- 소리 감지하고 평형 유지하는 내이(內耳) 손상 기전 밝혀 -

□ 한국원자력의학원(원장 이진경) 방사선의학연구소 김진수 박사와 서울대 의과대학 이비인후과학교실 박민현 교수, 중앙대 창의ICT공과대학 융합공학부 최종훈 교수 공동 연구팀은 미세플라스틱이 내이(內耳)를 손상시켜 청력 손실 및 균형감각 저하를 일으킬 수 있다는 것을 세계 최초로 밝혔다.

※ 귀는 외이(外耳), 중이(中耳), 내이(內耳)로 구성되는데, 이중 내이는 달팽이관, 전정기관, 세반고리관으로 이뤄져 소리를 감지하고 몸의 평형을 유지하는 역할을 함

□ 건강보험심사평가원 자료에 따르면 난청의 연간 진료환자는 2019년 95만 3372명에서 2022년 106만 4533명으로 늘었으며, 이에 연구팀은 난청과 같은 청력장애와 최근 여러 질환의 발병 원인으로 지목되고 있는 미세플라스틱과의 상관관계를 찾아보기 위해 이번 연구를 진행했다.

□ 연구팀은 일회용품 등에 쓰이는 플라스틱 종류 중 하나인 폴리에틸렌을 실험쥐에 4개월 간 매일 10마이크로그램(100만분의 1그램)을 먹이고, 소리 감지와 평형 유지 역할을 하는 내이의 청력 측정, 균형감각 측정, 뇌 포도당 대사 분석, 전사체 분석 등을 시행하여 미세플라스틱 폴리에틸렌이 내이를 손상시켜 청력 손실 및 균형 장애를 일으킨다는 것을 입증했다.

○ 먼저, 연구팀은 지방을 제거하여 빛에 완전히 투명하게 만드는 조직 투명화 기법으로 내이를 구성하는 달팽이관(청력 담당)과 전정기관(균형감각 담당)에 폴리에틸렌이 0.144마이크로그램 축적된 것을 관찰했다.

○ 이어 청력 측정시험에서는 정상군은 31.7데시벨, 폴리에틸렌 섭취군은 54데시벨에 반응하여, 폴리에틸렌 섭취군이 정상군보다 22.3데시벨 더 큰 소리에 반응하여 폴리에틸렌의 청력 기능 손상을 확인했다.

※ 청력 손실 정도는 데시벨(db) 수치에 따라 작은 소리(20~39데시벨)가 안 들리는 경도(10% 청력손실), 보통 소리(40~69데시벨)가 안 들리는 중도(50% 청력손실), 큰소리(70데시벨)도 잘 못 듣는 고도(70% 이상 청력손실) 등으로 구분함

 

○ 균형감각은 트레드밀을 이용한 운동부하 검사를 시행하여 안정적으로 달린 시간을 측정한 결과, 정상군은 평균 515.7초, 폴리에틸렌 섭취군은 평균 322.1초로 폴리에틸렌 섭취군이 운동 지속 능력이 낮았으며, 로타로드 회전봉 검사에서는 정상군에 비해 폴리에틸렌 섭취군이 회전봉 위에서 2배 빨리 떨어졌고, 손발의 악력도 30% 낮은 것으로 나타났다.

○ 뇌 포도당 대사 분석은 포도당 유사체 방사성의약품을 폴리에틸렌 섭취군에 주사 후 양전자방출단층촬영(FDG PET) 시행 결과, 청력 감소 시 나타나는 대뇌 측두엽의 포도당 대사 감소를 관찰하고 폴리에틸렌의 내이 손상을 확인했다.

※ 소리가 내이에 도달하면 달팽이관의 림프액을 진동시키고, 청각세포가 진동에 반응해 청신경으로 신호를 바꿔 뇌로 전달해 뇌는 소리를 인식하게 되며, 측두엽과 두정엽은 들리는 내용을 판단함. 내이가 손상돼 청력이 떨어지면 청각 정보를 처리하는 대뇌 측두엽이 제대로 기능하지 않아 측두엽의 포도당 대사가 감소함

 

○ 단백질 관련 유전정보를 담고 있는 RNA의 총합인 전사체 분석에서는 폴리에틸렌 섭취군에서 세포사멸과 염증 관련 유전자(PER1, NR4A3, CEBPB)가 많이 발현되어 달팽이관과 전정기관에서 세포사멸로 인한 손상이 진행된 것을 검증했다.

□ 이번 연구성과는 환경과학분야 국제학술지 ‘저널 오브 해저더스 머티리얼스(Journal of Hazardous Materials, IF=12.2, 환경과학분야 상위 3.35%) 7월 18일 온라인판에 게재됐다.

- 논문명: Microplastic polyethylene induced inner ear dysfunction in murine model

- 저자정보: 김진수(책임저자, 한국원자력의학원), 박민현(책임저자, 서울대 의과대학 이비인후과학교실, 서울대병원운영 서울특별시 보라매병원), Javeria Zaheer(1저자, 한국원자력의학원), 이호선(1저자, 서울대학교병원운영 서울특별시 보라매병원), 김승연(공동저자, 한국원자력의학원), 장재희(공동저자, 중앙대학교), 김현기(공동저자, 한국원자력의학원), 최종훈(공동저자, 중앙대학교)

□ 연구팀은 “이번 내이 연구로 미세플라스틱의 생체 위해성을 다시 한번 입증했다”며, “미세플라스틱의 내이 영향 후속 연구를 수행하여 무분별한 플라스틱 사용에 대한 경각심을 일깨우는 계기가 마련되기를 바란다”고 밝혔다.

□ 이번 연구는 과학기술정보통신부 한국원자력의학원 RI응용부 기관고유사업의 일환으로 수행됐다.

 

<참고자료> 1. 연구결과 개요 2. 용어 설명 3. 그림 설명 4. 연구자 이력사항 및 사진

참고 1

연구결과 개요

 

☐ 연구배경

○ 미세플라스틱의 생체 위해성에 대한 보고가 증가하고 있지만, 내이 기능 장애와의 연관성은 잘 알려져 있지 않다. 최근 다양한 연령대에서 내이 기능 장애의 유병률이 증가하고 있어 관련 연구가 필요한 실정이다.

 

☐ 연구내용

○ 실험쥐를 대상으로 폴리에틸렌을 4개월 동안 10마이크로그램 경구 투여해 청력 측정, 뇌 포도당 대사, 전사체 분석 및 행동 연구를 수행했다.

○ 폴리에틸렌 노출로 인해 귀 안쪽 내이 조직에서 특정 유전자 발현이 증가하고, 청력 역치가 증가했으며, 뇌의 측두엽 부위에서 포도당 대사가 감소하는 것을 확인했다.

○ 연구결과, 미세플라스틱은 내이를 손상 시켜 청력 손실 및 균형 장애를 일으킨다는 것을 입증했다.

 

☐ 기대효과

○ 본 연구를 통해 미세플라스틱의 내이 기능 장애 유발 가능성을 규명하여 환경 오염 물질에 대한 이해를 높이고, 이를 바탕으로 내이 질환 예방 및 치료를 위한 새로운 접근법을 제시할 것으로 기대한다.

참고 2

용어 설명

 

☐ 미세플라스틱

○ 플라스틱의 생산 및 소비 증가로 천만톤이 넘는 플라스틱 추정 폐기물이 현재 해양 환경에 유입된 것으로 추정하고 있다. 플라스틱 폐기물이 마모되어 5mm 이하 미세 입자의 플라스틱으로 분해되어 해양과 토양 생태계를 위협하고 인체 위해성이 입증되면서 미세플라스틱은 전 세계적인 문제로 대두되고 있다.

 

☐ 내이(內耳, inner ear)

○ 척추동물에서 청각과 평형감각을 담당하는 귀의 감각기관으로 청각을 담당하는 달팽이관과 평형감각을 담당하는 전정기관으로 구성됐다.

 

☐ 동물행동실험

○ 운동부하 검사(treadmill test): 달리기 시간, 최대 속도, 이동 거리 등을 측정하여 운동 능력 측정

○ 로타로드 검사(Rotarod test): 균형 및 협응 능력 평가를 위해 실시되는 행동검사로 실험쥐를 로타로드 회전봉 위에 올린 후 10rpm의 일정한 속도로 5분 동안 유지하고 10~50rpm까지 1분마다 가속도가 붙는 방식으로 실험쥐의 총 낙하 횟수 측정

○ 악력 검사(Grip strength test): 실험쥐의 꼬리를 잡고 그리드(10cm× 10cm) 위에 올려 둔 후, 두 발 및 네 발을 사용하여 그리드를 잡게 한 후 악력 평가

○ 균형대 검사(balance beam test): 지상에서 약 50cm 높이의 10mm 원형 균형대로 한쪽 기둥에서 먹이가 들어있는 다른 쪽 기둥까지 건너는데 걸린 시간과 발이 미끄러진 횟수를 기록하여 균형감각 측정

○ 발산 반사 (balance beam test): 외부 자극에 대한 사지를 펴는 신경생리학적 반응으로 균형과 안정성을 유지하도록 돕는 보호 메커니즘

참고 3

그림 설명