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독은 어떻게 약이 되고 독이 되는가!

● 과학 전문작가이자 저널리스트인 다나카 마치가 방대한 자료 수집과 취재를 통해 생활 속 독 이야기를 과학적으로 알기 쉽게 풀어 쓴 ‘독성학’ 입문서이다. 일반인들이 쉽게 접근할 만한 독성학 관련서를 찾아보기 어려운 현실 속에서 독성학 대중화의 문을 열었다.

● 주변에서 흔히 볼 수 있는 식물 독, 복어·해파리·벌·뱀 등의 동물 독, 여름철 식중독을 일으키는 세균 O-157, 치명적인 약물중독을 일으키는 마약에 이르기까지 우리가 반드시 알아두어야 할 독에 관한 상식과 이들 독이 인체에 들어와 어떤 작용을 하는지, 인체에 어떻게 독성을 나타내는지, 어떤 경우에는 독이 되고 어떤 경우에는 약이 되는지, 그리고 예방법과 해독법은 무엇인지 등을 알기 쉽게 정리했다.

● 나폴레옹 암살의 미스터리, 소크라테스의 죽음에서 동경 지하철 사린가스 사건에 이르기까지 실제로 있었던 독살사건 및 역사적인 예화를 풍부하게 인용하여 읽는 이의 이해를 돕고 읽는 재미를 더하고 있다.

● 자연계에 존재하는 천연 독의 작용 메커니즘과 이를 근거로 한 새로운 약물의 개발에 대해서도 구체적으로 다루고 있어, 천연 독 분야에 입문하고자 하는 생물학, 농학, 의학, 약학 분야의 예비 전문가들에게도 실질적인 도움이 되는 읽을거리를 제공하고 있다.

독과 약은 하나,
독을 알면 약이 보인다!

그렇다면 똑같은 독이 어떨 때 독이 되며 우리 몸에 어떤 작용하는 걸까? 과학적으로 볼 때 독과 약은 큰 차이가 없다. 독과 약은 둘 다 생물 활성에 영향을 미치며, 본질적으로는 같은 존재다. 흔히 알고 있듯, 특정한 종류의 독이 약이 되는 것이 아니라, 독과 약은 같다고 할 수 있다. 똑같은 화학물질이 어떨 때는 독이 되고, 어떨 때는 약이 되는 것은 단지 양의 차이 때문이다. 맹독물질이라도 양을 더하거나 줄임으로써 약이 되고, 반대로 약으로 쓰이는 물질도 일정량을 초과하면 생명을 위협하는 독이 된다. 결국 사람이 이를 어떻게 이용하느냐에 따라 달라진다고 할 수 있다.

예를 들어, 강한 유독 식물인 투구꽃의 덩이뿌리를 건조시킨 것을 한방에서는 ‘부자(附子)’라 하여 강심제나 이뇨제로 사용한다. 그러나 부자의 양을 잘못 조제하면, 구토나 입술 마비를 일으켜 곧바로 죽음에 이르게 하는 무서운 맹독으로 돌변한다. 그렇다면 어째서 이 같은 차이가 생기는 걸까? 바로 투구꽃에 들어 있는 아코니틴(aconitine) 때문이다. 아코니틴은 신경세포에 있는 나트륨 통로를 제멋대로 열고 대량의 나트륨 이온을 세포 내로 유입시켜 신호가 전달되는 것을 방해한다. 그 결과, 신경전달물질인 아세틸콜린(acetylcholine)의 분비가 억제돼 신경회로의 신호 전달이 방해를 받는다. 만약 신경이 극도로 흥분해 있을 때 아코니틴을 적당량 투여하면, 이내 흥분이 가라앉고 정상으로 돌아오는데, 이는 아코니틴의 약으로서의 효능이다. 그러나 아코니틴을 과잉 섭취하면, 지각신경이 마비되고 호흡곤란이 와서 결국 질식사하게 된다.

이런 현상은 독약인 아코니틴에만 한정된 얘기가 아니다. 좀 더 일반적인 물질, 예를 들어 건강보조제로 주목받고 있는 아연 역시 마찬가지다. 아연에는 피부를 만들거나 면역기능을 높이는 효과가 있는데, 사람이 하루에 필요로 하는 아연의 양은 10~15mg 정도다. 그런데 아연을 계속해서 과잉 섭취하게 되면, 구역질이나 설사, 근육통과 같은 증상을 일으키고, 아연 중독에 걸릴 수 있다. 또한 술이나 사탕, 소금처럼 일상에서 우리가 흔히 섭취하는 물질들도 독이 될 수 있다. 따라서 독과 약의 차이는 물질이 가진 성질 때문이 아니라, 사람이 이를 어떻게 이용하느냐에 따라 달라진다고 할 수 있다.

우리에게 잘 알려진 복어의 독인 페트로도톡신은 청산가리 보다 약 1,000배의 독성을 가지고 있으며 눈과 알은 특히 독성이 강해 알 하나만 먹어도 13명이 목숨을 잃을 수 있다. 식중독의 대명사인 O-157은 감염력이 아주 높아 일반적인 식중독균이 증상을 일으키는데 100만개 이상의 세균이 필요하지만, O-157의 경우는 불과 100개 정도의 균으로도 식중독 증상을 일으키며, 2차 감염도 쉽게 일어난다. 그러나 독이 반드시 우리 몸에 치명적인 작용을 하는 것만은 아니다.

놀라운 것은 우리가 살아가는 데 꼭 필요하다고 생각하는 산소도 독이었다는 사실이다. 또, 여성들의 아름다움을 유지시켜주는 보톡스는 지상 최강의 독인 보툴리누스균에서 추출되었으며, 개구리의 독이나 바다 고둥의 독에서 추출한 물질로 모르핀 보다 훨씬 강력한 작용으로 통증을 완화시키는 진통제를 만든다. 클레오파트라를 죽게 한 뱀독 역시 혈액응고를 방지하는 약으로 이용되고 있으며, 전갈이나 거미의 독도 사람의 목숨을 구하는 치료제로 개발되고 있다.


독은 우리 몸에
어떤 작용을 하는가?

노벨상을 수상한 ‘세균학의 창시자’ 로베르트 코흐(Robert Koch, 1843~1910)의 제자였던 독일의 세균학자 파울 에를리히(Paul Ehrlich, 1854~1915)는 의대 재학시절부터 합성색소를 이용한 세균의 염색실험에 큰 관심을 갖고 있었다.
어느 날 에를리히는 결핵환자의 병리절편(病理切片)에 염색실험을 했는데, 결핵균이 선명한 색깔로 물들어 있는 모습을 보게 된다. 이를 통해 그는 화합물이 각각의 세포에 대해 특이한 친화성을 갖고 있다는 사실을 알아냈다. 이와 같은 발견을 토대로 에를리히는 병의 원인이 되는 세균하고만 결합해 세균의 성장을 방해하는 색소의 합성 연구에 매달리게 되었다. 후에 이 연구는 트리판로트(수면병을 일으키는 기생충인 트리파노소마의 치료약)와 살바르산(매독 치료약)을 개발하는 성과를 거두었다.

몸속에 들어온 화합물이 특정 세포에 친화작용을 가질 때, 그 화합물과 결합하는 부위를 ‘수용체(受容體)’라고 한다. 신경 전달에 관계하는 아세틸콜린과 노르아드레날린 등의 신경전달물질, 그리고 각종 호르몬에도 이와 같은 수용체가 있다.

또한 독에도 각각 결합하기 쉬운 수용체가 있다. 그리고 이와 같은 메커니즘은 독의 종류나 표적이 되는 장기, 조직 등에 따라 다양하다. 예를 들어, 콜레라균이 몸속에 들어오면 콜레라균은 감염자의 몸속에 단백질 독소를 만든다. 단백질 독소는 A, B 두 개의 유닛으로 이루어져 있는데, B유닛은 세포 표면의 강글리오시드GM1이라는 당지질을 수용체로 삼아 결합하고, A유닛은 세포막을 뚫고 세포 속으로 침투해 세포막 속의 단백질 인산화 효소를 활성화시킨다. 인산이 활성화되면 나트륨 이온의 운반을 도와주는 나트륨 통로의 단백질 활동을 방해한다. 그 결과, 나트륨 이온이 세포 속으로 들어가지 못하므로, 전해질 농도를 일정하게 유지하기 위해(삼투압을 유지하기 위해) 세포 속의 수분이 세포 밖으로 배출된다. 이 수분이 장벽에서 점액으로 분비돼 콜레라 특유의 증상인 물 같은 설사를 일으키는 것이다.
콜레라 독소의 작용 메커니즘은 비교적 쉽게 밝혀진 경우다. 그러나 다양한 유독 화합물들이 각기 체내에서 특이한 반응을 일으키는 메커니즘은 복잡해 아직 완전히 규명되지 않았다.

뇌에 치명적인 독
마약, 알코올, 니코틴

독성의 강도는 LD50의 수치로 결정되는 것이 아니라, 경구투여냐, 아니면 피부에 의해 흡수되는 경피독이냐와 같은 침입 경로에 따라 크게 좌우되지만, 이 밖에도 독의 효과와 관련이 깊은 요소로, 독과 장기의 친화성 차이가 있다. 독은 그 성질에 따라 각각의 장기에 영향을 미치는 정도가 다르다. 어떤 독은 간에 쉽게 작용하고, 어떤 독은 신장에 쉽게 영향을 미친다. 또 어떤 독은 신장에는 큰 손상을 입히지만, 신경계에는 별다른 작용을 하지 않는 성질을 지닌 것도 있다.

어떤 독이 특히 신경계에 영향을 주는지 여부는 그 독이 혈액 뇌관문(血液 腦關門)을 통과할 수 있는지 없는지에 따라 결정된다. 혈액 뇌관문이란 이른바 뇌로 연결되는 모세혈관 속의 검문소와 같은 곳이다. 뇌 이외의 모세혈관에는 세포들 사이에 틈이 있지만, 뇌로 연결되는 모세혈관에는 틈이 없다. 따라서 독성을 가진 물질이라 해도 뇌 속으로 들어가지 못하고 되돌아가게 된다.

그러나 개중에는 혈액 뇌관문을 통과하는 물질도 있다. 이런 물질은 세포와 세포 사이의 틈이 아니라, 세포 속을 통과해 뇌 속으로 침입한다. 일반적으로 저분자로 지용성 화합물인 경우 혈액 뇌관문을 쉽게 통과하는데, 그 이유는 뇌의 신경 세포막이 기름에 쉽게 용해되는 인지질로 구성되어 있기 때문이다. 담배를 많이 피우거나 과음을 하면 어지럼증을 느끼는데, 이는 담배에 포함된 니코틴이나 술에 들어 있는 알코올이 지용성 분자로 만들어졌기 때문이다.

알코올과 마찬가지로 마약으로 취급되는 물질 역시 혈액 뇌관문을 쉽게 통과해 뇌에 영향을 준다. 예를 들어, 양귀비에 들어 있는 성분인 모르핀이 그렇다. 모르핀은 뇌 속에 들어와 중추계에 진정작용을 하므로 마취제로 사용되고 있다. 하지만 실제로 뇌관문을 통과하는 모르핀의 비율은 2% 정도에 지나지 않는다. 그러나 모르핀에 염화아세틸을 첨가해 합성한 헤로인의 경우는 모르핀보다 지용성이 높아, 혈액 뇌관문을 통과하는 비율이 모르핀의 30배에 이른다. 때문에 섭취량에 따라서는 심한 중독 증상을 일으켜 혼수상태에 빠지거나 쇼크사하는 경우도 있으며, 쉽게 의존증에 빠지기도 한다. 이처럼 헤로인은 심한 부작용 때문에 의료용 마약으로 개발되었지만, 판매는 물론이고 제조 자체를 법적으로 금지하고 있다.

감수자의 글 _ 인체 내 독의 작용 메커니즘을 알면 독의 위험으로부터 벗어날 수 있다

PART 1 _ 독의 과학
1-1. 독과 약은 어떻게 구분할까?
1-2. 독성의 강도는 어떻게 표시할까?
1-3. 독의 침투 경로와 효과의 관계
1-4. 뇌에 치명적인 독 - 마약, 알코올, 니코틴
1-5. 독은 우리 몸에 어떤 작용을 하는가?
1-6. 독의 종류에 따른 증상과 피해
1-7. 신경계의 메커니즘
1-8. 신경 독의 두 가지 유형
1-9. 알칼로이드, 의약품의 원료로 사용되는 독
1-10. 식중독, 세균의 독성에 대한 경고
1-11. 콜레라균보다 무서운 O-157의 독성
1-12. 지상 최강의 독
1-13. 독으로 독을 치료한다

PART 2 _ 동물 독의 비밀
2-1. 동물 독의 종류
2-2. 복어는 왜 자기 독에 중독되지 않을까?
2-3. 조개독은 어떻게 만들어질까?
2-4. 고둥 독, 모르핀보다 탁월한 진통제
2-5. 해파리가 내뿜는 독 캡슐
2-6. 해양생물 중 최강의 독
2-7. 클레오파트라를 문 독사는?
2-8. 벌에 쏘이면 사망할 수도 있다?
2-9. 독조는 정말로 존재했다?
2-10. 독화살개구리, 화려함 뒤에 숨은 무서운 독
2-11. 전갈이 사람의 목숨을 구한다?
2-12. 불가사의한 거미독
2-13. 가공식품의 무서운 역습, 보툴리누스 독소
2-14. 치명적인 식중독균 O-157
2-15. 삶아도 구워도 먹을 수 없는 곰팡이 독
2-16. 생물 테러의 무기로 사용되는 탄저균
2-17. 신경을 역류하는 파상풍 독소
2-18. 페니실린, 곰팡이의 위대한 재발견

●● 칼럼
바다뱀은 어류일까, 파충류일까?
벌에 쏘인 부위에 오줌을 묻히면 좋다?
최강의 독으로 아름다움을 가꾼다
진공 팩이나 가열 처리된 제품은 과연 안전할까?
지나친 살균·항균 생활이 면역력을 저하시킨다

PART 3 _ 식물 독의 비밀
3-1. 식물 독, 생존을 위한 방어본능
3-2. '계모의 독' 투구꽃
3-3. 미치광이풀과 벨라도나
3-4. 흰독말풀과 아트로핀
3-5. 소크라테스의 독배는 독인삼이다
3-6. 아름다운 꽃에는 독이 있다 - 석산, 수선화
3-7. 원주민의 화살 독에서 탄생한 근육 이완제
3-8. 담배 한 갑, 성인의 니코틴 치사량
3-9. 리신, 마르코프 암살사건의 열쇠
3-10. 즐겨 먹는 야채에도 독이 있다?
3-11. 독버섯의 세계
3-12. 광대버섯이 보여 주는 환각의 세계
3-13. 매직 머시룸, 신을 만날 수 있는 환상의 버섯

●● 칼럼
아이들은 왜 피망을 싫어할까?
양배추 밭에 배추흰나비가 많은 이유
가을가지를 며느리에게 주면 안 되는 이유
술과 함께 먹으면 숙취를 일으키는 두엄먹물버섯
목장말똥버섯을 먹으면 정말로 웃음이 나올까?

PART 4 _ 광물 독 · 인공 독의 비밀
4-1. 광물 독·인공 독이란?
4-2. '어리석은 자의 독' 아비산
4-3. 청산가리, 소량만 사용해도 강한 독성
4-4. 아름다운 이름 뒤에 감춰진 최강의 독성 - 탈륨
4-5. 신경가스, 전쟁이 낳은 최악의 발견
4-6. 위험한 화산가스 - 유화수소가스, 이산화탄소
4-7. 불로불사약으로 여겼던 수은
4-8. 납독이 로마를 멸망시켰다?
4-9. 정상적인 호르몬 작용을 막는 내분비교란물질

●● 칼럼
지하수의 비소 오염
유기인제의 독성
사실은 산소도 독이었다
다이옥신은 인류에게 위협적인 물질일까?

PART 5 _ 마약이란?
5-1. 마약의 정의
5-2. 마약은 어떻게 효력을 발휘할까?
5-3. 아편의 역사
5-4. 모르핀, 강력한 진정작용을 가진 아편 추출물
5-5. 진통제 모르핀과 최악의 마약 헤로인
5-6. 코카의 중독성과 코카콜라
5-7. 코카인의 작용
5-8. 맥각균과 성 안토니우스의 불
5-9. 예술과 히피문화에 영향을 준 LSD의 탄생
5-10. 페요테 선인장과 메스칼린
5-11. 대마와 마리화나
5-12. 각성제, 심각한 중독성의 공포

PART 6 _ 독살사건 수첩
6-1. 희대의 독살범, 브랭빌리에 후작부인
6-2. 나폴레옹 암살의 미스터리
6-3. 탈륨과 친어머니 살인 미수 사건
6-4. 악명 높은 탈륨 독살범 그레이엄 영
6-5. 투구꽃 살인사건
6-6. 독 카레 사건
6-7. 옴진리교의 지하철 사린가스 사건
6-8. 감기약 살인사건

옮긴이의 글 _ 독의 세계로 떠나는 흥미롭고 유익한 여행