[논문]화학사고 시 수용체 보호를 위한 독성끝점 농도와 급성독성 자료를 활용한 우려농도 예측값 조사

이지윤; 김순신; 양원호; 윤준헌; 류지성; 김정곤; 지경희

doi:10.5668/jehs.2018.44.1.44

화학사고 시 수용체 보호를 위한 독성끝점 농도와 급성독성 자료를 활용한 우려농도 예측값 조사
Investigation of the Guidance Levels for Protecting Populations from Chemical Exposure and the Estimation of the Level of Concern Using Acute Toxicity Data 원문보기

韓國環境保健學會誌 = Journal of environmental health sciences, v.44 no.1, 2018년, pp.44 - 54

이지윤 (용인대학교 일반대학원 환경보건학과) , 김순신 (순천향대학교 구미병원 환경보건센터) , 양원호 (대구가톨릭대학교 산업보건학과) , 윤준헌 (화학물질안전원) , 류지성 (화학물질안전원) , 김정곤 (화학물질안전원) , 지경희 (용인대학교 일반대학원 환경보건학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Objectives: To protect individuals working at the site as well as the surrounding general population from a chemical accident, several emergency exposure guidance levels have been used to set a level of concern for certain chemicals. However, a level of concern has not been established for many substances that are frequently used or produced in large quantities in Korean workplaces. In the present study, we investigated the guidance levels for protecting populations from chemical exposure and the estimation of level of concern using acute inhalation and oral toxicity data. Methods: The number of chemicals to which emergency exposure guidance levels (e.g., ERPG-2, AEGL-2, PAC-2, and IDLH) can be applied were determined among 822 hazardous chemicals according to the 'Technical Guidelines for the Selection of Accident Scenarios (revised December 2016)'. The ERPG and AEGL values were compared across all three tiers for the 31 substances that appeared on both lists. We examined the degree of difference between the emergency exposure guidance levels and the estimates of level of concern calculated from acute inhalation or acute oral toxicity data. Results: Among the 822 hazardous chemicals, emergency exposure guidance levels can be applied to 359 substances, suggesting that the estimates of level of concern should be calculated using acute toxicity data for 56.3% of the hazardous chemicals. When comparing the concordance rates of ERPG and AEGL for 31 substances, the difference between the two criteria was generally small. However, about 40% of the substances have values diverging by more than three-fold in at least one tier. Such discrepancies may cause interpretation and communication problems in risk management. The emergency exposure guidance levels were similar to the estimates of level of concern calculated using acute inhalation toxicity data, but the differences were significant when using acute oral toxicity data. These results indicate that the level of concern derived from acute oral toxicity data may be insufficient to protect the population in some cases. Conclusion: Our study suggests that the development of standardized guidance values for emergency chemical exposure in the Korean population should be encouraged. It is also necessary to analyze acute toxicity data and fill the information gaps for substances that are important in Korean workplace situations.

주제어

표/그림 (7)

표 Table 1. Number of chemicals with available guidance values among 822 chemicals
그림 Fig. 1. AEGL/ERPG quotient for Tier 1, Tier 2, and Tier 3 in 31 chemical substances (left) and (IDLH×0.1)/ERPG quotient for Tier 2 in 18 chemical substances (right).
표 Table 2. ERPG, AEGL, PAC, and IDLH values of 31 chemical substances (unit: mg/m³)
그림 Fig. 2. Relationships between acute guidance values (ERPG-2, AEGL-2, and PAC-2) and the estimates of level of concern based on acute inhalation toxicity data (LC₅₀) in 30 chemical substances.
표 Table 3. Chemicals with diverging guidance values (AEGL/ERPG-quotient above 3.0 or below 0.33) at Tier 1 and reasons inferred from the technical support documents
그림 Fig. 3. Relationships between acute guidance values (ERPG-2, AEGL-2, and PAC-2) and the estimates of level of concern based on acute oral toxicity data (LD₅₀) in 21 chemical substances.
표 Table 3. Chemicals with diverging guidance values (AEGL/ERPG-quotient above 3.0 or below 0.33) at Tier 1 and reasons inferred from the technical support documents (continued)

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 822종 유해화학물질 중 ‘사고시나 리오 선정에 관한 기술지침’에 따라 국외 우려농도 기준을 적용할 수 있는 물질(359종)을 소개하였다.
본 연구에서는 ERPG와 AEGL이 모두 존재하는 31종 물질에 대해 2가지 IDLH 산출방법(ⓐ0.1×LC50 (30분 급성흡입 독성값) 또는 0.2×LC50 (4시간 급성흡입 독성값), ⓒ 0.01×LD50 (급성경구 독성값))을 활용하였을 때 독성끝점 농도를 정확히 예측할 수 있는지를 조사하였다.

제안 방법

31종 물질 중 30분, 4시간 급성흡입 독성값이 존재하는 30종 물질(vinyl chloride는 2시간 급성흡입독성값만이 존재하여 비교에서 제외됨)에 대하여 독성끝점 농도와 급성흡입 독성자료를 이용한 우려농도 예측값을 비교하였다(Fig. 2). Klimisch의 신뢰도 기준¹⁶⁾에 따라 1, 2등급의 급성흡입 독성자료를 사용하였을 때 산출되는 우려농도 예측값은 대부분 ERPG-2, AEGL-2, PAC-2와 비슷하였다.
31종 물질 중 급성경구 독성값이 존재하는 21종 물질에 대하여 독성끝점 농도와 급성경구 독성값을 이용한 우려농도 예측값을 비교하였다(Fig. 3). 산출되는 우려농도 예측값은 일반적으로 급성흡입 독성 자료를 이용할 때보다 차이가 크게 발생되었으며, ERPG-2는 최대 48,000배, AEGL-2, PAC-2는 최대 1,700배 가량 차이가 발생하였다.
기준이 적용될 수 있는 물질의 수를 파악하였고, ERPG와 AEGL의 1, 2, 3단계 독성끝점 농도가 모두 존재하는 31종의 물질에 대해서는 각 단계(Tier)별로 AEGL/ERPG 비를 산출하여 비교하였다. ERPG는 1시간 노출 시간을 기준으로 하기 때문에, 여러 시간에 대한 값들이 존재할 경우(예: AEGL은 10분, 30분, 1시간, 4시간, 8시간 값 제시) 1시간에 해당되는 값을 사용하여 비교하였다. 각 단계별로 AEGL/ERPG 비가 3이상이거나 0.
33 이하일 경우, 차이가 나는 원인을 확인하기 위해 상세 조사를 진행하였다. ERPG와 AEGL 값 차이의 주원인은 ① 주요 독성연구 선택의 차이(selection of critical studies), ② 각 단계에서 주요 영향 선택의 차이(selection of critical effects), ③ 자료의 해석 차이(interpretation of data)로 분류하여 조사하였다. 또한 (IDLH×0.
ERPG와 AEGL의 1, 2, 3단계 값이 모두 존재하는 물질은 31종이었으며, 이 물질에 대해 각 단계별로 ERPG와 AEGL의 일치율을 비교하였다(Fig. 1, Table 2). 독성끝점 농도로 활용되고 있는 ERPG-2와 AEGL-2를 비교하였을 때 농도가 같은 물질은 chloropicrin과 fluorine이었으며, 14종 물질(vinyl chloride, trichloroethylene, acrylic acid, acrolein, toluene diisocyanate, crotonaldehyde, trifluoroborane, sulfuric acid, phosphorus trichloride, bromine, chlorine, hydrogen sulfide, chlorosulfonic acid, fuming sulfuric acid)은 ERPG-2보다 AEGL-2 농도가 작았다.
본 연구에서는 화학물질안전원의 ‘사고시나리오 선정에 관한 기술지침(2016년 12월 개정)’에 따라 822종 대상물질 중 ERPG-2, AEGL-2, PAC-2, IDLH 중 한 가지 이상이라도 적용이 가능한 물질의 수를 파악하였다. ERPG와 AEGL의 1, 2, 3단계 독성끝점 농도가 모두 존재하는 31종 화학물질에 대해서 독성끝점 농도 간에 차이와 그 원인을 분석하였고, 급성흡입 또는 급성경구 독성자료로 산출한 우려농도 예측값과 독성끝점 농도 사이에 어느 정도 차이가 발생하는지 살펴보았다.
IDLH가 존재하는 18종 물질에 대해 IDLH를 이용한 우려농도 예측값(IDLH×0.1)과 ERPG-2 농도를 비교하였다(Fig. 1, Table 2).
ERPG는 1시간 노출 시간을 기준으로 하기 때문에, 여러 시간에 대한 값들이 존재할 경우(예: AEGL은 10분, 30분, 1시간, 4시간, 8시간 값 제시) 1시간에 해당되는 값을 사용하여 비교하였다. 각 단계별로 AEGL/ERPG 비가 3이상이거나 0.33 이하일 경우, 차이가 나는 원인을 확인하기 위해 상세 조사를 진행하였다. ERPG와 AEGL 값 차이의 주원인은 ① 주요 독성연구 선택의 차이(selection of critical studies), ② 각 단계에서 주요 영향 선택의 차이(selection of critical effects), ③ 자료의 해석 차이(interpretation of data)로 분류하여 조사하였다.
급성경구 독성자료의 mg/kg 단위는 사람의 체중(70 kg)과 30분 호흡률(0.4 m3)을 고려하여 공기중 농도의 단위(mg/m3 )로 환산(X mg/kg×70 kg÷0.4 m3=Y mg/m3)한 후 비교하였다.
또한 (IDLH×0.1)/ERPG-2 비를 산출하여 IDLH 값을 이용할 경우 산출되는 우려농도 예측값이 ERPG2와 어느 정도 차이가 발생하는지 조사하였다.
본 연구에서는 822종 유해화학물질 중 ERPG,¹¹⁾ AEGL,¹²⁾ PAC,¹⁵⁾ IDLH⁹⁾ 기준이 적용될 수 있는 물질의 수를 파악하였고, ERPG와 AEGL의 1, 2, 3단계 독성끝점 농도가 모두 존재하는 31종의 물질에 대해서는 각 단계(Tier)별로 AEGL/ERPG 비를 산출하여 비교하였다. ERPG는 1시간 노출 시간을 기준으로 하기 때문에, 여러 시간에 대한 값들이 존재할 경우(예: AEGL은 10분, 30분, 1시간, 4시간, 8시간 값 제시) 1시간에 해당되는 값을 사용하여 비교하였다.
본 연구에서는 화학물질안전원의 ‘사고시나리오 선정에 관한 기술지침(2016년 12월 개정)’에 따라 822종 대상물질 중 ERPG-2, AEGL-2, PAC-2, IDLH 중 한 가지 이상이라도 적용이 가능한 물질의 수를 파악하였다.
수집된 급성흡입독성자료의 단위가 독성끝점 농도의 단위와 다를 때에는 분자량과 기체 1몰의 부피(24.45)를 고려하여 단위를 환산한 후 비교하였다(mg/m3=ppm×분자량÷24.45).
제시된 기준에 맞추어 비교하기 위해 ① 포유류·설치류(랫드, 마우스, 기니피그 등)를 이용한 급성흡입 독성시험(노출시간 30분과 4시간만 선별)에서의 LC50와 ② 포유류·설치류를 이용한 급성경구 독성시험(단회 투여)에서의 LD50 독성자료를 조사하였다.
그러나 vinyl chloride는 두 기준 모두 같은 연구¹⁸⁾를 토대로 기준치를 도출하였음에도 불구하고, 주요 영향을 다르게 선택하였기 때문에 ERPG-2가 AEGL-2보다 높게 제시되었다. 즉, ERPG는 사람에 대한 자극 영향의 최대무독성용량(no observed adverse effect level; NOAEL) 6,000 ppm을 토대로 시작값 (point of departure; POD)을 도출하였으며, AEGL 은 현기증의 NOAEL 12,000 ppm을 토대로 POD를 도출하였다. ERPG-2가 AEGL-2보다 높을 경우 선택에 따라 보호수준이 달라질 수 있으므로, 기준 적용에 대한 우선순위의 적합성을 고민해 보고 독성자료를 재검토하는 작업이 필요하다.

대상 데이터

급성흡입 독성자료(LC50)와 급성경구 독성자료(LD50) 는 신뢰도 기준이 제시된 유럽화학물질관리청(European Chemicals Agency, ECHA)의 “Information of Chemicals”에서 수집하였으며, 신뢰도 기준16)에 따라 1, 2등급에 해당되는 자료를 선별하여 수집하였다.

성능/효과

1)은 국외 우려농도 기준(ERPG-2, AEGL-2, PAC-2)이 모두 존재하지 않을 경우 후순위로 활용될 수 있다. 18종 물질을 대상으로 IDLH를 이용한 우려농도 예측값과 ERPG-2를 비교하였을 때 두 값의 차이는 크지 않았으며(범위 0.15~1.35배), 주로 IDLH 값을 이용한 우려농도 예측값이 ERPG-2보다 낮게 나타났다. 이러한 결과는 ERPG-2보다 보수적으로 보호기준을 마련할 수 있으며, 급성독성 자료를 이용하여 예측할 때보다 비교적 정확하게 수용체를 보호할 수있는 기준을 도출할 수 있음을 나타낸다.
⁴⁾ 1986년 작업장 노출기준(예: TLV, PEL)은 설정되어 있었으나,^5,6) 이 기준은 일반인구의 비상 노출을 평가하기에 부적절하였다.⁷⁾ 즉, 작업장 노출수준은 작업자가 평생 노출되어도 건강상 영향을 받지 않을 농도를 제시하며, 어린이와 노인을 비롯한 민감군을 고려하지 않는다. 미국국립산업안전 연구소(The National Institute for Occupational Safety and Health, NIOSH)에서 제시하는 즉각적인 생명 위협농도(Immediately Dangerous to Life and Health, IDLH) 역시 건강한 작업자를 위한 기준이며, 일반 인구(어린이, 노인, 민감군 포함)를 보호하기 위해 개발된 것은 아니다.
미국국립산업안전 연구소(The National Institute for Occupational Safety and Health, NIOSH)에서 제시하는 즉각적인 생명 위협농도(Immediately Dangerous to Life and Health, IDLH) 역시 건강한 작업자를 위한 기준이며, 일반 인구(어린이, 노인, 민감군 포함)를 보호하기 위해 개발된 것은 아니다.⁸⁾ IDLH는 30분 이내에 대피할 수 있는 능력을 약화시키는 증상이나 비가역적인 건강상의 영향 없이 대피 가능한 공기 중 최대 농도를 의미하며, 2014년 기준 401종 물질에 대한 기준이 설정되어 있다.⁹⁾
822종 대상물질에 대해 ERPG-2, AEGL-2, PAC2 기준의 적용이 가능한 물질은 각각 64종, 95종, 356종이었다(Table 1). PAC-2는 여러 기준이 존재할때 AEGL-2, ERPG-2, TEEL-2를 순차적으로 적용하여 설정되는 것으로, AEGL-2 또는 ERPG-2를 적용하여 PAC-2가 설정된 물질은 108종이고 나머지 248종은 TEEL-2값을 활용한 것이다.
ERPG-2와 AEGL-2를 비교하였을 때 4종(benzene, vinyl chloride, carbon disulfide, 1,3-butadiene)이 3배 이상 차이가 났으며, 그 중 vinyl chloride는 ERPG2가 AEGL-2보다 4.2배 높게 나타났다. 대부분 ERPG2가 AEGL-2와 비슷하거나 낮기 때문에 기술지침의 우선순위에 따라 ERPG-2를 먼저 적용할 경우 더 보수적인 기준을 택하는 것이므로 크게 우려되지 않는다.
ERPG와 AEGL의 1, 2, 3단계 값이 모두 존재하는 31종 물질에 대해 각 단계별로 ERPG와 AEGL 의 일치율을 비교하였을 때, 12종 물질(38.7%)은 적어도 하나 이상의 단계에서 3배 이상 차이가 발생하였다. 독성끝점 농도로 활용되고 있는 ERPG-2와 AEGL-2는 2종의 물질(6%)만 그 농도가 같았다.
1, Table 2). 독성끝점 농도로 활용되고 있는 ERPG-2와 AEGL-2를 비교하였을 때 농도가 같은 물질은 chloropicrin과 fluorine이었으며, 14종 물질(vinyl chloride, trichloroethylene, acrylic acid, acrolein, toluene diisocyanate, crotonaldehyde, trifluoroborane, sulfuric acid, phosphorus trichloride, bromine, chlorine, hydrogen sulfide, chlorosulfonic acid, fuming sulfuric acid)은 ERPG-2보다 AEGL-2 농도가 작았다. 대부분의 화학물질은 두 기준의 차이가 3배 미만으로 작았으나, 12종 물질(38.
1, Table 2). 두 값 사이의 차이는 크지 않았으나(범위 0.15~1.35배), 13종 물질(formalin, benzene, trichloroethylene, epichlorohydrin, 1,3- butadiene, trifluoroborane, hydrogen chloride, hydrogen fluoride, ammonia, bromine, fluorine, chlorine, hydrogen sulfide)은 우려농도 예측값이 ERPG-2 농도에 비해 낮게 산정되었다.
따라서 822종 대상물질 중‘사고시나리오 선정에 관한 기술지침’에 따라 ERPG2, AEGL-2, PAC-2, IDLH 기준 중 하나 이상 적용이 가능한 물질은 359종이었다.
3). 산출되는 우려농도 예측값은 일반적으로 급성흡입 독성 자료를 이용할 때보다 차이가 크게 발생되었으며, ERPG-2는 최대 48,000배, AEGL-2, PAC-2는 최대 1,700배 가량 차이가 발생하였다.
35배), 주로 IDLH 값을 이용한 우려농도 예측값이 ERPG-2보다 낮게 나타났다. 이러한 결과는 ERPG-2보다 보수적으로 보호기준을 마련할 수 있으며, 급성독성 자료를 이용하여 예측할 때보다 비교적 정확하게 수용체를 보호할 수있는 기준을 도출할 수 있음을 나타낸다.

후속연구

또한 국외 우려농도 기준을 국내에 적용하지 못하는 물질에 대해서는 급성흡입 독성자료의 생산, 급성독성 자료 활용에 대한 상세 기준 마련, 전환계수의 적절성 평가 등이 필요하다. 본 연구의 결과는 향후 화학사고 시 적용되는 우려농도를 표준화하여‘한국형’ 독성끝점 농도를 선정하는 데 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
이는 독성끝점 농도가 존재하지 않을 경우 사용하는 급성 독성 자료에 따라 수용체를 보호하기 어려운 수준의 농도로 도출될 수 있음을 나타낸다. 특히 급성경구 독성 자료를 이용하여 우려농도 예측값을 산출할 경우 차이가 크게 발생되므로, 추후 전환계수(0.01)의 적절성 또는 우려농도 예측값 산출의 기초자료 활용 여부에 대한 자세한 연구가 필요하다. 기준값을 도출하는 데 있어서, 사람에 대한 독성자료가 동물에 대한 독성자료보다 우수한 것은 사실이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	화학물질은 어떠한 측면에 영향을 주는가?	화학물질은 현대사회의 경제발전 및 산업화의 원동력으로 인간의 삶의 질 향상에 궁극적으로 지대한 영향을 주었다. 이러한 화학물질은 Chemical Abstract Service (CAS) 등록물질 기준으로 현재까지 약 133백만 종 이상이 등록되어 있고, 매일 약 15,000개의 화학물질이 추가로 등록되고 있다.
	화학물질의 등록추이는?	화학물질은 현대사회의 경제발전 및 산업화의 원동력으로 인간의 삶의 질 향상에 궁극적으로 지대한 영향을 주었다. 이러한 화학물질은 Chemical Abstract Service (CAS) 등록물질 기준으로 현재까지 약 133백만 종 이상이 등록되어 있고, 매일 약 15,000개의 화학물질이 추가로 등록되고 있다.1) 이 중 생산 활동과 관련된 것으로 추정되는 Chemical Industry Notes (CIN)에 등록된 화학물질은 약 170만개로 보고되고 있으며, 세계 각국에 의해 규제되는 화학물질은 약 34만 종이다.
	인도 보팔에서 발생한 메틸이소시안 가스(methyl isocyanate) 누출 사고의 피해는?	2) 이러한 화학사고 중 가장 대표적인 것은 1984년 12월 인도 보팔의 카바메이트계 농약 제조 공장에서 발생한 메틸이소시안 가스(methyl isocyanate) 누출 사고이다. 그러나 초기 대응이 미흡하여 3,800명 거주민이 사망하였고, 20만 명의 거주민은 크고 작은 건강 피해를 입었다.3) 이 사건은 지역주민의 알 권리 충족과 화학물질의 비상대응지침 개발의 필요성을 제기하는 계기가 되었다.

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Lavelle KS, Schnatter AR, Travis KZ, Swaen GM, Pallapies D, Money C, et al. Framework for integrating human and animal data in chemical risk assessment. Regul Toxicol Pharmacol. 2012; 62: 302-312.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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