[논문]손톱과 모발에서의 셀레노 화합물의 화학종 분석

지영; 금대섭; 박용남

doi:10.5012/jkcs.2020.64.4.203

손톱과 모발에서의 셀레노 화합물의 화학종 분석
Speciation Analysis of Seleno-Compounds in Hair and Finger Nails 원문보기

대한화학회지 = Journal of the Korean Chemical Society, v.64 no.4, 2020년, pp.203 - 209

지영 (한국교원대학교 화학교육학과) , 금대섭 (한국교원대학교 화학교육학과) , 박용남 (한국교원대학교 화학교육학과)

초록
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손톱과 모발에서 셀레늄을 추출하고 HPLC-ICP/MS로 셀레늄의 각 화학종을 분리한 뒤 분석하였다. 셀레노 화합물은 주로 SeCys으로 구성되어 있음을 알아내었고 이 들 시료의 분석을 통하여 인체에서의 셀레늄에 농도의 변화에 대한 정보를 얻을 수 있었다. 5명의 참가자들에 대한 손톱을 12개월간 모니터링한 결과, 농도는 평균 858.6 ± 201.2 ng g^-1 이었는데 각 개인의 농도는 시간에 따라 변화가 크지 않고 일정하게 유지되었으며 개인간의 평균값차이도 심하지 않았다. 모발의 경우, 평균농도는 205.3 ng g^-1으로서 손톱보다는 낮았다. 지원자들에게 셀레늄 보조제 22 ㎍ day^-1를 3개월씩 투여하였을 때에 섭취 전후(각 3개월의 기간)의 농도는 크게 변화하지 않았지만 셀레늄보조제의 농도를 300 ㎍ day^-1으로 증가시켜 2개월간 투여하였을 때에는 손톱에서의 셀레늄 농도가 1,230 ng g^-1으로 현저히 증가하는 것으로 나타났다. 결론적으로 손톱은 인체가 장기간(수 개월 이상)동안 노출되었거나 또는 흡수한 셀레늄에 관한 정보를 반영하여 나타낼 수 있음을 본 연구를 통하여 알아낼 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Selenium species in hair and nails were extracted, separated and analyzed with HPLC-ICP/MS. The result showed that Se species was mostly SeCys and the information related to the change of selenium concentration in a body could be obtained. The Se fortification study was performed for 5 participants during 12 months. The average of Se concentration was 858.6 ± 201.2 ng g-1, which did not change much during the research period nor the difference between the individuals was striking. In the case of hair, the average concentration was 205.3 ng g-1 which was lower than nails. Se supplement of 22 ㎍ day-1 was taken for 3 months by the volunteers and the difference between before and after (3 months period for each) the taking of supplement was not striking. However, when the dose was increased to 300 ㎍ day-1 for 2 months, the concentration was increased noticeably to 1,230 ng g-1. It can be thought that the analysis of finger nail for Se can provide valuable information for the long period (several months) of exposure or intake of Se for a human body.

주제어

표/그림 (10)

표 Table 1. Isotopic abundances (atom, %) of natural selenium and ⁷⁶Se enriched spike solution
그림 Figure 1. Chromatograms of finger nail extraction solution (solid line) and spiked with SeCys (25 μg g^-1 Se; dotted lines).
표 Table 2. Information on volunteers who provided fingernails for selenium analysis
표 Table 3. Selenium in finger nails extracted at 37 °C, 0.1 M NaOH for 24 hours (n=3)
그림 Figure 2. Selenium in finger nails extracted at 90 °C, 0.1 M NaOH for 24 hours.
그림 Figure 3. Comparison of concentrations of Se determined by PCID for SeCys with total Se determined by IDA.
표 Table 4. Total concentration of selenium in hair
그림 Figure 4. Chromatogram for Se in hair extraction.
그림 Figure 5. Monitoring of selenium for 5 volunteers during (shaded area) and after (white area) taking Se supplement for the period of 12 months.
그림 Figure 6. Changes of Se concentration in finger nails during (dark area) and after (white area) taking selenium supplements of different amount of doses.

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

제안 방법

7개의 손톱 시료를 90 ^oC 온도 조건에서 추출한 셀레노화합물을 Fig. 2에 나타내고 그 농도와 총량 분석한 농도를비교하였다.
5명의 실험참여자는 평소 식단 이외에 하루에 22 µg의 셀레늄을 섭취하였으며 3개월 섭취 3개월 휴식을 반복하였다. ICP-MS를 이용한 IDA로 총량 분석하기 위해서는 시료의 질량이 0.03 g이상 필요하기 때문에 자란 손톱을 끝에서부터 잘라내는방식으로 채취하였다. Fig.
셀레늄 영양보조제 섭취에 따른 모발 속 셀레늄 농도변화를 확인하기 위해 2개월 동안 22 µg day-1 섭취한 여성실험 참여자의 모발을 모근에서부터 6cm 가량 채취하였고,채취한 시료를 A (모근부터 2cm), B (2 cm ~ 4 cm), C (4 cm ~ 6 cm)로 3등분하여 IDA로 셀레늄 총량 분석하였다. 또한 모발 속 셀레노 화합물을 확인하기 위하여 모발을90 ^oC에서 0.1 M NaOH 용액으로 3시간 동안 추출한 추출액을 HPLC-ICP-MS로 분석하였다. 모발 시료 A, B, C에대한 셀레늄 총량을 Table 4에 나타냈다.
상온인 37^oC에서 추출되는 셀레노 화합물의 양을 알아내기 위해 하나의 시료를 반씩 나누어 마이크로파 산 분해와 상온추출을 병행하여 진행하였다. 두 농도값을 비교하고 추출 효율결과를 다음의 Table 3에 나타내었다.
셀레늄 영양보조제 섭취에 따른 모발 속 셀레늄 농도변화를 확인하기 위해 2개월 동안 22 µg day-1 섭취한 여성실험 참여자의 모발을 모근에서부터 6cm 가량 채취하였고,채취한 시료를 A (모근부터 2cm), B (2 cm ~ 4 cm), C (4 cm ~ 6 cm)로 3등분하여 IDA로 셀레늄 총량 분석하였다.
셀레늄 영양보조제 섭취에 따른 손톱 속 셀레늄 농도변화 실험에 참여한 실험참여자들은 매일 22 µg 씩 매일 3개월 섭취하고 3개월 휴식하기를 2회 반복하였으며 실험은 1년간 진행되었다.
셀레늄 영양보조제를 섭취한 5명의 실험참여자의 손톱을2017년 12월부터 2018년 12월까지 1년 동안 3주마다 채취하여 셀레늄 총량을 분석하였다. 5명의 실험참여자는 평소 식단 이외에 하루에 22 µg의 셀레늄을 섭취하였으며 3개월 섭취 3개월 휴식을 반복하였다.
C에서 아세톤-증류수-아세톤의 순서로 10분간 세척하였고 110 oC에서 2시간 건조하였다. 손톱 속 셀레늄을 효과적으로 추출하기 위해 세라믹 가위를 이용하여 건조한 손톱 시료를 가로 세로 약 2 mm크기 이하로 조각내었다.
1 M NaOH로 추출하였다. 이 때 온도는37^oC와 90^oC로 나누어 추출효율을 비교하였다.
모발시료에 대해선 실험참여자의 모발 시료를 뿌리 부분에서부터 6 cm 가량 채취하였다. 채취한 시료를 뿌리에서부터 2 cm씩 A, B, C 시료로 나누어 산 분해하였다.산 분해 조건은 손톱과 동일하였다.
추가 실험에서는 300 µg day-1를 2개월 복용하였다.
8% 정도로서 완전히 추출되지 않음을 확인할 수 있었다. 추출된 셀레늄이 어떤 형태로 존재하는지 확인하기 위해 용액을 HNO₃로중화한 후 HPLC-ICP-MS로 분석하였고 크로마토그램을 Fig. 1에 나타내었다.

대상 데이터

5명의 실험참여자는 평소 식단 이외에 하루에 22 µg의 셀레늄을 섭취하였으며 3개월 섭취 3개월 휴식을 반복하였다.
HPLC 이동상으로는 ammonium acetate (≥99.99%, trace metals basis)를 사용하였다.
연구에 사용된 질산은 동우화인켐(Pyungtaek, Korea)의 반도체급시약을 사용하였다. Sodium selenite (Se IV, 99%), Sodium selenate decahydrate (Se VI, 99.999%) DL-SeMet, L-SeCys, MeSeCys는 모두 Sigma-Aldrich (Yongin, South Korea)에서 구입하였다. HPLC 이동상으로는 ammonium acetate (≥99.
실험에 사용한 셀레늄 스파이크로는 ⁷⁶Se 동위원소(Trace Sciences International Corp, DE, USA)를 사용하였다. 아래표에 셀레늄의 %자연동위원소비와 ⁷⁶Se 동위원소의 비율을나타내었다.
연구에 사용된 질산은 동우화인켐(Pyungtaek, Korea)의 반도체급시약을 사용하였다. Sodium selenite (Se IV, 99%), Sodium selenate decahydrate (Se VI, 99.
이 때 평소의 식단 위에 효모(주로SeMet)에서 기인한 셀레늄 보조제(Natural Life Nutrition Inc., British Columbia, Canada)를 섭취하였다. 추가 실험에서는 300 µg day^-1를 2개월 복용하였다.
99%, trace metals basis)를 사용하였다. 충돌기체로는 H₂(99.8 atom, %)를 삼성산소(Cheongju, South Korea)에서 구입하여 사용하였다.

이론/모형

45 µm 필터로 걸러서 사용하였다. Filtering한 시료는 HPLC-ICP-MS로 분석하여 PCID법으로 정량하였다.
시료내의 총량을 분석하기 위하여 마이크로파 분해법을이용하여 손톱과 모발 시료를 처리하였다. 세척하고 건조시킨 손톱 시료 약 0.
산 분해 조건은 손톱과 동일하였다. 시료의 총 셀레늄 농도는 동위원소희석법으로 정량하였다.

성능/효과

Selenium in finger nails extracted at 37 oC, 0.1 M NaOH for 24 hours (n=3)

37 ^oC에서 0.1 M NaOH의 추출 효율은 49.8% 정도로서 완전히 추출되지 않음을 확인할 수 있었다. 추출된 셀레늄이 어떤 형태로 존재하는지 확인하기 위해 용액을 HNO₃로중화한 후 HPLC-ICP-MS로 분석하였고 크로마토그램을 Fig.
결과,각각 10.4 ± 5.2 µg g-1 , 0.92 ± 0.24 µg g-1 및 0.25 ± 0.09 µg g-1을 얻었는데 본 연구 결과와 비교해볼 때 22 µg day-1의 셀레늄 섭취는 한국인의 경우에도 총 셀레늄 농도에 크게 영향을 미치지 않는 것으로 보인다.
손톱과 모발에서의 셀레늄은 대부분 SeCys으로 구성이되어 있음을 확인하였고 이에 따라 특별한 화학종의 분리없이 총량분석이 가능하였다. 또한, 손톱과 모발에서의셀레늄은 장기간(수 개월 이상)에 걸친 체내의 농도변화를잘 보여주며 이에 따라 유용한 생체지표로 사용될 수 있음을 보여주었다.
셀레늄 영양보조제의 농도를 300 µg day-1로 증가한 뒤2개월 섭취한 뒤에 다시 연구를 진행한 결과, 다음의 Fig. 6의15개월 이후의 부분에 나타난 것처럼 손톱에서의 농도가 확연히 증가한 것을 볼 수 있었다.
손톱과 모발에서의 셀레늄은 대부분 SeCys으로 구성이되어 있음을 확인하였고 이에 따라 특별한 화학종의 분리없이 총량분석이 가능하였다. 또한, 손톱과 모발에서의셀레늄은 장기간(수 개월 이상)에 걸친 체내의 농도변화를잘 보여주며 이에 따라 유용한 생체지표로 사용될 수 있음을 보여주었다.
실험참여자 5명 모두 개인마다 손톱 속 셀레늄의 농도차이가 존재하지만 각 개인은 어느 정도 일정한 농도를 유지하는 것을 볼 수 있었다. 따라서 셀레늄 섭취시에 농도가 증가하는 경향성이 모두에게 공통적으로 나타날 것이라 예측하였다.
추출된 SeCys의 값은 IDA방법으로 분석한 총셀레늄의 농도를 비교해 볼 때에 nail 7을 제외하고는 같은값을 보여준다. 즉, 손톱에서의 셀레늄 화합물은 주로 SeCys이며 90 ^oC에서 8시간 추출했을 이들은 거의 다 추출된다고 결론지을 수 있다.

후속연구

다만, 그 증가하는 정도는 Xia의 연구보다 낮았는데 이는 본 연구에서는 셀레늄의 섭취기간이 짧으며 또한 섭취한 셀레늄은 다른 형태이므로 생물학적 활성도나 섭취효율이 달라질 수 있을 것으로 생각된다.
손톱을 대상으로 하여 연구한 결과, 높은 농도에서의 연구에서는 확실한 농도증가가 관찰되었으나, 현재 시판되고 있는 대부분의 셀레늄 보조제(22 µg day-1)의 낮은 농도에서는 인체내의 장기적인 농도변화에 큰 영향을 끼치지 않는 것으로 보인다. 하지만 본 연구는 건강한 젊은 연령층을 대상으로 하였기 때문에 평소에 매우 적은 농도의 셀레늄을 섭취하거나 또는 인체내의 셀레늄 농도가낮은 고 연령군 또는 질병을 가진 사람들에서는 다른 연구결과가 나타날 수도 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	유도결합 플라즈마 질량분석기가 셀레늄 분석에 많이 사용되는 이유는 무엇인가?	체내의 셀레늄은 매우 미량으로 존재하기 때문에 정확한분석이 필요하다. 유도결합 플라즈마 질량분석기(Inductively Coupled Plasma/Mass Spectrometry, ICP/MS)는 ppb~ppt 단위의 낮은 농도까지 높은 정밀도로 측정가능하기 때문에 Se 분석에서 많이 사용된다.20 최근 휴대용 X선형광법으로분석법을 개발한 연구21가 있으나 간편하고 빠르기는 하지만 그 검출한계가 높아(~800 ppb) 본 연구와 같은 미량농도의 경우에는 적합하지 않은 것으로 보인다.
	셀레늄은 체내에서 어떤 형태로 존재하는가?	1 셀레늄은 필수 미량 원소로 지정되었으며2,3 체내에서 다양한 형태로 존재한다. 셀레노메티오닌(Selenomethionine, SeMet)이나 셀레노시스테인(Selenocysteine, SeCys)과 같은 아미노산, 신진대사물의 결과인 당류로도 존재하고, 또한 글루타티온 과산화효소(Glutathione Peroxidase, GPx)등의 단백질로도 존재하며 인체에서 항산화기능등 4의 중요한 역할을 담당한다. 셀레늄은 결핍시 면역기능 이상, 갑상선기능 장애, 퇴행성 신경장애 등 다양한 질병의 원인이 될수 있으나 과다 복용시에는 셀레노시스(Selenosis)를 유발하여 탈모, 손톱 손실, 피부 안면 신경계의 병변, 피로 및 과민증 등 부작용을 초래할 수 있어 건강과 관련한 중요한 모니터링 대상이다.
	셀레늄의 결핍 혹은 과다 복용 시 어떤 문제가 발생할 수 있는가?	셀레노메티오닌(Selenomethionine, SeMet)이나 셀레노시스테인(Selenocysteine, SeCys)과 같은 아미노산, 신진대사물의 결과인 당류로도 존재하고, 또한 글루타티온 과산화효소(Glutathione Peroxidase, GPx)등의 단백질로도 존재하며 인체에서 항산화기능등 4의 중요한 역할을 담당한다. 셀레늄은 결핍시 면역기능 이상, 갑상선기능 장애, 퇴행성 신경장애 등 다양한 질병의 원인이 될수 있으나 과다 복용시에는 셀레노시스(Selenosis)를 유발하여 탈모, 손톱 손실, 피부 안면 신경계의 병변, 피로 및 과민증 등 부작용을 초래할 수 있어 건강과 관련한 중요한 모니터링 대상이다.5,6

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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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