망간 노출 용접공의 인지수행에 따른 뇌 활성화 정도 분석 document_id A220517036857

본 연구는 만성적인 망간 노출 결과로써 초래될 수 있는 영향을 기능적 신경영상기법의 하나인 fMRI 를 이용하여 인지 활동에 따른 뇌 활성화 정도를 분석, 평가하고자 하였다. 조선소에서 10년 이상 용접 작업을 해왔고 현재도 용접 전담 업무를 하고 있는 34세 이상의 남성 15명을 노출군으로 하였고, 노출군과 연령, 사회·경제적 지위와 행동 패턴이 비슷하며 다른 위험한 금속성 물질에 노출되지 않은 제조업 사업장에서 용접 작업을 하지 않는 생산직 근로자 15명을 대조군으로 구성하여 설문조사와 혈액 검사, fMRI를 실시하였다. 그 결과 fMRI 대상자의 평균 혈중 Mn 농도는 노출군이 대조군보다 유의하게 증가하였고, Pallidal Index도 노출군이 대조군보다 유의하게 증가하였다. MRI 상의 PI값은 혈중 Mn 농도가 0.93㎍ ㎗ 이상인 군이 0.93㎍ ㎗ 미만인 군보다 유의하게 증가하였다. 산술 과제를 수행하는 동안 실험군의 각 문항에 대한 평균 응답 시간은 노출군이 대조군보다 유의하게 증가하였다. 또한, 문항 전체에 대한 평균 응답 시간도 대조군이 노출군보다 느리게 나타났으며, 통계학적으로도 유의미한 차이를 보였다. 대조군의 뇌 활성화 영역은 후두피질의 좌·우측, 상·중간전두피질과 하두정피질의 우측, 중간측두피질의 좌측 영역에서 유의하게 증가하였다. 노출군의 뇌 활성화 영역은 대조군의 활성화 영역과 비슷한 위치에서는 보다 넓고 높은 활성화 상태를 보였다. 노출군은 대조군의 활성화 영역에 추가하여 상·하 측두피질의 우측, 뇌섬엽의 좌측, 뇌교량과 측뇌실 영역에서 유의한 증가로 나타났다. 두 집단간 뇌 활성화 영역 비교를 위한 t test에서 노출군은 중간측두피질 영역을 포함하여 우측 하측두피질, 좌측 상두정피질, 좌측 후두피질, 좌측 소뇌 등의 영역에서 대조군보다 유의하게 더 높은 증가를 나타냈다. 하지만 어떤 영역도 노출군보다 대조군에서 더 활성화된 영역은 없었다. 이상의 결과에서 만성적인 Mn 노출은 인지 과제 수행 중에 뇌 활성화를 증가시켰다. 동일한 과제에서도 상·하 측두피질, 뇌도 영역에서 활성화가 증가되었고, 노출군이 일반인보다 측두영역 및 후두영역에서 뇌 활성화 상태가 증가되었음을 알아냈다. 이상의 결과에서 살펴 볼 때 작업환경 내에서의 만성적인 Mn 노출이 뇌 활성화의 신경 네트워크에 영향을 미친다는 것이 확인되었다. 망간 제련업자, 망간 광부, 용접공, 그리고 만성적으로 Mn에 노출되는 직업군에서 보이는 뇌의 Mn 농도 상승은 Mn신경독성의 중요한 과정이다. 실제로 Mn 노출로 인한 신경행동의 장해는 미세 운동기능에도 영향을 주며, Mn에 노출된 작업자들의 손가락 민첩성 검사와 손가락 두드리기 검사에서 용접 근로자가 일반인에 비해 검사를 서툴게 수행한 결과를 보였다. 인체에서 Mn의 축적량을 반영하는 주된 지표 중 하나는 혈중 Mn이다. 본 연구에서 노출군의 혈중 Mn 농도 평균이 1.3 ㎍/㎗로 대조군보다는 유의하게 높았다. 하지만, Mn의 반감기가 상대적으로 짧기 때문에 혈중 Mn 농도는 정확한 뇌의 Mn 축적량을 직접적으로 반영하지 못한다. 따라서 Mn 축적량은 주로 MRI T1 강조 영상에서 PI를 사용하여 평가한다. 이는 MRI를 이용한 Mn 노출자의 T1 강조영상에서 창백핵과 뇌백질의 신호 강도의 비인 PI를 구하는 방법으로 이전 연구로 부터 뇌의 Mn 노출 지표로서의 유용성이 입증되었다. 본 연구에서 대조군보다 노출군의 PI값이 유의하게 높은 점과 작업환경측정 결과를 평가한 공기 중 Mn의 기하평균 농도 값이 다른 연구들의 측정 결과 보다 높았다는 점을 살펴 볼 때 노출군이 대조군에 비해 오랜 기간 동안 상당량의 Mn에 노출된다는 것을 확인 할 수 있었다. 임상적인 Mn중독 증상을 나타내는 정도의 노출이 아니더라도 만성적으로 Mn에 노출된 용접 작업자 집단에서 준임상적인 운동 기능 장해가 있다는 연구가 보고 되었다. 하지만 이러한 연구 결과도 Mn과 뇌의 기능적 상관관계는 설명하지 못한다. 따라서 본 연구는 fMRI 실험으로 직업적 Mn노출에 따른 인지 영역의 신경 네트워크 변화를 노출군과 일반인의 대뇌 피질 활성화 정도로 비교하여 뇌의 기능적 평가를 하고자 하였다. 인지 기능과 관련된 대뇌 피질을 살펴보면, 대뇌피질 영역의 약 20%를 차지하고 대뇌 위쪽 부분에 해당하는 두정엽은 주로 활동과 지각 요소의 통합이 이루어지는 고차원적인 운동통제 과정과 관련이 있으며, 계산과 추론 활동과도 직접 관련되어 있다. 또한 전전두피질과 측두엽도 작업기억 뿐만 아니라 장기기억이나 실행기능과 같은 인지기능과도 관련된 것으로 보고 하였다. 본 실험의 과제를 수행하는 동안의 각 문항에 대한 응답 시간에서 노출군이 대조군보다 유의하게 느린 것으로 나타났다. 이는 실험군의 학력이나 정답률에서는 차이가 없음에도 불구하고 이와 같은 결과를 나타낸 것은 Mn 노출이 신경행동학적 기능에 영향을 준 것으로 사료된다. 뇌 활성화 분석 결과 집단 내 분석에서 노출군의 인지 영역은 대조군의 인지 영역 보다 더 활성화를 보였다. 노출군의 뇌 활성화 영역은 대조군의 활성화 영역과 비슷한 위치에서는 보다 넓고 높은 활성화 상태를 보였고, 노출군은 대조군의 활성화 영역에 추가하여 상 하 측두피질의 우측, 뇌섬엽의 좌측 영역에서 유의한 증가를 보였다. 또한, 노출군의 후두엽에서 한쪽 반구가 더욱 지배적 역할을 하는 우세반구 현상이 나타났다. 이처럼 노출군이 더 복잡한 과제를 수행할수록 나타내어지는 뇌 활성화 양상을 나타냈는데, 이는 뇌 활성이 Mn에 노출된 용접 작업자들의 감소된 인지 기능에 대한 신경 기질적 보상을 반영하고 있다는 가능성을 추정할 수 있다. 집단 간 분석에서도 산술 과제 수행중에 노출군은 중간측두피질 영역을 포함하여 우측 하측두피질, 좌측 상두정피질, 좌측 후두피질, 좌측 소뇌 등의 영역에서 대조군보다 유의하게 더 높은 증가를 보였다. 인지 수행은 전두영역, 두정영역 및 측두영역 등이 일부 또는 전체 영역의 유기적 연결에 의해 복잡하게 처리되어진다. 노출군의 수리 과제 수행과 관련하여 인지 기능 일부 영역에서 더 높은 활성화를 보인 이유는 만성적으로 Mn에 노출된 용접 작업자들이 접한 과제 수행능력의 어려움을 이들 영역이 보충적으로 도와주는 것을 의미하며, 용접 작업자들은 정상인만큼의 수행 수준을 위해 보충할 신경자원이 더 필요하다는 것을 말해준다. 즉 만성적으로 Mn에 노출된 용접 작업자들이 접한 지지 능력과 메모리 검색에서의 미묘한 어려움에 대한 보상을 이들 신경자원이 도와준 것으로 사료된다. 요약하면, 만성적인 Mn 노출은 결과적으로 산술 과제 수행 중에 뇌 활성화를 증가시켰다. 동일한 과제에서도 상·하 측두피질, 뇌도 영역에서 유의한 활성화가 증가되었고, 노출군이 일반인보다 측두부 및 두정부에서 뇌 활성화 상태가 증가되었음을 알아냈다. 본 연구는 몇 가지 제한점을 가지고 있다. 우선, 실험 디자인 자체의 한계를 고려해야 한다. 실험군이 과제를 시각적으로 전달받고 마우스로 응답했기 때문에 이때 일어날 수 있는 시각 및 운동영역의 활성화를 배제시키지 못한 점이다. 또한, 용접 작업자들에게 노출될 가능성이 있는 신경독성 물질들과 같은 여러 잠재적인 위험이 기능적 인지 장애에 대한 공동인자일 수 있다는 것을 배제시키지 못했다. 따라서 앞으로의 연구에서는 이와 같은 제한점을 보완하고 보다 많은 대상자를 확보하여 연구해야 할 것으로 사료된다. 본 연구는 직업적 Mn 노출이 10년 이상인 용접 작업 근로자와 제조업 근로자를 대상으로 fMRI를 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 만성적인 Mn 노출은 인지 과제 수행 중에 뇌 활성화를 증가시켰다. 동일한 과제에서도 상 하 측두피질, 뇌도 영역에서 활성화가 증가되었고, 용접 근로자가 일반인보다 측두영역 및 후두영역에서 뇌 활성화 상태가 증가되었음을 알아냈다. 이상의 결과를 종합해 볼 때 작업환경 내에서의 만성적인 Mn 노출이 뇌 활성화의 신경 네트워크에 영향을 미친다는 것이 확인되었다.