<중독무기물>

과목 : 동물영양학및실습

교수 : 윤용범 교수님

학과 : 동물자원학과

학번 : 20639874

이름 : 김종구

1.개요

2.중독무기물의종류및특징

2-1. 구리(Cu)

2-2. 셀레늄(Se)

2-3. 불소(F)

2-4. 몰리브덴(Mo)

2-5. 비소(As)

2-6. 수은(Hg)

2-7. 크롬(Cr)

2-8. 카드뮴(Cd)

2-9. 납(Pd)

3.참고문헌

1.개요

함유량이 대단히 적은 상태에서는 체내에서 중요한 생리적 기능을 수행하지만 필요량 이상으로 존재할 때는 대사작용이나 생명유지에 극히 나쁜 결과를 초래하는 것들을 중독무기물이라고 한다. 구리(Cu), 셀레늄(Se), 불소(F), 몰리브덴(Mo), 비소(As), 수은(Hg), 크롬(Cr),카드뮴(Cd), 납(Pd) 등 9종류가 여기에 속한다.

특히, 구리(Cu), 셀레늄(Se), 불소(F), 몰리브덴(Mo), 비소(As)등은 생체 내에서 분포와 수준에 따라 나타내는 현상을 기준으로 필수 및 중독무기물로 분류된다.

필수광물질		준필수광물질	비필수광물질	중독광물질
다량광물질	미량광물질
calcium(Ca) magnesium(Mg) sodium(Na) potassium(K) phosphorus(P) choline(Cl) sulfur(S)	manganese(Mn) iron(Fe) copper(Cu) iodine(I) zinc(Zn) cobalt(Co) selenium(Se) fluorine(F) molybdenum(Mo) arsenic(As) silicon(Si) chrome(Cr)	barium(Ba) brome(Br) strontium(Sr) nickel(Ni) vanadium(Vd) rubidium(Rb) aluminum(Al)	boron(B) lead(Pd) tin(Sn) mercury(Hg) gold(Au) silver(Ag)	copper(Cu) selenium(Se) fluorine(F) molybdenum(Mo) arsenic(As) chrome(Cr) mercury(Hg) cadimium(Cd) lead(Pd)

2.중독무기물의 종류 및 특징

2-1.구리(Cu)

구리의 동물체 내 함량은 극히 적어서 철의 10% 정도에 불과하나, 산화·환원효소의 조효소 역할을 하며, 적혈구의 형성에 간접적으로 관여한다. 생산 활동 중 구리의 역할은 산화반응을 촉매하는 것으로 보여지는데, 구리는 산화효소의 구성성분으로, 그 원자가의 변이에 의한 전자교환, 특히 아스코르브산 산화효소에 관여한다. 구리는 티로시나아제의 구성성분이며, 장 흡수와 철분의 조직으로부터 혈장으로의 이동을 도와줌으로서 헤모글로빈의 형성을 향상시킨다. 구리가 부족하면 조직의 산화환원효소인 카달라아제의 함량 저하를 초래한다.

구리가 결핍되면 체내에서 철의 이용성이 낮아져 헤모글로빈 생성이 불량해지고, 심한 영양성 빈형증에 걸리게 된다. 반대로 너무 많이 섭취하면 심한 중독증상을 나타낸다.

<구리(Cu) 결핍 증상>

①구리의 공급이 부족하면 빈혈증이 발생한다.

②양아지(어린양)의 경우에는 후구마비명에 걸린다. 이것은 어떤 특수지방에서 일어나는 병인데 주로 구리의 함량보다는 몰리브덴의 함량이 낮은 경우, 구리의 흡수·이용이 제한되기 때문이다.

③소에 있어서는 다리를 잘 쓰지 못하고 비틀거리며, 자주 넘어지는 병에 거린다.

이상에서 보는 바와 같이 구리는 꼭 필요한 광물질이긴 하나 과다량을 섭취하게 되면 심각한 중독현상을 나타낸다. 이것은 사료 내의 Ca, Cd, Ag, Au, Pd 등의 함량에 의해서 좌우되는 것이며, 특히 Fe, Zn, Mo-Cu-sulfate의 상호작용에 의한 영향이 크다.

<구리(Cu) 중독 증상>

①사료 섭취량 감소

②성장률의 저하

③헤모글로빈 합성 불량과 용혈현상에 의한 빈혈

④간과 혈증의 Cu 함량 증가 및 glutathione 함량의 감소

등이 있으며, 중독 증세가 만성적으로 계속되거나 급성중독에 의하여 동물이 치사하게 된다. 일반적으로 Cu 중독에 견디는 힘은 반추동물보다는 단위동물(돼지, 쥐)이 강하며, 소가 양보다 강하다.

Cu의 중독에는 말과 반추가축이 예민하나 돼지나 닭, 토끼에게는 약리적 사용수준인 250ppm을 황산동 형태로 사료에 첨가하면 생산성이 크게 개선된다. 이는 구리가 장내 유해세균을 억제하고 성장 호르몬의 분비를 촉진하기 때문인 것으로 밝혀졌다. 그러나 약리적 사용수준의 첨가는 Cu의 배설량을 증가시켜 분뇨처리 시 발효를 억제하고 토양오염을 유발할 우려가 있기 때문에 최근에 와서는 사용량을 반으로 줄이도록 규제하고 있다.

2-2.셀레늄(Se)

셀레늄은 필수무기물로서 미량원소에 속하며 Berzilius에 의하여 100여년 전에 발견되었으며, 산업적으로 중요한 역할을 하였다. 그러다가 약 30여년 전에 중독증상으로서 소와 그 밖의 가축에서는 알카리증을 일으키고, 병아리는 기형, 탈모, 마비 등의 증상이 나타난다는 것이 밝혀졌다. 그러나 1957년에 Se이 비타민E와 관계가 있는 필수영양소라는 것이 밝혀진 이후 관심이 높아졌다.

셀레늄은 간과 신장에 가장 많이 들어있다. 셀레늄의 흡수는 십이지장에서 일어나는데, 대개 곡물 내에 포함된 유기태 셀레늄이 가장 잘 흡수되며, 다음으로 셀레나이트, 셀레네이트, 셀레나이드와 원소 상태의 금속 셀레늄 등의 순서로 잘 흡수된다.

십이지장에서 흡수된 셀레늄은 혈류를 통하여 뼈, 모발, 백혈구 등의 신체 각 조직으로 전달되어 축적된다. 셀레늄은 체내에서 단백질 결합물, 황함유아미노산 결합물, 시토크롬태 셀레늄, 지방단백질 등으로 존재한다. 돼지의 간에서는 메티오닌 떠는 시스틴의 형태로 존재한다.

Se이 결핍되면 성장률이 저하되는데 그 밖에 다른 결핍 증세들은 다음과 같다.

<셀레늄(Se) 결핍 증상>

①쥐, 돼지 : 간조직의 괴사

②닭, 칠면조 : 근위근육병, 삼출성 소질

③반추가축 : 근육백화병

Se의 함량이 5~15mg/kg 이상인 초지에서 방목되는 반추가축은 중독증에 걸리게 되는데 Se의 중독 증상은 다음과 같다.

<셀레늄(Se) 중독 증상>

①호흡이 거칠어지고 동작이 우둔하다

②이를 갈며, 과다한 타액을 분비하고 식욕이 감퇴한다.

③장골의 연결 부위에 이상이 오고 꼬리 등이 끊어진다. 피모와 발굽이 비정상적인 성장을 하거나 거칠어진다.

④심장이 위축되고, 간경련과 빈혈이 생긴다.

⑤중독 증상이 심하면 과다한 타액 분비, 시야장애, 복통, 전신마비 등을 수반하고 나중에는 폐사하게 된다.

셀레늄(Se) 중독을 치료하거나 완화시키기 위해서는 사료 내의 비소(As), 아마인유, methionine 또는 cystine 등의 함량을 높여주는 것이 좋다. selenodiacetate와 selenopropionate는 Se의 흡수를 억제하기 때문에 이들의 첨가 역시 Se의 중독을 줄여줄 수 있다. 최근에 보고된 바에 의하면 Se은 체내에서 anticarcinogen으로 작용하여 암의 치료에도 효과가 있다고 한다.

2-3.불소(F)

불소(F)는 체내 각 부위에 널리 분포되어 있으나, 특히 뼈와 이빨에 많이 들어있어, 이들 조직의 0.02~0.05%에 이르며, 뼈조직에서는 대부분이 무기물 형태로 함유되어있다.

구 분	간	신 장	갑 상 선	심 장	췌 장	근 육
쥐 면 양 소	0.12 3.50 2.30	0.62 4.20 3.50	- 3.0 2.1	2.6 3.0 2.3	- 2.8 2.8	0.53 - -

<동물의 연조직 내 불소함량>                                                                         (단위:mg/kg, 건물기준)

불소는 1970년대 중반까지 동물의 필수영양소로 인정되지 않았다. 그 후 불소의 연구결과 쥐의 체성장이 30% 향상되고 번식 장애가 감소되며, 임신기 및 유아의 빈혈 치료 및 골격형성에서 효과가 인정되면서 영양소로 인정받게 되었다.

그러나 다량의 불소이온은 생체 내에서 해당작용을 방해한다. 글루코오스-6-인산 탈수소효소의 활성을 잃게 하기 때문이다. 이밖에도 ATPase, 리파아제, 알칼린 포스파타아제 등의 활성에도 영향을 미치나, 정확한 원인은 알려져 있지 않다.

불소의 중독은 불소 함량이 높은 물, 인광석, 사료 등을 장시간 섭취할 때 나타난다.

<불소(F) 중독 증상>

①뼈의 정상적인 색깔을 잃게 하고 굵어지게 한다.

②조직이 엉성하게 되어 부스러지거나 부러지기 쉽다.

불소의 함량이 30~40mg/kg 이상인 사료나, 2mg/kg 이상의 물을 장기간 먹으면 사료의 섭취량이 줄어들고, 성장률도 저하된다.

여러 종류의 동물에 대한 F의 안전수준을 보면 닭이나 칠면조 등의 조류가 포유동물이나 반추동물보다 F중독의 피해가 적음을 알 수 있다.

그러나 0.1% 이상의 F를 포함하고 있는 인광석을 사료로 이용하는 것은 위험하며, F의 함량이 높은 초지에서의 방목 또한 위험하다. 그러나 대개의 사료에는 1~2mg/kg 이하의 F가 포함되어 있으므로 F의 함량이 높은 인광석 이외의 사료를 주는 경우 불소중독증 염려는 거의 없다.

2-4.몰리브덴(Mo)

Mo의 영양학적 중요성은 1938년 영국에서 teartness라는 Mo 중독증에 의하여 인식되기 사작하였고 캐나다, 미국, 아일랜드, 뉴질랜드 등지에서는 peat scour라 불리우는 몰리브덴 중독증에 의하여 인식되었다. Mo 역시 최근에 필수성이 인정된 광물질로서 크산틴산화제의 구성 성분이며, Mo의 섭취량에 따라 이 효소의 수준이 결정된다. 이 효소는 시토크롬 C와 함께 작용하여 xanthine을 uric acid로 산화시키는 능력이 있다. 뿐만 아니라 이 효소는 하이포크산틴과 같은 퓨린 또는 방향성 알데히드의 산화를 촉진한다. Mo의 체내 함량은 대단히 적으나 체조직 내의 이것의 함량은 간과 신장에 가장 많이 들어 있다.

<동물 각 기관의 몰리브덴 함량>                                                                        (단위: 건물 중 ppm)

구 분	간	신 장	비 장	폐	뇌	근 육
성 인 성장한 쥐 병 아 리	3.2 1.8 3.6	1.6 1.0 1.4	0.20 0.52 -	0.15 0.37 -	0.14 0.24 -	0.14 0.06 0.14

Mo은 유기태이든, 무기태이든 모두 잘 흡수된다. 특히 수용성 Mo염은 잘 흡수된다. 난용성 염인 몰리브덴산, 몰리브덴칼슘 등도 쉽게 흡수한다. Mo의 체내 대사는 Cu와 황산염과 밀접한 관계를 가지는데, 황산염기의 공급물질인 단백질, 특히 함유황아미노산(SAA)은 methionine과 cystine의 섭취량에 의하여 상당한 영향을 받는다. 특히 Mo 중독 시에 무기태 황산염은 Mo의 요 내 분비를 촉진시킨다. Mo의 생체 내 주요 기능은 크산틴산화제의 구성 성분이라는 것 이외에도 aldehyde oxidase, sulfate oxidase의 합성을 들 수 있다.

반추동물의 경우, Mo은 반추위 내 미생물의 활력을 높여 섬유질 사료의 소화율을 향상시킨다. 목초의 Mo 함량은 상당히 낮기 때문에 몰리브덴 중독의 염려는 없으나, Mo의 함량이 0.002% 이상인 초지에서 방목하는 동물은 몰리브덴 중독에 걸릴 우려가 있다.

<몰리브덴(Mo) 중독 증상>

①심한설사

②성장률 저하

③체중감소

④피모탈색

⑤탈모증

⑥부종

⑦빈혈

⑧정충 생산 부진

⑨유생산 감소

Mo 중독이 빈혈을 야기시키는 까닭은 Cu의 이용률 저하에 의한 현상으로 생각된다. Mo 중독의 치료나 예방을 위해서는 충분한 양의 동물성 단백질과 함께 황산구리를 공급해야 한다.

5.비소(As)

As는 체내 각 조직과 체액에 널리 분포되어 있으며, 성인 체내에는 0.04~0.09mg/kg 정도가 함유되어 있다. 그런데 이중의 약 80% 정도는 적혈구에 들어 있다. As의 흡수, 체내 축적 또는 배설은 섭취량과 섭취되는 As의 화학적 형태에 따라 달라진다. 흡수된 As는 곧 오줌으로 배설되며 가용성 As는 섭취량의 10% 정도가 분으로 배설된다. 비소화합물 중에서 arsanilic acid는 돼지나 가금에 있어서 성장촉진제로 쓰이기도 하는데, 이 화합물은 쉽게 흡수·이용되며 곧 분으로 배설된다.

보고된 바에 의하면 쥐의 As 결핍증세로는 거친 피모와 성장률 저하 등이 있는데 암쥐보다는 숫쥐가 더 심한 타격을 받는 듯하다. As 역시 과다 섭취하면 여러 가지 중독증들이 나타난다. 이를 요약하자면 다음과 같다.

<비소(As) 중독 증상>

①어지러움증

②구토

③심한 복통

④신체허약

⑤피로

⑥근육통

⑦말초신경 장애

⑧두통

⑨발작

⑩설사

⑪체중감소

이러한 현상들은 active thiol group(-SH)을 가지는 효소들의 작용이 억제되기 때문이다. 또한 As의 고다 섭취는 갑상선 호르몬과의 길항작용을 유발시켜 갑상선 비대증을 가져온다.

6.수은(Hg)

수은(Hg)은 비필수 무기물로서 중독무기물에 속하며, 공기, 사료 및 피부로부터 체내에 들어가며, 흡수율은 수은화합물의 종류에 따라 다르다. 일반적으로 무기태 수은화합물의 흡수율은 5% 정도이며, alky1 수은화합물인 methylmercury는 흡수율이 60~100%로 대단히 높고 주로 신장과 간장에 축적된다. Hg의 중독은 Hg이 효소분자 중의 SH기와 결합하여 당분해와 단백질합성에 필요한 효소와 기타 여러 효소의 기능을 상실하게 한다.

<수은(Hg) 중독 증상>

(1)무기태의 수은                                   (2)유기태의 수은

①전율                                             ①장의 괴사 및 설사

②현기증                                           ②사료섭취량 및 체중의 감소

③신경과민증                                       ③심하면 폐사

④우울증

⑤시력 및 청각상실

사료 내 셀레늄(Se)와 비타민E의 함량을 높이면 수은(Hg)중독 증상이 완화된다.

7.크롬(Cr)

크롬은 조직 내에 널리 분포되어 있지만, 그 양은 대단히 적어 성인의 체내에는 6mg 이하의 Cr이 분포되어 있으며, 연령이 증가함에 따라 폐를 제외한 기관의 농도는 감소된다고 한다.

Cr이 생체 내에는 기능을 발휘할 때에는 단독으로 작용하지 않고 insulin, 효소, 핵산 등과 상호 협력하여 작용하므로 Cr만의 역할을 분별하기는 어렵지만, 생체 내에는 Cr의 기능을 열거해 보면 다음과 같다.

<크롬(Cr)의 기능>

①당허용인자(GTF)의 구성성분으로서 혈액에서 각 조직세포로 당을 용이하게 운송하여 당의 이용효율을 증진시킨다.

②Cr이 결핍되면 glucose의 에너지로의 이용 불능, 당뇨병, 고혈당증 등이 유발된다.

③Cr은 혈청 내 cholesterol의 수준을 일정하게 유지하는 작용을 한다.

④Cr은 단백질합성과정 중 insulin이 필요한 단계에서 insulin의 보조인자로서 작용한다.

8.카드뮴(Cd)

카드뮴은 주로 소화관으로부터 분변으로 배출되나 장기간의 노출에 의해 신장기능장해가 생기면 뇨중으로의 배출량이 급격히 증가하는 것으로 알려져 있다. 기타 체모, 타액, 유즙으 로도 배출된다.

카드뮴은 침입한 부위로부터 혈중으로 이행하며, 혈중에서는 초기에는 혈장중에 많이 분포 하나 그후 혈구중으로 이행한다. 카드뮴은 주로 간장과 신장에 축적된다. 급성으로 노출되었을 때는 간장내 축적량이 신장보다 높으나, 만성적으로 노출되었을 때는 신장에 보다 많이 축적되 는 것이 보통이다. 이들 장기에 축적되어 있는 카드뮴은 메탈로티오네인(methallothionein)과 결합된 형태로 존재하고 있다.

급성 중독의 경우에는 위세척 후 EDTA와 같은 착화합물 형성물질을 투여하여 체내로부터 카드뮴을 점차로 배출시켜야 한다. 가장 좋은 착화합물 형성물질은 diethylen triamine penta acetic acid이다. 유황함유 화합물들은 신장내에 카드뮴농도를 증가시켜 신장독성을 일으키므 로 사용에 유의하여야 한다. BAL이나 penicillamine들도 같은 이유로 치료에는 권장되지 않는 다. 비타민C, 티아민 또는 비타민E는 카드뮴중독증의 해독 또는 카드뮴의 배출을 위하여 추천 된다.

<카드뮴(Cd) 중독 증상>

①소 - 카드뮴을 섭취하면 식욕부진, 쇠약, 체중 감소, 유량 감소, 교미회피, 발굽의 각화부전, 건조하고 부서지기 쉬운 뿔, 점막창백, 피모조강, 표피의 각질화 및 탈락 그리고 용혈성 빈혈 등의 증상이 나타난다. 소와 양에 50∼500ppm의 카드뮴 항진균제를 49주간 급여하면 유산을 일으키거나 사산하며, 또 는 새끼가 빨리 죽거나 선천적 기형을 일으킨다.

②양 - 음수에 2.5㎎/㎏ 이상의 카드뮴을 12개월간 투여하면 빈혈, 신장병증 및 뼈의 광물질 감소 등이 일어난다. 사료내에 카드뮴을 혼합하여 1년 이상 투여할 때 최대무작용량은 30ppm이다. 이 때에도 간과 콩팥에서의 카드뮴 농도는 증가한다. 임상화학적 변화로서는 일시적인 혈청중의 alkaline phosphatase(ALP)활성 감소, 유의성이 있고 지속적인 순환계의 aspartate aminotransferase(AST)활성의 증가 및 단백뇨 등이 있다. 신우신염의 심한 정도는 신장내의 카드뮴 함량과 관계가 있다. 또한 비장, 흉선, 갑상선 및 부신의 무게가 증가한다.

③말 - 신장에서의 카드뮴농도는 신장에서의 아연농도와 상관관계가 있으며 나이가 들수록 증가한다. 일반적으로 신장에서의 카드뮴농도는 비교적 높기 때문에 사람이나 다른 동물이 섭취하지 않도록 하여야 한다.

④돼지 - 카드뮴을 섭취하게 되면 소적혈구성(microcytic) 및 저색소성(hypochromic) 빈혈이 일어나며 hematocrit치는 돼지에서 카드뮴중독의 가장 민감한 지표로서 추천되고 있다. 카드뮴에 의한 빈혈은 철분을 근육내로 주사하면 방지될 수 있다. 장기간 카드뮴을 섭취하면 사료섭취량이 감소한다. 사료내의 칼슘과 인의 함량이 부적절하면 간장, 신장, 뼈 및 췌장내의 카드뮴농도가 증가하나 근육내의 카드 뮴은 증가하지 않는다.

⑤가금 - 육계에서는 카드뮴을 섭취하면 사료효율 및 체중의 감소 그리고 치사율이 증가한다. 또한 뼈의 탈회(decalcification), 사낭유각막(keratoic membrane of gizzard)의 각화증, 신장염, 장염, 심장근육에 혈반, 수심낭증(hydropericardium) 및 소낭염(proventriculitis) 등이 유발 된다. 카드뮴은 신장, 간장, 뼈 및 깃털에서 높은 농도로 검출된다. 육계에서의 카드뮴의 반 수치사량(LD50)은 체중 ㎏당 165∼188㎎ 정도이다. 산란계의 산란율이나 난각의 질에는 크게 영향을 미치지 않는다.

⑥개 - 신장에서 가장 높은 농도의 카드뮴이 검출되며, 신장, 간장 및 폐에서의 수준은 나이가 들수록 증가하고, 성별에 따른 차이는 없다.

9.납(Pd)

종래까지만 하더라도 납(Pd)은 체내 축적성 물질이며, 중독성이 상당히 강한 물질로서 관심을 받아왔다. 최근 연구에 의하면 Pd는 쥐의 정상적인 성장을 위해 필요한 물질이 라는 것이다. Pd의 체내 분포상황을 살펴보면 성인 남자의 경우 90~400mg이 함유되어 있으며, 이것의 80% 정도는 뼈 속에 존재한다. 다량의 Pd을 섭취하게 되면 근육을 제외한 뼈, 간, 신장, 모발 등의 함량은 증가한다.

Pd의 흡수는 십이지장, 공장, 회장 등에서도 잘 이루어진다. 그리고 Pd의 주 배설경로는 담즙으로 이를 통해서 소장으로 분비되고, 다시 분의 형태로 체외로 배설된다. Pd의 흡수율은 동물의 연령, Ca, P, Fe, Cu 또는 Zn의 섭취량에 의해서 달라진다. 나아가 어릴수록 Pd의 흡수율이 높은데, 이는 어린 동물이 성축보다 Pd의 중독증에 걸리기 쉬운 원인으로 보인다.

Ca과 P의 섭취 부족은 Pd의 체내 축적을 증가시키며 이들의 다량 섭취는 역으로 Pd의 축적을 제한한다. 또한 Fe의 결핍은 Pd 중독을 심화시키는데 이러한 현상은 Co나 Mn 결핍 시보다 더 현저하다.

Pd의 과다 섭취는 혈장 내의 Ca 함량과 ceruloplasmin 수준을 떨어뜨리게 되며 Cu의 결핍은 적혈구 내의 Pd 함량을 증가시키기도 한다. 이 때 증상은 체중 감소, 혈액과 연조직 및 뼈 내의 Pd 함량이 증가된다. 이 외에도 Pd 중독증은 여러 가지로 나타나는데, 그것들을 정리하면 다음과 같다.

<납(Pd) 중독 증상>

①중추신경계의 마비에 의한 자극 전달의 장애

②세노관의 기능 저해에 의한 아미노산뇨증과 당뇨증

③뇌조직의 발육불량

④heme 생성 부진에 의한 빈혈증

⑤적혈구의 수명 단축

⑥호흡작용 불량에 의한 스토크롬 함량의 감소

⑦세균감염에 대한 저항력 약화

⑧interferon의 합성 부진에 의한 바이러스성 질병에 대한 저항력 약화

⑨-SH기와 결합하게 되어 각종 효소의 활력을 저하

3.참고문헌

수의독성학(서울대학교출판부) - 이창업

가축영양학(유한문화사) - 고영두, 정근기

동물영양학(목운문화재단) - 김유용, 하종규, 한인규

가축영양학(한국방송통신대학출판부) - 정천용, 김유용

가축영양학-(향문사)윤희섭 외4