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Biological interactions and potential health effects of static and ELF fields
정적 및 극저주파 전자기장의 생물학적 상호작용과 건강영향의 가능성
Thomas S. Tenforde
Environmental Technology Division
Pacific Northwest National Laboratory
Richland, Washington (USA)
이 장의 목적은 생체에 영향을 주는 정전자기장(static field)과 극저주파장(ELF fields)의 물리적, 화학적 그리고 생물학적 기전(mechanism)을 요약하고 재평가하는데 있다. 세포와 조직의 기능변화에 있어서 이들의 잠재적인 역할을 논의하고 건강영향 가능성에 이들이 관련된다는 것을 강조하고자 한다.
생체조직에 미치는 정전자기장과 극저주파장의 기전은 현재 분자, 세포 및 기관 수준에서 비교적 잘 이해되고 있다. 이론적인 모델과 실험적인 결과는 생명체에 직접 작용하는 정전자기장과 극저주파장에서 다음과 같은 기전이 존재함을 뒷받침해준다.
- 정전기장(static electric field)과 극저주파전기장(static and ELF electric field)은 신체표면상에 전하(charge)를 유도하며, 충분히 높은 수준에서는 감지될 수 있다.
- 정자기장(static magnetic field)은 다음의 3가지 기본적인 기전에 의해 신체에 직접적으로 연관된다: (1) 혈관에서 전기적 전위를 유도하고, 높은 수준에서는(> 5 tesla) 작은 자기유체역학(magnetohydrodynamic) 효과를 유도할 수 있다. (2) 자기역학적(magneto-mechanical) 상호작용은 생물기원에 관련된 자철광 같은 자성물질에 미치는 힘과 망막간체(retinal rod) 바깥부분의 disk membrane처럼 막의 반자성적(diamagnetically) 이방성배열(anisotropic array)에서 토크(회전시키는 힘)로 나타난다. (3) 자유기(free radical)와 분자내 전기적 회전상태의 관계는 화학적 반응과 전하의 이동과정에 영향을 줄 수 있다.
- ELF 전기장과 자기장의 직접적 상호작용은 신체조직에서 전기장과 전류를 유도한다.
정자기장과 극저주파 자기장(ELF magnetic field)이 공존한 상태에서 나타나는 공명효과의 기전처럼 극저주파장에 의한 직접적 연관성에 대한 많은 이론적 기전이, 실제 살아있는 세포와 조직의 기능에 영향을 미친다는 것을 실험적으로 보여주지는 못하고 있다.
2가지 간접적 기전으로 건강에 해로울 수 있다.
- 신체가 다른 전위를 가진 전기적 대전물체에 접촉하거나 가까운 곳에 있을 때에 접촉전류 또는 불꽃방출이 나타날 수 있다.
- 정자기장과 ELF 전자기장 둘 다 심장박동기와 세동제거기(defibrillator)와 같은 이식된 의학전기장비의 기능을 방해할 수 있다.
비록 광범위한 연구가 다양한 강도의 정전자기장과 극저주파 전자기장의 노출에서 가능한 생물학적 영향파악을 위해 수행되어졌지만, 정확하게 확인된 효과의 수는 적다. 문서화된 효과 중에서 높은 강도의 전기장(20 kV/m 또는 그 이상)이 존재할 때 신체상에 유도된 전하는 불쾌감으로 지각되지만, 건강에 만성적인 문제를 야기하지는 않는다. 다른 정전자기장과 극저주파장에서 확인된 연관성과 잠재적으로 건강에 미치는 결과는 다음과 같다
- 중추순환계 혈류에서 높은 강도의 정자기장의 자기유체역학적 영향은 대동맥 같은 동맥혈관속에서 2 tesla(T)당 10 mV의 전압을 유도할 수 있다. 그러나, 실제적인 이론상 모델에 의하면, 이 같은 연관성으로부터 초래되는 혈액의 흐름율에서 최대감소는 10 T 에서 약 5 % 뿐이다.
- 신경계에서의 다양한 효과는 10 mA/m2 초과의 전류밀도를 유도하는 ELF 전자기장에서 발생한다고 보고된다. 이러한 효과들 중에서, 적당한 강도(≥ 5 mT)의 ELF 자기장에 노출되는 동안에 희미하고 깜빡거리는 시각적 감각으로 나타나는 눈섬광현상(phosphenon)이 잘 알려져 있다. 유사한 시각적 효과는 눈 근처의 머리에 ELF 전기적 전류를 직접 흐르게 할 때 나타날 수 있으며, 이것은 자기장에 유도된 전기장과 전류로부터 눈섬광현상이 유발됨을 암시한다.
순환기에서 전기적 신호에 의한 자기유도의 효과와 시각적 눈섬광현상(visual phosphene)을 포함하는 신경계에서의 극저주파장의 효과는 장기적으로는 건강에 악영향을 미치지 않는다.
지난 20 년 동안의 많은 역학적 연구의 결과는 어린이 백혈병의 위험과 전력선근처 거주지에서의 ELF 자기장 노출 사이에 약간의 관련성이 존재할지도 모른다는 것이다. 유사한 내용으로, 만성림프구성 백혈병의 위험성과 전기관련 직장내에서의 작업 사이에도 약간의 관련성이 있다는 증거가 있다. 이러한 결과들은 극저주파 전자기장의 노출로 인한 암의 위험성을 증명하기 위한 전세계의 노력에 동기를 부여하고 있다. 인간노출 수준에서의 ELF 전자기장은 암을 유발시킬 수 있는 유전적 변이를 직접적으로 일으키지 않는다는 광범위한 증거가 있기 때문에, 실험실연구의 초점은 이러한 전자기장들이 이미 유발된 암의 촉진과 진행에 영향을 줄 수 있다는 것을 통하여 가능한 기전을 밝혀내는 것이다. ELF 자기장의 암유발 효과가 부족하다는 것이, 2년 동안 하루에 18.5시간씩 1 mT까지의 60 Hz 자기장에 노출된 암수의 마우스와 랫트를 이용한 평생 노출연구의 결과에 의해, 비교적 설득력 있게 설명되고 있다. 이 연구에서는 대조군의 동물들에 비해 노출군에서 암 유발 위험성이 증가하였다는 명확한 증거가 없었다.
ELF 자기장이 시작초기인 암세포의 성장을 자극하는 미묘한 세포적 효과의 가능성에 대해서 지난 15년 동안 전세계의 여러 실험실에서 광범위하게 연구되어 왔다. 이러한 연구들의 대부분은 유전자표현, 신호전달과정, 세포형질전환에 ELF 자기장이 미치는 효과를 검토하기 위한 시험관(in vitro) 연구를 포함하고 있다. 많은 초기연구에서는 짧은 기간동안 ELF 자기장에 노출되었을 때 c-myc과 다른 종양유전자의 표현을 향상시킨다는 결과를 발표하였으나, 최근의 많은 연구들에서는 세심한 추시 연구를 통해 이러한 결과의 확신성을 증명하지 못하고 있다.
신경내분비의 기능변화와 화학적으로 유도된 유방암의 성장 촉진과 관련된 몇가지 생체실험(in vivo) 연구에서 초기에는 실험동물의 다양한 종에서 양성(positive)의 결과가 나왔었다. 그러나 세심히 조절된 노출조건에서 이루어진 최근의 연구에서는, ELF 전기장이 유방 또는 다른 조직에서 종양으로의 발전에 영향을 줄 수 있다는 멜라토닌 또는 다른 호르몬 시스템에 변화를 준다는 것을 증명하는데 실패했다. 유사하게 설치류를 이용한 최근의 연구들에서도 ELF 자기장이 화학적으로 유발된 유방암 세포의 성장을 자극한다는 초기의 보고내용을 증명하는데 실패했다. 종합적으로 in vitro 와 in vivo 의 실험적인 관찰의 결과는 암의 유발, 촉진, 진행에 있어서 극저주파 전자기장 효과를 지지하지 못하고 있다.
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