유비무환(有備無患), 20세기 이후 중금속 대응

• 독성학이 발전된 이후 세계적으로 위해물질에 대한 기준을 제정하고 이를 통해 인류의 건강을 지키고자 하는 움직임이 시작
  • UN산하의 JECFA에서는 1972년 이후 각 중금속의 주간섭취 허용량 등을 산출하여 그 오염도를 확인하도록 권장하고 있음
    • 잠정주간섭취용량을 근거로 1일 허용 노출기준을 계산하여 1일 허용섭취량(Daily tolerable level)도 제시

      JECFA : The Joint of FAO/WHO Expert Committee on Food Additives FAO와 WHO 합동 식품첨가물 및 오염물질 전문과학자위원회

      

    • 미국환경보호국(EPA)의 연구결과를 활용하여 농수산물 섭취에 의한 중금속 체내 전달 및 영향을 연구하여 노출량을 평가

    

    Ci : 노출 매체 i의 중금속 오염도 (mg/kg)

    CRi : 노출 매체 i의 1일 접촉률

    • 대기 : 13 ㎥/day
    • 음용수 섭취량 : 2ℓ/day
    • 토양 성인섭취량 : 50 mg/kg
    • 식품 : 성인(20～64세) 평균 1일 섭취량 g/day

    BW : 성인 평균 체중 60 kg

    60kg 성인의 1일 활동시간 호흡량 13 ㎥/day, 음용수 섭취량 2ℓ/day, 토양 성인 섭취량 50 mg/kg과 성인 평균식품섭취량(20～64세) 적용(EPA기준)

  • 국제 암 연구기관(JARC)에서는 특정한 화학물질이 사람에게 암을 일으키는 정도를 동물실험 등의 결과에 근거하여 분류하고 있음

    
    

    Group 1 미네랄 : 비소 및 무기 비소 화합물, 베릴리움 및 베릴리움 화합물, 카드뮴 및 카드뮴 화합물, 6가 크롬 화합물, 니켈 화합물

    Group 2B 미네랄 : 코발트 및 코발트화합물, 납 및 납화합물, 메틸수은, 니켈

  중금속 class

  Class	Definitions	Agents
  Group 1	Carcinogenic to humans 인체 발암 물질 (발암성이 있다) (충분한 인간 대상 연구 자료와 충분한 동물실험결과가 있는 경우)	118(개)
  Group 2A	Probably carcinogenic to humans 인체 발암 추정 물질 (아마 발암성이 있다) (충분한 인간 대상 연구 자료와 충분한 동물실험결과가 있는 경우)	79
  Group 2B	Possibly carcinogenic to humans 인체 발암 가능 물질 (발암성이 있을 수도 있다) (제한적 인간 대상 연구 자료와 불충분한 동물실험결과가 있는 경우)	291
  Group 3	Not classifiable as to its carcinogenicity to humans 인체 발암성 미분류 물질 (발암성에 대해서는 분류하지 못한다) (불충분한 인간 대상 연구 자료와 불충분한 동물실험결과가 있는 경우)	507
  Group 4	Probably not carcinogenic to humans 인체 비발암성 추정 물질 (아마 발암성이 없다) (인간에서 발암가능성이 없으며 동물실험결과도 부족한 경우)	1

발본색원(拔本塞源), 하나하나 찾아내는 잠재 위해물질들

• 중금속이 독성을 발휘하는 것은 금속 원소가 아니라 금속 화합물이며, 동식물의 필수원소들도 필요 이상 축적되면 독성을 나타냄
  • 기존에 알려진 유해중금속은 카드뮴(Cd), 납(Pb), 수은(Hg)이며 순서대로 환경오염과 유해성이 큰 금속
    • 과거에는 환경변화에 의해, 잘 모르는 화학변화에 의해 노출된 위험이었다면 지금은 다양하게 변형되어 사용되기 때문에 걱정
  • 동식물에 필수적인 미량원소 중에서도 크롬(Cr), 코발트(Co), 구리(Cu), 니켈(Ni) 아연(Zn) 순으로 환경 위해성이 크다고 함
    • 필수미량원소(essential trace element)는 아주 강한 생리활성이 있기 때문에 필요 이상 흡수되면, 소량으로도 강한 독성을 발휘

  최초의 중금속 중독 치료기술, 킬레이션 요법

  킬레이션(Chelation)은 합성아미노산인 EDTA가 금속이나 미네랄(납, 수은,철, 비소, 알루미늄, 칼슘 등)과 결합하는 화학반응을 응용한 치료법

  • 몸속에 EDTA(에틸렌디아민4초산)를 주사하면 중금속이나 독성과 결합하여 땀이나 소변으로 배출되는 원리로 급성 중금속 중독에 거의 유일한 체내 중금속배출 치료법이었으나 최근 미국에서는 사망건수가 보고되면서 규제가 시작

• 최근에 주목받는 미세먼지 등의 자연현상이나 산업현장에서의 촉매등 세밀한 부분까지 샅샅이 찾아 대비책을 마련하고 있는 중
  • 대기 중에 포함되어 있는 중금속의 대부분은 분진이나 토양 먼지 입자에 함유된 형태로 존재
    • 대기 중의 중금속은 미세하여 공기흐름에 따라 대기 상층부까지 운반되고 이동하므로 넓은 지역으로 확산될 우려가 있음

      수은처럼 휘발성이 큰 물질은 기체상으로도 존재

  • 수은 화합물의 경우, 지금도 병원에서 충치 치료의 가장 값싸고 효과적인 재료인 아말감(땜용), 온도계, 형광등, 건전지에 사용
    • 흔히 상처소독에 쓰는 빨간약 머큐로크롬, 스위치, 전자제품, 화학 촉매, 의약품 등에 널리 사용되었으나 점차 대체되고 있는 상황
  • 사람과 인연이 오래된 금속 납(Pb)도 대형 축전지의 원료, 건물이나 공장의 배관 등 산업 현장에 널리 쓰이고 있어 주의가 필요
    • 탄환제조 원료, 핵물질 포장 재료, 활자주조 재료, 고급 유리의 유약 등에 사용되고 있는데 납 중독 가능성을 줄이고자 노력 중

  라이덴프로스트 효과

  400도 이상인 액체상의 납에 물 묻은 손을 순간적으로 넣었다 빼도 화상을 입지 않는 현상, 라이덴프로스트라는 학자가 자신의 저술에 처음 소개

  • 어떤 액체가 그 액체의 끓는점보다 훨씬 더 뜨거운 부분과 접촉할 경우 빠르게 액체가 끓으면서 증기로 이루어진 절연층이 만들어지는 현상
  • 난로나 프라이팬에 물을 떨어뜨렸을 때 물방울이 이리저리 돌아다니는 현상이 바로 라이덴프로스트 효과로 물방울이 가장 오래 남아 있는 온도가 정해져 있음
  • 미량원소가 가지는 독(毒)과 약(藥)의 양면성을 가장 잘 보여주는 비소(砒素)는 백혈병 치료제, 살충제, 살균제, 제초제에서 이용
    • 한의학에서 상약(上藥)으로 인정받는 비소가 이제는 다발성 골수종 치료제나 급성골수성 백혈병 치료제로 이용(‘00 뉴스데이)

      미(美)의 셀테라퓨틱의 ‘트리세녹스’는 삼산화비소(As2O3)로 만든 다발성 골수종 치료제이며, 미국FDA는 2000년 9월 비소를 백혈병 치료제로 허가

    • 목재 방부제, 살충 살균제, 제초제, 쥐약 등으로 쓰이기도 했으나 지금은 제조 및 판매금지 조치되고 안전한 다른 약품으로 대체

      공원벤치 등에 쓰이던 목재 방부제는 2004년, 농업용 살충제는 1988년, 동물기생충 구충제 록사손은 2011년에 각각 제조 및 판매가 금지

  • 최근 자원 무기화되고 있는 희토류 금속들은 가치도 크지만 중금속과 결합되어 있는 경우가 많아 주목받고 있는 환경 유해물

잠깐 여기서 필수상식 하나!

• 중금속을 비롯한 금속원소는 동식물에 필수적으로 극소량이 포함된 것으로 생명현상 유지에 반드시 필요
  • 미국의 물리학자이며 생화학자였던 라이너스 폴링 박사는 ‘우리 몸에는 72종류의 미네랄이 필요하다’고 지적
    • 일부 금속은 필수 미네랄로 몸의 성장과 생명활동을 유지하는 불가결한 원소이며, 미네랄은 우리말로 무기질이라고도 함
  • 미네랄은 사람의 몸에서 합성할 수 없고, 항상 음식물로 섭취해야 하며, 부족하면 몸의 여러 가지 기능 이상이 생김
    • 필수 미네랄로는 칼슘, 칼륨, 나트륨, 마그네슘, 철, 염소, 붕소,망간, 아연, 구리, 몰리브덴, 니켈, 셀레늄, 크롬 등이 있음
  • 모든 미네랄은 유기적으로 연결되어 있어 특정 성분이 지나치게 많거나 부족하면 다른 미네랄의 균형을 깨트림

  미네랄별 결핍 증세

  구분	미네랄	결핍증
  주요미네랄	칼슘(Ca)	골다공증
  	마그네슘(Mg)	심장병
  	인(P)	골(뼈) 질환
  	칼륨(K)	부정맥, 근무력증
  미량 미네랄	철(Fe)	철 결핍성 빈혈
  	구리(Cu)	빈혈
  	요오드(I)	갑상선종
  	망간(Mn)	골(뼈) 질환
  	셀레늄(Se)	심장병
  	아연(Zn)	탈모, 피부질환
  	크롬(Cr)	혈당치 상승

천려일실(千慮一失), 꺼진 불도 다시 봐야하는 이유

• 누구나 다 알고 있는 사실이지만, 사람이 먹는 농산물과 식품의 유해물질 관리는 그 중요성을 재차, 재삼 거듭해도 지나치지 않음
  • 토양, 물, 공기 등이 오염되면 농식품이 오염되는데 그 원인은 광산, 자동차, 산업용 배기가스 등 현대에는 매우 다양
    • 광산의 폐광석 및 침출수, 자동차 및 산업용 배기가스, 불량 농자재, 매립지 침출수 및 산업 폐기물 등에 의해서도 오염

      광산 인근의 농경지는 폐광 내에서 유출되는 광산 산성배수의 유입, 비 · 바람에 의한 광미(광물찌꺼기)의 비산 및 유입이 가장 큰 문제

  • 중금속 성분이 일정량 이상 토양에 축적되어 오염될 경우 작물 생육 등 토양의 기능 유지에도 장해가 발생
    • 금속에 의해 1차 오염된 토양, 물, 공기 등은 농작물, 가축, 수산물 등을 2차로 오염시키게 됨

  주변의 광산이나 공장이 없어도 오염이 발생하는 경우도 있다?

  현재 자연적인 현상에 의한 음용수의 비소오염문제는 전 세계 23곳에서 보고되고 있으며 그 중 타이완의 흑족병, 서벵갈, 방글라데시, 중국 등이 심한 편

  • 저장된 지하수를 둘러싼 암반이 온도 등의 주변 환경변화에 의해 중금속이 물에 용해되면서 나타난 현상으로 서벵갈의 경우 20만 명 이상이 중독증상을 보고
  • 방글라데시에서는 정도 차는 있지만 잠재적으로 70만 명이 오염된 지하수를 먹고 있는 것으로 보고 있으며 5백만 개 우물 중 3백만 개가 오염된 걸로 추정
  • 먹이사슬(food chain)을 통하여 동식물에 이행된 후 사람의 체내에 다량 축적되는 생물농축현상 때문에 국내외적으로 민감
    • 먹이사슬 피라미드 위에 있을수록 독성이 높은 농도로 축적되므로 상위 단계의 인간이 가장 위험함

상호부조(相互扶助), 국제적인 공조 방어체계

• 국제적으로 안전관리 대상 무기오염 물질의 종류와 농식품 품목이 확대되고 있음
  • 코덱스 식품오염물질분과위원회(CCCF)에서 기존의 카드뮴, 납에 2014년 백미, 2016년에는 현미의 무기비소 기준을 추가

    우리나라는 2016년 9월 백미의 무기비소 기준을 고시함(식약처)

  • 2010년 이후 코덱스와 JECFA1)를 중심으로 인체노출안전기준치를 재평가하고 허용기준 강화, 신규 기준 설정을 추진
    • 무기비소 인체노출안전기준치는 15㎍/kg bw이었으나, 2010년 BMDL0.52)을 3.0㎍/kg bw/day로 강화하고 기존 기준을 폐기
  • 세계보건기구(WHO)와 유럽연합(EU)은 비소의 음용수 기준을 10 μg/L로 강하게 규정
    • 미국 환경청(USEPA)에서도 2001년 음용수 중 비소의 허용기준을 50 μg/L에서 10 μg/L로 강화
  • 2012년 코덱스 식품오염물질분과위원회는 농산물 및 가공 식품의 납 허용기준을 개정하기로 결정하고 관련 작업을 진행 중

  아동기 납 노출과 범죄와의 연관성(‘08 New Scientist)

  1979～1984년 납으로 오염된 신시내티 빈민가의 임산부 250명과 아이를 연구한 결과, 납 노출로 사람이 범죄를 저지를 가능성이 증가함을 확인

  • 연구팀은 임신부의 혈액 분석과 출산 후 아이들의 혈액을 6년 동안 분석하고, 아이들의 성장 과정에서 전과 기록을 체크
  • 임신기와 아동기에 납에 노출되는 것과의 상관관계를 분석한 결과, 평균 혈액 1리터당 50 mg의 납이 증가할수록 구속 비율은 26% 증가
  • 납은 어린이의 신경 시냅스 형성과 각성, 감정, 판단력과 억제를 관할하는 두뇌 부분에 영향을 주며, 신장 기능 손상, 임신 과정에서도 해를 끼침

  1) Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives: FAO/WHO합동 식품첨가물전문가위원회

  2) Benchmark Dose Lower Confidence Limit: 95% 신뢰구간에서 0.5%의 폐암 발병 증가율을 가지는 벤치마크 용량한계 최하값

원천봉쇄(源泉封鎖), 국내 농산물 안전관리

• 우리나라는 국제 기준에 가장 근접하게 중금속을 관리하고 있는 안전한 나라 중 하나로 관련기관간의 역할 분담과 협조 체계가 강점
  • 농촌진흥청 국립농업과학원은 작물 생산단계 중금속 모니터링, 오염 방지를 위한 영농법 개발 및 관련 연구 수행
  • 농산물품질관리원은 농산물 안전성 검사를 통해 부적합 농산물의 시중 유통을 차단 및 중금속 모니터링을 수행
  • 식품의약품안전처는 유통단계 농산물 중금속 모니터링과 위해성 평가를 통한 중금속 허용기준 설정 및 개정을 수행
  • 산업통상자원부 산하 광해관리공단(鑛害管理工團)은 폐금속 광산지역 농경지에 대한 복원 및 광해방지사업을 수행
• 농업분야는 안전한 농산물을 생산하기 위해 농경지 토양, 농업 용수, 퇴비 등 재배환경의 안전성 확보를 우선시하고 있음
  • 토양은 납, 비소 등 8개의 중금속과 유류 오염물질 등에 대해 토양환경보전법상에 우려 기준과 대책 기준을 두어 관리
    • 오염지 특성에 적합한 개량제를 사용하고 객토와 경지정리로 재정비하며, 회복되지 않은 토양에서는 비식용작물 재배를 권장

      비식용작물로 묘목류(양황철, 팽나무, 회양목, 잔디), 화훼류(영산홍, 메리골드 등), 섬유작물(대마, 아마) 등의 재배를 권장

  • 농업용수는 환경정책기본법과 지하수법상에 하천수, 호소수 및 지하수에 대해 카드뮴, 비소, 수은, 납, 6가 크롬을 관리
  • 농자재는 비료관리법과 비료공정규격(농촌진흥청 고시)에 비소, 니켈, 크롬, 카드뮴, 납 등 8개 중금속을 관리
    • 비소 함유 농약 중 폐지된 농약은 4품목으로 2001년 재등록 시 식용 작물의 비소 오염을 차단하기 위하여 폐지하였음
    • 2004년 비료관리법 시행령 및 시행규칙을 개정하여 국산과 수입,유기질과 부산물에 따라 달랐던 중금속 허용량을 통일화

      크롬은 300mg/kg, 납 150mg/kg, 카드뮴 5mg/kg, 수은 2mg/kg, 비소 50mg/kg,구리 300mg/kg, 아연 900mg/kg, 니켈 50mg/kg 등

• 농산물 유통판매단계에서도 중금속 안전성 조사를 주기적으로 시행하고 모니터링
  • 국립농산물품질관리원에서는 유통·판매 단계에서 품목별로 유해물질을 분석하여 부적합 농산물 발생 시 출하연기나 폐기
    • 농산물 우수관리 인증제도인 GAP를 통해 생산단계부터 판매 단계까지 농산물 안전관리체계를 확립하고 작목을 확대 중

지나친 걱정은 기우(杞憂)

• 비금속, 준(準)금속, 중금속 등의 유해물질에 대해 지나친 공포를 가질 필요는 없음
  • 최근 언론을 통해 언급되는 중금속 위험의 경우는 대개 수입 농산물, 해외 오염사례, 불의의 사고 등으로 인한 누출의 경우
    • 농산물에 대한 관리가 본격화 된 2007년 이후 최근 10년 간 중금속으로 인해 이슈화 된 사건은 대부분 수입 농식품에 국한

      간혹 언론매체에서 “중금속, 또는 농약 성분이 몇 ppm 검출, 허용 기준은 초과하지 않아...” 라는 뉴스를 접하신다면 허용기준을 넘었는지만 확인하시고 넘지 않았다면 안심하시면 됨

    • 천재지변, 불의의 사고에 대한 경우도 독성(毒性)학의 발달에 따라 해독, 방제, 처리기법이 개발되어 조속히 정상화 할 수 있는 수준

      지진, 태풍, 해일 등의 경우는 산업 시설의 파괴 방지나 중금속 유출 우려보다 신속히 대피하는 것이 우선, 일본 원전사태도 사실 해일의 여파였음

중금속에 대한 연구투자는 중요

• 중금속과 관련된 기술들은 국가의 경쟁력을 좌우하는 첨단 기술이며, 앞으로 인류를 편리하게 할 기술들이 대부분
  • 기존의 비소, 납, 수은 등의 재처리 또는 폐기, 안전화 기술 등은 지속가능한 발전, 높은 삶의 질 추구를 위해서도 꼭 필요한 기술
    • 기존의 산업단지, 오염지를 단번에 청정자연으로 바꾸는 것은 매우 어려우나 농업생태계 조성 후 점진적으로 바꾸는 것은 가능

      도심 속에 도시정원, 텃밭, 작은 논과 둠벙, 공원 숲 조성만으로도 서식 생물군이 시간이 지남에 따라 폭발적으로 증가(‘12 KBS다큐)

    • 오염 검출 및 기준 설정에 필요한 기술 개발과 가장 빠르고 휴대 가능하며 신뢰도도 높은 판별법 · 키트 개발은 부가가치도 높음

      유해물질 저항성, 무독화, 체외 배출을 돕는 농산물 발굴 및 신품종 개발도 앞으로 중국, 인도, 동남아 시장 개척을 위해 꽤 중요한 분야

  • IT, BT, NT분야를 뒷받침하는 소재산업에서 희토류 등의 잠재 위험물이 차지하는 비중은 작지 않으며 자원 전쟁의 중심이 될 듯
    • 중국은 희토류를 개발한 이래로 오염도가 기존보다 막대하게 증가하여 앞으로 막대한 대가를 지불할 것으로 예상

      세계적으로 희토류의 대체물질 개발, 바다에서 얻는 기법 연구와 희토류 오염지 회생기법 연구에 관심이 증대되고 있는 추세

보다 효율적인 대응을 위한 제도 정비는 필요

• 일반적인 사건 이외에 천재지변 등으로 인한 우발적인 피해 발생에 빠르게 대응하고 복구할 수 있는 국가대응체계 정비는 필요
  • 태풍, 해일 등 우발적 천재지변에 인명/재산 관리에 대한 컨트롤 타워는 있으나 유해물 관리체계는 미약
    • 순차적으로 대응할 수 있는 공통위기대응 매뉴얼과 이를 총괄하는 임시조직에 대한 전략적 논의도 검토가 필요
  • 특히 국민들이 민감하게 반응할 수 있는 농산물 관련 유해물질 관리에 대한 문제는 언론과의 커뮤니케이션 전략이 중요
    • 사실을 알리되 국민들의 안심을 우선시하고 문제가 된 사안의 해결방식을 순차적으로 모색한다는 일관된 매뉴얼과 전략이 필수

[부록] 우리나라 중금속 안전관리 기준

(단위 : mg/kg)

(단위：mg/L)