동물시험 결과를 활용한 화학물질의 근로자 흡입독성 참고치 제안

차효근 연세대학교 보건대학원 2022 국내석사

본 연구는 국내에 사용되는 화학물질 중 작업장 노출기준이 미설정 되었거나 기존 자료의 정보가 미비한 화학물질의 흡입독성참고치를 제안하고자 한다. 흡입독성참고치 설정을 위한 화학물질 선정에는 산업안전보건연구원에서 흡입독성시험이 수행된 화학물질 중 연구목적에 맞는 화학물질 Monomethylformamide, Benzalkonium chloride, 1-Methylnaphthalene 3종을 연구 대상으로 선별하고, 산업안전보건연구원의 자료가 흡입독성참고치 설정을 위한 출발치(POD, Point of Departure)로 타당한지 검증하기 위해 문헌조사를 하여 비교 검토하였다. 흡입독성참고치 산출은 US EPA의 RfC, KOSHA의 RfCw, REACH와 ECETOC의 DNEL의 방법을 사용하여 계산하였다. 연구 결과 Monomethylformamide의 RfC: 0.04 ppm, RfCw: 0.5 ppm, DNEL(REACH): 0.746 ppm, DNEL(ECETOC): 1.244 ppm, Benzalkonium chloride의 RfC: 0.000229 ㎎/㎥, RfCw: 0.00367 ㎎/㎥, DNEL(REACH): 0.00547 ㎎/㎥, DNEL(ECETOC): 0.00912 ㎎/㎥, 1-Methylnaphthalene의 RfC: 0.005 ppm, RfCw: 0.067 ppm, DNEL(REACH): 0.1 ppm, DNEL(ECETOC): 0.166 ppm으로 산출되었다. 산출된 결과를 비교하고 연구 목적에 맞는 결과 값을 선별하여 최종적으로 RfCw를 흡입독성참고치로 제안하였다. 향후 최신화 된 실험조건의 결과 값과 더 많은 독성정보를 바탕으로 작업장에서 사용되는 화학물질의 작업장 노출기준 설정을 위한 연구가 필요하다. The purpose of this study is to suggest a reference value for inhalation toxicity of chemicals used in Korea that have not set occupational exposure standards or existing date are insufficient. In order to select a chemical to suggest a reference value for inhalation toxicity, three chemicals, Monomethylformamide, Benzalkonium chloride, 1-Methylnaphthalene, were selected for the purpose of study. That chemicals were performed inhalation toxicity test by the Institute of Occupational Safety and Health. A literature survey was conducted and compared to verify whether the data of the Institute of Occupational Safety and Health were valid as POD(Point of Departure) for the suggestion of inhalation toxicity reference value. The inhalation toxicity reference value calculation was calculated using the methods of RfC of US EPA, RfCw of KOSHA, DNEL of REACH and ECETOC. As a results, Monomethylformamide, RfC: 0.04 ppm, RfCw: 0.5 ppm, DNEL(REACH): 0.746 ppm, DNEL(ECETOC): 1.244 ppm, Benzalkonium chloride, RfC: 0.000229 ㎎/㎥, RfCw: 0.00367 ㎎/㎥, DNEL(REACH): 0.00547 ㎎/㎥, DNEL(ECETOC): 0.00912 ㎎/㎥, 1-Methylnaphthalene, RfC: 0.005 ppm, RfCw: 0.067 ppm, DNEL(REACH): 0.1 ppm, DNEL(ECETOC): 0.166 ppm. The calculated results were compared and the results values suitable for the purpose of the study were selected, and RfCw was finally suggested as a inhalation toxicity reference value. And further research will be needed to set occupational exposure requirements for chemicals that are utilized in the workplace, based on the results of the most recent experimental circumstances and more toxicity date.

In vitro와 in vivo 실험 방법을 이용한 탄소 나노섬유의 흡입독성 통합 시험 전략

안경모 호서대학교 대학원 2020 국내석사

미래 기술의 열쇠 중 하나인 나노기술은 점차 발전하고 있으며 더불어 나노 물질의 사용이 점점 증가하고 있다. 이에 따라서 나노 물질에 대한 위험성도 제기되고 있지만 그에 대한 독성 정보는 매우 부족하다. 나노 물질 중 하나인 탄소나노섬유는 탄소 원자가 원통형 구조를 이루는 탄소나노튜브를 길게 만든 물질로서, 가벼우면서도 강하고 전기전도도가 우수한 나노 물질이다. 전자산업, 우주산업, 자동차산업, 비행기사업 등 다양한 곳에 사용이 되고 있다. 비교적 안정적인 물질이지만 흡입 독성에 대해서는 명확하게 알려진 바가 없다. 탄소나노섬유는 석면과 그 구조가 매우 비슷한 섬유상의 형태를 가지고 있는데, 석면은 폐 섬유증을 유발하며 IARC에서 그룹1에 해당하는 발암물질로 알려져 있다. 때문에 비슷한 구조를 가진 CNF의 독성에 대해서 연구하고자 하였다. 따라서 본 논문에서는 기존에 수행하였던 In vivo실험인 Sprague-Dawley랫드를 이용한 28일 아급성 흡입독성 실험과 이전 연구결과들과in vitro대체 시험방법들을 통합하여 Integrate Testing Strategy탄소 나노 섬유의 대체 독성 시험 법을 확립하고자 하였다. 독성을 평가하는데 한 개의 실험법에 의해 도출되는 결과들은 위양성과 위음성의 우려가 있어서 정확한 독성을 예측하기 위해서는 한 개의 시험법에 의한 평가 방법보다는 여러가지 시험법을 통합 관리하여 평가하는 방법이 필요하다. 따라서 통합 시험법(Integrated Testing Strategy: ITS)중 weight of evidence 방법을 적용하여 선행 연구들을 모두 통합하였다. 우선 탄소 나노 섬유의 흡입 독성을 평가하기 위하여 세포독성, 산화적 스트레스, 지질과산화 분석, 등을 이용하였으며 이를 확인하기 위하여 Western blot을 통해 흡입 독성 지표들을 확인하였다. 우선적으로 시험 물질인 TCNF를 분산시킨 후 인간 폐 상피 세포인 A549 세포에 24 시간 동안 노출하여 WST-1 assay를 통해 세포 독성이 유도됨을 확인하였으며 Dichlorofluorescin Diacetate (DCFDA)와 Lipid peroxidation을 통하여 산화적 스트레스를 증가를 확인하였다. Western blot방법으로 A549세포의 CNF에 대한 반응을 확인하기 위해서 분비 단백질 발현을 확인 하였을 때 형질전환 성장 인자인 TGF-1과 평활근액틴인 Smooth Muscle(α-SMA) 및 COLa1모두 증가하였다. 이들 결과를 종합하면 In vitro 대체 독성실험에서는 폐섬유증(Pulmonary Fibrosis)가 어느 정도 발현이 된 것으로 확인이 되었다. 이렇게 나온 In vitro 시험 결과와 문헌조사를 통해 선행 연구들을 통합하여 탄소나노섬유에 대한 독성을 예측 하였다. 첫번째로 마우스를 이용한 인두흡인실험(Murray, 2012)과 두번째로 조미성(2017)의 석사학위 논문인 In vivo 28일 아급성 흡입독성연구 결과를 종합하였다. 마지막으로 2012년 탄소나노섬유의 비부 노출 90일 아만성 흡입 독성 연구(Delorme, 2012) 결과들에 대한 항목들을 비교 종합 하였다. In vivo 통합 결과 CNF가 침착되고 염증이 나타나는듯 하였으나 섬유증으로 진단내릴만한 유의적인 결과를 나타내지 않았다. 기존에 Multiple Path Particle Dosimetry (MPPD) Model(MPPD v 3.04) 프로그램을 이용하여 TCNF의 침착률을 확인한 결과 폐포까지 탄소나노섬유가 도달하지 않는 것으로 확인이 되었지만 조직병리에서 폐에 침착되어 있는 모습이 관찰할 수가 있었다. 이러한 결과를 종합하여 볼 때 폐섬유증에 관련된 여러가지 염증반응이 in vitro에서는 증가한 것으로 보이지만 in vivo에서는 나타나지 않아 질환으로서 연결지을 결과들이 부족하였다. 따라서 앞으로 탄소나노섬유의 폐섬유와 관련된 질환에 대한 관련성을 확립하기 위해서 더 많은 관련 증거 및 독성 기전연구 들이 추가되어야 할 것으로 판단되었다. Nanotechnology, one of the keys to future technology, is evolving and the use of nanomaterials is increasing. This poses a danger to nanomaterials but lacks toxicological information. Carbon nanofiber, one of the nanomaterials, is a material made of carbon nanotubes in which carbon atoms have a cylindrical structure. The carbon nanofibers are light, strong, and have excellent electrical conductivity. It is used in various places such as electronics industry, aerospace industry, automobile industry and airplane business. Although relatively stable, no known inhalation toxicity is known. Carbon nanofibers have a fibrous form that is very similar in structure to asbestos, which causes pulmonary fibrosis and is known to be a carcinogen corresponding to group 1 in IARC. Therefore, we tried to study the toxicity of CNF with similar structure. Therefore, in this paper, the 28 day subacute inhalation toxicity test using Sprague-Dawley rat, an in vivo experiment, and the previous results and in vitro alternative test methods were integrated. To establish. The results derived by one test method for evaluating toxicity are concerned with false positives and false negatives. Therefore, in order to accurately predict the toxicity, it is necessary to integrate and manage various test methods rather than one test method. Therefore, all the previous studies were integrated by applying the weight of evidence method of the Integrated Testing Strategy (ITS). First, in order to evaluate the inhalation toxicity of carbon nanofibers, cytotoxicity, oxidative stress, lipid peroxidation analysis, etc. were used. First of all, TCNF was dispersed and exposed to A549 cells, which are human lung epithelial cells, for 24 hours, and cytotoxicity was induced by WST-1 assay. Dichlorofluorescin Diacetate (DCFDA) and Lipid peroxidation were used to detect oxidative stress. An increase was confirmed. When confirming the secretion protein expression in response to CNF of Western A549 cells by Western blot method, both the transforming growth factor TGFβ-1 and smooth muscle actin Smooth Muscle (α-SMA) and COLa1 increased. Taken together, these results indicate that pulmonary fibrosis is expressed to some extent in in vitro alternative toxicity experiments. The in vitro test results and literature review have combined the previous studies to predict the toxicity of carbon nanofibers. First, the pharyngeal aspiration study using mice (Murray, 2012) and the second, In vivo 28-day subacute inhalation toxicity study (Jo, 2017) were synthesized. Finally, we compared and synthesized the results of the 90-day subacute inhalation toxicity study (Delorme, 2012). In vivo integration resulted in CNF deposition and inflammation but did not show significant results for diagnosis of fibrosis. As a result of confirming the TCNF deposition rate using the Multiple Path Particle Dosimetry (MPPD) Model (MPPD v 3.04) program, it was confirmed that carbon nanofibers did not reach the alveoli, but it was observed to be deposited in the lung in histopathology. I could do it. These results suggest that various inflammatory responses related to pulmonary fibrosis appear to be increased in vitro, but do not appear in vivo, resulting in insufficient linkage as a disease. Therefore, more relevant evidence and toxicological studies should be added to establish the relevance of diseases related to lung fiber of carbon nanofibers.

코팅제 중 합성 향료의 흡입독성평가를 위한 TTC 기법 적용성 연구

이현정 연세대학교 보건대학원 2017 국내석사

국외에서 향료의 경구 노출을 통한 유전독성 평가를 수행하고 있으며, 물질의 독성정보를 알 수 없는 경우 TTC 방법을 활용하여 독성수준을 예측하고 있다. 위해성 평가 수행시 독성값을 선정하는 단계는 매우 중요하며, 독성 값 부재시 대상 물질은 위해도를 판단할 수 있는 자료가 없으므로 규제 기준을 설정할 수 없다. 그렇기에 본 연구에서는 흡입독성정보가 없을 때 화학물질의 구조적 특성 등을 활용하여 알고리즘을 작성하고, 기존의 위해성 평가를 적용한 결과와의 비교를 통해 알고리즘의 적용성을 고찰해보고자 한다. 본 연구에서는 한국에서 사용하고 있는 향료 중 코팅제에 함유되어 있는 10개의 물질을 최종적으로 선정하였다. 코팅제의 제형 및 용도에 따라 노출 시나리오를 구성하여 노출량을 산정하였다. 또한, 국내·외 사용가능 합성 향료 5425개를 대상으로 흡입독성값을 조사하였다. 그 중 64개의 물질에 대해 204개의 독성데이터를 확보하였다. 이 물질들을 구조특성 등급 기준에 따라 분류한 결과, ClassⅠ은 43개 물질(124개 데이터), ClassⅡ는 14개(59개 데이터), ClassⅢ은 7개(21개 데이터)였다. 각 등급별 5percentile의 NOEC을 대입하여 역치를 산출하였고, ClassⅡ는 1percentile(NOEC)을 대입하였다. 그 결과 0.07mg/kg-day(ClassⅠ), 0.05mg/kg-day(ClassⅡ), 0.03mg/kg-day(ClassⅢ)로 나타났다. TTC 프로세스 적용 결과 Ethyl butyrate는 유사한 구조를 가진 물질의 흡입독성값이 역치를 초과하기 때문에 “안전성 우려가 없다고는 할 수 없음”으로 평가되었다. TTC 프로세스의 검증을 위해 흡입독성값이 있는 13개 물질을 선정하여 프로세스 적용 결과와 위해평가 결과를 비교하였다. TTC 기법 적용한 결과 5개 물질의 노출량이 역치값을 초과하여 “안전성 우려가 없다고는 할 수 없음”으로 평가되었다. 반면, 위해도 판단 결과는 6개의 물질이 HQ>1, MOE<100에 해당되어 “위해가 있음”으로 평가되었다. 두 가지 적용 평가방법에서 중복되는 물질은 2개이며, 15.4%의 일치도를 보였다. 본 연구에서 이용한 프로세스는 선행 연구의 프로세스를 약간 변형한 것으로 섭취량 대신 노출량을 산출하여 역치값과 비교하여 안전성 수준을 예측하는 형태이다. 노출 시나리오에서 액상 및 에멀션형은 입자상 노출의 가능성이 존재하는 것으로 사료된다. 그러나 본 연구에서는 호흡률 및 흡수율은 고려하였으나, 침착량(침착률)은 고려하지 않았다. 또한, 유사한 구조를 가진 물질에 대한 정보가 충분히 확보되지 않았거나 어떤 물질을 선정했는지에 따라 흡입독성값 및 초과여부에 영향을 줄 수 있다. 따라서 추후 방법론 및 자료 보완을 통해 객관성을 향상시킬 수 있는 연구가 진행되어야 한다고 사료된다. 또한, 정량적 위해도 산출이 불가능한 물질에 대해 TTC 기법을 적용하여 흡입노출의 안전성 예측 결과를 도출하여 관리 우선순위를 마련하는 방법으로 제안하는 바이다. The genotoxicity evaluation is being carried out abroad through the oral exposure of the flavoring and the toxicity level is being predicted by means of the TTC method in the case of not knowing the toxicity information of the substances. The stage of selecting the toxicity value is very important during the risk assessment and if there is no toxicity value, it is impossible to set the regulation standard because there is no data to judge the risk of the target substance. Therefore, the purpose of this study is to write the algorithm by using the structural property of chemicals when there is no information about the inhalation toxicity, and consider the applicability of the algorithm through the comparison with the result of applying the existing risk assessment. In this study, 10 substances contained in coatings among the flavorings being used in South Korea were selected finally. The exposure quantity was calculated by constituting the exposure scenario according to the dosage form and use of the coatings. Also, the value of inhalation toxicity was surveyed targeting 5,425 synthetic flavors available in Korea and abroad. 204 toxic data was secured regarding 64 substances. As a result of classifying these substances according to the structural property class standard, Class I included 43 substances(124 data), Class II 14 ones(59 data), and Class III 7 ones(21 data). The threshold was calculated by substituting NOEC of each-class 5 percentile and Class II substituted the 1 percentile(NOEC). As a result, 0.07mg/kg-day(ClassⅠ), 0.05mg/kg-day(ClassⅡ), and 0.03mg/kg-day(ClassⅢ) appeared. As a result of applying the TTC process, Ethyl butyrate was assessed as “It is impossible to say there is no worry over safeness” because the inhalation toxicity value of the substances having the similar structure exceeded the threshold. The result of applying the process after selecting 13 substances having the inhalation toxicity value was compared with the result of risk assessment for the verification of the TTC process. As a result of applying the TTC approach, the exposure quantity of 5 substances exceeded the threshold so it was assessed as “it is impossible to say there is no worry over safeness”. On the other hand, as for the risk judgment result, 6 substances applied to HQ>1, MOE<100 so it was assessed as “there is hazard”. The number of overlapped substances in the two application assessment ways was 2 and the conformity degree of 15.4% was shown. The process used by this study slightly transformed the process of precedent study and predicted the safeness level in comparison with the threshold after calculating the exposure quantity instead of the amount of intake. It is thought that there is a possibility of the particulate exposure in the liquid and emulsion on the exposure scenario. However, while the respiration rate and absorption rate were considered, the deposition amount(deposition rate) was not considered in this study. Also, whether or not the enough information on the substances having the similar structure is not secured and the kind of chosen substances may influence the value of inhalation toxicity and whether or not exceeding. Therefore, it is thought that the study which can improve the objectivity should be carried out through the future methodology and the data supplementation. Also, it is also necessary to arrange the management priority after drawing the safeness prediction result of the inhalation exposure by applying the TTC approach regarding the substances of which quantitative risk cannot be calculated.

수용성 6가 크롬의 건강장해 평가를 위한 흡입독성 연구

이권섭 전남대학교 대학원 2002 국내박사

본 연구에서는 수용성 6가 크롬인 chromium trioxide(CrO₃)가 생체에 미치는 유해성에 관한 다양한 정보와 인체에 미치는 영향을 예측하기 위해 경제협력 개발기구(Organisation for Economic Co-Operation and Development, OECD)의 화학물질 시험기준(guidelines for testing of chemicals)에 준한 90일 반복 흡입 독성시험법을 준용하였다. 실험동물인 흰쥐(Sprague-Dawley Rat) 수컷에 폐내 침착율이 높은 입자 크기인 0.5-5.0 cm 에어로졸(aerosol) 형태의 chromium trioxide를 0.00, 0.20, 0.50, 1.25mg/□의 노출 농도로 하여 1일 6시간, 주5일, 13주간 전신 반복 흡입 노출시킨 후 실험동물의 임상 및 병리 조직학적 변화와 혈액과 요 및 폐, 신장, 간, 대뇌에 축적되어 있는 크롬의 농도를 관찰하였다. 공기 중 크롬의 농도와 혈액 및 조직장기내 크롬 농도의 상호관련성을 비교하여 생물학적 노출지표로서 사용 가능성을 검토하였다. 2주, 8주, 32주간의 회복기간이 지난 실험 동물의 혈액과 요 및 조직장기에 축적된 크롬 소실량의 상관관계와 반감기를 비교하여 수용성 6가 크롬에 의한 실험동물의 건강장해를 평가하고자 하였다. 연구 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 공기 중 크롬의 농도와 전혈, 혈장, 혈구 및 요 중 크롬 농도간의 상관계수는 각각 0.935, 0.918, 0.978, 0.982의 높은 상관관계를 보였으며, 그중 혈구 및 요중 크롬 농도와의 상관계수가 0.978 및 0.982로 가장 높은 상관관계를 보였다 (p<0.05). 전혈, 혈장, 혈구 및 요 중 크롬의 농도 상호간의 상관관계 또한 상관계수 0.975 이상으로 높은 상관관계가 있었다(p<0.05). 따라서 요 중 크롬뿐만 아니라 혈구내 크롬도 매우 유용한 생물학적 지표로 사용 가능한 것으로 판단되었다. 2. 전혈 및 혈장의 크롬 농도는 회복기간 경과에 따라 급격히 감소하여 2주 경과 시 평균 71.0%와 70.2%가 제거되었으며, 8주 경과시 94.4%와 91.5%가 제거되었고, 32주 경과시 98.4%와 97.3%가 제거되었다. 혈구내 총 크롬의 농도는 2주 경과시 17.3%만 제거되어 많은 양이 잔류하고 있었으나 8주와 32주 경과시에는 각각 89.7%와 95.9%가 제거되어 전혈과 혈장내 크롬 농도의 소실 형태와 비슷하였다. 요 중 크롬은 회복기간 2주 후 55.2%가 감소하였고, 8주와 32주 경과시에는 각각 74.3%, 96.3%가 감소되었다. 3. 혈액과 요에 축적된 크롬의 소실 속도와 반감기는 α기간 : 노출 1일(요의 경우 0.42일) 후에서 2주 사이 과 β기간(노출 2주 후에서 32주 사이)의 2가지 형태인 two-compartment open model로 나타낼 수 있었다. β기간에서의 반감기는 전혈의 저, 중, 고농도군에서 각각 76.0일, 45.3일, 54.1일이었고, 혈장에서는 각각 52.3일, 64.2일, 54.1일 이었으며, 요에서는 각각 45.3일, 56.0일, 45.3일 이었다. 혈구에서의 β기간 반감기는 각각 67.5일, 61.6일, 59.4일로 전혈, 혈장, 요에서의 β기간 반감기 보다 길었다. 4. 조직장기 내 크롬 축적량은 노출 농도에 따라 크게 증가하였으며, 0.5 mg/㎡ 농도군을 기준으로 폐 1,850.17□/g, 간 18.28□/g, 신장 72.44□/g이 축적 되었다. 폐의 크롬 농도는 신장과 간의 크롬 농도 보다 약 25배와 약 101배 정도 높게 분포를 하고 있었으며, 13주간 흡입 노출시킨 공기 중 크롬 농도와 신장, 폐, 간의 크롬 농도와의 상관계수는 모두 0.931 이상의 높은 상관관계가 있었다(p<0.05). 5. 신장과 간에 축적된 크롬은 회복기간 경과에 따라 감소하여 2주 경과시 평균 44.0%와 46.4%, 8주 경과 후는 65,7%와 53.6%가 제거되었으며, 32주 경과 후에는 89.3%와 79.8%의 소실율을 보였다. 폐에 축적된 크롬의 경우 2주 경과후 11.0%, 8주 경과 추는 24.8%만 감소되는 매우 낮은 소실율을 보였으며, 32주 경과 후에는 92.9%가 감소되었으나 신장, 간 등의 다른 장기에 비해 낮은 소실율을 보였다. 6. 조직장기에 축적된 크롬의 반감기는 신장의 저, 중, 고농도군에서 각각 65.3일, 47.6일, 41.9일 이었고, 간의 경우 각각 130일, 107일, 102일로 길어지는 반감기를 나타내고 있었으며, 폐에서는 각각 69.4일, 78.3일, 86.0일 이었다. 이들 조직장기에서의 노출 농도에 따른 반감기의 경향을 보면 신장과 간에서는 저농도에서 보다 고농도에서 반감기가 짧았으며, 폐에서는 반대로 저농도에서 보다 고농도에서 반감기가 길었다. 따라서 흡입되어진 고농도의 크롬은 낮은 소실율로 폐에 오랫동안 축적되었다. 7. 흰쥐 수컷을 이용한 13주간의 chromium trioxide의 반복 흡입노출에 의한 임상과 혈액 및 병리학적 검사 등을 토대로 한 유해성 평가에서 NOAEL(no observed adverse effect level)은 0.23mg/㎡/6H/5day/13week이하로 판단되었으며, 관련된 판단근거는 1.25mg/㎡ 농도군의 유의한 체증 감소(p<0.05)와 1.25mg/㎡ 농도군의 적혈구수 및 0.5, 1.25mg/㎡ 농도군의 혈색소가 대조군과 비교하여 유의한 감소가 있었고(p<0.05), 혈액 생화학적 검사 결과 0.5, 1.25mg/㎡ 농도군의 ALT(alanine aminotransferase) 측정치가 대조군과 비교하여 유의한 감소가 있었다(p<0.05). 노출 종료 후 2주와 8주가 경과된 1.25mg/㎡ 농도군의 좌폐 상대 중량 무게가 대조군에 비해 유의한 증가가 있었으며(p<0.05), 병리 조직검사에서는 시험물질로 인한 염증반응으로 대식세포가 응집된 현상이 부분적으로 관찰되었다. To identify diverse information on soluble hexavalent chromium's (chromium trioxide, CrO₃) harmfulness to living things and forecast its effects on the in vivo, in this research, we conducted subchronic(90-day) inhalation toxicity experiment in accordance with Organization for Economic Co-Operation and Development(OECD) guidelines for testing of chemicals. In the experiment, using the inhalation chamber, we allowed male Sprague-Dawley(SD) rats to inhale chromium trioxide in the form of 0.5-5.0□(the particle size heightening the deposition in the body) aerosol with the exposure concentration levels being in the range of 0.00, 0.20, 0.50, and 1.25mg/□. The rats were allowed to repeatedly have inhalation exposure for six-hours a day, five-day a week for 13 weeks. We observed their clinical and histopathological change, and tested biological deposited chromium concentration in the urine, blood, lung, kidney and liver. We further experiment as the rats were allowed to undergo the clearance time in 2, 8 and 32 weeks, respectively. As a result, we defined the regression correlation between the deposited chromium amount and loss amount in the urine, blood and tissue organs, and clearance, as well as the half- life relevancy. We further observed the histopathological trends of health effect experimental animals according to their chromium trioxide exposure levels and clearance times. The results are as follows. 1. The correlation coefficients between the total chromium in the airborne and chromium concentration in the whole blood, plasma, blood cell and urine, showed 0.935, 0.918, 0.978, and 0.982, respectively. Of these, the chromium concentration correlation in blood cell and urine marked the highest levels(p<0.05). The chromium in blood cell was confirmed as no less important biological index than the chromium in the urine. 2. The chromium concentration in the whole blood and plasma fell remarkably as the clearance time increased, with the amount reduced by 71.0% and 70.2% on average at the two-week recovery, by 94.4% and 91.5% at the eight-week recovery, and 98.4% and 97.3% at the 32-week recovery, respectively, suggesting that as the exposure concentration increases, so does tendency fast the loss speed. The total chromium in blood cell was removed only as much as 17.3% on average at the two-week recovery, leaving a large amount of remnant deposited. In addition, it was removed as much as 89.7% and 95.9% at the eight-week and 32-week clearance time, respectively, showing a trend similar to the loss of total chromium concentration in the whole blood and plasma. The chromium in urine was reduced on average by 55.2% at the two-week recovery, and 74.3% and 96.3% at the eight-week and 32-week recovery, respectively, showing a somewhat great difference depending on the exposure concentration. 3. The chromium loss speed and half-life in blood and urine can be expressed in two relational formulae(two-compartment open model) such as α phase (after exposure and two week) and β phase(between two weeks and 32 weeks of exposure). The chromium half-life(β) in the whole blood was 76.0, 45.3 and 54.1 days, in low, medium and high concentration groups, respectively. The half- life(β) in plasma represented 52.3, 64.2, and 54.1 days in low, medium and high concentration groups respectively. The half- life(β) was 45.3, 56.0, and 45.3 days in low, medium and high concentration groups of the urine, respectively, showing a speeding up the reduction. The half- life(β) in blood cell showed 67.5, 61.6, and 59.4 days in low, medium and high concentration groups, showing a lengthen reduction. 4. The chromium deposition in tissue organs was increased greatly depending on the exposure concentration. Based on 0.5 mg/㎡ concentration groups, the chromium concentration was 1,850.17□/g with the lung, 18.28 □/g with the liver, and 72.44 □ with the kidney, with the chromium concentration of the lung about 25 and 101 times as high as that of the kidney and liver, (respectively). The correlation coefficients between the total chromium concentration in the air and the chromium concentration in the kidney, lung and liver, were above 0.931, showing high correlation (p<0.05) . 5. The chromium deposited in the kidney and liver was reduced as the clearance time increased, with the two- week time of clearance averaging a reduction of 44.0% and 46.4%, the eight-week time of clearance and afterwards averaging a reduction of 65.7% and 53.6%, and the 32-week time of clearance and afterwards showing an average reduction of 89.3% and 79.8%, respectively. The chromium loss with the lung showed 11.0% at after two weeks, 24.8% at after eight weeks and 92.9% at after 32 weeks. 6. The half-life of chromium absorbed in tissue organs was 65.3, 47.6 and 41.9 days, in low, medium and high concentration groups with the kidney, respectively. The half- life was 130, 107 and 102 days in low, medium and high concentration groups of the liver, respectively, showing a lengthen reduction. The half-life in the lung was 69.4, 78.3 and 86.0 days in low, medium and high concentration groups, respectively, speeding up the reduction in the low concentration group but showing a lengthen reduction in the high concentration group. 7. Based on clinical, blood, and histopathological examinations through a 13-weeks repeat tested inhalation exposure of SD rats to chromium trioxide (CrO₃), NOAEL(no observed adverse effect level) was estimated to register below 0.23 mg/㎡/6H/5day/13week. Relevance with decide a basis case the 1.25 mg/㎡ concentration group showed weight loss with the significance of p<0.05. The hematological test revealed that 1.25 mg/㎡ concentration groups in RBC and 0.5, 1.25mg/㎡ concentration groups in hemoglobin, showed a significant reduction (p<0.05) but not necessarily depending on the concentration. The biochemical test revealed that 0.5, 1.25mg/㎡ concentration groups in alanine aminotransferase, showed a significant reduction (p<0.05). The 1.25mg/㎡ concentration group, after two and eight week time of clearance, showed a significant lung weight increase compared with the comparison group (p<0.05), and was observed to show partial macrophage agglutination phenomenon due to experimental material caused inflammation reaction in the histopathological examination.

Sprague-dawley 랫드를 이용하여 28일 동안 결정질 실리카의 반복 흡입노출에 의한 폐 섬유화 식별

김회빈 호서대학교 일반대학원 2020 국내석사

현재 사용되고 있는 여러 가지 나노 물질 중 SiO2 (silica dioxide)를 결정질 실리카라고 하고 일반적으로 실리카라고 하는데, 실리카는 천연으로 존재하는 각종 규산염속의 성분으로 이산화규산을 말한다. 실리카는 석영, 부싯돌, 인규석, 옥수, 수정, 마노, 규사 및 홍연석등에 결정 또는 비결정으로 존재하며 석영은 장석류 다음으로 풍부하며 지구상의 여러 곳에 분포하며 지각의 12%를 차지한다. 실리카는 유리공장 등 널리 사용되고 있고 SiO2가 함유된 제품을 사용하는 소비자 및 근로자에 흡입 노출 가능성이 있다. 이에 본 연구는 결정질 실리카 (SiO2)를 이용해 개정된 OECD TG412 아급성 흡입독성시험 방법을 채택하여 28일 노출 후 회복기 1일(PEO-1; 기관지 폐포 세척액과 폐 내 침착량) 및 회복기 14일(PEO-2; 기관지 폐포 세척액 및 폐 내 침착량)의 폐 독성 평가를 수행하였다. 이 시험은 OECD Guideline 412 "Subacute Inhalation Toxicity: 28-Day Study" (2017.10)에 준하여 실시하였고 고농도를 100 mg/m3로 설정하고 공비 4배수로 하여 중농도는 25 mg/m3, 저농도는 6.25 mg/m3로 설정하여 실험을 실시하였다. Atomizer라는 발생기를 통해 노출된 SiO2의 각 노출 농도에서 PC(Poly-carbonate) 필터를 이용한 저, 중 및 고농도 군의 중량농도(mass concentration, mg/m3)는 각각 5.94 ± 0.26, 28.15 ± 2.11, 및 102.82 ± 1.59 mg/m3이었다. 노출하는 동안 SiO2의 물질에 대해 MMAD (Mass median aerodynamic diameter)와 G.S.D (Geometric standard deviation)는 저농도는 651 nm, 1.43이고 중농도는 688 nm, 1.94, 고농도는 674 nm, 1.85여서 호흡성 분진의 OECD TG 412 노출 기준에 적합하였다. SiO2 노출 결과 육안적 이상은 없었지만, 장기중량 측정결과 폐에서 유의적인 확률이 보여 시험물질에 의한 폐의 무게 증가로 관찰이 되고 혈액학적 분석, 생화학적 검사 및 혈액 응고 검사 결과 몇몇 항목에서 유의적인 확률이 관찰되었으나 생물학적 정상 변동 범위에 해당이 되었다. BALF (Bronchoalveolar Lavage Fluid)의 전체 혈구수 (Total cell count)와 백혈구 감별검사 (Different cell count) 결과 회복기 1일과 14일에서 통계적으로 유의미한 증가가 되어 시험물질에 노출이 되지 않는 시점에서도 지속적인 독성학적 의미가 있다고 판단하였다. 그리고 BALF의 생화학적 검사 항목인 LDH, mALB 및 mTP가 회복기 1일과 14일에서 통계적으로 유의미한 증가가 관찰되었으며, cytokine 검사 항목 중 암컷 회복기 1일에서 TNF-α와 IL-1β가 통계적으로 유의미한 증가가 관찰되었다. SiO2 28일 노출 후 회복기 1일의 암, 수 5마리와 회복기 14일 암컷 5마리와 수컷 2마리의 폐 조직병리학적 검사를 하였다. 시험물질 농도 군별로 다양한 병변이 보였으나 유의적으로 판단되는 병변은 폐포대식세포 응집 (alveolar macrophage aggregation)이 관찰되었다. 노출 후 회복기 1일의 암, 수 5마리와 회복기 14일 암컷 5마리와 수컷 5마리의 비강 (nasal cavity)의 조직병리학적 검사를 수행하였으며 특별한 병변은 나타나지 않았다. 폐 조직 병리 결과 흡입독성시험에서 SiO2가 선택적으로 노출된 것으로 보아 시험물질에 의한 병변이라고 추정되며 독성학적 의미가 있다고 판단되었다. 폐 내 침착량 분석 결과, 저농도군에서 회복기 1일의 폐 내 침착량은 0.257 ± 0.012, 회복기 14일은 0.251 ± 0.023이었다. 중농도군에서 회복기 1일의 폐 내 침착량은 1.082 ± 0.094, 회복기 14일은 1.067 ± 0.097이었으며 고농도군에서 회복기 1일의 폐 내 침착량은 3.307 ± 0.200, 회복기 14일은 2.680 ± 0.141이었다. 고농도군에서 회복기 1일 비교 회복기 14일이 통계학적으로 유의미한 감소 (*p<0.05)가 관찰되었다. 위의 결과들을 종합해 본 결과, SiO2물질의 28일 아급성 흡입독성의 NOAEL (No Observed Effect Level) 값은 수컷의 경우에는 5.93 mg/m3, 암컷의 경우에는 5.93 mg/m3 이하를 NOAEL (No Observed Effect Level)로 결정하였다. The OECD Test Guideline (TG) 412 and 413 for inhalation studies are revised in 2018. To evaluate inhalation toxicity of poorly soluble nanomaterials, main and satellite (recovery) group in the revised version contain analysis on MMAD/GSD (≤ 2 ㎛ / 1-3), BALF and lung burden etc. In this study, we conducted an applicability assessment using on OECD Guideline 412 "Subacute Inhalation Toxicity: 28-day Study" (2018.06) and the toxicity effect in SD rats exposed to SiO2 was evaluated at PEO-1 (post-exposure 1-day) and PEO-2 (post-exposure 14 days). Rats were separated into four concentration groups: control (clean air), low- (5.94 ± 0.26 mg/m3), middle- (28.15 ± 2.11 mg/m3) and high- (102.82 ± 1.59 mg /m3). SiO2 in nose-only chambers was generated by the atomizer and the agitator. The mass concentrations for analytical method were measured gravity analysis on filter and the real-time monitoring was measured using OPC (Optical Particle Counter). The characterization of generated SiO2 was analyzed using FE-SEM. The aerosol particle distributions were measured MMAD (Mass Median Aerodynamic Diameter) and G.S.D (Geometric Standard Deviation) using cascade impactor. The inflammatory biomarkers for BLAF and lung burden were analyzed in right lung. The lung burden was analyzed using ICP-OES (Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometry) in male rats exposed to SiO2 (PEO-1 and PEO-2). As a result, the relative lung weight showed a significant increase in exposure groups as compared with control. BALF (total cell count, neutrophil, LDH, micro albumin, total protein) and histopathology (macrophage aggregation) in lung showed a significant increase at exposed groups in a dose-dependent manner when compared with control groups at all periods. Collectively, we suggested that the LOAEL value of SiO2 on the 28-day subacute inhalation was 5.94 mg/m3 for lung weights, total blood count, inflammation biomarkers in BALF and histopathology in lung.

桑葉 추출물이 흰쥐의 카드뮴 에어로졸 흡입독성에 미치는 영향

박재수 圓光大學校 2003 국내박사

카드뮴의 흡입독성과 桑葉 추출물의 영향을 연구하고자 흰쥐 처리군은 1일 6시간, 1주일에 5회, 및 4주간 공기중 카드뮴 에어로졸에 흡입暴露되었으며 카드뮴 에어로졸의 공기중 농도는 1.02mg/㎥, 질량중위수입경은 1.4㎛으로써 각각의 처리군에 대한 桑葉 추출물의 복강투여 결과는 다음과 같다. 1. 체중증가량과 식이섭취량은 126.40g/4 weeks와 19.18g/day로 처리군 III에서 가장 높았으며 폐의 무게는 처리군 II에서 1.27g, 간장의 무게는 처리군 II에서 8.19g, 그리고 신장의 무게는 흡입暴露 대조군에서 1.81g으로 가장 높았다. 2. 폐에서 카드뮴 함량은 처리군 III에서 86.39㎍/g으로 가장 낮았다. 혈중 카드뮴 농도는 처리군 III에서 7.12㎍/g로 가장 낮았다. 간장에서 카드뮴 농도는 처리군 I에서 40.02㎍/g으로 가장 낮았고 신장에서의 카드뮴 농도는 처리군 III에서 69.18㎍/g으로 가장 낮았다. 3. 주별 소변중 카드뮴 농도는 4주째 처리군 III에서 3.12㎍/㎖로 가장 높았고 주별 대변중 카드뮴 농도는 처리군 III에서 2.67㎍/g으로 가장 높았다. 4. 폐의 motallothionein 농도는 처리군 III에서 74.65㎍/g로 가장 높았다. 간장의 motallothionein 농도는 처리군 II에서 386.84㎍/g으로 가장 높았다. 신장에서 motallothionein 농도는 처리군 II에서 236.17㎍/g으로 가장 높았다. 5. Hct 수치는 처리군 II에서 42.56%로 가장 높았고 Hb 수치는 처리군 II에서 12.35g/㎗로 가장 높았다. RBC 수치는 처리군 III에서 8.13×10^(6)/㎣으로 가장 높았다. WBC 수치는 처리군 II에서 9.89×10^(3)/㎣으로 가장 높았다. 6. 간장조직에 대한 관찰에서 흡입暴露 대조군과 처리군 I, II, III에서 특징적인 것은 간소엽이 영향을 많이 받은 것이고, 일부에서는 염증 세포와 괴사 세포도 관찰되었으며 상엽 추출물의 투여는 많은 손상(heavy damage)에서 간장 조직에 보호 영향을 나타내었다. 7. 신장조직에 대한 관찰에서 흡입暴露 대조군과 처리군 I, II, III에서 특징적인 것은 원위곱슬세관과 근위곱슬세관이 영향을 많이 받았고 일부에서는 세포의 괴사, 변성, 및 팽윤이 관찰되었으며 상엽 추출물의 투여는 신장조직의 보통 손상에 대해 보호 영향을 나타내었다. To experiment the effects between cadmium inhalation toxicity and extracts of Folium Mori leaves, rat inhalation exposure groups were exposed to cadmium aerosol in air by whole-body inhalation exposure for 6 hours/day, 5 days/week, and 4 weeks. Cadmium concentration in the air of cadmium aerosol was 1.02mg/㎥ and mass median diameter(MMD) was 1.40㎛. Intraperitoneal injection of extracts of Folium Mori to inhalation exposure groups was done for 4 weeks and the results were as follows: 1. The highest body weight gain for 4 weeks and food intake per day were 126.39g/4 weeks and 19.18g/day from inhalation exposure group III, respectively. 2. The highest lung and liver weight were 1.27g and 8.19g from inhalation exposure group II, respectively. The highest kidney weight was 1.805g from inhalation exposure control. 3. The lowest cadmium content in lung was 86.39㎍/g from inhalation exposure group III. The lowest cadmium concentration in blood was 7.12㎍/㎗ from inhalation exposure group III. Cadmium concentrations of 40.02㎍/g in liver and 69.18㎍/g in kidney were the lowest from inhalation exposure group I and III, respectively. 4. For weekly cadmium concentration in urine, the value of the fourth week from inhalation exposure group III was the highest, 3.12㎍/㎖. For weekly cadmium concentration in feces, the value of the fourth week from inhalation exposure group III was the highest, 2.67㎍/g. 5. The highest motallothionein concentration in lung was 74.65㎍/g from inhalation exposure group III and the highest motallothionein concentration in liver was 386.84㎍/g from inhalation exposure group II. The highest motallothionein concentration in kidney was 236.17㎍/g from inhalation exposure group II. 6. The highest Hct value was 42.56% from inhalation exposure group II and the highest Hb value was 12.35g/㎗ from inhalation exposure group II. The highest RBC value was 8.13×10^(6)/㎣ from inhalation exposure group III and the highest WBC value was 9.89 ×10^(3)/㎣ from inhalation exposure group II. 7. Mostly damaged part in liver tissue was hepatic lobule. The inflammation and the necrosis of cell were observed. The administration of extracts of Folium Mori had protective effect for liver tissue with heavy damage. Proximal and distal convoluted tubules in kidney tissue were mostly damaged par1. Necrosis, degeneration, and swelling of cell in some samples were observed. The administration of extracts of Folium Mori had protective effect for kidney tissue with moderate damage.

Stainless steel Arc welding fume의 흡입독성 연구

송경석 성균관대학교 산업과학대학원 1998 국내석사

In order to investigate welding fume exposure related occupational diseases such a s nasal septum perforation, pneumoconiosis and manganese intoxication, an acute inhalation toxicity study of exposing male Sprague Dawley rats to the welding fume generated from stainless steel arc welding was carried out. Male Sprague Dawley rats were exposed to the welding fume with 61.56 mg/㎥ for 4 hrs in an inhalation chamber. Animals were sacrificed at 0, 1, 3, 7, 10, and 14 day after exposure. Upper respiratory tract including nasal pathway, conducting airway, and gas exchange region including alveolar ducts, alveolar sacs and alveoli were investigated through histopathological examinations. Following results were obtained: 1. The fume particles had various in their diameters ranging from 0.02 - 0.81㎛ and are distributed log normally with average diameter and geometric mean of 0.098 ± 1.42. 2. The rats exposed the welding fume for 4 hrs did not show any significant tonicities in blood biochemistry and hematology. 3. The average diameter 0.1㎛ resulted in fewer adsorptions of the welding fume particles in the upper respiratory tract. 4. The major sites for particle adsorption were the lower res-piratory tracts including brochioles, alveolar ducts, alveolar sacs, and alveoli. 5 . Long-term studies are needed for identification of occu-pational diseases caused by welding fume.

랫드 비강병변을 지표로 한 흡입독성 평가에 대한 연구

이종권 서울대학교 대학원 1997 국내박사

용접흄 吸入毒性試驗 裝置 開發에 관한 硏究

한규태 성균관대학교 산업과학대학원 1998 국내석사

In order to conduct inhalation toxicology on welding fume, welding exposure system including welding fume generator, exposure chamber, and fume collector were built. The welding fume exposure system was monitored and validated. The welding fume generated from stainless arc welding was characterized for its composition. The fume concentrations in the exposure chamber were monitored for their consistency. Following results were obtained. 1. Welding fume was generated consistently from the generator using a 2.6 mm diameter electrode (30 mm length) and a 500 mm diameter (10 mm thickness) stainless rotating disc. After consuming 250mm of 300mm electrode, the electrode was moved back and stopped to give intervals for changing the electrode. This movement was continuously repeated 'with 5 rninutes cycle. 2. An electric shock stopper was used to prevent electric accident and a deep blue plate was used to screen out hazardous light from the electric arc. 3. A digital velocity meter was installed on the duct and the velocity meter indicating 0.6 m/sec suggested that a continuous flow was supplied into the exposure chamber. The flow was 0.3 ㎥/min satisfying international standard. 4. When the fume concentrations in the chamber were monitored every 15 minutes during 2 hours of exposure, the fume concentrations were maintained consistently. In addition, major metal concentrations including Fe, Mn. Cr and Ni were also maintained constantly. 5. The chamber was able to expose 60 rats and contained brackets for placing animal cages. The animal excretions were stored in the container located in the bottom part of the chamber. 6. Damper and diffuser controlled flow rate. Remaining fume was filtered through the fume collector and onlt clean air was exhausted. Additional ventilation system was installed to protect researchers.

은 나노 입자 반복폭로가 흰쥐 호흡기계의 조직학적 구조와 점액질에 미치는 영향

현진숙 성균관대학교 2006 국내석사

This study was designed to observe the effects of repeated silver nano particles exposure on the nasal respiratory mucosa in SD rats. Six-week-old male and female rats were used and randomly assigned to 4 groups. SD rats were exposed to silver nano particles at 4 concentration of 0 (control group), 1.73×104 ± 6.64×103 particle/㎤ (low concentration group), 1.27×105 ± 8.45×103 particle/㎤ (middle concentration group) and 1.32×106 ± 1.79×104 particle/㎤ (high concentration group) in the inhalation chamber for 6 hours per day and 5 times/week for 28 days. To investigate the effect of silver nano particles on the properties of mucosubstances on the goblet cells of the nasal septum respiratory mucosa, the histochemical staining such as PAS, Alcian blue pH 2.5, HID Alcian blue pH 2.5 was used. In the histopathological study, the nasal cavity and lung of exposed groups had no remarkable changes compared to the control group. The analysis for the amount of mucins showed that neutral mucins increased slightly in the exposed group compared to the control group, but there was no statistical significance. However, the size and number of goblet cells containing neutral mucins increased significantly in the middle and high concentration group (p<0.05). The analysis for density of each stained mucosubstance showed no difference between the test groups. Thus, the amount of neutral mucins had a tendency of slight elevation in the middle and high concentration group, and acid mucins containing sulfomucins and sialomucins did not show any changes between the test groups. These results indicate that the silver nano particles have an influence on the neutral mucins of the respiratory mucosa without toxicological significance.