 신경증 감별을 위해 철저한 신경학적 검사가 행해져야 한다.
6. 표준(관련기준)/GHS 정보
1) 표준관련규졍
▷ ACGIH TLV Values - TLV-TWA : 0.03 mg/㎥
▷ NIOSH REL and IDLH Values - TWA : 0.03 mg/㎥ - IDLH : 60 mg/㎥
▷ OSHA PEL Values - 8-hour TWA : 0.3 mg/㎥
2) GHS 정보
① 유해성·위험성 분류
급성 독성(경구) : 구분3
급성 독성(경피) : 구분3(노동부), 구분4(환경부)
피부 부식성/자극성 : 구분2(환경부)
심한 눈 손상성/눈 자극성 : 구분2
피부 과민성 : 구분1
생식세포 변이원성 : 구분1B(노동부), 구분1(환경부)
발암성 : 구분1B(노동부), 구분1(환경부)
생식독성 : 구분2
특정표적장기 독성(1회 노출) : 구분1
특정표적장기 독성(반복 노출) : 구분1
② 예방조치문구를 포함한 경고표지 항목
▷ 그림문자
 |
| 아크릴아마이드 GHS 그림문자 |
▷ 신호어 : 위험
▷ 유해·위험문구
H301 삼키면 유독함
H311 피부와 접촉하면 유독함
H317 알레르기성 피부 반응을 일으킬 수 있음
H319 눈에 심한 자극을 일으킴
H340 유전적인 결함을 일으킬 수 있음
H350 암을 일으킬 수 있음
H361 태아 또는 생식능력에 손상을 일으킬 것으로 의심됨
7. 참고문헌
- ACGIH: 2005 Threshold Limit Values (TLVs(R)) for Chemical Substances and Physical Agents and Biological Exposure Indices (BEIs(R)), American Conference of Governmental Industrial Hygienists, Cincinnati, OH, 2005.
- ACGIH: Documentation of the Threshold Limit Values and Biological Exposure Indices, 6th ed, Am Conference of Govt Ind Hyg, Inc, Cincinnati, OH, 1991, pp 23-25.
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