제초제 Paraquat 중독환자에서 vitamin C 투여가 plasma total antioxidant capacity에 미치는 영향
홍 세용, 은수훈, 한찬희, 윤영근, 양 동호, 조 성란*, 김 휘준*, 한 찬수†박 영현‡
순천향대학교 천안병원 내과학교실 순천향대학교 천안병원 병리학교실* 순천향대학교 물리학과† 순천향대학교 식품영양학과‡


교신저자 : 330-100 충남 천안시 봉명동 23-20 순천향병원 내과 : 홍 세용 Tel : 0417 -570-2121
=Abstract =
Effect of Vitamin C on plasma Total Antioxidant Status(TAS) in patients with Paraquat Intoxication Sae-Yong Hong, Soo-whon Eun, Chan-Hee Han, Yung-Kun Yoon, Dong-Ho Yang, Suk-Ran Cho*, Chan-Soo Han**, Yung-Hyun Park***

Purpose : The purpose of this study is to know how effective plasma concentration of vitamin C is on the plasma total antioxidant status(TAS) in patients with paraquat intoxication. Material and Method : This study consisted of 4 parts. As a preliminary research for this study, we measured plasma vitamin C levels, uric acid, TAS, and bilirubin from 100 healthy Koreans aged between 25-55 years. Various concentrations of vitamin C were constructed in vitro with normal pooled plasma between 1mg/dl and 100mg/dl and TAS was measured. Both vitamin C concentrations and TAS were measured from the blood samples, taken at 0.5, 1, 2, 3, 5, 7, 9 hours after a bolus injection of vitamin C(50 mg/kg) from 7 volunteers who had been recruited from medical students at our hospital. Pharmacokinetic data is computed as follows : Vd = amount of drug in body/plasma concentration. Clearance from the body = renal clearance + hepatic clearance. Loading dose = desired plasma level x volume of distribution at steady state. Infusion rate = desired plasma level x clearance(vol/unit time) Various amounts of vitamin C were given to 10 patients with paraquat intoxication for 5 consecutive days in the morning : first day ; 100mg single dose, second day; 500mg single dose, third day ; 1,000mg single dose, fourth day : 3,000mg single dose, and fifth day ; 3,000 mg three times every 8 hours. Blood samples for TAS were taken one hour after each injection. Blood pressure, pulse rate, respiratory rate and body temperature were checked every 6 hours and CBC, liver function test, urinalysis, arterial blood gas analysis was measured every day during the observation period. Results : The mean value of TAS and vitamin C measured in 100 healthy Korean adults was 2.22 ± 0.16 mmol/L and 0.48 ± 0.10mg/dl. Age and sex do not influence these levels(p>0.05, data are not presented). A direct correlation was observed between TAS and vitamin C concentrations of 1mg/dl and 100 mg/dl both in vivo and vitro. The pharmacokinetic data is as follows : Distribution volume = 32.0 ± 14.4 L, AUC(area under curve) = 36.4 ± 11 3 mg.hour/dl, plasma clearance = 2.13 ± 1.36 L /hour, Half life(T1/2) = 10.2 ± 7.8 hour, Cmax (maximum concentration) = 17.1 ± 7.1 mg/dl, Tmax = 0.64 ± 0.24 hour. As the vitamin C concentration was increased gradually 5 consecutive days, the TAS values increased in the same way as follows : first day(vitamin C 100mg) 2.26 ± 0.98mmol/L, second day(vitamin C 500mg) 2.76 ± 0.78mmol/L, third day(vitamin C 1.000mg) 2.81 ± 0.68mmol/L, fourth day(vitamin C 3.000mg) 3.18 mmol/L. On the fifth day when 3.000mg of vitamin C was given by bolus intravenous injection 3 times(every 8 hours for a day), the TAS values measured one hour after the injection was 3.58 ± 0.37 mmol/L. During the observation period, blood pressure, pulse rate, respiratory rate and body temperature were stable. Compared to the initial laboratory finding measured in the emergency room, the WBC count, SGOT, and PaO2 decreased, but there was no specific change in the liver function test or urinalysis findings . However, when the vitamin C amount was increased to 3.000mg, the patients complained of pain around the injection site.
Conclusion : When vitamin C is used as a free radical scavenger, the loading dose and maintenance dose should be around 2278 mg intravenous bolus and 146 mg/hour. High doses of vitamin C are effective and safe for patients with acute paraquat intoxication.
서론 : Reactive oxygen species(ROS)는 인체에서 끊임없이 발생하지만 대부분 급격한 병변을 일으키기 전에 제거되고 있다(1). 이는 다양한 항산화물질(antioxidant)들이 산화에 의한 병변(oxidative damage)로부터 단백이나 지질, 혈관 내피세포를 포함한 각종 세포들을 보호하기 때문이다(1). 이들 항산화물질들을 정리해보면 superoxide dismutase, catalase, glutation peroxidase 등의 효소계와 vitamin A, vitamin C, vitamin E, glutathione, bilirubin, urate 등의 비효소계로 분류할 수 있다(1).
ROS 형성이 중요한 역할을 할 것으로 생각되는 질환으로는 순환기질환(2,3), 신장질환(4), 심한 운동( 5), 폐혈증(6,7), 혈액투석중인 말기신부전환자(8), 당뇨(9,10), 고지혈증(3,11), 약물중독(1), postischemic reoxygenation(1) 등 다양한 병변에서 연구되어오고 있다. 한편 임상에서 사용중이거나 연구중인 항산화 물질로는 과일이나 채소(12), 포도주(red wine)(13)등의 음식 외에 melatonin(14), alpha-tocopherol(15), urate(8), dexamethasone(16), butylated hydroxytoluene(17), vitamin B(18), aminoacids(sulfhydryl group)(19), vitamin C(20-26) 등이 있다. 이들 중 vitamin C는 주사가 가능하고 수용성이어서 비교적 많은 양을 짧은 기간에 안전하게 주입할 수 있는 장점이 있다.
Paraquat(1,1\'-dimethyl-4,4\'-bipyridium dichloride) 는 세계에서 가장 흔히 사용되는 제초제로 식물의 광합성(photosynthesis)동안에 ROS가 생성되어 세포벽과 원형질을 파괴한다(27-31). 독성이 강하여 적은 양이라도 인체에 흡수되면 치명적이며 우리 나라에서 가장 많은 희생자를 내는 농약이다. 정확한 통계는 없으나 필자가 근무하는 병원에서 1년간 치료받는 환자가 약 200 여명이고 이중 50% 가량이 사망하는 것으로 미루어 국내에서 년간 천명 이상이 이 약에 중독 되고 500명 이상이 사망할 것으로 추측된다. Paraquat 는 체내에서 ROS를 형성하는데 이는 세포막을 파괴하는 주 원인이다. 따라서 ROS형성을 억제하는 것이 paraquat 중독 치료의 근간 이라고 할 수 있다.
Paraquat 중독환자에서 vitamin C는 antioxidant로 자주 사용되고 있으나(32-35) 짧은 기간동안에 치명적인 손상을 야기하는 급성 중독 상태에서 적극적으로 BAS를 증가시키고자 할 때 적절한 투여양에 대하여서는 아직 적절한 지침이 없다.
본 연구의 목적은 vitamin C의 약리 역동학(pharmacokinetics)을 조사하고 소위 치료 영역 (therapeutic window)이 어떻게 설정이 되어 있는지와 효과적인 최소한의 양 등을 알아보는데 있다.
검사 대상 및 방법 : 종합검사를 받기 위해 내원하였던 28세에서 76세 사이의 건강한 성인 50명(남자 30명, 여자 20명)과 7명의 의과대학 4학년 학생, 그리고 제초제 paraquat를 음독하고 내원한 10명( 남자 5명 여자 5명)의 중독환자들이 본 연구에 참여하였다. 본연구에서 사용한 vitamin C 는 한독제약회사 제품이었다(Handok pharmaceuticals Co., Seoul, Korea, Under license of Hoechst AG. Frankfurt, Germany). Vitamin C 는 투여중에 대기중의 산소와의 접촉을 피하기 위하여 유리병이 아닌 비닐팩에 넣어서 주입하였다.
건강한 성인 50명은 종합검사 결과 일반 혈액검사, 심전도, 흉부 X-ray, 혈당, SGOT/SGPT, 전해질, 뇨검사 등이 정상이었다. 검사 전까지 규칙적인 평소의 식사를 하였고 검사당일에 공복시에 체혈하여 vitamin C와 TAS를 측정하였다. Vitamin이나 기타 약제를 투여하는사람과 흡연자, 일주일에 한번이상 음주하는 사람, 당뇨, 고혈압, 만성간질환 등 평소에 지병을 앓아온사람은 여자 3명이었다. 이들의 나이는 23 ± 1세 이었고 간기능검사, BUN creatinine, FBS, urate등은 대상에서 제외하였다.
Vitamin C의 약리역동학(pharmacokinetics)적인 검사는 7명의 건강한 지원자에서 실시하였다. 이들은 본 연구의 취지를 이해하고 자발적으로 참여한 의과대학 4학년 임상실습 학생으로 남자 4명 정상이었다(table 1). 검사 전날까지 대상 예들은 평소대로 식사를 하였으며 비타민제나 기타 어떤 종류의 약제도 투여하지 않았다.
제초제 paraquat를 음독하고 내원한 10명( 남자 5명 여자 5명)을 대상으로 Vitamin C 정맥내 투여가 TAS에 미치는 영향을 조사하였다. 이들은 한 모금 이상의 paraquat원액(20%)을 음독하고 12시간 이내에 응급치료를 시작했던 환자들로 응급실에서 실시한 뇨 검사에서 paraquat test 는 모두 양성이었다. 이 검사는 환자 상태가 안정되고 퇴원을 앞둔 시점에서 실시하였다. 이들의 평균 입원 기간은 21.2 ± 5.4 일이었다. 모든 환자는 이미 vitamin C 및 기타 TAS에 영향을 미치는 약제들을 투여 받고 있었기 때문에 이들 약제들에 대하여 36시간 이상의 공백기간(wash out period)을 두었다. Vitamin C 다량 요법에 대하여 환자 및 보호자에게 사전에 설명하였다. 검사당일 환자들은 vitamin C 이외의 다른 vitamin이나 aminoacid 등 TAS에 영향을 미치는 약제는 투여하지 않았다. 응급실에서 실시한 간 기능검사, BUN creatinine, FBS, urate 등은 Table 1에 요약하였다. Vitamin C의 측정 : Photometric method로 측정하였던 바 측정원리는 ascorbic acid가 Cu+2에 의하여 산화되어 dehydroascorbic acid를 형성하는데 이것은 2,4-dinitrophenylhydrazine와 반응하여 붉은 색으로 발색(bis-hydrazone)한다. 요약하면 해파린 처리한 혈장 0.5ml를 metaphosphoric acid 2ml에 넣고 vortex 한 다음 2,500 x g 로 10분간 원심 분리한다. 상층액 1.2ml에 DTCS(thiorea solution 5ml + copper sulfate solution 5 ml + 2,4-dinitrophenylhydrazine 100ml) 0.4ml을 가한다. 370C에서 3시간동안 방치한 다음 12 mol/L sulfuric acid 2ml를 가한 다음 520nm에서 흡광도를 읽었다.
TAS 의 측정 : 상품화된 Kit [ABTSR , Randox Lab. Ltd., UK] 억제 법을 이용하여 Hitachi R 7150(Hitachi Ltd. Tokyo)로 총 항산화능(total antioxidant status)를 측정하였다. 측정원리는 유리방사체(free radical)의 일종인 ABTS[2,2\'-Azino-di-(3-ethylbenzthiazolline sulphonate)]는 시약내의 peroxidase(metmyoglobin) 존재 하에서 H2O2 와 반응하여 ABTS 방사체로 변하는데 이는 비교적 안정된 물질로 blue-green color를 발하므로 파장 600nm에서 흡광도를 읽으면 혈중에 형성된 유리방사체의 양을 알 수가 있다. 항산화물질이 존재하면 이 반응이 억제된다.
Vitamin C 혈중농도가 TAS에 미치는 영향 : In vitro와 In vivo 에서 다양한 vitamin C농도를 형성하고 TAS를 측정하였다. In vitro 실험은 정상인 성인 남, 여 각각 5명으로부터 모은 normal pooled plasma에 vitamin C를 가하여 1mg/dl에서 100mg/dl 사이의 다양한 vitamin C농도를 만든 다음 TAS를 측정하였다. In vivo실험은 의과대학생 지원자 7명을 대상으로 basal level을 위한 채혈을 한 다음 vitamin C 50mg/kg(2,500-3,000mg)을 정맥주사하고 0.5, 1, 2, 3, 5, 7, 9시간에 채혈하여 vitamin C와 TAS를 동시에 측정하고 이들간의 상관관계 및 Vitamin C의 약리 역동학적 (pharmacokinetics) 수치들을 구하였다.