식탁에서 체크해야 할 유해물질은 무엇일까? 유해물질은 음식을 통해 우리 입으로 들어오는 직접적인 경우도 있다. 가족의 건강을 지킬 수 있는 안전 대책이 궁금하다면 유해물질을 잘 파악하고 있는게 중요하다.
식품의약품안전처(처장 손문기)는 식품 및 의약품 등과 관련한 유해물질의 이해 증진 및 정보 제공을 위해 '유해물질 총서'를 제작해 홍보하고 있다. 총서에는 총 80종의 유해물질의 일반적 특성과 노출경로 등의 내용이 담겨 있다.
이에 본지는 식약처로부터 연재를 통해 황색포도상구균, 캠필로박터, 아크릴아마이드 등 생소한 용어들의 유해물질에 대해 알아보고자 한다. <편집자 주>
- 벤젠
벤젠(Benzene; C6H6; CAS No 71-43-2)은 분자량 78.11의 휘발성 탄화수소로서 상온 ․상압에서는 독특한 방향을 가진 무색투명한 액체로 존재하며 물에는 거의 녹지 않으나, 알코올, 에테르에는 녹는다.
벤젠은 1800년대에 처음으로 콜타르에서 분리·발견되었고 현재는 주로 석유에서 만들어진다. 벤젠은 방향족화합물 생산에 주원료로 사용되는데, 순수 벤젠은 합성원료로서 염료, 합성고무, 유기안료, 유기 고무 약품, 합성섬유(나일론), 합성수지(폴리스티렌, 페놀, 폴리에스터), 농약, 가소제, 사진약품, 폭약(피크리산), 방충제(파라디클로로벤젠), 방부제(PCP), 절연유(PDP) 등에 사용된다.
벤젠은 자동차와 사업장, 가정에서 사용하는 유류 제품에서 많이 발생하여 증발에 의해 대기 중으로 퍼진다. 수계로는 유류 방출 등으로 지하수나 하천을 오염시킬 수 있다. 이렇게 퍼진 벤젠은 호흡을 통하여 흡입이나 섭취를 통해 될 수 있다.
대부분 호흡으로 섭취되는 벤젠이 최근 비타민C 음료에서 검출되어 사회적 문제를 일으킨 적이 있는데 벤젠은 음료류 중 비타민C, 안식향산나트륨과 물속에 녹아있던 철, 구리 등의 반응에 의해 미량 생성될 수 있는 것으로 알려져 있다.
-생성 기전
벤젠은 음료류 중 비타민C와 안식향산나트륨 (Sodium Benzoate:C7H5NaO2)이 같이 존재할 경우 미량 생성될 수 있다. 안식향산나트륨은 박테리아, 효모, 곰팡이 등의 생성을 억제하기 위해 첨가되는 방부제로 때로는 음료류 안에 자연적으로 존재할 수도 있다.
비타민C 는 방부 목적 또는 맛의 증진을 위해 음료수에 첨가되거나 자연적으로 존재한다. 음료수내의 비타민C는 제조용수에 존재하는 구리(Cu), 철(Fe) 등의 금속촉매제에 의해 산화되어 산소(O2)를 환원시키고 슈퍼옥사이드 음이온 라디칼(superoxide anionradical; O2-․)을 형성하여 과산화수소(H2O2)를 생성한다. 안식향산나트륨은 과산화수소 및 산소로부터 형성된 하이드록실기 라디칼(hydroxyl radical)에 의해 벤젠을 생성하게 된다.
비타민C 대신 비타민C의 이성질체 형태인 에리소르빈산(Erythorbic acid)과 안식향산나트륨 이외에 안식향산의 칼륨염 형태도 음료수내에서 벤젠을 생성할 수 있다고 보고되었다. 안식향산나트륨의 탈카르복실레이션 반응은 열과 자외선에 의해 촉진되며, 반대로 EDTA나 설탕·콘시럽 등의 천연감미료는 벤젠형성 반응을 저하시키는 것으로 나타났다(Nyman, 2006).
-체내 동태
1) 흡수(Absorption)
섭식와 호흡을 통해 체내로 흡수된다. 동물실험의 경우 섭취 시에는 거의 100%가 체내로 흡수된다. 호흡노출 시에는 노출농도의 47%가 체내로 흡입되며, 이 중 30%는 체내에 남아있고, 18.7%는 호기를 통해 다시 배출된다. 피부를 통한 흡수는 0.4 ㎎/㎠/hr의
흡수비율로 체내로 흡수된다. 63~326 ㎎/㎥(50~100 ppm)의 벤젠에 수 시간 노출되면 50% 정도의 벤젠이 체내로 흡수된다(Nomiyama, 1974).
170~202 ㎎/㎥(52~62 ppm)의 벤젠에 4시간 동안 노출되면, 30% 정도 체내에 남아있고 그 중 16%가 대사되지 않은 형태로 호기 중으로 방출된다. 또한 2시간 후에 체내 잔존량은 일정 수준에 도달하였다(Nomiyama, 1974). 흡수는 처음 5분간 최대로 일어나고 계속 노출되면 15분에서 3시간 사이에 일정 수준에 이르게 된다.
벤젠이 체내에 남아있는 정도는 여성이 남성에 비해 유의하게 높다고 알려졌으며 벤젠은 지방을 많이 포함하고 있는 조직에 잘 축적되고, 태반을 통과한다.
동물실험 결과 폐에서 벤젠이 흡수되는 정도는 농도 의존적이지 않다. 예를 들면 농도가 낮을수록 320 ㎎/㎥(100 ppm) 이상 많이 흡수되었다. 동물실험 결과 흡입한 벤젠이 체내에 남아있는 비율은 래트에게 6시간 동안 32~3200 ㎎/㎥(10~1000 ppm) 노출 시 감소비율이 50%에서 10%였다.
동물실험 결과 섭취를 통한 흡수는 신속하게 일어난다. 14C-벤젠을 토끼에게 투여했을 때(340~500 ㎎/㎏) 투여량의 90% 정도가 흡수되고, 이후 호흡과 소변으로 배설되었다. 비슷한 실험을 마우스와 래트에서 실시한 경우에는 투여량(0.5~150 ㎎/㎏)의 97% 이상이 흡수되었다.
인체실험은 현재 신뢰성이 낮지만 일반적으로 9~30 g를 섭취하면 치명적이라고 알려져 있다.
피부를 통한 경피 흡수는 시험량의 1% 정도로 미미하나, 처음 8시간에 소변 배설량이 최대로 관찰되었을 때는 흡수 비율이 높았다(Franz, 1984).
반복 투여 시와 벗겨진 피부에 투여했을 때는 흡수율이 높다(Maibach et al., 1981). 사람의 경우 투여량의 0.023%가 흡수 되고, 남은양은 공기 중으로 신속하게 휘발되었다(Franz, 1984).벤젠용액에 팔을 1시간동안 담갔더니 0.4 ㎎/㎤ 만큼 흡수되었다(Hanke, 1961).
벤젠의 농도가 32 ㎎/㎥(10ppm)인 작업환경에 노출된 작업자의 경우 7.5 μL/h 정도를 경피로 흡수하였고, 5%의 벤젠을 포함한 가솔린에 100 ㎤의 피부가 노출되면 7.0 μL/h 정도가 흡수되었다.
2) Distribution(분포)
체내로 흡수된 벤젠은 지방, 신경조직, 간, 뇌, 신장, 비장 등의 각 장기에 모두 분포된다. 또한 혈액 내에도 존재하며, 태반에도 분포한다. 실험동물에서 흡수된 벤젠은 여러 장기에 분포하며, 벤젠 자체는 우선적으로 지방조직에 축적된다.
래트의 경우 1600 ㎎/㎥(500 ppm)의 벤젠을 6시간 동안 흡입을 통해 흡수하였을 때, 안정화 농도는 혈액이 11.5 ㎎/㎏, 골수가 37.7 ㎎/㎏, 지방이 164.0 ㎎/㎏였다.
벤젠은 신장, 간, 폐, 뇌, 비장에서도 발견되었다. 벤젠이 phenol,catechol, hydroquinone으로 대사되는 비율은 혈액에서보다 골수에서 더 높았다. 또한 catechol이나 hydroquinone보다 phenol이 노출 후 배설되는 속도가 빠르다.
임신한 마우스에 6400 ㎎/㎥(2000 ppm)의 벤젠을 10분간 노출시켰을 때, 벤젠과 대사체들이 간이나 신장 등의 잘 확산되는 조직에서 뿐만 아니라 지방조직 같은 지질이 풍부한 장기에서도 발견되었다(Ghantous et al., 1986).
벤젠은 태반을 통과하고 모체의 노출 후에 태아에서도 쉽게 발견된다. 태아의 혈액에서도 같은 농도 혹은 그 이상의 벤젠이 검출되었다(Dowty et al., 1976).
사람에서는 해부검사 결과 혈액에서 20 ㎎/L, 뇌에서 390 ㎎/㎏, 간에서 16 ㎎/㎏, 복부 지방에서 22 ㎎/㎏의 벤젠이 검출되었다.
경구 및 피부에서는 14C-벤젠을 (0.15, 1.5, 15, 150, 500 ㎎/㎏)Sprague-Dawley 래트에게 위관 삽입하여 조직별 분포를 연구한 결과는 다음과 같다(Low, 1989).
높은 장기는 간과 신장이었고, 혈액에서는 중간정도, 그리고 Zymbal선, 비강, 유선에서 가장 낮은 정도로 검출되었다. 그러나 이러한 연구로는 벤젠과 그 대사체의 분포 차이를 알기가 어렵다. 수컷 래트에게 48시간 동안 14C-벤젠을 피부노출 시키면 가장 높은 방사능이 발견된 장기는 신장(0.026%)이었고, 그 다음으로는 간(0.013%), 처치한 피부(0.011%) 순으로 나타났다.
3) Metabolism(대사)
벤젠의 대사는 대부분 간에서 일어나고 CYP2E1이 주로 관여하며(Johansson, 1988), 그 외에도 골수에서도 일어난다(Kalf, 1987).
주요 대사산물은 페놀, 카테콜, 하이드로퀴논, 페닐머캅튜린산, 벤젠디하이드로디올, 트랜스뮤코닌산, 하이드록시하이드로퀴논 등이다.
벤젠은 처음 산화되어 수산화기를 포함한 환구조를 형성하고, 수산화된 화합물(phenol, catechol, hydroquinone, 1,2,4-trihydroxy-벤젠)은 ethereal sulfate나 gulcuronide에 포함된 형태로 소변을 통해 배설된다. Glutathion 포합이 일어나 mercapturic acid로 소변으로배설되는 무독화 과정도 있다. 벤젠환이 epoxide나 dihydrodiol 단계에서 열리면 trans, trans-mucoaldehyde가 형성되고, 더 산화되면 semialdehyde를 거쳐 trans, trans-muconic acid가 형성된다(Kirley, 1989).
대사의 첫 번째 단계는 벤젠의 oxide와 oxepin 형태가 평형을 이루는 단계이다. oxepin 형태는 가상 형태이지만, 미세소체에 epoxide hydrolase를 첨가했을 때 벤젠 dihydrodiol이 증가하는 것으로 보아 epoxide의 생성이 확실시 된다(Tunek, 1978). 추가적인 증거로 다른 중간체들은 절대 dihydrodiol 형태를 생성시킬수 없다는 점과 NIH-shift 반응이 반드시 일어난다는 점을 들 수 있다(Hinson , 985).
페놀은 epoxide 형태에서 효소의 촉매작용 없이 저절로 형성되고, 이것이 더 반응하여 hydroquinone과 catechol이 형성된다(Sawata , 1983; Gilmour, 1986).
Catechol은 또한 벤젠의 oxide 형태에서 dihydrodiol로 수산화되는 반응을 거쳐 다시 탈수소효소(dehydrogenase)에 의해 산화된다(Jerina, 1974). 페놀 hydroquinone, catechol, 기타 수산화물과, 1,2,4-trihydroxy-벤젠은 sulfate나 glucuronic acid와 포합을 이루는 것으로 보고됐다.
일련의 벤젠 대사과정을 연구하는 과정 중에 phenylsulfate가 Zymbal선(Zymbal gland)에서 발견되지 않는 이유는 수송계에 의해 샘(Gland)으로 들어온 phenylsulfate가 유리화된 페놀이 되고 이것이 발암을 가진 중간체로 형성되기 때문이라고 추측하였다.(Low et al., 1991).
Epoxide 형성반응에 의한 독성 중간체가 생성되는 과정은 포화상태(saturation effect)를 보이며, 이는 곧 전체 대사정도와 독성은 서로 비례관계에 있지 않다는 것을 의미한다. 즉, 독성 중간체를 형성하는 효소가 포화되면 생성 비율이 저하되고 이에 반해 무독화 반응의 친화력은 낮으나 반응률이 높다.
마우스의 경우 래트에 비해 벤젠을 더 빠르게 대사시키고 독성중간체로 변환시키는 비율이 더 높은데, 이는 마우스에서는 독성화 반응이, 래트에서는 무독화 반응이 우월하기 때문이다. 벤젠과 대사체가 체내에 남아있을 비율은 노출이 32~3200 ㎎/㎥(10~1000 ppm)일 때, 래트의 경우 33%에서 15%로, 마우스의 경우 50%에서 10%로 각각 감소하였다(Sabourin, 1990).
동물실험결과 낮은 정도로 노출되었을 때는 hydroquinone과 muconic acid의 형성이 많으며, 고농도로 노출되었을 때는 무독화 과정이 중요하다(Medinsky, 1989).
4) Excretion(배설)
동물의 경우 대사되지 않은 벤젠은 주로 호흡기를 통해 배출되고 대사체는 소변을 통해 배설되며 사람의 경우도 비슷하다. 노출농도의 약 50%는 호흡기를 통해서 배출되고, 40%는 소변을 통해 배출된다. 인체 노출의 경우, 노출용량의 12%가 벤젠의 형태로 폐를 통해 호흡기로 배출되며, 0.1%가 벤젠의 형태로 소변을 통해 배설된다.
래트와 마우스에서 여러 농도(0.5~300 ㎎/㎏)로 투여하였을 때 15 ㎎/㎏까지는 투여용량의 80% 정도가 소변으로 배설되고, 그 이상의 농도에서는 호기 중 배설량이 증가하였다(Sabourin et al.,1990). 사람의 경우 4명의 성인 남성에게 실험한 결과, 14C-벤젠 (0.0024 ㎎/㎤)을 피부에 노출시키면 평균 0.023%(0.006~0.054%)가 소변에서 발견되고 배설량의 80% 이상이 투여 후 8시간 이내에 배설된다(Franz, 1984).
대사물질들의 소변 중 배출 정도는 다음과 같다.
- 페놀 : 소변 중 23~50% 검출
- 카테콜 : 소변 중 3~5% 검출
- 하이드로퀴논 : 소변 중 0.5% 검출
- 벤젠디하이드로디올 : 소변 중 0.3% 검출
- 트랜스뮤코닌 산 : 소변 중 13% 검출
- 하이드록시하이드로퀴논 : 소변 중 0.3% 검출
-위해등급
1) 국외
벤젠은 IARC, ACGIH, EU, NTP, EPA 5개 기관 모두에서 1등급으로 규정하고 있는 발암물질 6가지(벤젠, 염화비닐, 비스클로로메틸, 에테르, 벤지딘, 석면, 6가크롬) 중의 하나이다.
. U.S. EPA* : A(human carcinogen)
. IARC**: Group 1(carcinogenic to humans)
. ACGIH*** : A1(Confirmed human carcinogen)
. NTP**** : K(Known To Be Human Carcinogen)
. EU***** : C1(Substances known to be carcinogenic to humans)
2) 국내
산업안전보건법과 유해화학물질 관리법에 의해 규정하고 있는 발암성 물질 총 90종 가운데 노출기준과 관리대상물질 및 유독물에서 모두 발암물질로 규정하고 있는 물질은 벤젠, 6가 크롬 두가지다. 벤젠은 국외 5개 기관 모두 인간 발암 확정물질로 분류하
고 있는데 비해, 노동부 노출기준에서는 A2(발암성 물질로 추정된 물질)로 분류하고 있어 국제 기준에 미치지 못하는 것으로 나
타났다.
⃝ 산업안전보건법과 유해화학물질 관리법 :
노출기준 A2
관리대상물질-발암성
유독물-발암가능성
⃝ 노동환경건강연구소 발암물질목록1.0 :
1등급(인체 발암성 물질 : Human carcinogen)
-노출원 및 노출경로
1) 대기
벤젠이 대기 중으로 발생되는 경우
① 자연적으로 벤젠이 함유된 음식물
② 담배 연기, 자동차 배기가스
③ 자동차 급제동시 타이어가 닳을 때 나는 연기
④ 아교, 접착제, 가정용 세척제, 페인트 제거제, 일부 미술 재료
⑤ 쓰레기 매립지에서 나오는 침출수
⑥ 벤젠을 사용하는 산업체로부터 정화되지 않고 흘러나온 폐수
⑦ 에틸벤젠이나 스티렌을 제조하는 공장, 정유 공장, 화학 약품제조 공정 등으로부터 나오는 연기
⑧ 고무 제품 공장, 정유 공장, 화학 약품 공장, 구두 제조 공장, 가솔린 저장소, 주유소에 근무하는 경우 이렇게 발생된 벤젠은 호흡을 통하여 흡입된 벤젠의 50%가 체내로 흡수된다. 1 ㎍/m3 벤젠에 오염된 공기의 호흡을 통한 일일섭취량은 10 ㎍(일일 호흡량 20 m3) 정도이며 담배는 고농도의 벤젠(150~204 mg/m3)을 함유하고 있으며 흡연자의 주요 노출 경로이다.
흡연을 통한 벤젠 흡입량은 담배 개비 당 10~30 ㎍이다. 가정에서 사용하는 각종 용제나 접착제, 세척제 등에도 소량의 벤젠이 함유되어 있어 부주의하게 다루거나 환기를 부적절하게 할 경우 고농도의 벤젠에 노출될 수 있다.
2) 수계
수계 방출은 연료나 기름의 저장, 이동, 폐기물 등을 통해서 이루어질 수 있다. 지하수 오염원 중 하나인 벤젠은 다른 유류혼합
물보다 상대적으로 수용해성이 크고 발암물질로 알려져 있어 지하수 처리의 기준 물질이 되었다.
3) 토양
벤젠의 토양 오염의 주요 원인으로는 석유 저장소 등의 누출로 인해 발생되며, 폐유 및 벤젠 함유 폐기물의 부적절한 매립에 의
해서도 발생될 수 있다.
4) 생물 농축
벤젠은 호흡기를 기본 통로로 해서 30~80%(평균 50~60%)의 매우 다양한 양으로 흡입된다. 기본적으로 장관 흡수와 호흡기 흡수
는 매우 빠르다. 피부를 통해서는 제한적으로 흡입된다. 동물 실험에서는 피부를 통해 4~8 mg의 벤젠이 흡수된다고 추정한다. 이런 수치는 NIOSH의 권고기준인 1 ppm의 20~40%에 해당하는 수치다.
동물실험에서 노출 후 3시간 이내에 조직에서 최고 농도에 이르며, 지방 조직에서 가장 높은 농도를 나타낸다. 벤젠에 의한 대사 수준은 골수와 지방조직에서 최고를 나타낸다.
노출을 중단시키면, 폐를 통해 체내 지방량과 운동량에 따라 흡수된 벤젠(10~50%)을 대사하지 않은 상태로 배출하고, 소변과 담즙으로 적은 양을 대사되지 않은 상태로 배출한다. 배출되지 않은 벤젠은 페놀 대사물에 P450 혼합기능 산화제체계에 의하여 간이나 생체 내에서 변환된다.
골수는 P450 효소체계를 가지고 있어서 벤젠에 의한 혈액 이상을 만드는 독성물질을 배출한다. 벤젠산화물은 흔한 독성대사물이다. 알코올은 요 중 페놀 배설을 증가시키는 반면에, 킩루엔은 벤젠 생체 내 길항억제제이다. 페놀 대사물은 생물학적 반감기가 12시간 이하이고, 보통 24~48시간 내에 완전히 배설된다.
5) 소비재
(1) 담배
다음 표는 흡연 시료를 5가지 유형으로 채취하여 분석한 것이다. 부류연(Sidestream Smoke)은 흡연 시 담배 끝에서 흘러나 오는 담배연기를 바로 채취한 시료이다. 날숨(Exhalation beforeSmoke)은 흡연자가 흡연하기 전에 날숨의 형태로 입 밖으로 불어내는 공기이다.
들숨(Exhaled Mainstream Smoke)은 흡연자가 흡연 시 담배연기를 체내로 들이키는 것을 말한다. 필터 통과-주류연(Inhaled Mainstream Smoke)은 필터를 통과한 담배연기가 흡연자의 체내로 들숨의 형태로 유입된 후 채취한 시료이다. 마지막으로 부류연-원재(Sidestream Raw)는 간접흡연의 형식으로 담배연기를 100% 호흡하였을 때를 가정해 필터를 제거하고 나오는 연기를 채취한 것이다.
(2)식품
벤젠은 채소, 과일, 어류, 견과류, 유제품, 음료, 달걀 등의 다양한 식품에서 검출된다. 일반적으로 달걀, 대구 종류의 생선, 자메이카 럼주 , 버터 등에서도 검출된다. 안식향산이 첨가되지 않은 50 종류 이상의 식품들을 분석한 결과 평균 벤젠 농도는 62ng/g이었다(McNeal et al., 1993).
식품의 벤젠 농도는 오염된 공기 중에 노출되는 식품의 표면적과 관련이 있는 것으로 추정된다. 식품의 보존제로 첨가되는 안식향산염이 자연적으로 들어있거나 인위적으로 첨가된 비타민 C와 금속 잔류물, 태양빛, 열 등에 의한 촉매반응으로 벤젠으로 전환될 수 있는 것이 알려져 있다.
인체의 전체 벤젠 노출에서 식품을 통한 섭취는 낮은 수준인 것으로 조사되었다(HEXPOC, 2005; WHO, 2003).
-노출평가
일반인 노출의 99% 이상을 흡입이 차지하는 반면, 식품과 먹는물로 인한 섭취는 아주 드물다. 미국에서는 대기와 실내 공기로부터 180~1300 ㎍/day 범위의 벤젠을 흡입하며, 식품과 먹는 물로는 하루 약 1.4 ㎍까지 섭취한다고 계산되었다. 캐나다의 성인 평균 일일 섭취량은 대기로부터 하루 14 ㎍, 실내 공기로 140 ㎍, 식품과 마시는 물로 각각 1.4 ㎍ 그리고 자동차와 관련된 활동으로 49 ㎍으로 평가되어 총 230 ㎍/day였다. Wallace(1989)는 미국의 평균 섭취량을 320 ㎍/day로 평가하였다. 담배를 피우는 행위는 1800 ㎍/day만큼 더 많은 양에 노출될 것이고, 간접흡연 또한 50㎍/day만큼 더 노출될 것이다. 7㎍/m2의 벤젠을 포함한 대기에서 2 hr/day, 4 ㎍/m2의 실내공기 경우 21 hr/day, 50 ㎍/m2의 교통수단 안에서 1 hr/day를 보낸다고 가정했을 때, 대기, 실내공기, 자동차 안의 공기 그리고 식품으로부터 섭취할 수 있는 상대적인 값을 각각 9%, 53%, 30%, 그리고 8%로 계산하였다.
1990~1991년 독일에서 무작위로 선택한 113명의 사람들과 함께 수행한 연구에서, 벤젠에 노출된 사람들의 기하평균은 11 ㎍/m2이었다. 노출의 약 39%는 설명할 수 있었는데, 흡연과 자동차와 관련된 행위로 인한 실내 노출이 각각 20%와 12%를 차지하였다
-국내 모니터링 자료
인체 노출 평가 (2000년~2003년)
인체 노출 평가 부분에서는 위해우려물질 모니터링 자료, 환경부의 2000년~2003년 동안의 대기, 수질, 토양 측정망 자료 및 국내 연구 보고서에서 제시하고 있는 벤젠 오염도 자료를 이용하여 인체 노출량 수준으로 평가하였다. 이때 측정 결과에는 불검출 자료가 많이 포함되어 있어, 각 매체별 농도의 산술평균, 중앙값, 최소 솟값, 95%값 및 최대값을 모두 이용하여 인체 노출량을 평가하였다.
대기 중 벤젠 농도로 인한 인체 호흡 노출량은 10-5~10-4 ㎎/㎏/day 수준으로 평가되었다. 실내 공기 중 벤젠 농도로 인한 인체 호흡 노출량은 10-3~10-4 ㎎/㎏/day 수준으로 평가되어, 일반 대기 중 벤젠 오염에 의한 노출량보다 다소 높게 산출되었으며, 이는 벤젠에 의한 실내 오염원 때문으로 평가되었다.
수계 중 벤젠의 산술평균 농도로 인한 인체 섭취 노출량은 10-8~10-6㎎/㎏/day 수준이었으며, 서울 및 6개 광역시와 일부 도시에서의 수돗물 중 벤젠 오염도를 바탕으로 한 인체 섭취량은 10-6~10-4 ㎎/㎏/day 수준으로 평가되어, 하천수를 이용한 노출량 보다 다소 높게 산출되었다. 수돗물 사용으로 인한 인체 호흡 노출량은 10-6~10-3 ㎎/㎏/day으로 섭취 노출량보다 약간 높게 산출 되었으며, 피부 접촉에 의한 노출량은 10-8~10-5 ㎎/㎏/day으로 가장 낮은 노출량으로 산출되었다. 휘발성 물질의 경우, 직접 섭취를 통한 노출량보다 휘발로 인한 2차 호흡 노출이 더 중요한 경로임을 확인할 수 있었다.
토양 중 벤젠 농도로 인한 인체 섭취 노출량은 10-10~10-8 ㎎/㎏/day 수준으로 평가되었으며, 호흡 노출에 의해서는 10-14~10-12㎎/㎏/day 수준으로 평가되었고, 피부접촉에 의해서는 10-10~10-8㎎/㎏/day수준으로 평가되었다. 토양에 오염된 벤젠의 경우, 피부 침투율이 높은 물질 특성에 의해 직접적인 섭취 노출량과 피부접촉에 의한 노출량의 기여율이 유사한 수준이었으며, 호흡 노출로 인한 영향은 미미한 것으로 평가되었다.
벤젠의 다매체/다경로 노출에 의한 총 인체 노출량은 2.12×10-9~5.45×10- 3㎎/㎏/day 수준이었다. 벤젠의 대기 오염으로 인한 인체 호흡 노출량이 공단 및 도시 특성에 따른 차이 없이 가장 중요한 노출 경로로 평가되었다.
-독성
치사율(Death)
벤젠을 경구 섭취했을 경우, 인체 치사량은 10 mL (125mg/kg) 정도인 것으로 보고되었다(Thienes and Haley, 1972).
공기 중의 벤젠 중독으로 인한 인체 사망은 20,000 ppm 정도의 농도로 5분에서 10분 정도 노출되었을 때 발생했다(ATSDR,2007).
단기간 노출되었을 경우 경구 투여 시 벤젠의 LD50는 수컷래트의 경우 930~5,600 mg/kg이다. 복강투여 시 벤젠의 LD50는 암컷 흰쥐의 경우 2,940 mg/kg이고 마우스의 경우 300 mg/kg이다. 흡입에 의한 LC50는 4시간 노출 시 암컷 흰쥐에서 43~770mg/m3 (13~700 ppm)이었다(Drew, 1974).
전신 독성(Systemic toxicity)
(1) 호흡기 독성
50, 100 mg/kg/day 벤젠을 경구투여 받은 암컷 마우스와 100 mg/kg/day 벤젠을 경구투여 받은 수컷 마우스에게서 폐포의 과다형성이 관찰되었다(NTP, 1986).
폐기름을 처리하는 작업으로 60 ppm 이상의 벤젠에 호흡노출 되었던 근로자들의 80%에서 점막 자극과 67%에서 호흡곤란이 보고되었다(Midzenski et al., 1992).
Snyder et al.(1984)은 0, 100, 300 ppm 농도의 벤젠에 장기간 호흡 노출된 수컷 Sprague-Dawley 래트의 폐조직에서 벤젠의 노
출 농도와 연관된 변화를 찾지 못했다.
(2) 심혈관계 독성
호흡을 통한 벤젠중독 사망사례에서 심신세동(ventricularfibrillation)이 사망원인으로 보고되었다(Avis and Hutton 1993; Winek and Collom, 1971).
벤젠을 경구투여한 래트과 마우스에서 심장의 조직학적 변화가 나타나지 않았다(NTP, 1986).
공기 중 3,526~8,224 ppm 농도의 벤젠에 15분간 노출된 래트에서 이소성 심실박동(ectopic ventricular beats)이 나타났다(Magos et al. 1990).
(3) 혈액 독성
벤젠의 골수독성은 대사체 한 가지만 존재할 때보다 여러가지가 조합되었을 때 그 정도가 훨씬 심각하다.
벤젠은 membrane protein kinase C를 활성화시킨다(Roghani etal., 1987). 재생불량성 빈혈이 일어나려면 벤젠이 독성 물질로 대
사되어야 한다. 그렇지만, 아직 발암성과 대사체간의 상관성은 명확하지 않다.
벤젠이 간에서 대사되어 생성된 대사체에 의해 골수 독성이 일어나지만, 이 대사체가 간 독성을 일으키지는 않는다. 간이 quinone 대사체로부터 보호를 받는 까닭은 DT-diaphorase, carbonyl reductase라는 효소가 풍부하기 때문이며, 골수는 이 효소들이 부족하다. 따라서 ascorbic acid를 과량 투여하면 부분적으로 골수독성을 줄인다는 보고가 있다.
벤젠의 대사체들이 골수에 이르렀을 때, 대사가 활성화되면 결국 독성이 일어난다. 예를 들면 페놀은 대사과정 중에 정점시각의 RNA 합성을 억제하여 골 생성인자의 합성을 막았다. 또한 prostaglandin synthetase의 cyclooxygenase 활성이 벤젠 대사에 중요 역할을 담당하며, indomethacin 등의 cyclooxygenase 억제제를 투여하면 골수독성과 소핵 생성이 감소한다(Kalf et al., 1989).
골수독성의 일반적인 기전은, 간에서 대사 받은 벤젠 대사체가 골수로 이동하여 더 대사를 받고, 새로 생성된 대사체가 세포막에 있던 벤젠과 작용하여 주 표적인 줄기세포, 전구세포, 간질세포 등에 골수 억제를 일으키는 것이다. 엽록체 생성이 뒤이어 일어나는데 이는 순환하는 림프구와 골수세포에서 관찰된다. 백혈병이 유발되는 기전은 아직 완전히 알려지지 않았다.
60 ppm이상 농도의 벤젠에 2일 이상 흡입 노출된 인체 급성중독의 경우 백혈구 감소, 빈혈, 저혈소판증 등의 증상이 보고되었다(Midzenski et al., 1992). 여러 자료들에서 벤젠은 인체의 조혈기관계통에 독성을 미치는 것으로 나타났다.
벤젠에 경구노출된 실험동물들에게서 적혈구와 백혈구 수치가 감소하였으며, 헤모글로빈과 적혈구 용적률 등도 감소했다(ATSDR, 2007).
마우스의 경우 벤젠을 흡입하면 혈액에서 적혈구용적률, 헤모글로빈, 적혈구, 백혈구, 혈소판 등 혈액 수치들이 감소하고, 장기간 고농도로 흡입하면 골수 무형성이 나타난다. 여러 가지 종류의 혈액질환 즉, 은혈구감소증, 재생불량성 빈혈, 저혈소판증, 과립백혈구감소증, 림프구감소증, 그리고 백혈병 등이 노출 후에 일어난 것으로 보고된다.
마우스를 대상으로 56~2,050 mg/kg의 농도로 2일간 섭취 노출 실험결과 139 mg/kg 이상의 농도에서는 투여용량과 비례적으로 골수세포에서 chromosomal gap과 단일 breaks, 복합 breaks가관찰되었다. 마우스를 대상으로 0.22~1.65 g/kg 구강투여 후 소핵시험 결과 다염성 적혈구의 증가가 투여용량과 양의 상관성을 보였다.
(4)간독성
Aksoy et al.(1972)에 따르면 공기 중 150~650 ppm의 벤젠에 노출된 근로자들에게서 간 비대 증상이 나타났다.
1,402 mg/kg/day의 벤젠에 3일간 급성 경구노출된 래트에서 간 무게 증가, postmitochondrial supernatant 중의 단백질 감소, 간에 작용하는 약품들의 기전 변화, 지질의 과산화 반응 들이 나타났다(Pawar and Mungikar, 1975).
- 피해 감소방안 및 정부 권고사항
식품의약품안전청은 2006년 2월 미국 영국 등에서 음료수에 벤젠이 검출된다는 정보를 입수하고 이후 관련제품을 수거하여 실태조사 결과를 발표하고, 벤젠의 음용수 기준을 초과한 제품에 대하여 제조사들에게 자진회수 및 제조공정 개선을 촉구하여 저감화를 추진했다.
음료수 중 벤젠 생성을 줄이는 제조사들의 방법으로는 안식향산 나트륨과 비타민 C의 혼용을 자제하며, 안식향산나트륨을 대체할 보존제를 사용하는 방법, 벤젠 생성을 현저히 낮추는 천연 당류나 산화방지제로 쓰이는 EDTA를 첨가하는 방법 등이 있다(Nyman,2006; USFDA, 2007).
<Q&A>
식품 중 벤젠의 생성 요인은?
벤젠의 생성요인은 식품 중 비타민 C가 미량의 철, 구리와 함께 존재 시 산화되고 안식향산의 구조를 변화시켜 벤젠이 생성되는 것으로 밝혀졌습니다.
국내 식품 중 벤젠의 위해 수준은?
식약청에서 식품 중 벤젠 안전성을 평가하기 위해 2006년 8~12월에 걸쳐 벤젠 생성 가능성이 있는 과실채소음료, 인삼홍삼음료, 탄산음료, 혼합음료 등을 대상으로 벤젠함량 실태조사 결과, 대부분의 제품에서 세계보건기구(WHO) 및 우리나라 음용수기준인 10ppb 이하인, 안전한 수준으로 조사되었습니다.
국내 식품 중 벤젠의 관리현황은?
식약청은 2006년 2월 미국, 영국 등에서 음료류에 벤젠이 검출된다는 정보를 입수하고 이후 신속하게 관련 제품을 수거하여 실태 조사결과를 발표하고 관련업계에 벤젠이 음용수기준을 초과한 제품에 대하여 자진회수 및 제조공정 개선을 촉구하여 저감화를 실현시켰습니다.
특히 식품업계가 자율적으로 저감화를 취할 수 있도록 「음료제품의 벤젠함량 분석법」을 마련(2006년 3월)하였습니다.
