메틸수은

섬네일|햇빛 아래에서 일어나는 수은의 메틸화 반응
섬네일|메틸수은에 의해 형성되는 두 가지 주요 착물 구조. X− = 음이온, L = 중성 루이스 염기.

메틸수은(Methylmercury)은 화학식 을 갖는 유기 금속 양이온이다. 이는 가장 단순한 유기 수은 화합물이다. 메틸수은은 독성이 매우 강하며, 그 유도체는 인체에 노출되는 유기 수은의 주요 원천이다. 인체의 혈액 내에서 50일의 제거 반감기를 가지는 생물농축성 환경 독성 물질이다. 메틸수은(다이메틸수은에서 생물학적으로 유도됨)은 악명 높은 미나마타병의 원인 물질이다.

메틸수은은 환경품질기준 지침(지침 2013/39/EU)에 따라 "우선순위 유해 물질"로 지정되어 있다.

메틸수은을 생성하는 과정을 수은 메틸화라고 한다.

 구조 및 화학 
"메틸수은"은 가상의 "메틸수은 양이온"에 대한 약칭으로, 때로는 메틸수은(1+) 양이온 또는 메틸수은(II) 양이온으로 표기된다. 이 작용기는 수은 (원소) 원자에 결합된 메틸기로 구성된다. 화학식은 (때때로 로 표기)이다. 메틸수은 화합물은 전체적으로 +1의 전하를 띠며, 수은은 +2의 산화수를 가진다. 메틸수은은 (L = 루이스 염기) 및 MeHgX(X = 음이온) 형태의 많은 착물에서 치환기로 존재한다.

양전하를 띤 이온으로서, 염화 이온(), 수산화물(), 질산염()과 같은 음이온과 쉽게 결합한다. 특히 황을 포함하는 음이온, 그중에서도 싸이올()에 대한 친화력이 매우 강하다. 싸이올은 아미노산인 시스테인과 펩타이드인 글루타티온이 메틸수은과 강한 착물을 형성할 때 생성된다.

 원천 
 환경적 원천 

섬네일|메틸수은과 시스테인의 착물 구조. 색상 코드: 진청색 = Hg, 황색 = S.
메틸수은은 호수, 강, 습지, 퇴적물, 흙, 개활 대양을 포함한 수계에 서식하는 미생물의 작용에 의해 무기 수은으로부터 형성된다. 이러한 메틸수은 생성은 주로 퇴적물 내의 혐기성 세균에 의한 것으로 여겨진다. 수은을 메틸화할 수 있는 세균은 대부분 황 환원 세균(SRB), 철 환원 세균(FeRB), 그리고 메테인 세균이다. 해수층에서의 유의미한 메틸수은 농도는 영양분 및 유기물 재광물화와 강하게 연관되어 있으며, 이는 재광물화가 메틸수은 생성에 기여할 수 있음을 나타낸다. 안정한 수은 동위원소를 이용한 메틸수은 생성의 직접적인 측정 결과, 해빙 감소와 함께 메틸수은 수치가 높아지는 해역에서도 관찰되었으나, 관련된 미생물은 아직 알려지지 않았다. 저수지 조성(예: 수력 발전)과 관련된 토양의 침수 후나 영구동토 해동 후 형성되는 써모카르스트 습지에서 물과 물고기 내 메틸수은 농도 증가가 감지되었다.

환경에서 미생물에 의한 메틸수은 생성에 간접적으로 기여할 수 있는 무기 수은의 원천은 다양하다. 대기로 방출되는 수은의 자연적 원천에는 화산, 산불, 대양으로부터의 휘발, 그리고 수은을 함유한 암석의 풍화가 포함된다. 수은의 인위적 원천에는 무기 수은을 포함한 폐기물의 소각과 화석연료, 특히 석탄의 연소가 포함된다. 비록 무기 수은은 이러한 연료의 미량 성분일 뿐이지만, 미국에서만 공공 및 상업/산업용 보일러에서 대규모로 연소되어 매년 약 80.2톤(73미터톤)의 원소 수은이 대기로 방출되며, 이는 미국의 전체 인위적 수은 배출량인 연간 158톤(144미터톤) 중 상당 부분을 차지한다.

과거에는 아세트알데하이드 제조와 같은 여러 산업 공정의 일부로 메틸수은이 직접 또는 간접적으로 생산되었다. 그러나 현재 미국에서 메틸수은 오염의 직접적인 인위적 원천은 거의 없다.

캐나다 온타리오주의 IISD-ELA에서 실시된 전체 호수 생태계 실험에 따르면, 주변 육지에 떨어지는 수은보다 호수에 직접 떨어지는 수은이 수생 생태계에 가장 빠르게 영향을 미쳤다. 이 무기 수은은 세균에 의해 메틸수은으로 전환된다. 비를 시뮬레이션하여 호수, 습지, 고지대에 서로 다른 수은의 안정 동위원소를 첨가한 후, 물고기 내 수은 농도를 분석하여 그 원천을 찾아냈다. 호수에 뿌려진 수은은 2개월 이내에 1년생 황색 농어에서 발견된 반면, 습지와 고지대에 뿌려진 수은은 유입 속도는 느렸지만 더 오랫동안 지속되었다.

급성 메틸수은 중독은 환경으로의 직접적인 메틸수은 방출이나, 환경에서 메틸화되는 무기 수은의 방출을 통해 간접적으로 발생할 수 있다. 예를 들어, 캐나다 온타리오주 그래시 내로우즈(Grassy Narrows)에서 발생한 메틸수은 중독(온타리오 미나마타병 참조)은 염수를 전기 분해할 때 액체 수은을 전극으로 사용하는 수은법 클로르알칼리 공정에서 방출된 수은이 수생 환경에서 수은 메틸화를 거친 결과였다. 또한 일본 미나마타시에서는 미나마타만과 그 지류로 메틸수은이 방출되면서 급성 메틸수은 중독 비극이 발생했다(미나마타병 참조). 온타리오 사례의 경우 환경으로 배출된 무기 수은이 환경에서 메틸화된 것이었으나, 일본 미나마타의 경우 산업체에서 메틸수은을 직접 배출한 것이었다.

 식이 원천 
메틸수은은 수계에서 형성되고 생물체에서 쉽게 제거되지 않기 때문에, 세균에서 플랑크톤, 거대 무척추동물을 거쳐 초식성 물고기와 어식성 물고기에 이르는 수생 먹이 사슬에서 생물농축이 일어난다. 먹이 사슬의 각 단계에서 생물체 내 메틸수은의 농도는 증가한다. 최상위 수생 포식자의 메틸수은 농도는 물속의 농도보다 백만 배나 더 높을 수 있다. 이는 수생 생물체 내에서 메틸수은의 반감기가 약 72일로 길어 먹이 사슬 내에서 생물농축이 발생하기 때문이다. 인간, 어식성 조류, 그리고 수달 및 고래(즉, 웨일 및 돌고래)와 같은 어식성 포유류를 포함하여 수생 먹이 사슬의 정점에 있는 물고기를 섭취하는 생물들은 이 과정을 통해 축적된 메틸수은과 서식지의 독성 물질을 함께 섭취하게 된다. 물고기와 기타 수생 종은 인간이 메틸수은에 노출되는 주요 원천이다.

특정 물고기의 수은 농도는 물고기의 종, 연령 및 크기, 그리고 발견된 수역의 유형에 따라 달라진다. 일반적으로 상어, 황새치, 청새치, 대형 다랑어, 월아이피시, 큰입배스, 강꼬치고기와 같은 어식성 물고기는 틸라피아나 청어와 같은 초식성 또는 소형 물고기보다 메틸수은 수치가 높다. 동일한 종의 물고기 내에서도 나이가 많고 크기가 큰 물고기가 작은 물고기보다 메틸수은 수치가 높다. 또한 산성도가 더 높은 산성 수역에서 자란 물고기도 메틸수은 수치가 더 높은 경향이 있다.

 생물학적 영향 
 인체 건강에 미치는 영향 

위창자길을 통해 섭취된 메틸수은은 쉽고 완벽하게 흡수된다. 이는 대부분 자유 시스테인 및 해당 아미노산을 포함하는 단백질 및 펩타이드와 착물을 형성한 상태로 발견된다. 메틸수은-시스테인 착물은 체내 아미노산 운반 단백질에 의해 또 다른 필수 아미노산인 메티오닌으로 인식된다. 이러한 모방 때문에 혈액뇌장벽과 태반을 통과하여 발달 중인 태아에게 흡수되는 등 전신으로 자유롭게 운반된다. 또한 단백질과의 강한 결합력 때문에 메틸수은은 쉽게 제거되지 않는다. 메틸수은의 인체 혈액 내 제거 반감기는 약 50일이며, 연령, 성별, 체중에 따라 달라진다.

여러 연구에 따르면 자궁 내에서 노출된 아동은 IQ 저하, 언어 능력 시험 성적 감소, 기억 기능 및 주의력 결핍과 같은 미묘한 발달 결함과 메틸수은이 연관되어 있다. 성인의 메틸수은 노출은 심근 경색을 포함한 심심관계 질환의 위험 증가와도 관련이 있다. 일부 증거는 메틸수은이 민감한 개인에게 자가면역 영향을 미칠 수 있음을 시사한다. 또한 출생 후 수은 노출과 자폐증 사이의 가능한 연관성을 시사하는 일부 증거가 있으나, 특히 메틸수은 섭취가 이와 유사하게 연관되어 있는지는 명확하지 않다. 메틸수은이 태아 노출을 포함하여 여러 방면에서 독성이 있다는 점은 의심의 여지가 없지만, 부작용을 일으킬 수 있는 식단 내 메틸수은 농도 수준에 대해서는 여전히 논란이 있다. 최근의 증거에 따르면 메틸수은의 발달 및 심혈관 독성은 물고기 등에서 발견되는 오메가-3 지방산과 셀레늄에 동시 노출됨으로써 완화될 수 있다고 한다.

높은 수준의 메틸수은에 오염된 음식으로 인해 많은 사람들이 심하게 중독된 사례가 여러 차례 있었다. 특히 일본 미나마타시와 니가타시에서 발생한 산업폐기물 투기에 의한 오염 및 대규모 중독 사건, 그리고 1960년대와 70년대 이라크에서 방부제로 메틸수은 처리를 한 종자용 밀을 가축에게 먹이거나 사람이 직접 섭취하여 발생한 사건(바스라 독성 곡물 재앙 참조)이 유명하다. 이러한 사건들은 저림, 신체 조정 능력 상실, 구음장애, 시야 협착, 청각 장애, 실명 및 사망을 포함한 신경과적 증상을 초래했다. 어머니의 섭취를 통해 자궁 내에서 노출된 아이들도 운동 장애, 감각 문제 및 지적 장애를 포함한 다양한 증상을 겪었다.

현재 이러한 대규모 노출은 드물며 고립된 사건에 국한된다. 따라서 메틸수은 오염에 대한 우려 현재 물고기 소비가 많거나 중간 정도인 인구 집단에서 나타나는 수준의 노출과 관련된 더 미묘한 영향에 초점이 맞춰져 있다. 이러한 영향은 개인 차원에서는 반드시 식별되지 않거나 메틸수은에 의한 것으로 고유하게 인식되지 않을 수 있다. 그러나 노출 수준이 다른 집단을 비교함으로써 이러한 영향을 감지할 수 있다. 많은 양의 물고기를 소비하는 개인들에게서 다양한 임상적 건강 영향이 나타난다는 개별적인 보고가 있으나, 구체적인 건강 영향과 노출 패턴은 더 큰 규모의 대조 연구를 통해 검증되지 않았다.

미국 환경보호청(EPA), 미국 식품의약국(FDA), 헬스 캐나다, 유럽연합 보건 및 소비자 보호 총국을 비롯한 많은 정부 기관과 세계보건기구(WHO) 및 유엔식량농업기구(FAO)는 물고기 섭취를 통한 메틸수은 노출을 제한하기 위한 지침을 발표했다. 현재 이 지침의 대부분은 태아 보호에 근거하고 있으나, 향후 지침은 심혈관 위험도 다룰 수 있다. 일반적으로 물고기 섭취 권고안은 물고기가 좋은 영양원이며 상당한 건강상의 이점이 있다는 메시지를 전달하려 노력하지만, 소비자들, 특히 임산부, 가임기 여성, 수유부 및 영유아는 메틸수은 수치가 높은 물고기를 피하고, 중간 수준인 물고기의 섭취를 제한하며, 수치가 낮은 물고기를 일주일에 두 번 이하로 섭취할 것을 권장하고 있다.

 물고기 및 야생 동물에 미치는 영향 
섬네일|한 달 후 조르다넬라 유어들의 모습. 첫 번째 병은 일반 물(대조군), 오른쪽 세 병은 각각 0.6PPB, 1.26PPB, 2.5PPB 농도의 메틸수은이 든 물에서 자란 것이다.
MeHg는 야생 물고기, 포유류 및 조류에게 매우 유독한 화합물이며, 노출되는 환경 서식지에 영향을 미치는 위험한 오염 물질로, 수질오염방지법(WFD)에서 정의한 양호한 환경 상태를 달성하기 어렵게 만든다.

최근 몇 년 동안 메틸수은이 심하게 오염된 생태계뿐만 아니라 메틸수은 수치가 적당한 생태계에서도 물고기와 야생 동물의 건강에 영향을 미친다는 인식이 높아지고 있다. 두 개의 리뷰 논문은 수생 생태계의 메틸수은 오염으로 인해 물고기, 어식성 조류 및 포유류의 번식 성공률이 감소했다는 수많은 연구 결과를 기록하고 있다.

 공공 정책에서 
보고된 물고기 내 메틸수은 수치와 물고기 섭취 권고는 사람들의 식습관, 낚시 전통, 그리고 인간의 식량으로서 물고기를 포획, 유통, 조리하는 것과 관련된 사람들의 생계를 위협할 잠재력이 있다. 또한 제안된 수은 배출 제한은 석탄 화력 보일러에 비용이 많이 드는 오염 제어 장치를 추가하게 할 가능성이 있다. 그럼에도 불구하고 수은 배출 감소 조치를 도입하면 인간과 야생 동물의 메틸수은 노출을 줄일 수 있으므로 전 세계적으로 실질적인 이익을 얻을 수 있다.

분포된 수은 침전 유입량의 약 30%는 현재의 인위적 원천에서 발생하며, 70%는 자연적 원천에서 발생한다. 자연적 원천 범주에는 이전에 인위적 원천에서 침전된 수은의 재방출이 포함된다. 한 연구에 따르면 모델링된 농도를 기준으로 할 때, 인류세 이전의 민물고기 내 조직 결합 수은 수치는 일부 개별 유역에서 현재 수준과 크게 다르지 않았을 수 있다. 그러나 종합적인 전 지구적 측정 세트에 따르면, 대양에는 오염으로 인해 발생한 약 60,000~80,000톤의 수은이 포함되어 있으며 상층 해양의 수은 수치는 산업 혁명 시작 이후 3배 증가했다. 얕은 바다의 수은 수치가 높을수록 식용 물고기에 축적되는 독성 물질의 양이 늘어나 사람들이 수은 중독의 더 큰 위험에 노출될 수 있다.

 제거 
 환경으로부터 
메틸수은은 입자 침강, 토양 흡착 및 건조한 습지 토양에서의 탈메틸화에 의해 생태계에서 제거될 수 있다.

여러 식물 및 식물성 플랑크톤 종은 메틸수은을 다시 무기 형태로 탈메틸화하는 능력을 갖추고 있으며, 이는 이후 원소 형태로 환원되어 증기 상태로 대기로 들어간다. 이러한 재유입은 "왜 수은 배출량의 급격한 감소가 인간의 메틸수은 노출 감소로 비례하여 이어지지 않는지"를 설명할 수 있다.

 동물의 몸으로부터 
인체 생리학 기반 약동학 모델에 따르면, 경구 섭취된 메틸수은은 주로 장에서 무기 수은으로 전환되어 독성이 해소된다(성인 73%, 아동 61%). 이 중 일부는 흡수되지 않은 MeHg에서 오고 나머지는 장 조직에 의해 장강으로 배설된 것에서 온다. 성인 13%, 아동 24%는 자라나는 머리카락의 형태로 배설된다. 소량은 간에서 생물학적으로 변형되거나 대변을 통해 변하지 않은 채 배출된다. 신장은 매우 높은 농도가 아닌 한 소변을 통한 배설에 거의 참여하지 않는다.

 같이 보기 
 Canadian Reference Materials - DORM 등 메틸수은 포함 물질 포함
 다이메틸수은 - 두 번째 메틸기가 결합된 수은
 에틸수은 - 관련된 양이온
 수은 중독
 미국의 수은 규제

 각주 

 외부 링크 
 ATSDR - ToxFAQs: 수은
 ATSDR - 공중 보건 성명: 수은
 ATSDR - 경보! 금속 수은 노출 패턴, 97/6/26
 ATSDR - MMG: 수은
 ATSDR - 독성 프로필: 수은
 국가 오염 물질 인벤토리 - 수은 및 화합물 팩트 시트
 GotMercury.Org 제공 물고기 내 메틸수은 노출 계산기(FDA 수은 데이터 및 EPA 안전 노출 수치 사용)
 물고기 및 패류의 메틸수은 오염 
 nytimes.com, 다랑어 이야기: 초밥에 대한 후보자들의 견해
 미국 환경보호청 수은 사이트
 미국 지질조사국 수은 사이트 
 캐나다 환경부 수은 사이트
 헬스 캐나다 수은 사이트
 지구 오염 물질로서의 수은에 관한 국제 컨퍼런스 2006-미국 위스콘신주 매디슨 2009-중국 구이저우 2011-캐나다 노바스코샤주 핼리팩스

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